Виникнення і розвиток класичного природознавства

Наукова революція ХVI-ХVII століть

Новий найбільший переворот у системі культури відбувається в епоху Відродження, яка охоплює ХIV -- початок XVII ст. Епоха Відродження - епоха становлення капіталістичних відносин, первісного нагромадження капіталу, сходженні соціально-політичної ролі міста, буржуазних класів, складання абсолютистських монархій і національних держав, епоха глибоких соціальних конфліктів, релігійних війн, ранніх буржуазних революцій, відродження античної культури, епоха титанів думки і духу.

В епоху Відродження була проведена основна розумова робота, яка підготувала виникнення класичного природознавства. Це стало можливим завдяки світоглядної революція, що відбулася в епоху Ренесансу і складалася в зміні системи "Людина - світ людини". В епоху Ренесансу відбувається світоглядна переорієнтація суб'єкта: на перший план поступово висувається ставлення людини до Природи, ставлення самої людини до Бога виступає як похідне. Важливою заслугою культури Відродження було і те, що в ній головною цінністю стає безкорисливе об'єктивне пізнання світу. На основі цієї найважливішої світоглядної цінності і складаються безпосередні передумови виникнення класичного природознавства.

1. Коперниканська революція

У першу половину середньовіччя, що тривав понад тисячоліття, в Європі панувала біблійна картина світу, змінилася потім догматізірованним арістотелізмом і геоцентричної системою Птолемея. Поступово накопичувалися астрономічні спостереження підточували основи цієї картини. Недосконалість, складність і заплутаність птолемеевскую системи ставали очевидними. Всі численні спроби збільшення її точності досягалися за рахунок її все прогресуючого ускладнення. Уже в середньовіччі співіснувало кілька моделей планетних рухів, але всі вони спиралися на геоцентризм і врешті-решт зводилися до системи Птолемея, лише ускладнюючи її.

птолемеевскую система не тільки не дозволяла давати точні передбачення: вона ще страждала явною несистематичністю, відсутністю внутрішньої єдності та цілісності; кожна планета розглядалася сама по собі, мала окрему від інших епіцікліческую систему, свої власні закони руху. У геоцентричних системах рух планет уявлялося за допомогою кількох рівноправних незалежних математичних моделей. Строго кажучи, геоцентрична теорія не була геоцентричної системою, тому що об'єктом цієї теорії система планет (або планетна система) і не була; в ній йшлося про окремі рухах, не пов'язаних в деякий системне ціле. Геоцентричні теорії дозволяли предвичіслять лише направлення на небесні світила, без спроб розкрити справжню віддаленість і розташування їх у просторі. Птолемей вважав останні два завдання взагалі нерозв'язними. Установка на пошук внутрішньої єдності та системності і була тією стрижневою основою, навколо якої концентрувалися безпосередні передумови геоцентричної системи.

Серед передумов створення геліоцентричної теорії особливе місце належить виникла необхідність реформи юліанського календаря, в якому дві основні числення - рівнодення і повний місяць - втратили зв'язок з реальними астрономічними подіями. Календарна дата весняного рівнодення, яке припадало в IV ст. нової ери на 21 березня і закріплена за цим числом Нікейським собором у 325 р. як важлива відправна дата при розрахунку основного християнського свята Великодня, до XVI ст. відставала від дійсної дати рівнодення на 10 днів! Ще з VIII ст. юліанський календар намагалися вдосконалювати, але безуспішно. Що проходив в 1512 - 1517 рр.. в Римі Латеранський собор відзначив надзвичайну гостроту проблеми календаря і запропонував її вирішити найбільшим астрономам. Серед них був і М. Коперник, який тоді відповів відмовою, тому що вважав недостатньо розвинутою і точної теорію руху Сонця і Місяця, які і лежать в основі календаря. Разом з тим, це пропозиція стала для М. Коперника одним з мотивів вдосконалення геоцентричної теорії.

Інша суспільна потреба, стимулювали пошук нової теорії планет, лежала у сфері морехідної практики. Нові, більш точні таблиці руху небесних тіл, насамперед Місяця і Сонця, потрібні були для обчислення положень Місяця для даного місця і моменту часу. Визначаючи різницю в часі одного і того ж положення Місяця на небі - за таблицями і по годинах, встановленим за Сонцем під час плавання, знаходили довгота місця на море. Довгий час це було єдиним способом знаходження довготи під час тривалих морських плавань в епоху Великих географічних відкриттів. Удосконалення теорії планетної системи стимулювався також і потребами все ще популярною тоді астрології.

Найбільшим мислителем, якому судилося почати велику революцію в астрономії, яка завдала за собою революцію в усьому природознавстві, був геніальний польський астроном Микола Коперник (1473 - 1543). Ще в кінці XV ст., Після знайомства і глибокого вивчення "Альмагест", захоплення математичним генієм Птолемея змінилося у Коперника спочатку сумнівами в істинності цієї теорії, а потім і переконанням в існування глибоких суперечностей в геоцентризм. Він почав шукати інших фундаментальних астрономічних ідей, вивчав в оригіналах збереглися твори або викладу навчань давньогрецьких математиків і філософів, в тому числі і першого геліоцентріста Аристарха Самоський, і мислителів, які стверджували рухливість Землі. (В давнину крім Аристарха Самоський геліоцентричні ідеї висловлювалися піфагорійцями Філолаем і Екфантом, учнем Арістотеля Гікетом Сіракузького та ін

Крім того, в античності і середньовіччі в різних містичних, езотеричних навчаннях духовний центр світу (Єдине, Благо, Логос, Абсолют та ін) уособлює із Сонцем як джерелом "духовного" світла. Таке уособлення отримало назву "духовного геліоцентрізма ".)

Володіючи широким складом мислення, Коперник першим глянув на весь накопичений за тисячоліття досвід астрономії очима людини епохи Відродження: сміливого, впевненого, творчого, новатора. Попередники Коперника не мали сміливості відмовитися від самого геоцентричної принципу і намагалися або вдосконалювати дрібні деталі Птолемеєвої системи або звертатися до ще більш давньою схемою гомоцентріческіх сфер. Коперник зумів розірвати з цієї тисячолітньої консервативної астрономічної традицією, подолати схиляння перед стародавніми авторитетами. Н. Коперник був рухомий ідеєю внутрішньої єдності та системності астрономічного знання; він шукав простоту і гармонію в природі, ключ до пояснення єдиної сутності багатьох; здаються різними явищ. Результатом цього й з'явилося геліоцентрична система світу.

Десь між 1505-1507 р.р. Коперник у "Малому коментарі" викладає принципові засади геліоцентричної астрономії. Теоретична обробка астрономічних даних завершується до 1530 Але тільки в 1543 р. повністю побачило світ одне з найбільших витворів в історії людської думки - "Про обертання небесних сфер". У ньому викладена математична теорія складних видимих рухів Сонця, Місяця, п'яти планет і сфери зірок з відповідними математичними таблицями та програмою каталогу зірок. У центрі світу Коперник помістив Сонце, навколо якого рухаються планети, - і серед них вперше зарахована в ранг "рухливих зірок" Земля зі своїм супутником Місяцем. На величезній відстані від планетної системи перебувала сфера зірок. Його висновок про жахливу віддаленість цієї сфери тепер диктувався самим геліоцентричні принципом: лише так міг Коперник погодити його з видимим відсутністю у зірок зсувів за рахунок руху самого спостерігача разом із Землею, відсутністю у них паралакс.

Система Коперника була простіше і точніше системи Птолемея. Цією простотою і точністю відразу ж скористалися в практичних цілях. На її основі склали "Пруські таблиці" (Е. Рейнгольд, 1551 р.). Вона дозволила уточнити довжину тропічного року і провести в 1582 давно назріла реформу календаря. В результаті був введений новий, або григоріанський, стиль.

Менша складність теорії Коперника і виходить, але лише на перших порах, велика точність обчислень положень планет по геліоцентричні таблиць були не самими головними достоїнствами його теорії.

У чому ж дійсне гідність, привабливість і справжня сила теорії Коперника? Чому вона викликала революційне перетворення всього природознавства?

Будь-яке нове завжди виникає на базі і в системі старого. Коперник не був у цьому відношенні винятком. Він багато в чому ще розділяв представлення старої, арістотелівської космології. Так, він уявляв Всесвіт замкненим простором, обмеженим сферою нерухомих зірок. Він не відступав від арістотелівської догми, відповідно до якої істинні руху небесних тіл можуть бути тільки рівномірними і круговими. Прагнення відновити арістотелівські принципи руху небесних тіл, порушуються в ході розвитку геоцентричної системи, до речі сказати, було для Коперника одним з мотивів пошуків інших, негеоцентріческіх походів до опису рухів планет.

І, крім того, Коперник прагнув створити логічно просту і струнку планетну теорію. У відсутності такої простоти та стрункості, системності Коперник і побачив докорінну неспроможність теорії Птолемея. У цій теорії був відсутній єдиний стрижневий принцип, який міг би пояснити системні закономірності в рухах планет. Коперник був упевнений, що подання рухів небесних тіл як єдиної системи дозволить визначити реальні фізичні характеристики небесних тіл, тобто те, про що в геоцентричної моделі зовсім не було й мови. І тому свою теорію він розглядав як теорію реального пристрою Всесвіт.

Можливість переходу до геліоцентрізму (рухливості Землі, що обертається навколо реального тіла -- нерухомого Сонця, розташованого в центрі світу) Коперник цілком справедливо побачив у поданні про відносний характер руху. Принцип відносності був відомий древнім грекам, хоча і застосовувався ними недостатньо, але був абсолютно забутий у Середні століття. Нерівномірний петлеподібні рух планет, нерівномірний рух Сонця Коперник, як і Птолемей, вважав удаваним ефектом. Але він представив цей ефект не по-птолемеевскую, тобто як результат підбору і комбінації рухів за умовними допоміжним колами, а вперше вказав на реальну кінематичну його причину: переміщення самого спостерігача (як при спостереженні з пливе корабля предметів, що знаходяться на березі). Інакше кажучи, цей ефект пояснювався тим, що спостереження ведеться з рухомої Землі. Це допущення рухливості Землі й було головним новим принципом у системі Коперника.

Обгрунтування введення принципу геліоцентрізма Коперник вбачав в особливій ролі Сонця, що відбилася вже в птолемеевскую схемою. У цій схемі планети за властивостями їх рухів як би Сонцем поділялися на дві групи - нижні (ближче до Землі, ніж Сонце) і верхні. У комбінації кіл для опису видимого руху кожної планети існував обов'язково одне коло з річним, як у Сонця, періодом руху по ньому. Для верхніх планет-це був перший, або головний епіциклом, для нижніх - деферента. Крім того, Меркурій і Венера (нижні планети) взагалі весь час супроводжували Сонце, лише здійснюючи біля нього коливальні рухи. Революційне значення геліоцентричної принципу складалося в тому, що представив руху всіх планет як єдину систему, пояснив багато раніше незрозумілі ефекти. Так, за допомогою двох основних дійсних рухів Землі - річного та добового - теорія Коперника відразу ж пояснила всі головні особливості заплутаних видимих рухів планет (назадній руху, стояння, петлі) і розкрила причину добового руху небосхилу. Вперше отримала пояснення зміна пір року: Земля рухається навколо Сонця, зберігаючи незмінним в просторі положення осі свого добового обертання.

У системі Коперника вперше отримала пояснення загадкова перш за послідовність розмірів перше, або головних, епіциклом у верхніх планет, введених Птолемеєм для опису петлеподібні рухів планет. Розміри їх виявилися зменшуються з віддаленням планети від Землі. Рух по цих еліціклам, так само як і рух по деферента для нижніх планет, відбувалося з одним і тим же річним періодом, рівним періоду обертання Сонця навколо Землі! Всі ці річні кола геоцентричної системи виявилися зайвими в системі Коперника. Петлеподібні руху планет тепер пояснювалися однією єдиною причиною -- річним рухом Землі навколо Сонця. У відмінність же розмірів петель (і, отже, радіусів відповідних епіциклом) Коперник правильно побачив відображення того ж орбітального руху Землі: що спостерігається з Землі планета повинна описувати видиму петлю тим меншу, чим далі вона від Землі.

Більш того, це глибоке пояснення видимих явищ дозволило Коперника вперше в історії астрономії поставити питання про визначення дійсних відстаней планет від Сонця. Коперник зрозумів, що цими відстанями планет були величини, зворотні радіусів перший зпіціклов для зовнішніх планет і збігаються з радіусами деферента - для внутрішніх. (Таким чином, те, що Птолемей вважав в принципі незбагненним, насправді вже містилося в прихованому вигляді в його системі.) Таким чином він отримує досить точні відносні відстані планет від Сонця (у відстанях Земля - Сонце, тобто в астрономічних одиницях, висловлюючись сучасною мовою)

Відносні відстані планет у Сонячній системі за Копернику

(у дужках - сучасні дані) (Досить гарний збіг оцінок показує досить високу точність, досягнуту у вимірах деяких постійних астрономічних величин вже в давнину .).

Меркурій 0,375 (0,387)
Венера 0,720 (0,723)
Земля. 1,000 (1,000)
Марс 1,52 (1,52)
Юпітер. 5,2 1 (5,20)
Сатурн 9,18 (9,54)

Логічна стрункість, чіткість, простота і досконалість теорії Коперника, її здатність пояснити небагатьма причинами те, що раніше або не пояснювалося зовсім, або пояснювалося абсолютно штучно, зв'язувати в єдине те, що раніше вважалося абсолютно різними явищами - безсумнівні переваги цієї теорії; вони свідчили про її істинності. Найбільш проникливі мислителі, вчені це зрозуміли відразу.

І вже не настільки важливим було те, що Коперник віддав данину античним і середньовічним традиціям: він прийняв кругові рівномірні руху небесних тіл, центральне положення Сонця у Всесвіті, кінцівку Всесвіту, обмеженою сферою зірок, обмежував світ єдиною планетної системою. Припускаючи лише кругові Рівномірний рух по колу, Коперник відкинув еквант - цю, можливо, найбільш дотепну знахідку Птолемея. Цим він зробив навіть деякий принциповий крок назад. Зберіг Коперник і епіциклом і деферента. Принцип кругових рухів рівномірних змусив його для досить точного опису руху планет зберегти понад три десятки епіциклом (правда, всього 34 замість майже 80 в геоцентричної системі).

І тим не менше теорія Коперника містила в собі колосальний творчий, світоглядний і теоретико-методологічний потенціал. Її історичне значення важко переоцінити.

2. Дж. Бруно: світоглядні висновки з коперніканізма

Завдання порівняння птолемеевскую і коперніковской теорій актуалізувалася лише в 70-і роки ХVI століття, коли два знаменитих астрономічних події (спалах наднової в 1572 р. і яскрава комета 1577) в черговий раз поставили під сумнів основи арістотелівської космології. Світоглядні та теоретичні висновки з геліоцентрізма, його розвиток і вдосконалення - заслуга вчених наступного покоління. Серед них: Тихо Браге, Дж. Бруно, И. Кеплер, Г. Галілей, Дж. Бореллі та ін

Перш за все, не забарилися світоглядні висновки з коперніканізма. Визнавши рухливість, планетарного, неунікальность Землі, теорія Коперника тим самим усувала вікове уявлення про унікальність центру обертання у Всесвіті. Центром обертання стало Сонце. Але Сонце не було унікальним тілом. Про його тождественности з зірками здогадувалися ще в античні часи. І тому наступний крок у світоглядних висновках був цілком закономірний. Він був зроблений колишнім ченцем одного з неаполітанських монастирів Джордано Бруно (1548 - 1600), особи виключно яскравою, сміливою, здатної на безкомпромісну прагнення до істини. Познайомившись у 60-e роки з геліоцентричної теорії Коперника, Бруно спочатку поставився до неї з недовірою. І щоб виробити своє власне ставлення до проблеми пристрої космосу, він звернувся до вивчення системи Птолемея і до матеріалістичним навчань давньогрецьких мислителів, і в першу чергу атомістів, про нескінченність Всесвіту. Крім того, велику роль у формуванні його поглядів зіграло його знайомство з ідеями Миколи Кузанського, який заперечував можливість для будь-якого тіла бути центром Bceленной в силу її нескінченності. Вражений цією ідеєю, Бруно зрозумів, які грандіозні перспективи відкривав геліоцентрізм, якщо збагатити його ідеєю нескінченності Всесвіту. Об'єднавши геліоцентрізм з ідеями Н. Кузанського про ізотропності, однорідності і безмежності Всесвіту, Дж. Бруно і прийшов до побудові концепції множинності планетних систем у нескінченного Всесвіту.

Бруно відкидав замкнуту сферу зірок, центральне положення Сонця у Всесвіті і проголошував тотожність Сонця і зірок, множинність "сонячних систем" в нескінченного Всесвіту, множинне населеність Всесвіту. Бруно писав про колосальні розходження відстаней до різних зірок і зробив висновок, що через це співвідношення їх видимого блиску може бути брехливим. Він поділяв небесні тіла на самосвітним - зірки, сонця, і на темні, які лише відбивають сонячне світло "через велику кількість на них водних або хмарних поверхонь". Бруно стверджував змінюваність всіх небесних тіл, вважаючи, що існує безперервний обмін між ними і космічним речовиною. Він стверджував спільність елементів, складових Землю і всі інші небесні тіла, і вважав, що в основі всіх речей лежить незмінна неісчезающая первинна матеріальна субстанція.

Саме Бруно накидав перший, і досить чіткий ескіз сучасної картини вічною, ніким не створеною, речової єдиної нескінченної розвивається Всесвіту з безліччю вогнищ Розуму в ній. У світлі вчення Дж. Бруно теорія Коперника знижує свій ранг: вона виявляється не теорією всього Всесвіту, а теорією лише однією з багатьох планетних систем Всесвіту і, можливо, не найвидатнішою такий системи. Але Н. Коперник, якби він був сучасником цих сміливих поглядів безкомпромісного італійського монаха, як ми зараз може припускати, не був би на нього в образі за таку переоцінку геліоцентричної теорії.

Нове, приголомшливо сміливе вчення Бруно, відкрито проголошену ним у бурхливих і переможних диспутах з представниками церковних кіл, визначило подальшу трагічну долю вченого. До того ж зухвалість його наукових виступів була хорошими приводом, щоб розправитися з ним і за його відверту критику непомірного збагачення монастирів і церкви. 17 лютого 1600 великий мислитель був спалений на площі Квітів у Римі .... А через майже три століття на місці страти Бруно, де колись був запалений багаття, був споруджений пам'ятник великому мислителю з присвятою, що починається словами: "Від сторіччя, що він передбачав ..."

До середини ХVII століття геліоцентрична теорія остаточно перемогла геоцентризм. Коперніканізм був визнаний науковою громадськістю і став розглядатися як теорія дійсного будови Всесвіту. На порядку денному виявилася проблема фізичного обгрунтування геліоцентрізма. І тому в середині ХVII століття астрономічна революція закономірно переростає у фізичну революцію.

3. І. Кеплер: відкриття таємниці планетних орбіт

У 1580 р. в Данії на острівці Вен (у 20 км від Копенгагена) була побудована небачена ще астрономічна обсерваторія, названа "Небесним замком" ( "Ураніборгом"). Ініціатором і організатором будівництва обсерваторії і нових величезних інструментів для астрономічних спостережень (квадрант радіусом в 2 метри, точність якого доходила до 1/6 ', сектанта для вимірювання кутових відстаней між зірками, великого небесного глобуса та інші) був Тихо Браге (1546 - 1601), датська дворянин, який присвятив своє життя не військовим подвигам, а служіння "Богині Неба" - Уранії.

Перше видатне відкриття Тихо Браге зробив ще в 1572 році, коли за допомогою спостережень над спалахнула яскравою зіркою в сузір'ї Кассіопеї показав, що це зовсім не атмосферне явище (як вважалося відповідно до арістотелевой картиною світу), але що це дивовижне зміна відбулася в сфері (що вважалися нерухомими) зірок. (Згодом з'ясувалося, що ця зірка була наднової). Більше двох десятків років провів Т. Браге у Ураніборге, визначаючи положення небесних об'єктів з дивовижною точністю, якщо пам'ятати, що тоді не знали ще телескопів і інших оптичних інструментів.

Тихо Браге був блискучим астрономом-спостерігачем, але не теоретиком. Це і заважало йому сприйняти вчення Коперника. Однак Бразі відчував і недоліки птолемеевскую геоцентричної системи. Тому їм була розроблена система, що займала проміжне місце між геоцентричної і геліоцентричної: по цій системі Сонце рухається на ексцентричної кола навколо нерухомої Землі, а в цей час планети обертаються навколо Сонця.

На щастя, доля розпорядилася так, що життєві шляхи Тихо Браге перетнулися з важкими, повними незгод і позбавлень життєві дорогами І. Кеплера (1571 - 1630). І. Кеплер - великий німецький вчений, який заклав фундамент нової теоретичної астрономії і вчення про гравітації, що показав, що закони треба шукати в природі, а не вигадувати їх у голові як штучні схеми і підганяти під такі схеми явища природи. На смертному одрі Тихо Браге заповідав Кеплеру всі свої рукописи, що містили результати багаторічних астрономічних спостережень, з тим, щоб Кеплер довів справедливість його, Бразі, гіпотези про будову планетної системи. Це заповіт не було і не могло бути виконано. Але Кеплер зробив незрівнянно більш велике відкриття - він розкрив головну таємницю планетних орбіт!

Будучи глибоко релігійною людиною і захоплюючись в молодості астрологією, Кеплер поставив перед собою життєву мета - проникнути в божественні плани творення світу, осягнути таємниці будови Всесвіту. Будучи впевненим, що бог як вищий творчий початок при створення світу повинен був керуватися ідеальними, математичними, досконалими числовими відносинами і геометричними формами, Кеплер намагався пояснити існування тільки шести планет (За часів Кеплера було відомо лише шість планет Сонячної системи, що спостерігаються неозброєним оком: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер і Сатурн. Планета Уран була відкрита В. Гершелем в 1781 р., Нептун відкритий астрономом Галле і математиком Левер'є в 1846., Плутон був виявлений тільки в 1930 р.) у Сонячної системи існуванням всього 5 правильних багатогранників. На цьому шляху Кеплер вирішує завдання пов'язати орбіти планет з вписаними в многогранники і описаними навколо них сферами. Потім закономірно виникає і питання про відносини радіусів орбіт планет між собою, рішення якого, у свою чергу, підводить Кеплера до пошуків точних законів геліоцентричної планетного світу і перетворює це на головна справа його життя.

У ході такої колосальної роботи виявилися не тільки його геніальність як астронома і математика, а й сміливість думки, свобода духу, завдяки яким він зумів подолати тисячолітні традиції і забобони. Багаторічні пошуки прояви числової гармонії Всесвіту, простих числових відносин у світі завершилися для Кеплера відкриттям дійсних законів планетних рухів, викладені в його творах "Нова, вишукуються причини астрономія, або фізика неба "(1609) і" Гармонія світу "(1619).

На початку XVII ст., хоча основні космологічні ідеї древніх греків і втратили своє наукове значення, тим не менше деякі з них за століття набули характеру абсолютних положень, відмовитися від яких не вистачало сміливості духу. Так, в плоть і кров вчених увійшло уявлення про те, що тільки круговий, рівномірний, "природний" рух єдино припустимо для небесних тіл. Навіть Копернік і Галілей залишилися у владі цього переконання, непорушності цих стародавніх космологічних принципів. Проти цієї давньої наукової догми і виступив Кеплер. Після п'яти років трудомісткою математичної обробки величезного матеріалу спостережень Тихо Браге за рухом Марса, Кеплер до 1605 відкрив і в 1609 р. опублікував перші два закони планетних рухів (спочатку для Марса, потім розповсюдив їх на інші планети і супутники).

Один з них стверджував еліптичну форму орбіт і тим руйнував принцип кругових рухів в космосі. Другий показував, що планети не тільки рухаються по еліптичних орбітах, але і рухаються по них нерівномірно. Швидкість планет змінюється таким чином, що площі, що описуються радіусом-вектором в рівні проміжки часу, рівні між собою (закон сталості площ), у зв'язку з ніж звалився принцип рівномірності справжніх небесних рухів.

Але Кеплер йде ще далі і ставить питання про динаміку руху планет. До Кеплера планетна космологія, спиралася на принцип "природності" рухів небесних тіл, була кінематичної. Переслідуючи одну мету - передвичесленням видимих положень світил, тобто направлений на них, автори планетних теорій, починаючи з Птолемея, обмежувалися розробкою кінематика-геометричних моделей світу, навіть не намагаючись визначити його дійсне пристрій. Навіть у Коперника схема орбітальних рухів планет залишалася старої, кінематичного. І тільки Кеплер побачив у геліоцентричної картині рухів планет дію єдиної фізичної сили і поставив питання про її природі.

Вже в 1596 р. у своєму першому творі "Космографіческая таємниця" він звернув увагу на те, що з видаленням від Сонця періоди обертання планет збільшуються швидше, ніж радіуси їхніх орбіт, тобто зменшується швидкість руху планет. Тут можливо було два пояснення. Перше - рушійна сила зосереджена в кожній планеті, і в далеких планет вона чомусь менше, ніж у близьких (так думав Тихо Браге). Друге - рушійна сила єдина для всієї системи і зосереджена в її центрі - Сонце, яке діє сильніше на близькі і слабкіше на далекі планети. Кеплер зупинився на другому, оскільки ця ідея краща пояснювала перші два закони планетних рухів.

Через десять років після опублікування перших двох законів Кеплер встановив (1619) універсальну залежність між періодами обертання планет і середніми відстанями їх від Сонця (третій закон Кеплера - квадрати часів обертання планет навколо Сонця відносяться як куби середніх відстаней цих планет від Сонця). Це остаточно переконало його в тому, що рухом планет управляє саме Сонце.

Тому Кеплер вперше поставив питання про фізичну природу і точному математичному законі дії сили, рушійною планети. Дія Сонця на планети Кеплер порівнював з дією магніту. Таке порівняння було цілком у дусі часу, для якого характерна особливе захоплення магнітними явищами.

4. Г. Галілей: розробка понять і принципів "земної динаміки"

У формуванні класичної механіки і затвердження нового світогляду велика заслуга Г. Галілея (1564-1642). Рік народження Галілея - це рік смерті Мікеланджело і рік народження В. Шекспіра. Галілей - видатна особистість перехідної епохи від Відродження до Нового часу.

З минулим його зближує невизначена трактування проблеми нескінченності світу, він не бере кеплерових еліптичних орбіт і прискорень планет; (Галілей вважав їх простим воскресінням стародавньої піфагорейської ідеї про роль числа у Всесвіті, несумісною з новим експериментальним природознавством, за яку він боровся. Тому він не звернув уваги і на кеплерови закони (а, можливо, і не ознайомився з ними, хоча Кеплер послав йому свій твір 1609 р.).) у нього немає ще уявлення про те, що тіла рухаються по кривих в "плоскому" однорідному просторі завдяки їх взаємодій, він ще не звільнився від чуттєвих образів і якісних протиставлень та ін Але в той же час він весь спрямований у майбутнє. Галілей вже відкриває дорогу математичного природознавства; він був упевнений, що "закони природи написані на мові математики "; його стихія - уявні кінематичні і динамічні експерименти, логічні конструкції; головний пафос його творчості - можливість математичного осягнення світу; сенс своєї творчості він бачить у фізичному обгрунтуванні геліоцентрізма, навчання Коперника. Галілей закладає основи експериментального природознавства: показує, що природознавство - це вміння робити наукові узагальнення з досвіду, а експеримент - найважливіший метод наукового пізнання.

Ще будучи студентом (університет м. Піза), Галілей робить відкриття великої наукової та практичної значущості -- відкриває закон ізотропності коливань маятника, який відразу ж знайшов застосування в медицині, астрономії, географії, прикладної механіки. Відразу ж після винаходу зорової труби (1608 р.) він удосконалив її і перетворив на телескоп з 30-кратним збільшенням, за допомогою якого здійснив ряд видатних астрономічних відкриттів: відкрив супутники Юпітера, Сатурна, фази Венери, сонячні плями, виявив, що Чумацький Шлях являє собою скупчення нескінченної кількості зірок, і ін

За істинність і визнання своїх відкриттів Галілею довелося вести складну боротьбу з церковною ортодоксією. Адже його життя і діяльність відбувалися в атмосфері Контрреформації, посилення католицької реакції. Це був трагічний для природознавства період історії. Мова йшла про суверенітет розуму в пошуках істини. У 1616 р. вчення Коперника було заборонено, а його книга внесена до інквізиційний "Індекс заборонених книг". Після виходу у світ декрету почалися сутінки італійської науки, в наукових колах настановив похмуре мовчання.

Церква двічі вела процеси проти Галілея. Після першого процесу в 1616 році Галілей змушений був перейти до методів "нелегальної боротьби" за коперніканізм. У той же час він продовжує дослідження законів руху тіл під дією сил в земних умовах. Основні підсумки цих досліджень були викладені ним у книзі "Діалог про дві системи світу", яка вийшла в світ у Флоренції в 1632 році.

Книга Галілея викликала захоплення у наукових колах всіх країн і обурення серед церковників. Єзуїти негайно почали компанію проти Галілея, яка призвела до другого процесу інквізиції в 1633 році. Інквізиція пригрозила Галілею не тільки його засудженням як єретика, але і знищенням всіх його рукописів і книг. Від нього вимагали визнання помилковості вчення Коперника. Галілей змушений був поступитися. Ціною найтяжчому моральної тортури, неймовірних принижень перед тими, кого він так пристрасно картав у своїх творах, Галілей купив можливість завершення своєї справи.

Існує легенда, що 22 червня 1633 в церкві Святої Марії після прочитання тексту формального зречення Галілей вимовив фразу "Eppur si muove!" (І все-таки вона рухається!). Ця легенда надихала багатьох художників, письменників, поетів. Насправді ця фраза не була виголошена ні цього дня, ні пізніше. Але тим не менш ця непроізнесенная фраза виражає дійсний сенс життя і творчості Галілея після вироку. У роки, що пішли за процесом, Галілей продовжував розробку раціональної динаміки.

Історична заслуга Галілея перед природознавством полягає в наступному:

Галілей розмежовує поняття рівномірного і нерівномірного, прискореного руху;

формулює поняття прискорення (швидкість зміни швидкості);

показує, що результатом дії сили на рухоме тіло є не швидкість, а прискорення;

виводить формулу, що зв'язує прискорення, шлях і час S = 1/2 (at І);

формулює принцип інерції ( "якщо на тіло не діє сила, то тіло знаходиться або в стані спокою, або в стані прямолінійного рівномірного руху ");

виробляє поняття інерціальній системи;

формулює принцип відносності руху (всі системи, які рухаються прямолінійно і рівномірно друг щодо одного (тобто інерціальні системи) рівноправні між собою щодо опису механічних процесів);

відкриває закон незалежності дії сил (принцип су?? ерпозіціі).

На підставі цих законів з'явилася можливість вирішення найпростіших динамічних задач. Так, наприклад, Х. Гюйгенс дав рішення задач про удар пружних куль, про коливання фізичного маятника, знайшов вираження відцентрової сили.

Дослідженнями Галілея було закладено міцний та надійний фундамент динаміки та методології класичного природознавства. Подальші дослідження лише поглиблювали і зміцнювали цей фундамент. З повною підставою Галілея називають "батьком сучасного природознавства ".

5. Ньютоніанская революція

Ціла плеяда вчених ХVII століття внесли свій внесок у розвиток передумов класичної механіки (І. Буйо, Дж. Бореллі, Гук та ін.)

Узагальнення результатів природознавства ХУП століття випала на долю І. Ньютона (1643 - 1727). Саме Ньютон завершив грандіозну роботу споруди фундаменту нового класичного природознавства. Врозріз з багатовіковими традиціями в науці, Ньютон вперше свідомо відмовився від пошуків "кінцевих причин" явищ і законів і обмежився, на противагу картезіанцам, точним вивченням кількісних проявів цих закономірностей в природі.

Узагальнюючи існували незалежно один від одного результати своїх попередників у струнку теоретичну систему знання (ньютонівську механіку), Ньютон тим самим з'явився і родоначальником класичної теоретичної фізики.

Народився І. Ньютон в невеликому селі Вульсторп в графстві Лінкольн 5 січня 1643 в сім'ї дрібного фермера. Дитячі і отрочні роки пройшли в середовищі фермерів та сільських пасторів. У дитинстві Ісаак жив в основному під опікою бабусі. Схильний до самотності, роздумів, наполегливий у навчанні хлопчик закінчив школу першим і в 1660 р. поступив у Кембридж. Всі свої великі відкриття він зробив або підготував в молоді роки, в 1665 - 1667 рр.., рятуючись у рідному селі Вулсторпі під Лондоном від чуми, що лютувала в містах Англії. (До цього періоду відноситься відомий анекдот про падаючу яблуці, що напровадив Ньютона на думку про тяжіння). Серед цих відкриттів: знамениті закони динаміки, закон всесвітнього тяжіння, створення (одночасно з Лейбніцем) нових математичних методів - диференціального і інтегрального обчислень, які стали фундаментом вищої математики; винахід телескопа-рефлектора, відкриття спектрального складу білого світу і ін

З ім'ям Ньютона пов'язано відкриття або остаточне формулювання основних законів динаміки: закону інерції; пропорційності між кількістю руху (mv) і величиною рушійної сили (F); рівності за величиною і протилежності за напрямком сил при центральному характер взаємодії. Вершиною наукової творчості Ньютона стала його теорія тяжіння і проголошення першого дійсно універсального закону природи - закону всесвітнього тяжіння.

У 1666 р. у Ньютона виникає ідея всесвітнього тяжіння, його спорідненості з силою тяжіння на Землі і ідея про те, яким чином можна обчислити силу тяжіння. Доказ тотожності між силою тяжіння та силою тяжіння на Землі проводиться