Страница 14 из 57
Это являлось концом старой аристотелевско-птолемеевской геоцентрической системы мира, первой в истории человечества научной революцией. Гелиоцентрическая система мира Коперника рождала принципиально новое миропонимание, которое исходило из того, что Земля одна из планет, движущихся вокруг Солнца по круговым орбитам. Совершая обращение вокруг Солнца, Земля одновременно вращается вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звездного неба.
Но гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предполагаемого центра вселенной. Включив Землю в число небесных тел, которым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчиненном некоторым общим закономерностям единой механики.
Коперник показал ограниченность чувственного познания, неспособного отличать то, что нам представляется, от того, что в действительности имеет место (визуально нам кажется, что Солнце «ходит» вокруг Земли). Он продемонстрировал слабость принципа объяснения окружающего мира только на основе непосредственного наблюдения и указал на важность для науки теоретических обобщений.
А рациональное сочетание теоретических и эмпирических методов явлется основой научного метода — основного инструмента современной науки. Современная наука своим рождением обязана второй научной революции (XVII век). У ее истоков стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон, заложившие основы механического естествознания. Дальнейшие этапы развития науки, о которых пойдет речь ниже связаны с качественным изменением представлений о материальном мире.
Особенности первого этапа развития науки Первой в истории науки физической картиной мира является — механическая. Её основа была заложена Галилео Галилеем (1564-1642). Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы — научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования.
Фактически Галилей обосновал подходы к моделированию сложных систем. Галилей писал: «Никогда я не стану от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менее быстрого движения для того, чтобы объяснить возникновение вкуса, запаха и звука» [15]. Выделение отдельных характеристик объекта позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента.
Эта методологическая концепция естествознания, впервые сформулированная Галилеем в труде «Пробирные весы», оказала решающее влияние на становление классического естествознания. В учении Галилео Галилея были заложены основы нового механического естествознания, намечены пути к решению «проблемы движения» — одной из сложнейших проблем для человечества [10].
До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повседневным опытом) является ошибочным.
Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. «Открытие, сделанное Галилеем, и применение им методов научного рассуждения были одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли, и оно отмечает действительное начало физики.
Это открытие учит нас тому, что интуитивным выводам, базирующимся на непосредственном наблюдении, не всегда можно доверять, так как они иногда ведут по ложному следу» [10]. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (
в отличие от существовавших ранее представлений), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.
Научный авторитет Галилея связан также с его астрономическими исследованиями, обосновавшими и утверждавшими гелиоцентрическую систему Коперника. Используя построенные им телескопы (вначале это был скромный оптический прибор с трехкратным увеличением, а впоследствии был создан телескоп и с 32-кратным увеличением), Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий.
Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера — Галилей обнаружил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). Наблюдения за Луной показали, что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию, т. е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра.
Галилей убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд. Но самое главное в деятельности Галилея как ученого-астронома состояло в отстаивании справедливости учения Н. Коперника, которое подвергалось нападкам не только со стороны католической церкви, но и со стороны некоторых ученых, высказывавших сомнения в правильности этого учения.
Галилей сумел показать несостоятельность всех этих сомнений и дать блестящее естественнонаучное доказательство справедливости гелиоцентрической системы в знаменитой работе «Диалог о двух системах мира» — Птолемеевской и Коперниковой. Галилею все же пришлось предстать перед судом инквизиции. После длительных допросов он был вынужден отречься от учения Коперника и принести публичное покаяние. (
Спустя 350 лет после смерти Галилея, в октябре 1992 г., он был реабилитирован католической церковью, его осуждение было признано ошибочным, а учение — правильным. Глава римско-католической церкви папа Иоанн-Павел II заявил при этом, что церковь не должна выступать против науки, а, наоборот, должна поддерживать научный прогресс (из телевизионной информационной программы «Время», 31 октября 1992 г.).
Когда Римская церковь подвергала нападкам Коперника и Галилея, это происходило не потому, что их теории содержали нечто, противоречащее Библии, а только из-за того, что заявления Галилея явно противоречили элементам учения Аристотеля, ставшим к тому времени частью католического учения. С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник», ознакомился и дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI - первой трети XVII в. Иоганн Катер (1571-1630).
Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о «Звездном вестнике». Кеплер занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три закона движения планет относительно Солнца. В своем первом законе Кеплер отказывается от коперниковского представления о круговом движении планет вокруг Солнца.
В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите не постоянна и она тем больше, чем ближе планета к солнцу.
Третий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы из средних расстояний от него. Кеплеру принадлежит немало других заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию солнечных и лунных затмений, предложил способы их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы — по имени австрийского императора Рудольфа II , при дворе которого Кеплер занимал место астронома, сменив на этой должности умершего Тихо Браге.