Развитие физики. Развитие астрономии. И. Кеплер

Развитие астрономии. И. Кеплер

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями. Кардинальные изменения наметились в связи с работами Тихо Браге, который более 20 лет наблюдал и определял положение небесных объектов с завидной точностью, тем более удивительной, если учесть уровень технической оснащенности обсерваторий того времени. Тихо Браге был блестящим астрономом-наблюдателем, но не теоретиком. «К счастью, на своем жизненном пути Браге встретил Иоганна Кеплера, которому на смертном одре завещал все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений». В результате обработки наблюдений Браге Кеплер сформулировал первые два закона планетных движений. Первый утверждал эллиптическую форму орбит и разрушал греческий принцип круговых движений в космосе, второй показывал, что планеты движутся по орбитам неравномерно. Так рухнул принцип равномерности небесных движений. Кеплер нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени. Затем Кеплер установил зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями от Солнца. Это убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце. Поэтому Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точном математическом законе действия этой силы. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита.

Развитие физики в этот период тесно связано с такими именами как Галилей, Декарт и Ньютон.

Галилей – выдающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к Новому времени. Галилей открыл дорогу математическому естествознанию. Смысл его творчества – физическое обоснование гелиоцентризма. Историческая заслуга Галилея перед естествознанием состоит в следующем:

- он разграничил понятия равномерного и неравномерного, ускоренного движения,

- сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости),

- показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение,

- вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время,

- сформулировал принцип инерции,

- выработал понятие инерциальной системы,

- сформулировал принцип относительности движения,

- открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

Исследования Галилея заложили надежный фундамент динамики, а также методологии классического естествознания. С полным основанием Галилея называют «отцом современного естествознания».

Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физике 17 века оказал Рене Декарт (Картезий). Он разработал рационалистическую методологию теоретического естествознания. («Оставим книги, посоветуемся с разумом!»)

Требование простоты и ясности – основной принцип методологии Декарта. Поэтому в научной системе Декарта первостепенную роль играют простота и очевидность математических аксиом и принципов. Выводы из аксиом получаются логическим путем. В проверке результатов важную роль играет опыт.

Рационалистическая методология вполне естественно приводит Декарта к аналитической геометрии и геометризации физики.

Декарт закладывает основы механистического мировоззрения, центральная идея которого – идея тождества материальности и протяженности. Мир Декарта – это однородное пространство, или, что то же самое, протяженная материя. Все изменения в этом пространстве сводятся к единственно возможному – механическому перемещению тел.

Декарт – основоположник научной космогонии. Он автор первой новоевропейской теории происхождения мира. Хотя мир создан Богом, Бог не принимает участия в дальнейшем его развитии. Мир развивается по естественным законам. Законы природы достаточны, чтобы понять не только совершающиеся в природе явления, но и ее эволюцию. Космогоническая теория Декарта объясняла суточное и годовое движение Земли, однако не могла объяснить другие особенности Солнечной системы, в том числе и законы Кеплера. Это была умозрительная космогония, натурфилософская схема, не обоснованная математически. И тем не менее она обладала неоспоримым достоинством – идеей развития, поразительно смелой для той эпохи. Эволюционная картина мира быстро распространилась в науке и надолго определила дальнейшее развитие физики и в целом естествознания. Ньютон говорил: «Если я вижу дальше Декарта, то это потому, что я стою на плечах гиганта».

Результаты естествознания 17 века обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента классического естествознания. Обобщив существовавшие независимо друг от друга результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон стал родоначальником классической теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разработал ее методы и программу развития («Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы»). В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выделение из них общих законов природы методом индукции.

С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики (закона инерции; пропорциональности между количеством движения и движущей силой; равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия). Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы – закона всемирного тяготения. В теории Ньютона тяготение предстало как универсальная сила, которая проявляется между любыми материальными частицами независимо от конкретных качеств и состава, всегда пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал взаимообусловленность законов Кеплера; законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения. Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов («Гипотез не измышляю!»).

Формирование основ классической механики – величайшее достижение естествознания 17 века. Классическая механика была первой фундаментальной естественнонаучной теорией. В течение 3 столетий (17- нач. 20 вв.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественнонаучной картины мира – механистической.

Нельзя не сказать о математических достижениях Ньютона: заложил вместе с Лейбницем основы дифференциального и интегрального исчислений, а также Ньютону принадлежат важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии и др.

Со второй половины 17 века быстро развивается геометрическая оптика. По праву вторым великим достижением Ньютона было открытие того, что белый цвет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый. После открытия сложного состава белого света Ньютон приступил к исследованиям преломления лучей, которое оказалось зависящим от цвета луча. Последнее открыло Ньютону причину хроматической аберрации линзовых объективов. В поисках ахроматического объектива он в 1668 г. изобрел отражательный зеркальный телескоп – рефлектор. Гримальди открыл явление дифракции.

В 1672 г. Ньютон изложил перед членами Лондонского королевского общества и свою новую корпускулярную концепцию света. Свет – это поток световых частиц, наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.

С теорией тяготения связаны космогонические представления Ньютона. Распространив закон тяготения на всю Вселенную, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Он пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности Вселенной материя может существовать в виде множества космических объектов – центов гравитации. Это было первое строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.

Дата добавления: 2014-12-07