Механическая картина мира

     Огромное  значение созданной Коперником гелиоцентрической  системы Мира обнаружилось после  того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а  И.Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения; когда Леверье и Адамс  на основании данных этой системы  предсказали существование и  теоретически определили местоположение неизвестной планеты (Нептун), а Галле, направив телескоп в указанную ими  точку неба, открыл неизвестную планету. В настоящее время учение Коперника  не утратило своего значение т.к. оно  раскрыло истинную картину Мира и  совершило революционный переворот  “в развитии системы научного мировоззрения”. 
 
 
 
 

4. Галилео Галилей и рождение опытного естествознания 
 

     Галилео Галилей – великий итальянский  ученый, один из создателей классической механики, родился 15 февраля 1564г., в  семье небогатого пизанского дворянина. Первое образование Галилей получил  в монастыре. Семнадцати лет он поступает  в Пизанский университет сначала  на медицинский факультет, а затем  переходит на юридический, где основате6льно изучает математику и философию. В 1589г. Галилей был назначен профессором  математики в Пизанский университет. В эти годы Галилей занимается опровержением учений Аристотеля о  пропорциональности скорости падения  весу тела. Чтобы опровергнуть данное учение он берет два тела, одинаковые по форме и размерам (чугунный и  деревянный шары). Находя соотношения  между скоростью падения и  временем падения, между пройденным путем и временем падения, Галилей  опроверг многовековое заблуждение  и доказал постоянство ускорения  свободного падения. Но в университете механику и астрономию приходилось  излагать в духе Аристотеля и Птолемея. В 1592г он становится профессором  университета в Падуе, где проработал 18 лет (по 1610г.). К концу падуанского  периода Галилей начинает открыто  выступать против системы Птолемея – Аристотеля.

     Сделав  зрительную трубу с увеличением  в 32 раза и направив ее на небо, Галилей  обнаружил неровности Луны; Млечный  Путь оказался состоящим из множества  звезд, число которых росло с  ростом увеличения трубы; у Юпитера  были найдены четыре спутника. Все  это не соответствовало учению Аристотеля о противоположности земного  и небесного, а подтверждало систему  Коперника.

     В 1612г Галилей издает “Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и  тех, которые в ней движутся”, эта работа была направлена против механики Аристотеля. Вслед за ней  появляется письмо Галилея о солнечных  пятнах. Это было тоже опровержение Аристотеля, но оно не могло пройти незамеченным церковью, церковь обвиняет Галилея в том, что он доказывает движение Земли и неподвижность  Солнца; они пытаются добиться запрещения учения Коперника. В 1615г Галилей  едет в Рим, чтобы защитить себя и  предотвратить запрещение учения Коперника. Но 5 марта 1616г учение Коперника “как ложное и целиком противное Священному Писанию” было запрещено, Галилей получил  от святой инквизиции негласный приказ молчать. В 1623г он снова едет в  Рим, чтобы добиться отмены ограничений  в своей научной деятельности, но официальной отмены ограничений  ему добиться не удалось. Несмотря на ограничения Галилей готовит  к опубликованию свою основную работу “Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой”. В феврале 1632г книга вышла в  свет, туда вошли все произведения Галилея, все то, что было создано  им с 1590г по1625г. Цель ученого –  представить не только асторономические, но и механические доводы в пользу истинности учения Коперника.

     Вращение  Земли, по словам Птолемея, должно было бы рассеять находящиеся на ней тела; тела при падении должны были бы двигаться не вертикально, а наклонно, так как они будут отставать  от движущейся Земли; птицы и облака должны были бы уноситься на запад. Опровергая эти аргументы Галилей  приходит к открытию закона инерции. Открытием этого закона было ликвидировано  многовековое заблуждение, выдвинутое Аристотелем, о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Современная формулировка этого закона такова: Всякое тело сохраняет  состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех  пор, пока воздействие со стороны  других тел не выведет его из этого  состояния. Галилей определил механический принцип относительности: никакими механическими опытами, проведенными внутри замкнутой инерциальной системы, невозможно установить: покоится система  или движется равномерно и прямолинейно.

     Разговоры собеседников о различных астрономических  открытиях (неровностях Луны, пятнах на Солнце, фазах Венеры, спутниках  Юпитера) утверждает мысль о справедливости теории Коперника.

     Успех “Диалога” был потрясающим, единомышленники  восторженно приветствуют Галилея  с открытием новой эры в  изучении природы. Противники же в свою очередь пустили слух, что под  маской защитника Аристотеля и Птолемея выведен сам Папа. Началась травля Галилея, в сентябре Галилею было передано повеление папской инквизиции явиться в Рим, но из –за болезни  Галилея дают небольшую отсрочку. В феврале 1633г Галилей прибывает  в Рим, на допросе он отрицал, что  разделял Коперниково учение после  того, как инквизиция объявила его  еретическим. Галилей твердо стоял  на том, что в дискуссионном порядке  о гелиоцентрической системе  Мира и писать, и говорить не запрещалось, а сама книга была выпущена с разрешения цензуры. После допроса Галилей  был арестован и заключен в  кандалы инквизиции. 22 июня 1633г в  церкви Святой Марии при большом  стечении народа состоялся последний  акт судилища над Галилеем. По приговору  его книга была запрещена, а сам  он подлежит тюремному заключению, длительность, которого оставлена на усмотрение Святой службы. Унизительный акт судилища и отречения сильно подорвали здоровье больного Галилея, но несмотря не на все Галилей мысленно видел свое будущее произведение “Беседы и математические доказательства”, в котором идеи “Диалога” получали свое дальнейшее развитие. «Беседы» были закончены в 1637г. В книге обобщено все то, что сделал Галилей в  области механики. В 1642г. Галилея не стало. Ушел из жизни один из замечательных мыслителей, великий астроном, механик, физик, математик.

     Галилей считается одним из основоположников опытного естествознания и новой  науки. Именно он сформулировал требования к научному эксперименту, состоящие  в устранении побочных обстоятельств, в умении видеть главное. Путем эксперимента Галилей опроверг учение Аристотеля о пропорциональности скорости падения  весу тела, показал, что воздух имеет  вес и определил его плотность. Он был первым, кто направил зрительную трубу на небо в научных целях, тем самым, расширив сферу познания. Мысленные эксперименты Галилея построены на идеализации движения шаров, тележек и других материальных объектов по горизонтали и наклонной плоскости. Мысленный эксперимент получил в дальнейшем широкое распространение в физике и стал важнейшим методом познания, им пользовался Максвелл при создании теории электромагнитного поля. Мысленные эксперименты позволили многим ученым (Максвелл, Больцман, Карно и др.) установить закономерности в хаотическом тепловом движении и термодинамики. Таким образом, и принцип относительности Галилея, получивший свое дальнейшее развитие в теории относительности, и мысленный эксперимент, введенный в науку им же и ставший необходимым методом современной физики, свидетельствуют о чрезвычайно высоком методологическом уровне, на котором в своих исследованиях стоял великий итальянский ученый. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Иоганн Кеплер и открытие законов небесной механики 
 

     Иоганн  Кеплер родился 27 декабря 1571г, отец его, Генрих Кеплер, разорившийся дворянин, служил простым солдатом, мать –  дочь деревенского трактирщика, не умела  читать и писать. При рождении мальчик  чудом остался жив. Когда ему  исполнилось четыре года родители бросили  его, в 13 лет он умирал в третий раз, но жизнь не покидала его. Окончив  в 1579г монастырскую школу, Кеплер перевелся  в духовную трехгодичную школу, после  которой остался в Тюбингенской семинарии, а после – в Тюбингенском университете. В университете он познакомился с учением Коперника, став его  горячим сторонником. Работая учителем математики и философии в училище  г. Граца, он вместе с преподаванием  стал заниматься научной работой  по астрономии, а также составлять календари и гороскопы. Кеплер был  вынужден заниматься астрологией, чтобы  не умереть с голоду, прокормить свою семью и вести исследования по астрономии.

     За  свою жизнь Кеплер написал много  работ. Его первая книга, изданная в 1597г., вышла под интересным названием  «Космографическая тайна». Кеплер поставил задачу найти числовые отношения  между орбитами планет. Пробуя различные  комбинации чисел, он пришел к геометрической схеме, по которой можно было отыскивать расстояния планет от Солнца. Свою работу Кеплер отослал датскому астроному  Тихо Браге и Г.Галилею. Из-за преследования  со стороны католической церкви жизнь  на родине стала невыносимой, и Кеплер едет в Прагу. Там он был назначен имперским математиком и должен был работать под руководством Тихо Браге – имперского астронома. В 1601г умирает Тихо Браге и в  руках Кеплера оказался журнал тридцатилетних наблюдений «короля астрономии».

     В 1609г появилась на свет книга Кеплера  «Новая астрономия или Небесная физика с комментариями на движение планеты  Марс по наблюдениям Тихо Браге». В  течение восьми лет трудился он над  расчетами, семьдесят раз пришлось повторять каждое вычисление, но, не смотря не на все он сформулировал  первые два закона о движении планет:

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
2. Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади.

     Нужда и несчастье продолжает преследовать его, в 1611г умерли его жена и сын, и он остался с двумя детьми на руках. Материальная нужда заставила  его покинуть Прагу, и он уехал  в Линц, где он занял место преподавателя  математики. В 1615г он получает известие об обвинении его матери в колдовстве. Всю свою силу и находчивость он тратит, чтобы спасти мать от костра, в 1621 он добивается ее освобождения. Даже после таких ударов судьбы сила духа не покидает его, и он выпускает новую работу «Гармония мира», содержащую третий закон небесной механики: квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

     Другие  наиболее известные работы Кеплера  это: «Рудольфовы таблицы» - астрономические  планетные таблицы, над которыми Кеплер работал 20 лет. Названы были в честь императора Рудольфа 2. Эти  таблицы служили морякам и  астрономам, составителям календарей и астрологам и только в 19 веке были заменены более точными. Своими работами по математике Кеплер внес большой  вклад в теорию конических

     Сечений, в разработку теории логарифмов, способствовал  разработке интегрального исчисления и изобретению первой вычислительной машины. В1618г начинается Тридцатилетняя война. Казна по прежнему пуста Кеплер живет случайными заработками, совершая многочисленные поездки в Регенсбург с хлопотами о выдаче жалованья. Во время одной из таких поездок  Кеплер заболел и умер. В 1774г Петербургская  Академия наук купила большую часть  архива Кеплера.

     Этому замечательному человеку и большому ученому на его родине, в Вейле  и Регенсбурге, поставлены памятнике  и открыты музеи. Кеплеру суждено  бессмертие в награду за его настойчивость  и изобретательность, с которой  он возобновлял свои попытки разгадать  тайны Природы, за открытые им законы движения планет.

     В 1996г исполнилось 425 лет со дня  рождения одного из величайших астрономов мира Иоганна Кеплера. 

6. Механика и методология Исаака Ньютона 
 

   Ньютон  – этот блестящий гений – указал, по словам Эйнштейна, пути мышления, экспериментальных  исследований и практических построений, создал гениальные методы и в совершенстве владел ими, был исключительно изобретателен  в нахождении математических и физических доказательств, был самой судьбой  поставлен на поворотном пункте умственного  развития человечества. Современная  физика не отбросила механику Ньютона, она только установила границы ее применимости.  Ядром МКМ является механика Ньютона, в любой физической теории довольно много понятий, но есть основные, в которых проявляется  специфика этой теории, ее базис, ее мировоззренческий аспект. К таким  понятиям относятся: материя, движение, пространство, время, взаимодействие.

   Материя – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц (атомов), т.е. в МКМ были приняты дискретные представления о материи. И поэтому важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела, материальная точка – это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным.

   Пространство. Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты же признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон рассматривает два вила пространства: относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношений между телами, и абсолютное – это пустое вместилище тел, оно не связано с временем и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Оно является трехмерным, непрерывным, бесконечным, однородным, изотропным. Пространственные отношения описываются в МКМ геометрией Евклида.

   Время. Ньютон рассматривает два вида времени: относительное и абсолютное. Относительное время познают в процессе измерений. «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему – либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью». Таким образом, время – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего, оно течет в одном направлении (от прошлого к будущему), оно непрерывно, бесконечно и везде одинаково (однородно).