История лазера. Научное издание
Шрифт:
Галилей открыл важность ускорения, которое изменяет скорость во времени как по величине, так и по направлению. До этого люди полагали, что движение земного тела постепенно прекратится, если оно предоставлено само себе.
Почему тела двигаются? Р’ течение почти РґРІСѓС… тысяч лет каждый полагал РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ ложных предположений, сделанных Аристотелем, что необходима сила для поддержания тела РІ движении. Рто убеждение представлялось разумным, например если лошадь перестанет тащить РїРѕРІРѕР·РєСѓ, то РѕРЅР° быстро остановится. Последователи Аристотеля распространяли СЃРІРѕРё соображения Рѕ причинах движения Рё РЅР° метательные снаряды, утверждая, что выпущенная стрела продолжает движение РёР·-Р·Р° того, что РІРѕР·РґСѓС… обтекает ее РѕС‚ наконечника Рє хвосту Рё тем самым толкает ее; это прекрасный пример аристотелевой логики.
На самом деле даже сам вопрос что заставляет тело двигаться? обманчив. Он имел смысл для Аристотеля, который полагал, что естественным состоянием для тела является покой. Галилей выполнил серию экспериментов, которые убедили его в том, что движущееся тело обладает количеством движения (импульсом), которое сохраняется само по себе. Он утверждал, что любое тело, предоставленное само себе, сохраняет свое движение по прямой с постоянной скоростью. Поэтому ключевой вопрос не что заставляет тело двигаться?, а что изменяет движение тела?. Галилей дал ответ, что любое изменение скорости или направления движения должно получаться в результате действия некоторых сил. Такой принцип был позднее выражен Ньютоном как первый закон движения, или закон инерции; сегодня мы можем легко проверить это, пуская шайбу скользить по поверхности льда: чем более гладкая поверхность, тем дольше продолжается движение.
РњС‹ также можем поставить эксперименты, используя объекты, движущиеся РІ специальных условиях, снижающих влияние РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё трения. РћРЅРё дают возможность убедиться, что даже малый толчок позволяет телу двигаться хотя Рё СЃ малой, РЅРѕ постоянной скоростью. Ркстраполируя такие результаты, можно сказать, что если трение полностью исключить, то тело будет продолжать двигаться бесконечно СЃ постоянной скоростью. Таким образом, внешняя сила нужна, чтобы заставить тело двигаться, РЅРѕ как только РѕРЅРѕ начало двигаться, РЅРµ требуется РЅРё какой силы, чтобы РѕРЅРѕ двигалось СЃ постоянной скоростью.
В дальнейшем Галилей сформулировал закон, управляющий движением падающих тел, утверждая, что когда тело свободно падает, его ускорение, если пренебречь сопротивлением воздуха, остается постоянным и одним и тем же для всех тел. Конкретно он экспериментально продемонстрировал тяжелые свинцовые шары падают с той же быстротой, что легкие тела. Он также задался вопросом в своем труде Discorsi intorno a due nuove scienze, распространяется ли свет с бесконечной или конечной скоростью, и предложил соответствующий эксперимент, который можно считать предшественником эксперимента, выполненного Физо (1819-1896) в 1849 г.
РћРЅ горячо РїСЂРёРЅСЏР» гелиоцентрическую систему; переписывался СЃ Кеплером Рё признавал его открытия. РЎ помощью своего телескопа РѕРЅ отрыл, что Млечный Путь образован большим числом звезд, Рё СЃРјРѕРі наблюдать фазы Венеры, существование которых следовало РёР· теории Коперника, РЅРѕ которые РЅРµ наблюдались невооруженным глазом. РљРѕРіРґР° 7-РіРѕ января 1610 Рі. РѕРЅ открыл четыре спутника Юпитера, которых РІ честь своего покровителя РљРѕР·РёРјРѕ Медичи II назвал медичийскими звездами, РѕРЅ столкнулся СЃ проблемой. Р’СЃРµ знали, что существуют семь небесных тел, Р° именно пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер Рё Сатурн, Р° также Солнце Рё Луна. Семь рассматривалось как священное число: разве суббота РЅРµ седьмой день? Разве РЅРµ существует семисветчника Рё семи церквей РІ Р РёРјРµ? Разве нет семи смертных грехов? Что может быть более правильным, чем существование семи небесных тел? Если РјС‹ теперь добавим четыре луны Юпитера, то число небесных тел станет одиннадцать, Р° это число РЅРµ имеет мистического смысла. Поэтому традиционалисты отказались признать телескоп, РЅРµ желали смотреть через него, Рё утверждали, что РѕРЅ показывает только фантазии. Галилей вместе СЃ Кеплером смеялся над этим, РЅРѕ РІСЃРєРѕСЂРµ ему было РЅРµ РґРѕ смеха. Рнквизиция бросила его РІ тюрьму Рё обязала его отказаться РѕС‚ идеи движения Земли. Развитие науки РІ Рталии остановилось РЅР° несколько столетий, РЅРѕ инквизиция РЅРµ смогла противостоять гелиоцентрической теории, которую принимали люди науки, особенно РІ протестантских странах.
РќР° склоне лет Галилею позволили вернуться РІ СЃРІРѕР№ РґРѕРј РІ Арцетри, РіРґРµ РѕРЅ, слепой старик, умер РІ 1642 Рі. Церемония РїРѕС…РѕСЂРѕРЅ РІ церкви Санта Кроче РІРѕ Флоренции была запрещена Р РёРјРѕРј, поскольку РѕРЅР° могла Р±С‹ скандализировать благонамеренных людей Рё оскорбить репутацию инквизиции. Запрет РЅР° чтение трудов Галилея был отменен лишь РІ 1757 Рі. Частичная реабилитация была проведена папой Роанном Павлом II РІ 1981 Рі. СЃ назначением РєРѕРјРёСЃСЃРёРё понтифика, которая должна была проанализировать Рё вынести решения РїРѕ четырем группам исследований, касающихся аспектов толкования Священного писания, культуры, науки, Р° также исторически-юридических особенностей судебного процесса. Р’ октябре 1992 Рі. РєРѕРјРёСЃСЃРёСЏ вынесла окончательное заключение, РЅРµ реабилитируя Галилея, РЅРѕ признавая, что РІСЃРµ РїРѕР±РѕСЂРЅРёРєРё прогресса без исключения имеют равные права РїСЂРё отсутствии неблагоприятных документов. Рто был довольно завуалированный СЃРїРѕСЃРѕР± сказать, что РІ то время СЃСѓРґ РјРѕРі Р±С‹ пройти Рё РїРѕ-РґСЂСѓРіРѕРјСѓ.
Физика Декарта
Открытие Кеплером трех законов движения планет указало РЅР° исключительную важность математики РІ изучении РїСЂРёСЂРѕРґС‹, Рё воодушевило Декарта, чьи исследования основывались РЅР° убеждении, что теоремы математики дают точность, определенность Рё универсальный РїРѕРґС…РѕРґ, РЅРµ доступные РґСЂСѓРіРёРј дисциплинам. Как следствие, Декарт основывал РІСЃРµ СЃРІРѕРё построения РЅР° аксиоме, считая, что ясность Рё определенность являются отличительными чертами подлинного знания. РћРЅ начал СЃ отрицания, что тела РЅР° расстоянии РјРѕРіСѓС‚ действовать РґСЂСѓРі РЅР° РґСЂСѓРіР°, утверждая, что РѕРЅРё РјРѕРіСѓС‚ взаимодействовать только, РєРѕРіРґР° РѕРЅРё РІ контакте. Как следствие, пространство между Луной Рё Землей, Рё РІ более широком смысле, РІСЃРµ пространство РЅРµ может быть пустым, РЅРѕ частично заполнено некоторыми телами, РїРѕРґРѕР±РЅРѕ РІРѕР·РґСѓС…Сѓ Рё материальным объектам. Промежутки между частицами, составляющие эти тела, Р° также остальное пространство предполагалось физической средой, наполненной субстанцией, которая хотя Рё РЅРµ поддается человеческим ощущением, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅР° передавать силу Рё воздействовать РЅР° тела, погруженные РІ нее. Рту среду РѕРЅ назвал эфиром. Таким образом, термин эфир терял значение, данное античной греческой космологией, С‚.Рµ. некий совершенный элемент, составляющий небесные сферы Рё тела. Декартовские частицы находятся РІ постоянном движении, образуя РІРёС…СЂРё, Рё свет является просто передачей давления, РїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёРјРѕРіРѕ РЅР° глаз движением этих вихрей. Р’ своей РєРЅРёРіРµ Dioptrique ученый сравнил зрение СЃ ощущением предмета, получаемого слепым человеком СЃ помощью своей палки.
Основываясь на идее, что эффекты, производимые контактами и столкновениями, являются простейшими и наиболее понятными явлениями внешнего мира, он не нуждался в каких-либо других посредниках. Он не требовал, как мы делаем сегодня, чтобы его схема имела экспериментальное подтверждение, поскольку он больше верил в простоту и точность умозрений, чем в соответствие с наблюдаемыми фактами.
Его труды следует рассматривать как исключительно важные умозрительные попытки показать, что вся Вселенная и ее происхождение можно представить в виде логически согласованной механической схемы, которая зависит от немногих фундаментальных действий, и что полное понимание принципов ее действия можно полностью понять с помощью математики. Он стал родоначальником идеи механистической философии, согласно которой неодушевленный внешний мир может с научными целями рассматриваться, как автоматический механизм, и для каждого физического явления можно вообразить соответствующую механическую модель.
Подобная точка зрения РЅРµ могла быть принята РґРѕ Возрождения, РєРѕРіРґР° было слишком мало если Рё было самодействующих механизмов, которые СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ были работать без участия человека. Люди имели только некоторые инструменты, которые, чтобы работать, требовали умелого управления РёРјРё, Рё поэтому любое проявление регулярности понималось как результат действия некоторого разума. Уже античные греки верили, что РїРѕСЂСЏРґРѕРє Рё гармония, наблюдаемые РІ движении небесных тел, основано РЅР° РёС… душах, Рё РјРЅРѕРіРёРµ явления получили абсурдные объяснения РІ аристотелевой философии. Например, падение тяжелого тела объяснялось предположением, что тяжелое вещество стремиться занять СЃРІРѕРµ естественное место: центр Вселенной. Рто объяснение стало неудовлетворительным, РєРѕРіРґР° была принята коперниковская теория Солнечной системы, поскольку теперь Земля двигалась РІ бесконечном пространстве Рё нельзя было указать точку центра Вселенной. Революционным образом Декарт предположил, что РєРѕСЃРјРѕСЃ можно рассматривать, как РѕРіСЂРѕРјРЅСѓСЋ машину Рё вследствие этого РІСЃРµ происходящее РІ материальном РјРёСЂРµ можно предсказать СЃ помощью математических вычислений.
РћРЅ пошел Рё дальше, утверждая, что физика, РїРѕРґРѕР±РЅРѕ геометрии Рвклида, может быть просто выведена РёР· априорных принципов без какой Р±С‹ то РЅРё было необходимости наблюдений Рё экспериментов, С‚.Рµ. РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ гносеологического рационализма. Р’ этом убеждении РѕРЅ отступал РѕС‚ новых доктрин Бэкона Рё Галилея Рё подвергался даже критике Гюйгенсом.