Чтение онлайн

Была еще чисто астрономическая проблема в теории Коперника. Предсказания положения планет гелиоцентрическая теория давала с малой точностью, с ошибкой до 10 градусов (предсказания искусственной теории эпициклов Птолемея были в то время гораздо точнее).

Решающее усовершенствование теории Коперника произошло только через 50 лет. Часть его принадлежит великому немецкому астроному и математику Иоганну Кеплеру (1571–1630). В 1600 году Иоганн Кеплер стал ассистентом знаменитого датского астронома-наблюдателя Тихо Браге (1546–1601), который произвел основательный пересмотр астрономических данных с античных времен.

Получив в свое распоряжение данные многолетних наблюдений Тихо Браге (после смерти Тихо Браге в 1601 г. И. Кеплер стал его преемником при дворе короля Чехии Рудольфа II), Кеплер смог уточнить гелиоцентрическую картину Коперника, сформулировав свои знаменитые законы движения планет вокруг Солнца:

1-й закон — Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых движется Солнце;

2-й закон — Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади;

3-й закон — Квадраты периодов Ti обращения планет относятся как кубы больших полуосей эллиптических орбит ai, по которым движутся планеты.

Этот закон выражается простым математическим соотношением:

Именно законы Кеплера можно считать одним из важнейших оснований уже в Новое время для И. Ньютона в его открытии закона всемирного тяготения. В наши же дни гелиоцентрическую теорию и законы Кеплера мы воспринимаем как нечто бесспорное, нам трудно оценить по достоинству достижения Коперника и Кеплера. Коперник и Кеплер, будучи людьми глубоко религиозными, выбили у церкви один из краеугольных камней, двинув Землю и превратив ее в рядовую планету. Природа, причина движения планет, тем не менее, оставалась неясной этим великим ученым. (Например, сам Кеплер, стараясь найти разгадку этому феномену, полагал, что планеты по их орбитам движут ангелы).

В целом именно достижения ученых Древней Греции сыграли огромную роль в становлении науки в Европе в эпоху Возрождения (Ренессанса). Можно считать, что, благодаря Аристотелю и Евклиду, Архимеду и Платону, Демокриту и Птолемею и многим другим, мы имеем в науке то, что имеем.

Учения древнегреческих ученых в области естествознания заложили фундамент, на котором, начиная с эпохи Возрождения, была построена сначала классическая, а затем, уже в XX веке, современная наука. Среди самых выдающихся достижений учений Древней Греции следует назвать геометрию Евклида и атомную гипотезу Демокрита, модели мира Аристарха Са-мосского, Гиппарха и Птолемея, научные и инженерные достижения Пифагора и Архимеда, логику Аристотеля, признание за математикой способности описать и объяснить этот мир.

1. Что характерно для натурфилософского понимания природы?

2. Укажите основные принципы атомистического учения древних греков.

3. Что представляет собой космологическая модель Вселенной Аристотеля?

4. Укажите основные идеи о первоэлементах или началах и их авторов.

5. Сформулируйте основные положения логики Аристотеля.

6. Когда появилось слово «физика» и что оно означало в древности и означает сейчас?

7. Дайте краткую характеристику физических и космологических представлений Аристотеля.

8. Каково значение геоцентрической системы мира, обоснованной Птолемеем?

9. Какое значение для естествознания сыграли апории Зенона?

10. В чем суть пифагорейской школы?

11. В чем проявляется сходство западной античной науки и древневосточной (китайской и индийской), а также их различие, разведшее западную и восточную цивилизации на тысячелетия?

12. Существуют ли параллели некоторых взглядов в восточной естественнонаучной философии и в современном естествознании?

Как ясно из главы 2, естествознание выросло из античной натурфилософии, философии природы, рассматривающей ее как умозрительную целостность. В недрах натурфилософии, наряду с астрономией, наукой небес, зародилась и главная наука о природе — физика. Аристотель предвосхитил предмет физики в сочинении «Физика». «Физика, — писал он, — наука о природе и изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движения и, кроме того, начало такого рода бытия*. Это аристотелевское определение практически не расходится с современным определением физики как науки, изучающей простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения. Поэтому понятия, принципы и законы физики фундаментальны, то есть основополагающие для всего естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений. «Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира», — так писал Эйнштейн (мы, конечно, помним, что элементарные — это значит начальные, основные, фундаментальные).

В своей основе физика — экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем, представляют собой количественные соотношения (как правило, достаточно простые) и формулируются на том или ином математическом языке. Различают экспериментальную физику — опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и в объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория действуют в единстве, во взаимосвязи.

В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов, уровней организации и форм движения физика подразделяется на ряд дисциплин (разделов), так или иначе связанных друг с другом. По изучаемым физическим объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, газов и жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи — на физику микро-, макро- и мегамира. По критерию изучаемых процессов, явлений или форм движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые или термодинамические процессы, и соответствующие им области физики: механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику. Указанные подразделения физики по отмеченным критериям частично перекрываются, вследствие глубокой внутренней взаимосвязи между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют. Современная физика содержит не такое уж большое количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физики. Эти теории представляют собой квинтэссенцию (наиболее существенное; в буквальном смысле латинское слово Quinta essentia — пятая сущность, то есть добавление Аристотелем к четырем античным стихиям — воздуху, воде, огню, земле еще и пятой стихии, стихии небес — эфира) знаний о характере физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.

В нашу задачу в этом курсе входит только сжатый очерк развития с XVI века сначала механистических, затем физических концепций и освещение основных концептуальных понятий физических объектов, форм их движений и взаимодействий.

С середины XV века Европа вступает в период революционных цивилизационных (от лат. civilis — гражданский) преобразований. Изменяется все: экономические отношения, государственное устройство, культура, образовательная система и наука. В науке особо выделяется естествознание, развитию которого содействовали, как минимум, два обстоятельства. Во-первых, начавшаяся робко в средневековье ломка основ религиозного мышления и нарождение нового научного мышления получает мощную поддержку со стороны великих реформаторов естествознания, таких как Леонардо да Винчи, Николай Коперник, Теофраст Парацельс, Джордано Бруно, Фрэнсис Бэкон, Галилео Галилей, Иоганн Кеплер, Рене Декарт, Пьер Ферма, Блез Паскаль, Роберт Гук, благодаря которым наука превращается в самостоятельный фактор духовной и культурной жизни, в реальную основу нарождающегося нового мировоззрения. Во-вторых, наряду с наблюдением и миросозерцанием, характерным для науки античного и раннего средневекового периодов, в науку внедряется эксперимент, который становится в ней ведущим методом исследования, радикально расширяя сферу познаваемой реальности и усиливая познавательную мощь естествознания. Господствующим методом мышления становится метафизика, так что этот период развития естествознания можно называть метафизическим, который уступит место диалектическому методу только в XIX столетии. Наибольшие успехи достигаются в области механики, завершенной и систематизированной в своих основаниях к концу XVII века, в результате чего решающее значение приобретает формирующаяся механистическая картина мира, ставшая на три столетия универсальной научной картиной мира. В ее рамках осуществлялись познания не только физических и химических, но также и биологических и антропологических явлений и событий. Идеалы механистического естествознания становятся основой теории познания и методологии науки. Возникают философские учения о человеческой природе, обществе и государстве, выступающие в XVI–XVIII веках как разделы общего учения о едином мировом механизме.

Галилео Галилей (1564–1642), итальянский гений, титан мысли и дела, родился в городе Пизе в знатной, но обедневшей семье. Кстати, бедность не дала ему возможность закончить Пизанский университет, в котором он изучал медицину, но, тем не менее, в 1589 г. он сумел получить в этом университете должность преподавателя математики (!), которую начал изучать самостоятельно с 1585. (До Галилея фактически самоучкой был Авиценна, после него будет Майкл Фарадей). Несколькими годами позже, в 1592, он перешел в Падуанский университет, где занял кафедру математики, которую до него годом раньше безуспешно пытался занять Джордано Бруно (как тесен мир!), и оставался на ней до 1610 года. Именно в эти годы он сделал большую часть своих научных открытий, но не в области математики, а в механике, физике и астрономии.