|
|
|
|
 Far |
| WinNavigator |
| Frigate |
| Norton
Commander |
| WinNC |
| Dos
Navigator |
| Servant
Salamander |
| Turbo
Browser |
|
|
| Winamp,
Skins, Plugins |
| Необходимые
Утилиты |
| Текстовые
редакторы |
| Юмор |
|
|
|
File managers and best utilites |
Реферат: Становление классического естествознания в работах Коперника, Галилея и Ньютона. Реферат великий коперник и революция в естествознании
Реферат - Становление классического естествознания в работах Коперника, Галилея и Ньютона
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ… 3
1. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА… 5
1.1 Краткая биография. 5
1.2 Об обращениях небесных тел. 5
2. Иоганн Кеплер: открытие тайны планетных орбит… 7
2.1 Биографический очерк. 7
2.2 Законы Кеплера. 8
3. Галилео Галилей… 11
3.1 История жизни. 11
3.2 Принципы “земной динамики”. 12
4. Революция Ньютона.14
4.1 Жизнеописание. 14
4.2 Математические начала натуральной философии. 15
Заключение… 19
Список использованной литературы… 21
Приложения… 22
В XVI-XVII вв. европейская наука вышла на новые рубежи. Передовые мыслители, исследовав Вселенную с помощью научных приборов, нарисовали совершенно новую картину мироздания и места человечества в нем.
Научная революция стала возможной благодаря динамичному развитию общества, уже достигшего значительного технологического прогресса. Огнестрельное оружие, порох и корабли, способные пересекать океаны, позволили европейцам открыть, исследовать и нанести на карту значительную часть мира; а изобретение книгопечатания означало, что любая задокументированная информация быстро становилась доступной ученым всего континента. Начиная с XVI века, взаимосвязь между обществом, наукой и техникой становилась все более тесной, поскольку прогресс в одной из областей знания подталкивал к развитию других.
За исключением нескольких блестящих открытий, в период позднего средневековья научная мысль уступала в развитии технологическим изобретениям. Техника занималась практическими вещами, которые либо работали, либо нет. Наука же изучала природу и законы Вселенной. Передовые идеи часто наталкивались на ожесточенное сопротивление. В частности, новые теории вошли в противоречие с религиозными догмами в объяснении природных явлений, подвергать сомнению которые считалось недопустимым.
До XVI века, считающегося началом современной эры, преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях древнегреческого философа Аристотеля (384- 322 до н. э.) и развившего их греческого астронома Птолемея (II век н. э.). Учения греков и римлян пользовались большим авторитетом в западном мире, особенно если они были приемлемы для Церкви.
Церковью было принято описание Птолемеем небесного свода. Согласно Птолемею, Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг неподвижной Земли. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея, орбиты планет были вычерчены по-другому и приобрели весьма замысловатый вид исключительно для того, чтобы соответствовать данной теории. Понятно, что объектом исправлений была сама Земля, а за Луной, как верили, хрустальная планетарная сфера и звездный небесный свод, управляемые ангелами, были неизменными и нетленными в своем совершенстве. Где-то за ними находился рай и сам Бог.
Не все ученые разделяли точку зрения Птолемея, однако в течение всего периода средневековья ее никто не оспаривал. Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена польским ученым Николаем Коперником (1473-1543).
Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI – XVII вв., приведшей к рождению нового естествознания, было переосмысление вопроса о месте Земли во Вселенной. Еще в Древней Греции Аристарх Самосский выдвинул идею об обращении Земли вокруг Солнца. Однако эта идея не стала общепринятой, и в течение многих столетий господствовала церковная система Птолемея. Это мешало не только развитию астрономии, но и развитию всего естествознания, препятствую осмыслению общности явлений природы. Поэтому выдвижение гелиоцентрической системы Н. Коперника рассматривается как крупнейшее событие в истории естествознания в целом.
Николай Коперник родился в Торуни на Висле 19 февраля 1473 г. в семье крупного купца, принадлежавшего местной знати. Рано потеряв отца, он воспитывался у дяди, занимавшего высокие государственные посты в Вармийской епархии.
Коперник получил прекрасное образование. Три года он учился в крупнейшем в то время Ягеллонском университете в Кракове, затем ы течение десяти лет совершенствовал свое образование в университетах Болоньи и Падуи. Он увлеченно занимался медициной, астрономией, математикой, философией, юридическими науками. К 1503 г. он получил диплом доктора права, обеспечивший ему место каноника Вармийской епархии. В 1505 г. Коперник вернулся на родину и с тех пор безвыездно жил и работал в Вармии до своей кончины (24 мая 1543 г.)
Николай Коперник, сделавший революционный шаг, был сыном своей эпохи, одним из титанов, о которых писал Ф. Энгельс. Он подчеркивал, что такие люди не кабинетные ученые, а «живут в самой гуще интересов своей эпохи, принимают живое участие в практической борьбе»[1] Коперник большую часть жизни посвятил научным исследованиям и сознавал, что его выводы могут оказаться еретическими. Поэтому он не спешил публиковать свой труд «Об обращениях небесных сфер», и увидел его типографский экземпляр лишь в последний день своей жизни.
Данное сочинение содержит шесть книг. На титульном листе напечатано обращение к читателю, которое рекомендует книгу как «расписание» движения планет, составленное на основе наблюдений и новых теорий. Сущность основной идеи труда Коперника: построить простую модель солнечной системы, ее кинетический механизм. И он предложил революционно новую модель мироздания, в которой Солнце является неподвижным центром, а центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны. Делая Землю рядовым членом семейства планет, он порвал с аристотелевской и церковной доктринами.
Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон еще не были открыты). За Сатурном, по мнению ученого, находится наивысшая сфера неподвижных звезд (см. Приложение 1).
Коперник утверждал, что Земля имеет всего три движения:
· обращение вокруг своей оси с запада на восток, соответствующее смене дня и ночи;
· годовое движение, описывающее зодиакальный круг вокруг Солнца в направлении последовательности знаков;
· тоже годовое движение, но против последовательности знаков;
Последние два обращения почти равные и противоположные друг другу вместе делают экваториальный круг, как будто бы они оставались все время не подвижными. Таким образом, Коперник заменил круговое поступательное движение, которое в современности соответствует обращению Земли вокруг Солнца, двумя вращениями.
Новая теория Коперника в основном была правильной, но в ней имелись и слабые места. В частности эта система была почти такой же сложной, как и птолемеевская, главным образом потому, что ученый ошибочно считал орбиты планет окружностями. Она имела огромное стимулирующее значение, поставила перед наукой ряд важных проблем. Во-первых, было необходимо проверить соответствие новой теории фактам. Во-вторых, теория нуждалась в физическом обосновании кинетической схемы. Нужна была новая механика, механика движения – динамика, для развития которой необходима новая динамичная математика. Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания.
Иоганн Кеплер родился в городе Вейль-дер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1596 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника. По окончании Академии в 1593 г. Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики. В 1600 г. он приехал в Прагу к знаменитому астроному Т. Браге, после смерти которого получил материалы его многчисленных наблюдений.
Кеплер написал много научных трудов и статей. Важнейшее его сочинение — " Новая астрономия " (1609), посвящена изучению движения Марса по наблюдениям Т. Браге и содержащая первые два закона движения планет. В сочинении «Гармония Мира» (1619) Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. В работе «Сокращение коперниковой астрономии» (1618-1622) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике изложены в сочинении «Дополнение к Вителло» (1604) и «Диоптрики» (1611). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения. Составленные Кеплером на основе наблюдений Браге «Рудольфовы таблицы» (1627) давали возможность вычислять для любого момента времени положение планеты с высокой для той эпохи точностью. Иоганн Кеплер прожил тяжелую жизнь, полную нужды и несчастья. Умер он от простуды 15 ноября 1630 года. Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.
Кеплер уже был знаком с гелиоцентрической системой Коперника и знал, что Земля вращается вокруг Солнца. Но как именно вращается Земля и другие планеты? Представим проблему следующим образом: мы находитесь на планете, которая, во-первых, вращается вокруг своей оси, а во-вторых, вращается вокруг Солнца по неизвестной нам орбите. Глядя в небо, мы видим другие планеты, которые также движутся по неизвестным нам орбитам. Наша задача — определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращающемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет. Именно это, в конечном итоге, удалось сделать Кеплеру, после чего, на основе полученных результатов, он и вывел три своих закона!
Первый закон (закон эллипсов) описывает геометрию траекторий планетарных орбит. Он утверждает, что орбиты планет представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Эксцентриситеты (степень вытянутости) орбит и их удаления от Солнца в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) и апогелии (самой удаленной точке) у всех планет разные, но все эллиптические орбиты роднит одно — Солнце расположено в одном из двух фокусов эллипса. Проанализировав данные наблюдений Тихо Браге, Кеплер сделал вывод, что планетарные орбиты представляют собой набор вложенных эллипсов. До него это просто не приходило в голову никому из астрономов.
Историческое значение первого закона Кеплера трудно переоценить. До него астрономы считали, что планеты движутся исключительно по круговым орбитам, а если это не укладывалось в рамки наблюдений — главное круговое движение дополнялось малыми кругами, которые планеты описывали вокруг точек основной круговой орбиты. Это было, прежде всего, философской позицией, фактом, не подлежащим сомнению и проверке. Философы утверждали, что небесное устройство, в отличие от земного, совершенно по своей гармонии, а поскольку совершеннейшими из геометрических фигур являются окружность и сфера, значит, планеты движутся по окружности. Главное, что, получив доступ к обширным данным наблюдений Тихо Браге, Иоганн Кеплер сумел перешагнуть через этот философский предрассудок, увидев, что он не соответствует фактам — подобно тому как Коперник осмелился убрать Землю из центра мироздания, столкнувшись с противоречащими стойким геоцентрическим представлениям аргументами.
Второй закон Кеплера (закон площадей) гласит: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади (см. Рис. 2).
Таким образом, из этого закона следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике[2] к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя апогелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.
В первых двух законах речь идет о специфике орбитальных траекторий отдельно взятой планеты. Третий закон Кеплера (гармонический закон) позволяет сравнить орбиты планет между собой. В нем говорится, что чем дальше от Солнца находится планета, тем больше времени занимает ее полный оборот при движении по орбите и тем дольше, соответственно, длится «год» на этой планете: (где T1 и T2 — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а а1 и a2 — длины больших полуосей их орбит).Таким образом, труды ученого, твердо поставившего нас на путь правильного понимания устройства нашей Солнечной системы, и сегодня, спустя века после его смерти, играют столь важную роль в изучении строения необъятной Вселенной.Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь. Тем не менее уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось.
Кроме знаменитых законов, Кеплер внес огромный вклад а развитие науки того времени. А именно:
· вывел «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел;
· нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения, который содержал первые элементы интегрального исчисления;
· составил одну из первых таблиц логарифмов;
· ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе;
· с его трудов начинается история оптики как науки. В этих сочинениях Кеплер подробно излагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описывает преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общую теорию линз и их систем;
· создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых было возможно предсказать движение планет в будущем.
Открытия И. Кеплера ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания окружающего мира и Солнечной системы.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника и новое мировоззрение был сделан Галилеем. Он обосновал коперниковскую систему физически, что привело к созданию основы новой физики, пришедшей на смену аристотелевской. Галилей выработал новую методологию науки и доказал ее эффективность значимостью своих открытий.
Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского дворянина. Галилей учился в Пизанском университете, сначала по желанию отца на медицинском факультете, потом на философском, где изучал математику и философию. Он был одаренным учеником, специалисты оценили работы начинающего исследователя и помогли получить ему кафедру в университете сначала Пизы, а затем Падуи. В последнем он провел 18 лет, сделав ряд важнейших открытий, принесших ему мировую славу.
В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная трубка, услышав об этом, Галилей усовершенствовал ее, направил на небо и сразу обнаружим несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматичный период в жизни Галилея. Борьба оказалась тяжелой. Все последующие 30 с лишним лет Галилей защищал идеи Коперника, был обвинен церковью в ереси, преследовался инквизицией, но продолжал создавать труды, внесшие огромный вклад в развитие классического естествознания. Галилей умер в Арчетри 8 января 1642 году, после восьми лет домашнего ареста. Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни. Ученики Галилея, которым принадлежит честь открытия атмосферного давления, стояли у гроба великого ученого, символизируя несокрушимую силу науки.
Творчество Галилея отличается удивительной глубиной проникновения в суть явлений, позволяющей считать выдающегося итальянского ученого родоначальником физической науки в современном ее понимании. В своих произведениях Галилей касался столь широкого круга проблем, рассматриваемых теперь во всех курсах физики, что их всех практически невозможно перечислить. Однако главная заслуга ученого – это новый подход к описанию и анализу движения.
Труды Галилея в области методологии научного познания предопределили облик классической, или даже современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей добился больших успехов в области астрономии, совершил ряд выдающихся открытий, в числе которых горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера, Млечный путь, как скопление огромного множества звезд. Еще более значительны достижения Галилея в механике, он разрушил догматические построения аристотелевской физики и дал начало новому разделу – динамике. Именно Галилей ввел понятия физического закона, скорости и ускорения. Кроме того человечество обязано Галилею двумя принципами всей физики. Это известный принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, позже Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Еще позднее Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.
Принцип относительности Галилея имел следующее содержание: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково. Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.
Второй принцип, принцип независимости ускорения свободного падения от массы тела, Галилей открыл, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени. Одновременно с этим Галилей открыл закон независимости действия силы: сила тяжести действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, но в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело она изменит его скорость на ту же самую величину. Кроме того, данный закон имел огромное методологическое значение, Галилей ясно показал, что для получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные обстоятельства. Введя метод логического построения от наблюдений и экспериментов к основным принципам. он заложил основы современной науки. При этом он также ввел основополагающую методику точного измерения природных явлений, отбросив прежнюю практику обобщенного описания, т. е. он перешел от качественного описания Вселенной, как это делали греческие мыслители, к количественному.
Галилей определяет траекторию горизонтально брошенного тела и находит, что она параболическая. Законы свободного падения ученый проверяет на наклонной плоскости и определяет, что скорость падения не зависит от длины наклонной плоскости, а зависит только от её высоты.
Галилей делает шаг к выработке важнейшей идее механики, идее об инерции. Он не нашел полной и точной формулировки закона инерции, но выявил свойство тел сохранять свою скорость: ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю. Еще более важным является то, что он привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.
Свое открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать, но его изобретение имело огромное научное и практическое значение. Круговой маятник Галилея и поныне используется в часах.
Все открытия Галилея имели огромное значение как для подтверждения гелиоцентрической системы мира, так и для формирования классической науки в целом.
Следуя примеру Галилея, ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и развитием научных понятий, подготавливая тем самым почву для физического обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVIIв. Ньютоном.
Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в семье фермера в Вулсторпе, близ Грантема в Англии.С 12 лет мальчик начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 г. поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в качестве субсайзера[3]. Окончив колледж в 1665 г., Ньютон получил учёную степень бакалавра.
В 1665-67 гг., во время эпидемии чумы, он жил в своей родной деревне Вулсторп. Эти годы оказались наиболее продуктивными в его научном творчестве. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. его учитель передал ему почётную физико-математическую кафедру в университете, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп — большего размера и лучшего качества, чем первый. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества — английской академии наук. Позднее, в 1703 г., он стал президентом Лондонского королевского общества. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 г. ученый был назначен на должность смотрителя Монетного двора.
В 1699 г. он получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. Труды Ньютона получили высокую оценку и за границами Англии — он был избран иностранным членом Парижской академии наук. В 1705 г. за научные труды он возведён в дворянское достоинство. Ньютон умер в 1727 г. в Кенсингтоне и был похоронен в английском национальном пантеоне — Вестминстерском аббатстве.
Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах И. Ньютона. Его важнейшим научным достижением было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды многих ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.
Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики, которая благодаря ему стала основываться на понятиях количества материи (массы), количества движения и силы. Ему удалось сформулировать закон всемирного тяготения и основные законы динамики: закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения и закон равенства действия и противодействия
Первый закон: всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Этот закон, который иногда называют законом инерции, говорит нам о том, что существуют некие особые системы отсчета, называемые инерциальными, в которых свободные механические тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Первый закон Ньютона является самым фундаментальным звеном всей логической структуры классической механики.
Второй закон Ньютона говорит о том, что изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. В современных учебниках этот закон выражается формулой:. Его часто называют основным законом динамики, так как именно он позволяет решить основную задачу механики. Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона. Иногда второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс: импульс силы равен изменению импульса тела. В качестве следствия из этого закона Ньютон формулирует принцип суперпозиции, дополнив тем самым и статику.
Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. В нем впервые в физике появляется слово взаимодействие. Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра тяжести.
Понятие силы является стержнем Ньютоновской динамики, а её основная задача сводится к установлению закона силы. Ньютон вывел из законов Кеплера существование силы, направленной к Солнцу и обратно пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым он решил задачу физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в природе силы, которая обуславливает притяжение тел, в том числе и Луны к Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет к Солнцу. Таким образом, поставив проблему изучения различных сил, Ньютон дал блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой: Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных успехов. Развивая свою идею всемирного тяготения, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия был невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые также были введены Ньютоном. Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIXв., концепция абсолютного пространства и времени – до начала XXв.
Достижения Ньютона были грандиозны и в других научных сферах: в оптике и математике.
Но именно работы Ньютона в области динамики завершили первую глобальную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классического естествознания Нового времени.
Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии, что привело к изменению в представления о месте человека в мироздании. В средние века Земля считалась центром небес, и все имело целью служение человеку. В Ньютоновском мире Земля стала второстепенной планетой, не очень-то выделяющейся звездой; астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля была просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага каких-то жалких тварей, обитающих на этой булавочной головке. Кроме того, цель, которая со времен Аристотеля составляла внутреннюю сторону научных концепций, была теперь выброшена из научного процесса. Возможно, кое-кто еще верил, что небеса существуют для того, чтобы провозглашать славу Господу, но никто не мог позволить этому верованию вмешиваться в астрономические вычисления. Возможно, мир имел цель, но она не могла больше учитываться при научном объяснении мира.
Теория Коперника должна была бы унизить человеческую гордость, но в действительности произошло противоположное, так как торжество науки возродило человеческую гордость. Человек в короткий срок, совершив грандиозный научно-технический рывок, увеличив свою мощь, стал менее зависеть от условий внешнего мира, почувствовал себя более свободным и уверенным. А потому старая христианская доктрина, по которой он вместе со всем миром — всего лишь творение Бога и целиком подчиняется ему, перестала соответствовать изменившимся историческим условиям. Необходимо было создать другое мировоззрение, которое удовлетворяло бы идейным запросам новой эпохи, и в котором человек был бы более свободным и значительным существом, являлся бы не созданием потустороннего Творца, а частицей несотворенной, а потому вечной природы.
Открытие законов движения планет И. Кеплером и законов механики Г. Галилеем дали строго математическую трактовку понятия этих законов и освободили понимание их от элементов антропоморфизма, поставив это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развития человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.
Переворот, который осуществил И. Ньютон, предложив механистическую картину мира, разрушил упорядоченный и замкнутый космос Аристотеля и средневековой теологии. Эта научная революция стала одним из ярчайших примеров полного пересмотра и изменения научной картины мира, которая очень тесно связана с классическим естествознанием, заложившим фундамент всего последующего научного знания.
1. Галилео Галилей // Энциклопедия «Вокруг света»: URL: www.vokrugsveta.ru/encyclopedia/ (2010. 22 ноября).
2. Иоганн Кеплер // Википедия: URL: ru.wikipedia.org/wiki/ (2010, 27 ноября).
3. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XXв.): Справ. пособие / Г. М. Голин, С. Р. Филонович. — М.: Высшая школа, 1989. — 576 с.
4. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. Учеб. пособ. для студентов. — М.: Просвещение, 1974. — 312 с.
5. Кузнецов Б. Г. Ньютон — М.: Мысль, 1982. — 175 с. — (Мыслители прошлого).
6. Научная революция // Древо познания. В 6 т. Т. 2. Всемирная история / под ред. Дж. Кларк. — М.: МС ИСТ ЛИМИТЕД, 2002. — С. 135-138.
7. Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. — 447 с.
Рис. 1
Рис. 2
[1] Сочинения / К. Маркс, Ф. Энгельс. — 2-е изд. – Т. 20. С. 347.
[2] Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.
[3] Малообеспеченные студенты, выполнявшие для заработка обязанности слуг в колледже
www.ronl.ru
НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 3
1. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА.. 5
1.1 Краткая биография. 5
1.2 Об обращениях небесных тел. 5
2. Иоганн Кеплер: открытие тайны планетных орбит.. 7
2.1 Биографический очерк. 7
2.2 Законы Кеплера. 8
3. Галилео Галилей.. 11
3.1 История жизни. 11
3.2 Принципы “земной динамики”. 12
4. Революция Ньютона. 14
4.1 Жизнеописание. 14
4.2 Математические начала натуральной философии. 15
Заключение.. 19
Список использованной литературы... 21
Приложения.. 22
В XVI-XVII вв. европейская наука вышла на новые рубежи. Передовые мыслители, исследовав Вселенную с помощью научных приборов, нарисовали совершенно новую картину мироздания и места человечества в нем.
Научная революция стала возможной благодаря динамичному развитию общества, уже достигшего значительного технологического прогресса. Огнестрельное оружие, порох и корабли, способные пересекать океаны, позволили европейцам открыть, исследовать и нанести на карту значительную часть мира; а изобретение книгопечатания означало, что любая задокументированная информация быстро становилась доступной ученым всего континента. Начиная с XVI века, взаимосвязь между обществом, наукой и техникой становилась все более тесной, поскольку прогресс в одной из областей знания подталкивал к развитию других.
За исключением нескольких блестящих открытий, в период позднего средневековья научная мысль уступала в развитии технологическим изобретениям. Техника занималась практическими вещами, которые либо работали, либо нет. Наука же изучала природу и законы Вселенной. Передовые идеи часто наталкивались на ожесточенное сопротивление. В частности, новые теории вошли в противоречие с религиозными догмами в объяснении природных явлений, подвергать сомнению которые считалось недопустимым.
До XVI века, считающегося началом современной эры, преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях древнегреческого философа Аристотеля (384- 322 до н. э.) и развившего их греческого астронома Птолемея (II век н. э.). Учения греков и римлян пользовались большим авторитетом в западном мире, особенно если они были приемлемы для Церкви.
Церковью было принято описание Птолемеем небесного свода. Согласно Птолемею, Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг неподвижной Земли. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея, орбиты планет были вычерчены по-другому и приобрели весьма замысловатый вид исключительно для того, чтобы соответствовать данной теории. Понятно, что объектом исправлений была сама Земля, а за Луной, как верили, хрустальная планетарная сфера и звездный небесный свод, управляемые ангелами, были неизменными и нетленными в своем совершенстве. Где-то за ними находился рай и сам Бог.
Не все ученые разделяли точку зрения Птолемея, однако в течение всего периода средневековья ее никто не оспаривал. Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена польским ученым Николаем Коперником (1473-1543).
Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI – XVII вв., приведшей к рождению нового естествознания, было переосмысление вопроса о месте Земли во Вселенной. Еще в Древней Греции Аристарх Самосский выдвинул идею об обращении Земли вокруг Солнца. Однако эта идея не стала общепринятой, и в течение многих столетий господствовала церковная система Птолемея. Это мешало не только развитию астрономии, но и развитию всего естествознания, препятствую осмыслению общности явлений природы. Поэтому выдвижение гелиоцентрической системы Н. Коперника рассматривается как крупнейшее событие в истории естествознания в целом.
Николай Коперник родился в Торуни на Висле 19 февраля 1473 г. в семье крупного купца, принадлежавшего местной знати. Рано потеряв отца, он воспитывался у дяди, занимавшего высокие государственные посты в Вармийской епархии.
Коперник получил прекрасное образование. Три года он учился в крупнейшем в то время Ягеллонском университете в Кракове, затем ы течение десяти лет совершенствовал свое образование в университетах Болоньи и Падуи. Он увлеченно занимался медициной, астрономией, математикой, философией, юридическими науками. К 1503 г. он получил диплом доктора права, обеспечивший ему место каноника Вармийской епархии. В 1505 г. Коперник вернулся на родину и с тех пор безвыездно жил и работал в Вармии до своей кончины (24 мая 1543 г.)
Николай Коперник, сделавший революционный шаг, был сыном своей эпохи, одним из титанов, о которых писал Ф. Энгельс. Он подчеркивал, что такие люди не кабинетные ученые, а «живут в самой гуще интересов своей эпохи, принимают живое участие в практической борьбе»[1] Коперник большую часть жизни посвятил научным исследованиям и сознавал, что его выводы могут оказаться еретическими. Поэтому он не спешил публиковать свой труд «Об обращениях небесных сфер», и увидел его типографский экземпляр лишь в последний день своей жизни.
Данное сочинение содержит шесть книг. На титульном листе напечатано обращение к читателю, которое рекомендует книгу как «расписание» движения планет, составленное на основе наблюдений и новых теорий. Сущность основной идеи труда Коперника: построить простую модель солнечной системы, ее кинетический механизм. И он предложил революционно новую модель мироздания, в которой Солнце является неподвижным центром, а центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны. Делая Землю рядовым членом семейства планет, он порвал с аристотелевской и церковной доктринами.
Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон еще не были открыты). За Сатурном, по мнению ученого, находится наивысшая сфера неподвижных звезд (см. Приложение 1).
Коперник утверждал, что Земля имеет всего три движения:
· обращение вокруг своей оси с запада на восток, соответствующее смене дня и ночи;
· годовое движение, описывающее зодиакальный круг вокруг Солнца в направлении последовательности знаков;
· тоже годовое движение, но против последовательности знаков;
Последние два обращения почти равные и противоположные друг другу вместе делают экваториальный круг, как будто бы они оставались все время не подвижными. Таким образом, Коперник заменил круговое поступательное движение, которое в современности соответствует обращению Земли вокруг Солнца, двумя вращениями.
Новая теория Коперника в основном была правильной, но в ней имелись и слабые места. В частности эта система была почти такой же сложной, как и птолемеевская, главным образом потому, что ученый ошибочно считал орбиты планет окружностями. Она имела огромное стимулирующее значение, поставила перед наукой ряд важных проблем. Во-первых, было необходимо проверить соответствие новой теории фактам. Во-вторых, теория нуждалась в физическом обосновании кинетической схемы. Нужна была новая механика, механика движения – динамика, для развития которой необходима новая динамичная математика. Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания.
Иоганн Кеплер родился в городе Вейль-дер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1596 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника. По окончании Академии в 1593 г. Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики. В 1600 г. он приехал в Прагу к знаменитому астроному Т. Браге, после смерти которого получил материалы его многчисленных наблюдений.
Кеплер написал много научных трудов и статей. Важнейшее его сочинение - " Новая астрономия " (1609), посвящена изучению движения Марса по наблюдениям Т. Браге и содержащая первые два закона движения планет. В сочинении "Гармония Мира" (1619) Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. В работе "Сокращение коперниковой астрономии" (1618-1622) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике изложены в сочинении "Дополнение к Вителло" (1604) и "Диоптрики" (1611). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения. Составленные Кеплером на основе наблюдений Браге "Рудольфовы таблицы" (1627) давали возможность вычислять для любого момента времени положение планеты с высокой для той эпохи точностью. Иоганн Кеплер прожил тяжелую жизнь, полную нужды и несчастья. Умер он от простуды 15 ноября 1630 года. Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.
Кеплер уже был знаком с гелиоцентрической системой Коперника и знал, что Земля вращается вокруг Солнца. Но как именно вращается Земля и другие планеты? Представим проблему следующим образом: мы находитесь на планете, которая, во-первых, вращается вокруг своей оси, а во-вторых, вращается вокруг Солнца по неизвестной нам орбите. Глядя в небо, мы видим другие планеты, которые также движутся по неизвестным нам орбитам. Наша задача — определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращающемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет. Именно это, в конечном итоге, удалось сделать Кеплеру, после чего, на основе полученных результатов, он и вывел три своих закона!
Первый закон (закон эллипсов) описывает геометрию траекторий планетарных орбит. Он утверждает, что орбиты планет представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Эксцентриситеты (степень вытянутости) орбит и их удаления от Солнца в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) и апогелии (самой удаленной точке) у всех планет разные, но все эллиптические орбиты роднит одно — Солнце расположено в одном из двух фокусов эллипса. Проанализировав данные наблюдений Тихо Браге, Кеплер сделал вывод, что планетарные орбиты представляют собой набор вложенных эллипсов. До него это просто не приходило в голову никому из астрономов.
Историческое значение первого закона Кеплера трудно переоценить. До него астрономы считали, что планеты движутся исключительно по круговым орбитам, а если это не укладывалось в рамки наблюдений — главное круговое движение дополнялось малыми кругами, которые планеты описывали вокруг точек основной круговой орбиты. Это было, прежде всего, философской позицией, фактом, не подлежащим сомнению и проверке. Философы утверждали, что небесное устройство, в отличие от земного, совершенно по своей гармонии, а поскольку совершеннейшими из геометрических фигур являются окружность и сфера, значит, планеты движутся по окружности. Главное, что, получив доступ к обширным данным наблюдений Тихо Браге, Иоганн Кеплер сумел перешагнуть через этот философский предрассудок, увидев, что он не соответствует фактам — подобно тому как Коперник осмелился убрать Землю из центра мироздания, столкнувшись с противоречащими стойким геоцентрическим представлениям аргументами.
Второй закон Кеплера (закон площадей) гласит: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади 
(см. Рис. 2).
Таким образом, из этого закона следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике[2] к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя апогелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.
В первых двух законах речь идет о специфике орбитальных траекторий отдельно взятой планеты. Третий закон Кеплера (гармонический закон) позволяет сравнить орбиты планет между собой. В нем говорится, что чем дальше от Солнца находится планета, тем больше времени занимает ее полный оборот при движении по орбите и тем дольше, соответственно, длится «год» на этой планете: 
(где T1 и T2 — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а а1 и a2 — длины больших полуосей их орбит). Таким образом, труды ученого, твердо поставившего нас на путь правильного понимания устройства нашей Солнечной системы, и сегодня, спустя века после его смерти, играют столь важную роль в изучении строения необъятной Вселенной. Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь. Тем не менее уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось.
Кроме знаменитых законов, Кеплер внес огромный вклад а развитие науки того времени. А именно:
· вывел «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел;
· нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения, который содержал первые элементы интегрального исчисления;
· составил одну из первых таблиц логарифмов;
· ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе;
· с его трудов начинается история оптики как науки. В этих сочинениях Кеплер подробно излагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описывает преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общую теорию линз и их систем;
· создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых было возможно предсказать движение планет в будущем.
Открытия И. Кеплера ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания окружающего мира и Солнечной системы.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника и новое мировоззрение был сделан Галилеем. Он обосновал коперниковскую систему физически, что привело к созданию основы новой физики, пришедшей на смену аристотелевской. Галилей выработал новую методологию науки и доказал ее эффективность значимостью своих открытий.
Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского дворянина. Галилей учился в Пизанском университете, сначала по желанию отца на медицинском факультете, потом на философском, где изучал математику и философию. Он был одаренным учеником, специалисты оценили работы начинающего исследователя и помогли получить ему кафедру в университете сначала Пизы, а затем Падуи. В последнем он провел 18 лет, сделав ряд важнейших открытий, принесших ему мировую славу.
В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная трубка, услышав об этом, Галилей усовершенствовал ее, направил на небо и сразу обнаружим несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматичный период в жизни Галилея. Борьба оказалась тяжелой. Все последующие 30 с лишним лет Галилей защищал идеи Коперника, был обвинен церковью в ереси, преследовался инквизицией, но продолжал создавать труды, внесшие огромный вклад в развитие классического естествознания. Галилей умер в Арчетри 8 января 1642 году, после восьми лет домашнего ареста. Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни. Ученики Галилея, которым принадлежит честь открытия атмосферного давления, стояли у гроба великого ученого, символизируя несокрушимую силу науки.
Творчество Галилея отличается удивительной глубиной проникновения в суть явлений, позволяющей считать выдающегося итальянского ученого родоначальником физической науки в современном ее понимании. В своих произведениях Галилей касался столь широкого круга проблем, рассматриваемых теперь во всех курсах физики, что их всех практически невозможно перечислить. Однако главная заслуга ученого – это новый подход к описанию и анализу движения.
Труды Галилея в области методологии научного познания предопределили облик классической, или даже современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей добился больших успехов в области астрономии, совершил ряд выдающихся открытий, в числе которых горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера, Млечный путь, как скопление огромного множества звезд. Еще более значительны достижения Галилея в механике, он разрушил догматические построения аристотелевской физики и дал начало новому разделу – динамике. Именно Галилей ввел понятия физического закона, скорости и ускорения. Кроме того человечество обязано Галилею двумя принципами всей физики. Это известный принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, позже Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Еще позднее Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.
Принцип относительности Галилея имел следующее содержание: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково. Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.
Второй принцип, принцип независимости ускорения свободного падения от массы тела, Галилей открыл, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени. Одновременно с этим Галилей открыл закон независимости действия силы: сила тяжести действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, но в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело она изменит его скорость на ту же самую величину. Кроме того, данный закон имел огромное методологическое значение, Галилей ясно показал, что для получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные обстоятельства. Введя метод логического построения от наблюдений и экспериментов к основным принципам. он заложил основы современной науки. При этом он также ввел основополагающую методику точного измерения природных явлений, отбросив прежнюю практику обобщенного описания, т. е. он перешел от качественного описания Вселенной, как это делали греческие мыслители, к количественному.
Галилей определяет траекторию горизонтально брошенного тела и находит, что она параболическая. Законы свободного падения ученый проверяет на наклонной плоскости и определяет, что скорость падения не зависит от длины наклонной плоскости, а зависит только от её высоты.
Галилей делает шаг к выработке важнейшей идее механики, идее об инерции. Он не нашел полной и точной формулировки закона инерции, но выявил свойство тел сохранять свою скорость: ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю. Еще более важным является то, что он привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.
Свое открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать, но его изобретение имело огромное научное и практическое значение. Круговой маятник Галилея и поныне используется в часах.
Все открытия Галилея имели огромное значение как для подтверждения гелиоцентрической системы мира, так и для формирования классической науки в целом.
Следуя примеру Галилея, ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и развитием научных понятий, подготавливая тем самым почву для физического обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVII в. Ньютоном.
Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в семье фермера в Вулсторпе, близ Грантема в Англии.С 12 лет мальчик начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 г. поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в качестве субсайзера[3]. Окончив колледж в 1665 г., Ньютон получил учёную степень бакалавра.
В 1665-67 гг., во время эпидемии чумы, он жил в своей родной деревне Вулсторп. Эти годы оказались наиболее продуктивными в его научном творчестве. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. его учитель передал ему почётную физико-математическую кафедру в университете, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп - большего размера и лучшего качества, чем первый. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества - английской академии наук. Позднее, в 1703 г., он стал президентом Лондонского королевского общества. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 г. ученый был назначен на должность смотрителя Монетного двора.
В 1699 г. он получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. Труды Ньютона получили высокую оценку и за границами Англии - он был избран иностранным членом Парижской академии наук. В 1705 г. за научные труды он возведён в дворянское достоинство. Ньютон умер в 1727 г. в Кенсингтоне и был похоронен в английском национальном пантеоне - Вестминстерском аббатстве.
Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах И. Ньютона. Его важнейшим научным достижением было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды многих ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.
Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики, которая благодаря ему стала основываться на понятиях количества материи (массы), количества движения и силы. Ему удалось сформулировать закон всемирного тяготения и основные законы динамики: закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения и закон равенства действия и противодействия
Первый закон: всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Этот закон, который иногда называют законом инерции, говорит нам о том, что существуют некие особые системы отсчета, называемые инерциальными, в которых свободные механические тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Первый закон Ньютона является самым фундаментальным звеном всей логической структуры классической механики.
Второй закон Ньютона говорит о том, что изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. В современных учебниках этот закон выражается формулой:
. Его часто называют основным законом динамики, так как именно он позволяет решить основную задачу механики. Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона. Иногда второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс: импульс силы равен изменению импульса тела. В качестве следствия из этого закона Ньютон формулирует принцип суперпозиции, дополнив тем самым и статику.
Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. В нем впервые в физике появляется слово взаимодействие. Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра тяжести.
Понятие силы является стержнем Ньютоновской динамики, а её основная задача сводится к установлению закона силы. Ньютон вывел из законов Кеплера существование силы, направленной к Солнцу и обратно пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым он решил задачу физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в природе силы, которая обуславливает притяжение тел, в том числе и Луны к Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет к Солнцу. Таким образом, поставив проблему изучения различных сил, Ньютон дал блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой: 
Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных успехов. Развивая свою идею всемирного тяготения, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия был невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые также были введены Ньютоном. Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIX в., концепция абсолютного пространства и времени – до начала XX в.
Достижения Ньютона были грандиозны и в других научных сферах: в оптике и математике.
Но именно работы Ньютона в области динамики завершили первую глобальную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классического естествознания Нового времени.
Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии, что привело к изменению в представления о месте человека в мироздании. В средние века Земля считалась центром небес, и все имело целью служение человеку. В Ньютоновском мире Земля стала второстепенной планетой, не очень-то выделяющейся звездой; астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля была просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага каких-то жалких тварей, обитающих на этой булавочной головке. Кроме того, цель, которая со времен Аристотеля составляла внутреннюю сторону научных концепций, была теперь выброшена из научного процесса. Возможно, кое-кто еще верил, что небеса существуют для того, чтобы провозглашать славу Господу, но никто не мог позволить этому верованию вмешиваться в астрономические вычисления. Возможно, мир имел цель, но она не могла больше учитываться при научном объяснении мира.
Теория Коперника должна была бы унизить человеческую гордость, но в действительности произошло противоположное, так как торжество науки возродило человеческую гордость. Человек в короткий срок, совершив грандиозный научно-технический рывок, увеличив свою мощь, стал менее зависеть от условий внешнего мира, почувствовал себя более свободным и уверенным. А потому старая христианская доктрина, по которой он вместе со всем миром - всего лишь творение Бога и целиком подчиняется ему, перестала соответствовать изменившимся историческим условиям. Необходимо было создать другое мировоззрение, которое удовлетворяло бы идейным запросам новой эпохи, и в котором человек был бы более свободным и значительным существом, являлся бы не созданием потустороннего Творца, а частицей несотворенной, а потому вечной природы.
Открытие законов движения планет И. Кеплером и законов механики Г. Галилеем дали строго математическую трактовку понятия этих законов и освободили понимание их от элементов антропоморфизма, поставив это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развития человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.
Переворот, который осуществил И. Ньютон, предложив механистическую картину мира, разрушил упорядоченный и замкнутый космос Аристотеля и средневековой теологии. Эта научная революция стала одним из ярчайших примеров полного пересмотра и изменения научной картины мира, которая очень тесно связана с классическим естествознанием, заложившим фундамент всего последующего научного знания.
1. Галилео Галилей // Энциклопедия «Вокруг света»: URL: http://www.vokrugsveta.ru/encyclopedia/ (2010. 22 ноября).
2. Иоганн Кеплер // Википедия: URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ (2010, 27 ноября).
3. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в.): Справ. пособие / Г. М. Голин, С. Р. Филонович. — М.: Высшая школа, 1989. — 576 с.
4. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. Учеб. пособ. для студентов. — М.: Просвещение, 1974. — 312 с.
5. Кузнецов Б. Г. Ньютон — М.: Мысль, 1982. — 175 с. — (Мыслители прошлого).
6. Научная революция // Древо познания. В 6 т. Т. 2. Всемирная история / под ред. Дж. Кларк. — М.: МС ИСТ ЛИМИТЕД, 2002. — С. 135-138.
7. Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. — 447 с.
Рис. 1
Рис. 2
[1] Сочинения / К. Маркс, Ф. Энгельс. - 2-е изд. – Т. 20. С. 347.
[2] Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.
[3] Малообеспеченные студенты, выполнявшие для заработка обязанности слуг в колледже
znakka4estva.ru
Доклад Естествознание Коперниканская революция
works.tarefer.ru
Реферат Коперниковская революция
скачатьРеферат на тему:
План:
- Введение
- 1 Исторический обзор
- 1.1 Николай Коперник
- 1.2 Тихо Браге
- 1.3 Галилео Галилей
- 1.4 Джордано Бруно
- 1.5 Исаак Ньютон
- 2 Метафорическое использование
- 3 Влияние Примечания
Введение
Художественное изображение гелиоцентрической модели.
Под копе́рниковской револю́цией понимается смена парадигм с модели мироздания Птолемея, которая постулировала, что Земля является центром вселенной, на гелиоцентрическую модель с Солнцем в центре нашей солнечной системы. Это событие стало одной из стартовых точек начала научной революции XVI столетия. Учение Коперника было равносильно революционной перестройке не только в астрономии и естествознании, но и в методах научного исследования и познания. Оно привело к радикальным изменениям образа мышления естествоиспытателей, повернув его от привычных и закостенелых догм к непосредственному исследованию реального мира.[1]
1. Исторический обзор
В 1543 году Николай Коперник опубликовал свой трактат De Revolutionibus coelestium orbium (Об обращениях небесных сфер), в котором он изложил гелиоцентрическую модель представления Вселенной. Потребовалось около 200 лет для того, чтобы эта модель заменила модель Птолемея.
Говорить, что новизна предложений Коперника состоит в простом изменении положения Земли и Солнца — это значило бы, что мы сделали муху из слона в развитии человеческой мысли. Если бы предложение Коперника не оказывало влияния за пределами астрономии, оно бы не задержалось так долго в признании, и ему бы не так усиленно сопротивлялись.[2]
1.1. Николай Коперник
В своём труде Об обращениях небесных сфер (1543) Николай Коперник показал, что движение небес может быть объяснено без утверждения, что Земля находится в геометрическом центре системы. Это привело к выводу, что мы можем отказаться от предположения, что мы наблюдаем Вселенную из особого положения. Хотя Коперник инициировал научную революцию, он, конечно, не завершил её. Он продолжал верить в небесные сферы, и помог совсем немного для прямых наблюдений и доказательства того, что его теория ближе к истине, чем система Птолемея.
1.2. Тихо Браге
Датский астроном Тихо Браге, оставаясь в рамках геоцентрической системы, способствовал научной революции, показав, что небесные сферы в лучшем случае являются математической абстракцией, а не физическими объектами, поскольку большая комета 1577 прошла сквозь сферу несколько планет, и кроме того, сферы Марса и Солнца пересекают друг друга. Браге и его помощники сделали также многочисленные кропотливые замечания, которые позволили Иоганну Кеплеру вывести свои законы движения планет. Пересмотренная гелиоцентрическая система Кеплера дала гораздо более точное описание движения планет, чем система Птолемея.
1.3. Галилео Галилей
Начиная со своего первого использования телескопа для астрономических наблюдений в 1610 году, Галилео Галилей оказал сильную поддержку системе Коперника, наблюдая фазы Венеры (предсказанные Коперником, а не Птолемеем) и спутники Юпитера (которые показали, что видимые аномалии орбиты Луны по теории Коперника не являются уникальными). Галилей также пишет классическую работу в защиту гелиоцентрической системы: Диалог о двух важнейших системах мира (1632), которая привела к процессу над ним и к его домашнему аресту инквизицией.
1.4. Джордано Бруно
В этот же период многие учёные, вдохновлённые Коперником, такие как Томас Диггес и Джордано Бруно, отстаивали существование бесконечного числа или, по крайней мере, достаточно большого числа вселенных около других звёзд, представляющих собой далёкие от нас солнечные системы. Вопреки мнению Коперника и Кеплера (а также Галилея-агностика), к середине XVII века эта гипотеза стала широко признанной, отчасти благодаря поддержке Рене Декарта.
1.5. Исаак Ньютон
Коперниковская революция была, возможно, завершена Исааком Ньютоном, чьи Математические начала натуральной философии (1687) дали последовательное физическое объяснение, и показали, что планеты находятся на своих орбитах благодаря привычной нам силе тяжести. Ньютон смог вывести законы Кеплера как хорошее приближение своей теории и получить ещё более точные прогнозы движения с учетом гравитационного взаимодействия между планетами.
2. Метафорическое использование
Сходство с Коперником имел философ Иммануил Кант, который разработал новую философию, названную трансцендентальным идеализмом. Некоторые более поздние философы назвали его вклад новой «Коперниковской революцией». В теории познания Кант сделал акцент на активность сознания, он поместил человека в центр всего концептуального и эмпирического опыта. Своими трудами он смог преодолеть характерный для XVII и XVIII веков тупик рационализма-эмпиризма. Это был поистине революционный вклад в философию и методологию научного исследования.[3]
3. Влияние
На протяжении более тысячелетия католическая церковь главенствовала не только в религии, но и в политике и науке. Церковь поддерживала популярную теорию геоцентризма, хотя видные богословы, такие как святой Фома Аквинский и святой Альберт Великий были осведомлены о гелиоцентрической теории. Идеи Коперника, составляющие фундамент гелиоцентрического учения, разрушили до основания принципы церковно-теологического мировоззрения и опровергли церковную картину мироздания, основанную на геоцентрической доктрине Птолемея. Своим творчеством Коперник оказал огромное влияние на всё последующее развитие естественных наук. Естествознание после Коперника развивается всё с большей и большей скоростью, проникая всё дальше в окружающий бесконечный мир.[4]
Примечания
- Николай Коперник (1473 - 1543) - herzenfsn.narod.ru/leksion/teoriaizmer/Kopernik.htm
- Томас Кун: Коперниковская революция. Планетная астрономия в развитии Западной мысли. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 1957 (англ.)
- Георг Вильгельм Фридрих Гегель - plato.stanford.edu/entries/hegel/ (англ.)
- Западная философия от истоков до наших дней. - www.gumer.info/bogoslov_Buks/Philos/Reale_ZapFil/Revival/_05.php
wreferat.baza-referat.ru
Дипломная работа - Становление классического естествознания в работах Коперника, Галилея и Ньютона
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ… 3
1. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА… 5
1.1 Краткая биография. 5
1.2 Об обращениях небесных тел. 5
2. Иоганн Кеплер: открытие тайны планетных орбит… 7
2.1 Биографический очерк. 7
2.2 Законы Кеплера. 8
3. Галилео Галилей… 11
3.1 История жизни. 11
3.2 Принципы “земной динамики”. 12
4. Революция Ньютона.14
4.1 Жизнеописание. 14
4.2 Математические начала натуральной философии. 15
Заключение… 19
Список использованной литературы… 21
Приложения… 22
В XVI-XVII вв. европейская наука вышла на новые рубежи. Передовые мыслители, исследовав Вселенную с помощью научных приборов, нарисовали совершенно новую картину мироздания и места человечества в нем.
Научная революция стала возможной благодаря динамичному развитию общества, уже достигшего значительного технологического прогресса. Огнестрельное оружие, порох и корабли, способные пересекать океаны, позволили европейцам открыть, исследовать и нанести на карту значительную часть мира; а изобретение книгопечатания означало, что любая задокументированная информация быстро становилась доступной ученым всего континента. Начиная с XVI века, взаимосвязь между обществом, наукой и техникой становилась все более тесной, поскольку прогресс в одной из областей знания подталкивал к развитию других.
За исключением нескольких блестящих открытий, в период позднего средневековья научная мысль уступала в развитии технологическим изобретениям. Техника занималась практическими вещами, которые либо работали, либо нет. Наука же изучала природу и законы Вселенной. Передовые идеи часто наталкивались на ожесточенное сопротивление. В частности, новые теории вошли в противоречие с религиозными догмами в объяснении природных явлений, подвергать сомнению которые считалось недопустимым.
До XVI века, считающегося началом современной эры, преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях древнегреческого философа Аристотеля (384- 322 до н. э.) и развившего их греческого астронома Птолемея (II век н. э.). Учения греков и римлян пользовались большим авторитетом в западном мире, особенно если они были приемлемы для Церкви.
Церковью было принято описание Птолемеем небесного свода. Согласно Птолемею, Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг неподвижной Земли. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея, орбиты планет были вычерчены по-другому и приобрели весьма замысловатый вид исключительно для того, чтобы соответствовать данной теории. Понятно, что объектом исправлений была сама Земля, а за Луной, как верили, хрустальная планетарная сфера и звездный небесный свод, управляемые ангелами, были неизменными и нетленными в своем совершенстве. Где-то за ними находился рай и сам Бог.
Не все ученые разделяли точку зрения Птолемея, однако в течение всего периода средневековья ее никто не оспаривал. Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена польским ученым Николаем Коперником (1473-1543).
Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI – XVII вв., приведшей к рождению нового естествознания, было переосмысление вопроса о месте Земли во Вселенной. Еще в Древней Греции Аристарх Самосский выдвинул идею об обращении Земли вокруг Солнца. Однако эта идея не стала общепринятой, и в течение многих столетий господствовала церковная система Птолемея. Это мешало не только развитию астрономии, но и развитию всего естествознания, препятствую осмыслению общности явлений природы. Поэтому выдвижение гелиоцентрической системы Н. Коперника рассматривается как крупнейшее событие в истории естествознания в целом.
Николай Коперник родился в Торуни на Висле 19 февраля 1473 г. в семье крупного купца, принадлежавшего местной знати. Рано потеряв отца, он воспитывался у дяди, занимавшего высокие государственные посты в Вармийской епархии.
Коперник получил прекрасное образование. Три года он учился в крупнейшем в то время Ягеллонском университете в Кракове, затем ы течение десяти лет совершенствовал свое образование в университетах Болоньи и Падуи. Он увлеченно занимался медициной, астрономией, математикой, философией, юридическими науками. К 1503 г. он получил диплом доктора права, обеспечивший ему место каноника Вармийской епархии. В 1505 г. Коперник вернулся на родину и с тех пор безвыездно жил и работал в Вармии до своей кончины (24 мая 1543 г.)
Николай Коперник, сделавший революционный шаг, был сыном своей эпохи, одним из титанов, о которых писал Ф. Энгельс. Он подчеркивал, что такие люди не кабинетные ученые, а «живут в самой гуще интересов своей эпохи, принимают живое участие в практической борьбе»[1] Коперник большую часть жизни посвятил научным исследованиям и сознавал, что его выводы могут оказаться еретическими. Поэтому он не спешил публиковать свой труд «Об обращениях небесных сфер», и увидел его типографский экземпляр лишь в последний день своей жизни.
Данное сочинение содержит шесть книг. На титульном листе напечатано обращение к читателю, которое рекомендует книгу как «расписание» движения планет, составленное на основе наблюдений и новых теорий. Сущность основной идеи труда Коперника: построить простую модель солнечной системы, ее кинетический механизм. И он предложил революционно новую модель мироздания, в которой Солнце является неподвижным центром, а центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны. Делая Землю рядовым членом семейства планет, он порвал с аристотелевской и церковной доктринами.
Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон еще не были открыты). За Сатурном, по мнению ученого, находится наивысшая сфера неподвижных звезд (см. Приложение 1).
Коперник утверждал, что Земля имеет всего три движения:
· обращение вокруг своей оси с запада на восток, соответствующее смене дня и ночи;
· годовое движение, описывающее зодиакальный круг вокруг Солнца в направлении последовательности знаков;
· тоже годовое движение, но против последовательности знаков;
Последние два обращения почти равные и противоположные друг другу вместе делают экваториальный круг, как будто бы они оставались все время не подвижными. Таким образом, Коперник заменил круговое поступательное движение, которое в современности соответствует обращению Земли вокруг Солнца, двумя вращениями.
Новая теория Коперника в основном была правильной, но в ней имелись и слабые места. В частности эта система была почти такой же сложной, как и птолемеевская, главным образом потому, что ученый ошибочно считал орбиты планет окружностями. Она имела огромное стимулирующее значение, поставила перед наукой ряд важных проблем. Во-первых, было необходимо проверить соответствие новой теории фактам. Во-вторых, теория нуждалась в физическом обосновании кинетической схемы. Нужна была новая механика, механика движения – динамика, для развития которой необходима новая динамичная математика. Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания.
Иоганн Кеплер родился в городе Вейль-дер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1596 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника. По окончании Академии в 1593 г. Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики. В 1600 г. он приехал в Прагу к знаменитому астроному Т. Браге, после смерти которого получил материалы его многчисленных наблюдений.
Кеплер написал много научных трудов и статей. Важнейшее его сочинение — " Новая астрономия " (1609), посвящена изучению движения Марса по наблюдениям Т. Браге и содержащая первые два закона движения планет. В сочинении «Гармония Мира» (1619) Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. В работе «Сокращение коперниковой астрономии» (1618-1622) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике изложены в сочинении «Дополнение к Вителло» (1604) и «Диоптрики» (1611). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения. Составленные Кеплером на основе наблюдений Браге «Рудольфовы таблицы» (1627) давали возможность вычислять для любого момента времени положение планеты с высокой для той эпохи точностью. Иоганн Кеплер прожил тяжелую жизнь, полную нужды и несчастья. Умер он от простуды 15 ноября 1630 года. Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.
Кеплер уже был знаком с гелиоцентрической системой Коперника и знал, что Земля вращается вокруг Солнца. Но как именно вращается Земля и другие планеты? Представим проблему следующим образом: мы находитесь на планете, которая, во-первых, вращается вокруг своей оси, а во-вторых, вращается вокруг Солнца по неизвестной нам орбите. Глядя в небо, мы видим другие планеты, которые также движутся по неизвестным нам орбитам. Наша задача — определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращающемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет. Именно это, в конечном итоге, удалось сделать Кеплеру, после чего, на основе полученных результатов, он и вывел три своих закона!
Первый закон (закон эллипсов) описывает геометрию траекторий планетарных орбит. Он утверждает, что орбиты планет представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Эксцентриситеты (степень вытянутости) орбит и их удаления от Солнца в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) и апогелии (самой удаленной точке) у всех планет разные, но все эллиптические орбиты роднит одно — Солнце расположено в одном из двух фокусов эллипса. Проанализировав данные наблюдений Тихо Браге, Кеплер сделал вывод, что планетарные орбиты представляют собой набор вложенных эллипсов. До него это просто не приходило в голову никому из астрономов.
Историческое значение первого закона Кеплера трудно переоценить. До него астрономы считали, что планеты движутся исключительно по круговым орбитам, а если это не укладывалось в рамки наблюдений — главное круговое движение дополнялось малыми кругами, которые планеты описывали вокруг точек основной круговой орбиты. Это было, прежде всего, философской позицией, фактом, не подлежащим сомнению и проверке. Философы утверждали, что небесное устройство, в отличие от земного, совершенно по своей гармонии, а поскольку совершеннейшими из геометрических фигур являются окружность и сфера, значит, планеты движутся по окружности. Главное, что, получив доступ к обширным данным наблюдений Тихо Браге, Иоганн Кеплер сумел перешагнуть через этот философский предрассудок, увидев, что он не соответствует фактам — подобно тому как Коперник осмелился убрать Землю из центра мироздания, столкнувшись с противоречащими стойким геоцентрическим представлениям аргументами.
Второй закон Кеплера (закон площадей) гласит: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади (см. Рис. 2).
Таким образом, из этого закона следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике[2] к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя апогелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.
В первых двух законах речь идет о специфике орбитальных траекторий отдельно взятой планеты. Третий закон Кеплера (гармонический закон) позволяет сравнить орбиты планет между собой. В нем говорится, что чем дальше от Солнца находится планета, тем больше времени занимает ее полный оборот при движении по орбите и тем дольше, соответственно, длится «год» на этой планете: (где T1 и T2 — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а а1 и a2 — длины больших полуосей их орбит).Таким образом, труды ученого, твердо поставившего нас на путь правильного понимания устройства нашей Солнечной системы, и сегодня, спустя века после его смерти, играют столь важную роль в изучении строения необъятной Вселенной.Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь. Тем не менее уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось.
Кроме знаменитых законов, Кеплер внес огромный вклад а развитие науки того времени. А именно:
· вывел «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел;
· нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения, который содержал первые элементы интегрального исчисления;
· составил одну из первых таблиц логарифмов;
· ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе;
· с его трудов начинается история оптики как науки. В этих сочинениях Кеплер подробно излагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описывает преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общую теорию линз и их систем;
· создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых было возможно предсказать движение планет в будущем.
Открытия И. Кеплера ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания окружающего мира и Солнечной системы.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника и новое мировоззрение был сделан Галилеем. Он обосновал коперниковскую систему физически, что привело к созданию основы новой физики, пришедшей на смену аристотелевской. Галилей выработал новую методологию науки и доказал ее эффективность значимостью своих открытий.
Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского дворянина. Галилей учился в Пизанском университете, сначала по желанию отца на медицинском факультете, потом на философском, где изучал математику и философию. Он был одаренным учеником, специалисты оценили работы начинающего исследователя и помогли получить ему кафедру в университете сначала Пизы, а затем Падуи. В последнем он провел 18 лет, сделав ряд важнейших открытий, принесших ему мировую славу.
В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная трубка, услышав об этом, Галилей усовершенствовал ее, направил на небо и сразу обнаружим несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматичный период в жизни Галилея. Борьба оказалась тяжелой. Все последующие 30 с лишним лет Галилей защищал идеи Коперника, был обвинен церковью в ереси, преследовался инквизицией, но продолжал создавать труды, внесшие огромный вклад в развитие классического естествознания. Галилей умер в Арчетри 8 января 1642 году, после восьми лет домашнего ареста. Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни. Ученики Галилея, которым принадлежит честь открытия атмосферного давления, стояли у гроба великого ученого, символизируя несокрушимую силу науки.
Творчество Галилея отличается удивительной глубиной проникновения в суть явлений, позволяющей считать выдающегося итальянского ученого родоначальником физической науки в современном ее понимании. В своих произведениях Галилей касался столь широкого круга проблем, рассматриваемых теперь во всех курсах физики, что их всех практически невозможно перечислить. Однако главная заслуга ученого – это новый подход к описанию и анализу движения.
Труды Галилея в области методологии научного познания предопределили облик классической, или даже современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей добился больших успехов в области астрономии, совершил ряд выдающихся открытий, в числе которых горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера, Млечный путь, как скопление огромного множества звезд. Еще более значительны достижения Галилея в механике, он разрушил догматические построения аристотелевской физики и дал начало новому разделу – динамике. Именно Галилей ввел понятия физического закона, скорости и ускорения. Кроме того человечество обязано Галилею двумя принципами всей физики. Это известный принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, позже Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Еще позднее Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.
Принцип относительности Галилея имел следующее содержание: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково. Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.
Второй принцип, принцип независимости ускорения свободного падения от массы тела, Галилей открыл, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени. Одновременно с этим Галилей открыл закон независимости действия силы: сила тяжести действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, но в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело она изменит его скорость на ту же самую величину. Кроме того, данный закон имел огромное методологическое значение, Галилей ясно показал, что для получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные обстоятельства. Введя метод логического построения от наблюдений и экспериментов к основным принципам. он заложил основы современной науки. При этом он также ввел основополагающую методику точного измерения природных явлений, отбросив прежнюю практику обобщенного описания, т. е. он перешел от качественного описания Вселенной, как это делали греческие мыслители, к количественному.
Галилей определяет траекторию горизонтально брошенного тела и находит, что она параболическая. Законы свободного падения ученый проверяет на наклонной плоскости и определяет, что скорость падения не зависит от длины наклонной плоскости, а зависит только от её высоты.
Галилей делает шаг к выработке важнейшей идее механики, идее об инерции. Он не нашел полной и точной формулировки закона инерции, но выявил свойство тел сохранять свою скорость: ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю. Еще более важным является то, что он привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.
Свое открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать, но его изобретение имело огромное научное и практическое значение. Круговой маятник Галилея и поныне используется в часах.
Все открытия Галилея имели огромное значение как для подтверждения гелиоцентрической системы мира, так и для формирования классической науки в целом.
Следуя примеру Галилея, ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и развитием научных понятий, подготавливая тем самым почву для физического обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVIIв. Ньютоном.
Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в семье фермера в Вулсторпе, близ Грантема в Англии.С 12 лет мальчик начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 г. поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в качестве субсайзера[3]. Окончив колледж в 1665 г., Ньютон получил учёную степень бакалавра.
В 1665-67 гг., во время эпидемии чумы, он жил в своей родной деревне Вулсторп. Эти годы оказались наиболее продуктивными в его научном творчестве. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. его учитель передал ему почётную физико-математическую кафедру в университете, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп — большего размера и лучшего качества, чем первый. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества — английской академии наук. Позднее, в 1703 г., он стал президентом Лондонского королевского общества. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 г. ученый был назначен на должность смотрителя Монетного двора.
В 1699 г. он получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. Труды Ньютона получили высокую оценку и за границами Англии — он был избран иностранным членом Парижской академии наук. В 1705 г. за научные труды он возведён в дворянское достоинство. Ньютон умер в 1727 г. в Кенсингтоне и был похоронен в английском национальном пантеоне — Вестминстерском аббатстве.
Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах И. Ньютона. Его важнейшим научным достижением было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды многих ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.
Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики, которая благодаря ему стала основываться на понятиях количества материи (массы), количества движения и силы. Ему удалось сформулировать закон всемирного тяготения и основные законы динамики: закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения и закон равенства действия и противодействия
Первый закон: всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Этот закон, который иногда называют законом инерции, говорит нам о том, что существуют некие особые системы отсчета, называемые инерциальными, в которых свободные механические тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Первый закон Ньютона является самым фундаментальным звеном всей логической структуры классической механики.
Второй закон Ньютона говорит о том, что изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. В современных учебниках этот закон выражается формулой:. Его часто называют основным законом динамики, так как именно он позволяет решить основную задачу механики. Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона. Иногда второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс: импульс силы равен изменению импульса тела. В качестве следствия из этого закона Ньютон формулирует принцип суперпозиции, дополнив тем самым и статику.
Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. В нем впервые в физике появляется слово взаимодействие. Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра тяжести.
Понятие силы является стержнем Ньютоновской динамики, а её основная задача сводится к установлению закона силы. Ньютон вывел из законов Кеплера существование силы, направленной к Солнцу и обратно пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым он решил задачу физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в природе силы, которая обуславливает притяжение тел, в том числе и Луны к Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет к Солнцу. Таким образом, поставив проблему изучения различных сил, Ньютон дал блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой: Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных успехов. Развивая свою идею всемирного тяготения, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия был невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые также были введены Ньютоном. Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIXв., концепция абсолютного пространства и времени – до начала XXв.
Достижения Ньютона были грандиозны и в других научных сферах: в оптике и математике.
Но именно работы Ньютона в области динамики завершили первую глобальную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классического естествознания Нового времени.
Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии, что привело к изменению в представления о месте человека в мироздании. В средние века Земля считалась центром небес, и все имело целью служение человеку. В Ньютоновском мире Земля стала второстепенной планетой, не очень-то выделяющейся звездой; астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля была просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага каких-то жалких тварей, обитающих на этой булавочной головке. Кроме того, цель, которая со времен Аристотеля составляла внутреннюю сторону научных концепций, была теперь выброшена из научного процесса. Возможно, кое-кто еще верил, что небеса существуют для того, чтобы провозглашать славу Господу, но никто не мог позволить этому верованию вмешиваться в астрономические вычисления. Возможно, мир имел цель, но она не могла больше учитываться при научном объяснении мира.
Теория Коперника должна была бы унизить человеческую гордость, но в действительности произошло противоположное, так как торжество науки возродило человеческую гордость. Человек в короткий срок, совершив грандиозный научно-технический рывок, увеличив свою мощь, стал менее зависеть от условий внешнего мира, почувствовал себя более свободным и уверенным. А потому старая христианская доктрина, по которой он вместе со всем миром — всего лишь творение Бога и целиком подчиняется ему, перестала соответствовать изменившимся историческим условиям. Необходимо было создать другое мировоззрение, которое удовлетворяло бы идейным запросам новой эпохи, и в котором человек был бы более свободным и значительным существом, являлся бы не созданием потустороннего Творца, а частицей несотворенной, а потому вечной природы.
Открытие законов движения планет И. Кеплером и законов механики Г. Галилеем дали строго математическую трактовку понятия этих законов и освободили понимание их от элементов антропоморфизма, поставив это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развития человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.
Переворот, который осуществил И. Ньютон, предложив механистическую картину мира, разрушил упорядоченный и замкнутый космос Аристотеля и средневековой теологии. Эта научная революция стала одним из ярчайших примеров полного пересмотра и изменения научной картины мира, которая очень тесно связана с классическим естествознанием, заложившим фундамент всего последующего научного знания.
1. Галилео Галилей // Энциклопедия «Вокруг света»: URL: www.vokrugsveta.ru/encyclopedia/ (2010. 22 ноября).
2. Иоганн Кеплер // Википедия: URL: ru.wikipedia.org/wiki/ (2010, 27 ноября).
3. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XXв.): Справ. пособие / Г. М. Голин, С. Р. Филонович. — М.: Высшая школа, 1989. — 576 с.
4. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. Учеб. пособ. для студентов. — М.: Просвещение, 1974. — 312 с.
5. Кузнецов Б. Г. Ньютон — М.: Мысль, 1982. — 175 с. — (Мыслители прошлого).
6. Научная революция // Древо познания. В 6 т. Т. 2. Всемирная история / под ред. Дж. Кларк. — М.: МС ИСТ ЛИМИТЕД, 2002. — С. 135-138.
7. Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. — 447 с.
Рис. 1
Рис. 2
[1] Сочинения / К. Маркс, Ф. Энгельс. — 2-е изд. – Т. 20. С. 347.
[2] Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.
[3] Малообеспеченные студенты, выполнявшие для заработка обязанности слуг в колледже
www.ronl.ru
4. Первая научная революция. Гелиоцентрическая система н. Коперника.
Николай Коперник (1473-1543), выдающийся ученый средневековья, написал в 1530 году знаменитое сочинение «Малый Комментарий». В этом труде он изложил собственную теорию, по которой не Солнце вращалось вокруг Земли, а наоборот. Такая теория была революционной не только с точки зрения церкви.
Земля и человек перестали быть главными во вселенной. Коперник упростил схему планетной системы, по которой суточное движение неба объяснялось вращением Земли вокруг своей оси, годичное - обращением вокруг Солнца, а попутное движение звезд - разной угловой скоростью движения планет на своих орбитах. Такая система получила название гелиоцентрической.
Таким образом, труд Коперника стал основой для всей будущей науки. Гелиоцентрическая система Коперника показала, что для развития науки необходимы экспериментальные исследования. А также, признание этой теории отменяло «вечный двигатель» Аристотеля, отсюда следовало, что необходимо срочно решать проблему движения, которая оставалась вне поля зрения науки.
Вторая научная революция. Становление механистической картины мира. Характеризуется началом возникновения естествознания вXVIIв. в Европе как систематической экспериментальной науки. Главное достижение этого периода - становление теоретического метода познания в науке. Из натурфилософского познания природы, естествознание превратилось в современное систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения полученных результатов. Главную роль в совершенной революции познания играют Г. Галилей и И. Ньютон.
Г. Галилей сделал в науке много важных открытий, но самым важным, безусловно, является его новый подход к естественным наукам, его убеждение, что для исследования природы в первую очередь необходимо ставить продуманные опыты. В этом он резко расходился с Аристотелем, который считал возможным познание мира чисто логическим путем. Г. Галилей утверждал также, что поверхностные наблюдения без должного анализа могут приводить к ложным заключениям. Открытия Галилея в физике основаны на многочисленных проведенных им опытах и строится на чисто теоретических выводах.
Все это вместе явилось началом современного научного метода исследования природы. "Наука, связывающая теорию и эксперимент, фактически началась с работ Галилея", - писал А. Эйнштейн.
Гениальный ученый Исаак Ньютон завершил создание классической физики и первой физической теории времени. Галилей и Ньютон решают проблему «движения». Закон движения по инерции Галилея лежит в основе принципа механической относительности. Ньютон сформулировал законы: равенства действия и противодействия и закон ускорения. Кроме этого Ньютон открывает свой знаменитый закон Всемирного тяготения. Открытия Галилея и Ньютона легли в основу построения механистической картины мира, которая являлась главной парадигмой до конца XIYначалаXXвв. В этой картине мир представлялся гигантским механизмом, который живет только по законам механики, понятно, что подобное распространение законов механики на все области природы было не правомерным.
Картина мира представляется Ньютону ясной и очевидной: в бесконечном пустом пространстве с течением времени происходит движение миров. Процессы во Вселенной могут быть очень сложными, многообразными и запутанными. Но какими бы сложными они не были, это никак не влияет на бесконечную сцену – пространство и на неизменный поток времени. По И. Ньютону, ни пространство, ни время не зависят от материи, на них нельзя повлиять, поэтому они и называются абсолютными. Неизменность течения времени он подчеркивает такими словами: «Все движения могут ускоряться и замедляться, течение абсолютного времени изменяться не может. Длительность и продолжительность существования вещей одна и та же, быстры ли движения (по которым измеряется время), медленны ли или их совсем нет». Описанные взгляды Ньютона очень точно характеризуют представления физической картины мира того времени.
Третья научная революция. Диалектизация естествознания. Период открытия всеобщей связи и утверждения эволюционных идей в естествознании. В истории развития науки существовали два метода познания – метафизический и диалектический. Метафизический метод не принимал во внимание развитие, взаимодействие и изменение природных объектов. Диалектический, напротив, рассматривал их в развитии, изменении и взаимном взаимодействии.
Данный исторический период в развитии естествознания характеризуется стихийным проникновением идей диалектики в естествознание. Развитие общества характеризуется развитием крупного машинного производства, то есть техническим и промышленным переворотом. Резко возрастают потребности общества в энергии и как следствие получают бурное развитие физика и химия, науки, изучающие взаимное превращение форм энергии и веществ. Начало данного периода соответствует концу 18 века. К середине 19 века наукой накоплен большой объем фактического и теоретического материала, который требует всеобъемлющего охвата и осмысления, возникает необходимость сочетания анализа и синтеза в познании и вторая треть 19 века характеризуется 3 великими открытиями, которые окончательно утвердили диалектический метод в познании природы:
Эти основные выдающиеся открытия нанесли окончательный удар по старой метафизике, затем следуют открытия, раскрывающие диалектику природы полнее:
Создание теории химического строения органических соединений А.М. Бутлерова, соединивших живую и неживую природу.
Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.
Химическая термодинамика Я.Х. Ван-Гофф и Дж. Гиббс.
Основы научной физиологии И.М. Сеченова.
Электромагнитная теория света Дж. К. Максвелла.
Основным противоречием данного периода были метафизические взгляды первооткрывателей и диалектические результаты их открытий, то есть разрыв между объективной и субъективной сторонами процесса познания. Это тормозило развитие физической картины мира, которая фактически оставалась еще Ньютоновской (классической).
Период четвертой "новейшей революции" в Естествознании.
Конец XIYначалоXXвв. Форсируется развитие физики во всех ее направлениях (атомная энергетика, радиолокация, радиоэлектроника, оптика, квантовая физика и т.д.) Физическое познание природы играет роль трамплина по отношению к другим отраслям естествознания. Открытия и изобретения в физике, позволяют создавать новые приборы, методы исследований в других областях знаний. Физические методы определили успехи химии, геологии, астрономии, способствовали в значительной мере развитию науки о космосе и его освоению. Стимулирующее воздействие на Естествознание новых потребностей техники привело к тому, что в середине 90-х гг. 19 века началась новейшая революция в естествознании, главным образом в физике:
Открытие электромагнитных волн Г. Герцем
Коротковолнового электромагнитного излучения К. Рентгеном
Радиоактивности А. Беккерелем
Электрона Дж. Томсоном
Введение идеи квантования энергии М. Планком
Создание теории относительности А. Эйнштейном
Радиоактивного распада Э. Резерфордом и Ф. Содди
Модель атома по Н. Бору.
А так же открытия в химии и биологии (основы генетики на базе законов Г. Менделя) определяют 1-й этап революции в естествознании. Он сопровождается, прежде всего, нарушением прежних метафизических представлений о материи и её строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени.
2-й этап революции в естествознании начался в связи с созданием квантовой механики и сочетанием её с теорией относительности в общую квантово-релятивистскую концепцию. Происходит дальнейшее бурное развитие естествознания и в связи с этим продолжается коренная ломка старых понятий, главным образом тех, которые связаны со старой классической картиной мира.
Началом 3–го этапа новейшей революции в естествознании было первое овладение атомной энергией в результате деления ядра и последующих исследований, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики.
Современный этап научного естествознания, характеризуется не только лидирующей ролью физической науки, но и целой группой отраслей естествознания:
- биология (генетика, молекулярная биология)
- химия (макрохимия, химия полимеров)
- науки смежные с естествознанием (космонавтика, кибернетика) и т.д.
Если в начале 20 века физические открытия развивались самостоятельно, то с середины 20 века революция в естествознании органически слилась с революцией в технике, что привело к современной научно – технической революции. Решающую роль приобретают фундаментальные науки, без которых не может развиваться современная техника.
Бурное развитие всех отраслей естествознания в конце 20 века породило создание не только современной физической картины мира, но и биологической картины мира и др. На первый план выходит новое междисциплинарное направление исследований, именуемое синергетикой, связанное переходом науки к познанию сложно организованных эволюционирующих систем.
Вопросы:
Что такое «картина мира» и чем она отличается от науки?
Какие открытия послужили причиной первой научной революции?
Какие открытия послужили причиной второй научной революции?
Какие открытия послужили причиной третьей научной революции?
Какие открытия послужили причиной новейшей научной революции?
Какие две гипотезы были выдвинуты древнегреческими натурфилософами на устройство материи?
Что такое гелиоцентризм и геоцентризм?
В чем суть нового подхода ученых Нового времени в отличие от древнегреческих натурфилософов?
Какие законы Ньютона вы знаете?
Какие открытия в науке привели к крушению механистической картины мира?
Задания:
1. Перед проведением семинарского занятия составьте перечень основных научных открытий, сделанных на каждом из этапов развития естествознания согласно таблице 1:
| Название Этапа | Имя ученого | Научное открытие | Основной глобальный научный итог данного этапа развития |
| Античная натурфилософия Средние века Научные революции: I II III IV |
2. Составьте по одному оригинальному вопросу, касающемуся каждого из этапов развития естествознания (четыре вопроса с ответами). Запишите вопросы и ответы в таблицу 2:
| № естественнонаучной революции | Вопрос | Ответ |
| I | ||
| II | ||
| III | ||
| IV |
Литература:
Самыгин С.И. КСЕ. Р н/Д. – 2003. – С. 57 – 116.
Голубинцев, Данцев. Философия для технических вузов.-Р н/Д. - 2001.
Виргинский В.С. Очерки истории науки и техники XVI-XIX вв. М. 1984.
История биологии с древнейших времен до начала ХХ века. М. 1972.
Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М. 1974.
Рожанский И.Д. Античная наука. М. 1980.
studfiles.net
Доклад - Становление классического естествознания в работах Коперника, Галилея и Ньютона
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ… 3
1. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА… 5
1.1 Краткая биография. 5
1.2 Об обращениях небесных тел. 5
2. Иоганн Кеплер: открытие тайны планетных орбит… 7
2.1 Биографический очерк. 7
2.2 Законы Кеплера. 8
3. Галилео Галилей… 11
3.1 История жизни. 11
3.2 Принципы “земной динамики”. 12
4. Революция Ньютона.14
4.1 Жизнеописание. 14
4.2 Математические начала натуральной философии. 15
Заключение… 19
Список использованной литературы… 21
Приложения… 22
В XVI-XVII вв. европейская наука вышла на новые рубежи. Передовые мыслители, исследовав Вселенную с помощью научных приборов, нарисовали совершенно новую картину мироздания и места человечества в нем.
Научная революция стала возможной благодаря динамичному развитию общества, уже достигшего значительного технологического прогресса. Огнестрельное оружие, порох и корабли, способные пересекать океаны, позволили европейцам открыть, исследовать и нанести на карту значительную часть мира; а изобретение книгопечатания означало, что любая задокументированная информация быстро становилась доступной ученым всего континента. Начиная с XVI века, взаимосвязь между обществом, наукой и техникой становилась все более тесной, поскольку прогресс в одной из областей знания подталкивал к развитию других.
За исключением нескольких блестящих открытий, в период позднего средневековья научная мысль уступала в развитии технологическим изобретениям. Техника занималась практическими вещами, которые либо работали, либо нет. Наука же изучала природу и законы Вселенной. Передовые идеи часто наталкивались на ожесточенное сопротивление. В частности, новые теории вошли в противоречие с религиозными догмами в объяснении природных явлений, подвергать сомнению которые считалось недопустимым.
До XVI века, считающегося началом современной эры, преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях древнегреческого философа Аристотеля (384- 322 до н. э.) и развившего их греческого астронома Птолемея (II век н. э.). Учения греков и римлян пользовались большим авторитетом в западном мире, особенно если они были приемлемы для Церкви.
Церковью было принято описание Птолемеем небесного свода. Согласно Птолемею, Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг неподвижной Земли. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея, орбиты планет были вычерчены по-другому и приобрели весьма замысловатый вид исключительно для того, чтобы соответствовать данной теории. Понятно, что объектом исправлений была сама Земля, а за Луной, как верили, хрустальная планетарная сфера и звездный небесный свод, управляемые ангелами, были неизменными и нетленными в своем совершенстве. Где-то за ними находился рай и сам Бог.
Не все ученые разделяли точку зрения Птолемея, однако в течение всего периода средневековья ее никто не оспаривал. Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена польским ученым Николаем Коперником (1473-1543).
Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI – XVII вв., приведшей к рождению нового естествознания, было переосмысление вопроса о месте Земли во Вселенной. Еще в Древней Греции Аристарх Самосский выдвинул идею об обращении Земли вокруг Солнца. Однако эта идея не стала общепринятой, и в течение многих столетий господствовала церковная система Птолемея. Это мешало не только развитию астрономии, но и развитию всего естествознания, препятствую осмыслению общности явлений природы. Поэтому выдвижение гелиоцентрической системы Н. Коперника рассматривается как крупнейшее событие в истории естествознания в целом.
Николай Коперник родился в Торуни на Висле 19 февраля 1473 г. в семье крупного купца, принадлежавшего местной знати. Рано потеряв отца, он воспитывался у дяди, занимавшего высокие государственные посты в Вармийской епархии.
Коперник получил прекрасное образование. Три года он учился в крупнейшем в то время Ягеллонском университете в Кракове, затем ы течение десяти лет совершенствовал свое образование в университетах Болоньи и Падуи. Он увлеченно занимался медициной, астрономией, математикой, философией, юридическими науками. К 1503 г. он получил диплом доктора права, обеспечивший ему место каноника Вармийской епархии. В 1505 г. Коперник вернулся на родину и с тех пор безвыездно жил и работал в Вармии до своей кончины (24 мая 1543 г.)
Николай Коперник, сделавший революционный шаг, был сыном своей эпохи, одним из титанов, о которых писал Ф. Энгельс. Он подчеркивал, что такие люди не кабинетные ученые, а «живут в самой гуще интересов своей эпохи, принимают живое участие в практической борьбе»[1] Коперник большую часть жизни посвятил научным исследованиям и сознавал, что его выводы могут оказаться еретическими. Поэтому он не спешил публиковать свой труд «Об обращениях небесных сфер», и увидел его типографский экземпляр лишь в последний день своей жизни.
Данное сочинение содержит шесть книг. На титульном листе напечатано обращение к читателю, которое рекомендует книгу как «расписание» движения планет, составленное на основе наблюдений и новых теорий. Сущность основной идеи труда Коперника: построить простую модель солнечной системы, ее кинетический механизм. И он предложил революционно новую модель мироздания, в которой Солнце является неподвижным центром, а центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны. Делая Землю рядовым членом семейства планет, он порвал с аристотелевской и церковной доктринами.
Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон еще не были открыты). За Сатурном, по мнению ученого, находится наивысшая сфера неподвижных звезд (см. Приложение 1).
Коперник утверждал, что Земля имеет всего три движения:
· обращение вокруг своей оси с запада на восток, соответствующее смене дня и ночи;
· годовое движение, описывающее зодиакальный круг вокруг Солнца в направлении последовательности знаков;
· тоже годовое движение, но против последовательности знаков;
Последние два обращения почти равные и противоположные друг другу вместе делают экваториальный круг, как будто бы они оставались все время не подвижными. Таким образом, Коперник заменил круговое поступательное движение, которое в современности соответствует обращению Земли вокруг Солнца, двумя вращениями.
Новая теория Коперника в основном была правильной, но в ней имелись и слабые места. В частности эта система была почти такой же сложной, как и птолемеевская, главным образом потому, что ученый ошибочно считал орбиты планет окружностями. Она имела огромное стимулирующее значение, поставила перед наукой ряд важных проблем. Во-первых, было необходимо проверить соответствие новой теории фактам. Во-вторых, теория нуждалась в физическом обосновании кинетической схемы. Нужна была новая механика, механика движения – динамика, для развития которой необходима новая динамичная математика. Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания.
Иоганн Кеплер родился в городе Вейль-дер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1596 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника. По окончании Академии в 1593 г. Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики. В 1600 г. он приехал в Прагу к знаменитому астроному Т. Браге, после смерти которого получил материалы его многчисленных наблюдений.
Кеплер написал много научных трудов и статей. Важнейшее его сочинение — " Новая астрономия " (1609), посвящена изучению движения Марса по наблюдениям Т. Браге и содержащая первые два закона движения планет. В сочинении «Гармония Мира» (1619) Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. В работе «Сокращение коперниковой астрономии» (1618-1622) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике изложены в сочинении «Дополнение к Вителло» (1604) и «Диоптрики» (1611). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения. Составленные Кеплером на основе наблюдений Браге «Рудольфовы таблицы» (1627) давали возможность вычислять для любого момента времени положение планеты с высокой для той эпохи точностью. Иоганн Кеплер прожил тяжелую жизнь, полную нужды и несчастья. Умер он от простуды 15 ноября 1630 года. Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.
Кеплер уже был знаком с гелиоцентрической системой Коперника и знал, что Земля вращается вокруг Солнца. Но как именно вращается Земля и другие планеты? Представим проблему следующим образом: мы находитесь на планете, которая, во-первых, вращается вокруг своей оси, а во-вторых, вращается вокруг Солнца по неизвестной нам орбите. Глядя в небо, мы видим другие планеты, которые также движутся по неизвестным нам орбитам. Наша задача — определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращающемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет. Именно это, в конечном итоге, удалось сделать Кеплеру, после чего, на основе полученных результатов, он и вывел три своих закона!
Первый закон (закон эллипсов) описывает геометрию траекторий планетарных орбит. Он утверждает, что орбиты планет представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Эксцентриситеты (степень вытянутости) орбит и их удаления от Солнца в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) и апогелии (самой удаленной точке) у всех планет разные, но все эллиптические орбиты роднит одно — Солнце расположено в одном из двух фокусов эллипса. Проанализировав данные наблюдений Тихо Браге, Кеплер сделал вывод, что планетарные орбиты представляют собой набор вложенных эллипсов. До него это просто не приходило в голову никому из астрономов.
Историческое значение первого закона Кеплера трудно переоценить. До него астрономы считали, что планеты движутся исключительно по круговым орбитам, а если это не укладывалось в рамки наблюдений — главное круговое движение дополнялось малыми кругами, которые планеты описывали вокруг точек основной круговой орбиты. Это было, прежде всего, философской позицией, фактом, не подлежащим сомнению и проверке. Философы утверждали, что небесное устройство, в отличие от земного, совершенно по своей гармонии, а поскольку совершеннейшими из геометрических фигур являются окружность и сфера, значит, планеты движутся по окружности. Главное, что, получив доступ к обширным данным наблюдений Тихо Браге, Иоганн Кеплер сумел перешагнуть через этот философский предрассудок, увидев, что он не соответствует фактам — подобно тому как Коперник осмелился убрать Землю из центра мироздания, столкнувшись с противоречащими стойким геоцентрическим представлениям аргументами.
Второй закон Кеплера (закон площадей) гласит: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади (см. Рис. 2).
Таким образом, из этого закона следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике[2] к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя апогелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.
В первых двух законах речь идет о специфике орбитальных траекторий отдельно взятой планеты. Третий закон Кеплера (гармонический закон) позволяет сравнить орбиты планет между собой. В нем говорится, что чем дальше от Солнца находится планета, тем больше времени занимает ее полный оборот при движении по орбите и тем дольше, соответственно, длится «год» на этой планете: (где T1 и T2 — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а а1 и a2 — длины больших полуосей их орбит).Таким образом, труды ученого, твердо поставившего нас на путь правильного понимания устройства нашей Солнечной системы, и сегодня, спустя века после его смерти, играют столь важную роль в изучении строения необъятной Вселенной.Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь. Тем не менее уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось.
Кроме знаменитых законов, Кеплер внес огромный вклад а развитие науки того времени. А именно:
· вывел «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел;
· нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения, который содержал первые элементы интегрального исчисления;
· составил одну из первых таблиц логарифмов;
· ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе;
· с его трудов начинается история оптики как науки. В этих сочинениях Кеплер подробно излагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описывает преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общую теорию линз и их систем;
· создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых было возможно предсказать движение планет в будущем.
Открытия И. Кеплера ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания окружающего мира и Солнечной системы.
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника и новое мировоззрение был сделан Галилеем. Он обосновал коперниковскую систему физически, что привело к созданию основы новой физики, пришедшей на смену аристотелевской. Галилей выработал новую методологию науки и доказал ее эффективность значимостью своих открытий.
Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского дворянина. Галилей учился в Пизанском университете, сначала по желанию отца на медицинском факультете, потом на философском, где изучал математику и философию. Он был одаренным учеником, специалисты оценили работы начинающего исследователя и помогли получить ему кафедру в университете сначала Пизы, а затем Падуи. В последнем он провел 18 лет, сделав ряд важнейших открытий, принесших ему мировую славу.
В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная трубка, услышав об этом, Галилей усовершенствовал ее, направил на небо и сразу обнаружим несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматичный период в жизни Галилея. Борьба оказалась тяжелой. Все последующие 30 с лишним лет Галилей защищал идеи Коперника, был обвинен церковью в ереси, преследовался инквизицией, но продолжал создавать труды, внесшие огромный вклад в развитие классического естествознания. Галилей умер в Арчетри 8 января 1642 году, после восьми лет домашнего ареста. Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни. Ученики Галилея, которым принадлежит честь открытия атмосферного давления, стояли у гроба великого ученого, символизируя несокрушимую силу науки.
Творчество Галилея отличается удивительной глубиной проникновения в суть явлений, позволяющей считать выдающегося итальянского ученого родоначальником физической науки в современном ее понимании. В своих произведениях Галилей касался столь широкого круга проблем, рассматриваемых теперь во всех курсах физики, что их всех практически невозможно перечислить. Однако главная заслуга ученого – это новый подход к описанию и анализу движения.
Труды Галилея в области методологии научного познания предопределили облик классической, или даже современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей добился больших успехов в области астрономии, совершил ряд выдающихся открытий, в числе которых горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера, Млечный путь, как скопление огромного множества звезд. Еще более значительны достижения Галилея в механике, он разрушил догматические построения аристотелевской физики и дал начало новому разделу – динамике. Именно Галилей ввел понятия физического закона, скорости и ускорения. Кроме того человечество обязано Галилею двумя принципами всей физики. Это известный принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, позже Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Еще позднее Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.
Принцип относительности Галилея имел следующее содержание: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково. Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.
Второй принцип, принцип независимости ускорения свободного падения от массы тела, Галилей открыл, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени. Одновременно с этим Галилей открыл закон независимости действия силы: сила тяжести действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, но в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело она изменит его скорость на ту же самую величину. Кроме того, данный закон имел огромное методологическое значение, Галилей ясно показал, что для получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные обстоятельства. Введя метод логического построения от наблюдений и экспериментов к основным принципам. он заложил основы современной науки. При этом он также ввел основополагающую методику точного измерения природных явлений, отбросив прежнюю практику обобщенного описания, т. е. он перешел от качественного описания Вселенной, как это делали греческие мыслители, к количественному.
Галилей определяет траекторию горизонтально брошенного тела и находит, что она параболическая. Законы свободного падения ученый проверяет на наклонной плоскости и определяет, что скорость падения не зависит от длины наклонной плоскости, а зависит только от её высоты.
Галилей делает шаг к выработке важнейшей идее механики, идее об инерции. Он не нашел полной и точной формулировки закона инерции, но выявил свойство тел сохранять свою скорость: ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю. Еще более важным является то, что он привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.
Свое открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать, но его изобретение имело огромное научное и практическое значение. Круговой маятник Галилея и поныне используется в часах.
Все открытия Галилея имели огромное значение как для подтверждения гелиоцентрической системы мира, так и для формирования классической науки в целом.
Следуя примеру Галилея, ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и развитием научных понятий, подготавливая тем самым почву для физического обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVIIв. Ньютоном.
Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в семье фермера в Вулсторпе, близ Грантема в Англии.С 12 лет мальчик начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 г. поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в качестве субсайзера[3]. Окончив колледж в 1665 г., Ньютон получил учёную степень бакалавра.
В 1665-67 гг., во время эпидемии чумы, он жил в своей родной деревне Вулсторп. Эти годы оказались наиболее продуктивными в его научном творчестве. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. его учитель передал ему почётную физико-математическую кафедру в университете, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп — большего размера и лучшего качества, чем первый. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества — английской академии наук. Позднее, в 1703 г., он стал президентом Лондонского королевского общества. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 г. ученый был назначен на должность смотрителя Монетного двора.
В 1699 г. он получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. Труды Ньютона получили высокую оценку и за границами Англии — он был избран иностранным членом Парижской академии наук. В 1705 г. за научные труды он возведён в дворянское достоинство. Ньютон умер в 1727 г. в Кенсингтоне и был похоронен в английском национальном пантеоне — Вестминстерском аббатстве.
Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах И. Ньютона. Его важнейшим научным достижением было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды многих ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.
Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики, которая благодаря ему стала основываться на понятиях количества материи (массы), количества движения и силы. Ему удалось сформулировать закон всемирного тяготения и основные законы динамики: закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения и закон равенства действия и противодействия
Первый закон: всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Этот закон, который иногда называют законом инерции, говорит нам о том, что существуют некие особые системы отсчета, называемые инерциальными, в которых свободные механические тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Первый закон Ньютона является самым фундаментальным звеном всей логической структуры классической механики.
Второй закон Ньютона говорит о том, что изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. В современных учебниках этот закон выражается формулой:. Его часто называют основным законом динамики, так как именно он позволяет решить основную задачу механики. Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона. Иногда второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс: импульс силы равен изменению импульса тела. В качестве следствия из этого закона Ньютон формулирует принцип суперпозиции, дополнив тем самым и статику.
Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. В нем впервые в физике появляется слово взаимодействие. Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра тяжести.
Понятие силы является стержнем Ньютоновской динамики, а её основная задача сводится к установлению закона силы. Ньютон вывел из законов Кеплера существование силы, направленной к Солнцу и обратно пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым он решил задачу физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в природе силы, которая обуславливает притяжение тел, в том числе и Луны к Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет к Солнцу. Таким образом, поставив проблему изучения различных сил, Ньютон дал блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой: Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных успехов. Развивая свою идею всемирного тяготения, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия был невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые также были введены Ньютоном. Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIXв., концепция абсолютного пространства и времени – до начала XXв.
Достижения Ньютона были грандиозны и в других научных сферах: в оптике и математике.
Но именно работы Ньютона в области динамики завершили первую глобальную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классического естествознания Нового времени.
Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии, что привело к изменению в представления о месте человека в мироздании. В средние века Земля считалась центром небес, и все имело целью служение человеку. В Ньютоновском мире Земля стала второстепенной планетой, не очень-то выделяющейся звездой; астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля была просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага каких-то жалких тварей, обитающих на этой булавочной головке. Кроме того, цель, которая со времен Аристотеля составляла внутреннюю сторону научных концепций, была теперь выброшена из научного процесса. Возможно, кое-кто еще верил, что небеса существуют для того, чтобы провозглашать славу Господу, но никто не мог позволить этому верованию вмешиваться в астрономические вычисления. Возможно, мир имел цель, но она не могла больше учитываться при научном объяснении мира.
Теория Коперника должна была бы унизить человеческую гордость, но в действительности произошло противоположное, так как торжество науки возродило человеческую гордость. Человек в короткий срок, совершив грандиозный научно-технический рывок, увеличив свою мощь, стал менее зависеть от условий внешнего мира, почувствовал себя более свободным и уверенным. А потому старая христианская доктрина, по которой он вместе со всем миром — всего лишь творение Бога и целиком подчиняется ему, перестала соответствовать изменившимся историческим условиям. Необходимо было создать другое мировоззрение, которое удовлетворяло бы идейным запросам новой эпохи, и в котором человек был бы более свободным и значительным существом, являлся бы не созданием потустороннего Творца, а частицей несотворенной, а потому вечной природы.
Открытие законов движения планет И. Кеплером и законов механики Г. Галилеем дали строго математическую трактовку понятия этих законов и освободили понимание их от элементов антропоморфизма, поставив это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развития человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.
Переворот, который осуществил И. Ньютон, предложив механистическую картину мира, разрушил упорядоченный и замкнутый космос Аристотеля и средневековой теологии. Эта научная революция стала одним из ярчайших примеров полного пересмотра и изменения научной картины мира, которая очень тесно связана с классическим естествознанием, заложившим фундамент всего последующего научного знания.
1. Галилео Галилей // Энциклопедия «Вокруг света»: URL: www.vokrugsveta.ru/encyclopedia/ (2010. 22 ноября).
2. Иоганн Кеплер // Википедия: URL: ru.wikipedia.org/wiki/ (2010, 27 ноября).
3. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XXв.): Справ. пособие / Г. М. Голин, С. Р. Филонович. — М.: Высшая школа, 1989. — 576 с.
4. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. Учеб. пособ. для студентов. — М.: Просвещение, 1974. — 312 с.
5. Кузнецов Б. Г. Ньютон — М.: Мысль, 1982. — 175 с. — (Мыслители прошлого).
6. Научная революция // Древо познания. В 6 т. Т. 2. Всемирная история / под ред. Дж. Кларк. — М.: МС ИСТ ЛИМИТЕД, 2002. — С. 135-138.
7. Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. — 447 с.
Рис. 1
Рис. 2
[1] Сочинения / К. Маркс, Ф. Энгельс. — 2-е изд. – Т. 20. С. 347.
[2] Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.
[3] Малообеспеченные студенты, выполнявшие для заработка обязанности слуг в колледже
www.ronl.ru
|
|
..:::Счетчики:::.. |
|
|
|
|
|
|
|
|