ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГАЛИЛЕЯ

Время формирования основ современной науки — XVII в. У истоков естествознания Нового времени возвышается фигура Галилео Галилея.

Галилей родился в 1564 г. — в том же году, что и У. Шекспир. В 1581 г. поступил в Пизанский университет для изучения медицины. Там он увлекся математикой, механикой, физикой, читал труды Евклида и Аристотеля. С 1592 по 1610 г. Галилей занимался преподаванием на кафедре математики Падуанского университета. Именно эти годы оказались для него наиболее творческими. В это время он пришел к своим законам движения и окончательно убедился в правильности теории Коперника. Умер Галилей в 1642 г.

Основные научные принципы, сформулированные Галилеем, таковы.

Галилей пришел к необходимости сосредоточить основное внимание физики на таких понятиях, как пространство, время, тяготение, скорость, ускорение, сила и импульс. В выборе этих понятий проявился гений Галилея, ибо их важность в начале XVII в. отнюдь не была очевидной, а соответствующие физические величины не всегда доступны прямому измерению.

Галилей первым поставил задачу получить количественное описание физических явлений, т. е. облечь физические законы в математические формулировки. Это в корне противоречило подходу Аристотеля, считавшему, что естественные науки имеют дело с изменяющимися объектами, в то время как математика — с неизменными. Именно поэтому «Физика» Аристотеля изложена без использования математики. В выдвинутый Галилеем план изучения природы входило выделение наиболее фундаментальных характеристик природы, которые, по его мысли, надо научиться измерять, а затем принять их в качестве переменных в математических формулах. Галилей считал, что ключом к пониманию языка Вселенной является математика. Он утверждал, что книга природы написана математическими символами, без знания которых человек не сможет понять в ней ни одного слова.

Галилей сыграл решающую роль в происшедшем в дальнейшем развитии науки переломе в пользу экспериментального подхода, который окончательно утвердился только в XIX в. Он подчеркивал, что если мы хотим установить правильные основополагающие принципы, то необходимо «прислушиваться к голосу природы» (а не следовать тому, что кажется предпочтительным нашему разуму). Критикуя средневековых схоластов, занимавшихся в основном изощренными логическими построениями и спорами, Галилей неустанно повторял, что знания берутся из наблюдений, а не из книг. «Природа создает свои творения как ей заблагорассудится, и человеческому разуму надо напрягать все силы, чтобы понять ее». Надо сказать, что понятие эксперимента Галилей трактовал весьма широко. Будучи блестящим экспериментатором, он часто проводил так называемый умозрительный эксперимент (опыт в уме). Например, размышляя о движении тел под действием силы тяжести, Галилей вначале придерживался позиции Аристотеля, согласно которой тяжелые тела падают на землю быстрее, чем легкие. Но затем он провел следующий умозрительный эксперимент. Если к тяжелому камню добавить легкий, то он должен падать быстрее, так как его масса при этом возрастет. С другой стороны, добавление к тяжелому телу части, падающей медленнее, должно его тормозить. Возникает противоречие, разрешить которое можно единственным способом — считать, что и тяжелый, и легкий камень падают с одинаковой скоростью.

Именно Галилей впервые высказал и неоднократно использовал важнейший научный принцип — принцип идеализации (т. е. игнорирования второстепенных деталей). Например, всякий реальный предмет обладает определенными размерами и геометрической формой, однако при проведении, скажем, физических экспериментов ни размеры, ни форма предмета не играют существенной роли, поэтому допустимо рассматривать его как материальную точку, в которой сосредоточена вся его масса (точечная масса). Принцип идеализации играет важнейшую роль в современной математике и физике.

Галилей внес решающий вклад в развитие представлений о движении. Один из основных принципов средневековой натурфилософии, восходящий к Аристотелю, гласит: «Все, что движется, движется посредством чего-то», т. е. посредством действующей силы. Галилей первым высказал предположение, что если бы не было трения и сопротивления воздуха, то всякое тело, будучи раз приведенным в движение, двигалось бы — в отсутствие внешних воздействий — неограниченно долго и равномерно. Под действием силы происходит лишь изменение скорости, т. е. создается ускорение. Таким образом, постоянно действующая сила есть причина не скорости, а ускорения.

Всякое тело сопротивляется изменению своей скорости — как по величине, так и по направлению. Мера сопротивления изменению скорости тела называется его массой (точнее, инертной массой).

Важнейшей заслугой Галилея было установление того факта, что все механические явления протекают одинаково во всех системах отсчета, которые движутся равномерно и прямолинейно (инерциальных системах отсчета), — это положение называется принципом относительности Галилея. Опыт, который Галилей предложил для подтверждения этого принципа, состоит в следующем. Если наблюдать за протеканием различных механических процессов на движущемся (равномерно и прямолинейно) корабле и на стоящем неподвижно корабле — никакой разницы заметить невозможно. Именно этим объясняется тот факт, что никто из нас не замечает никаких последствий орбитального движения Земли (которое происходит с огромной скоростью — 30 км/с). Осознание принципа относительности Галилея сыграло важнейшую роль в признании гелиоцентрической системы Коперника.

В итоге можно сказать, что Галилей заложил основы современной физики и создал прообраз современной научной мысли. Как говорят А. Эйнштейн и Л. Инфельд[11], «переход от аристотелева образа мышления к галилееву положил самый важный краеугольный камень в обоснование науки. Прорыв был сделан, линия дальнейшего развития была ясна».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >