Tot ce s-a spus până acum despre dezvoltarea științei este doar o preistorie. stiinta moderna. A. Einstein și L. Infeld scriu: „Încercațiile de a citi marea poveste despre secretele naturii sunt la fel de vechi ca și gândirea umană în sine. Cu toate acestea, cu doar câteva mai mult de trei secole în urmă, oamenii de știință au început să înțeleagă limbajul acestei povești. Din acel moment, adică din vremea lui Galileo și Newton, lectura a progresat rapid. Și mai departe: „Cea mai fundamentală problemă, care a rămas nerezolvată o mie de ani din cauza complexității, este problema mișcării” ( Cit. dar: Einstein A., Pnfeld L. The evolution of physics. M., 1965, p. opt.).

Prima idee de ghidareștiința modernă, știința naturală modernă aparține lui Galileo și se referă la problema mișcării.

Înainte de Galileo, punctul de vedere general acceptat în știință era că viteza de mișcare a unui corp este mai mare, cu cât forța care îl împinge este mai mare, iar dacă acțiunea acestei forțe se oprește, corpul se va opri. Această poziție a fost formulată clar de Aristotel și, la prima vedere, corespunde experienței.

Galileo a arătat că acest punct de vedere este eronat. Luați în considerare exemplul unei roabe care este împinsă de o persoană de-a lungul unei căi orizontale. Dacă persoana încetează să împingă roaba, aceasta se va rostogoli pe o anumită distanță și se va opri. S-ar părea că Aristotel are dreptate. Să nu ne grăbim totuși la concluzii. Ei bine, ce se întâmplă dacă facem calea pe care se rostogolește roaba mai uniformă și reducem frecarea dintre osii și bucșele roților roabei, de exemplu, datorită unei lubrifieri mai bune. Evident, mișcare liberă roaba după îndepărtarea forței de împingere va dura mai mult, roaba se va rostogoli pe o distanță mai mare.

Să presupunem că am reușit să facem calea perfect uniformă și, desigur, absolut orizontală, și am eliminat complet frecarea în roțile roabei și chiar am eliminat frecarea dintre aerul din jur și pereții roabei. De fapt, este imposibil să faci toate acestea, dar se poate presupune. Ce s-ar întâmpla atunci? Să răspundem la această întrebare cu cuvintele lui Galileo: „... viteza, odată raportată unui corp în mișcare, se va păstra cu strictețe, întrucât cauzele externe ale accelerației sau decelerației sunt eliminate, condiție care se întâlnește doar pe un plan orizontal. , deoarece în cazul deplasării de-a lungul plan înclinat jos există deja o cauză a accelerației, în timp ce la deplasarea în sus pe un plan înclinat are loc o decelerare; de aici rezultă că mișcarea pe plan orizontal este eternă, căci dacă viteza este constantă, mișcarea nu poate fi redusă sau slăbită, cu atât mai puțin distrusă” ( Cit. Citat din: Einstein L., Infeld L. Ibid., p. 12.)

Prin urmare, în locul punctului de vedere aristotelic: corpul se mișcă numai atunci când există o influență externă asupra lui- Galileo a introdus un principiu nou, complet diferit: dacă nu se exercită nicio influență externă asupra corpului, atunci acesta fie este în repaus, fie se mișcă în linie dreaptă cu o viteză constantă. Iată cum au evaluat A. Einstein și L. Infeld această descoperire a lui Galileo: „Descoperirea făcută de Galileo și aplicarea lui a metodelor de raționament științific a fost una dintre cele mai importante realizări din istoria gândirii umane și marchează începutul real al fizică. Această descoperire ne învață că intuițiile bazate pe observația directă nu pot fi întotdeauna de încredere, deoarece uneori conduc pe o cale greșită. Einstein A., Infeld L. Ibid., p. zece.) .

Înainte de a continua povestea a ceea ce a făcut Galileo în știință, dorim să aducem la cunoștință cititorului biografia și câteva trăsături de caracter ale acestui om genial.

Galileo Galilei s-a născut la 15 februarie 1564 (același an cu W. Shakespeare) la Pisa. Tatăl său, Vincenzo, era muzician. Familia era aristocratică, dar nu bogată. În 1574 familia sa mutat din Pisa la Florența. Aici Galileo a fost primit în ordinul monahal ca novice, studiat într-o mănăstire; principalul lucru pe care l-a învățat în acest timp și care i-a fost foarte util mai târziu au fost lucrările scriitorilor greci și latini. La insistențele tatălui său, Galileo a părăsit mănăstirea (din cauza unei presupuse boli grave de ochi), iar în 1581, din nou sub influența tatălui său, a intrat la Universitatea din Pisa pentru a studia medicina.

Cu toate acestea, Galileo nu a arătat un mare interes pentru medicină. Dar a devenit interesat de matematică, mecanică, fizică și astronomie. În aceasta, prietenul tatălui Ostilio Ricci a jucat rolul principal; la sfatul său, Galileo a citit lucrările lui Euclid și Aristotel. Dar, cu cât Galileo s-a familiarizat mai aproape cu lucrările lui Aristotel, în primul rând mecanică și fizică, cu atât mai multe îndoieli și obiecții au stârnit în el.

Interesele științifice ale lui Galileo au fost în cele din urmă determinate. S-a dedicat în întregime matematicii, geometriei, mecanicii și fizicii, a părăsit Universitatea din Pisa și s-a mutat la Florența.

Numele lui Galileo a devenit cunoscut printre matematicienii italieni după ce a scris lucrări în care a oferit o metodă de determinare a compoziției aliajelor metalice bazată pe utilizarea balanțelor hidrostatice și a dat metode de calcul al centrului de greutate al corpurilor de diferite forme (aceasta a fost o continuare a lucrărilor lui Arhimede).

Din 1589, Galileo a ocupat catedra de matematică la Universitatea din Pisa, iar din 1592, la Universitatea din Padova. Potrivit biografilor, în timpul șederii sale la Universitatea din Pisa, Galileo a fost nevoit să desfășoare activități didactice prin metoda general acceptată de atunci, adică. „după Aristotel”. În ceea ce privește activitatea sa științifică, situația era diferită. La Pisa, Galileo a scris eseul „Despre mișcare”, care s-a păstrat în manuscris, în care a fost luată în considerare, în special, problema rotației Pământului în jurul propriei axe: fără a numi numele lui Copernic, pe care apoi l-a știa fără îndoială, Galileo și-a apărat poziția.

Galileo a locuit la Padova aproximativ 18 ani (1592 - 1610). Activitatea sa de predare la Universitatea din Padova a continuat să se bazeze pe poziții stabilite și strict menținute la acea vreme. Galileo a fost nevoit, de exemplu, să vorbească în prelegeri despre sistemul ptolemaic și să demonstreze presupusa inconsecvență a opiniilor lui Copernic. Să nu uităm că Giordano Bruno a fost executat în perioada Padova a vieții lui Galileo. În acești 18 ani, Galileo a publicat, pe lângă Starry Herald, un singur articol științific - o descriere a așa-numitei busole proporționale ( Busola proporțională este un instrument simplu, ingenios, care vă permite să schimbați scara dimensiunilor luate. Acest lucru se realizează prin faptul că axa de rotație a picioarelor busolei unul față de celălalt este mobilă (setat în conformitate cu modificarea dorită a scării și fix), iar măsurarea dimensiunii și aplicarea acesteia pe o scară modificată sunt efectuate de capetele opuse ale picioarelor busolei. Dacă axa de rotație a picioarelor busolei este exact în poziția de mijloc, adică lungimea tuturor celor patru părți ale picioarelor busolei este aceeași, nu va exista nicio modificare a scării. Dacă mutați centrul de rotație, de exemplu, astfel încât două părți ale picioarelor busolei să fie de 3 ori mai lungi decât celelalte două, atunci raportul de scară va fi 1:3.) (Fig. 1), a cărui utilizare facilitează construcțiile geometrice și rezolvarea multor probleme.

Anii petrecuți de Galileo la Padova s-au dovedit a fi cei mai creativi pentru el. În acest moment, Galileo a ajuns la legile căderii și, în cele din urmă, s-a convins de corectitudinea teoriei copernicane, adică s-a ocupat de problemele cărora le-au fost mai târziu consacrate principalele sale lucrări.

De mare importanță în viața lui Galileo au fost anul trecut viata lui la Padova. În acest timp și-a construit primul telescop optic, care a dat o mărire de 3x, iar apoi un telescop cu o mărire de 32x, a făcut observații ale cerului nopții. Rezultatele acestor observații (care sunt discutate mai jos) au fost de mare importanță.

Autoritatea lui Galileo a crescut foarte mult ca urmare a cercetărilor sale astronomice. A acceptat oferta Marelui Duce de Toscana, s-a mutat la Florența și a preluat postul de filozof de curte și matematician de curte, precum și de profesor de matematică la Universitatea din Pisa (post care nu-l obliga să țină prelegeri). Acest lucru i-a dat lui Galileo posibilitatea de a-și finaliza munca de predare și de a-și dedica tot timpul cercetării științifice.

În 1615, Galileo a fost chemat la Roma de către Inchiziție pentru a-și explica opera, care avea un caracter clar pro-copernican și anti-aristotelic. 3 1616 index congregație ( Congregații - organizații religioase, formate atât din persoane duhovnicești, cât și din persoane laice, conduse de ordine monahale; a urmat linia politică a Bisericii Catolice. Congregația Index este una dintre ele, s-a ocupat de cenzură și a întocmit „Lista cărților interzise” – în latină „Index librorum prohibitorum”, de unde și numele.) a decis să interzică cartea lui Copernic „Despre apeluri sfere cerești”și clasificându-și învățăturile drept eretice. Deși Galileo nu a fost menționat în această decizie, aceasta l-a preocupat în mod direct - el a fost forțat să renunțe la tipărirea și sprijinul public pentru învățăturile lui Copernic.

Cu toate acestea, Galileo și-a continuat cercetările științifice. A scris două lucrări principale: „Dialogul asupra celor două sisteme ale lumii – Ptolemaic și Copernican” (pe scurt „Dialog”) și „Convorbiri și dovezi matematice privind două noi ramuri ale științei legate de mecanică și mișcarea locală” (pe scurt „Convorbiri” ). Ambele lucrări, „Dialog” și „Convorbiri”, sunt scrise sub forma unei conversații între trei persoane - Salviati, Sagredo și Simplicio. Nu toți sunt persoane fictive: Salviati și Sagredo sunt prieteni ai lui Galileo, adepții lui, Simplicio este unul dintre comentatorii lui Aristotel, un peripatetic, un scolastic.

Galileo însuși îi caracterizează pe acești oameni cu următoarele cuvinte: „De mulți ani am vizitat în repetate rânduri minunatul oraș Veneția, unde am avut conversații cu signor Giovan Francesco Sagredo, un om de naștere înaltă și cu o minte foarte ascuțită. În același timp, mai era și domnul Philippe Salviati, sosit din Florența, a cărui podoabă cea mai mică era puritatea sângelui și o stare strălucitoare - o minte nobilă care nu cunoștea o plăcere mai înaltă decât cercetarea și reflecția. Cu aceste două persoane am avut adesea ocazia să discut întrebările menționate mai sus ( Galileo are în vedere în principal întrebările sistemelor lumii lui Ptolemeu și Copernic.) în prezența unui anumit filozof peripatetic, care, după cum se pare, nu a fost atât de împiedicat în cunoașterea adevărului precum gloria pe care a dobândit-o în interpretarea lui Aristotel ”( Galileo Galilei. Fav. tr. M.: Nauka, vol. 1, p. 103.) .

Conținutul acestor două cărți remarcabile ale lui Galileo este discutat mai jos. Unul dintre ele, „Dialog”, a fost publicat chiar în 1632 Italianăîn Florenţa. Totuși, publicarea „Dialogului” a fost începutul unui test dificil pentru Galileo. În ciuda vârstei sale și a sprijinului unor prieteni influenți, a trebuit să meargă la Roma și să se prezinte în fața curții Inchiziției. După lungi interogații, Galileo a fost nevoit să renunțe la învățăturile lui Copernic, iar la 22 iunie 1633, să aducă pocăință publică. Dialogului i s-a impus o interdicție, iar Galileo însuși, aproape până la moartea sa la 8 ianuarie 1642 (în 1637 a devenit orb), a fost nevoit să ducă o viață retrasă într-o vilă din Lrchetri, nu departe de Florența.

O traducere în latină a „Dialogului” a fost publicată într-un număr de țări (în principal protestante), iar în 1638 „Conversații” au fost publicate în Olanda. Cărțile lui Galileo au fost primite cu mare interes.

Vorbind despre personalitatea lui Galileo, despre trăsăturile sale umane, este necesar să remarcăm intoleranța față de scolastică și închinarea necugetă a autorităților științifice. Să arătăm acest lucru prin exemplul a trei pasaje din Dialogul lui Galileo. Prin gura Sagredo, Galilei spune: „Odată am fost în casa unui medic foarte respectat din Veneția, unde se adunau uneori - unii ca să învețe, iar alții de curiozitate - să privească disecția unui cadavru, purtat. de mâna acestui om de știință, ci și anatomist iscusit și experimentat. Chiar în acea zi s-a întâmplat să investigheze originea și originea nervilor, întrebare asupra căreia există un anumit dezacord între medicii galenici ( Galei este un medic și naturalist roman.) si medici peripateti. Anatomistul a arătat cum nervii ies din creier, trec sub forma unui trunchi puternic prin spatele capului, apoi se întind de-a lungul coloanei vertebrale, se ramifică în tot corpul și ajung la inimă sub forma unui singur foarte subțire. fir. Apoi s-a îndreptat către un anume nobil, pe care îl cunoștea drept filosof peripatetic și în prezența căruia a dezvăluit și a arătat toate acestea cu o grijă excepțională și l-a întrebat dacă acum este mulțumit și convins că nervii vin din creier și nu din inimă. Și acest filozof, gândindu-se o vreme, a răspuns: „Mi-ai arătat toate acestea atât de clar și de tangibil, încât dacă textul lui Aristotel nu spune contrariul și spune direct că nervii își au originea în inimă, atunci ar fi necesar să recunoaștem acest lucru. ca adevărat.!"" ( Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 206.).

Oamenilor care cred orbește în autoritatea lui Aristotel, Galileo le vorbește și în cuvintele lui Salviati: „De multe ori am fost surprins de cum s-a putut întâmpla ca acești oameni, străduindu-se să susțină literalmente fiecare cuvânt al lui Aristotel, să nu observe răul pe care îl au. cauza reputației lui Aristotel și modul în care ei, în loc să-i sporească autoritatea, îi subminează credibilitatea. Căci atunci când îi văd încercând cu stăruință să susțină acele propoziții care, în opinia mea, sunt destul de evidente, cum încearcă să mă convingă că așa ar trebui să acționeze un adevărat filozof și că însuși Aristotel ar fi făcut exact asta, atunci încrederea mea. este mult redus că a raționat corect în alte domenii, care sunt mai îndepărtate pentru mine” ( Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 209.).

Și, în final, vom cita încă un fragment din „Dialogul” lui Galileo referitor la atitudinea față de autoritățile științifice. Discuția este între filozoful peripatetic Simplicio, care și-a epuizat deja dovezile în apărarea poziției lui Aristotel, și susținătorul lui Galileo Salviati:

« Simplicio. Dar dacă îl părăsim pe Aristotel, atunci cine ne va servi drept ghid în filozofie? Numiți vreun autor.

Salviati. Este nevoie de un ghid în țările necunoscute și sălbatice, dar într-un loc deschis și lin, doar un orb are nevoie de un ghid. Un orb va face bine dacă rămâne acasă. Cel care are ochi în frunte și o minte ar trebui să le folosească drept călăuze. Cu toate acestea, nu spun că nu ar trebui să-l asculte pe Aristotel, dimpotrivă, îi laud pe cei care îl privesc și îl studiază cu sârguință. Dau vina doar pe tendința de a se preda puterii lui Aristotel, încât să subscrie orbește la fiecare cuvânt al lui și, fără să sper să găsesc alte temeiuri, să consideri cuvintele sale o lege inviolabilă. Acesta este un abuz și implică marele rău că alții nu mai încearcă să înțeleagă puterea dovezilor lui Aristotel. Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 210.).

Galileo credea, și aceasta a fost cea mai importantă sursă a succesului său, că punctul de plecare pentru cunoașterea naturii este observația, experiența. Cu această ocazie, Einstein și Infeld scriu ( Einstein L., Infeld L. Evoluția fizicii, p. 48.): „Legile naturii, stabilind legătura evenimentelor succesive, erau necunoscute grecilor. Știința care leagă teoria și experimentul a început de fapt cu munca lui Galileo.”

Marele merit al lui Galileo în astronomie, în fundamentare și aprobare sistem heliocentric Copernic. Cu ajutorul telescoapelor pe care le-a construit, care sunt menționate mai sus, Galileo a descoperit că Soarele se rotește în jurul axei sale, iar pe suprafața lui sunt pete; cea mai mare planetă din sistemul solar, Jupiter, are sateliți asemănători lunii (Galileo a descoperit 4 dintre cei mai mari sateliți din 13 cunoscuți în prezent); suprafața lunii este muntoasă, iar luna în sine are librare, adică oscilații periodice vizibile de natură pendulară în jurul centrului; fazele lui Venus, pe care totuși oamenii cu o vedere ascuțită le pot vedea cu ochiul liber; o vedere neobișnuită a planetei Saturn, creată (cunoscută acum) de inelele sale, reprezentând totalitatea solide. Galileo a descoperit un număr uriaș de stele invizibile cu ochiul liber și cu ajutorul unor instrumente insuficient de puternice (loape); am văzut ceea ce părea a fi o nebuloasă Calea lactee este format din stele individuale.

Aceste observații, care sunt de mare importanță și au trezit un interes fără precedent, au fost descrise de Galileo în eseul său The Starry Herald. Este interesant de observat că Kepler, unul dintre cei mai mari matematicieni și astronomi ai secolelor XVI-XVII, a făcut cunoștință cu Starry Herald care a sosit la Praga. Kepler a izolat foarte mult observațiile lui Galileo; acest lucru se poate vedea din eseul său „Discurs despre Herald înstelat”.

Dovada validității sistemului heliocentric al lui Copernic a fost foarte importantă pe vremea lui Galileo. mare importanță. Cert este că conceptul lui Copernic a fost atacat. Pe de o parte, acestea erau cercuri ecleziastice, în principal catolice, ale căror dogme nu coexistau în niciun fel cu opiniile lui Copernic. Pe de altă parte, acestea au fost îndoieli cu privire la fidelitatea sistemului heliocentric al lumii, exprimate de un număr de oameni de știință. Îndoielile s-au rezumat în principal la faptul că, în cazul rotației Pământului în jurul axei sale sau al mișcării pe orbită în jurul Soarelui pe suprafața Pământului, potrivit acestor oameni de știință, ar fi trebuit să apară un vânt foarte puternic (uragan), îndreptate în direcția opusă, obiectele aruncate în sus, ar trebui să rămână în urmă și să cadă la suprafața Pământului departe de locul în care au fost aruncate. De fapt, nimic din toate acestea nu se întâmplă.

Galileo în Dialog formulează aceste îndoieli și obiecții în cuvintele lui Salviati, după cum urmează:

« Salviati. Ca argument cel mai puternic, toată lumea citează experiența cu corpurile grele: căzând de sus în jos, corpurile merg în linie dreaptă perpendiculară pe suprafața Pământului; acesta este considerat un argument de nerefuzat în favoarea imobilității Pământului. La urma urmei, dacă ar avea circulație zilnică, atunci turnul, din vârful căruia se lăsa să cadă o piatră, ar fi transportat de circulația Pământului, în timp ce piatra cade, timp de multe sute de coți ( Cotul este o măsură preexistentă a lungimii, aproximativ lungimea ulnei (455 - 475 mm).) spre est, iar la o asemenea distanță de la poalele turnului piatra ar fi lovit Pământul” ( Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 224.).

Și mai departe: „Ptolemeu și adepții săi oferă o altă experiență, asemănătoare experimentului cu corpurile abandonate; ele indică lucruri care, fiind separate de pământ, sunt ținute sus în aer, cum ar fi norii și păsările zburătoare; şi din moment ce nu se poate spune că sunt purtate de pământ, din moment ce nu sunt în contact cu el, pare imposibil să-i poată menţine viteza şi ni s-ar părea că toate se deplasează foarte repede spre vest; dacă noi, purtați de Pământ, ar fi să trecem paralela noastră în douăzeci și patru de ore - și asta înseamnă cel puțin șaisprezece mii de mile - cum ar putea păsările să țină pasul cu o asemenea mișcare? Între timp, de fapt, vedem că zboară în orice direcție, fără nici cea mai mică diferență palpabilă, fie spre est, fie spre vest ”( Galileo Galilei. Fav. etc., vol. 1, p. 230) .

Într-adevăr, ce știință interesantă a mecanicii, ce subiect complex al mișcării și ce sarcini dificile au avut de rezolvat cei mai talentați și educați oameni în urmă cu 400 de ani! Să remarcăm, totuși, de dragul adevărului, că oamenii de știință moderni stau față în față cu nu mai puțin probleme dificile(acesta va fi discutat mai jos).

La prima vedere, poate părea că îndoielile și obiecțiile exprimate cu privire la sistemul heliocentric al lumii sunt solide, că Ptolemeu și adepții săi au dreptate. Dar, desigur, nu este cazul. Să-i dăm cuvântul lui Galileo (Salviati):

« Salviati. Retrageți-vă cu unul dintre prietenii tăi într-o cameră spațioasă sub puntea unei nave, aprovizionați cu muște, fluturi și alte insecte mici zburătoare similare; să aveți acolo și un vas mare cu apă și pești mici care înoată în el; atârnă, mai departe, o găleată în vârf, din care apa va cădea picătură cu picătură într-un alt vas cu gât îngust, înlocuit dedesubt. În timp ce nava este staționară, observați cu atenție cum micile animale zburătoare se mișcă cu aceeași viteză în toate direcțiile camerei; peștii, după cum veți vedea, vor înota indiferent în toate direcțiile; toate picăturile care cad vor cădea în vasul stabilit, iar tu, aruncând un obiect, nu va trebui să-l arunci cu mai multă forță într-o direcție decât în ​​cealaltă, dacă distanțele sunt aceleași; iar dacă sari cu ambele picioare deodată, vei sari la aceeași distanță în ambele direcții. Observă toate acestea cu sârguință, deși nu există nicio îndoială în mintea ta că atâta timp cât nava este staționară, așa ar trebui să fie. Acum forțați nava să se miște cu orice viteză și apoi (dacă doar mișcarea este uniformă și fără rostogolire într-o direcție sau alta) în toate fenomenele de mai sus nu veți găsi nici cea mai mică schimbare și nu veți putea determina din niciun fel. dintre ele indiferent dacă nava se mişcă sau stă nemişcată. Sărind, te vei deplasa pe podea la aceeași distanță ca și înainte și nu vei face sărituri mari spre pupa decât spre prova, pe motiv că nava se mișcă rapid, deși în timpul în care te afli în aer, podeaua de sub tine se va mișca în direcția opusă săriturii tale și, aruncând ceva unui tovarăș, nu va trebui să-l arunci cu mai multă forță când el este la prova și tu ești la pupa decât atunci când poziția ta relativă este inversat; picăturile, ca și înainte, vor cădea în vasul inferior și niciunul nu va cădea mai aproape de pupa, deși, în timp ce picătura este în aer, nava va parcurge multe trave ( O lungime este o măsură străveche a lungimii, aproximativ egală cu distanța dintre capetele degetului mare și arătător divorțat ale mâinii unui adult.) ; peștii din apă vor înota cu mai puțin efort spre față decât spre spatele vasului; cu aceeași agilitate se vor repezi la mâncarea așezată în orice parte a vasului; în sfârşit, fluturi şi muşte vor zbura în continuare în toate direcţiile şi nu se va întâmpla niciodată să se adune la peretele dinspre pupă, parcă obosiţi, în urma mişcării rapide a navei, de care au fost complet izolaţi, ţinându-se o vreme. mult timp.timp in aer; iar dacă dintr-un strop de tămâie se formează puțin fum, atunci se va vedea cum se ridică și se ține ca un nor, mișcându-se indiferent, nu mai mult într-o direcție decât în ​​cealaltă. Și motivul pentru consistența tuturor acestor fenomene este că mișcarea navei este comună tuturor obiectelor de pe ea, precum și aerului; de aceea am spus că trebuie să fii sub punte, pentru că dacă ai fi pe ea, adică în aer liber, fără a urma cursul navei, ar trebui să vezi diferențe mai mult sau mai puțin vizibile la unele dintre cele mai sus numite. fenomene: fumul ar începe, fără îndoială, să rămână în urmă cu aerul, muștele și fluturii, din cauza rezistenței aerului, nu ar putea de asemenea să urmărească mișcarea navei în acele cazuri când s-ar despărți de ea la o distanță destul de vizibilă; dacă țin aproape, atunci, deoarece nava în sine este o structură neregulată și ia cu ea părțile de aer cele mai apropiate de ea, nu vor efort deosebit va urma nava; la fel vedem, când călăresc prin poștă, cât de enervante muștele și calarele urmăresc caii, zburând acum într-o parte a corpului lor, apoi în alta; în picături care cad, diferența va fi nesemnificativă, iar în sărituri sau corpuri aruncate va fi complet imperceptibilă ”( Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 286 - 287.).

După cum ne amintim, Ptolemeu a susținut că păsările și norii nu ar trebui să țină pasul cu mișcarea Pământului. Acum, după cum rezultă din acest experiment al lui Galileo, care stabilește principiul relativității mișcării, atât păsările, norii, cât și Pământul însuși participă la aceeași mișcare - mișcarea Pământului (care în acest caz este similară cu mișcarea lui). o navă) - și, prin urmare, nu se vor deplasa unul față de celălalt.

Este imposibil să dai un răspuns mai clar și mai convingător la obiecțiile lui Ptolemei decât cel al lui Galileo, bazat pe o experiență simplă. vorbind limbaj modernși folosind terminologia științifică modernă, am spune că Galileo a stabilit independența cursului fenomenelor mecanice față de selecționate. sisteme de referință inerțiale. Deși aceste lucruri vor fi discutate mai jos, vom face totuși câteva precizări. Sistemul de referință este înțeles ca un sistem de corpuri (poate chiar un corp), în raport cu care (care) este considerată mișcarea. Sistemul este considerat inerțial în cazul în care poziția stabilită de Galileo este îndeplinită în el: dacă nu se produce niciun impact asupra corpului (corpul nu este afectat de nicio forță, am spune acum), acesta este fie în repaus, fie în mișcare. rectiliniu pe un plan orizontal cu viteză constantă. Cu alte cuvinte, sistemul este considerat inerțial atunci când corpul este liber de interacțiunea cu alte corpuri. De fapt, astfel de sisteme nu există (unele forțe acționează întotdeauna asupra corpului), dar poți să le imaginezi și să le abordezi.

Mișcarea rectilinie și uniformă a unui corp pe un plan orizontal fără nicio influență asupra acestuia forțe externe se numește mișcare inerțială ( Inertie de la cuvânt latin inerție - odihnă, inactivitate; inerția sau inerția unui corp este înțeleasă ca proprietatea unui corp de a-și menține starea în cazul în care forțele externe nu acționează asupra lui.). De aici denumirea de sisteme inerțiale. Galileo a stabilit: deși poziția unui corp în mișcare (coordonatele sale), viteza acestuia, natura traiectoriei ( Traiectorie - o linie pe care o trece centrul de masă al unui corp în mișcare.) miscarile depind de alegerea unui cadru inerțial de referință (de exemplu, o navă staționară, adică Pământul, sau o navă care se mișcă în raport cu Pământul în linie dreaptă și uniform), legile mecanicii, fluxul fenomenelor mecanice nu depind de ce sistem anume de referinţă traficul mecanic studiat.

Cu alte cuvinte, fenomenele mecanice, așa cum sa menționat deja, se desfășoară în același mod în toate cadrele de referință inerțiale. Această poziție se numește principiul relativității lui Galileo. Nu trebuie confundat cu teoria relativității a lui Einstein, care va fi discutată mai jos. Vorbind modern limbaj științific, putem formula principiul relativității lui Galileo după cum urmează: legile mecanicii sunt invariante (Invarianță - imuabilitate, independență a oricărei valori (valori, ecuații) în raport cu unele transformări; de exemplu, independența ecuațiilor mecanicii față de transformările coordonatelor și timpului în tranziția de la un cadru de referință inerțial la altul.) în ceea ce priveşte alegerea cadrului de referinţă inerţial.

Galileo în „Dialog” a arătat că declarațiile susținătorilor lui Ptolemeu despre presupusa imposibilitate a rotației zilnice a Pământului în jurul axei sale și a mișcării sale pe orbită în jurul Soarelui sunt nefondate. Acesta a fost cel mai important argument în favoarea sistemului heliocentric al lumii lui Copernic.

Este interesant de remarcat încă un argument al lui Galileo în favoarea sistemului heliocentric al lumii, Observațiile astronomice ale deplasării. corpuri cerești, vizibilă de pe Pământ, poate fi explicată în principiu atât din punctul de vedere al sistemului heliocentric al lumii și al rotației zilnice a Pământului în jurul axei sale, cât și din punctul de vedere al sistemului geocentric al lumii, conform căruia toate cele cerești. corpurile se învârt în jurul Pământului nemișcat. În primul caz, luând ca bază sistemul heliocentric al lumii, explicația observatii astronomiceîn spatele mișcării corpurilor cerești este relativ simplă - toate planetele sistem solar(inclusiv Pământul) se învârt în jurul Soarelui în orbite aproape circulare (cum credeau majoritatea susținătorilor sistemului heliocentric pe vremea lui Galileo). În cel de-al doilea caz, adică, după adoptarea sistemului geocentric al lumii, explicația mișcării corpurilor cerești observate de pe Pământ se dovedește a fi foarte artificială: traiectoriile corpurilor cerești s-ar dovedi a fi incredibil de complexe, iar vitezele ar trebui să se schimbe de la fantastic de mari la foarte mici.

Iată ce scrie Galileo despre rotația zilnică a Pământului în jurul axei sale.

« Salviati. Dacă luăm în considerare volumul vast al sferei stelare, în comparație cu nesemnificația globului terestru, care este conținut în el de multe și multe milioane de ori, apoi ne gândim la viteza de mișcare, care într-o zi și noapte trebuie termină o revoluție completă, atunci nu mă pot convinge că poate exista cineva care să considere mai corect și mai probabil ca o asemenea revoluție să fie făcută de sfera stelară, în timp ce globul rămâne nemișcat.

Sagredo. Dacă absolut toate fenomenele naturii care pot fi dependente de asemenea mișcări dau naștere la aceleași consecințe într-un caz ca și în celălalt, fără nicio diferență, atunci l-aș recunoaște imediat pe cel care consideră că este mai corect să pună în mișcare întregul Univers, doar pentru a menține Pământul imobil, și mai nerezonabil decât omul care, urcând în vârful cupolei vilei tale pentru a privi orașul și împrejurimile lui, a cerut ca toată zona să se învârtească în jurul lui și nu a fost nevoit să lucreze. întorcându-și capul ”( Galileo Galilei. Fav. tr., v. 1, p. 213.).

S-a spus deja mai sus despre descoperirile lui Galileo în domeniul mecanicii, datorită cărora el (împreună cu Newton) este considerat pe bună dreptate fondatorul științei moderne. Pe lângă ceea ce a fost deja menționat, este necesar să menționăm și alte realizări importante ale lui Galileo.

De mare importanță sunt studiile căderii libere a corpurilor și mișcării lor de-a lungul unui plan înclinat. Galileo a stabilit că viteza de cădere liberă a corpurilor nu depinde de masa lor, așa cum credea Aristotel, iar calea parcursă de corpurile în cădere este proporțională cu pătratul timpului de cădere. A fost o mare descoperire. A făcut posibilă în viitor stabilirea egalității numerice a maselor gravitaționale și inerțiale ale corpurilor, despre care se va discuta mai târziu.

Galileo a creat teoria mișcării parabolice și a determinat că traiectoria unui corp aruncat, adică a unui corp care se mișcă sub acțiunea unei împingeri inițiale și gravitatie, este o parabolă.

Multe a fost făcut de Galileo în domeniul teoriei rezistenței și rezistenței materialelor. Foarte interesante sunt considerațiile exprimate de Galileo despre asemănarea mecanică și că în cazul în care greutatea corpului este semnificativă, nu există asemănare în raport cu rezistența corpurilor.

Iată ce scrie Galileo despre această problemă: „Dacă luăm un buștean de lemn de o anumită grosime, încorporat, să zicem, într-un perete în unghi drept, astfel încât să fie paralel cu orizontul și să presupunem că lungimea sa atinge limita extremă la care încă mai poate ține, adică că, odată cu creșterea lungimii cu un alt păr, se rupe din propria greutate, atunci acest buștean va fi singurul de acest fel din lume. Dacă lungimea sa, să presupunem, îi depășește grosimea de o sută de ori, atunci nu vom putea găsi un singur buștean din același copac, care, cu o lungime care depășește grosimea sa de o sută de ori, ar putea rezista. exact aceeași cantitate ca cea luată de exemplu: toți buștenii dimensiune mai mare se vor rupe, dar cele mai mici vor putea, pe lângă propria gravitație, să mai suporte ceva încărcătură. Ceea ce am spus despre capacitatea de a-și susține propria greutate se aplică și altor structuri ( Cit. Citat din: Sedov L.I.Galilei și fundamentele mecanicii. Moscova: Păianjen, 1961, p. 36-37).

În acest sens, Galileo a exprimat considerații foarte interesante despre avantajele în ceea ce privește „rezistența” și mobilitatea animalelor mici în comparație cu cele mari și despre existența unei limite a dimensiunii acestora. Soluția exactă a acestor întrebări a fost găsită abia după aproximativ trei sute de ani.

Galileo s-a născut în orașul Pisa în familia unui muzician. Tatăl lui Galileo a vrut să-l facă doctor, pentru care l-a trimis la Universitatea din Pisa în 1581. Cu toate acestea, interesele lui Galileo se aflau într-un alt domeniu, iar el, după ce și-a abandonat studiile, s-a mutat la Florența. Aici Galileo a început studiul matematicii și mecanicii și a scris mai multe lucrări despre mecanică. În 1589, Galileo a primit o catedra la Universitatea din Pisa, iar în 1592 la Universitatea din Padova, unde a lucrat până în 1610. În tot acest timp, Galileo a fost angajat în cercetări științifice în domeniul științelor fizice și matematice, precum și ca problemele tehnice ale vremii sale.

Galileo Galilei

Galileo a devenit destul de devreme un oponent al mecanicii și astronomiei lui Aristotel. Viviani, un student al lui Galileo, mărturisește că Galileo, pe când era încă în Pisa, a respins învățătura lui Aristotel conform căreia corpurile grele cad mai repede decât cele ușoare. Potrivit mărturiei sale, Galileo ar fi efectuat chiar și experimente, aruncând diverse corpuri dintr-un turn înclinat din Pisa pentru a confirma experimental eroarea opiniei lui Aristotel 1 . Scrisoarea lui Galileo către Kepler, scrisă în 1597, mărturisește atitudinea critică timpurie a lui Aristotel față de astronomie. În această scrisoare, el scrie:

„Mă consider norocos că am găsit un aliat atât de mare în căutarea adevărului. Într-adevăr, este dureros să vezi că sunt atât de puțini oameni care luptă pentru adevăr și sunt gata să abandoneze modul pervers de a filozofa. Dar nu acesta este locul să ne plâng de starea tristă a timpului nostru, vreau doar să-ți urez succes în minunatele tale cercetări. Fac asta cu atât mai de bunăvoie pentru că de mulți ani sunt un adept al învățăturilor lui Copernic. Mi-a explicat cauza multor fenomene care sunt complet de neînțeles din punctul de vedere al opiniilor general acceptate. Pentru a le infirma pe acestea din urmă, am adunat multe argumente, dar nu îndrăznesc să le public. Desigur, m-aș decide în privința asta dacă ar fi mai mulți oameni ca tine. Dar din moment ce nu este cazul, sunt precaut. 2 .

Argumentele în apărarea doctrinei lui Copernic, despre care vorbește Galileo în scrisoarea sa, au fost probabil noile sale descoperiri în domeniul mecanicii (mai târziu le va cita în apărarea acestei doctrine).

După 13 ani, Galileo a avut noi argumente care confirmă învățăturile lui Copernic. Se bazau deja pe descoperirile astronomice ale lui Galileo. În 1608 sau 1609

Galileo a aflat despre invenția maeștrilor olandezi ai telescopului și în 1609 a proiectat el însuși un astfel de telescop. Tubul telescopului lui Galileo avea o lentilă obiectiv convexă și o lentilă oculară concavă.

A dat o creștere de peste treizeci de ori (Fig. 11). Observând cerul cu acest telescop, Galileo a făcut o serie de observații importante. El a descoperit că suprafața Lunii - un corp ceresc - nu diferă fundamental ca aspect de suprafața pământului. La fel ca Pământul, Luna are vârfuri muntoase și depresiuni. Galileo a mai stabilit că planetele, spre deosebire de stele fixe sunt asemănătoare cu Luna și sunt vizibile prin tub sub formă de discuri luminoase rotunde. Venus, la fel ca și Luna, își schimbă aspectul în timp de la un disc rotund la o semilună îngustă. Galileo a descoperit și lunile lui Jupiter. El a observat că patru stele mici (sateliți) se învârt în jurul lui Jupiter, la fel cum Luna se învârte în jurul Pământului. Galileo a mai stabilit că numărul de stele fixe este mult mai mare decât ceea ce poate fi văzut cu ochiul liber.

Bazându-se pe descoperirile sale, Galileo a pornit cu prudență, dar cu insistență, pe calea răspândirii și fundamentarii învățăturilor lui Copernic ca teorie a structurii reale a Universului. A întâmpinat imediat rezistență din partea teologilor, care fie au negat descoperirile lui Galileo, fie s-au referit la autoritate. scriptura . Cu toate acestea, Galileo a luptat cu pricepere, a încercat să nu atingă probleme pur teologice. În 1516, biserica tulburată a condamnat oficial învățăturile lui Copernic, cartea sa a fost inclusă în lista celor interzise, ​​iar Galileo a fost avertizat că de acum înainte nu a mai îndrăznit să adere la această învățătură și să o propagă. Galileo a fost nevoit să tacă o vreme. Cu toate acestea, materialul faptic pe care l-a adunat din domeniul mecanicii și astronomiei, care este o confirmare a sistemului copernican, l-a obligat pe Galileo, în ciuda interzicerii bisericii, să caute modalități de a-l apăra pe Copernic cu orice preț. Galileo știa că, în același timp, se poate baza pe autoritatea sa ca om de știință, care până atunci era mare, precum și pe favoarea unor cercuri ale clerului superior. Cu toate acestea, era imposibil să vorbim direct în apărarea „ereziei copernicane” fără a fi imediat capturat de Inchiziție. După ce a evaluat întreaga situație, Galileo a decis să scrie o carte care să fundamenteze în esență sistemul copernican, dar în așa fel încât autorul cărții să nu poată fi acuzat formal că l-a apărat. Această carte a fost publicată în 1632 sub titlul „Dialog privind cele două sisteme principale ale lumii: ptolemaic și copernican”. A fost scrisă sub forma unei conversații sau discuții între un adept al învățăturilor lui Copernic - Senor Salviati și un apărător al sistemului ptolemaic - Simplicio. La dispută a participat și o a treia persoană - Sagredo, care a stat în esență de partea lui Salviati. Pentru a se proteja de a fi acuzat de erezie, Galileo în prefață a indicat că doctrina mișcării Pământului a fost interzisă de către biserică și că în carte această doctrină a fost doar discutată, nu aprobată. Totuși, nici prefața, nici forma eseului nu puteau înșela pe nimeni. Apărătorul sistemului ptolemaic - Simplicio părea foarte palid și era bătut constant de argumentele și glumele adversarilor săi. Cititorul și-a imaginat clar de ce parte se află autorul și ce scop urmărea de fapt. La scurt timp după publicarea acestei cărți, a fost inițiat un proces împotriva lui Galileo. La începutul anului 1633, Galileo a fost chemat la Roma, unde a fost acuzat că nu a respectat un decret care interzicea aderarea și promovarea învățăturilor lui Copernic. Galileo a respins această acuzație, arătând că el nu afirmă nicăieri adevărul acestei doctrine, ci vorbește despre ea doar probabil ca o ipoteză. A trebuit însă să recunoască că, dus fiind, a expus prea convingător argumentele condiționate pentru poziția pe care voia să o infirme. Inchiziția a fost mulțumită de această explicație, dar a cerut o renunțare publică la învățăturile lui Copernic, ceea ce Galileo trebuia să facă. După proces, Galileo, fiind sub supravegherea Inchiziției, a continuat să studieze activitate științificăși a scris unul nou tratat„Conversații și dovezi matematice despre două științe noi”, dedicate întrebărilor de mecanică, acustică și altele. Manuscrisul acestei lucrări a fost tipărit în Olanda în 1638. În 1642, Galileo a murit. La moartea sa, au fost prezenți doi reprezentanți ai Inchiziției.

Din exterior, procesul lui Galileo arăta ca o victorie pentru biserică, dar în realitate a fost înfrângerea ei. Ca urmare a activităților lui Galileo și a luptei sale, doctrina heliocentrică a devenit cunoscută pe scară largă și a captat mințile oamenilor cultivați din Europa. Adevărat, cartea lui Galileo, ca și cartea lui Copernic, multă vreme (până în 1822) a fost pe lista cărților interzise. Cu toate acestea, deja în a doua jumătate a secolului al XVII-lea. această interdicție a fost ignorată.

În Dialog, sunt date două tipuri de argumente în apărarea teoriei copernicane. În primul rând, Galileo se bazează pe descoperirile sale astronomice, care au confirmat că Pământul este același corp cu celelalte planete și este imposibil să vorbim despre exclusivitatea lui. În al doilea rând, argumente bazate pe descoperirile sale în domeniul mecanicii. Ei au respins teoria mișcării lui Aristotel și au înlăturat obiecțiile la mișcarea Pământului, care au fost exprimate de Ptolemeu. Deja Copernic respinge aceste obiecții, argumentând că mișcarea corpurilor împreună cu Pământul trebuie considerată mișcare naturală. Galileo merge și mai departe, susținând că orice mișcare pe o suprafață orizontală a Pământului, dacă sunt excluse forțele de frecare, este, folosind terminologia lui Aristotel, naturală, adică mișcare care nu necesită acțiunea unei forțe. Continuă pentru totdeauna, păstrându-și viteza. În același timp, Galileo nu afirmă pur și simplu această poziție, ci se referă la experiență. Participanții la dialog discută această experiență. Considerăm mișcarea unui corp de-a lungul unui plan înclinat perfect neted (adică fără frecare). Dacă un corp se mișcă în sus într-un plan înclinat, atunci viteza lui scade, dacă se mișcă în jos, crește. Întrebarea este cum se mișcă un corp de-a lungul unui plan orizontal? Răspunsul se sugerează de la sine: corpul se mișcă cu o viteză constantă. Galileo va formula mai târziu această concluzie într-o formă mai generală:

„Când un corp se mișcă de-a lungul unui plan orizontal fără a întâmpina nicio rezistență la mișcare, atunci, după cum știm din tot ce s-a spus mai sus, mișcarea sa este uniformă și ar continua în mod constant dacă planul s-ar extinde fără sfârșit în spațiu.” 3 .

În această formă, Galileo formulează legea inerției. Aceasta nu este încă formularea generală a legii inerției, care a fost dată mai târziu. Dar aici, desigur, făcut fundamental nou pas. În această formulare, mișcarea uniformă este înțeleasă ca o mișcare rectilinie cu o viteză constantă, iar această lege este deja fundamental diferită de formulările teoriilor „impulsului”. Pe de altă parte, trebuie menționat că, deși Galileo a formulat legea inerției pentru mișcarea orizontală, el a înțeles-o mai larg. Acest lucru poate fi judecat din modul în care Galileo discută întrebarea de ce obiectele nu zboară în afară de Pământul care se rotește, așa cum este cazul unei roți care se rotește rapid. Galileo spune cu siguranță că corpul aruncat de pe marginea roții tinde apoi să se miște în linie dreaptă tangențială cu o viteză constantă, indiferent dacă zboară pe orizontală sau în orice altă direcție, și numai gravitația împiedică acest lucru.

În același timp, se pune întrebarea de ce corpurile situate pe Pământ, în timpul rotației acestuia, nu se împrăștie de pe suprafața lui? Galileo nu rezolvă această problemă, credea el, vorbind în termeni moderni, că accelerația centrifugă este neglijabilă în comparație cu accelerația gravitației.

Astfel, vedem că, pe de o parte, Galileo a înțeles legea inerției mai larg decât a formulat-o, iar pe de altă parte, probabil a înțeles că mișcarea Pământului nu poate fi considerată strict inerțială.

Concomitent cu legea inerției, Galileo folosește o altă prevedere de bază a mecanicii clasice, așa-numita lege a independenței acțiunii forțelor, din nou aplicată mișcării corpurilor în câmpul gravitațional al Pământului. Corpul tinde, conform lui Galileo, să-și mențină viteza orizontală nu numai atunci când este susținut de un plan orizontal, ci și atunci când cade liber, adică dacă corpul cade, atunci componenta orizontală a vitezei nu este afectată de forță. de gravitaţie care acţionează vertical. Pe de altă parte, modificarea componentei verticale a vitezei sub acțiunea gravitației nu depinde de faptul dacă corpul se află în mișcare orizontală sau nu.

Bazat legi stabilite Galileo explică de ce nu observăm mișcarea Pământului în timp ce suntem pe el. Deci, de exemplu, o piatră care căde liber cade vertical, deoarece în momentul aruncării are aceeași viteză ca suprafața Pământului în punctul aruncării. Această viteză o menține la cădere. Galileo citează pentru confirmare experiența aruncării unei pietre din catargul unei nave în mișcare. El analizează alte experimente cu corpuri aruncate pe Pământ și arată că cu ajutorul lor este imposibil să infirmăm ipoteza mișcării Pământului. Rezumând explicațiile sale, Galileo formulează principiul clasic al relativității. El subliniază că mișcarea de inerție poate fi observată numai fără a participa la această mișcare, deoarece nu afectează lucrurile care se află într-o astfel de mișcare. Explicând această situație, Galileo dă următorul exemplu:

„Izolează-te cu unul dintre prietenii tăi”, scrie el, „într-o cameră spațioasă sub puntea unei nave, aprovizionează-te cu muște, fluturi și alte insecte mici zburătoare similare; să aveți acolo și un vas mare cu apă și pești mici care înoată în el; atârnă mai departe, deasupra, o găleată, din care apa va cădea picătură cu picătură într-un alt vas cu gât îngust, înlocuit dedesubt. În timp ce nava este staționară, observați cu atenție cum micile animale zburătoare se mișcă cu aceeași viteză în toate direcțiile camerei; peștii, după cum veți vedea, vor înota indiferent în toate direcțiile; toate picăturile care cad vor cădea în vasul substituit, iar tu, aruncând un obiect, nu va trebui să-l arunci cu mai multă forță într-o direcție decât în ​​cealaltă, dacă distanțele sunt aceleași și dacă sari cu ambele picioare deodată , apoi sari la aceeași distanță în orice direcție. Observă toate acestea cu sârguință, deși nu există nicio îndoială în mintea ta că atâta timp cât nava este staționară, așa ar trebui să fie. Acum faceți nava să se miște cu orice viteză și apoi (dacă doar mișcarea este uniformă și fără rostogolire într-o direcție sau alta) în toate fenomenele menționate nu veți găsi nici cea mai mică schimbare și nu veți putea determina din niciunul dintre indiferent dacă nava se mișcă sau stă nemișcată. 4 .

Descoperirile lui Galileo în domeniul mecanicii erau direct legate de fundamentarea lui a învățăturilor lui Copernic, dar, desigur, aveau și o semnificație independentă (adică pentru dezvoltarea mecanicii în general). Strict vorbind, dezvoltarea mecanicii ca doctrină a mișcării mecanice începe cu lucrările lui Galileo. Alte studii despre mecanica lui Galileo vor fi discutate mai jos.

Galileo, un reprezentant de seamă al revoluției științifice, merită credit nu numai pentru lupta de fundamentare a sistemului heliocentric al lumii, și nu doar ca fondator al mecanicii. El a schițat o nouă metodă experimentală pentru studiul naturii, care a devenit principala metodă a științei naturale experimentale. Sursa cunoașterii, potrivit lui Galileo, este experiența și numai experiența. El condamnă scolastica, divorțată de realitate și bazată exclusiv pe autorități. Meritul lui Galileo nu constă doar în faptul că el consideră experiența sursa cunoașterii. Experiența ca sursă de cunoaștere a fost proclamată chiar înainte de Galileo, iar știința a fost de fapt construită pe experiență înaintea lui. Aristotel, așa cum subliniază pe bună dreptate Galileo, a recunoscut că experiența este sursa cunoașterii. Pentru dezvoltarea științei, a fost important modul în care cunoștințele ar trebui să fie construite din experiență, adică să găsim ceea ce trebuie metodă științifică experiență: Galileo a făcut exact asta. Înainte de Galileo, experiența a fost doar, ca să spunem așa, punctul de plecare al cunoașterii. Metoda de cercetare în in termeni generali a constat în principal din două verigi: observații directe (foarte adesea aleatorii) și construirea unei teorii generale pe baza acestor observații. A treia verigă, care a constat în verificarea concluziilor teoriei construite, fie era complet absentă, fie era la început, nu a fost dezvoltată în niciun fel. Prin urmare, știința în antichitate avea un caracter contemplativ. Ea a rămas aceeași în cadrul scolasticii medievale și aceasta i-a determinat, pe de o parte, caracterul ei grosolan empiric și, pe de altă parte, speculativ. Așa a fost învățătura lui Aristotel despre cer și dinamica lui. S-a bazat pe cele mai simple observații directe], neanalizate în niciun detaliu. Practica zilnică a antichității și a Evului Mediu arăta, de exemplu, că pentru a trage același cărucior cu o viteză mai mare, trebuie depus un efort mai mare, sau că adesea corpurile mai grele cad mai repede decât cele ușoare. Acestea și observațiile similare i s-au părut lui Aristotel suficient pentru a construi un sistem de toate dinamicile, care avea un caracter fantastic. Nici Aristotel, nici studenții săi nu s-au gândit să încerce nu doar să împace teoria mișcării cu faptele observate, ci să deducă consecințe din această teorie și, pe experimente special concepute, să verifice corectitudinea sau incorectitudinea acesteia.

Galileo acționează diferit: în investigarea mișcării, el se desprinde de rezultatele imediate ale experimentelor individuale. Legile și reglementările pe care se bazează sunt abstracții științifice și nu decurg din fapte observabile unice. Astfel, legea inerției nu a putut fi testată direct de Galileo.pe experiență. Era imposibil să observați direct mișcarea corpului fără frecare. Iar legea că un corp cade cu o accelerație uniformă nu putea fi, strict vorbind, verificată nici în acel moment prin experiență. Cu toate acestea, abstracția științifică pătrunde mai adânc în esența fenomenelor decât o simplă enunțare a faptelor, care este o expresie a generalului care se ascunde în aceste fapte, depășește fenomenele în studiul cărora ia naștere pentru prima dată. Abstracția științifică este exprimată sub forma unei ipoteze. O ipoteză vă permite să prevedeți fapte și fenomene noi pe baza concluziilor din aceasta. Prin urmare, ipoteza științifică devine ideea călăuzitoare în continuarea cercetărilor științifice. În același timp, testarea concluziilor din consecințele și predicțiile sale transformă ipoteza într-o lege științifică.

Metoda experimentală a lui Galileo este văzută mai ales clar în exemplul studiului său asupra legilor căderii corpurilor. Galileo începe cu presupunerea că corpurile cad cu o accelerație constantă. Aceasta este încă o ipoteză; deși se bazează pe observații directe și pe unele considerații, este totuși o presupunere. Galileo trage consecințe din aceste presupuneri. El demonstrează că dacă un corp cade cu accelerație uniformă, adică dacă v~t, atunci distanța parcursă este proporțională cu t 2 . Tehnica experimentului nu permitea verificarea directă a acestei concluzii (la vremea aceea nu existau nici măcar ceasuri cu pendul obișnuite). Prin urmare, Galileo decide să testeze această lege pentru cazul corpurilor care se deplasează de-a lungul unui plan înclinat. Ia o scândură lungă cu o canelură căptușită cu pergament. Sub un capăt al plăcii, acesta întărește suportul, astfel încât placa să formeze un plan înclinat. Făcând mingea să alunece în jos, măsoară timpul necesar pentru ca mingea să parcurgă - o anumită distanță de-a lungul jgheabului. Galileo a măsurat timpul de mișcare a mingii prin cantitatea de apă care curge din vas printr-o gaură mică. După ce a făcut măsurători, Galileo a descoperit că un corp se mișcă uniform accelerat de-a lungul unui plan înclinat, iar acest lucru este valabil pentru planurile înclinate cu unghiuri diferite de înclinare. Prin urmare, Galileo concluzionează că această poziție este valabilă și pentru căderea liberă, deoarece mișcarea verticală în jos a corpului poate fi considerată ca fiind cazul limită al mișcării acestuia de-a lungul unui plan înclinat, când unghiul de înclinare tinde spre 90 °. Astfel, experimentul confirmă ipoteza principală, iar acum putem presupune că legea căderii a fost stabilită. Acest studiu conține destul de clar o nouă legătură: fundamentarea ipotezei enunțate, concluzia din aceasta cu ajutorul unui studiu experimental special conceput.

Deci metoda cercetare științifică Galileo poate fi caracterizat astfel: din observații și experimente se stabilește o presupunere - o ipoteză, care, deși este o generalizare a experimentelor, include ceva nou care nu este conținut direct în fiecare experiment specific. O ipoteză face posibilă deducerea anumitor consecințe într-un mod strict matematic și logic, să prezică unele fapte noi care pot fi verificate experimental. Verificarea consecințelor și confirmarea ipotezei - o transformă într-o lege fizică. În termeni de bază, această metodă devine metoda principală, în urma căreia se dezvoltă știința naturii.

În scrierile sale, Galileo a subliniat, de asemenea, principalele trăsături ale unei noi idei despre natura materiei, mișcarea și legile lumii materiale - materialismul mecanic. Galileo a fost un oponent al doctrinei lui Aristotel despre materie și formă, iar în scrierile sale a reînviat ideile atomiștilor antici. Lucrurile materiale, conform lui Galileo, constau din nenumărate particule minuscule, între care există goluri. Modificările naturii apar ca urmare a mișcării și redistribuirii acestor particule, care nu sunt distruse și nu sunt create din nou. Reînviind ipoteza atomistă, Galileo conturează principalele trăsături ale înțelegerii mecanice cantitative a naturii. Neagă nenumăratele calități ascunse introduse de scolastici (aspirații, antipatii etc.) și râde de metodologia lor. Materia, conform lui Galileo, are doar proprietăți geometrice și mecanice simple.

„Niciodată”, scrie Galileo, „nu voi cere de la corpurile exterioare altceva decât mărime, cifre, cantitate și mișcări mai mult sau mai puțin rapide pentru a explica apariția senzațiilor de gust, miros și sunet; și cred că dacă am elimina urechile, limbile, nasul, atunci ar rămâne doar cifre, cifre și mișcări, dar nu mirosuri, gusturi și sunete, care, după părerea noastră, în afara unei ființe vii nu sunt altceva decât nume goale. 5 .

Astfel, în persoana lui Galileo, știința a lansat o ofensivă pe tot frontul împotriva viziunii asupra lumii a teologilor, preoților, călugărilor și scolasticii medievale, în urma căreia i s-a dat o lovitură zdrobitoare. În același timp, Galileo a pus bazele unei noi metode experimentale de studiere a naturii, a fost unul dintre fondatorii științelor naturale și ai unei noi viziuni asupra lumii - materialismul mecanic, care a devenit principala viziune asupra lumii a fizicienilor și a oamenilor de știință naturală în general. În cele din urmă, Galileo a pus bazele dinamicii; odată cu cercetările sale, de fapt, această zonă a științelor fizice începe să se dezvolte.

1 În ceea ce privește temeinicia acestei mărturii, Viviani își exprimă în prezent opinii diferite. Unii istorici neagă autenticitatea acestor experimente, în timp ce alții consideră că mărturia lui Viviani ar trebui să fie de încredere.
2 Daneman F. Istoria ştiinţelor naturii. T. II. M.-L., ONTI, 1933, p. 29.
3 Galileo Galileo. Lucrări alese. T. II. M., „Nauka”, 1964, p. 304.
4 Galileo Galileo, Opere alese. T. I. M., „Nauka”, 1964, p. 286.
5 Antologie de filozofie mondială. T. II. M., „Gândirea”, 1970, p. 224-225.

Galileo Galilei și rolul său în dezvoltarea științei clasice

Lucrarea privind justificarea heliocentrismului a fost începută de Galileo Galilei, ale cărui lucrări au predeterminat întreaga față a științei clasice și, în multe privințe, a științei moderne. El a fost cel care a pus bazele unui nou tip de viziune asupra lumii, precum și pentru o nouă știință - știința naturală experimentală matematică. Pentru a pătrunde mai adânc în legile matematice și pentru a înțelege adevărata natură a naturii, Galileo a îmbunătățit și a inventat multe dispozitive și instrumente tehnice - o lentilă, un telescop, un microscop, un magnet, un termometru de aer, un barometru etc. Utilizarea lor a dat știința naturii o nouă dimensiune necunoscută grecilor. Gândurile anterioare despre univers au cedat studiu pilot pentru a înțelege legile matematice universale care funcționează în ea.

G. Galileo (1564-1642)

Este foarte important ca Galileo să combine orientarea sa sistematică către experiență cu dorința de înțelegere matematică a acesteia. Și a spus-o atât de bine încât a considerat posibil să înlocuiască complet logica tradițională ca instrument inutil de gândire cu matematica, care singura este capabilă să învețe o persoană arta demonstrației.

Metoda analitică matematică a lui Galileo l-a condus la o interpretare mecanicistă a ființei, ia permis să formuleze conceptul de lege fizică în sensul său modern. Putem presupune că, începând cu munca acestui om de știință, știința a rupt complet cu o interpretare pur calitativă a naturii. Descoperirile lui Galileo în domeniul mecanicii și astronomiei au avut o importanță deosebită pentru stabilirea unui nou tip de știință. Ei au fost cei care au pus o bază solidă în justificarea heliocentrismului.

Heliocentrismul este o imagine a lumii, reprezentând centrul Universului, Soarele, în jurul căruia se învârt toate planetele, inclusiv Pământul.

Una dintre cele mai grave probleme care împiedică stabilirea unei noi viziuni asupra lumii a fost credința de lungă durată, care s-a format în antichitate și s-a menținut de-a lungul Evului Mediu, că există o diferență fundamentală între fenomenele și corpurile terestre și cele cerești. Încă din vremea lui Aristotel, se crede că cerurile sunt locația unor corpuri ideale, constând din eter și care se rotesc în orbite circulare ideale în jurul Pământului. Corpurile pământești apar și funcționează după legi complet diferite. Prin urmare, înainte de a crea teorii cuprinzătoare și de a descoperi legile naturii, oamenii de știință din New Age au trebuit să infirme divizarea în pământesc și ceresc. Primul pas în această direcție a fost făcut de Galileo.

Dupa in 1608 . Telescopul a fost inventat, Galileo l-a îmbunătățit și l-a transformat într-un telescop cu o mărire de 30x. Cu ajutorul lui, a făcut o serie de descoperiri astronomice remarcabile. Printre aceștia se numără munții de pe Lună, pete de pe Soare, fazele lui Venus, cei mai mari patru sateliți ai lui Jupiter. El a fost primul care a văzut că Calea Lactee este un grup de stele. Toate aceste fapte au demonstrat că corpurile cerești nu sunt creaturi eterice, ci obiecte și fenomene destul de materiale. La urma urmei, nu pot exista munți pe un corp ideal, ca pe Lună, sau pete, ca pe Soare.

Cu ajutorul descoperirilor sale în mecanică, Galileo a distrus construcțiile dogmatice ale fizicii aristotelice care dominaseră timp de aproape două mii de ani. Galileo s-a opus gânditorului, a cărui autoritate era considerată incontestabilă, și a testat pentru prima dată multe dintre afirmațiile sale în mod empiric, punând astfel bazele unei noi ramuri a fizicii - dinamica - știința mișcării corpurilor sub acțiunea forțelor aplicate. Înainte de asta, singura ramură mai mult sau mai puțin dezvoltată a fizicii era statica.

Statica este știința echilibrului corpurilor sub acțiunea forțelor aplicate, fondată de Arhimede.

Galileo a studiat și el cădere liberă corpuri și, pe baza observațiilor sale, a aflat că nu depinde deloc de greutatea sau compoziția corpului. După aceea, a formulat conceptele de viteză, accelerație, a arătat că rezultatul acțiunii unei forțe asupra unui corp nu este viteza, ci accelerația.

Galileo a analizat și mișcarea de aruncare, pe baza căreia a ajuns la ideea de inerție, care nu a fost încă formulată cu precizie, dar a jucat un rol imens în dezvoltarea ulterioară a științei naturale. Spre deosebire de Aristotel, care credea că toate corpurile tind să ajungă în locul care le-a fost alocat de natură, după care mișcarea se oprește, Galileo credea că un corp în mișcare tinde să rămână în mișcare rectilinie constantă și uniformă sau în repaus, cu excepția cazului în care o forță exterioară îl oprește. sau nu se abate de la direcția de mișcare a acestuia. Ideea de inerție a făcut posibilă respingerea uneia dintre obiecțiile oponenților heliocentrismului, care susțineau că obiectele situate pe suprafața Pământului, în cazul mișcării acestuia, ar fi inevitabil aruncate de pe acesta și că orice proiectilul lansat în sus în unghi drept ar ateriza în mod necesar la o anumită distanță de punctul de pornire al aruncării. Conceptul de inerție a explicat că Pământul în mișcare și-a transmis automat mișcarea tuturor corpurilor de pe el.

O altă obiecție a oponenților heliocentrismului a fost că nu simțim mișcarea Pământului. Răspunsul la acesta a fost dat și de Galileo în principiul clasic al relativității pe care l-a formulat. Conform acestui principiu, este imposibil să se stabilească prin orice experimente mecanice efectuate în interiorul sistemului dacă sistemul este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu. De asemenea, principiul clasic al relativității afirmă că nu există nicio diferență între repaus și mișcare rectilinie uniformă, acestea fiind descrise de aceleași legi. Egalitatea de mișcare și odihnă, de ex. sisteme inerțiale - repaus sau mișcare unul față de celălalt uniform și rectiliniu, Galileo a dovedit prin raționament și numeroase exemple. De exemplu, un călător în cabina unei nave cu cu un motiv bun crede că cartea întinsă pe biroul lui este în repaus. Dar un om de pe țărm vede că nava navighează și are toate motivele să afirme că cartea se mișcă și, în plus, cu aceeași viteză cu nava. Așa se mișcă de fapt cartea sau este în repaus? Evident, la această întrebare nu se poate răspunde cu un simplu „da” sau „nu”. O ceartă între un călător și un bărbat de pe țărm ar fi o pierdere de timp dacă fiecare dintre ei și-ar apăra doar punctul de vedere propriu și ar nega punctul de vedere al unui partener. Ambii au dreptate și, pentru a se pune de acord asupra pozițiilor, trebuie doar să recunoască că, în același timp, cartea este în repaus în raport cu nava și se mișcă față de țărm cu nava.

Legile mecanicii, împreună cu descoperirile sale astronomice, au oferit acea bază fizică pentru ipoteza copernicană, pe care însuși creatorul ei nu o avea încă. Dintr-o ipoteză, doctrina heliocentrică începea acum să dobândească statutul de teorie.

Dar chestiunea relaţiei dintre terestre şi mișcări cerești, mișcarea Pământului în sine nu a fost explicată. De asemenea, mișcarea reală a planetelor nu corespundea prea mult descrierii lor în ipoteza heliocentrică a lui Copernic (mișcarea circulară), precum și în geocentrismul lui Ptolemeu.

Marile greșeli ale Marelui Galileo

Să trecem din cele mai vechi timpuri la epoca pre-newtoniană, în care marele Galileo „a domnit” asupra mecanicii. Dezvoltarea dinamicii ca știință este asociată cu numele marelui om de știință italian al Renașterii Galileo Galilei(1564-1642). Cel mai mare merit al lui Galileo ca om de știință mecanic a fost că a fost primul care a pus bazele dinamicii științifice, care a dat o lovitură zdrobitoare dinamicii lui Aristotel. Galileo a numit dinamica „știința mișcării în raport cu locul”. Lucrarea sa „Conversații și dovezi matematice privind două științe noi” constă din trei părți: prima parte este dedicată mișcării uniforme, a doua uniform accelerată și a treia mișcării forțate a corpurilor aruncate.

În mecanica antică, termenul „viteză” nu era. Au fost luate în considerare mișcări mai mult sau mai puțin rapide, precum și cele „de viteză egală”, dar nu a existat o caracteristică cantitativă a acestor mișcări sub forma vitezei. Galileo a abordat pentru prima dată soluția problemei mișcării uniforme și accelerate a corpurilor masive și a considerat mișcarea corpurilor prin inerție.

Galileo este creditat cu descoperirea legii inerției. Ei fac asta chiar și în manuale - școală și nu numai. Galileo a exprimat această lege după cum urmează: „Mișcarea unui corp care nu este afectată de forțe (desigur, cele externe) sau rezultanta lor este egală cu zero este o mișcare uniformă într-un cerc”. Deci, conform lui Galileo, corpurile cerești s-au mișcat, „lăsate în sine”. De fapt, mișcarea prin inerție, după cum se știe, nu poate fi decât uniformă și rectilinie. În ceea ce privește corpurile cerești, ele sunt „doborâte” din această mișcare de o forță externă - forța gravitatie.

Având în vedere viziunea lui Galileo asupra inerției, suntem convinși de ilegalitatea acesteia: eroarea de raționament a apărut din cauza faptului că Galileo nu cunoștea legea gravitației universale, descoperită mai târziu de Newton.

Demonstrând principiul relativității, Galileo a susținut că, dacă nava se mișcă uniform și fără inclinare (Fig. 23), atunci niciun experiment mecanic nu poate detecta această mișcare. El a sugerat plasarea mentală a vaselor cu apă care curge din ele, cu pești care înoată în ele, muște zburătoare și fluturi în cala navei și a susținut că, indiferent dacă nava stă în picioare sau se mișcă uniform, acțiunile lor nu se schimbă. În același timp, nu trebuie uitat că mișcarea navei nu este rectilinie, ci circulară (deși, de-a lungul unui cerc cu rază mare, care este una sau alta secțiune a Pământului).

Orez. 23. Nava lui Galileo (se vede că navighează în cerc)

Acum știm că într-un sistem care se mișcă de-a lungul unei curbe, care este și un cerc, este imposibil de respectat legea inerției: acest sistem nu este inerțial. Într-adevăr, în principiul lui Galileo, valoarea vitezei mișcării relative nu joacă un rol, la fel ca și viteza de mișcare a unui cadru inerțial față de altul.

Dar dacă navei i se dă primul viteza cosmică(8 km/s), atunci toate obiectele din cala sa, precum nava însăși, vor deveni lipsite de greutate. Un experiment mecanic efectuat cu suficientă precizie va arăta că, pentru viteze reale de mișcare, mișcările corpurilor în cala unei nave în mișcare și a unei nave staționare vor diferi unele de altele. Mai mult, mișcarea corpurilor se va schimba dacă nava se mișcă cu aceeași viteză, dar în cursuri diferite - de exemplu, de-a lungul meridianului și de-a lungul ecuatorului. Nu numai corpurile care se deplasează în cală se vor abate de la traiectoria intenționată, dar nava însăși în emisfera nordică se va deplasa spre dreapta de-a lungul cursului, iar în emisfera sudică - spre stânga. Interesant este că aceste abateri, cauzate de rotația Pământului ca sistem non-inerțial, nici măcar nu depind de direcția mișcării.

În cealaltă lucrare a sa - „Dialogul asupra celor două sisteme principale ale lumii...” – Galileo susține că lumea este un corp perfect în cel mai înalt grad, iar în raport cu părțile sale ar trebui să prevaleze ordinea cea mai înaltă și cea mai perfectă. Din aceasta, Galileo concluzionează că corpurile cerești, prin natura lor, nu se pot mișca rectiliniu, deoarece dacă s-ar deplasa rectiliniu, s-ar îndepărta irevocabil de punctul lor de plecare și locul inițial pentru ele nu ar fi natural, iar părțile Universului nu ar fi situat în „în perfectă ordine”. În consecință, este inacceptabil ca corpurile cerești să schimbe locul, adică să se miște în linie dreaptă. Dacă legea gravitației universale ar dispărea brusc, asta s-ar întâmpla! El este cel care menține corpurile cerești în mișcare constantă, prevenind împrăștierea lor haotică (Fig. 24). În plus, mișcarea rectilinie este infinită, deoarece o linie dreaptă este infinită și, prin urmare, nedefinită. Galileo credea că era imposibil, prin însăși natura naturii, ca ceva să se miște în linie dreaptă către un scop de neatins.

Orez. 24. Mișcare naturală sau inerțială după Galileo pe exemplul rotației Lunii în jurul Pământului

Dar de îndată ce ordinea este realizată și corpurile cerești sunt așezate în cel mai bun mod, este imposibil ca acestea să aibă o tendință naturală de mișcare rectilinie, ca urmare a căreia s-ar abate de la locul lor corespunzător. După cum a susținut Galileo, mișcarea rectilinie poate doar „furniza material pentru structură”, dar când aceasta din urmă este gata, fie rămâne nemișcată, fie dacă are mișcare, atunci este doar circulară. Mai mult, Galileo a susținut că, dacă un corp este lăsat să alunece ca pe gheață de-a lungul unui plan orizontal, atunci, căzând din el, corpul își va intersecta în mod necesar traiectoria cu centrul Pământului (Fig. 25, a). Dar din moment ce mișcarea prin inerție îndepărtează întotdeauna corpul aruncat din această traiectorie, acesta nu își poate traversa calea cu centrul Pământului în niciun fel. Aceasta este o greșeală foarte comună; chiar și în manualele școlare moderne de fizică (în anii șaptezeci), autorul a avut șansa de a întâlni o astfel de afirmație și de a vedea desenele corespunzătoare: de exemplu, cum un nucleu care a zburat dintr-un tun, continuându-și zborul, traversează centrul Pământului.

Orez. 25. Căderea corpurilor care se deplasează tangenţial la suprafaţa Pământului: a - după Galileo; b - după Newton

În plus, mișcarea de-a lungul unui plan alunecos orizontal este de așa natură încât corpul, îndepărtându-se de punctul de intersecție a celei mai scurte raze a Pământului cu acest plan, începe să se îndepărteze de centrul Pământului. Aceasta înseamnă că atât apropiindu-se, cât și îndepărtându-se de centrul Pământului, corpul nu se poate mișca uniform, deoarece o forță va acționa asupra lui tot timpul (cu excepția unui punct din centrul Pământului).

După cum vedem, Galileo în viziunea sa despre inerție și, în consecință, despre mecanică în general, a fost greșit foarte semnificativ. O formulare profetică a legilor inerției, foarte apropiată de newtoniană și acceptată cu mici modificări în mecanica modernă, a fost dată de filozoful și matematicianul francez R. Descartes (1596-1650), contemporan cu Galileo. Profetic pentru că nici Descartes nu știa despre forțele gravitației și a formulat această lege dintr-un capriciu.

În cartea sa „Principii de filosofie”, publicată în 1644, el formulează în acest fel legile inerției. Prima lege: „Orice lucru continuă, dacă este posibil, să rămână în aceeași stare și îl schimbă doar prin întâlnirea cu altul”. A doua lege: „Fiecare particulă materială separat tinde să continue mișcarea nu de-a lungul unei curbe, ci exclusiv de-a lungul unei linii drepte”. Prin urmare, în loc să numim prima lege a lui Newton, sau legea inerției, legea Galileo-Newton, care se face uneori în manuale, sau să spunem că legea inerției a fost descoperită înainte de Newton, trebuie remarcat că Descartes a formulat-o destul de exact. înaintea lui Newton, dar nu a lui Galileo.

Prin urmare, mișcarea prin inerție este în mod necesar rectilinie, uniformă; această mișcare poate fi echivalată cu odihna prin schimbare sistem inerțial referire la unul care s-ar mișca, de asemenea, uniform și rectiliniu cu viteza corpului nostru în mișcare.

Cine a stat pe umerii giganților?

Așadar, Galileo nu a adus prea multă claritate întrebărilor sacramentale care au rămas nerezolvate încă din cele mai vechi timpuri: cum se comportă corpurile când forțele acționează asupra lor și cum se comportă când forțele nu acționează asupra lor?

Încercând să răspundă măcar la ultima dintre întrebările puse, Galileo, după cum știți, a ajuns la concluzia că corpurile lăsate singure, adică asupra cărora nu acționează nicio forță... mergeți în cerc! Da, așa credea Aristotel acum două mii de ani! Și la fel de greșit. Prin urmare, arată uimitor când elevilor li se prezintă ceva care nu era acolo. De exemplu, acesta: „Omul de știință italian Galileo Galilei a fost primul care a arătat că... în absența influențelor exterioare, un corp nu poate doar să se odihnească, ci și să se miște în linie dreaptă și uniform”. Galileo nu a arătat acest lucru, mai ales primul, despre care știm deja. Din anumite motive, lui Galileo i se atribuie multe lucruri pe care nu le-a făcut deloc: nu a aruncat mingi din Turnul din Pisa, nu a inventat telescopul, nu a fost judecat de Inchiziție și nu a bătut cu piciorul, spunând : „Și totuși se învârte!”. Vom vorbi despre asta mai târziu, dar deocamdată să revenim la faptul că înainte de Newton, în mintea oamenilor de știință nu era claritate despre mișcarea corpurilor și, prin urmare, despre mecanică în general.

Doar marele englez Isaac Newton (1643-1727) a reușit să aducă lumea mecanică în ordinea corespunzătoare. O scurtă listă a meritelor lui Newton este sculptată pe o piatră de la mormântul său:

Aici se odihnește

Sir Isaac Newton,

Care prin puterea aproape divină a minții sale

mai întâi explicat

Cu ajutorul metodei tale matematice

Mișcările și formele planetelor,

Căile cometelor, fluxurile și refluxurile oceanului.

El a fost primul care a explorat diversitatea razelor de lumină

Și particularitățile culorilor rezultate din aceasta,

Până atunci, nimeni nici măcar nu bănuia.

Interpret harnic, isteț și credincios

Natura, antichitățile și scrierile sacre,

El L-a glorificat pe Creatorul Atotputernic în învăţătura sa.

El a dovedit prin Viața sa simplitatea cerută de Evanghelie.

Să se bucure muritorii că în mijlocul lor

O astfel de podoabă a rasei umane a trăit.

Până acum, toate generațiile de oameni de știință au fost uimiți și continuă să fie uimiți de imaginea maiestuoasă și integrală a lumii care a fost creată de Newton.

Potrivit lui Newton, întreaga lume este formată din „particule solide, grele, impenetrabile, în mișcare”. Aceste „particule primordiale sunt absolut dure: sunt nemăsurat mai dure decât corpurile din care sunt compuse, atât de dure încât nu se uzează sau se sparg niciodată”. Toată bogăția, toată diversitatea calitativă a lumii este rezultatul diferențelor în mișcarea particulelor. Principalul lucru în imaginea lui despre lume este mișcarea. Esența internă a particulelor rămâne în fundal: principalul lucru este modul în care aceste particule se mișcă.

Marele geniu s-a născut într-unul dintre orașele englezești de provincie - Woolstrop într-o familie de fermieri. Copilul era atât de mic încât se spune că a fost botezat într-o cană de bere. În clasele primare ale școlii a învățat mediocru (bucurați-vă, copii de trei ani, încă nu s-a pierdut nimic pentru voi!). Apoi a avut un șoc moral - a fost bătut și insultat, iar cel mai bun elev din clasă a făcut-o. Atunci tânărul Newton s-a trezit cu un interes pentru învățare și a devenit cu ușurință cel mai bun student și apoi a intrat în cea mai bună universitate din Anglia - Cambridge. Și la 4 ani de la absolvire, era deja profesor de matematică la aceeași universitate. În 1696 s-a mutat la Londra, unde a trăit până la moartea sa în 1727, care a avut loc la vârsta de 85 de ani. Din 1703 este președinte al Societății Regale din Londra, iar pentru serviciile științifice i s-a acordat titlul de Lord. Și astfel a devenit membru al Camerei Lorzilor, la ale cărei ședințe a participat în mod regulat. Dar, spre deosebire de alți lorzi, cărora, la fel ca „membrii dumei” noștri, le plăcea să vorbească de pe podium, de mulți ani Newton nu scotea o vorbă. Și, în sfârșit, persoana buna a cerut brusc să vorbească. Toată lumea a înghețat - se așteptau la ceea ce geniul din toate timpurile și popoarele ar spune atât de inteligent. Într-o tăcere de moarte, Newton și-a anunțat primul și ultimul discurs în Parlament: „Domnilor, vă rog să închideți fereastra, altfel s-ar putea să răcesc!”

În ultimii ani ai vieții sale, Newton a fost îndeaproape implicat în teologie și, în mare secret, a scris o carte, despre care a vorbit ca fiind cea mai mare lucrare a sa, care ar trebui să schimbe decisiv viața oamenilor. Dar din vina iubitului câine al lui Newton, care a răsturnat lampa, a avut loc un incendiu în care, pe lângă casa în sine și toată proprietatea, a ars un manuscris grozav. Iată-l pe Woland: "Manuscrisele nu ard!" Inca arde...

La scurt timp după aceasta, marele om de știință a murit...

Deci, ce a făcut Newton care a fost atât de remarcabil în mecanică? Și faptul că și-a descoperit și formulat propriile legi: trei legi ale mișcării și una - gravitația universală.

Pe scurt, ideea principală a legilor de mișcare ale lui Newton este că o schimbare a vitezei corpurilor este cauzată numai de acțiunea lor reciprocă unul asupra celuilalt. Haide, oamenii chiar nu știau lucruri atât de simple înainte? Imaginează-ți că nu și mulți nu știu până acum.

Luați prima lege a lui Newton (aceasta este uneori atribuită greșit lui Galileo). Newton însuși a formulat-o foarte complex, ca, de altfel, în multe manuale școlare. Autorul consideră că este mai concis și mai simplu să spui asta: „Un corp este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu dacă rezultanta forțelor exterioare aplicate lui este egală cu zero”. Se pare că nu este nimic de reproșat aici. Și apoi scriu în unele manuale: „... dacă forțele sau alte corpuri nu acționează asupra corpului...”. Acest lucru este inexact și iată un exemplu pentru a dovedi acest lucru.

O mașină circulă pe o autostradă frumos plată, cu motorul oprit (cum se spune, „în roată liberă”), încetinind încet. Și urlând motorul din efort, buldozerul trage în fața lui un munte întreg de nisip, dar se mișcă uniform și în linie dreaptă, deși încet (Fig. 26). Care dintre aceste mișcări poate fi numită mișcare inerțială? Da, desigur, al doilea, deși aș dori să-l subliniez pe primul. Cel mai important lucru este că corpul se mișcă uniform și în linie dreaptă. Asta e tot, e suficient, nu mai e nevoie de nimic. Mașina din primul exemplu, deși încet, decelerează. În consecință, forțele care acționează asupra acestuia nu sunt compensate: există rezistență, dar forțele de tracțiune nu. Și multe corpuri acționează asupra buldozerului, fiecare cu propria sa forță, dar toate forțele sunt compensate, rezultanta lor este zero. De aceea el continuă să se miște uniform și rectiliniu, adică prin inerție.

Orez. 26. Apropierea unei mașini și a unui buldozer încărcat

Acum este clar de ce mașina colonelului Zillergut s-a oprit: pentru că mișcarea lui cu motorul oprit nu are nicio legătură cu inerția. Această mașină este afectată de un sistem dezechilibrat de forțe, a cărui rezultată este îndreptată înapoi. Apoi mașina încetinește până se oprește complet.

Din păcate, mulți dintre noi înțeleg adesea greșit termenul de „inerție”.

Volanul se învârte prin inerție, prin inerție Mi-am lovit fruntea de sticlă când mașina a încetinit... Toate acestea sunt concepte cotidiene de inerție. Strict este doar ceea ce este determinat de prima lege a lui Newton. Care înaintea lui, poate nu atât de exact, dar formulat... nu, nu Galileo – Descartes!

Așadar, Newton a înțeles unul dintre cele mai lăuntrice secrete ale naturii și a continuat să înțeleagă aceste secrete. „Domnul Dumnezeu este sofisticat, dar nu răuvoitor!” - Lui Einstein îi plăcea să spună și chiar și-a gravat aceste cuvinte pe șemineu. Aceasta înseamnă că, cu diligența cuvenită, o persoană înțelege aceleași secrete ale Creatorului unul după altul, care nu îi interzice complet să facă acest lucru. Și o astfel de persoană care a rezolvat cel mai mare număr aceste mistere, până acum, se pare, Newton a fost și rămâne. Și când a fost întrebat cum a putut vedea până acum în știință, el a răspuns modest: „Dacă am văzut mai departe decât alții, a fost pentru că am stat pe umerii giganților!”

Ce atrage corpurile unul la altul?

Newton nu a numit numele și prenumele specifice acestor giganți, dar cel puțin unul dintre ei poate fi numit cu siguranță. Se pare că a fost ... nu, nu au ghicit din nou, deși acest nume este de obicei menționat primul printre giganți, acesta nu este Galileo. Cred că a fost Johannes Kepler (1571-1630). Câteva cuvinte despre gigant, pe care oamenii de știință l-au numit „legislatorul cerului”.

„Legiuitorul cerului” s-a născut în 1571, în sudul Germaniei, într-o familie săracă, dar a reușit să termine școala și universitatea în Tübingen. Trebuie spus că și el a murit în sărăcie în 1630, iar după el familia a rămas cu o rochie uzată, două cămăși, câteva monede de aramă și... aproape 13 mii de guldeni de salarii neplătite! Și mai spun că oamenii de știință dinainte au fost plătiți la timp și foarte mult... Autorul, cu riscul de a fi bătut de colegii săi, susține că este rău când oamenii de știință trăiesc bogat - capul lor nu se gândește la ceea ce este necesar. Nu le pasă de noile legi ale naturii, ci de ce bancă și la ce interes să-și pună comorile. „Căci acolo unde este comoara ta, acolo va fi și inima ta”, a spus Domnul. Chiar și poetul Petrarh a observat că bogăția, precum și sărăcia extremă, de altfel, interferează cu creativitatea. Prin urmare, dacă știința continuă să fie ținută pe o dietă de foame, atunci un lucru (din păcate, un singur lucru!) va fi cu siguranță bun: apucătorii și oamenii de afaceri nu se vor grăbi acolo. Da, din istoria științei, este dificil să numești un om de știință (unul real, și nu un om de afaceri cu grad!) care ar fi cu adevărat bogat. Excluzând regii-oameni de știință, care, de altfel, s-au întâmplat și ei.

Așadar, Kepler a trebuit să sorbi multă durere și griji în viața lui. Era bolnav, suferea de o boală ciudată - vedere multiplă. (Cum este pentru un astronom, nu? E ca un muzician surd, dar au existat astfel de oameni, Beethoven, de exemplu!) Din nou, sărăcia, deși a lucrat ca astronom de curte și astrolog. Da, iar mama lui i-a strecurat o surpriză - ia-o și spune-i vecinului tău cuvinte eretice: „Nu există rai sau iad, aceleași rămășițe de la o persoană ca de la animale!” S-a ajuns la „cine are nevoie”, iar ea nu ar fi trecut de foc (și în patria lui Kepler, în orășelul Veil, 38 de eretici au fost arși în doar 14 ani!), Dacă nu ar fi fost 6 ani de „avocatură” a lui Kepler. !

Și printre astfel de griji și necazuri, Kepler a introdus conceptele de „inerție” și „gravitație” în mecanică și a definit-o pe aceasta din urmă drept forța de atracție reciprocă a corpurilor. Totul este aproape corect, dacă numai Kepler nu ar asocia această atracție cu magnetismul și nu ar considera că „Soarele, rotindu-se, trage planetele în rotație cu împingeri constante. Și numai inerția împiedică aceste planete să urmărească cu exactitate rotația Soarelui. Se pare că „planetele amestecă inerția masei lor cu viteza de mișcare” ... În general, amestecul s-a dovedit a fi corect. Dar legile mișcării planetare ale lui Kepler sunt o capodoperă și l-au împins pe Newton să înțeleagă legea gravitației universale.

Prima lege a lui Kepler se referă la mișcarea eliptică a planetelor. Toată lumea credea că planetele se mișcă în cercuri (din nou acele cercuri magice: atât Copernic, cât și Galileo erau confuzi!). Kepler a demonstrat că acest lucru nu este adevărat și că planetele se mișcă în elipse cu Soarele în centrul lor.

A doua lege este că, atunci când se apropie de Soare, planetele (și cometele, de asemenea!) se mișcă mai repede, iar îndepărtându-se de acesta, mai încet (Fig. 27). Și a treia lege este deja strict cantitativă: pătratele perioadelor de revoluție ale oricăror două planete sunt legate între ele ca cuburi ale distanțelor lor medii față de Soare.

Orez. 27. Ilustrarea celei de-a doua legi a lui Kepler

Mai rămâne deja puțin de înțeles ce forțe controlează mișcarea planetelor. Contemporan al lui Newton și al colegului său principal, sau poate unul dintre acei giganți pe ai căror umeri se afla Newton, Robert Hooke a scris în 1674 că „... toate corpurile cerești, fără excepție, au o atracție îndreptată spre centrul lor... și aceste forțe ale act de atracție cu atât mai mult, cu atât mai aproape de ei sunt corpurile asupra cărora acţionează. Ne întrebăm cât de aproape a fost Hooke să descopere legea gravitației universale, dar el însuși nu a vrut să facă acest lucru, referindu-se la a fi ocupat cu alte lucrări.

Pentru prima dată, ideea unei definiții exacte a gravitației a apărut încă de la studentul Newton (amintiți-vă de mitul căreia unui măr îi cădea în cap!), dar calculele nu au dat exactitatea dorită. Cert este că, pentru calcule, Newton a folosit valoarea razei pământului, determinată incorect de omul de știință olandez Snellius și, obținând valoarea accelerației Lunii cu 15% mai mică decât cea observată, a amânat amarnic această lucrare.

Apoi, 18 ani mai târziu, când astronomul francez Picard a determinat cu mai multă precizie valoarea razei Pământului, Newton a reluat calculele sale întârziate și a dovedit corectitudinea ipotezei sale. Dar nici după aceea, Newton nu s-a grăbit să-și publice descoperirea. El a testat cu atenție noua lege asupra mișcării planetelor în jurul Soarelui, asupra mișcării sateliților lui Jupiter și Saturn, precum și asupra mișcării cometelor și a decis să publice legea gravitației universale în celebra sa carte " Principii matematice ale filosofiei naturale” în 1687, care conține și trei legea mișcării sale.

Iată cum poate fi formulată această lege într-un mod mai simplu și mai clar: „Fiecare corp atrage un alt corp cu o forță direct proporțională cu masele acestor corpuri și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.”

De exemplu, doi corpul uman la o distanță de 1 m între ele, sunt atrași cu o forță de aproximativ o patruzecime dintr-un miligram-forță. Asta înseamnă mai puțin de o miliardime din puterea necesară pentru a ne muta. Două nave cu o greutate de 25.000 de tone fiecare la o distanță de 100 m sunt atrase cu o forță nesemnificativă de 4 N, iar explicațiile absurde ale ciocnirii navelor din cauza atracției lor reciproce sunt lipsite de sens.

Nicio barieră sau ecran nu vă poate salva de forța gravitațională. Deși mulți visau să găsească un astfel de ecran: din când în când auzi asta, spun ei, în secolul XXI. oamenii de știință vor găsi o modalitate de a scăpa de gravitație. Deja desenează case fără fundație și mașini de zbor gravitațional care zboară fără combustibil.

Aceste căutări nu sunt noi - chiar și scriitorul englez de science fiction Herbert Wells a folosit ideea unui „scut gravitațional”, presupus realizat dintr-un material special numit după autor - inventatorul Cavor - cavorite. Dacă acest scut este adus sub un obiect, atunci el va fi eliberat de atracția Pământului și va fi atras doar de corpurile cerești, adică va decola. Eroii lui Wells construiesc o navă interplanetară acoperită cu cavorit; prin deschiderea și închiderea draperiilor corespunzătoare, ei sunt atrași de acea parte a spațiului în care doresc să zboare și, astfel, se deplasează în spațiu.

Argumentele scriitorului de science fiction sună convingător: știm că un ecran format dintr-un fel de conductor (de exemplu, o foaie de metal) este impenetrabil pentru câmp electric; supraconductorul împinge un câmp magnetic din sine etc. Mai mult, raportul despre măsurătorile astronomului francez Allen, apărut în presă, a confirmat că Luna, ferindu-ne de Soare, creează și o anumită „umbră gravitațională” . Dar s-a dovedit că această „umbră” a fost doar o greșeală a instrumentelor.

S-au exprimat gânduri că gravitația, spun ei, acționează numai asupra corpurilor cerești, dar nu și asupra noastră. Așadar, fizicianul englez Henry Cavendish a construit o așa-numită balanță de torsiune foarte precisă și a fost unul dintre primii în 1798 care a măsurat gravitația pe Pământ. În aceste cântare, greutățile erau suspendate pe un fir subțire și puternic pe un jug, care erau atrași de două bile masive de plumb cu o greutate de 50 kg (Fig. 28). Dispozitivul Cavendish a fost închis într-o cameră etanșă, iar mișcarea culbutorului a fost capturată de instrumente optice. Așa s-a determinat „constanta gravitațională”, care s-a dovedit a fi 6,67 10 - 11 N⋅m2 / kg2, cu alte cuvinte, sunt atrase două bile care cântăresc 1.000 kg fiecare, situate la o distanță de 1 m una de cealaltă. cu o forță de 6,67 sute de miimi de Newton!

Orez. 28. „Echilibrul de torsiune” G. Cavendish pentru determinarea gravitației

Așa sunt de slabe, de nesemnificative forțele gravitaționale și, în același timp, ele sunt cele care „mișcă lumea”, determinând zborul planetelor, stelelor, cometelor și altor corpuri cerești. Căderea corpurilor pe Pământ, de altfel, este și opera „mâinilor” gravitației, astfel încât nu este doar universală, ci și omniprezentă!