Открытия  И. Кеплера ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания окружающего мира и Солнечной системы.

3. Галилео Галилей

      Следующий решающий шаг в борьбе за систему  Коперника и новое мировоззрение был сделан Галилеем. Он обосновал коперниковскую систему физически, что привело к созданию основы новой физики, пришедшей на смену аристотелевской. Галилей выработал новую методологию науки и доказал ее эффективность значимостью своих открытий.

3.1 История жизни

      Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского дворянина. Галилей учился в Пизанском университете, сначала по желанию отца на медицинском факультете, потом на философском, где изучал математику и философию. Он был одаренным учеником, специалисты оценили работы начинающего исследователя и помогли получить ему кафедру в университете сначала Пизы, а затем Падуи. В последнем он провел 18 лет, сделав ряд важнейших открытий, принесших ему мировую славу.

      В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная трубка, услышав об этом, Галилей усовершенствовал ее, направил на небо и сразу обнаружим несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматичный период в жизни Галилея. Борьба оказалась тяжелой. Все последующие 30 с лишним лет Галилей защищал идеи Коперника, был обвинен церковью в ереси, преследовался инквизицией, но продолжал создавать труды, внесшие огромный вклад в развитие классического естествознания. Галилей умер в Арчетри 8 января 1642 году, после восьми лет домашнего ареста. Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни. Ученики Галилея, которым принадлежит честь открытия атмосферного давления, стояли у гроба великого ученого, символизируя несокрушимую силу науки.

3.2 Принципы “земной динамики”

      Творчество  Галилея отличается удивительной глубиной проникновения в суть явлений, позволяющей считать выдающегося итальянского ученого родоначальником физической науки в современном ее понимании. В своих произведениях Галилей касался столь широкого круга проблем, рассматриваемых теперь во всех курсах физики, что их всех практически невозможно перечислить. Однако главная заслуга ученого – это новый подход к описанию и анализу движения.

      Труды Галилея в области методологии  научного познания предопределили облик классической, или даже современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гипотетико-дедуктивную модель научного познания. Галилей добился больших успехов в области астрономии, совершил ряд выдающихся открытий, в числе которых горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера, Млечный путь, как скопление огромного множества звезд. Еще более значительны достижения Галилея в механике, он разрушил догматические построения аристотелевской физики и дал начало новому разделу – динамике. Именно Галилей ввел понятия физического закона, скорости и ускорения. Кроме того человечество обязано Галилею двумя принципами всей физики. Это известный принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, позже Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Еще позднее Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.

      Принцип относительности Галилея имел следующее  содержание: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система  или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково. Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.

      Второй  принцип, принцип независимости  ускорения свободного падения от массы тела, Галилей открыл, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени. Одновременно с этим Галилей открыл закон независимости действия силы: сила тяжести действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, но в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело  она изменит его скорость на ту же самую величину. Кроме того, данный закон имел огромное методологическое значение, Галилей ясно показал, что для получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные обстоятельства. Введя метод логического построения от наблюдений и экспериментов к основным принципам. он заложил основы современной науки. При этом он также ввел основополагающую методику точного измерения природных явлений, отбросив прежнюю практику обобщенного описания, т. е. он перешел от качественного описания Вселенной, как это делали греческие мыслители, к количественному.

      Галилей определяет траекторию горизонтально  брошенного тела и находит, что она  параболическая. Законы свободного падения  ученый проверяет на наклонной плоскости и определяет, что скорость падения не зависит от длины наклонной плоскости, а зависит только от её высоты.

      Галилей делает шаг к выработке важнейшей  идее механики, идее об инерции. Он не нашел полной и точной формулировки закона инерции, но выявил свойство тел сохранять свою скорость: ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю. Еще более важным является то, что он привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.

      Свое открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать, но его изобретение имело огромное научное и практическое значение. Круговой маятник Галилея и поныне используется в часах.

      Все открытия Галилея имели огромное значение как для подтверждения гелиоцентрической системы мира, так и для формирования классической науки в целом.

4. Революция Ньютона.

      Следуя  примеру Галилея, ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и развитием научных понятий, подготавливая тем самым почву для физического обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVII в. Ньютоном.

4.1 Жизнеописание

      Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г.  в семье  фермера в Вулсторпе, близ Грантема в Англии.С 12 лет мальчик начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 г. поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в качестве субсайзера³. Окончив колледж в 1665 г., Ньютон получил учёную степень бакалавра.

      В 1665-67 гг., во время эпидемии чумы, он жил в своей родной деревне Вулсторп. Эти годы оказались наиболее продуктивными в его научном творчестве. В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 г. его учитель передал ему почётную физико-математическую кафедру в университете, которую Ньютон занимал до 1701 г. В 1671 г. Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп - большего размера и лучшего качества, чем первый. Демонстрация телескопа произвела сильное впечатление на современников, и вскоре после этого Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества - английской академии наук. Позднее, в 1703 г., он стал президентом Лондонского королевского общества. В 1687 г. он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 г. ученый был назначен на должность смотрителя Монетного двора.

      В 1699 г. он получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора. Труды Ньютона получили высокую оценку и за границами Англии - он был избран иностранным членом Парижской академии наук. В 1705 г. за научные труды он возведён в дворянское достоинство. Ньютон умер в 1727 г. в Кенсингтоне и был похоронен в английском национальном пантеоне - Вестминстерском аббатстве.

4.2 Математические начала  натуральной философии

      Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах И. Ньютона. Его важнейшим научным достижением было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды многих ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.

      Ньютоновская  физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для формирования классического естествознания. В ходе своих исследований ученый создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики, которая благодаря ему стала основываться на понятиях количества материи (массы), количества движения и силы. Ему удалось сформулировать закон всемирного тяготения и основные законы динамики: закон инерции, закон пропорциональности силы и ускорения и закон равенства действия и противодействия

      Первый  закон: всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Этот закон, который иногда называют законом инерции, говорит нам о том, что существуют некие особые системы отсчета, называемые инерциальными, в которых свободные механические тела движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Первый закон Ньютона является самым фундаментальным звеном всей логической структуры классической механики.

      Второй  закон Ньютона говорит о том, что изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. В современных учебниках этот закон выражается формулой: . Его часто называют основным законом динамики, так как именно он позволяет решить основную задачу механики. Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона. Иногда второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс: импульс силы равен изменению импульса тела. В качестве следствия из этого закона Ньютон формулирует принцип суперпозиции, дополнив тем самым и статику.

      Третий  закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. В нем впервые в физике появляется слово взаимодействие. Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра тяжести.

      Понятие силы является стержнем Ньютоновской динамики, а её основная задача сводится к установлению закона силы. Ньютон вывел из законов Кеплера существование силы, направленной к Солнцу и обратно пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым он решил задачу физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в природе силы, которая обуславливает притяжение тел, в том числе и Луны к Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет к Солнцу. Таким образом, поставив проблему изучения различных сил, Ньютон дал блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой: Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных успехов. Развивая свою идею всемирного тяготения, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, принцип дальнодействия – мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия был невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые также были введены Ньютоном. Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIX в., концепция абсолютного пространства и времени – до начала XX в.

      Достижения  Ньютона были грандиозны и в других научных сферах: в оптике и математике.

      Но  именно работы Ньютона в области динамики завершили первую глобальную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классического естествознания Нового времени.

Заключение

      Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии, что привело к изменению в представления о месте человека в мироздании. В средние века Земля считалась центром небес, и все имело целью служение человеку. В Ньютоновском мире Земля стала второстепенной планетой, не очень-то выделяющейся звездой; астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля была просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага каких-то жалких тварей, обитающих на этой булавочной головке. Кроме того, цель, которая со времен Аристотеля составляла внутреннюю сторону научных концепций, была теперь выброшена из научного процесса. Возможно, кое-кто еще верил, что небеса существуют для того, чтобы провозглашать славу Господу, но никто не мог позволить этому верованию вмешиваться в астрономические вычисления. Возможно, мир имел цель, но она не могла больше учитываться при научном объяснении мира.