Новая картина мира Н.Коперника и Г.Галилея

Однако  остановить движение, прервать преемственность  научной мысли было уже невозможно. С астрономическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный  вестник», ознакомился и дал им высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI — первой трети XVII в. Иоган Кеплер (1571-1630). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о "Звездном вестнике"».

Кеплер  занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических  наблюдений он установил три закона движения планет относительно Солнца. В своем первом законе Кеплер отказывается от коперниковского представления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите непостоянна и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Третий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от него.

Помимо  сказанного, Кеплеру принадлежит  немало заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию солнечных и  лунных затмений, предложил способы  их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы — по имени австрийского императора Рудольфа II, при дворе которого Кеплер занимал место астронома, сменив на этой должности умершего Тихо Браге. С помощью этих таблиц можно было с высокой степенью точности определять в любой момент времени положение планет. Кеплеру принадлежит также решение ряда важных для практики стереометрических задач.

Поскольку Кеплер был сторонником гелиоцентрической  космологии Коперника и не скрывал  этого, Ватикан относился к его  сочинениям отрицательно, включив некоторые  из них в список запрещенных книг. Но сам Кеплер прекрасно понимал  значение выполненных им работ. Не без  сарказма он писал: «Мне все равно, кто  будет меня читать: люди нынешнего  или люди будущего поколения. Разве  Господь Бог не дожидался шесть  тысяч лет, чтобы кто-нибудь занялся  созерцанием его творений?».

Конечно, главной заслугой Кеплера было открытие законов движения планет. Но он не объяснил причины их движения. И это неудивительно, ибо не существовало еще понятий  силы и взаимодействия. В то время  из разделов механики была разработана  лишь статика — учение о равновесии (которая разрабатывалась еще  в античности, в первую очередь, Архимедом), а в работах Галилея были сделаны  первые шаги в разработке динамики. Но в полной мере динамика — учение о силах и их взаимодействии —  была создана лишь позднее Исааком  Ньютоном.

В такой  ситуации большое впечатление на естествоиспытателей произвела  «теория вихрей», выдвинутая в 40-х  годах XVII века французским ученым Рене Декартом (1596-1650)15. Декарт полагал, что  мировое пространство заполнено  особым легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Вихревые потоки, окружая все  небесные тела, увлекают их и приводят в движение. Солнечная система  представляет собой громадный вихрь, в центре которого находится Солнце. Этот солнечный вихрь увлекает в  своем движении все планеты. Центрами других, меньших вихрей, вращающихся  вокруг Солнца, являются планеты. Планетные  вихри вовлекают в круговое движение спутники этих планет. Так, вихрь, окружающий Землю, приводит в движение вокруг Земли  ее спутник — Луну. Причем в каждом вихре тело, находящееся ближе  к центру, вращается вокруг него быстрее, чем более далекое. Этим Декарт объяснял тот факт, что чем  ближе планеты к Солнцу, тем  короче периоды их обращения вокруг него (всего 88 дней для Меркурия, 225 дней для Венеры, 365 дней для Земли и т. д.).

Что касается эллиптического движения планет по уже  известным законам Кеплера, то Декарт не смог ясно этого объяснить. Он говорил, что под действием давления соседних вихрей и вследствие других причин вихри могут принимать сплюснутую или эллиптическую форму. Таким  образом, теория вихрей Декарта фактически не могла объяснить движение планет по законам Кеплера.

Космологическая гипотеза Декарта оказалась несостоятельной  и была отвергнута последующим развитием  науки. Но Декарт обессмертил свое имя  в другой области — в математике. Создание им основ аналитической  геометрии, введение осей координат, носящих по сей день наименование декартовых, введение им многих алгебраических обозначений, формулирование понятия переменной величины — вот далеко не полный перечень того, что сделал Декарт в области математики, обеспечив ее существенный прогресс.

Вторая  научная революция завершалась  творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым  был Исаак Ньютон (1643-1727). Его научное  наследие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) дифференциального и интегрального исчисления, и важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов (он так же, как и Галилей, именно телескопу обязан первым признанием своих научных заслуг), и большой вклад в развитие оптики (он, в частности, поставил опыты в области дисперсии света и дал объяснение этому явлению). Но самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики. Благодаря их трудам XVII век считается началом длительной эпохи торжества механики, господства механистических представлений о мире.

Ньютон  сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон  механики Ньютона — это принцип  инерции, впервые сформулированный еще Галилеем: всякое тело сохраняет  состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех  пор, пока оно не будет вынуждено  изменить его под действием каких-то сил. Существо второго закона механики Ньютона состоит в констатации  того факта, что приобретаемое телом  под действием какой-то силы ускорение  прямо пропорционально этой действующей  силе и обратно пропорционально  массе тела. Наконец, третий закон  механики Ньютона — это закон  равенства действия и противодействия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны  по величины и направлены в противоположные  стороны.

Данная  система законов движения была дополнена  открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.

Пожалуй, ни одно из всех ранее сделанных  научных открытий не оказало такого громадного влияния на дальнейшее развитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения. Огромное впечатление  на ученых производил масштаб обобщения, впервые достигнутый естествознанием. Это был поистине универсальный  закон природы, которому подчинялось  все — малое и большое, земное и небесное. Этот закон явился основой  создания небесной механики — науки, изучающей движение тел Солнечной  системы.

Созданная Ньютоном теория тяготения и его  вклад в астрономию знаменуют  последний этап преобразования аристотелевской  картины мира, начатого Коперником. Ибо представление о сферах, управляемых  перводвигателем или ангелами по приказу бога, Ньютон успешно заменил представлением о механизме, действующем на основании простого естественного закона.

Воображение ученых захватывала простота той  картины мира, которая складывалась на основе ньютоновской классической механики. В этой картине, носящей абстрактный характер, отбрасывалось все «лишнее»: не имели значения размеры небесных тел, их внутреннее строение, идущие в них бурные процессы. Оставались только массы и расстояния между центрами этих масс, к тому же связанные несложной формулой. Как пишет известный японский физик X. Юкава, «Ньютон многое отсек у реального мира, о котором размышляют физики... Конечно, Ньютон абстрагируется, но он оставляет самое существенное и создает единую картину мира. Ему принадлежит, по крайней мере, построение теории Солнечной системы. Это один из миров. Остается еще... и множество других миров. В них он не успел разобраться, но Солнечная система прекрасно воссоздана в рамках его механики».

В 1687 году вышел в свет главный труд Ньютона  «Математические начала натуральной  философии», заложивший основы современной  теоретической физики. Оценивая это  событие, видный физик XX века, бывший президент  Академии наук СССР СИ. Вавилов писал: «В истории естествознания не было события более крупного, чем появление  «Начал» Ньютона. Причина была в  том, что эта книга подводила  итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи. Сложные перипетии  развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Кеплера, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью "Начал"».

Не менее  высокую оценку дает «Началам» Ньютона  такой крупный специалист по истории  науки, как Джон Бернал. «По убедительности аргументации, подкрепленной физическими  доказательствами, — пишет он, —  книга не имеет себе равных во всей истории науки. В математическом отношении ее можно сравнить только с «Элементами» Евклида, а по глубине  физического анализа и влиянию  на идеи того времени — только с  «Происхождением видов» Дарвина. Она сразу же стала библией новой науки, не столько как благоговейно чтимый источник догмы... сколько как источник дальнейшего расширения изложенных в ней методов».

В своей  знаменитой работе Ньютон предложил  ученому миру научно-исследовательскую  программу, которая вскоре стала  ведущей не только в Англии, на родине великого ученого, но и в континентальной  Европе. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы.

Ньютон  подверг критике картезианство, в частности, декартову гипотезу «вихрей». Главный упрек в адрес  картезианцев (последователей Декарта) сводился к тому, что они не обращались в должной мере к опыту, конструировали «гипотезы», «обманчивые предложения» для объяснения природных явлений. «Гипотез не измышляю», — таков был  девиз Ньютона.

Идеи  Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление  развития естествознания на многие десятилетия  вперед.

4. Химия в механистическом мире

Естествознание XVII века характеризовалось не только революционными достижениями в космологии и механике. В этот период была начата, образно говоря, закладка будущего здания химической науки. Последнее  было связано с именем известного английского ученого, физика и химика Роберта Бойля (1627-1691). Как физик, он получил известность благодаря  открытию «газового закона», устанавливающего зависимость объема газа от давления. Согласно этому закону, произведение удельного объема газа на его давление при неизменной температуре есть величина постоянная. Поскольку этот же закон установил, независимо от Бойля, и французский медик Эдм Мариотт (1620-1684), то в историю науки он вошел под названием закона Бойля-Мариотта.

Но этим законом не ограничивается вклад  Р. Бойля в науку. Он серьезно занимался  химией, выполнял многочисленные химические опыты. Одним из первых он получил  и описал водород, хотя истинная природа  этого газа осталась ему неизвестной. Бойль сумел получить фосфор и  некоторые его соединения. Он разработал основы качественного химического  анализа «мокрым путем», т. е. в  растворах, и ввел применение цветочных  отваров в качестве индикаторов  на присутствие кислот и щелочей. Им были четко сформулированы отличительные  признаки кислот (энергично растворять различные вещества, изменять окраску  сока некоторых растений и т. д.) и  установлено, что эти особенности  кислот исчезают, если привести их в  соприкосновение со щелочами.

В своей  книге «Химик-скептик», опубликованной в 1661 году, Бойль отверг как нереальное утверждение представителей античной натурфилософии о четырех «стихиях» (огне, воздухе, воде и земле) и изложил  применительно к химии основы корпускулярной теории. Бойль дал  определение корпускулы как простейшего  элемента вещества. Корпускула, по мнению Бойля, — это простое тело, которое  уже не может быть разделено на другие более простые тела, т. е., другими словами, это предел качественного  деления вещества. Бойль был убежден, что химия как наука должна широко использовать корпускулярные представления. Выступая за союз химиков и философов-корпускуляристов, он писал: «Сколько химических экспериментов можно объяснить корпускулярными понятиями, столько же корпускулярных понятий можно легко иллюстрировать или подтвердить посредством химических экспериментов».

Несомненной заслугой Бойля является первое научное  толкование понятия химического  элемента. Он предложил химико-аналитическое  определение элемента и фактически поставил перед химией новую задачу: научиться выделять в чистом виде отдельные вещества и устанавливать  их состав, т. е. определять, из каких  конкретных частей состоит данное тело и каким комплексом физико-химических свойств оно обладает.

Бойль положил  начало преобразованию химии в самостоятельную  науку. Сам же он подчеркивал, что  занимается химией «не столько ради нее самой, но в целях натуральной  философии и для нее», что его  целью было достичь «взаимопонимания между химиками и механистическими философами, которые доселе слишком  мало были знакомы с учениями друг друга».

Список литературы

1. Чанышев А.Н. Курс лекций по древней философии. М., 2008.

2 Азерников В.З. Неслучайные  случайности. Рассказы о великих  открытиях и выдающихся ученых. М., 2006.