Галилео Галилей: жизнь и наука

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 
Во второй половине XVI и в начале XVII важнейшим полем боя, на котором происходило сражение между новым и старым миром, между консервативными и прогрессивными силами общества, религией и наукой, была астрономия. Средневековое религиозное учение было основано на представлении о Земле как богом избранной планета и о привилегированном положении человека во вселенной. Изучая астрономические объекты ученые того времени на практике постигали законы движения небесных тел и заложили фундаментальные понятия для развития другой науки-физики [3]. 
Одной из выдающихся фигур эпохи зарождения современного естествознания был Галилео Галилей (1564 - 1642), который по своему мировоззрению был в основном весьма близок Кеплеру. 
Галилей, подобно Кеплеру, много и плодотворно занимался математикой, что и обусловило его выдающиеся достижения в области физики. Учение Коперника, словно некая программа, определяет научные устремления Галилея: все его исследования, в конечном счете, были подчинены одной цели — доказать, что учение Коперника отнюдь не чисто математическое построение, а отражение реального строения окружающего мира [2]. 
Исследования Галилея в области механики, прежде всего, касались старых и весьма значительных проблем статики и динамики. Здесь он добился значительных успехов, потому что, опираясь на принципы кинематики, акцентировал внимание не на причинах явлений, а путем длительных и кропотливых опытов исследовал их точное течение. Галилей, опровергнув воззрения своих предшественников времен средневековья, установил закон свободного падения — ныне столь привычный для нас. 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Галилео Галилей: жизнь и наука 
   Галилей родился в 1564 году в итальянском городе Пиза, в семье родовитого, но обедневшего дворянина Винченцо Галилея. Полное имя Галилея: Галилео ди Винченцо Бонайути де Галилей [1]. 
   В 1572 году Винченцо переехал во Флоренцию, столицу Тосканского герцогства. Начальное образование Галилей получил в расположенном неподалёку монастыре Валломброза. Мальчик очень любил учиться и стал одним из лучших учеников в классе. Он взвешивал возможность стать священником, но отец был против [1]. 
   В 1581 году 17-летний Галилей по настоянию отца поступил в Пизанский университет изучать медицину. В университете Галилей посещал также лекции по геометрии (ранее он с математикой был совершенно не знаком) и настолько увлёкся этой наукой, что отец стал опасаться, как бы это не помешало изучению медицины [1].  
   Вскоре финансовое положение отца ухудшилось, и он оказался не в состоянии оплачивать далее обучение сына. Галилей вернулся во Флоренцию, так и не получив учёной степени. К счастью, он успел обратить на себя внимание несколькими остроумными изобретениями (например, гидростатическими весами), благодаря чему познакомился с образованным и богатым любителем науки, маркизом Гвидобальдо дель Монте. По его рекомендации Галилей получил кафедру математики в Пизанском университете и в 25 лет стал профессором. Там он начал проводить самостоятельные исследования по механике и математике.  
   В 1590 году Галилей написал трактат «О движении», где Галилей подверг критике аристотелевское учение о падении тел [4]. 
   В 1592 году Галилей принял предложение занять кафедру математики в Падуанском университете, где преподавал астрономию, механику и математику. Это был наиболее плодотворный период научной деятельности Галилея. Вскоре он стал самым знаменитым профессором в Падуе. В эти годы он написал трактат «Механика», который вызвал некоторый интерес, с ним активно переписываются молодой Кеплер и другие научные авторитеты того времени [2]. 
   Галилей в 1609 году конструирует собственноручно первый телескоп. С его помощью он обнаруживает кратеры и хребты на Луне, разглядел бесчисленные, скопления звезд, образующих Млечный Путь, увидел спутники, Юпитера фазы Венеры, пятна на Солнце, а затем и вращение Солнца вокруг оси. Свои достижения Галилей зачастую излагал в задиристо-полемическом стиле, чем нажил немало новых врагов [2].  
   Осмелев, Галилей заявил, что Священное Писание относится только к спасению души и в научных вопросах не авторитетно: «ни одно изречение Писания не имеет такой принудительной силы, какую имеет любое явление природы».  
   В том же 1613 году Галилей выпустил книгу «Письма о солнечных пятнах», в которой открыто высказался в пользу системы Коперника. 25 февраля 1615 года римская инквизиция начала первое дело против Галилея по обвинению в ереси. Книга Коперника «Об обращении небесных сфер» была включена в Индекс запрещённых книг «до её исправления», соответственно запрещалась любая пропаганда учения Коперника [4]. 
   Позже учёный был поставлен перед выбором: либо он покается и отречётся от своих «заблуждений», либо его постигнет участь Джордано Бруно и многих других, замученных инквизицией. 22 июня 1633 года Галилей, произнес перед судом инквизиции текст отречения, а после этого выслан на свою виллу под домашний арест. Инквизиция следила за пленником до конца его жизни. Галилео Галилей умер 8 января 1642 года, на 78-м году жизни, в своей постели [1].  
   В ноябре 1979 года Римский Папа Иоанн Павел II официально признал, что инквизиция в 1633 году совершила ошибку, силой вынудив учёного отречься от теории Коперника [1]. 
    
    
   

 

 

 

 

2. Вклад Галилея в развитие научной  мысли 
Великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642) по праву считается основоположником теории относительности, который первым с математической точностью сформулировал важнейшие принципы механического мира [4].  
Первое из важнейших открытий Галилей совершил в области механики. Он опроверг учение Аристотеля о скорости падения.  
Еще более важным представляется то, что Галилей сумел суммировать результаты целой серии экспериментов в математической формуле. Широкое использование математических формул и математических методов — важнейшая характерная черта современной науки.  
Другим важным достижением Галилея было открытие закона инерции. Его открытие Ньютон сформулировал заново и включил  в свою собственную систему в  качестве первого закона движения, является одним из первостепенных принципов  физики.  
Самые блестящие открытия Галилей совершил в астрономии. Астрономическая наука в начале 1600-х годов находилась в состоянии великого брожения. В ней происходил важный спор между последователями гелиоцентрической теории Коперника и сторонниками более ранней геоцентрической теории. В 1604 году Галилей объявил о том, что он верит в правоту Коперника, однако в то время у него не было способа доказать это. В 1609 году он узнал  об изобретении телескопа в Голландии. Хотя у него было только описание этого  прибора, он обладал гениальностью  такого свойства, которая позволила  ему вскоре самому изобрести телескоп. Но его телескоп был гораздо совершеннее. Пользуясь этим новым прибором, он обратил свой талант наблюдателя к  небесам и уже через год  сделал целую серию важных открытий. Изобретение телескопа и совершенные с  его помощью открытия сделали  Галилея знаменитым [6].  
Огромный вклад Галилея в развитие науки  нашел свое признание. 
Еще большего признания заслуживает его роль в развитии методологии науки. Многие жившие до него философы-натуралисты, ориентирующиеся на Аристотеля, делали упор на качественность своих наблюдений и классификацию явления. Что же касается Галилея, то он подходил к явлению с позиции его точности и делал количественные наблюдения. Этот акцент на тщательном количественном измерении стал основным методом научного исследования [3]. 
Галилею в большей степени, чем кому-либо другому, был присущ эмпирический подход к научному познанию. Он был первым, кто настаивал на необходимости проведения экспериментов. Он отказался от представления, что научный вопрос может быть решен при опоре на авторитет, будь то мнение церкви или утверждение Аристотеля. Он также не хотел опираться на сложные дедуктивные схемы, которые не были подкреплены опытным путем [4].  
Средневековые схоласты долго обсуждали вопрос о том, что должно произойти и почему это происходит, Галилей же при проведении опыта стремился определить, что в действительности должно произойти. Для его научной позиции был характерен явно не мистический подход. В этом отношении он был даже более современен, чем его преемники, такие как Ньютон.  
Необходимо также подчеркнуть, что Галилей был глубоко религиозным человеком. Несмотря на судебный процесс и последующее за ним осуждение, он не отказался ни от религии, ни от церкви, он выступал лишь против попыток церковных властей помешать решению научных проблем. 
Последующие поколения вполне справедливо выражают свое восхищение Галилеем как символом протеста против догматизма и авторитарных попыток задушить свободу мысли. Однако самую важную роль он сыграл в создании современного метода научного исследования. 
 

 

 

 

 

 

 

 

3. Галилей – основатель классической  механики 
Физика, как наука, берет свое начало именно от Галилея. Галилею человечество и физика, в частности, обязаны двум принципам механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и физики в целом. Галилей считается одним из основателей механицизма. Этот научный подход рассматривает Вселенную как гигантский механизм, а сложные природные процессы — как комбинации простейших причин, главная из которых — механическое движение. Занимаясь вопросами механики, Галилей открыл ряд ее фундаментальных законов: пропорциональность пути, проходимого падающими телами, квадратам времени их падения; равенство скоростей падения тел различного веса в безвоздушной среде (вопреки мнению Аристотеля и схоластиков о пропорциональности скорости падения тел их весу); сохранение прямолинейного равномерного движения, сообщенного какому-либо телу, до тех пор, пока какое-либо внешнее воздействие не прекратит его (что впоследствии получило название закона инерции). Свои открытия и научные выводы Галилей сделал и благодаря своим новым взглядам на природу материи, философски осмысляя и логически строя свои опыты [2].  
Физика и механика в те годы изучались по сочинениям Аристотеля, которые содержали метафизические рассуждения о «первопричинах» природных процессов. В частности, Аристотель утверждал, что: 
- скорость падения пропорциональна весу тела; 
- движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствие силы прекращается. 
Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения не зависит от веса тела, таким образом, опровергнув первое утверждение Аристотеля. В своей последней книге Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь — пропорционально квадрату времени [5].  
Он совершенно правильно предположил, что полёт падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе.[5] 
Галилей опроверг и второй из приведённых законов Аристотеля, сформулировав первый закон механики (закон инерции): при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо равномерно движется. То, что мы называем инерцией, Галилей поэтически назвал «неистребимо запечатлённое движение». Правильную формулировку закона позднее дали Декарт и Ньютон; тем не менее, общепризнанно, что само понятие «движение по инерции» впервые введено Галилеем, и первый закон механики по справедливости носит его имя.[6] 
Галилей является одним из основоположников принципа относительности в классической механике, который также был позже назван в его честь. В «Диалоге о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом:[6] «для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия». 
Эти открытия Галилея, кроме всего прочего, позволили ему опровергнуть многие доводы противников гелиоцентрической системы мира, утверждавших, что вращение Земли заметно сказалось бы на явлениях, происходящих на её поверхности. 
Например, по мнению геоцентристов, поверхность вращающейся Земли за время падения любого тела уходила бы из-под этого тела, смещаясь на десятки или даже сотни метров. 
Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно для малых амплитуд) [2].  
Он также обнаружил, что периоды колебаний маятника соотносятся как квадратные корни из его длины. Результаты Галилея привлекли внимание Гюйгенса, который изобрёл часы с маятниковым регулятором (1657); с этого момента появилась возможность точных измерений в экспериментальной физике [3]. 
Многие рассуждения Галилея представляют собой наброски открытых много позднее физических законов. Например, в «Диалоге» он сообщает, что вертикальная скорость шара, катящегося по поверхности сложного рельефа, зависит только от его текущей высоты, и иллюстрирует этот факт несколькими мысленными экспериментами; сейчас мы бы сформулировали этот вывод как закон сохранения энергии в поле тяжести. Аналогично он объясняет (теоретически незатухающие) качания маятника [3]. 
Подлинная революция в механике связана с именем Г. Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики — принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными. Математические преобразования Галилея отражают движение в двух инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения. 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 
Вклад Галилея на развитие механики в XVII в. неоценимо. Его научная деятельность, огромной важности открытия, научная смелость имели решающее значение для победы гелиоцентрической системы мира. Основа мировоззрения Галилея — признание объективного существования мира, т. е. его существования вне и независимо от человеческого сознания. Мир бесконечен, считал он, материя вечна. 
При этом все отмечают, что Галилео Галилей выступил как основоположник точного естествознания и его выводы заложили начало физики как науки. Свои физические выводы Галилей в большинстве случаев сделал на основе опытов, сопоставляя и логически опровергая положения Аристотеля. 
Таким образом, в новое время Галилей одним из первых сформулировал деистический взгляд на природу. Этого взгляда придерживалось затем большинство передовых мыслителей XVII - XVIII вв. Научно-философская деятельность Галилея кладет начало новому этапу развития философской мысли в Европе - механистическому и метафизическому материализму XVII - XVIII вв.  
Как основоположник классической физики Галилей сформулировал следующие постулаты: 
- впервые высказал идею относительности движения; 
- сформулировал в общем виде законы движения тел по наклонной плоскости и законы инерции; 
- установил постоянство периода колебания маятника; 
- заложил основы оптики. 
Имя Галилея вошло в историю мировой науки как одного из крупнейших ученых эпохи Возрождения. 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы 
 
1. Большая советская энциклопедия 
2. Гиндикин, С. Г. Рассказы о физиках и математиках - 3-е изд. / С.Г. Гидинкин — М.: 2001 г. 
3. Грушевицкая, Т.Г., Садохин, А.П. «Концепция современного естествознания»: учебное пособие / Т.Г. Грушевицкая, А.П. Садохин – Москва.: высшая школа, 1998г. 
4. Дмитриев, И. С. Увещание Галилея / И.С. Дмитриев – С-Пб.: «Нестор-История», 2006 г. 
5. Концепция современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко. - М., 1997 г. 
6. Найдыш, В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. / В.М. Найдыш - М.: Гардарики, 2003 г.