Галилео Галилей

Галилео Галилей (15.II 1564 - 8.I 1642) - выдающийся итальянский физик и астроном, один из основателей точного естествознания, член Академии деи Линчеи (1611). Родился в Пизе. В 1581 поступил в Пизанский университет, где изучал медицину. Но, увлекшись геометрией и механикой, в частности сочинениями Архимеда и Евклида, оставил университет с его схоластическими лекциями и вернулся во Флоренцию, где четыре года самостоятельно изучал математику. С 1589 - профессор Пизанского университета, в 1592 - 1610 - Падуанского, в дальнейшем - придворный философ герцога Козимо II Медичи.

Оказал  значительное влияние на развитие научной  мысли. Именно от него берет начало физика как наука. Галилею человечество обязано двумя принципами механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и всей физики. Это известный галилеевский принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчёта, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы, в частности на свет, и вывел из него следствия о природе пространства и времени (при этом преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца). Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.

Галилей установил закон инерции (1609), законы свободного падения, движения тела по наклонной плоскости (1604 - 09) и тела, брошенного под углом к горизонту, открыл закон сложения движений и  закон постоянного периода колебаний  маятника (явление изохронизма колебаний, 1583). От Галилея ведет свое начало динамика.

В июле 1609 Галилей построил свою первую подзорную  трубу - оптическую систему, состоящую  из выпуклой и вогнутой линз, - и начал  систематические астрономические  наблюдения. Это было второе рождение подзорной трубы, которая после  почти 20-летней неизвестности стала  мощным инструментом научного познания. Поэтому Галилея можно считать  изобретателем первого телескопа. Он достаточно быстро усовершенствовал свою подзорную трубу и, как писал  со временем, "построил себе прибор в такой степени чудесный, что  с его помощью предметы казались почти в тысячу раз больше и  более чем в тридцать раз ближе, чем при наблюдении простым глазом". В трактате "Звездный вестник", вышедшем в Венеции 12 марта 1610 он описал открытия, сделанные с помощью  телескопа: обнаружение гор на Луне, четырех спутников у Юпитера, доказательство, что Млечный Путь состоит из множества звезд.

Создание  телескопа и астрономические  открытия принесли Галилею широкую  популярность. Вскоре он открывает  фазы у Венеры, пятна на Солнце и  т.п. Галилей налаживает у себя производство телескопов. Изменяя расстояние между  линзами, в 1610 - 14 создает также микроскоп. Благодаря Галилею линзы и  оптические приборы стали мощным орудием научных исследований. Как  отмечал С.И.Вавилов, "именно от Галилея  оптика получила наибольший стимул для  дальнейшего теоретического и технического развития". Оптические исследования Галилея посвящены также учению о цвете, вопросам природы света, физической оптике. Галилею принадлежит  идея конечности скорости распространения  света и постановки (1607) эксперимента по ее определению.

Астрономические открытия Галилея сыграли огромную роль в развитии научного мировоззрения, они со всей очевидностью убеждали в правильности учения Коперника, ошибочности  системы Аристотеля и Птолемея, способствовали победе и утверждению гелиоцентрической  системы мира. В 1632 вышел известный "Диалог о двух главнейших системах мира", в котором Галилей отстаивал  гелиоцентрическую систему Коперника. Выход книги разъярил церковников, инквизиция обвинила Галилея в ереси  и, устроив процесс, заставила публично отказаться от коперниковского учения, а на "Диалог" наложида запрет. После процесса в 1633 Галилей был объявлен "узником святой инквизиции" и вынужден был жить сначала в Риме, а затем в Арчертри близ Флоренции. Однако научную деятельность Галилей не прекратил, до своей болезни (в 1637 Галилей окончательно потерял зрение) он завершил труд "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки", который подводил итог его физических исследований.

Галилей изобрел термоскоп, являющийся прообразом термометра, сконструировал (1586) гидростатические весы для определения удельного  веса твердых тел, определил удельный вес воздуха. Выдвинул идею применения маятника в часах. Физические исследования посвящены также гидростатике, прочности  материалов и т.п.  
 
 
 
 

                                                                                                       КЕПЛЕР (Kepler), Иоганн

27 декабря  1571 г. – 15 ноября 1630 г. 

Немецкий астроном Иоганн Кеплер родился  в Вейль-дер-Штадт, Вюртемберг, в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1589 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии (позднее университет), которую окончил со степенью бакалавра. В 1591 г. поступил в Тюбингенскую академию, где завершил своё образование. Профессор математики и астрономии М. Местлин частным образом познакомил Кеплера с гелиоцентрической системой мира Н. Коперника, хотя сам был вынужден преподавать астрономию в соответствии с геоцентрической системой Птолемея. По окончании академии в 1593 г. Кеплер получил степень магистра, но, обвинённый в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере, а направлен преподавателем математики в гимназию г. Грац (Австрия). Там Кеплер написал своё первое крупное сочинение «Тайна Вселенной» (1596), в котором пытался установить числовую зависимость между расстояниями планет от Солнца и размерами правильных многогранников. Эта книга не имеет научного значения, но уже в ней Кеплер проявил себя последовательным приверженцем теории Коперника. Религиозные преследования со стороны католиков побудили Кеплера покинуть Грац; в 1600 г. он переехал в Прагу к знаменитому астроному Тихо Браге, после смерти которого (1601) получил материалы его многолетних высокоточных наблюдений.

В Праге  Кеплер издал ряд трудов, в том  числе трактат «Дополнения к  Виттело» (1604) о применении оптики к астрономии, в котором рассмотрел астрономическую рефракцию и указал на сияние, появляющееся вокруг Солнца во время полных солнечных затмений – солнечную корону. Там же он впервые дал закон убывания освещённости обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. В другом трактате «Диоптрики» (1611) Кеплер описал изобретённый им телескоп (так называемая зрительная труба Кеплера), явившийся прообразом современных рефракторов. Важнейшим сочинением Кеплера явилась «Новая астрономия» (1609), посвященная изучению движения Марса по наблюдениям Браге и содержащая первые два закона движения планет (см. Кеплера законы), установленные для Марса на основе обширных вычислений. В 1612 г. Кеплер переехал в Линц, где в 1619 г. появилась «Гармония Мира», в которой он дал формулировку третьего закона, объединяющего теорию движения всех планет в стройное целое. Работа Кеплера «Сокращение коперниковой астрономии» (ч. 1-3, 1618-1622) содержит вывод, что первые два закона, установленные для Марса, относятся ко всем планетам и к движению Луны вокруг Земли, а третий закон прилагается и к 4 спутникам Юпитера. В этой работе Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений; стремясь опорочить учение Коперника, Ватикан сразу же внёс это сочинение Кеплера в список запрещенных книг. В 1619 г. Кеплер издал трактат «О кометах».

Конец жизни  Кеплера был омрачен скитаниями и бедностью. Начавшаяся Тридцатилетняя война и усиление преследований  протестантов католиками заставили  его искать убежища в Ульме. Там  он закончил (1627) последнюю крупную  работу «Рудольфовы таблицы», подводящую итог многолетних трудов по обработке наблюдений Браге. Эти таблицы давали возможность в удобной форме вычислять для любого момента времени положение планет с высокой для той эпохи точностью. Эфемериды, вычисленные Кеплером на основании этих таблиц, позволили ему предсказать прохождение Венеры по диску Солнца, состоявшееся в 1631 г. В 1628 г. в поисках средств к существованию Кеплер стал астрологом у полководца А. Валленштейна и до 1630 г. жил в Загане (ныне Жагань, Польша). Последнее произведение Кеплера – фантастический роман «Сон», издано уже после его смерти (1634). В ноябре 1630 г. Кеплер поехал в Регенсбург; в дороге он заболел и вскоре после приезда в Регенсбург умер.

Вся жизнь  Кеплера была посвящена обоснованию  и развитию гелиоцентрического учения Коперника. Важнейшим аргументом в  пользу центрального положения Солнца являются три закона Кеплера, положившие конец прежнему представлению о  равномерных круговых движениях  небесных тел. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты планеты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Законы Кеплера, навсегда вошедшие в основу теоретической астрономии, получили объяснение в механике И. Ньютона, в частности в законе всемирного тяготения. Уже сам Кеплер рассуждал о «тяжести», действующей между небесными телами, и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны.

Кеплер  опубликовал много книг и статей; его замечательные математические способности проявились не только в  астрономических работах, но и при  рассмотрении задачи об измерении объёмов («Новая стереометрия винных бочек», 1615), для чего Кеплер предложил способ, содержащий в себе начатки анализа  бесконечно малых. Используя идею метода неделимых, известную ему из работ Архимеда, Кеплер оригинальными приемами нашел объёмы многих тел вращения. Сразу же после открытия логарифмов Кеплер дал подробную теорию их использования для вычислений (1614) и составил таблицы логарифмов, по структуре похожие на современные (1624).   
 
 
 

                      НЬЮТОН Исаак

Исаак Ньютон (4.01.1643 - 31.03.1727) - выдающийся английский учёный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член Лондонского королевского общества (1627), президент (с 1703). Родился в Вулсторпе. Окончил Кембриджский университет (1665). В 1669-1701 годах возглавлял в нём кафедру. С 1695 года - смотритель, а с 1699 - директор Монетного двора.

Работы  относятся к механике, оптике, астрономии, математике. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию  света, развил корпускулярную теорию света, разработал (независимо от Готфрида Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисление. Обобщив результаты исследований своих предшественников в области механики и свои собственные, создал огромный труд "Математические начала натуральной философии" ("Начала"), изданный в 1687. "Начала" содержали основные понятия и аксиоматику классической механики, в частности понятия "масса" (которому Ньютон придавал большое значение как основному в механических процессах), "количество движения", "сила", "ускорение", "центростремительная сила" и три закона движения (законы Ньютона) - закон инерции, закон пропорциональности силы ускорению и закон действия и противодействия. Тут же дан его закон всемирного тяготения, исходя из которого Ньютон объяснил движение небесных тел (планет, их спутников, комет) и создал теорию тяготения. Открытие этого закона знаменовало переход от кинематического описания солнечной системы к динамическому объяснению явлений и окончательно утвердило победу учения Николая Коперника. Он показал, что из закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера; объяснил особенности движения Луны, явление прецессии; развил теорию фигуры Земли, отметив, что она должна быть сжата у полюсов, теорию приливов и отливов; рассмотрел проблему создания искусственного спутника Земли и т.д. Установил закон сопротивления и основной закон внутреннего трения в жидкостях и газах, дал формулу для скорости распространения волн.

Ньютон  создал физическую картину мира, которая  длительное время господствовала в  науке (ньютоновская теория пространства и времени). Пространство и время он считал абсолютным, постулируя это в своих "Началах". С таким пониманием пространства и времени тесно связана его идея дальнодействия - мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через пустое пространство без помощи материи. Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. Впервые её ограниченность обнаружили Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл, показав неприменимость её к электромагнитным явлениям, а теория относительности, возникшая в начале XX в., окончательно доказала ограниченность классической физики Ньютона - физики малых скоростей и макроскопических масштабов. Однако специальная теория относительности не отбросила совсем закономерностей, установленных классической механикой Ньютона, а лишь уточнила и дополнила её для случая движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света в вакууме. "Ныне место ньютоновской схемы дальнодействующих сил, - писал Альберт Эйнштейн, - заняла теория поля, испытали изменения и его законы, но всё, что было создано после Ньютона является дальнейшим органическим развитием его идей и методов".

Велик вклад  Ньютона в оптику. В 1666 году при  помощи трехгранной стеклянной призмы он разложил белый свет на семь цветов (в спектр), тем самым доказав  его сложность (явление дисперсии), открыл хроматическую аберрацию. Пытаясь  избежать аберрации в телескопах, в 1668 и в 1671 годах сконструировал телескоп-рефлектор оригинальной системы - зеркальный (отражательный), где вместо линзы использовалось вогнутое сферическое  зеркало (телескоп Ньютона). Исследовал интерференцию и дифракцию света, изучая цвета тонких пластинок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил  закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового  процесса. Пытался объяснить двойное  лучепреломление и близко подошёл  к открытию явления поляризации. Свет считал потоком корпускул - корпускулярная теория света Ньютона (однако на разных этапах рассматривал возможность существования  и волновых свойств света, в частности в 1675 году предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую теорию света). Свои оптические исследования изложил в "Оптике" (1704).

По своему мировоззрению Ньютон был стихийным  материалистом, вторым после Рене Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII-XVIII вв.