Пример научной революции XVI-XVII веков

Общеустановленным считается положение о том, что именно в XVII веке возникла европейская наука (прежде всего это относится к классическому естествознанию), причем "в начале века ее еще не было, в конце века она уже была". Характерно, что возникла она сразу во взаимосвязи всех составляющих: теоретического знания, его логического обоснования и математического описания, экспериментальной проверки, социальной структуры с сетью научных коммуникаций и общественным применением.

Основное внимание при анализе данного периода уделяется рассмотрению соотношения когнитивных, социальных и психологических факторов процесса возникновения науки Нового времени, ее отличию от того, что может быть названо "не наукой". Источниками для изучения темы являются в первую очередь изданные труды творцов науки естественнонаучного, гуманитарного и технического направлений Нового времени - от Ф. Бэкона, Р. Декарта, Г. Галилея до И. Ньютона.

Рассмотрим географию периода. Она включает в себя немало европейских стран и городов, но представляется возможным выделение Италии в начале, и Англии в конце периода, как главных научных центров.

Хронология периода. В данной теме используется специфический критерий периодизации, связанный с науковедческим пониманием небесспорного феномена научной революции. Условно могут быть выделены три этапа. Первый, связанный, прежде всего, с деятельностью Г. Галилея - формирование новой научной парадигмы; второй - с Р. Декартом - формирование теоретико-методологических основ новой науки; и третий - "главным" героем которого был И. Ньютон, - полное завершение новой научной парадигмы - начало современной науки.

Развитию науки в XVII веке посвящено огромное число работ различного плана: скрупулезно изданных многотомных трудов Галилея, Декарта, Лейбница, Ньютона, детальных биографий, переписок, исторических исследований естественнонаучного, философского и социологического характера.

И хотя не все согласны с определением "научная революция", впервые введенным в 1939 году А. Койре и впоследствии столь удачно использованным Т. Куном, но все сходятся в том, что именно в XVII веке была создана наука - классическая наука современного типа. В связи с этим, XVII веке как целостное историческое явление, чрезвычайно важен для понимания процессов генезиса и современного состояния науки.

 

На вопрос: "Почему возникает наука?" - вряд ли возможно дать сколь- ни будь исчерпывающий ответ, но вполне можно проследить и описать механизм возникновения этого явления.

Познавательной моделью античности был Мир как Космос; и мыслителей волновала скорее проблема идеальной, чем "реальной" природы.

Познавательной моделью средневековья был Мир как Текст; и "реальная" природа также мало заботила схоластов. Познавательной моделью Нового времени стал Мир как Природа.

В Новое время религиозность не исчезла, но она "обратилась" на природу, как на наиболее адекватное, "не замутненное" последующими толкованиями высказывание Бога. Поэтому иногда суть научной революции XVII века интерпретируется как первое прямое и систематическое "вопрошание" Природы. Разработка общезначимой процедуры "вопрошания" - эксперимента и создания специального научного языка описания диалога с Природой - составляет главное содержание научной революции.

В каждой революции решаются две проблемы: разрушения и созидания (точнее, разрушения для созидания). В содержательном плане научная революция XVII века ознаменовала собой смену картин мира. Поэтому главной предметной областью проходивших процессов была физика и астрономия.

Разрушение-созидание совпадали (правда, в различной степени) в трудах отдельных "героев" научной революции. Если Возрождение выявило тенденцию к разрушению старого Космоса, то, начиная с 1543 года - года выхода книги Н. Коперника (1473 - 1543) "О вращении небесных сфер" - процесс приобретает четкие научные формы.

“Старый космос" - это мир по Аристотелю и Птолемею. Их модели были призваны воспроизвести с максимальной точностью, то что они непосредственно наблюдали на небе, а не истинную картину мира. Космос имеет шаровидную форму, вечен и неподвижен; за его пределами нет ни времени, ни пространства. В центре его – Земля. Он дихотомичен: изменяющийся подлунный мир и совершенно неизменный надлунный. Пустоты нет: в подлунном мире - 4 элемента: земля, вода, воздух, огонь, в надлунном – эфир. Все движения в космосе - круговые, в соответствии с кинематикой Птолемея.

"Новый космос" (по Копернику) начинался с простой модели, совпадавшей с моделью Аристарха Самосского: вращение Земли происходило вокруг оси, центральное положение Солнца - внутри планетной системы. Земля - планета, вокруг которой вращается Луна. Именно эта модель, как пифагорейский символ гармоничного мира вдохновляла и самого Коперника, Галилея, и Кеплера, поскольку соответствовала астрономическим наблюдениям лучше, чем геоцентрическая модель Птолемея. Нельзя сказать, что теория Коперника позволила с большей точностью толковать астрономические наблюдения: в одних отношениях она была более точной, в других менее. А в одном важном отношении она явно противоречила тому, что считалось неоспоримым: она предсказывала наличие параллактического смещения звезд на протяжении года. Ни сам Коперник, ни кто-либо из его предшественников не могли обнаружить такого рода смещений. Коперник объяснял это удаленностью звезд, вследствие чего параллакс слишком мал, чтобы его заметить. Но возникала другая проблема: если при большой удаленность звезд мы их видим достаточно крупными, то по своим размерам они должны превосходить диаметр земной орбиты. Это противоречило здравому смыслу.

Модель Коперника, когда он попытался ее расширить, оказалась малопригодной для практического применения. Гелиоцентрическая модель была столь же громоздкой, как и геоцентрическая. Не отличалась большой точностью, вытекающие из нее выводы о размерах звезд – абсурдными. К тому же, она сохраняла и весь аппарат птолемеевской модели - круговые орбиты, эпициклы и т.д.. Значительно мощнее оказался удар этой модели по христианскому мировоззрению - недаром Мартин Лютер и Джон Донн в своей сатирической поэме "Святой Игнатий, его тайный совет.." всячески поносили католического священника Коперника. Коперник, "остановив Солнце", лишил Землю сакральности центра мироздания.

В практической же деятельности, как до Коперника, так и после него использовалась видоизмененная астрономическая модель Птолемея. Практика включала два основных направления деятельности: реформу календаря и обеспечение навигации.

Переход на новую систему летоисчисления был узаконен папской буллой от 24 февраля 1582 года. Она предписывала всем христианам по всей Европе принять григорианский календарь со следующего года. Необходимость реформы календаря была очевидна с XIV века, но отсутствовали точные астрономические данные. Прежде всего, не была известна истинная величина тропического года (промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия).

Для ориентации корабля, как и вообще для определения положения планет на небесной сфере, использовались альфонские таблицы, составленные по указанию Альфонса X еще в 1252 году. В 1474 году в Нюрнберге впервые были напечатаны "Эфемериды" Региомонтана, а следующее их издание уже содержало таблицы для решения самой сложной задачи - определения широты места. Все великие мореплаватели XV века - Диас, Васко да Гама, Америго Веспуччи и Колумб пользовались этими таблицами. С их помощью Веспуччи определил в 1499 году долготу Венесуэлы, а Колумб смог поразить туземцев, сообщив им о предстоящем солнечном затмении 29 февраля 1504 года.

 

Первый "рабочий чертеж" новой модели мира суждено было выполнить Иоганну Кеплеру, на которого с детства выпало столько личных несчастий, что трудно найти более тяжелую судьбу. Кеплер был открытым и последовательным пифагорейцем и совершенство своей астрономической модели искал (и нашел) в сочетании правильных многогранников и описывавших их окружностей, правда, нашел их в своей третьей геометрической модели, отказавшись при этом от круговой орбиты небесных тел.

В книге "Новая астрономия” завершенной в 1607 году, Кеплер приводит два, из своих трех знаменитых законов движения планет:

· Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

· Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем, линия соединяющая Солнце с планетой (радиус-вектор планеты), за ее равные промежутки времени описывает равные площади.

Эти законы были выведены в следствии изучения движения планеты Марс, когда Кеплер стал помощником датского астронома Тихо Браге. Кеплер внес несколько коренных изменений в геометрическую модель мира Аристарха:

· Планетарные орбиты, которые в модели Аристарха целиком лежали в оной плоскости, следовало поместить в различные плоскости. Плоскости должны проходить через Солнце.

· Принцип равномерного кругового движения, который неизменно лежал в основе математического подхода к астрономии с момента зарождения до конца XVI века, следовало заменить новым – отрезок прямой, соединяющий планету с Солнцем, описывает равные площади за равные промежутки времени.

· Движение планет по круговой орбите заменить эллиптическим, поместив в один из фокусов эллипса Солнце.

Никаких промежуточных моделей за всю предшествующую историю астрономии не было. Для достижения этих идей от Кеплера требовалось беспрецедентные по точности наблюдения, самоотверженность, математический гений.

Кеплер не смог объяснить причины планетных движений: он считал, что их "толкает" Солнце, испуская при своем вращении особые частицы (species immateriata), при этом эксцентричность орбиты определяется магнитным взаимодействием Солнца и планеты. Все его усилия ушли на математическое описание предложенной геометрической модели. Сколь не простой была эта задача, свидетельствует множество безуспешных попыток Кеплера совместить его закон площадей с круговыми формами орбит. В отчаянии он усомнился в верности закона, пока не преодолел стереотип мышления: "Загипнотизированный общепринятым представлением, я заставлял их (планеты) двигаться по кругам, подобно ослам на мельнице".

Закон площадей Кеплера - это первое математическое описание планетарных движений, исключившее принцип равномерного движения по окружности как первооснову:

· Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся как кубы больших полуосей их орбит.

Более того, он впервые выразил связь между мгновенными значениями непрерывно изменяющихся величин угловой скорости планеты относительно Солнца и ее расстояния до него. Этот "мгновенный" метод описания, который Кеплер впоследствии вполне осознано использовал при анализе движения Марса, стал одним из выдающихся принципиальных достижений науки XVII века - методом дифференциального исчисления, оформленного Лейбницем и Ньютоном.

В конце концов Кеплеру удалось построить модель Солнечной системы, которая за малым исключением, описывала движение планет и их спутников в пределах точности наблюдений Тихо Браге. Так Кеплер завершил научную программу, начатую последователями Пифагора, и заложил первый камень (вторым - стала механика Галилея) в фундамент, на котором покоится теория Ньютона.

 

У Галилео Галилея (1564 - 1642) впервые связь космологии с наукой о движении приобрела осознанный характер, что и стало основой создания научной механики. Первоначально (до 1610 г.) Галилеем были открыты законы механики, но первые публикации и трагические моменты его жизни были связаны с менее оригинальными работами по космологии. Галилей первым отчетливо понимал два аспекта физики Архимеда: поиск простых и общих математических законов и эксперимент, как основа подтверждения этих законов.

Изобретение в 1608 году голландцем Хансом Липперсхеем, изготовителем очков, телескопа (правда, не предназначавшегося для астрономических целей), дало возможность Галилею, усовершенствовав его, в январе 1610 года "открыть новую астрономическую Эру".

Оказалось, что Луна покрыта горами, Млечный путь состоит из звезд, Юпитер окружен четырьмя спутниками и т.д. "Аристотелевский мир" рухнул окончательно. Галилей спешит с публикацией увиденного в своем "Звездном вестнике", который выходит в марте 1610 г. Книга написана на латыни и была предназначена для ученых.

В 1632 г. во Флоренции была напечатана наиболее известная работа Галилея, послужившая поводом для процесса над ученым. Ее полное название - "Диалог Галилео Галилея Линчео, Экстраординарного Математика Пизанского университета и Главного Философа и Математика Светлейшего Великого Герцога Тосканского, где в четырех дневных беседах ведется обсуждение двух Основных Систем Мира, Птолемеевой и Коперниковой и предполагаются неокончательные философские и физические аргументы как с одной, так и с другой стороны".

Эта книга была написана на итальянском языке и предназначалась для "широкой публики". В книге много необычного. Так, например, один из ее героев Симпличио (в переводе с латинского - простак), отстаивающий точку зрения Аристотеля, - явный намек на выдающегося комментатора Аристотеля, жившего в VI веке - Симпликия. Несмотря на легкость и изящество литературной формы, книга полна тонких научных наблюдений и обоснований (в частности таких сложных физических явлений как инерции, гравитации и прочие.) Вместе с тем, Галилей не создал цельной системы.

В 1638 г. вышла последняя книга Г. Галилея "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению...", в которой он касался проблем, решенных им около 30 лет назад.

Механика Галилея дает идеализированное описание движения тел вблизи поверхности Земли, пренебрегая сопротивлением воздуха, кривизной земной поверхности и зависимостью ускорения свободного падения от высоты. В основе "теории" Галилея лежат четыре простые аксиомы, правда в явном виде Галилеем не сформулированные.

· Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью (сегодня - закон инерции, или первый закон Ньютона).

Исходя из этого утверждения становится ясно, что тело скользящее без трения по горизонтальной поверхности не будет не ускоряться, не замедляться ни отклоняться в сторону. Это утверждение не является прямым следствием наблюдений и экспериментов. В законе говорится о движении, которое никогда не наблюдалось. Будучи последователем Архимеда, Галилей считал, что физические законы похожи на геометрические аксиомы. В природе не существует идеальных вещей и предметов. Но он не пренебрегал усложнениями вносимыми трением, воздухом – он пытался поставить эксперимент показывающий незначительность этих эффектов. Свой закон свободного движения Галилей получил не из реальной жизни и экспериментов, а из мысленного опыта.

· Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за равные промежутки времени увеличивается на одну и ту же величину:

.

Рассмотрим как Галилей пришел к этому выводу. Сначала он предположил, что первоначально покоящееся тело постепенно увеличивает свою скорость от начального значения V=0. Во времена Галилея полагали, что как только на тело начинает действовать сила тяжести, оно мгновенно приобретает скорость и эта скорость тем больше, чем тяжелее тело. Галилей мысленно поставил эксперимент, который показывал что тело, падающее из состояния покоя, должно двигаться очень медленно, а по мере падения увеличивать скорость.

Далее Галилей полагал, что движение падающих тел должно описываться простым законом.

На какое то время он решил, что это закон: ,равные приращения скорости, за равные промежутки расстояния. Но он отверг этот закон, когда понял что если бы он был справедлив, то тело, первоначально покоящееся, осталось бы в покое навсегда.

Проверить закон в первоначальном виде было практически невозможно. В то время не существовало точных часов, кратчайший промежуток времени который можно было определить 10 секунд. За 10 секунд свободно падающее тело пролетает 490 метров! По этому для применения закона ему потребовался постулат:

· Тело, скользящее без трения по наклонной плоскости, движется с постоянным ускорением

 угол наклона плоскости к горизонту

Свободное падение можно рассматривать как частный случай движения по наклонной плоскости , а закон инерции соответствует горизонтальной плоскости. Используя в своих экспериментах наклонную плоскость с малыми углами наклона, Галилей смог проверить гипотезу постоянства ускорения при вертикальном падении.

Из закона вытекает, что конечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости из состояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но не зависит от угла наклона плоскости:  .Галилей гордился этой формулой, поскольку она позволяла определить скорость при помощи геометрии. Измерение скорости в то время было малонадежной процедурой из за отсутствия точных часов. Теперь можно измерить только расстояние. Если мы захотим придать телу скорость   , то нужно столкнуть его с высоты , предполагая отсутствие трения.

· Принцип относительности Галилея

Представим корабль движущийся с постоянной скоростью. С его мачты сбрасывают предмет, куда он упадет? Соотечественники Галилея сказали бы, что он упадет отклонившись от

Основания мачты в сторону кормы при движении корабля, и не отклонился бы вообще будь корабль неподвижен. Однако Галилей доказал, что траектория падающего тела отклоняется от вертикали только от сопротивления воздуха. В вакууме тело упало бы точно под точкой, из которой начала падать, если корабль движется с постоянной скоростью и с неизменным направлением. Траектория падения тела для наблюдателя с берега будет парабола.  

 

К концу XVII века "Новый космос", новая картина мира, что и было когнитивной сутью науки, была полностью создана. "Ньютоновская физика была.... спущена с Небес на Землю по наклонной плоскости Галилея", Анри Бергсон. Ее архитектором и прорабом стал Исаак Ньютон (1643 - 1727). Роль Ньютона в истории науки удивительна. Многое, чем он занимался, что он описал, в частности, в знаменитых "Математических началах натуральной философии" - первое издание вышло в 1687 году под наблюдением Э. Галлея, было раньше высказано и описано другими. Например, в частных экспериментах и рассуждениях Х. Гюйгенс (1629 - 1695) фактически использовал основные положения, которые позднее легли в основу теории Ньютона:

· Пропорциональность веса тела его массе .

· Соотношение между приложенной силой, массой и ускорением .

· Равенство действия и противодействия.

В истории известны не всегда красивые приоритетные споры, героем которых был Ньютон (чего стоит один спор с Лейбницем!). Но все это не умаляет величие научного подвига Ньютона. Он показал себя настоящим Мастером, который не столько обобщал, сколько создавал оригинальную новую концепцию мира.

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: