Основное содержание механистической картины мира

Однако за те 150 лет, которые отделяют Коперника от Ньютона, меняется не только образ мира, меняется образ человека, но постепенно меняется также и образ  науки. Научная революция XVI-XVII в.в. –  это не только создание новых теорий, одновременно это коренное изменение  представлений о знании, о науке. Этот итог революции Галилей объяснил очень четко: наука больше не является ни особой интуицией отдельного мага или просвещенного астролога, ни комментарием к авторитету Аристотеля, который все сказал. Наука становится исследованием и раскрытием мира природы.

У истоков классического естествознания стоял Г.Галилей. Он создал экспериментальное  естествознание, обосновав научный  метод. В результате наука приобретает  автономию от веры и философии. Начиная  с Галилея, наука намерена исследовать  не что, а как, не субстанцию, а функцию.

Еще один важный итог научной революции  – превращение науки в социальный институт: возникновение академий, лабораторий, международных контактов (вспомним переписку ученых).

Другая фундаментальная характеристика научной революции – формирование знания, которое в отличие от предшествующего  объединяет теорию и практику, науку  и технику, создавая новый тип  ученого. Он больше не маг или астролог, владеющий частным знанием посвященных, и не университетский профессор, комментатор и интерпретатор  текстов прошлого. Научная революция  порождает современного ученого-экспериментатора, сила которого – в эксперименте, становящемся все более строгим  благодаря новым измерительным  приборам, все более и более  точным. Деятельность ученого нового типа часто протекает вне старых структур познания, например, университетов. В XVI и XVII веках университеты и монастыри  уже больше не являются, как это  было в средневековье, единственными  центрами культуры. Инженер или архитектор, проектирующий каналы, плотины, укрепительные  сооружения, занимает равное или даже более престижное положение, чем  врач, придворный астроном, профессор  университета. «Механические искусства» раньше считались «низкими, презренными», недостойными свободного человека. Теперь они стали приравниваться к «свободным искусствам», т.е. интеллектуальному  труду. Это сближение техники  и науки, их последующее слияние  рождает современную науку и  составляет ее суть. Науку создали  ученые, но развивается она благодаря  технологической базе, машинам и  инструментам. «Широкое поле для размышлений, - пишет Галилей в «Беседах о двух новых науках», - представляет наблюдательному уму практика в вашем знаменитом арсенале, господа венецианцы, и особенно в том, что касается механики: каждый инструмент и механизм постоянно используют разные мастера, среди которых… есть очень опытные и умнейшие люди». Наука утверждается с помощью экспериментов, которые осуществляются на конкретном материале с помощью испытательных приборов, созданных вручную с использованием инструментов. Чтобы стать ученым теперь не обязательно знание латыни, не требовалась знакомство с книгами или университетская кафедра. Публикации в «Актах» академий и участие в научных обществах были доступны всем – профессорам, экспериментаторам, ремесленникам, дилетантам. Наука распространяется через книги, периодические издания, частные письма, деятельность научных обществ, но не через университетские курсы. Обсерватории, лаборатории, музеи, мастерские, дискуссионные клубы зарождаются вне университетов.  

цвет – продукт движения частиц, проходящих через призму. А это означает, что рассеивание цветов – результат искажения, образуемого призмой. Эта проблема инструмента – исказителя исследуемого объекта в дальнейшем развитии физики (в XX веке) возникнет вновь.

Деятельность Галилея и Кеплера  по раскрытию законов механики успешно  продолжил английский ученый Исаак  Ньютон (1643 – 1727 г.г.). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. Он открыл три закона механики, сформулировал закон всемирного тяготения, динамически обосновав систему Коперника и законы Кеплера. Открытие закона всемирного тяготения оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания. Это был универсальный закон природы, которому подчинялось все малое и большое, земное и небесное. На основе ньютоновской классической механики сложилась картина мира, которая представляла Вселенную как совокупность огромного числа неделимых и неизменных атомов, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающихся от тела к телу через пустоту. Свойства пространства и времени неизменны и не зависят от самих тел. Природа, согласно этой картине мира, являет собой простую машину, части которой подчиняются жесткой детерминации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Исаак Ньютон и его вклад в науку

Исаак Ньютон.(1643-1727)- великий английский физик и математик Исаак Ньютон своими работами завершил важный период в истории развития современного естествознания, начатый Галилеем, — период создания классической механики. Ньютон открыл основные законы механического взаимодействия тел не только на Земле, но и в окружающей нас Вселенной и тем самым заложил основы небесной механики.

Исключительно большим вкладом в науку явились знаменитые оптические открытия Ньютона, который одним из первых начал исследования в области физической оптики. Объясняя открытые им явления, Ньютон, склонявшийся больше к корпускулярной   гипотезе света, сделал в то же время чрезвычайно глубокий и верный вывод о периодическом характере процесса распространения света.

Наконец, благодаря гениальным математическим открытиям Ньютона и Лейбница, физика была вооружена таким мощным аппаратом исследования, как дифференциальное и интегральное исчисления.

Ньютон родился 4 января 1643 года в  местечке Вулсторп, в семье небогатого фермера. Двенадцати лет его отдали в школу в близлежащем городке  Грэнтэм. Вначале он не отличался заметными успехами в ученье, но потом сильно заинтересовался математикой. Когда через год учебы его из-за материальных затруднений взяли домой, чтобы приучить к хозяйству, Ньютон проявил такое равнодушие и неспособность к подобного рода занятиям, что в 1660 году его снова возвратили в школу. На следующий год он был принят в один из колледжей Кембриджского университета — Тринити-колледж, по бедности — на казённое содержание. В колледже Ньютон, не удовлетворенный официальными учебниками, которые казались ему слишком тривиальными, начинает самостоятельно изучать «Геометрию» Декарта, «Арифметику бесконечного» Уоллиса и «Оптику» Кеплера.

В 1665 году Ньютон окончил Тринити-колледж  и получил степень бакалавра, а затем магистра. В 1669 году он занял физико-математическую кафедру в Кембриджском университете. С этого времени в течение 27 лет Ньютон читал лекции по математике и оптике. Однако лекции его, слишком сложные, были малодоступны слушателям, и  порой ему приходилось читать их перед полупустой аудиторией.

В эти же годы Ньютон начал свои научные исследования. Период 60—80-х  гг. был наиболее плодотворным в  деятельности учёного. К этому времени  относятся его фундаментальные  открытия в области математики, механики и оптики.

Величайшие заслуги Ньютона  перед человечеством были признаны уже его современниками. В 1672 году Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества, а с 1703 года и до конца жизни был бессменным его президентом. Кроме того, он был иностранным членом Парижской Академии наук (с 1699 г.).

После политического переворота 1688 года в Англии Ньютон был избран членом парламента от университета и занимал этот пост в течение года. В 1690 году он уехал в Кембридж и жил там до 1696 года, продолжая заниматься науками. Однако эти работы уже не прибавили чего-либо существенного к его прежним открытиям.

В 1696 году Ньютон был назначен хранителем Монетного двора в Лондоне  и отдавал много времени и  сил этой работе.

Из научных исследований Ньютона  в этот последний период его жизни  следует отметить занятия теплофизикой, в частности открытие им закона охлаждения тел (1701 г.). В основном же он занимался  изданием ранее написанных научных  трудов (в 1704 г. вышла «Оптика» Ньютона, в 1713 г. — второе издание «Начал»).

Ньютон умер 31 марта 1727 года в Кенсингтоне (ныне часть Лондона) и был похоронен в Вестминстерском аббатстве — пантеоне великих людей Англии.

Авторитет Ньютона как ученого  и при жизни, и после смерти был огромен. В математике возникла школа Ньютона. В физике—механике, оптике и других ее областях — более столетия господствовало направление, известное под именем ньютонианского.

Сам Ньютон говорил о своих открытиях: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». Действительно, великие открытия Ньютона были подготовлены деятельностью целого ряда выдающихся ученых.

Первым из них был великий  немецкий астроном Иоганн Кеплер, В  начале XVII века он открыл законы обращения  планет вокруг Солнца, окончательно опровергнув религиозный миф о «неземном», идеальном, равномерном круговом движении небесных тел. Уже сам Кеплер пытался объяснить открытые им закономерности движений планет действием притяжения со стороны Солнца. Однако в то время, когда ещё не были созданы основы динамики, это оказалось невозможным.

B течение XVII века отдельные основные  принципы динамики были сформулированы  Галилеем, Декартом, Гюйгенсом; в  работах Гассенди, Буллиальда, Гюйгенса, Роберваля, Гука, Галлея постепенно, все более отчетливо формировалась  идея тяготения; Дж. Борелли выступил  в 1666 году с попыткой объяснить  законы движения планет одновременным действием центробежной и центростремительной сил.

В области оптики Гримальди, Гук, Бойль  наблюдали цвета тонких пластинок, а Гук впервые пытался дать этому научное объяснение.

В работах Декарта, Кавальери, Ферма, Уоллиса, Барроу вызревал новый, величайший по своей научной ценности метод математического анализа, основанный на идее переменной величины.

Однако понадобился гений Ньютона, чтобы сопоставить разрозненные открытия, заполнить пробелы, сделать обобщающие выводы из отдельных фактов и превратить всё это в единую, стройную систему законов, в научную теорию.

Исследования Ньютона начались его математическими работами. Ему  принадлежат важнейшие труды по теории рядов, по алгебре, аналитической и проективной геометрии. Но основной и величайшей заслугой Ньютона в области математики является создание им (независимо от Лейбница) метода дифференциального и интегрального исчислений, т. е. метода изучения процессов при помощи расчленения их на элементарные, бесконечно-малые переменные части, метода математического анализа явлений. В трудах Ньютона он получил наименование «метода флюксий». Основной труд Ньютона в этой области — «Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых» — был закончен около 1671 года и опубликован после его смерти — в 1736 году.

Следует отметить, что в математике, в отличие от Лейбница, Ньютон выступал, прежде всего, как механик. Математические понятия он рассматривал как абстрагированные понятия механики. Разработанный им «метод флюксий» был для него только инструментом для исследования механических явлений.

Основные открытия Ньютона в  области механики были изложены им в 1687 году в монументальном труде «Математические начала натуральной философии».

Первая книга «Начал» посвящена теории тяготения и движения под действием различных центральных сил; вторая — учению о сопротивлении среды; в третьей, последней, излагается небесная механика, или «система мира» Ньютона.

В этом сочинении Ньютон сформулировал  свои знаменитые три аксиомы механики — гениальное обобщение многовекового опыта науки и практики: 1) закон инерции, 2) закон изменения количества движения пропорционально приложенной силе и  3) закон равенства действия и противодействия.

Ньютон дал формулировку закона инерции, более точную, чем Декарт, хотя и не связывал его с идеей сохранения движения. Он уточнил понятие массы и доказал опытным путем тождество инертной и весомой масс.

Второй закон Ньютона, позволяющий  вывести зависимость пути от времени  и определить траекторию движения, явился и продолжает оставаться ключом к решению обширного круга конкретных задач физики, астрономии, а также техники.

Большое значение в технике имеет  и третий закон Ньютона, однако наиболее широкое применение он нашел в  небесной механике.

В «Началах» Ньютон впервые доказал  тождественность силы тяжести на Земле и силы тяготения небесных тел друг к другу и нашел математическое выражение силы тяготения любых двух материальных частиц друг к другу. Таким образом, был открыт универсальный закон всемирного тяготения, объяснивший все наблюдаемые движения в Солнечной системе, а  впоследствии  и  движения звёзд.

Исходным пунктом для Ньютона  в открытии закона всемирного тяготения были эмпирически полученные Кеплером законы движения планет, основы динамики, заложенные Галилеем, и, наконец, качественная теория центростремительной силы при круговом движении, построенная Гюйгенсом.

Все три закона Кеплера, равно как  и все наиболее существенные отклонения от них, были выведены Ньютоном как  следствия закона всемирного тяготения. Ньютон первый высказал мысль, что этот закон, а следовательно, и законы Кеплера распространяются не только на планеты, но и на кометы, и что траектории этих небесных тел могут представлять собою любые конические сечения.

На основе учения о тяготении  Ньютон дал теорию фигуры Земли, правильно  указав, что она должна быть сжатой у полюсов:

Теория тяготения Ньютона выдержала  жёстокую борьбу с картезианской физикой, господствовавшей в начале XVIII века. Градусными измерениями, организованными Парижской Академией наук в 1735 — 1744 гг., была доказана справедливость ньютоновой теории фигуры Земли. На основе теории тяготения Ньютона знаменитый французский математик А. Клеро предсказал момент прохождения кометы Галлея через перигелий (1759 г.). В 1798 году Г. Кавендиш экспериментально доказал действие закона всемирного тяготения между любыми телами на Земле. Триумфом небесной механики Ньютона явилось открытие в 1846 году в результате теоретических работ французского астронома У. Леверрье и английского астронома Дж. Адамса планеты Нептун.

Великие открытия Ньютона оказали  колоссальное влияние на всю физику. В течение почти полутора веков после него физика во всех своих областях развивалась на основе его механики. Вплоть до конца XIX века в физике господствовала теория дальнодействия — лежащая в основе ньютоновой теории тяготения идея мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстоянии через пустоту.

Только в середине XIX века Фарадей  и Максвелл впервые обнаружили, если не ошибочность, то во всяком случае ограниченность теории дальнодействия, показав неприменимость её к области электромагнитных явлений.