Великий італійський учений Галілео Галілей

ГАЛІЛЕО ГАЛІЛЕЙ ЯК ОДИН З ОСНОВОПОЛОЖНИКІВ  ПРИРОДОЗНАВСТВА

Зміст

Вступ

Великий італійський учений Галілео Галілей (1564-1642) вів рішучу боротьбу за визнання вчення Коперника. Одночасно він розгорнув повстання по всьому фронті середньовічного світогляду попів, ченців і схоластів, закладаючи основи наукового методу пізнання природи. Галілей - один із засновників експериментальної науки про природу - природознавства.

Галілей народився в місті Піза в родині музиканта. Батько Галілея хотів зробити його лікарем, для чого направив в 1581 р. у Пізанський університет. Однак інтереси Галілея лежали в іншій області, і він, кинувши навчання, переїжджає у Флоренцію. Тут Галілей зайнявся вивченням математики й механіки і написав кілька робіт, присвячених механіці. В 1589 р. Галілей одержав кафедру в Пізанському університеті, а в 1592 р. - в університеті міста Падуя, де він працював до 1610 р. Протягом усього цього часу Галілей займався науковими дослідженнями в області фізико-математичних наук, а також технічними проблемами свого часу.

Галілей досить рано став супротивником механіки й астрономії Арістотеля. Учень Галілея - Вівіані свідчить, що Галілей, будучи ще в Пізі, спростовував вчення Арістотеля про те, що важкі   тіла   падають швидше, ніж легкі. По його свідченню, Галілей нібито навіть проводив досліди, кидаючи різні тіла з похилої вежі в Пізі для експериментального підтвердження помилковості думки Арістотеля. Про раннє критичне відношення до астрономії Арістотеля свідчить лист Галілея до Кеплера, написаний в 1597 р. У цьому листі він пише:

«Я вважаю себе щасливим, що в пошуках істини знайшов настільки великого союзника. Дійсно, боляче бачити, що є так мало людей, що прагнуть до істини й готових відмовитися від мінливого способу філософствування. Але тут не місце скаржитися на сумний стан нашого часу, я хочу лише побажати тобі удачі у твоїх чудових дослідженнях. Я роблю це тим охочіше, що вже багато років є прихильником вчення Коперника. Воно пояснило мені причину багатьох явищ, зовсім незрозумілих з погляду загальноприйнятих поглядів. Для спростування останніх я зібрав множину аргументів, але я не зважуюся опублікувати їх. Звичайно, я зважився б на це, якби було більше таких людей, як ти. Але так як людей мало, то я веду себе обережно».

Аргументами в захист навчання Коперника, про які говорить у листі Галілей, минулого, імовірно, його нові відкриття в області механіки (пізніше він буде приводити їх у захист цього навчання).

Через 13 років Галілей мав нові аргументи, що підтверджують вчення Коперника. Вони ґрунтувалися вже на астрономічних відкриттях Галілея. В 1608 або 1609 р. Галілей довідався про винахід голландськими майстрами зорової труби й в 1609 р. сам сконструював таку трубу. Труба-телескоп Галілея мала опуклу лінзу-об'єктив і ввігнуту лінзу-окуляр. Вона давала більш ніж тридцятикратне збільшення. Спостерігаючи за небом за допомогою цього телескопа, Галілей зробив ряд найважливіших спостережень. Він відкрив, що поверхня Місяця - небесного тіла - нічим принципово не відрізняється по виду від земної поверхні. Подібно Землі, Місяць має гірські височини  й   западини.

Далі Галілей установив, що планети, на відміну від нерухомих зірок подібні до Місяця й видні в трубу у вигляді круглих світних дисків. Венера ж, зовсім як Місяць, із часом міняє свій вид від круглого диска до вузького серпа. Галілей відкрив також супутники Юпітера. Він помітив, що навколо Юпітера обертаються чотири маленькі зірочки (супутники), подібно тому, як навколо Землі обертається Місяць. Галілей також установив, що число нерухомих зірок набагато більше, ніж видно неозброєним оком.

Боротьба за «коперніканські» погляди

Опираючись на свої відкриття, Галілей обережно, але наполегливо вступив на шлях поширення й обґрунтування вчення Коперника як теорії  дійсної будови Всесвіту. Відразу ж він зустрів опір з боку богословів, які або заперечували відкриття Галілея, або ж посилалися на авторитет священного писання. Однак Галілей вів боротьбу, намагався не зачіпати чисто богословських питань.   В  1516 р. стурбована церква офіційно засудила вчення Коперника, книга його була внесена в список заборонених, і Галілей був попереджений, що відтепер він не сміє дотримуватися цього навчання й пропагувати його. Галілей змушений був на час замовкнути. Однак зібраний ним фактичний матеріал з області механіки й астрономії, що є підтвердженням системи Коперника, змусив Галілея, незважаючи на заборону церкви, шукати способи будь-що-будь виступити на захист Коперника. Галілей знав, що міг при цьому розраховувати на свій авторитет ученого, який до того часу був дуже великий, а також на схильність деяких кругів вищого духовенства. Однак прямо на захист «коперніканської системи» виступити було неможливо, не будучи негайно схопленим інквізицією. Оцінивши всі обставини, Галілей вирішив написати книгу, в якій по настояному обгрунтовувалась система Коперника, але так, щоб автора книги формально не можна було звинуватити в її захисті. Ця книга вийшла в світ в 1632 р. під назвою «Діалог про дві головні системи світу: Птолемея і Коперника». Вона була написана   в   формі   бесіди   або дискусії   між приверженцем вчення Коперника — сеньйором Сальвіатті і захисником системи Птолемея — Сімпличіо. В диспуті участвувало також третє лице — Сагредо, який по суті стояв на стороні Сальвіатті. Щоб захистити себе від звинувачень, Галілей в передмові вказував, що вчення про рух Землі заборонене церквою і що в книзі це вчення лише обговорюється, а не стверджується. Однак ні передмова, ні форма опису не могли нікого обманути. Захисник системи Птолемея Сімпличіо виглядав дуже погано и був парируваний аргументами і насмішками його опонентів. Читач ясно представляв, на чиїй стороні автор і яку  в дійсності мету він переслідував. Пізніше після виходу в світ цієї книги проти Галілея було заведено судовий процес. На початку 1633 р. Галілей був визваний в Рим, де йому було предявлено звинувачення в тому, що він не послухав постанови про заборону притримуватись і пропагувати вчення Коперника. Галілей відкинув це обвинувачення, указавши, що він ніде не затверджує істинності цього навчання, а говорить про нього лише приблизно як про гіпотезу. Однак йому довелося зізнатися, що, захопившись, він занадто переконливо викладав умовні аргументи за те положення, що хотів спростувати. Інквізиція задовольнилася цим поясненням, але зажадала публічного зречення від вчення Коперника, що й довелося зробити Галілею. Після процесу Галілей, перебуваючи під наглядом інквізиції, продовжував займатися науковою діяльністю і написав нову наукову працю «Бесіди і математичні докази про нові науки», присвячену питанням механіки, акустики й деяких ін. Рукопис цього твору був надрукований у Голландії в 1638 р. В І642 р. Галілей помер. При його кончині були присутні два представники інквізиції.

Наукова діяльність Галілея

Із зовнішньої сторони процес Галілея виглядав як перемога церкви, насправді ж це була її поразка. У результаті діяльності Галілея і його боротьби геліоцентричне навчання стало широко відомо й заволоділо розумами культурних людей Європи. Правда, книга Галілея, як і книга Коперника, довгий час (до 1822 р.) перебувала в списку заборонених. Однак уже в другій половині XVII в. на цю заборону перестали звертати увагу. В «Діалозі» у захист теорії Коперника приводиться два типи аргументів. По-перше, Галілей опирається на свої астрономічні відкриття, які підтверджували, що Земля таке ж тіло, як і інші планети, і говорити про її винятковість не можна. По-друге, аргументи, засновані на його відкриттях в області механіки. Вони спростовували теорію Арістотеля про рух і знімали заперечення проти руху Землі, які  висловив ще Птолемей. Уже Коперник відкидає ці заперечення, затверджуючи, що рух тіл разом із Землею   потрібно вважати природним рухом. Галілей іде ще далі, затверджуючи, що всякий рух по горизонтальній поверхні на Землі, якщо виключити сили тертя, уживаючи термінологію Арістотеля, природним, тобто рухом, що не вимагає дії сили. Воно відбувається вічно, зберігаючи свою швидкість. При цьому Галілей непросто затверджує це положення, а звертається до досліду. Учасники «Діалогу» обговорюють такий дослід. Розглядається рух тіла по зовсім гладкій (тобто   похилої площини   виключає, що тертя). Якщо тіло рухається нагору по похилій   площині, то його швидкість зменшується, якщо вниз - то збільшується. Запитується, як рухається тіло по горизонтальній площині? Відповідь напрошується сама собою: тіло рухається з постійною швидкістю. Пізніше Галілей сформулює цей висновок у більш загальній формі:

«Коли тіло рухається по горизонтальній площині, не зустрічаючи ніяких опорів руху, то, як ми знаємо із усього того, що було викладено вище, рух його є рівномірним і тривав б постійно, якби площина простиралася в просторі без кінця».

У такому виді Галілей формулює закон інерції. Це ще не загальне формулювання закону інерції, що була дана пізніше. Але тут, звичайно, зроблений принципово новий крок. У такому формулюванні під рівномірним рухом розуміється прямолінійний рух з постійною швидкістю й цей закон уже принципово відрізняється від формулювань теорій «імпульсу». З іншого боку, слід зазначити, що Галілей хоча й сформулював закон інерції для горизонтального руху, але розумів його ширше. Про це можна судити по тому, як обговорюється Галілеєм питання, чому з обертової Землі не розлітаються предмети, як це має місце для швидко обертового колеса. Галілей виразно говорить, що відкинуте з ободу колеса тіло прагне потім рухатися прямолінійно по дотичній з постійною швидкістю, незалежно від того, чи відлітає воно в горизонтальному або якому іншому напрямку, і тільки сила тяжіння заважає цьому.

Одночасно виникає питання про те, чому ж тіла, що перебувають на Землі, при її обертанні не розлітаються з її поверхні? Галілей не вирішує це питання, воно мовляв, говорячи сучасною мовою, що відцентрове прискорення мізерно мале в порівнянні із прискоренням сили тяжіння.

Таким чином, ми бачимо, що, з одного боку, Галілей більш широко розумів закон інерції, ніж його формулював, а з іншого боку, він, імовірно, розумів, що рух Землі не можна вважати строго інерціальним.

Одночасно із законом інерції Галілей використає інше основне положення класичної механіки, так званий закон незалежності дії сил, знов-таки в застосуванні до руху тіл у поле сили ваги Землі. Тіло прагне, по Галілею, зберегти свою горизонтальну швидкість не тільки коли знаходиться на горизонтальній площині, але й коли вільно падає, тобто якщо тіло падає, то на горизонтальну складову швидкості сила тяжіння, що діє вертикально, не робить ніякого впливу. З іншого боку, зміна вертикальної швидкості, що складає, під дією сили тяжіння не залежить від того, чи перебуває при цьому тіло в горизонтальному русі чи ні.

На підставі встановлених законів Галілей пояснює, чому ми не зважаємо на рух Землі, перебуваючи на ній. Так, наприклад, вільно падаючий камінь падає вертикально, тому що в момент кидання має ту ж швидкість, що й поверхня Землі в місці кидання. Цю швидкість він зберігає при падінні. Галілей приводить для доведення дослід із киданням каменя з мачти рухомого корабля. Він розбирається і з іншими дослідами з киданням тіл на Землі і доказує, що з їх допомогою неможливо відкинути гіпотезу руху Землі. Узагальнюючи свої доведення, Галілей формулює класичний принцип відносності. Він підкреслює, що рух по інерції можна помітити, тільки не бравши участі в цьому русі, так як він не впливає на речі, які знаходяться в такому русі. Пояснюючи це положення, Галілей приводить наступний приклад:

«Спустіться з ким-небудь із друзів, — пише він, — у просторе приміщення під палубою якого-небудь корабля, запасіться мухами, метеликами й іншими подібними дрібними літаючими комахами; нехай буде у вас там також велика посудина з водою й плаваючими в ньому маленькими рибками; підвісьте, далі, нагорі відро, з якого вода буде падати крапля за краплею в іншу посудину з вузьким горлечком, підставленим унизу. Поки корабель стоїть нерухомо, спостерігайте, як дрібні літаючі тварини з однієї й тією же швидкістю рухаються в усі сторони приміщення; риби, як ви побачите, будуть плавати байдуже у всіх напрямках; всі падаючі краплі потраплять у підставлену посудину, і вам, кидаючи який-небудь предмет, не прийде кидати його з більшою силою в одну сторону, чим в іншу, якщо відстані будуть ті самі, і якщо ви будете стрибати відразу двома ногами, то зробите стрибок на однакову відстань у будь-якому напрямку. Так само спостерігайте все це, хоча у вас не виникає ніякого сумніву в тому, що, поки корабель стоїть нерухомо, все повинне відбуватися саме так. Змусьте тепер корабель рухатися з будь-якою швидкістю, і тоді (якщо тільки рух буде рівномірним і без хитань в ту або іншу сторону) у всіх названих явищах ви не виявите ні найменшої зміни й по жодному з них не зможете встановити, чи рухається корабель чи стоїть нерухомо».

Відкриття Галілея в області механіки були безпосередньо пов'язані з його обґрунтуванням навчання Коперника, але, звичайно, мали й самостійне значення (тобто для розвитку механіки взагалі). Власне кажучи, з робіт Галілея й починається розвиватися механіка як навчання про механічний рух. Про інші дослідження з механіки Галілея буде сказано нижче.

Галілею, відомому представникові наукової революції, належить заслуга не тільки в боротьбі за обґрунтування геліоцентричної системи світу й не тільки як основоположникові механіки. Він знайшов новий експериментальний метод дослідження природи, що став основним методом експериментального природознавства. Джерелом пізнання, по Галілею, є досвід і тільки досвід. Він засуджує схоластику, відірвану від дійсності й опирається винятково на авторитети. Заслуга Галілея полягає не тільки в тім, що він уважає досвід джерелом пізнання. Досвід як джерело пізнання проголошувався й до Галілея, і наука фактично будувалася на досвіді й до нього. Арістотель, як правильно підкреслює Галілей, визнавав, що досвід - джерело пізнання. Для науки, що розвивається, було важливо, як з досвіду повинне будуватися пізнання, тобто знайти правильний науковий метод досвідченого пізнання: Галілей саме це й зробив. До Галілея досвід був лише, якщо можна так сказати, вихідним пунктом пізнання. Метод дослідження загалом складався головним чином із двох ланок: безпосередніх спостережень (дуже часто - випадкових) і побудови загальної теорії на підставі цих спостережень. Третя ж ланка, що полягає в перевірці висновків побудованої теорії, або зовсім була відсутня або перебувала в зародковому стані, не була як-небудь розвинена. Тому наука в давнину мала споглядальний характер. Такою же вона залишилася й у рамках середньовічної схоластики, а це визначало, з одного боку, її грубо емпіричний, а з іншого боку, спекулятивний характер. Таким було навчання Арістотеля про небо і його динаміку. В основі лежали найпростіші безпосередні спостереження, не проаналізовані скільки-небудь докладно. Повсякденна практика давнини й середніх століть показувала, наприклад, що для того, щоб везти той самий візок з більшою швидкістю, потрібно прикласти й більше зусилля, або що часто більш важкі тіла падають швидше, ніж легші. Цих і подібних спостережень Арістотелю здавалося досить, щоб побудувати систему всієї динаміки, що мала фантастичний характер. Ні Арістотелю, ні його учням не спадало на думку спробувати не просто погодити теорію руху зі спостережуваними фактами, а вивести наслідки із цієї теорії й на спеціально поставлених експериментах переконатися в її правильності або неправильності.

Інакше думає Галілей: досліджуючи рух, він відривається від безпосередніх результатів одиничних дослідів. Закони й положення, на які він опирається, є науковими абстракціями й не випливають із одиничних спостережуваних фактів. Так, закон інерції безпосередньо не міг бути перевірений Галілеєм на досвіді. Не можна було безпосередньо спостерігати рух тіла, виключивши тертя. І закон, що тіло падає рівноприскорено, також не міг бути, строго говорячи, перевірений у той час на досліді. Однак наукова абстракція більш глибоко проникає в сутність явищ, чим проста констатація фактів, що є вираженням того загального, що ховається в цих фактах, виходить за рамки явищ, при дослідженні яких вона вперше виникає. Наукова абстракція виражається у формі гіпотези. Гіпотеза дозволяє передбачати нові факти і явища на основі висновків з неї. Тому наукова гіпотеза стає керівною ідеєю в подальших наукових дослідженнях. Одночасно перевірка висновків з її наслідків і пророкувань перетворює гіпотезу в науковий закон.