Научная революция XV-XVIII вв. Гелиоцентрическая система Коперника

Научная революция XV-XVIII вв. Гелиоцентрическая система Коперника

Николай Коперник

КОПЕРНИК Николай (19. II 1473 — 24. V 1543) — польский астроном, создатель гелиоцентрической системы мира, реформатор астрономии. Род. в г. Торуне. Учился в Краковском университете (1491 — 1494), где астрономические науки преподавал крупный польский астроном В. Брудзевский, а также в итальянских университетах (в Болонье, Падуе, Ферраре). В 1504 г. возвратился на родину, был секретарем и врачом своего дяди — епископа Ваченроде. С 1507 г. и до смерти дяди в 1512 г. жил в епископской резиденции в Лидзбарке, после чего поселился во Фромборке, в одной из башен крепостной стены

Коперник глубоко изучил древнюю астрономию, в частности «Альмагест» Птолемея, где была изложена геоцентрическая система мира (видимые движения планет представлялись комбинацией нескольких круговых движений, а Земля считалась неподвижным центром). Высоко оценивая систему Птолемея, как выдающееся достижение античной астрономии, Коперник еще во время пребывания в Лидзбарке убедился в ее несостоятельности. Он разработал гелиоцентрическую систему мира, основные положения которой были высказаны им следующим образом: «Все замечаемые нами у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений. Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле. Таким образом, одно это ее движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей» .

Закономерности движения планет, их прямые и попятные движения, казавшиеся ранее загадочными, случайными, получили в системе Коперника простое объяснение. Учение Коперника было впервые изложено в небольшой книжке, составленной его учеником Иоганном Ретиком и вышедшей в 1540 г. Основной труд Коперника «Об обращениях небесных сфер» был напечатан в мае 1543 г. , когда он был уже при смерти. Книга была снабжена анонимным предисловием, которое, как установил позднее И. Кеплер, было написано лютеранским богословом Осиандером. Последний, желая завуалировать антибиблейскую направленность учения Коперника, пытался представить его только как «удивительную гипотезу» , не связанную с действительностью, но упрощающую вычисления. Однако истинное значение системы Коперника не только для астрономии, но и для науки вообще было вскоре понято всеми. Поскольку Земля лишилась своего центрального положения и стала такой же, как и все остальные наблюдавшиеся на небе планеты, утверждение церковников о противоположности «земного» и «небесного» потеряло смысл. Человек перестал быть «венцом творения» , превратился в обитателя одной из планет солнечной системы.

Из учения Коперника следовал общий вывод о том, что видимое есть только одно из проявлений многогранной действительности, ее внешняя сторона, а истинный механизм явлений лежит гораздо глубже. Понимание этого имело огромное значение для всего последующего развития естествознания. Высоко оценивая значение открытия Коперника, Ф. Энгельс писал: «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии. . . » *. То, что система Коперника подрывала основы теологии, было понято церковниками еще в начале XVII ст. Декретом инквизиции от 1616 г. труд Коперника был внесен в индекс запрещенных книг, в котором он оставался более двухсот лет.

ДЖОРДАНО БРУНО (1548 -1600) Джордано Бруно - великий итальянский ученый, философ, поэт, пламенный сторонник и пропагандист учения Коперника. С 14 лет обучался в доминиканском монастыре и стал монахом, сменив подлинное имя Филиппо на Джордано. Глубокие знания получил путем самообразования в богатой монастырской библиотеке. За смелые выступления против догматов церкви и поддержку учения Коперника Бруно вынужден был покинуть монастырь. Преследуемый церковью он долгие годы скитался по многим городам и странам Европы. Везде он читал лекции, выступал на публичных богословских диспутах. Так, в Оксфорде в 1583 г. на знаменитом диспуте о вращении Земли, бесконечности Вселенной и бесчисленности обитаемых миров в ней он, по отзывам современников, "раз пятнадцать заткнул рот бедняге доктору" - своему оппоненту.

В 1584 г. в Лондоне вышли его основные философские и естественнонаучные сочинения, написанные на итальянском языке. Наиболее значительным был труд "О бесконечности вселенной и мирах" (миром называли тогда Землю с ее обитателями). Идеи Джордано Бруно на целые столетия обогнали его время. Он писал "Небо. . . единое безмерное пространство, лоно которого содержит все, эфирная область, в которой все пробегает и движется. В нем - бесчисленные звезды, созвездия, шары, солнца и земли. . . разумом мы заключаем о бесконечном количестве других"; "Все они имеют свои собственные движения. . . одни кружатся вокруг других". Он утверждал, что ни только Земля, но и никакое другое тело не может быть центром мира, так как Вселенная бесконечна и "центров" в ней бесконечное число. Он утверждал, что изменчивость тел и поверхности нашей Земли, считая, что в течение огромных промежутков времени "моря превращаются в континенты, а континенты - в моря".

Учение Бруно опровергало священное писание, опирающееся на примитивные представления о существовании плоской неподвижной Земли. Смелые идеи и выступления Бруно вызывали ненависть к ученому со стороны церкви. И когда в тоске по родине Бруно вернулся в Италию, он был выдан своим учеником инквизиции. Его объявили в богоотступничестве. После семилетнего заточения в тюрьме его сожгли на костре в Риме на площади Цветов. Теперь здесь стоит памятник с надписью "Джордано Бруно. От столетия, которое он предвидел, на том месте, где был зажжен костер".

Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 года в городе Пизе в знатной, но обедневшей семье. Его отец Винченцо Галилей был талантливым музыкантом и композитором, но искусство не давало средств к существованию, и он прирабатывал торговлей сукном. До одиннадцати лет Галилей жил в Пизе и учился в школе, а затем вместе с семьей переехал во Флоренцию. Здесь он продолжил образование в монастыре бенедиктинцев, где изучал грамматику, арифметику, риторику и другие предметы. В семнадцать лет Галилей поступил в Пизанский университет и стал готовиться к профессии врача. Из-за стесненного материального положения ему пришлось бросить университет и вернуться во Флоренцию. Здесь Галилей занялся изучением математики и физики. В 1586 году он написал свою первую научную работу "Маленькие гидростатические весы".

• В 1589 году Галилей получил кафедру математики в Пизанском университете, где преподавал математику и астрономию. К этому времени относятся опыты, которые он ставил, бросая различные тела с наклонной Пизанской башни, чтобы проверить, падают ли они в соответствии с учением Аристотеля - тяжелые быстрее, чем легкие. Ответ получился отрицательный. В 1609 Галилей устанавливает Закон инерции, 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 ведёт своё начало Динамика. 1592 - 1610 - Галилео становится профессором Падуанского, университета, в дальнейшем - назначен придворным философом и математиком герцога Козимо II Медичи.

Галилеем был создан телескоп с увеличением в 32 раза. В ночь на 7 января 1610 года он направляет телескоп на небо. То, что он увидел там - лунный пейзаж, горные цепи и вершины, - приводило к мысли о том, что Луна похожа на Землю и имеет горные системы, - факт, свидетельствовавший против религиозных догм и учения Аристотеля об особом положении Земли среди небесных тел. Галилей открыл четыре спутника Юпитера, что тоже не соответствовало учению Аристотеля. Галилей установил, что Солнце вращается вокруг своей оси. На основании наблюдений Галилей сделал вывод, что вращение вокруг оси свойственно всем небесным телам и о том, что гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, является единственно верной.

• Галилея вызвали в Рим на суд. Следствие тянулось с апреля по июнь 1633 года, а 22 июня в той же церкви, почти на том же самом месте, где Джордано Бруно выслушал смертный приговор, Галилей, стоя на коленях, произнес предложенный ему текст отречения. В последние годы жизни ему пришлось работать в тяжелейших условиях. • На своей вилле Арчертри (Флоренция) он находился под домашним арестом (под постоянным надзором инквизиции). • Там, в течении двух лет, Галилей пишет "Беседы и математические доказательства. . . ", где излагает основы динамики. В мае 1636 года ученый ведет переговоры об издании своего труда в Голландии, а затем тайно переправляет туда рукопись. "Беседы. . . " выходят в свет в Нелей-де в июле 1638 года, а в Арчертри книга попадает почти через год - в июне 1639 года. К тому времени больной, ослепший Галилей мог лишь трогать свое детище руками. • Галилео Галилей умер 8 января 1642 года. Похоронен в монашеском приделе собора Санта Кроче во Флоренции без почестей и надгробия.

Закон всемирного тяготения • Исаак Ньютон родился в 1642 году, в год смерти Галилея, а умер в 1727 году. Работы Ньютона в области теории тяготения стали знамениты в континентальной Европе благодаря Вольтеру, который в последние годы жизни Ньютона посетил Англию и распропагандировал закон всемирного тяготения, произведший на него большое впечатление. • Роберт Гук — старший современник Ньютона — известен гораздо меньше. Он родился в 1635 году, а умер в 1703 году. Гук был небогатым человеком и начал свою деятельность в качестве ассистента у Бойля (который теперь всем известен благодаря открытому Гуком закону Бойля–Мариотта), т. е. , попросту говоря, лаборантом. Впоследствии Гук стал работать в только что образованном Королевском обществе (т. е. английской академии наук) в должности куратора. Обязанности куратора Королевского общества были весьма нелёгкими. Согласно контракту, он должен был на каждом еженедельном заседании Общества демонстрировать три или четыре опыта, доказывающих новые законы природы.

Роберт Гук и Исаак Ньютон

Гук по обязанности интересовался всеми естественнонаучными открытиями других, но и самому ему тоже приходилось делать открытия. К концу жизни он насчитывал 500 открытых им законов. Надо сказать, что эти столь многочисленные открытия Гука составляют основу современной науки. Очень многие из них более или менее параллельно были открыты другими учёными, поэтому очень часто сейчас законы, открытые Гуком, известны, но приписываются другим людям. В итоге закон упругости (сила пропорциональна удлинению) носит имя Гука, а остальные его открытия носят другие имена. Гук, например, открыл клеточную структуру растений. Он усовершенствовал микроскоп и первым наблюдал, что растения состоят из клеток. Он разглядывал в микроскоп различные предметы и всё, что видел, зарисовывал. Ясно, что, глядя в микроскоп на новые вещи, он немедленно делал новые открытия. Гук сам лично гравировал картинки, которые видел в микроскоп, и даже издал на основе этого книгу «Микрография» , приведшую позднее Левенгука к его знаменитым биологическим открытиям.

В своём письме Гуку Ньютон писал, что было бы очень интересно узнать, как двигался бы шар после достижения поверхности, если бы в Земле была шахта (т. е. шар свободно бы проходил сквозь Землю, не встречая сопротивления). Ньютон считает, что тогда шар бы описал спираль, и для наглядности приводит эту спираль в письме.

Гук ответил, что спираль, нарисованная Ньютоном, вызывает у него сомнения. По его мнению, внутри будет происходить приблизительно то же, что при колебании маятника на верёвке, и если шар будет свободно двигаться внутри Земли не испытывая сопротивления, то его траектория будет замкнутой и напоминающей эллипс

В письме Гука Ньютону содержатся такие важные слова: «Я предполагаю, что притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния до центра, соответственно предположению Кеплера о зависимости скорости от расстояния. Галлей, вернувшись с острова св. Елены, рассказал мне, что маятник качается медленнее на вершине горы, чем у подножья, и не мог понять причины. Я сказал ему, что он решил давно занимавший меня вопрос об убывании тяготения с удалением от центра. . . Говоря о падении внутри Земли, я не думаю что закон притяжения будет таким же до самого центра Земли, но, напротив, я считаю, что, чем ближе тело будет к центру, тем слабее будет притяжение, возможно, подобно тому, как это происходит с маятником или телом внутри вогнутой поверхности, где сила уменьшается по мере приближения к нижней точке. . . Притяжение на значительных расстояниях [от небесных тел] можно вычислять по указанной пропорции [обратных квадратов] как притяжение самим центром. »

• Отправив Ньютону письмо с таким предложением, Гук перешёл к следующим открытиям, так как времени заниматься математическими подробностями у него не было. Ньютон же замолчал и больше никогда ничего Гуку не писал , о переписке с ним нигде не упоминал (хотя письма хранил) и о том, что Гук поставил перед ним задачу о тяготении, никому не говорил. • Но за задачу эту Ньютон взялся, исследовал закон движения, убедился, что действительно получаются эллиптические орбиты, доказал, что, и обратно, из закона Кеплера об эллиптичности орбит следует закон обратных квадратов. Для того, чтобы всё это как следует оформить и изложить в доступном виде, ему потребовалось сформулировать основные принципы, относящиеся к общим понятиям, таким как масса, сила, ускорение. Так появились знаменитые «три закона Ньютона» , на которые сам Ньютон, правда, не претендовал (первый закон — это всем давно и хорошо известный закон инерции Галилея, а остальные два никак не могли быть открыты позже чем, скажем, закон упругости Гука или формула Гюйгенса для центробежной силы).

По инициативе астронома Галлея (1656— 1742) Ньютон написал работу с подробным изложением своих результатов под названием «Математические начала натуральной философии» ) и прислал её Королевскому обществу 28 апреля 1686 года. В рукописи Гук не был упомянут ни разу. Галлею, который был другом обоих, это не понравилось, и он убедил Ньютона вставить ссылку на Гука. Ньютон поддался на уговоры, но сделал это в весьма оригинальной форме. Он написал, что именно закон обратных квадратов соответствует третьему закону Кеплера, «как утверждали независимо Рен, Гук и Галлей» . И Рен и Галлей — люди, разумеется, не случайные. Рен — архитектор, один из основателей Королевского общества, занимавшийся вместе с Гуком восстановлением Лондона после великого пожара 1666 года, — принимал активное участие в дискуссии по вопросам движения тел. Галлей, предсказавший впоследствии возвращение носящей его имя кометы, приложил много усилий к тому, чтобы заставить Ньютона написать эту книгу, а его опыты с часами на острове св. Елены послужили для экспериментального подтверждения закона тяготения. Так что, поместив Гука между ними, Ньютон не только принизил его роль, но и лишил его поддержки друзей в начавшемся вскоре приоритетном споре.

• В этой переписке с Галлеем Ньютон, отвечая на просьбу упомянуть Гука, написал замечательную фразу, раскрывающую его мнение о различии между математиками и физиками. Себя Ньютон считал математиком, а Гука считал физиком. Вот как он описывает разницу в подходах математика и физика к естествознанию. • «Математики, которые всё открывают, всё устанавливают и всё доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на всё претендует и всё хватает на лету, уносит всю славу как своих предшественников, так и своих последователей. . . И вот я должен признать теперь, что я всё получил от него, а что я сам всего только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека» .

Пьер Симон Лаплас Французский астроном, математик и физик Пьер Симон де Лаплас родился в Бомон-ан-Ож, Нормандия. Учился в школе бенедиктинцев, из которой вышел, однако, убеждённым атеистом. В 1766 г. Лаплас приехал в Париж, где Ж. Д'Аламбер через пять лет помог ему получить место профессора Военной школы. Деятельно участвовал в реорганизации системы высшего образования во Франции, в создании Нормальной и Политехнической школ. В 1790 г. Лаплас был назначен председателем Палаты мер и весов, руководил введением в жизнь новой метрической системы мер. С 1795 г. в составе руководства Бюро долгот. Член Парижской АН (1785, адъюнкт с 1773), член Французской академии (1816).

Пьер Симон Лаплас

• Он опубликовал ряд работ по теории капиллярности и установил закон, носящий его имя (закон Лапласа). В 1809 г. Лаплас занялся вопросами акустики; вывел формулу для скорости распространения звука в воздухе. Лапласу принадлежит барометрическая формула для вычисления изменения плотности воздуха с высотой над поверхностью земли, учитывающая влияние влажности воздуха и изменение ускорения свободного падения. Лаплас развил методы небесной механики и завершил почти всё то, что не удалось его предшественникам в объяснении движения тел Солнечной системы на основе закона всемирного тяготения Ньютона; ему удалось доказать, что закон всемирного тяготения полностью объясняет движение этих планет, если представить их взаимные возмущения в виде рядов. Он доказал также, что эти возмущения носят периодический характер. В 1780 г. Лаплас предложил новый способ вычисления орбит небесных тел. Исследования Лапласа доказали устойчивость Солнечной системы в течение очень длительного времени.

По философским взглядам Лаплас примыкал к французским материалистам; известен ответ Лапласа Наполеону I, что в своей теории о происхождении Солнечной системы он не нуждался в гипотезе о существовании бога. Ограниченность механистического материализма Лаплас проявилась в попытке объяснить весь мир, в том числе физиологического, психического и социальные явления, с точки зрения механистического детерминизма. Образец окончательной формы научного познания Лаплас видел в небесной механике. Материалистическое мировоззрение Лапласа, ярко сказавшееся в научных трудах, контрастирует с его политической неустойчивостью. При всяком политическом перевороте Лаплас переходил на сторону победивших: сначала был республиканцем, после прихода к власти Наполеона – министром внутренних дел; затем был назначен членом и вице- председателя сената, при Наполеоне получил титул графа империи, а в 1814 г. подал свой голос за низложение Наполеона; после реставрации Бурбонов получил пэрство и титул маркиза.

Ломоносов Михаил Васильевич (1711 - 1765) Первый русский ученый-естествоиспытатель, литератор, историк, художник. Родился Ломоносов 19 ноября (по старому стилю - 8 ноября) 1711, в селе Денисовка Куростровской волости около села Холмогоры Архангельской губернии, в семье крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова, занимавшегося морским промыслом на собственных судах. Мать Ломоносова, умершая очень рано, была дочерью дьякона. В Москву Ломоносов ушел в декабре 1730, с ведома отца, но, по-видимому, отец отпустил его лишь на короткое время, почему он потом и числился "в бегах". Выдав себя за сына дворянина, в январе 1731 он поступил в Московскую Славяно-греко-латинскую академию при Заиконоспасском монастыре ("Спасские школы"). Пробыл там около 5 лет. Он изучил латинский язык, ознакомился с тогдашней "наукой".

В 1735 в числе наиболее отличившихся учеников Ломоносов был отправлен в Петербург для зачисления в Академический университет. В 1736 трое из способных учеников, в том числе Ломоносов, были отправлены Академией Наук в Германию для обучения математике, физике, философии, химии и металлургии. За границей Ломоносов пробыл 5 лет: около 3 лет в Марбурге, около года в Фрейберге, около года провел в переездах, был в Голландии. В июне 1741 Ломоносов вернулся в Россию и был назначен в академию адъюнктом АН по физическому классу, а в августе 1745 стал первым русским, избранным на должность профессора (академика) химии. В 1745 он хлопочет о разрешении читать публичные лекции на русском языке, а в 1746 - о наборе студентов из семинарий, об умножении переводных книг, о практическом приложении естественных наук. Одновременно занимается физикой и химией, печатает на латинском языке научные трактаты.

Среди работ Ломоносова - работы по филологии, истории, химии, физике (по исследованию атмосферного электричества), астрономии (26 мая 1761 во время прохождения Венеры по диску Солнца открыл существование у нее атмосферы), геофизики (исследования земного тяготения), геологии и минералогии (доказал органическое происхождение почвы, торфа, каменного угля, нефти, янтаря), разработка технологии получения цветного стекла (среди мозаичных портретов его работы - портрет Петра I; монументальная, около 4, 8 м 6, 44 м, мозаика "Полтавская баталия", 1762 - 1764).