Физика і пізнання світу

Физика і пізнання світу

Волчкова У. Б., Хунджуа А. Р.

Научный метод має суворо визначені «правила» побудови будь-який науки. Кожна наука має предмет вивчення і справедлива лише у певних межах. Створення спрощеної моделі будь-якого явища — необхідність. Без спрощень, створення деякою моделі явища неможливо здійснити з його кількісну оцінку. Будинок внутрішньо несуперечливої теорії можна звести лише з фундаменті чітко обумовлених постулатів, допущень. Сучасні прилади, більш скоєні, ніж, які використовували Галілей і Ньютон, дозволяють підвищити точність вимірів і розширюють кордону досліджуваного. Проте Основний Закон всесвітнього тяжіння, встановлений Ньютоном, як узагальнення відомих експериментальних фактів, не зазнав змін, як і закон падіння тіл, відкритий Галилеем. Закони руху планет залишилися незмінними, планети Нептун і Плутон були відкриті саме через справедливості теорії, основу якої лежить закон всесвітнього тяжіння. Саме у цьому принципове їх на відміну від, наприклад, діаграми ГерцшпрунгаРессела, ілюструючої «еволюцію» зірок. А у тому, що зовсім в повному обсязі зірки «вкладаються» у цю діаграму, вона базується на знанні маси зірок, яку можна виміряти прямими методами, і будь-коли які спостерігалися експериментально перетвореннях зірок одного типу в інші. Тобто. є наукоподібний вигадка, чи більше м’яко висловлюючись неперевірену і непроверяемую гіпотезу. Проте, вона (діаграма) прикрашає форзаци підручників астрономії, вкладаючи в голови школярів ті самі еволюційні идеи.

В чому тут справа? У бажанні переконати! До науці такі методи відносини не имеют!

Современная наука, розвиваючись за своїми об'єктивним законам, досягла величезних результатів, про що свідчать досягнення техніки. Прикладна наука виходить з фундаментальної, що у своє чергу розширює свої можливості з допомогою створення і запровадження нових досконаліших приладів та навіть методів дослідження. Це об'єктивність. Не доводиться це не розуміти, можливості науки розуміння світу обмежені, про що йшлося раніше. І будь-який вихід поза межі веде до помилці. На жаль, бажання переконати у деяких випадках виявляється сильніше, ніж наукова достовірність. Підручник із астрономії - яскравий строкатої суміші з наукових фактів і «сміливих гипотез».

Галилео Галилей

Галилео Галілей народився 15 лютого 1564 р. в Пізі у збіднілій дворянській сім'ї, а помер 3 січня 1642 р. в Арчетри. Похований він у Флоренції поруч із Мікеланджело Буанаротти і Данте Аліг'єрі. Ученим треба народитися, наукової діяльності для великих людей це професія, а спосіб життя. Тому запевнення Винченцо Вивиани (1622 — 1703), учня Галілея у тому, що Галілей відкрив закон сталості періоду качання маятника, спостерігаючи розхитування лампади в Пизанском соборі і вимірюючи час по биттю власного пульсу, безумовно справедливі (хоча скептики вважають — це легендой).

Отец майбутнього вченого був видатним теоретиком музики і математиком. Підлітком, у монастирській школі у Флоренції, Галілей уперше познайомився з працями грецьких і латинських авторів. У 1581 р. Галілей почав навчатися медицині в Пизанском університеті. Там він самостійно вивчає фізику Аристотеля, твори Евкліда і Архімеда. У 1589 р. він був призначений професором в Пизанский університет, відразу ж виявляє незалежність свого мислення. У трактаті «Про русі», написаному латиною, він спростовує господствовавшее у науці думка Аристотеля про порожнечі і теорії руху, підтримуваного повітрям. Якщо середовищем, пише Галілей, у якій рухаються тіла, не повітря, а вода, то деякі тіла, наприклад дерево, стають легкими і змінюють напрям свого руху. Отже, рухаються вони вгору чи вниз залежить від своїх питомої ваги стосовно навколишньому середовищі. З іншого боку, у присутності учнів Аристотеля (числа перипатетиків у) Галілей довів з великою урочистістю в дослідах на Пізанською вежі, що швидкість падаючих тіл залежить від їх ваги. Ці досліди стали «класичними» і було повторені багатьма природознавцями: Д. Б. Бальяни, У. Раньєрі, тощо. буд. До пизанскому періоду належить і винахід «биланчетты» — гідравлічних терезів для виміру щільності твердих тіл, і дослідження центрів тяжкості, який приніс Галілей славу досвідченого геометра. Але, як і це часто буває у житті, усе це викликало недоброзичливе ставлення до вченого, й тому він почав шукати собі зручніше место.

В 1592 р. Галілей отримав місце професора математики Падуанском університеті, де він перебував 18 років; роки були спокійні і продуктивні у його бурхливого життя. Галілей читав лекцій з геометрії, астрономії, механіці для теологів, філософів і медиків. У цей час підготували трактат «Про механічної науці, і про корисність, що можна отримати від механічних інструментів». З іншого боку, цього періоду і досвід з термоскопом — прообразом термометра. До Галілея сама можливість виміру ступеня тепла і холоду здавалася неймовірною, оскільки холод і тепло представляли різні властивості, перемішаними в материи.

Разделение властивостей на первинні і вторинні - риса наукової позиції Галілея, про що він і піддавався критиці, обвиняющей їх у філософському дуалізмі. Аналогічної позиції дотримувався Демокріт, якого Галілей цитував у работах.

В кінці 1608 початку 1609 р. у Венеції поширилися чутки про винайдення підзорної труби. Галілей тим часом у сфері оптики мав слабку підготовку, тим щонайменше, він узявся за виготовлення цього інструмента. Талант вченого і спостережливість (відвідання скляних майстерень свого приятеля Маганьяти в Мурано) дозволили Галілей у цій області досягти успіху, і цього він розповів в «Зоряному віснику». Безумовно, винахід Галилеем телескопа (хоча початкове його становила 3, та був 32) колосально розширило можливості вивчення навколишнього світу. Галілей знайшов у хмарах Чумацького Шляху скопище зірок, що раніше не здавалися маленькими млечными плямами. Згодом він вивчив поверхні Місяці і Сонця (виявив сонячні плями, довів, що Сонце обертається навколо своєї осі), відкрив супутники у Юпітера і фази у Венери, пояснив «попелястий світло» Місяця, показав, що Місяць, Земля і всі планети світять відбитим світлом. З іншого боку, Галілей переконався у правдивості геліоцентричної системи світу Коперника.

Громкая слава, який приніс Галілей його «Зоряний вісник», дозволила йому зайняти місце першого математика Пизанского університету без зобов’язання жити то й читати лекції. Тому Галілей замешкав у Арчетри, біля Флоренції. Там він продовжив свої астрономічні спостереження та фізичні дослідження. Було показано у різний спосіб, що повітря має вагу (це затверджував і Аристотель, та його коментатори вважали за потрібне виправити цю думку!). Галілей отримав співвідношення частки повітря до питомій вазі води 1:400. Сучасні йому критики знайшли експериментальне мистецтво вченого дуже незначним, а нам, враховуючи експериментальні можливості на той час, ця точність здається чудовою. Більше точне значення отримали через півстоліття Бойлем, які вже мав на той час пневматичний насос.

В 1632 р. у Флоренції вийшов знаменитий працю Галілея «Діалог про перші два найголовніших системах світу — птоломеевой і коперниковой». Це — твір складається з чотирьох діалогів, кожен із яких вважається що відбувалося протягом дня. У діалозі беруть участь троє, одна з яких представляє самого Галілея, інший (перипатетик) захищає філософію послідовників Аристотеля, третій — освічена людина зі здоровий глузд, який нібито є безстороннім суддею. «День перший» присвячений переважно обговоренню вчення про незмінність і нетлінності небесного світу, зокрема, сонячним плямам, гористій поверхні Місяці. У цьому другий співрозмовник заперечує все наукові досягнення і нові відкриття. «День другий» присвячений, переважно, обговоренню питання про рух Землі. Тут закладаються самі основи сучасної динаміки: принцип інерції і класичний принцип відносності. Принцип інерції доводиться з допомогою міркування, нагадує доказ «від супротивного» у математиці. Принцип відносності Галілея (чи перетворення Галілея) не втратив свого величезного значення й нашого часу, зайнявши міцне і чільне місце у «класичній фізиці. «Неквапно і професіонал-правознавець грунтовно описує великий учений свій принцип: усамітнитеся з кимось із друзів у просторе приміщення під палубою корабля, запасіться мухами, метеликами та інші літаючими комахами, нехай ви буде посудину з плаваючими рибками; підвісьте нагорі відерце, з яких вода буде капати крапля за краплею на другий посудину з вузьким горлечком, поставлений внизу. Поки корабель стоїть нерухомо, спостерігайте старанно! …хоча в вас це не виникає сумнівів, що корабель стоїть нерухомо. Змусьте тепер корабель рухатися з кожного швидкістю (лише без поштовхів і качки) як і риби будуть плавати байдуже у різноманітних напрями, комахи літати з і швидкістю врізнобіч, краплі падати вузьке отвір, як і зараз ! В усіх життєвих названих явищах ви знайдете ні найменшого зміни! І причина цієї узгодженості всіх таких явищ у цьому, що рух корабля загальне твердження всім які у ньому предметів…». Краще не скажеш! Сучасний мову лаконічніше і «переведений» мовою математики: принцип відносності означає инвариантность законів механіки стосовно перетворенням Галілея, але некваплива «музика» першотвору захоплює і сегодня.

«День третій» починається тривалої дискусією про нове зірці 1604 р. Потім розмова переходить на головну тему — про річному русі Землі. Спостереження руху планет, фаз Венери, супутників Юпітера, сонячних плям — всі ці аргументи дозволяють Галілей показати невідповідність вчення Аристотеля даним астрономічних спостережень і просить обгрунтувати можливість геліоцентричної системи світу і з геометричній і з динамічної точок зрения.

«День четвертий» присвячений морським припливам і відливам, які Галілей помилково пов’язує з рухом Землі, хоча у той час існувала гіпотеза — про виникненні припливів і відпливів під впливом відвідин Місяця й Сонця. Дія відвідин Місяця й Сонця тому випадку учений вважав «окультним властивістю тяжіння небесних тіл» і поділяв его.

Опубликование «Діалогу» — джерела нещасть усієї своєї подальшому житті - знаменне події історії всієї людську думку. Боротьба світоглядів — боротьба не так на життя, але в смерть!

Следующий великий працю «Розмови і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, які стосуються механіки і місцевому руху», яка сама Галілей справедливо називав шедевром, опублікований Лейдені в 1638 р. У ньому привели систематичне виклад всіх відкриттів Галілея у сфері механіки. Робота як і написана у вигляді діалогу тієї ж учасників. Але загальний тон роботи більш спокійний, начебто вже немає противників — прихильників ідей Аристотеля, і восторжествувало нове мировоззрение.

«День перший» починається з дискусії щодо швидкості світла. Фактично досвід, описаний в цієї роботи, повторив Физо через 250 років. Галілей тоді не зумів провести цей складний експеримент, та його заслуга у постановці цієї експериментальної і теоретичної завдання явна. Далі розглядаються проблеми руху, вивчаються коливання маятників, обговорюються акустичні явища: отримання звуку з допомогою коливань, частота визначає висоту тону звуку, хвилеве поширення повітрі, явище резонансу, акустичні інтервали. Отже, Галілей заклав підвалини сучасної акустики.

«День другий» присвячений опору матеріалів що за різних про способи впливу на них. І хоча ці міркування немає нині практичного застосування, їх наукова цінність, як прообразу науки про опір матеріалів явна. Наступний етап, що у третій і четвертий дні, — динаміка. Урочисто звучить фраза — «про об'єкт найдавнішому створюємо науку новітню». Коротко розглядається рівномірний рух, докладно та цікаво розглядається прискорене рух. Розглядаються закони пропорційності швидкості падіння і часу падіння, і формулюється принцип (під назвою згодом принципом Торрічеллі) про рух центру ваги механічної системи. З іншого боку, виконані оригінальні роботи з руху тіл похилою площини і про рух «кинутих» тіл. Вперше показується, у цьому разі траєкторія руху — парабола, доводиться низку теорем.

Хронологический метод викладу, застосовували досі, дозволив показати глибину й широту наукових інтересів і фундаментальних відкриттів Галілея. Але, то, можливо, ще важливіше нового образу мислення, запровадивши Галілей для дослідження природы.

Когда кажуть, що Галілей був засновником експериментального методу, це слід розуміти непросто як застосування експерименту для пізнання природи (в грубої формі досліди ставилися ще від часів античності), але, як певної філософської концепції, що полягає у неупередженості оцінок і обов’язкової перевірки істинності результату. Тобто те, що ми сьогодні називаємо наукової достовірністю і з наукового сумлінністю (від слова совесть).

Таким чином, завдання фізика — придумати експеримент, повторити його кілька разів, виключивши чи зменшивши вплив збурюючих факторів, вловити в неточних (оскільки точність будь-якого досвіду, залежить з його методики, і «абсолютно» точних результатів може бути) експериментальних даних математичні закони, котрі пов’язують величини, що характеризують явище, передбачити нові експерименти для підтвердження — не більше експериментальних можливостей — сформульованих законів, і знайшовши підтвердження, рухатися далі з допомогою дедуктивного методу і знайти нові слідства з цих законів, своєю чергою підлягають перевірці. (Деякі філософи, суто теоретично розробляли експериментальні методи, яким жоден фізик будь-коли следовал.).

Галилей ніде це не дає абстрактного викладу свого експериментального методу. Весь цей підхід дано у конкретній додатку до дослідження приватних явищ природи. В усіх життєвих його пошуках можна назвати чотири моменту. Перший — це почуттєвий досвід, що привертав нашу увагу на до вивчення природи, але з який встановлює її закони. Другий — аксіома чи робоча гіпотеза. У цьому вся центральний момент — момент творчого осмислення побаченого, подібний з інтуїцією художника категорично не споживач, піддаючись теоретичного обгрунтування. Третій — математичне розвиток — перебування логічних закономірностей і наслідків. Четвертий — досвідчена перевірка як вищий критерій всього шляху развития.

Такая особистість, як Галілей, спонукуваний настільки різноманітними спонуканнями, настільки вільний тягаря традицій, може бути втиснено на якусь жорстку схему. Питання філософських поглядах Галілея обговорювався і обговорюють і зараз. Його називали і послідовником Платона, і Демокрита, і Канта, і позитивистом тощо. Сам він у обкладинці зборів своїх творів хотів би бачити слова «Звідси стане зрозумілим на незліченних прикладах, як корисна математика в висновках, що стосуються те, що пропонує нам Природа і наскільки неможлива справжня філософія без допомоги геометрії, відповідно до істиною, проголошеної Платоном».

Список литературы

1. Маріо Льоцци. Історія фізики. Москва, Світ, 1970. -464 с.

2. М. Лауе. Історія фізики. Москва., Держ. вид-во технико-теоретической лит-ры, 1956. -230 с.

3. А.І. Єремєєва., Ф. А. Цицин. Історія астрономії. Москва, Вид-во МГУ.1989. -349с.