Страница 16 из 25
Наблюдательная астрономия была широко развита к XVII в. трудами Пурбаха, Региомонтана, Коперника. Любое плавание в открытом море связывалось с необходимостью постоянного измерения (визирования) положения небесных тел. Но высшего совершенства в наблюдательной астрономии в дотелескопическую эпоху достиг, несомненно, Тихо Браге. Его помощником и в какой‑то мере научным наследником был Иоганн Кеплер. Браге создал свою уникальную обсерваторию в Ураниборге. На основе своих наблюдений он составил каталог 777 звезд, причем координаты 21 опорной звезды были им определены с особой тщательностью. Ошибка при определении положений звезд не превышала одной минуты, а для опорных звезд еще меньше.
Позднее список звезд был доведен до 1000, не считая 223 звезд, положения которых были установлены с несколько меньшей точностью.
Наблюдения привели его к обоснованию уникальной геогелиоцентрической модели мира. Но, возможно, самым революционным было наблюдение Тихо Браге появления новой звезды в созвездии Кассиопеи 11 ноября 1572 г. Браге не только зафиксировал это явление, но и строго научно описал его. Представление о совершеннейшем надлунном мире Аристотеля получило еще один сильный удар.
Новая модель мира
Первый «рабочий чертеж» новой картины мира суждено было выполнить Кеплеру, человеку, на которого с детства выпало столько 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 это в третьей своей геометрической модели, отказавшись попутно от «самого совершенного» типа орбиты небесных тел – круговой).
В книге «Новая астрономия», завершенной в 1607 г. и опубликованной двумя годами позже, Кеплер привел два из трех своих знаменитых законов движения планет.
1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
2. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем линия, соединяющая Солнце с планетой (радиус – вектор планеты), за равные промежутки времени описывает равные площади. Замечательно полное название книги: «Новая астрономия, основанная на причинных связях, или Физика неба, выведенная из изучения движений звезды Марс, основанных на наблюдениях благородного Тихо Браге».
3. В 1618 г. он обнародовал открытый им третий закон планетных движений: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит. Параллактический эллипс, описываемый звездой, выглядит с Земли так же, как и земная орбита, если бы мы могли наблюдать ее со звезды.
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 силы ушли на математическое описание предложенной геометрической модели. Сколь трудной была 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».
Кеплеровский закон площадей – это первое математическое описание планетарных движений, исключившее принцип равномерного движения по окружности как первооснову. 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 осознанно использовал при анализе движения Марса, стал одним из выдающихся принципиальных достижений науки XVII в. – методом дифференциального исчисления, оформленного Г. Лейбницем и И. Ньютоном.
Кеплер заложил первый камень (вторым стала механика Галилея) в фундамент, на котором покоится теория Ньютона. «Аристотелевский мир» рухнул окончательно.
В 1632 г. во Флоренции была напечатана наиболее знаменитая работа Галилея, послужившая поводом для известного 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, Птолемеевской 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. Например, один из ее «героев» Симпличио (лат. «простак») отстаивает точку зрения Аристотеля. Явный намек на Симпликия – выдающегося комментатора Аристотеля, жившего в VI в. Несмотря на легкость и изящество литературной формы, книга полна тонких научных наблюдений и обоснований (в частности, инерции, гравитации и др.). Вместе с тем цельной системы Галилей не создал.
В 1638 г. вышла последняя его книга «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению…». Во многом Галилей здесь касался тех проблем, которые были им решены еще 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 – четыре простые аксиомы (правда, в явном виде Галилеем не сформулированные):
– свободное движение по горизонтальной плоскости происходит спонтанной по величине и направлению скоростью (сегодня – закон инерции, или первый закон Ньютона);
– свободно падающее тело движется с постоянным ускорением;
– тело, скользящее без трения по наклонной плоскости, движется с постоянным ускорением, равным произведению ускорения свободного падения на синус угла наклонной плоскости;
– принцип относительности Галилея и поле снарядов, траектория движения которых описывается уравнением параболы («преобразования Галилея»),
Космология и механика Галилея
У Г. Галилея впервые связь космологии с наукой о движении приобрела осознанный характер, что и стало основой создания научной механики. До 1610 г. Галилеем были открыты законы механики, но первые публикации связаны с существенно менее оригинальными работами по космологии.
Изобретение в 1608 г. голландцем Хансом Липперсхеем, изготовителем очков, телескопа (правда, не предназначавшегося для астрономических целей) дало возможность Галилею, усовершенствовав его, в январе 1610 г. открыть новую астрономическую эру.
Оказалось, что Луна покрыта горами, Млечный Путь состоит из звезд, Юпитер окружен четырьмя спутниками, и «Аристотелевский мир» рухнул окончательно.
Галилей публикует увиденное в своем «Звездном вестнике», который выходит уже в марте того же 1610 г. Книга была написана на латыни и предназначалась для ученых.
Философско-методологическая манифестация
Первыми «концептуалистами» нового времени принято считать Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта.
Бэкону принадлежит провозглашение главенства метода индукции, примата эмпиризма на пути развития практической и экспериментальной науки, призванной реализовать лозунг «Знание – сила».
Декарт несравненно более глубокий мыслитель – основатель философии нового времени. В отличие от Бэкона Декарт ищет обоснование знания не столько в сфере его практической
реализации, сколько в сфере самого знания. В центре методологических размышлений («сомнений») Декарта – мысль и сам человек. Природа Декарта – вечно движущееся чисто материальное образование, основными ее законами являются принципы сохранения количества движения, инерции и недвижения. На основе этих принципов и методологически контролируемого построения механических моделей разрешимы все познавательные задачи, обращенные к природе.