Философские идеи Коперника, Кеплера, Галилея и Ньютона об устройстве мироздания.

Вслед за Н. Кузанским великий польский астроном Николай Коперник (1473 – 1543) пользуясь принципом относительности основал новую астрономическую систему – гелиоцентрическую систему мира – одно из поистине выдающихся научных открытий того времени. В связи с практической задачей усовершенствования календаря возникла необходимость создать новую методику выполнения астрономических расчётов. Будучи широко образованным математиком и астрономом, Коперник понимал, что эту задачу не решить традиционными способами. Знакомство с философией неоплатонизма и пифагореизма, убеждение в том, что Бог создал мир в соответствии с простыми правилами математической гармонии, побудили Коперника предположить, единообразие кругового движения небесных тел и совершенно новый, с точки зрения привычных представлений, порядок их взаимного расположения и движения.

Главное и почти единственное сочинение Коперника, плод более чем 40-летней его работы – «О вращении небесных сфер». Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях:

1) орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;

2) центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;

3) все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;

4) расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;

5) суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;

6) Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;

7) это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

С принятием этой гипотезы отпадало множество прежних затруднений, картина мира приобрела изящные, стройные и весьма убедительные очертания. Понимая радикальность своего учения, Коперник долго не публиковал его, ссылаясь на пример последователей Пифагора, таивших истину от профанов. Работа всё же была опубликована, скандал не замедлил разразиться, но начало было положено. Началась великая научная революция.

Дело Коперника продолжил немецкий учёный Иоганн Кеплер (1571 – 1630). Иоганн Кеплер родился в имперском городе Вайль-дер-Штадте. Его отец служил наёмником в Испанских Нидерландах. Когда юноше было 18 лет, отец отправился в очередной поход и исчез навсегда. Мать Кеплера, Катарина Кеплер, содержала трактир, подрабатывала гаданием и траволечением. Интерес к астрономии появился у Кеплера ещё в детские годы, когда его мать показала впечатлительному мальчику яркую комету (1577), а позднее – лунное затмение (1580). В 1589 г. Кеплер закончил школу при монастыре Маульбронн, обнаружив выдающиеся способности. Городские власти назначили ему стипендию для помощи в дальнейшем обучении. В 1591 году поступил в университет в Тюбингене – сначала на факультет искусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией, затем переходит на теологический факультет. Первоначально Кеплер планировал стать протестантским священником, но благодаря незаурядным математическим способностям был приглашён в 1594 г. читать лекции по математике в университете города Граца (ныне в Австрии).

Основываясь на весьма точных астрономических наблюдениях, Кеплер установил, что движения планет вокруг Солнца, сообразно с предложенной Коперником структурой солнечной системы, не являются строго круговыми. Кеплер показал, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Таков был первый закон Кеплера. В соответствии со вторым законом Кеплера скорость движения планеты по орбите замедляется по мере удаления от Солнца. Подлинной вершиной виртуозных математических расчётов Кеплера, явилось установление знаменитого третьего закона Кеплера, утверждавшего, что квадрат орбитального периода движения каждой планеты равен кубу среднего расстояния её до Солнца.

Эти удивительные и загадочные соотношения блестяще подтверждали мысль о том, что устройство космоса подчинено строгим и простым математическим правилам.

Выдающийся итальянский исследователь Галилео Галилей (1564 – 1642), как и многие его предшественники, считал, что книга природы написана языком математики, и для объяснения природных явлений необходимо установить их свойства, поддающиеся точным измерениям. Отправным пунктом научного познания признавался опыт, осуществляемый путём планомерного экспериментирования с использованием приборов и инструментов, расширяющих возможности наших органов чувств.

Основные научные открытия Галилея:

Ø В 1609 г. Галилей самостоятельно построил свой первый телескоп. Труба давала приблизительно трёхкратное увеличение. Вскоре ему удалось построить телескоп, дающий увеличение в 32 раза.

Ø С помощью телескопа увидел, что Луна, подобно Земле, имеет сложный рельеф – покрыта горами и кратерами. Галилей открыл также солнечные пятна. Существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о совершенстве небес. По результатам их наблюдений Галилей сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси, оценил период этого вращения и положение оси Солнца.

Ø Галилей установил, что Венера меняет фазы. Это доказывало, что она светит отражённым светом Солнца.

Ø Подтвердил вращение планет вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

Ø Открыл спутники Юпитера и кольца Сатурна.

Ø Млечный путь, который невооружённым глазом выглядит как сплошное сияние, на самом деле представляет собой громадное скопление звёзд.

В 1632 году вышла в свет его книга «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой», в которой Галилей говорит о неправильности взглядов Аристотеля и Птолемея. Санкции последовали незамедлительно. Галилея вызвали в Рим на суд. Следствие тянулось с апреля по июнь 1633 года. Церковь обвиняет учёного в ереси, и для сохранения своей жизни он вынужден признать гелиоцентрическую систему строения мира ложной. 22 июня Галилей, стоя на коленях, произнёс предложенный ему текст отречения: «Я, Галилей, сын Винченцо Галилея из Флоренции, в возрасте семидесяти лет, лично представши пред судом, будучи коленопреклонённым перед вами, высокочтимые и достопочтенные кардиналы, главные Инквизиторы во всей Христианской республике, имея перед моими глазами священное Евангелие и касаясь его руками, клянусь, что всегда верил, верю сейчас и с Божьей помощью буду верить в будущем во всё то, что содержит, проповедует, чему учит Святая Соборная и Апостольская Церковь. Поэтому, желая освободить Ваши Высокопреосвященства и всякого верного христианина от тяжкого подозрения, справедливо мною заслуженного, я с открытым сердцем и искренней верой проклинаю и презираю вышеупомянутые заблуждения и ересь и вообще всякое другое заблуждение, ересь и секту, противоречащие Святой Церкви; и клянусь, что в будущем никогда больше не стану говорить и утверждать ни устно, ни письменно того, что могло бы навлечь на меня подобные подозрения; и если я узнаю какого-либо еретика или подозреваемого в ереси, то сообщу о нём в Священную канцелярию, или же местному инквизитору, или представителю там, где я буду находиться...».

В последние годы жизни он находился под домашним арестом под надзором инквизиции. Галилео Галилей умер 8 января 1642 года в Арчетри. Только в ноябре 1979 года папа римский Иоанн-Павел II официально признал, что инквизиция в 1633 году совершила ошибку, силой вынудив отречься учёного от теории Коперника.

Завершает научную революцию английский учёный Исаак Ньютон (1642 – 1727). В 1687 г. Ньютон издаёт «Математические начала натуральной философии». Связав воедино законы движения планет, установленные Кеплером, и законы механического движения земных тел, открытые Галилеем, Ньютон осуществил грандиозный теоретический синтез. Движение планет получило объяснение, исходя из закона всемирного тяготения и трёх основных законов механики, сведённых Ньютоном в целостную систему.

Вот три ньютоновских закона движения, которые представляют собой классическое выражение основ динамики.

Первый – закон инерции, над которым работали Галилей и Декарт. Ньютон пишет: «Всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят это состояние». Ньютон иллюстрирует этот фундаментальный принцип следующим образом: «Пуля летит, пока её не остановит сопротивление воздуха или пока не упадёт под действием силы тяготения. Юла не прекратит своего вращения, пока её не остановит сопротивление воздуха. Более крупные тела планет и комет, находясь в пространствах более свободных и с меньшим сопротивлением, сохраняют свои движения вперёд и одновременно по кругу на гораздо более продолжительное время».

Второй закон, сформулированный уже Галилеем, гласит: «Произведение массы тела на его ускорение равно действующей силе, а направление ускорения совпадает с направлением силы».

Третий закон, сформулированный Ньютоном, утверждает, что «действию всегда соответствует равное противодействие», или: действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны. Этот принцип равенства между действием и противодействием Ньютон иллюстрирует так: «Любая вещь, которая давит на другую вещь или тянет её, испытывает в равной мере давление или притягивание со стороны этой другой вещи. Если надавить на камень пальцем, то и палец будет испытывать давление камня. Если лошадь тянет за веревку камень, то и лошадь испытывает притягивание назад, в направлении камня».

Поставив задачу изучения различных сил, Исаак Ньютон сам же дал первый блистательный пример её решения, сформулировав закон всемирного тяготения, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними – то есть: F = G ∙ где, G – гравитационная постоянная.

Теория Ньютона не объясняла сущности и происхождения силы всемирного тяготения, и сам создатель этой теории сознательно отказывался выдвигать произвольные умозрительные объяснения, заявив, что гипотез он не измышляет. Вместе с тем он, будучи ревностным христианином, безоговорочно признавал существование премудрого и могущественного Бога, по проекту которого устроена величественная система мироздания, работающая как точные и бесконечно сложные часы.

Ньютон завершил научную революцию, и с его системой мира обретает лицо классическая физика. Механика Ньютона стала одной из наиболее мощных и плодотворных исследовательских программ в истории науки.