Галилео Галилей и его роль в становлении классической науки
Работа по обоснованию гелиоцентризма была начата Галилео Галилеем, труды которого предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Именно им были заложены основы нового типа мировоззрения, а также новой науки – математического опытного естествознания. Чтобы глубже проникнуть в математические законы и постичь истинный характер природы, Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов и инструментов – линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Их использование придало естествознанию новое, неведомое грекам измерение. Прежние размышления о Вселенной уступили место экспериментальному исследованию с целью постижения действующих в ней универсальных математических законов.
Г. Галилей (1564–1642)
Очень важно, что свою систематическую ориентацию на опыт Галилей сочетал со стремлением к его математическому осмыслению. И ставил его так высоко, что считал возможным полностью заменить традиционную логику как бесполезное орудие мышления математикой, которая только и способна научить человека искусству доказательства.
Математический аналитический метод Галилея привел его к механистическому истолкованию бытия, позволил ему сформулировать понятие физического закона в его современном понимании. Можно считать, что, начиная с работ этого ученого, наука полностью порвала с сугубо качественным истолкованием природы. Особое значение для утверждения науки нового типа имели открытия Галилея в области механики и астрономии. Именно они заложили прочный фундамент в обоснование гелиоцентризма.
Гелиоцентризм – картина мира, представляющая центром Вселенной Солнце, вокруг которого вращаются все планеты, в том числе и Земля.
Одной из серьезнейших проблем, препятствующих утверждению нового мировоззрения, было давнее убеждение, сложившееся еще в античности и поддерживавшееся на протяжении Средневековья, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница. Со времен Аристотеля считалось, что небеса – место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира и вращающихся по идеальным круговым орбитам вокруг Земли. Земные же тела возникают и функционируют совсем по другим законам. Поэтому прежде чем создавать всеобъемлющие теории и открывать законы природы, ученые Нового времени должны были опровергнуть деление на земное и небесное. Первый шаг в этом направлении был сделан Галилеем.
После того, как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них – горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Он же первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела – это не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на идеальном теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.
С помощью своих открытий в механике Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти в течение двух тысяч лет Аристотелевской физики. Галилей выступил против мыслителя, авторитет которого считался бесспорным, и впервые проверил многие его утверждения опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики – науки о движении тел под действием приложенных сил. До этого единственным более или менее разработанным разделом физики была статика.
Статика – наука о равновесии тел под действием приложенных сил, основанная Архимедом.
Также Галилей изучал свободное падение тел и на основании своих наблюдений выяснил, что оно совершенно не зависит от веса или состава тела. После этого он сформулировал понятия скорости, ускорения, показал, что результатом действия силы на тело является не скорость, а ускорение.
Проанализировал Галилей и метательное движение, на основании чего пришел к идее инерции, пока еще не сформулированной точно, но сыгравшей огромную роль в дальнейшем развитии естествознания. В отличие от Аристотеля, полагавшего, будто все тела стремятся достичь места, отведенного им природой, после чего движение прекращается, Галилей считал, что движущееся тело стремится пребывать в постоянном равномерном прямолинейном движении или в покое, если только какая-нибудь внешняя сила не остановит его или не отклонит от направления его движения. Идея инерции позволила опровергнуть одно из возражений противников гелиоцентризма, которые утверждали, что предметы, находящиеся на поверхности Земли, в случае ее движения неизбежно оказались бы сброшенными с нее, и что любой метательный снаряд, запускаемый вверх под прямым углом, обязательно приземлялся бы на некотором расстоянии от исходной точки броска. Понятие инерции объясняло, что движущаяся Земля автоматически передавала свое движение всем находящимся на ней телам.
Еще одним возражением противников гелиоцентризма было то, что мы не чувствуем движения Земли. Ответ на него также был дан Галилеем в сформулированном им классическом принципе относительности. Согласно этому принципу, никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т.е. инерциальных систем – покоящихся или движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, Галилей доказывал рассуждениями и многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания утверждать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.
Законы механики вместе с его астрономическими открытиями подводили ту физическую базу под гипотезу Коперника, которой сам ее творец еще не располагал. Из гипотезы гелиоцентрическая доктрина теперь начинала приобретать статус теории.
Но еще не был окончательно решен вопрос о соотношении земных и небесных движений, не было объяснено движение самой Земли. Реальное движение планет также мало соответствовало их описанию в гелиоцентрической гипотезе Коперника (круговое движение), как и в геоцентризме Птолемея.