история естествознания. История естествознания. История естествознания
 Скачать 53.64 Kb.
|
|
6. Гелиоцентрическая система мира Н.Коперника. Для объяснения видимого неравномерного движения планет Птолемей использовал систему равномерных круговых движений. Каждая планета, как он считал, движется равномерно по кругу – эпициклу, центр которого, в свою очередь, равномерно перемещается по другому кругу – деференту. Следует отметить, такое представление движения планет давало возможность довольно точно описывать наблюдаемое их движение. Правда при увеличении точности наблюдений приходилось существенно корректировать прежнюю систему эпициклов и деферентов. Чрезвычайно важным было также то, что геоцентрические представления о мире освящались авторитетом христианской веры. Бог, создав человека как богоподобное существо, наделил его разумом, свободной волей, бессмертием. Куда же он должен был поместить своё самое великое творение? Конечно, в центр мироздания. В 1543 г. Н. Коперник опубликовал свой основной труд "Об обращении небесных сфер" с изложением и обоснованием гелиоцентрической системы мира. Согласно новому учению, в центре Вселенной находится Солнце, а Земля – одна из планет, движущихся вокруг Солнца. Небосвод же, на котором находятся все звёзды, вовсе и не вращается вокруг Земли, как считали прежде, а покоится. Его видимое движение объясняется суточным обращением Земли вокруг собственной оси. Коперник убрал человека из центра мира, сделал бессмысленным деление на подлунный и надлунный миры. Тем самым он разрушил самые основы традиционных представлений о мире и открыл новые, невиданные прежде возможности для развития не только астрономии, но и всего естествознания. Коперник своей работой открыто заявлял, что главным авторитетом в познании мира являются не древние книги, а реальное изучение природы. Сущность своей системы мира Коперник изложил в посвящении папе Павлу III: "Обдумывая долгое время шаткость переданных нам математических догматов касательно взаимного соотношения движения небесных тел, я стал досадовать, наконец, на то, что философам, стремящимся обычно к распознаванию самых ничтожных вещей, до сих пор ещё не удалось с достаточной верностью объяснить ход мировой машины, созданной лучшим и любящим порядок Зодчим... Обыкновенно принято, что Земля находится в покое, но пифагореец Филолай допускает, что Земля, равно как и Солнце и Луна, движется вокруг огня по косому кругу. Гераклит Понтский, а равно и пифагореец Экфант также придают Земле движение, но не поступательное, а вращательное, вследствие которого она, подобно колесу па направлению от заката к востоку, вращается вокруг своего центра". Так как, замечает далее Коперник, для объяснения небесных явлений до него дозволялось придумывать произвольные круги, по которым двигались земля, солнце и планеты, то и он позволил себе истолковать движения этих небесных светил, исходя из движения Земли. 7. И.Кеплер и открытие законов звездной механики. С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник», ознакомился и дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI - первой трети XVII вв. Иоган Кеплер(1571-1630). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о Звездном вестнике». Кеплер занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три закона движения планет относительно Солнца. В своем первом законе Кеплер отказывается от коперниковского представления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите не постоянна и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Третий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от него. Помимо сказанного, Кеплеру принадлежит немало заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию солнечных и лунных затмений, предложил способы их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы - по имени австрийского императора Рудольфа II, при дворе которого Кеплер занимал место астронома, сменив на этой должности умершего Тихо Браге. С помощью этих таблиц можно было с высокой степенью точности определять в любой момент времени положение планет. Кеплеру принадлежит также решение ряда важных для практики стереометрических задач. 8. Галилео Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамики». В учении Галилео Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Как свидетельствуют А. Эйнштейн и Л. Инфельд, «самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности, - это проблема движения». До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повседневным опытом) является ошибочным. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Открытие, сделанное Галилеем, и применение им методов научного рассуждения были одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли, и оно отмечает действительное начало физики. Это открытие учит нас тому, что интуитивным выводам, базирующимся на непосредственном наблюдении, не всегда можно доверять, так как они иногда ведут по ложному следу. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Он понимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля сильно тормозит развитие науки. Истинное знание, считал Галилей, достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическим знанием разума, а не путем изучения и сличения текстов в рукописях античных мыслителей. Росту научного авторитета Галилея способствовали его астрономические исследования, обосновавшие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Используя построенные им телескопы (вначале это был скромный оптический прибор с трехкратным увеличением, а впоследствии был создан телескоп и с 32-кратным увеличением), Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой планеты Солнечной системы - Юпитера - Галилей обнаружил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). Наблюдение за Луной показали, что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию, т. е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд. 9. Ньютонианская революция (создание теории тяготения, корпускулярная теория света, космология Ньютона). Вторая научная революция завершалась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым был Исаак Ньютон(1643-1727). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) дифференциального и интегрального исчисления, и важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов (он, так же как и Галилей, именно телескопу обязан первым признаниям своих научных заслуг), и большой вклад в развитие оптики (он, в частности, поставил опыты в области дисперсии света и дал объяснение этому явлению). Но самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики. Благодаря их трудам XVII в. считается началом длительной эпохи торжества механики, господства механических представлений о мире. Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон механики Ньютона - это принцип инерции, впервые сформулированный еще Галилеем: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. Существо второго закона механики Ньютона состоит в констатации того факта, что приобретаемое телом под действием какой-то силы ускорение прямо пропорционально этой действующей силе и обратно пропорционально массе тела. Наконец, третий закон механики Ньютона - это закон равенства действия и противодействия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны. Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.Пожалуй, ни одно из всех ранее сделанных научных открытий не оказало такого громадного влияния на дальнейшее развитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения. Огромное впечатление на ученых производил масштаб обобщения, впервые достигнутый естествознанием. Это был поистине универсальный закон природы, которому подчинялось все - малое и большое, земное и небесное. Этот закон явился основой создания небесной механики - науки, изучающей движение тел Солнечной системы. Созданная Ньютоном теория тяготения и его вклад в астрономию знаменуют последний этап преобразования аристотелевской картины мира, начатого Коперником. Ибо представление о сферах, управляемых перводвигателем или ангелами по приказу Бога, Ньютон успешно заменил представлением о механизме, действующем на основании простого естественного закона (Бернал, 1981). Воображение ученых захватывала простота той картины мира, которая складывалась на основе ньютоновской классической механики. В этой картине, носящей абстрактный характер, отбрасывалось все «лишнее»: не имели значения размеры небесных тел, их внутреннее строение, идущие в них бурные процессы. Оставались только массы и расстояния между центрами этих масс, к тому же связанные несложной формулой. Как пишет известный японский физик X. Юкава(1981), «Ньютон многое отсек у реального мира, о котором размышляют физики. Конечно, Ньютон абстрагируется, но он оставляет самое существенное и создает единую картину мира. Ему принадлежит, по крайней мере, построение теории Солнечной системы. Это один из миров. Остается еще и множество других миров. В них он не успел разобраться, но Солнечная система прекрасно воссоздана в рамках его механики». Существует легенда о знаменитом яблоке, падение которого с дерева будто бы навело Ньютона на мысль о законе всемирного тяготения. Но эта легенда имеет различные толкования. Стукелей - друг Ньютона - утверждал, что якобы сам Ньютон рассказал ему эпизод с яблоком, который и помог ему открыть закон всемирного тяготения. А другой друг Ньютона, Пембертон, считал, что Ньютон, возможно, специально выдумал историю с яблоком, чтобы отделаться от не в меру любопытных собеседников типа Стукелея. В 1687 г. вышел в свет главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. Оценивая это событие, видный физик XX века, бывший президент Академии наук СССР С. И. Вавилов (1989) писал: «В истории естествознания не было события более крупного, чем появление «Начал» Ньютона. Причина была в том, что эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи. Сложные перипетии развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Кеплера, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью «Начал». Не менее высокую оценку дает «Началам» Ньютона такой крупный специалист по истории науки, как Джон Бернал (1981). «По убедительности аргументации, подкрепленной физическими доказательствами, - пишет он, - книга не имеет себе равных во всей истории науки. В математическом отношении ее можно сравнить только с «Элементами» Евклида, а по глубине физического анализа и влиянию на идеи того времени - только с «Происхождением видов» Дарвина. Она сразу же стала библией новой науки, не столько как благоговейно чтимый источник догмы, сколько как источник дальнейшего расширения изложенных в ней методов». В своей знаменитой работе Ньютон предложил ученому миру научно-исследовательскую программу, которая вскоре стала ведущей не только в Англии, на родине великого ученого, но и в континентальной Европе. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы. Ньютон подверг критике картезианство, в частности, декартову гипотезу «вихрей». Главный упрек в адрес картезианцев (последователей Декарта) сводился к тому, что они не обращались в должной мере к опыту, конструировали «гипотезы», «обманчивые предположения» для объяснения природных явлений. «Гипотез не измышляю» - таков был девиз Ньютона. 10. Естествознание 18-первой половины 19 веков: изучение магнитных и электрических явлений, развитие теплотехники, волновой теории света, создание внегалактической астрономии, космогонической концепции Канта-Лапласа, возникновение и развитие химии, биология Нового времени (трансформизм, ламаркизм, катастрофизм, униформизм). Более сорока лет спустя французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас (1749-1827), совершенно независимо от Канта и двигаясь своим путем, высказал идеи, развившие и дополнявшие кантовское космогоническое учение. В своем труде «Изложение системы мира», опубликованном в 1796 г., Лаплас предположил, что первоначально вокруг Солнца существовала газовая масса, нечто вроде атмосферы. Эта «атмосфера» была так велика, что простиралась за орбиты всех планет. Вся эта масса вращалась вместе с Солнцем (о причине вращения Лаплас не говорил). Затем, вследствие охлаждения, в плоскости солнечного экватора образовались газовые кольца, которые распались на несколько сфероидальных частей - зародышей будущих планет, вращающихся по направлению своего обращения вокруг Солнца. При дальнейшем охлаждении внутри каждой такой части образовалось ядро, и планеты перешли из газообразного в жидкое состояние, а затем начали затвердевать с поверхности. Имена создателей двух рассмотренных гипотез были объединены, а сами гипотезы довольно долго (почти столетие) просуществовали в науке в обобщенном виде как космогоническая гипотеза Канта - Лапласа. В XIX веке диалектическая идея развития распространилась на широкие области естествознания, в первую очередь на геологию и биологию. На характер развития геологических процессов существовали две противоположные точки зрения, одна из них заключалась в представлении о непрерывном и постепенном их течении (градуализм), а другая — об их прерывистости (пунктуализм). Однако в настоящее время становится все более ясным, что в природе непрерывно-прерывистое развитие является нормальной формой протекания геологических процессов и периоды постепенных изменений геологической среды сменяются резкими качественными и количественными (катастрофическими) изменениями. В начальный период становления геологии, когда впервые стали применять биостратиграфический метод, дискуссии вокруг этой проблемы носили острый и непримиримый характер. Особенно большие споры возникали при анализе развития органического мира, а также при выяснении скорости проявления экзогенных и эндогенных процессов. Французский геолог Л. Эли де Бомон (1798-1874) объяснял катастрофическими событиями также перерывы и несогласия напластования горных пород, неоднократно проявлявшиеся в процессе формирования горных сооружений. К идеям катастрофизма благосклонно относилось и духовенство, поскольку эти идеи были созвучны библейским представлениям о Всемирном потопе. Наиболее ярким представителем катастрофического направления явился выдающийся французский ученый Ж. Кювье. Наблюдая резкое различие в составе фауны смежных осадочных толш, разделенных перерывами, он пришел к выводу, что при смене геологических эпох органический мир изменялся мгновенно. Внезапно массовые вымирания организмов были обусловлены катастрофическими «переворотами на поверхности земного шара». Противоположной концепцией была гипотеза эволюционизма в развитии органического мира, с основоположником которой можно считать Ж.Б. Ламарк, названного в его честь ламаркизмом. Эволюция организмов, по его мнению, представляет процесс преобразований низших форм в высшие, который происходит в прогрессивном направлении на протяжении длительного времени постепенно, без катастрофических событий. Представителем той же школы эволюционистов был Ж. де Сент-Илер (1772-1844). В своих палеонтологических работах он стремился показать, что современные животные и растения имеют корни в минувших эпохах, причем изменение животных происходит под влиянием изменений окружающей среды. Также рьяным сторонником эволюционного учения являлся и английский естествоиспытатель Ч. Ляйель. Уже в самой своей основе труд Ч. Ляйеля направлен против катастрофических взглядов на развитие Земли. Наблюдения, сделанные им в окрестности Неаполя, подтвердили наличие медленных, постепенных колебательных движений. Свое учение Ляйель построил исходя из трех главных положений: единообразия протекающих на Земле процессов в течение длительного геологического времени; непрерывности действия природных явлений; суммирования действия незначительных по масштабу проявлений этих процессов, приводящего по истечении времени к огромному преобразованию лика Земли. Принятие принципа униформизма по мнению Ч. Ляйеля, дает исследователю не только правильное понимание природы происходящих явлений, но и надежный метод, названный позднее методом актуализма, основанный на сходстве характера современных геологических процессов и геологических процессов прошлого. |