Возникновение экспериментального и математического методов

Новая методология и новая организация науки. Бэкон и Декарт

Потребность научного развития вызвала к жизни новые организации в виде научных обществ и академий. Первая такая – Флорентийская академия опыта – была организована в 1657 г. учениками и последователями Галилея.

Флорентийские академики (их всего было 9) совместно ставили и обсуждали опыты, описанные позднее в сборнике трудов академии, вышедшем в 1667 г.В этом же году академия была закрыта по требованию папских кругов. Так было уничтожено наследие Галилея.

Еще рань, чем во Флоренции, начиная с 1645 г. в Лондоне стал собираться кружок любителей естественных наук. После реставрации кружок получил формальный королевский статут Лондонского Королевского общества в 1660 г., которое было основано «для преуспения экспериментальной философии» под девизом «ничего на слово» и существует поныне как высшее научное учреждение Англии.

Академия в Париже была утверждена в 1666 г. Затем последовали организации научных обществ и академий и в других государствах. В России академия была организована 24 января 1724 г. – Петербургская Академия наук Петром 1.

Развитие науки потребовало развития научной информации. С 1665 г. начали выходить труды Лондонского королевского общества, затем Парижской Академии наук. С 1682 г. в Лейпциге стал выходить научный журнал.

Таким образом, мы можем говорить о прошедшей в XVII веке научной революции, в результате которой возникла классическая физика (и не только физика) в той форме и теми методами познания, какой ее мы сегодня знаем.Говоря о методе познания, следует напомнить, что наряду с индуктивным в современной науке находит широкое применение дедуктивный метод, когда из небольшого числа общих принципов выводятся и прослеживаются в деталях частные следствия.

Метод дедукции был обоснован вскоре после Бэкона французским философом Рене Декартом (1596-1650) в книге «Рассуждение о методе», которая вышла в свет в 1637 г. Согласно Декарту, применяя метод геометров, т.е. математиков, можно добиться в изучении природы огромных успехов. Для этого метода нет недостижимых истин, «столь сокровенных., чтобы нельзя было их раскрыть». Эта вера в мощь математического метода весьма характерна для Декарта, и он особенно ценил Галилея за то, что тот «старается изучать вопросы с помощью математического рассуждения».

Но основной проблемой физики XVII в. были законы движения. Как применить математику к движению? И здесь Декарту принадлежит решающее открытие: он ввел в математику переменные величины, установил соответствие между геометрическими образами и алгебраическими уравнениями; Декарт положил начало аналитической геометрии.

Галилей независимо т Декарта пришел к идее представления переменной величины линией. Этой идеей воспользовался для вывода закона пути равноускоренного движения.

В письмах Декарта встречается формулировка закона инерции, уже почти текстуально совпадающая с ньютоновской: «Полагаю, что природа движения такова, что, если тело пришло в движение, уже этого достаточно, чтобы оно продолжало с той же скоростью и в направление той же прямой линии, пока оно не будет остановлено или отклонено какой-либо другой причиной»

В физике Декарта нет места силам, действующим на расстоянии через пустоту. Все явления мира сводятся к движению и взаимодействию соприкасающихся частиц.

Первые успехи экспериментальной физики

Была продлена большая работа по обоснованию и укреплению гелиоцентрической системы мира (Коперник, Бруно, Кеплер, Галилей), по критике перипатетической методологии и науки.

Успехи экспериментального и математического метода обозначились прежде всего в механике. XVI век был веком освоения античного наследства. Коммандино (1509-1575) перевел труды Евклида, Архимеда, Герона, Папа Александрийского. Ученик Коммандино, друг Галилея, Гвидо Убальдо дель Монте (1545-1607) издал сочинение по статистике. В котором изложил работы древних авторов и развил их, решая задачу равновесия косого рычага, не зная, что эта задача уже была решена Леонардо. Гвидо Убальдо ввел в науку термин «момент». Этот термин вообще широко использовался в XVI в и начале XVII в., в частности Галилеем, однако у Умбальдо он наиболее подходит к современному понятию «статический момент силы».

Новый подход к статическим проблемам мы находим в классическом труде «Начала статистики» голландского инженера и математика Симона Стевина (1548-1620), которому математика обязана введением десятичных дробей. Стивен понял векторный характер силы и впервые нашел правило геометрического сложения сил. В сочинении Стевина содержится также принцип возможных перемещений в применении к полиспасту; во сколько раз полиспаст дает выигрыш в силе, во столько же раз проигрывает в пути, меньший груз проходит больший путь.

Открытие изохронности колебания кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и конструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать. Она была опубликована после его смерти, когда маятниковые часы уже были запатентованы Гюйгенсом.

Еще при жизни Галилея Эванжелиста Торричелли (1608-1647) обратил на себя его внимание своим сочинением, в котором решил задачу о движении тела, брошенного с начальной скоростью под углом к горизонту. Торричелли определил траекторию полета (она оказалась параболой), вычислил высоту и дальность полета, показав, что при данной начальной скорости наибольшая дальность достигается при направлении скорости под углом 45 градусов к горизонту. Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование давления и получившего «торричеллиеву пустоту».

Французский математик, физик, философ Блез Паскаль (1623-1662) известен своими результатами в геометрии, теории числа, теории вероятностей и т.д. вошел в историю физики как автор закона Паскаля о всесторонней равномерной передаче давления жидкости, закона сообщающихся сосудов и теории гидравлического пресса.

Из опыта Торричелли родилась научная метеорология.

Связь с практикой, с оптическим производством характерна для оптики XVII в. Крупнейшие ученые этой эпохи, начиная с Галилея, сами изготовляли оптические приборы. Обрабатывали поверхность стекол, изучали и совершенствовали опыт практиков. Степень обработки поверхностей линз, изготовленных Торричелли, была настолько совершенна, что современные исследователи предполагают, что Торричелли владел интерференционным методом проверки качества поверхностей.

Другой голландец – Левентук – изготовлял превосходные микроскопы и стал основателем микробиологии.

Важным достижением Декарта в оптике была теория радуги. Он правильно построил ход лучей в дождевой капле, указал. Что первая, яркая дуга получается после двукратного преломления и одного отражения в капле, вторая дуга – после двукратного преломления и двукратного отражения.

Начало исследования в области электричества и магнетизма было положено книгой врача английской королевы Елизаветы Уильяма Гильберта (1540-1603) «О магните, магнитных телах и большом магните –Земле, новая физиология». Гильберт первый дал правильное объяснение поведению магнитной стрелки в компасе. Он открыл усиление магнитного действия железным якорем, которое правильно объяснил намагничением железа. Он установил, что намагничение железа и стали происходит и на расстоянии от магнита (магнитная индукция). Ему удалось намагнитить железные проволоки магнитным полем Земли. Гилберт отметил, что сталь в отличие от железа сохраняет магнитные свойства после удаления магнита.

Крупный шаг вперед сделал Гильберт и в изучении электрических явлений. Экспериментируя с различными камнями и веществами, он установил, что кроме янтаря, свойство притягивать легкие предметы после натирания приобретает ряд других тел (алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сера, смола и т.д.), которые он назвал электрическими, т.е. подобными янтарю.

«Я воздаю величайшую хвалу и завидую этому автору», писал Галилей в «Диалоге» о книге Гильберта.

Только в XVII в. начались попытки определения температуры более активными показателями, чем человеческие ощущения. Один из первых термометров, точнее термоскопов был изготовлен Галилеем. Исследования тепловых явлений после смерти Галилея продолжали флорентийские академики. Появились новые формы термометров. Ньютон изготовил термометр с льняным маслом.