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.

Декарт провозгласил примат математического описания мира, но дал лишь его качественную картину (хотя сегодня прямоугольные координаты мы называем Декартовыми, у Декарта они были косоугольными и произвольными). Отличительная черта взглядов Декарта‑естественника – синкретичность его механики (и оптики) с философией, поэтому все три положения его механики очень важны для понимания последующей философии естествознания:

– в мире отсутствует пустота, Вселенная наполнена материей (и вся она в непрерывном движении);

– материя и пространство суть одно;

– не существует абсолютной системы отсчета, а следовательно, абсолютного движения.

Р. Декарт был типичным представителем ятрофизики – направления в естествознании, рассматривавшего живую природу с позиций физики. Дальнейшее развитие это направление получило в работах итальянского анатома Джованни Борелли – основоположника ятромеханики – и впоследствии выросло в биомеханику. С позиций ятрофизики и ятромеханики живой организм подобен машине, в которой все процессы можно объяснить с помощью математики и механики. Подобно ятро– физике широкое развитие получила и ятрохимия, считающая, что все процессы, совершающиеся в организме, химические, поэтому с химией должно быть связано как изучение процессов, так и лечение болезней.

К концу XVII в. «новый» космос, новая картина мира, что и было когнитивной сутью науки, оформилась полностью. («Ньютоновская физика была полностью спущена с Небес на Землю по наклонной плоскости Галилея», – писал Анри Бергсон.) Ее архитектором и прорабом стал Исаак Ньютон.

Роль Ньютона в истории науки удивительна. Многое, чем он занимался, что он описал, в частности, в знаменитых «Математических началах натуральной философии» (первое издание в 1687 г.), было раньше высказано и описано другими. Например, в частных экспериментах и рассуждениях X. Гюйгенс фактически использовал такие важнейшие положения, как пропорциональность веса тела G его массе; соотношение между приложенной силой, массой и ускорением (F = та); равенство действия и противодействия. Известны не всегда красивые приоритетные споры, героем которых был Ньютон (чего стоит один спор с Лейбницем). Но все это не умаляет величия научного подвига Ньютона. Он показал себя настоящим мастером, который не столько обобщал, сколько создавал оригинальную новую концепцию мира. У Ньютона также слились космология и механика, главными положениями которых стали понятия движущей силы, инерции, соотношения гравитационной и инертной масс.

Понятие движущей силы – высшей по отношению к телу (любому: снаряду или Луне, например), которая может быть измерена по изменению движения, производимого ею. При этом Ньютон понял, что сила, скорость и ускорение представляют собой векторные величины, а законы движения должны описываться как соотношения между векторами. Наиболее полно все это выражается вторым законом Ньютона: «Ускорение а, сообщаемое телу массы т, прямо пропорционально приложенной силе Fи обратно пропорционально массе, т. е. F= та».

Понятие инерции, которая изначально присуща материи и измеряется ее количеством. Первый закон Ньютона: «Если бы на тело не действовало никаких сил вообще, то оно после того, как ему сообщили начальную скорость, продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно и прямолинейно». Следовательно, никаких свободных движений нет, а любое криволинейное движение возможно лишь под действием силы.

Понятие соотношения гравитационной и инертной масс i иш прямо пропорциональны друг другу Отсюда обоснование тяготения как универсальной силы и третий закон Ньютона: «Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположно направленное, или, иными словами, взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению».

Особое место в размышлениях Ньютона принадлежит поиску адекватного количественного (математического) описания движения. Именно с него начинается новый раздел математики, который Ньютон назвал «метод начальных и конечных отношений» (дифференциальное исчисление). Исследуя движение по некруговой орбите, Ньютон рассматривал его как постоянно «падающее». Он ввел понятие «предельное отношение», основанное на интуитивном представлении о движении, так же как Евклидовы понятия «точки» и «линии» основаны на интуитивном восприятии пространства, это своего рода кванты движения.

Особое значение здесь имеют те «предельные отношения», которые характеризуют скорость изменения каких‑либо величин (т. е. в зависимости от времени). Ньютон назвал их «флюксиями» (сейчас – производные). Вторая производная звучала как «флюксия от флюксий», что особенно возмущало одного из критиков Ньютона епископа Дж. Беркли, который считал это нелепым изобретением, подобным призраку природы.

Среди выдающихся исследователей и мыслителей XVII в. следует назвать Готфрида Лейбница и отметить его значительно более глубокое, чем у Ньютона, понимание, вернее, конструирование понятия «дифференциал» как общенаучного термина (термин принадлежит Лейбницу), как собственно научного метода, а не только языка научного описания конкретного научного факта, а также его удивительную теорию – «Монадологию» – о своеобразных квантах, «монадах» бытия и, кроме того, понятия абсолютного («пустого») пространства, в котором находятся сосредоточенными массы (с их взаимным дальнодействием и единым центром масс), и абсолютного же (полностью обратимого, поскольку перемена знака времени в формулах механики не меняет их вида и смысла) времени с начальной точкой отсчета.

Теория Ньютона – простая, ясная, легко проверяемая и наглядная – стала фундаментом всего «классического естествознания», механической картины мира и философии, интегральным выражением и критерием самого понимания научности на более чем 200 лет. Не утратила полностью своего значения она и сегодня.