Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Byesov L.M. Istoriya nauky i tekhniky / Бєсов Л.М. Історія науки і техніки.pdf
Скачиваний:
493
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
10.8 Mб
Скачать
Схема досліду Ньютона з призмою

вихідних посилань, він же дає перевірку правильності зроблених висновків».

Ньютон

Третiй період історіі науки ХVІІ ст., як вже відзначалось, пов’язаний з життям Ісаака Ньютона. Для нього вчення Декарта не було апостолом кiнцевої істини. Саме тому він є генiєм в історiї науки. Ньютон, даючи пояснення своїм досягненням, писав,

що вiн бачив далі своїх попередників тільки тому, що стояв на їх плечах. Хто ж цi гіганти? Безперечно Кеплер, Галiлей, Коперник, Леонардо да

Вінчі і, як вже вiдомо, Декарт. «Спираючись» на їх плечі, Ньютон залишив спадщину в самих рiзних галузях науки: в оптицi, астрономiї, математицi. Але найголовніше, що золотими літерами вписано в історiю і прославило його iм’я, – створення основ механіки, вiдкриття закону всесвiтнього тяжiння і розробка на цiй основі теорiї руху небесних тiл. Ним створена корпускулярна теорiя світла, відкрито спектральний склад сонячного світла. Будь-якого зі згаданих досягнень досить для того, щоб його iм’я попало в енциклопедiю. Ньютон винайшов i побудував дзеркальний телескоп. І не можна не погодитись зі словами, якi викарбованi на його могилі: «Нехай радіють смертнi, що iснувало таке прикрашення роду людського».

Для телескопів Ньютон сам шліфував скельця. Виявилось, що скельця зі сферичною поверхнею не дають чiтких зображень предметiв. Декарт доводив обчисленнями, якщо скельцям надати iнших форм, то можна звести всi промені, що вийшли з однiєї точки, в одну ж точку. Ньютон намагався виготовити таке скло, але не знайшов у ньому переваги перед сферичним. Він підозрював, що iснує інше джерело нечіткостi зображення. Дослід з призмою, з яким знайомлять ще в школi, пiдтвердив здогадку вченого. Коли Ньютон встановив складнiсть білого променю, то зрозумів, що в ньому i мiститься головна причина нечiткостi зображень, якi давали сферичнi лiнзи. Вчений прийшов до висновку, що цей недолiк не можна здолати, відказався вiд телескопiв зі скельцями і почав використовувати дзеркала. Так, у 1671 р. він власноручно виготовив перший рефлектор (відбивний телескоп). Як експонат, телескоп

175

зберігається в Королівському науковому товариствi. До цього треба додати, що скромний дослід Ньютона у наступні періоди розрiсся в цiлу науку про спектри.

Справа дiйшла до того, що авторитет Ньютона iнколи ставав гальмом на шляху розвитку науки. Так, схильність його до корпускулярної теорiї тривалий час вимушувала визначних вчених з упередженням ставитись до хвильової оптики. Але це не є провина Ньютона, а його послідовникiв-догматиків. Сам учений шукав компромiс мiж корпускулярним i хвильовим уявленням. Він вiдкрив вигiдний для спостереження інтерференцiальний ефект – «кiльця Ньютона». 3а допомогою моделi «приступів легкого i важкого вiдбиття» намагався пояснити це типове хвильове явище.

На окремi результати дослiджень Ньютона ще за його життя претендували іншi автори. Наприклад, Лейбніц вiдстоював першiсть у створеннi математичного аналiзу. Є автор і вiдкриття закону всесвiтнього тяготiння – це Гук. Але дослiдження показали, що математичний аналiз Ньютоном створено незалежно від Лейбніца. Так само як i закон всесвiтнього тяжiння сформульований незалежно вiд Гука. Ньютону «поталанило» в тому, що чума 1666–1667 рр. змусила його стати заложником рідного маєтку Вулстроп. Там він і започаткував основи своїх майбутніх наукових досягнень. Два найважливіших відкриття зроблено саме у цей час – розроблені основи диференціального й інтегрального обчислення. У 1684 р. почав писати головну працю свого життя – «Математичні начала натуральної фiлософiї», якi навіть за схемою побудови нагадують «Начала» Євклiда. Варто вiдзначити, що знаменита праця грецького вченого є вiдображенням класичної геометрії. «Математичнi начала натуральної фiлософії» Ньютона – звершений будинок класичної, ньютонівської механіки. У фундамент цього будинку Ньютон не лише поклав камiння, але i звiв половину стiн.

176

«Математичнi начала натуральної фiлософії» – основна праця нової науки. Вона спирається на спостереження, експеримент і математичний розрахунок. Цим вона радикально відрізняється від старої схоластичної науки, яка бачила вершину доказу в посиланні на авторитет. При створенні «Математичних начал» Ньютон, зокрема, використав спостережницькі дані першого директора Грінвічської обсерваторії Джона Флемстіда. Мистецтво Ньютонаекспериментатора покладено в основу сучасного експериментування. Стосовно математичного розрахунку, то на сторінках «Начал» Ньютон виступає як майстерний геометр, незважаючи на те, що при написанні володів створеним ним же, незалежно від Лейбніца, математичним аналізом. Заголовок ньютонівської книги вказує не тільки на використання математичних розрахунків, а і ще на одну важливу обставину: викладаючи основи «натуральної фiлософії» (фізики), Ньютон дотримується канонів математичної суворості, установлених «Началами» Євкліда.

Незважаючи на те, що фізика – наука індуктивна, тобто у пошуках закономірності фізик здійснює пошук від часткового до загального, в «Математичних началах» «натуральна філософія» викладається від загального до часткового.

У цьому творі вчений узагальнив результати, одержані його попередниками і ним самим, створив стрімку систему механічних знань, яка охопила усі відомі земні і небесні явища. Він дає визначення вихідних понять механіки (простір, час, маса, щільність, кількість руху, сила і т.д.) і формулює три основних закони механіки:

інерції, пропорційності

 

кількості

 

руху

 

прикладеній

силі,

 

рівності

дії

та

 

протидії.

В

своїх

 

«Началах»

Ньютон

 

розглянув

рух

тіл

 

під дією

 

 

 

центральних

сил,

 

виклав своє учення

 

про всесвітнє тяжіння

Доповідь Ньютона у Лондонському

і використавав

його

для пояснення руху і

Королівському товаристві

форми небесних тіл: процесії і стислення Юпітера, особливості руху Місяця, сплющеності Землі біля полюсів. Він досліджував рух тіл у газах і рідинах залежно від їх швидкості, розповсюдження звуку в пружних тілах, сформулював закон нагрітого тіла, приділив багато уваги задачам механічної подібності. Великий французький вчений

177

Лагранж назвав «Принципи» Ньютона «найвеличнішим твором людського розуму».

“Математичнi начала натуральної фiлософії” – одна з найбільш значних книг у світовій скарбниці людського знання. Сам Ньютон про свою працю писав так: «Твір цей нами пропонується як математична основа фізики. Вся трудність фізики, як буде видно, полягає в тому, щоб по явищах руху пізнати сили природи, а потім по цих силах пояснити решту явищ. З цією метою призначені загальні пропозиції, викладені у книгах першій і другій.У третій же книзі ми даємо приклад...додатку, пояснюючи систему світу, тому тут з небесних явищ за допомогою пропозицій, доведених у попередніх книгах, математично виводяться сили тяжіння тіл до Сонця і окремих планет. Потім по цих силах, також за допомогою математичних пропозицій, виводяться рухи планет, комет, Місяця і моря. Було б бажаним вивести з основ механіки і решту явищ природи, розмірковуючи подібним же чином, тому що багато чого вимушує мене припустити, що усі ці явища обумовлені деякими силами, з якими частки тіл, внаслідок причин, поки що невідомих, або наближаються одна до одної і поєднуються у правильні фігури, або взаємно відштовхуються і віддаляються одна від одної. Оскільки ці сили невідомі, то до цього часу спроби філософів пояснити явища природи і залишались безплідними. Я все ж сподіваюсь, що або цьому способу міркування, або іншому, більш правильному, викладені тут основи дадуть певне висвітлення».

Ньютон закінчив i поставив останню крапку у боротьбі, яку розпочав Коперник з Птолемеєм. Це була внутрішня, інтелектуальна боротьба представникiв наукового свiтогляду. Ньютоном завершена робота з доказу нереальностi основних положень птолемеївської системи. Тi, хто працював над цiєю системою, виробили точні методи вимiрювальних наук. На птолемеївськiй системi розвинулись тригонометрiя i графiчнi прийоми робiт. Пристосовуючись до неї, зародилась сферична геометрiя. На грунті цієї теорїї зростали вимiрювальнi прилади астрономії, розвивалась математика. Вони стали необхідним вихiдним пунктом для усіх інших точних наук. Прагнення поєднати складність з точнiстю цих приладiв проклало шлях до своєрiдної сучасної техніки наукових приладiв. У свою чергу така техніка стала могутнім знаряддям усього точного знання.

Гука, про якого ми згадали, можна назвати першопроходцем у вiдкритті закону всесвітнього тяжіння, проведенні експериментів у галузі оптики. Але ж математичного доказу закону всесвітнього тяжіння у Гука не було. Він був енциклопедистом, людиною колосальних знань, переповнений новими ідеями, з якими сам не міг упоратись. У нього нiколи не вистачало часу для того, щоб довести до логічного завершення свої генiальнi здогадки, відшлiфувати,

178

узагальнити нові факти. Те, що виконував Гук, за сучасними мірками вимагало інтенсивної роботи цілого інституту. Він щоденно протягом двадцяти років демонстрував членам Королівського товариства невідомі їм явища, окремі з них ним же відкриті. Ця людина бачила вперед на сотні років. Ми просто не знаємо його спадкоємності.

На вiдрізнення від Гука Ньютон був систематизатором з універсальним i неосяжним розумом. Настирний і наполегливий він не терпів заперечень, мав успіхи в усіх галузях своєї діяльності: у фізиці, математиці, механіці, астрономії і богослів’ї (поразку він потерпів тільки у своїх заняттях алхімією). Можливо тому, коли Гук, як і Гюйгенс, висловився про неповноту теорії світла і кольорів, запропонованих Ньютоном, свій гнів він переніс на Королівське товариство. Ньютон дотримувався принципу – витрачати свiй час на продуктивну роботу, нiж безглуздо в суперечках доводити право на прiоритет. Написані ним «Начала» опублiкованi тiльки через двадцять рокiв за вимогами Галлея (1656–1742 рр.).

Галлей – математик, астроном, фізик, геофiзик і найближчий товариш Ньютона – видав «Принципи» на власні кошти. Тривалий час намагався у працях Кеплера відшукати вiдповідь на запитання про рух своєї комети. 3вертався до Гука за допомогою, але безрезультатно. Коли ж він звернувся до Ньютона з проханням допомогти знайти відповідь, то був вражений миттєвим відгуком: «По еліпсу». На наступне запитання, звiдки це йому вiдомо, Ньютон вiдповiв: «Я це обчислив».

Для тото, щоб розв’язати сьогоднi переважну бiльшiсть задач з фiзики, достатньо знати двi формули: F = m a – другий закон

Ньютона і F = G

M m

 

 

– закон всесвітнього тяжіння. Вiдкритий

r 2

 

 

 

 

Ньютоном закон всесвiтнього тягжiння є основою для розрахункiв руху штучних супутників 3емлi та інших штучних небесних тiл. З двох формул Ньютона можна одержати закони Кеплера, закон збереження енергiї. Нам вже відомо, що у другому законі Ньютона є спiвавтор –Галiлей. Це вiн, як згадувалось, першим поправив Аристотеля: Не покоїтись, або зупинятись має тiло, на яке не дiють сили, а покоїтись i рухатись рiвномiрно. А якщо є сила, то рух буде прискореним. Є співавтори і у закона всесвiтнього тяжіння. Про Гука вже відзначалось. Кеплер у свій час сказав, що важкість – є взаємне тяжіння усiх тiл. Здогадка щодо закону зворотних квадратiв була i у Буйо. Але як і Гук, він не зміг його довести. І, нарештi, пресловуте яблуко. Якщо iсторiя з ним є легенда, то схоже її вигадав не Вольтер, а сам Ньютон.

Історiя розвитку европейського наукового співтовариства на початку ХVІІІ ст. була затьмарена ворожнечою мiж Ньютоном i Лейбнiцем – таким же мислителем їх епохи. Ворожнеча виникла

179

внаслiдок суперечки за пріоритет у вiдкритті обчислення нескінченно малих. Сьогоднi сумнiв розвiяно. Винахiд диференцiального й iнтегрального обчислення зроблено незалежно Лейбнiцем і Ньютоном. Підхід до проблеми в обох вчених був рiзний.

Ньютон став національним героєм ще за життя. Його досягнення у фiзицi були настільки значними, що сприймались вченими як модель для пiзнання всіх закономiрностей у природi i суспільстві. Тепер ми знаємо, що на той час це так i було. Ньютон є генiальною особою. Лагранж так сказав про нього: «Він найщасливіший – систему Всесвiту можна встановити тільки один раз».

Ньютон добре розумів, що одержанi ним результати не дуже точні і однозначнi. Свідченням цього є болiснi роздуми над проблемою тяжіння, пошук гіпотези ефіру, про що стверджує його захоплення алхiмiєю, теологiчнi роздуми. Він знав, що закони природи не можна зводити тільки до механіки. Але разом з тим усе те, що знала ця людина, вона розповіла свiту. Ним створенi основи сучасної науки. Наукова революція завершилась. Головним провідним напрямком її було становлення нової математики, математики безперервних процесів. Завершальну роль у науковій революції відіграло також становлення ньютонівської механіки, нового світогляду, якому призначено було істотно вплинути на розвиток науки у найближчі два з половиною століття. Історiя готувала грунт для новiтньої революції у природознавстві, яка відбулась на рубежi ХІХ–ХХ століть.

Справедливим буде визнати, що наукова революція ХVІІ ст. створила передумови, внаслідок яких у ХVІІІ ст. розпочався промисловий переворот.

180

НАУКА І ТЕХНIКА ХVІІ-ХІХ СТОЛIТЬ

Починаючи з античного свiту, освiчені люди, як уже вiдзначалось, не мали майже нiякого вiдношення до виробництва (виняток – Архiмед i деякi монастирські служителi середньовіччя). Тому наука цікавилась суто схоластичними теоріями. Виробничі процеси вчених не турбували.

ХVІІ ст. – це перiод розквіту мануфактурного виробництва, яке, як вiдомо, потребувало більше машин, ніж феодальне. В зв’язку з цим зароджуються новi взаємовiдносини мiж ремiсниками i вченими. Перші усвiдомили, що наукова теорія здатна приносити користь у практичних справах. Другі, – що виробничий досвiд ремiсника допоможе їм у розкритті ще невідомих явищ Природи. Таким чином помiтно стали наближатись теорія і практика одна до одної. Наука об’єднала їх на грунтi взаємовигоди. Розвиток матеріального виробництва стає тісно пов’язаний з досягненнями науки i використанням її результатiв у практичному житті людей. Найбiльше це виявилось через широке використання технiчних засобiв, машин. На форми останніх впливали і особливостi мануфактурного виробництва, і наукова революцiя, і змiни, що виявлялись у самій технiцi. 3 ХVІІ ст. технiка починає розвиватись автономно. Мануфактура набула інтенсивного розвитку, потребує удосконалення технiчної бази. Пожвавлюється винахiдництво. При розробці машин винахiдники прагнуть використати знання з математики і механiки. Світ техніки набуває нових рис.

Ще на межі ХV–ХVІ ст. під кутом зору механіки Леонардо да Вінчі розглядав функції живих організмів. Як художник і скульптор, він пояснював пози і положення людини загальними законами механіки. Заслуговує уваги прагнення Леонардо розглядати функції серця з механічної точки зору. Не зважаючи на те, що він і називав серце «чудовим знаряддям», яке винайдене «верховним художником», за всієї своєї «чудовості» це «знаряддя» підлягало аналізу з позицій механіки.

Помiтнi змiни спостерiгаються в натурфiлософiї. Вона остаточно розмежовується з фiзикою, відступає на заднiй план. В перiод бурхливого прогресу механiстичного природознавства (ХVІІХVІІІ ст.) панiвними стають анатомічні методи i механiстичний спосіб вивчення природи. Природознавство мало безпосереднє відношення до виробництва машин. Навіть далека, на перший погляд, вiд техніки раціоналiстична фiлософiя Рене Декарта iстотно впливала на їх технічне формування. Декарт, як i Ламетрi, визнавав матерiальний світ, часткам якого властива довжина i що рухаються згідно з законами механiки. Вони вiрили, що закони механiки є

181

універсальними законами світу i їх можна розповсюдити на живу природу.

Великий резонанс у науцi дало вiдкриття лiкаря з Англії Вільяма Гарвея. Вiн виявив у тварин великий кровообіг. З точки зору механiки таке вiдкриття можна було легко пояснити. Знаменитий твір «Анатомічне дослідження про рух серця і крові у тварин», що містить відкриття великого кола кровообігу, асоціював рух крові за законами механіки. Грунтуючись на цьому відкритті, Декарт зробив висновок, що тварина є не що iнше, як машина. Людина від тварини відрiзняється лише тим, що має душу. Серце у неї –це гідравлічна машина, яка штовхає кров по судинах. Теорія Декарта «Тваринимашини» цілком відповідала уяві фізіологів ХVІІ ст., якi уподiбнили живий органiзм механiчнiй системi. Послідовники цієї ідеї називалися ятромеханiками. Вони були впевнені в тому, що усi процеси в органiзмi вiдбуваютьcя відповідно до механiчних законів, а життя підтримується особливим теплом. У ХVІІІ ст. Ламетрi висунув концепцiю «Людини-машини». На його думку, організм людини – це механім, куди завантажують паливо–їжу, легені–міхи нагнітають для горіння повітря, серце–насос прокачує живильну рідину – кров по усіх клітинах, які скидають відпрацьовані мастила і шлаки, що пригорають. Вченим залишалось поки що невідомо: хто керує тваринною фабрикою, хто стабілізує її температуру, обирає мету, дає команди на рух, заправку, відпочинок?

Механiстична система світогляду сприяла збiльшенню спроб побудови автоматiв, багато з яких можна назвати дотепними. Рацiональна фiлософiя з її механiстичними уявленнями i перенесенням законів механiки на живу природу породила зворотний процес – процес перенесення рухових принпипів і форм з живих органiзмів на технiчнi об’єкти. Вихiдним було наступне положення: Природою у тваринному свiтi створенi найдосконалiшi механiзми, що втiленi у такi ж досконалi форми. У птаха літальний апарат – крила, у риби плавальний апарат – хвіст i плавець. Побудуй такi ж органи i прилаштуй їх людинi – і вона за їх допомогою почне лiтати і плавати.

Спроби практично розв’язати проблему польоту людини зробив у 1675 р. відомий англійський вчений Гук. Потрібно було, на його думку, створити штучні м’язи для людини, які у десять– двадцять разів збільшили б її силу. Він розглядав м’язи як сукупність тонких трубок, що кінцями приєднуються до сухожилок. Рух м’язів мав наповнювати або опорожнювати трубки. На цьому принципі Гук і сконструював штучні м’язи. Привабливiсть і здавалось би легкiсть розв’зання проблеми привели до появи окремих проектiв машин, заснованих на запозиченнi форми тварин. Незважаючи на невдачi, iдеї не вмирали i знаходили своїх прихильників.

182

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.