Тема 4. Народження сучасної науки. План
Народження сучасної науки.
Техніка мануфактурної епохи.
Промислова революція.
Народження сучасної науки.
Відродження торкнулося і астрономії, в 1543 році польський священик Микола Коперник, який вчився в Італії, видав книгу, в якій він воскресив ідею Аристарха Самоського про те, що Земля обертається навколо Сонця. Проте, як і в древні часи, ця теорія не узгоджувалася із спостереженнями астрономів, зокрема із спостереженнями датського астронома Тихо Браго, який створив великі і точні астрономічні таблиці. У 1609 році Йоганн Кеплер, астроном і астролог при дворі германського імператора, проаналізував таблиці Тихо Браго і шляхом копітких обчислень показав, що Земля обертається навколо Сонця - але не по колу, а по еліпсу. Таким чином, учені Нового часу вперше перевершили учених Стародавнього світу.
Експериментальне підтвердження теорії Кеплера було дане великим італійським вченим Галілео Галілеєм. З давніх часів основним запереченням проти геліоцентричної теорії було те, що місяць обертається навколо Землі - аналогічно вважали, що і інші небесні тіла повинні обертатися навколо Землі. У 1609 році Галілей одним з перших створив підзорну трубу і з її допомогою зробив багато сенсаційних для того часу відкриттів. Він виявив багато нових зірок і відкрив чотири супутники, що обертаються навколо Юпітера, - тепер стало зрозуміло, що місяць - це не планета, а супутник, подібний до супутників Юпітера, а планети, на відміну від супутників, обертаються навколо Сонця. Галілей енергійно виступив на підтримку вчення Коперника і був притягнутий до суду інквізиції; він був вимушений, стоячи на колінах, публічно відректися від своїх помилкових думок. Галілею тоді було вже 70 років, і він провів залишок життя під домашнім арештом - але продовжував працювати і ставити досліди. Він встановив, що Аристотель був не правий, стверджуючи, що важкі тіла падають швидше за легкі, що гарматне ядро летить по параболі і що час коливання маятника не залежить від амплітуди. Галілей відкрив закон інерції, закон рівноприскореного руху і встановив принцип складання (суперпозиції) рухів. Ці відкриття стали початком сучасної механіки.
Досліди Галілея продовжував його учень Торрічеллі (1608-1647), який відкрив вакуум, атмосферний тиск і створив перший барометр. Дослідження вакууму зацікавило учених багатьох країн. Француз Блез Паскаль здійснив з цим барометром сходження на одну з гір і виявив, що по мірі підйому атмосферний тиск падає. Німець Отто Герніке і англієць Роберт Бойль майже одночасно винайшли повітряний насос. Бойль також встановив, що об'єм, займаний газом, обернено пропорційний до тиску (відомий закон Бойля-Маріотта). Почате Галілеєм дослідження маятника було продовжене нідерландцем Хрістіаном Гюйгенсом (1629-95), який в 1657 році створив перший маятниковий годинник.
По мірі розвитку науки вирішувалася проблема правильного обґрунтування наукових істин і теорем. Англійський філософ Френсіс Бекон в творі «Новий Органон» (1620) дав визначення індуктивного і дедуктивного методів доказу. Французький філософ Рене Декарт (1596-1650) ввів в нову науку правила математичного доказу; він наполягав на необхідності доказу будь-якого твердження. Коли у Декарта попросили довести, що він існує, він відповів: «Я мислю - отже, я існую». Декарт перший став зображувати криві у вигляді графіків функцій і створив аналітичну геометрію, він ввів поняття «кількість руху» (це добуток маси на швидкість - mv) і встановив закон збереження кількості руху при відсутності зовнішніх сил.
Ідеї Декарта були сприйняті Ісааком Ньютоном (1643-1727). Найбільшим відкриттям Ньютона був його «другий закон механіки», який стверджував, що «зміна кількості руху пропорційна прикладеній силі». «Зміна кількості руху» - це маса, помножена на похідну швидкості, таким чином, другий закон давав початок диференціальному численню. Іншим великим відкриттям Ньютона був закон всесвітнього тяжіння, при доказі цього Ньютон використовував формулу відцентрової сили, отриману раніше Гюйгенсом.
Честь створення диференціального числення оспорював у Ньютона знаменитий німецький вчений Готфрід Лейбніц (1646-1716). Лейбніц, зокрема, встановив закон збереження кінетичної енергії. Роботи Лейбніца і Ньютона в області механіки і диференціального числення продовжував швейцарський вчений Йоганн Бернуллі (1667-1748).
Успіхи учених притягнули увагу королів і міністрів. У 1666 році знаменитий міністр Людовика XIV Жан-Батист Кольбер умовив короля дати засоби на створення Французької Академії наук. Це було відновлення традицій Олександрійського Мусея, в Академії були створені обсерваторія, бібліотека і дослідницькі лабораторії, випускався науковий журнал. Академікам платили велику платню; у числі академіків були такі знаменитості як Гюйгенс і Лейбніц. Кольбер ставив перед Академією практичні завдання, під керівництвом Пікара був точно виміряний градус меридіана і складена точна карта Франції - причому виявилось, що розміри країни менші, ніж вважали раніше. Людовик XIV жартома сказав, що «пани академіки викрали у нього частину королівства». Учень Гюйгенса Дені Папен був творцем парового циліндра і працював над створенням парової машини. Гюйгенс і Папен були протестантами; коли у Франції після відміни Нантского едикту почалися гоніння на протестантів, вони були вимушені залишити країну. Папен поїхав до Німеччини, де побудував першу парову машину, встановив її на човен і в 1709 році приїхав на цьому «пароплаві» в Лондон. Він просив грошей на продовження своєї роботи у Лондонського королівського товариства. Королівське товариство було створене приблизно в один час з Французькою Академією, і президентом товариства у той час був Ісаак Ньютон. Проте англійський уряд практично не давав товариству засобів, і воно було вимушене відмовити Папену. Папен помер в злиднях і невідомо, що стало з першим пароплавом.
За прикладом Людовика XIV своїми Академіями поспішили обзавестися багато європейських королів. У 1710 році за ініціативою Лейбніца була створена Берлінська академія. У 1724 році, незадовго до смерті, Петро I підписав указ про створення Російської академії наук. Головною знаменитістю Російської академії був учень Бернуллі знаменитий математик швейцарець Леонард Ейлер. Ейлер продовжував розробку теорії диференціальних рівнянь, почату в роботах Лейбніца і Бернуллі. Теорія диференціальних рівнянь була найбільшим відкриттям XVIII століття; виявилося що усі процеси пов'язані з рухом тіл, описуються диференціальними рівняннями, і вирішивши їх, можна знайти траєкторію руху. У 1758 році французький математик і астроном Клеро розрахував траєкторію комети Галлея з урахуванням впливу тяжіння Юпітера і Сатурну - це була блискуча демонстрація можливостей нової теорії. Ця теорія знайшла своє завершення в знаменитій книзі Жозефа Лагранжа «Аналітична механіка», що вийшла в світ в Парижі в 1788 році.