Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Актуальность данной работы связана с тем, что основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Галилео Галилеем.

Основоположником теории относительности по праву считается великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642), который первым с математической точностью сформулировал важнейшие принципы механического мира.

Первое из своих важнейших открытий Галилей сделал в области механики. Аристотель учил, что тяжелые предметы падают с большей скоростью, чем легкие, а целые поколения ученых принимали это утверждение, признавая авторитет греческого философа. Однако Галилей решил проверить этот тезис и, проведя несколько экспериментов, вскоре обнаружил, что Аристотель был не прав. На самом деле тяжелые и легкие предметы падают с одинаковой скоростью, за исключением случаев, когда их движение замедляется из-за трения воздуха. Придя к такому заключению, Галилей пошел дальше. Он тщательно измерил расстояние, которое проходит падающий предмет в данный период времени, и установил, что путь падающего предмета пропорционален квадрату времени, за которое происходило падение. Это открытие (постоянный коэффициент ускорения) значимо само по себе.

Еще более важным представляется то, что Галилей сумел суммировать результаты целой серии экспериментов в математической формуле. Широкое использование математических формул и математических методов - важнейшая характерная черта современной науки.

Другим важным достижением Галилея было открытие закона инерции. Первоначально люди полагали, что движущийся объект имел бы естественную тенденцию к замедлению движения, если бы к нему не были приложены силы, которые заставляли его двигаться дальше. Однако опыты Галилея показали, что это общее представление ошибочно. Если бы силы, задерживающие движение, такие, например, как трение, можно было бы исключить, падающий предмет стремился бы продолжать движение бесконечно. Этот важный принцип, который Ньютон сформулировал заново и включил в свою собственную систему в качестве первого закона движения, является одним из первостепенных принципов физики.

Однако самые блестящие открытия Галилей совершил в астрономии.

Астрономическая наука в начале 1600-х годов находилась в состоянии великого брожения. В ней происходил важный спор между последователями гелиоцентрической теории Коперника и сторонниками более ранней геоцентрической теории.

Таким образом, целью данной работы является рассмотреть биографию Г. Галилея и его вклад в становлении классической науки.

1. Происхождение Галилея, его детство и юность

Галилео Галилей, основатель современной наблюдательной и опытной науки, был старшим из шестерых детей Винченцо и Юлии Галилео и родился 18 февраля 1564 года в итальянском городе Пизе. Отец его, бедный дворянин, обремененный большим семейством, не имел никакого состояния, и средства к жизни добывал личным трудом, живя большей частью во Флоренции, где он давал частные уроки музыки. Он имел некоторые познания в математике и любил эту науку, но, не имея ни средств, ни досуга, не мог заниматься ею и старался отвлечь от этого и своего сына, основательно полагая, что для занятия столь привлекательной наукой, могущей легко овладеть всем вниманием человека, необходимо быть несколько обеспеченным в средствах к жизни. В 1564 году он женился на дочери Козмы Вентури, Юлии; плодом этого брака и был Галилей. Кроме него Винченцо имел еще двух сыновей и трех дочерей.

Первые годы Галилея протекли преимущественно во Флоренции, но об этом периоде его жизни известно мало. Биографы упоминают, впрочем, что в детстве Галилей любил заниматься устройством игрушечных машин, но это не представляет собой ничего особенного. Вероятно, каждый необыкновенный человек отличается во многом от других уже в самом раннем детстве, но не всякий способен подмечать эти особенности. Отроческое образование Галилея началось самым жалким образом; по счастью, в жизни гениальных людей учителя имеют очень мало значения, как и все вообще так называемые «неблагоприятные условия» и «тяжелые» условия. Мальчик, разумеется, больше всего учился сам, находя свою умственную пищу везде; он со страстью предавался изучению греческих и латинских авторов и приобрел обширные сведения по литературе древней и новой, выработав в себе замечательный литературный и диалектический талант, немало послуживший ему впоследствии для распространения научных истин. Вероятно, благодаря учителю Галилей до 18 лет совершенно не знал математики, не учился ей и даже не был расположен ею заниматься.

Из своего положения и обстановки Галилей сумел извлечь все, что только было можно. Дело, которым занимался и жил его отец, он изучил, по-видимому, в совершенстве и превзошел своего отца, потому что, как говорят его биографы, он с течением времени оспаривал пальму первенства в музыке даже у первых преподавателей этого искусства во Флоренции. Но был еще один учебный предмет, которому совершенно никто не учил Галилея; ему научился он без всяких посторонних указаний - самостоятельно; это - рисование. Искусство рисования, живопись так сильно привлекали к себе Галилея, что, по его собственным словам, он выбрал бы своей профессией живопись, если бы только выбор зависел от него. Галилей действительно считаться знатоком живописи, к которому обращались лучшие художники Флоренции, спрашивая его мнения относительно перспективы, освещения и даже самой композиции своих картин. Даже известные живописцы того времени удивлялись его таланту и знанию дела и, не стесняясь, сознавались, что они во многом обязаны его советам. Может быть, такие отзывы до некоторой степени зависели от его выдающегося положения на другом поприще, чуждом живописи, когда ни о зависти к нему, ни о конкуренции с ним не могло быть и речи и когда, наоборот, упоминание имени Галилея, ссылка на его мнение могли служить отличной рекомендацией для художника.

Школьный период жизни великого человека приближался к концу. Приходилось думать о том, как поступить с юношей далее. Самой беспечальной жизнью, конечно, являлась жизнь духовенства; но чтобы стать священником, надо было родиться знатным или иметь сильных покровителей; ни того, ни другого не было у молодого Галилея. Одно время отец думал даже пустить сына, как говорят у нас, «по коммерческой части», но, замечая в нем необыкновенные способности, оставил эту мысль и остановился на свободных профессиях. Из этих последних в то время наиболее доходной считалась медицина, как она считается ею даже и в наше время.

Галилей в то время, может быть, еще не чувствовал своего великого призвания, а может быть, и не хотел огорчать отца непослушанием, а потому согласился на его желание и поступил в 1583 году 19-летним юношей в Пизанский университет с намерением изучать медицину. По счастью для него, в таинстве этой науки или искусства посвящали не тотчас, а нужно было прослушать до этого приготовительный курс аристотелевской или перипатетической философии, состоящей из метафизики и математики. Последняя, бывшая для него столь долго запретным плодом и потому представлявшая всю прелесть новизны, живо привлекла к себе внимание Галилея. В своей ранней юности он слыхал от отца, что как музыка, так и любимая им живопись много зависят от науки чисел и протяжения - математики. Этих элементарных сведений оказалось, однако, достаточным, чтобы Галилей получил вкус к математике и быстро увидел в ней, по его собственным словам, «самое надежное орудие для изощрения ума, потому что она приучает нас строго мыслить и рассуждать». В этом отношении ему много помог замечательный ученый, приятель его отца Остилиус Ричи. Рассказывают, будто Галилей, жадно относившийся ко всякому знанию, подслушивал за дверью уроки, даваемые Ричи пажам, и, застигнутый в этом подслушивании, обратил на себя внимание Ричи. Как бы то ни было, но молодой Галилей обратился к Ричи с просьбой познакомить его с Евклидом, и - тайно от отца. Ричи согласился заниматься с Галилеем, но не считал возможным делать этого без согласия его отца, с которым находился в дружеских отношениях; он известил последнего о желании сына и просил его не препятствовать юноше заниматься тем, к чему он чувствует склонность. К счастью Галилея, и в университете был человек, придерживавшийся новых взглядов, - преподаватель физики Яков Манцони, значительно отрешившийся от школьной перипатетической философии и державшийся учения Пифагора. Его уроки не только обратили внимание Галилея на крайнюю неосновательность, и сбивчивость начал, на которых основывалась тогдашняя физика, но побудили его отнестись критически к общепринятым мнениям и пройти в этом отношении несравненно дальше учителя. При своем светлом уме Галилей никак не мог приучить себя пассивно соглашаться с бездоказательными мнениями других и полагаться с на какие-то бы то ни было авторитеты в вопросах, которые можно было проверить размышлением, наблюдением и опытом.

Чего так боялся отец, то и случилось. Познакомившись с Евклидом, Галилей пожелал идти дальше и скоро перешел к Архимеду, сочинения которого подарил ему Ричи, между тем как занятия медициной все больше и больше отодвигались на задний план.

Хватаясь, подобно утопающему, за последнюю соломинку, отец Галилея просит Ричи перестать заниматься с сыном, а последнему запрещает даже видеться с Ричи.

Первое время, когда отец устроил над ним тщательный надзор, Галилей, хотя ему был уже 21 год, не решался открыто идти против его воли и, занимаясь решением математических вопросов или читая своих любимых авторов, держал перед глазами трактаты по медицине; но в последствии, когда он получил уже некоторую известность и был представлен великому князю Тосканскому, он упросил отца позволить ему заниматься любимой наукой и получил, наконец, его полное согласие.

2. Открытия Галилея в области астрономии

В 1604 году Галилей объявил о том, что он верит в правоту Коперника, однако в то время у него не было способа доказать это. В 1609 году он узнал об изобретении телескопа в Голландии. Хотя у него было только описание этого прибора, он обладал гениальностью такого свойства, которая позволила ему самому изобрести телескоп. Причем, его телескоп был гораздо совершеннее. Пользуясь этим новым прибором, он обратил свой талант наблюдателя к небесам и уже через год сделал целую серию важных открытий.

С помощью сконструированного телескопа Галилей обнаружил кратеры и хребты на Луне (в его представлении - «горы» и «моря»), разглядел бесчисленные, скопления звезд, образующих Млечный Путь, увидел спутники Юпитера. Это было ясное доказательство того, что астрономическое тело может вращаться не только вокруг Земли, но вокруг любой другой планеты. Он смотрел на Солнце и видел там солнечные пятна. В действительности и другие люди наблюдали солнечные пятна до Галилея, однако ему удалось более широко оповестить общественность о своих открытиях и привлечь к солнечным пятнам внимание научного мира. Он заметил, что у Венеры фазы подобны фазам Луны. Все вместе это стало значительным свидетельством в пользу теории Коперника о том, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца.

Изобретение телескопа и совершенные с его помощью новые открытия сделали Галилея знаменитым. Однако, поддерживая теорию Коперника, он встретил сопротивление в среде влиятельных церковных кругов, и в 1616 году ему было приказан воздержаться от популяризации учения Коперника. В течение нескольких лет Галилей роптал против этого ограничения. После смерти папы в 1623 году его сменил человек, который был почитателем Галилея. В следующем году новый папа Урбан VII сделал намек (хоть и весьма двусмысленный), что этот запрет больше не будет действовать.

Следующие шесть лет Галилей посвятил написанию своей самого знаменитого труда - «Диалог о двух главнейших системах мира». Книга явилась мастерским изложением свидетельств в защиту теории Коперника. Она была издана в 1632 году с разрешения церковной цензуры. Однако, когда книга появилась в свет, церковные власти пришли в ярость, и Галилей вскоре предстал перед судом римской инквизиции по обвинению в нарушении запрета 1616 года. Но, на его счастье, многие представители церкви были недовольны решением подвергнуть преследованию знаменитого ученого. Даже по законам церкви того времени дело, возбужденное против Галилея, было весьма сомнительным, поэтому он отделался сравнительно мягким приговором. В действительности он не был заключен в тюрьму, его приговорили лишь к домашнему аресту на его комфортабельной вилле в Арчетри.

Теоретически ему было отказано в праве принимать посетителей, однако этот пункт приговора не соблюдался. Его единственным наказанием было требование публично отказаться от своей теории о том, что Земля движется вокруг Солнца. Шестидесятидевятилетний ученый сделал это во время открытого судебного заседания. Известна знаменитая, но неподтвержденная фактами история о том, что, закончив свое отречение, Галилей взглянул вниз на землю и тихо прошептал: «А все-таки она вертится». В Арчетри он продолжал работать над проблемами механики.

3. Вклад в методологию

Основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Галилеем. Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание. Исходной посылкой было выдвижение Галилеем аргумента, что для формулирования четких суждений относительно природы ученым надлежит учитывать только объективные - поддающиеся точному измерению - свойства (размер, форма, количество, вес, движение), тогда как свойства, просто доступные восприятию (цвет, звук, вкус, осязание), следует оставить без внимания как субъективные и эфемерные. Лишь с помощью количественного анализа наука может получить правильные знания о мире. А чтобы глубже проникнуть в математические законы и постичь истинный характер природы. Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов - линзу, телескоп, микроскоп, воздушный термометр, барометр и др. Использование этих приборов придавало эмпиризму новое, неведомое грекам измерение.

Очень важно, что свою систематическую ориентацию на опыт Галилей сочетал со стремлением к его математическому осмыслению. Эксперимент для него - планомерно проводимый опыт, посредством которого исследователь как бы задает природе интересующие его вопросы. Ответы, которые он хочет получить, возможны не на путях умозрительно-силлогистических рассуждений, но должны быть итогом дедуктивно-математического осмысления результатов исследования. Галилей ставил такое осмысление столь высоко, что считал возможным полностью заменить традиционную логику, как бесполезное орудие мышления, математикой, которая только и способна научить человека искусству доказательства.

Это важнейшая сторона методологии Галилея вылилась у него в идею систематического применения двух взаимосвязанных методов - аналитического и синтетического (он называл их резолютивным и композитивным). При помощи аналитического метода исследуемое явление расчленяется на более простые составляющие его элементы. Затем вступает другое методологическое действие в виде того или иного предположения, гипотезы, с помощью которых достигается объяснение интересующих ученого фактов или явлений природы в их большей или меньшей сложности. Эта задача решается проверкой правильности принятой гипотезы, которая не должна находиться в противоречии с фактами, выявленными при анализе опыта. Такого рода проверка осуществляется при помощи синтетического метода.

Иначе говоря, Галилей нашел подлинно научную точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы, дающая возможность связать научное мышление, невозможное без абстрагирования и идеализации, с конкретными восприятием явлений и процессов природы.

4. Другие научные достижения ученого

Физика и механика в те годы изучались по сочинениям Аристотеля, которые содержали метафизические рассуждения о «первопричинах» природных процессов. В частности, Аристотель утверждал:

· Скорость падения пропорциональна весу тела.

· Движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствие силы прекращается.

Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения не зависит от веса тела, таким образом, опровергнув первое утверждение Аристотеля.

В своей последней книге Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь - пропорционально квадрату времени. В соответствии со своим научным методом он тут же привёл опытные данные, подтверждающие открытые им законы. Более того, Галилей рассмотрел и обобщённую задачу: исследовать поведение падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью. Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. В истории науки это первая решённая задача динамики. В заключение исследования Галилей доказал, что максимальная дальность полёта брошенного тела достигается для угла броска 45° (ранее это предположение высказал Тарталья, который, однако, не смог его строго обосновать). На основе своей модели Галилей (ещё в Венеции) составил первые артиллерийские таблицы.

Галилей опроверг и второй из приведённых законов Аристотеля, сформулировав первый закон механики (закон инерции): при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо равномерно движется. То, что мы называем инерцией, Галилей поэтически назвал «неистребимо запечатлённое движение». Правда, он допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). Правильную формулировку закона позднее дали Декарт и Ньютон; тем не менее общепризнанно, что само понятие «движение по инерции» впервые введено Галилеем, и первый закон механики по справедливости носит его имя.

Галилей является одним из основоположников принципа относительности в классической механике, который также был позже назван в его честь. В «Диалоге о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом:

Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.

Эти открытия Галилея, кроме всего прочего, позволили ему опровергнуть многие доводы противников гелиоцентрической системы мира, утверждавших, что вращение Земли заметно сказалось бы на явлениях, происходящих на её поверхности. Например, по мнению геоцентристов, поверхность вращающейся Земли за время падения любого тела уходила бы из-под этого тела, смещаясь на десятки или даже сотни метров. Галилей уверенно предсказал: «Будут безрезультатны любые опыты, которые должны были бы указывать более против, чем за вращение Земли».

Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно для малых амплитуд). Он также обнаружил, что периоды колебаний маятника соотносятся как квадратные корни из его длины. Результаты Галилея привлекли внимание Гюйгенса, который изобрёл часы с маятниковым регулятором (1657); с этого момента появилась возможность точных измерений в экспериментальной физике.

Многие рассуждения Галилея представляют собой наброски открытых много позднее физических законов. Например, в «Диалоге» он сообщает, что вертикальная скорость шара, катящегося по поверхности сложного рельефа, зависит только от его текущей высоты, и иллюстрирует этот факт несколькими мысленными экспериментами; сейчас мы бы сформулировали этот вывод как закон сохранения энергии в поле тяжести. Аналогично он объясняет (теоретически незатухающие) качания маятника.

Галилей был великим ученым. Он занимался также оптикой, акустикой, теорией цвета и магнетизма, гидростатикой, сопротивлением материалов^[102], проблемами фортификации. Провёл эксперимент по измерению скорости света, которую считал конечной (без успеха). Он первым опытным путём измерил плотность воздуха, которую Аристотель считал равной 1/10 плотности воды; эксперимент Галилея дал значение 1/400, что намного ближе к истинному значению (около 1/770). Ясно сформулировал закон неуничтожимости вещества.

В свое время Галилей также изобрёл:

· Гидростатические весы для определения удельного веса твёрдых тел. Галилей описал их конструкцию в трактате «La bilancetta» (1586).

· Первый термометр, ещё без шкалы (1592).

· Пропорциональный циркуль, используемый в чертёжном деле (1606).

· Микроскоп, плохого качества (1612); с его помощью Галилей изучал насекомых.

Заключение

Имя Галилея вошло в историю мировой науки как одного из крупнейших ученых эпохи Возрождения.

Астрономические открытия Галилея, в первую очередь четырех спутников Юпитера, стали наглядным доказательством истинности гелиоцентрической теории Коперника, а явления, наблюдаемые на Луне, представлявшейся планетой, вполне аналогичной Земле, и пятна на Солнце подтверждали идею Бруно о физической однородности Земли и неба. Открытие же звездного состава Млечного Пути явилось косвенным доказательством бесчисленности миров во Вселенной.

Огромный вклад Галилея в развитие науки нашел свое признание. Наибольшее значение имеют такие его научные исследования, как открытие закона инерции, изобретение телескопа, его астрономические наблюдения и его гениальные труды, в которых он доказал правоту гипотез Коперника. Еще большего признания заслуживает его роль в развитии методологии науки. Многие жившие до него философы-натуралисты, ориентирующиеся на Аристотеля, делали упор на качественность своих наблюдений и классификацию явления. Что же касается Галилея, то он подходил к явлению с позиции его точности и делал количественные наблюдения. Этот акцент на тщательном количественном измерении стал основным методом научного исследования.

Галилею в большей степени, чем кому-либо другому, был присущ эмпирический подход к научному познанию. Он был первым, кто настаивал на необходимости проведения экспериментов. Он отказался от представления, что научный вопрос может быть решен при опоре на авторитет, будь то мнение церкви или утверждение Аристотеля. Он также не хотел опираться на сложные дедуктивные схемы, которые не были подкреплены опытным путем. Средневековые схоласты долго обсуждали вопрос о том, что должно произойти и почему это происходит, Галилей же при проведении опыта стремился определить, что в действительности должно произойти.

Для его научной позиции был характерен явно не мистический подход. В этом отношении он был даже более современен, чем его преемники, такие как Ньютон. Необходимо также подчеркнуть, что Галилей был глубоко религиозным человеком. Несмотря на судебный процесс и последующее за ним осуждение, он не отказался ни от религии, ни от церкви, он выступал лишь против попыток церковных властей помешать решению научных проблем. Последующие поколения вполне справедливо выражают свое восхищение Галилеем как символом протеста против догматизма и авторитарных попыток задушить свободу мысли.

Однако самую важную роль он сыграл в создании современного метода научного исследования. Используя теорию двойственной истины, Галилей решительно отделял науку от религии. Он утверждал, например, что природа должна изучаться с помощью математики и опыта, а не с помощью Библии. В познании природы человек должен руководствоваться только собственным разумом. Так Галилей пришел к выводу о возможности безграничного познания природы. Исходя из собственного гороскопа, Галилей предвидел у себя тяжелую глазную болезнь, которая действительно поразила его в зрелые годы. Ослеп он в 1637 г. Похоронен Галилей в Santa Croce.

Вклад великого итальянского ученого высоко оценен человечеством. Его принцип относительности дал толчок для разработки более совершенной теории. Таким образом, современная теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме.

Теория относительности основана на основных принципах:

1. Принцип относительности: все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета;

2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источников и приемников света.

Отсюда можно сделать вывод об основных результатах к которым приходит теория относительности:

- относительность свойств пространства-времени;

- относительность массы и энергии;

- эквивалентность тяжелой и инертной масс.

Список используемой литературы

1. Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания: Учеб. Пособие для вузов. - 2-е изд., стер. - М., Высш. шк., 1999. - 247 с.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие для студ. Высш. учеб. Заведений. - М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000. - 512 с.

3. Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. - М., 1984.

4. Коперник. Галилей. Кеплер. Лаплас и Эйлер. Кетле: Биогр. Повествования. / Сост., общ. ред. Н.Ф. Болдырева; Послесл. А.Ф. Арендаря. - Челябинск: Урал, 1997. - 456 с.

5. Кузнецов Б.Г. От Галилея до Эйнштейна. - М.: Наука, 1965. -185 с.

6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. М.: Гардарики, 2003. - 476 с.

Размещено на Allbest.ru