Философская деятельность и творчество Галилея

Размещено на http://www.allbest.ru/

Философская деятельность и творчество Галилея

Содержание

Введение

1. Краткая биографическая справка. Формирование взглядов Галилея в свете истории

2. Галилей как основоположник экспериментально-математического метода исследования природы

3. Творчество Галилея и его философская деятельность

Заключение

Библиографический список

Введение

В середине XVI столетия гуманизм платоновской школы в Италии перешел свой зенит, его основное время ушло. Во второй половине XVI и в начале XVII в. на сцену выходит специфическая философская область - философия природы. Философия природы типичное выражение природы Ренессанса. Ее родиной была Италия, наиболее знаменитым представителем Джордано Бруно. Параллельно с философией природы развивается новое естествознание, реализующее радикальную переоценку старых традиций и предпосылок. Оно приносит ряд эпохальных открытий, становится одним из важнейших источников новой философии. Отбрасываются господствовавшие в средние века философские и методологические основы науки, и создаются новые. Схоластическое учение о природе, высший уровень которого был достигнут парижской и оксфордскими школами в XIV в., в сущности никогда не переходило границ теоретических спекуляций. В противоположность этому ученые Ренессанса на первый план выдвигают опыт, исследование природы, экспериментальный метод исследований. Видное место завоевывает математика, принцип математизации науки соответствует основным прогрессивным тенденциям развития науки, научного и философского мышления.

Новые тенденции в науке получили отражение в творчестве Леонардо да Винчи (1452-1519), Николая Коперника (1473-1543), Иоганна Кеплера (1571-1630) и Галилео Галилея (1546-1642).

Важнейшим полем боя, на котором происходило сражение между новым и старым миром, между консервативными и прогрессивными силами общества, религией и наукой, была астрономия. Средневековое религиозное учение было основано на представлении о Земле как богом избранной планета и о привилегированном положении человека во вселенной. Изучая астрономические объекты ученые того времени на практике постигали законы движения небесных тел и заложили фундаментальные понятия для развития другой науки-физики. Одним из основоположников фундаментальных законов физики и стал Галилео Галилей.

В представленной работе нами даны краткие биографические сведения об ученым, а также раскрыты его взгляды на мир природы в философском и научном плане, поскольку ученые того времени познавая мир природы и осмысляя его в философском плане делали глубокие научные выводы, основываясь на применяемых ими логических методах философии.

1. Краткая биографическая справка. Формирование взглядов Галилея в свете истории

Основоположником экспериментально-математического метода исследования природы был великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564- 1642). Леонардо да Винчи дал лишь наброски такого метода изучения природы, Галилей же оставил развернутое изложение этого метода и сформулировал важнейшие принципы механического мира.

Галилей родился в семье обедневшего дворянина в городе Пизе 15февраля 1564 года (недалеко от Флоренции) в семье знатной, но обедневшей. Отец ученого был композитором и музыкантом, однако на вырученные деньги жить было скудно, и последний подрабатывал торговлей сукном. До 11 лет Галилей учился в обычной школе, но после переезда семьи во Флоренцию стал учиться в школе при монастыре бенедиктинцев, а в 17 лет поступил в Пизанский университет и стал готовиться к профессии врача. Первая научная работа Галилея «Маленькие гидростатические весы» вышла в свет в 1586 году и она принесла некоторую известность Галилею в среде ученых. По рекомендации одного из них - Гвидо Убальде дель Монте Галилей в 1589 году получил кафедру математики в Пизанском университете и в 25 лет стал профессором.

Галилей преподавал студентам математику и астрономию в соответствии с учением Птолемея и к этому же периоду времени относятся его опыты, которые он ставил, бросая различные тела с наклонной Пизанской башни, чтобы убедиться падают ли они в соответствии с учением Аристотеля- тяжелые быстрее, чем легкие. Ответ получился отрицательным.

В работе « О движении» вышедшей в 1590 году Галилей подверг критике аристотелевское учение о падении тел. Критика Галилеем взглядов Аристотеля вызвала недовольство и ученый принял предложение занять кафедру математики в Падуанском университете. Биографы ученого отметили падуанский период как самый плодотворный и счастливый в его жизни. Здесь Галилей обрел семью, женившись на Марине Гамба и у него родились две дочери: Вирджиния (1600), Ливия (1601) и сын Винченцо (1606). В 1606 году Галилей увлекся астрономией

Для торжества теории Коперника и идей, высказанных Джордано Бруно, а следовательно, и для прогресса материалистического мировоззрения вообще огромное значение имели астрономические открытия, сделанные Галилеем с помощью сконструированного им телескопа. Он обнаружил кратеры и хребты на Луне (в его представлении - "горы" и "моря"), разглядел бесчисленные, скопления звезд, образующих Млечный Путь, увидел спутники, Юпитера, разглядел пятна на Солнце и т.д. Благодаря этим открытиям Галилей стяжал всеевропейскую славу "Колумба неба". Астрономические открытия Галилея, в первую очередь 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. Работы Галилея по астрономии в марте 1610 года он опубликовал в своем труде «Звездный вестник », и это стало началом его новой жизни. тосканский герцог Козимо 11 Медичи предложил Галилею стать придворным математиком и тот принял предложение, возвратившись на жительство во Флоренцию.

Указанные открытия Галилея положили начало его ожесточенной полемике со схоластиками и церковниками, отстаивавшими аристотелевско-птолемеевскую картину мира. Если до сих пор католическая церковь по изложенным выше причинам была вынуждена терпеть воззрения тех ученых, которые признавали теорию Коперника в качестве одной из гипотез, а ее идеологи считали, что доказать эту гипотезу невозможно, то теперь, когда эти доказательства появились, римская церковь принимает решение запретить пропаганду взглядов Коперника даже в качестве гипотезы, а сама книга Коперника вносится в "Список запрещенных книг" (1616 г.). Все это поставило деятельность Галилея под удар, но он продолжал работать над совершенствованием доказательств истинности теории Коперника. В этом отношении огромную роль сыграли работы Галилея и в области механики. Еще будучи студентом Галилео Галилей наблюдал в соборе города Пиза, что люстры различных размеров и веса, но имеющие одинаковую длину, имеют и одинаковые периоды колебаний. Если вывести маятник из вертикального положения, а потом отпустить он начнет раскачиваться в ту и другую сторону. Движение по обе стороны от какого-либо среднего положения называется колебанием. Время за которое маятник, находящийся в крайнем левом или крайнем правом положении называется периодом колебаний.Он сравнил люстры с маятником и на основании этого сделал вывод что период колебаний маятника будет тем больше, чем маятник будет длиннее. Так как в то время механические часы еще не были изобретены для измерения времени при определении периода колебаний Галилей использовал удары собственного пульса.

Господствовавшая в эту эпоху схоластическая физика, основавшаяся на поверхностных наблюдениях и умозрительных выкладках, была засорена представлениями о движении вещей в соответствии с их "природой" и целью, о естественной тяжести и легкости тел, о "боязни пустоты", о совершенстве кругового движения и другими ненаучными домыслами, которые сплелись в запутанный узел с религиозными догматами и библейскими мифами. Галилей путем ряда блестящих экспериментов постепенно распутал его и создал важнейшую отрасль механики - динамику, т.е. учение о движении тел.

Уже с 1616 года Галилея обвиняли в стремлении к ереси, так как учение Коперника в этом году 11 богословов признали ложным и книга Коперника «Об обращении небесных сфер» внесена в индекс запрещенных книг, соответственно запрещалась любая пропаганда учения Коперника.

В 1623 году под именем Урбана V111 папой становиться друг Галилея кардинал Маффео Барберини и Галилей надеялся на отмену указанного выше запрета, но получив отказ вернулся во Флоренцию. Там Галилей продолжил работу над своей книгой «Диалог о двух главнейших системах мира» и в 1632 году она увидела свет. Выход книги вызвал острую реакцию церкви и ученого вызвали в Рим. В одном из своих писем Галилей писал: « Я прибыл в Рим 10 февраля 1633 года и положился на милость инквизиции и святого отца…. Сначала меня заперли в замке Троицы на горе, а на следующий день меня посетил комиссар инквизиции и увез меня в своей карете. По дороге он задавал мне разные вопросы и высказал пожелание, чтобы я прекратил скандал, вызванный в Италии моим открытием, касающимся движения земли… На все математические доказательства, которые я мог ему противопоставить, он отвечал мне словами из священного писания: «Земля была и будет неподвижна во веки веков». Бублейников Ф.Д. Галилео Галилей М., 1964. С.89-97.

Следствие по делу Галилея тянулось с апреля по июнь 1633 года и 22 июня Галилей, произнес перед судом инквизиции текст отречения, а после этого выслан на свою виллу, находясь под домашним арестом Галилей пишет «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки», где в частности излагает основы динамики (закон свободного падения Закон свободного падения говорит о пропорциональности скорости падающего тела времени падения и пройденного пути квадрату времени., закон сложения перемещений, учение о сопротивлении материалов) однако книгу отказываются печатать и она выходит только в Голландии в июле 1638 года, однако ослепший ученый так и не смог увидеть свой труд воочию, а мог лишь пощупать его руками.

8 января 1642 года Галилей умер.

В ноябре 1979 года римский папа Иоанн Павел 11 официально признал, что инквизиция в 1633 году в отношении ученого допустила ошибку заставив его силой отречься от теории Коперника.

2. Галилей как основоположник экспериментально-математического метода исследования природы

галилей философский физика

Как наука физика берет свое начало именно от Галилея. Галилею человечество в целом и физика в частности обязано двумя принципами механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и физики в целом. Это известный галилеевский принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчета, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы, в частности на свет и вывел из него следствия о природе пространства и времени. Объединение же второго галилеевского принципа, который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.

Благодаря Галилею линзы и оптические приборы стали мощным орудием научных исследований. Как отмечал С.И.Вавилов «именно от Галилея оптика получила наибольший стимул для дальнейшего теоретического и технического развития». См. подробнее: Левшин Л.В. Сергей Иванович Вавилов., М., Наука, 1977. Оптические исследования Галилея посвящены также учению о цвете, вопросам природы света, физической оптике. Галилею принадлежит идея конечности скорости распространения света, а в 1607 году он поставил эксперимент по ее определению.

Занимаясь вопросами механики, Галилей открыл ряд ее фундаментальных законов: пропорциональность пути, проходимого падающими телами, квадратам времени их падения; равенство скоростей падения тел различного веса в безвоздушной среде (вопреки мнению Аристотеля и схоластиков о пропорциональности скорости падения тел их весу) ; сохранение прямолинейного равномерного движения, сообщенного какому-либо телу, до тех пор, пока какое-либо внешнее воздействие не прекратит его (что впоследствии получило название закона инерции). свои открытия и научные выводы Галилей сделал и благодаря своим новым взглядам на природу материи, философски осмысляя и логически строя свои опыты.

Философское значение законов механики, открытых Галилеем, и законов движения планет вокруг Солнца, открытых Иоганном Кеплером (1571 - 1630), было громадным. Понятие закономерности, естественной необходимости родилось, можно сказать, вместе с возникновением философии. Но эти первоначальные понятия были не свободны от значительных элементов антропоморфизма и мифологии, что послужило одним из гносеологических оснований их дальнейшего толкования в идеалистическом духе. Открытие же законов механики Галилеем и законов движения планет Кеплером, давшими строго математическую трактовку понятия этих законов и освободившими понимание их от элементов антропоморфизма, ставило это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развитие человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.

Законы механики были применены Галилеем и для доказательства теории Коперника, которая была непонятна большинству людей, не знавших этих законов. Например, с точки зрения "здравого рассудка" кажется совершенно естественным, что при движении Земли в мировом пространстве должен возникнуть сильнейший вихрь, сметающий все с ее поверхности. В этом и состоял один из самых "сильных" аргументов против теории Коперника. Галилей же установил, что равномерное движение тела нисколько не отражается на процессах, совершающихся на его поверхности. Например, на движущемся корабле падение тел происходит так же, как и на неподвижном. Все эти идеи великий ученый сформулировал В "Диалоге о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой" (1632), научно доказавшем истинность теории Коперника. Эта книга послужила поводом для обвинения Галилея со стороны католической церкви. Ученый был привлечен к суду римской инквизицией; в 1633 г. Как узник инквизиции Галилей до конца своих дней жил на вилле Арчетри около Флоренции и был реабилитирован католической церковью лишь в 1992 году.

Его книга была запрещена, однако приостановить дальнейшее торжество идей Коперника, Бруно и Галилея церковь уже не могла. Итальянский мыслитель вышел победителем.

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. Предмет науки - природа и человек. Предмет религии - "благочестие и послушание", сфера моральных поступков человека.

Исходя из этого, Галилей пришел к выводу о возможности безграничного познания природы. Мыслитель и здесь вступал в конфликт с господствовавшими схоластическо-догматическими представлениями о незыблемости положений "божественной истины ", зафиксированных в Библии, в произведениях "отцов церкви", схоластизированного Аристотеля и других "авторитетов". Исходя из идеи о бесконечности Вселенной, великий итальянский ученый выдвинул глубокую гносеологическую идею о том, что познание истины есть бесконечный процесс. Эта противоречащая схоластике установка Галилея привела его и к утверждению нового метода познания истины.

Подобно многим другим мыслителям эпохи Возрождения Галилей отрицательно относился к схоластической, силлогистической логике. Традиционная логика, по его словам, пригодна для исправления логически несовершенных мыслей, незаменимо при передаче другим уже открытых истин, но она не способна приводить к открытию новых истин, а тем самым и к изобретению новых вещей. А именно к открытию новых истин и должна, согласно Галилею, приводить подлинно научная методология.

При разработке такой методологии Галилей выступил убежденным, страстным пропагандистом опыта как пути, который только и может привести к истине. Стремление к опытному исследованию природы было свойственно, правда, и другим передовым мыслителям эпохи Возрождения, но заслуга Галилея состоит в том, что он разработал принципы научного исследования природы, о которых мечтал Леонардо. Если подавляющее большинство мыслителей эпохи Возрождения, подчеркивавших значение опыта в познании природы, имели в виду опыт, как простое наблюдение ее явлений, пассивное восприятие их, то Галилей всей своей деятельностью ученого, открывшего ряд фундаментальных законов природы, показал решающую роль эксперимента, т.е. планомерно поставленного опыта, посредством которого исследователь как бы задает природе интересующие его вопросы и получает ответы на них.

Исследуя природу, ученый, по мнению Галилея, должен пользоваться двойным методом: резолютивным (аналитическим) и композитивным (синтетическим). Под композитивным методом Галилей подразумевает дедукцию. Но он понимает ее не как простую силлогистику, вполне приемлемую и для схоластики, а как путь математического исчисления фактов, интересующих ученого. Многие мыслители этой эпохи, возрождая античные традиции пифагореизма, мечтали о таком исчислении, но только Галилей поставил его на научную почву. Ученый показал громадное значение количественного анализа, 6 точного определения количественных отношений при изучении явлений природы. Тем самым он нашел научную точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы, дающую возможность связать абстрактное научное мышление с конкретным восприятием явлений и процессов природы.

Однако разработанная Галилеем научная методология, но сила в основном односторонне аналитический характер. Это особенность его методологии гармонировала с начавшимся в эту эпоху расцветом мануфактурного производства, с определяющим для него расчленением производственного процесса наряд операций. Возникновение этой методологии было связано со спецификой самого научного познания, начинающегося с выяснения наиболее простой формы движения материи - с перемещения тел в пространстве, изучаемого механикой.

Отмеченная особенность, разработанная Галилеем методологии определила и отличительные черты его философских воззрений, которые в целом можно охарактеризовать как черты механистического материализма. Материю Галилей представлял как вполне реальную, телесную субстанцию, имеющую корпускулярную структуру. Мыслитель возрождал здесь воззрения античных атомистов. Но в отличии от них Галилей тесно увязывал атомистическое истолкование природы с математикой и механикой, Книгу природы, говорил Галилей, невозможно понять, если не овладеть ее математическим языком, знаки которого суть треугольники, круги и другие математические фигуры.

Поскольку механистическое понимание природы не может объяснить ее бесконечное качественное многообразие, Галилей, в известной мере опираясь на Демокрита, первым из философов нового времени развивает положение о субъективности цвета, запаха, звука и т.д. В произведении "Пробирщик" (1623) мыслитель указывает, что частицам материи присущи определенная форма, величина, они занимают определенное место в пространстве, движутся или покоятся, но не обладают ни цветом, ни вкусом, ни запахом, которые, таким образом, не существенны для материи. Все чувственные качества возникают лишь в воспринимающем субъекте.

Воззрение Галилея на материю как на состоящую в своей основе из бескачественных частиц вещества принципиально отличается от воззрений натурфилософов, приписывавших материи, природе не только объективные качества, но и одушевленность. В механистическом взгляде Галилея на мир природа умерщвляется, и материя перестает, выражаясь словами Маркса, улыбаться человеку своим поэтически-чувственным блеском Механистический характер воззрений Галилея, а также идеологическая незрелость класса буржуазии, мировоззрение которого он выражал, не позволили ему полностью освободиться от теологического представления о боге. Он не смог это сделать в силу метафизичности его воззрений на мир, согласно которым в природе, состоящей в своей основе из одних и тех же элементов, ничто не уничтожается и ничего нового не нарождается. Антиисторизм присущ и Галилееву пониманию человеческого познания. Так, Галилей высказывал мысль о внеопытном происхождении всеобщих и необходимых математических истин. Это метафизическая точка зрения открывала возможность апелляции к богу как последнему источнику наиболее достоверных истин. Еще яснее эта идеалистическая тенденция проявляется у Галилея в его понимании происхождения Солнечной системы. Хотя он вслед за Бруно исходил из бесконечности Вселенной, однако это убеждение сочеталось у него с представлением о неизменности круговых орбит планет и скоростей их движения. Стремясь объяснить устройство Вселенной, Галилей утверждал, что бог, когда-то создавший мир, поместил Солнце в центр мира, а планетам сообщил движение по направления к Солнцу, изменив в определенной точке их прямой путь на круговой. На этом деятельность бога заканчивается. С тех пор природа обладает своими собственными объективными закономерностями, изучение которых - дело только науки.

3. Творчество Галилея и его философская деятельность

В годы детства и юности Галилея практически безраздельно господствовали представления, сформировавшиеся еще во времена античности. Некоторые из них, например, геометрия Евклида и статика Архимеда, сохранили свое значение и в наши дни. Большой багаж накопили и наблюдения астрономов, приведшие к возникновению прогрессивной для своего времени системы мира Птолемея (2 в. н. э.). Однако многие положения античной науки, обретшие со временем статус непререкаемых догм, не выдержали испытания временем и оказались отвергнутыми, когда главным арбитром в науке был признан опыт.

В первую очередь, это относится к механике Аристотеля и многим другим его естественнонаучным представлениям. Именно эти ошибочные положения стали фундаментом официального “идеологического кредо”, и требовались не только способности к независимому мышлению, но и просто мужество, чтобы выступить против него. Одним из первых на это отважился Галилео Галилей.

Галилей происходил из знатной, но обедневшей дворянской семьи. Его отец, музыкант и математик, хотел, чтобы сын стал врачом, и в 1581, после окончания монастырской школы, определил его на медицинский факультет Пизанского университета. Но медицина не увлекала семнадцатилетнего юношу. Оставив университет, он уехал во Флоренцию и погрузился в самостоятельное изучение сочинений Евклида и Архимеда. По совету профессора философии Риччи и уступая просьбам сына, отец Галилео перевел его на философский факультет, где более углубленно изучались философия и математика.

В детские годы Галилей увлекался конструированием механических игрушек, мастерил действующие модели машин, мельниц и кораблей. Как рассказывал впоследствии его ученик Вивиани, Галилей еще в юности отличался редкой наблюдательностью, благодаря которой сделал свое первое важное открытие: наблюдая качания люстры в Пизанском соборе, установил закон изохронности колебаний маятника (независимость периода колебаний от величины отклонения). Некоторые исследователи подвергают сомнению рассказ Вивиани об обстоятельствах этого открытия, но достоверно известно, что Галилей не только проверял этот закон на опытах, но и использовал его для определения промежутков времени, что, в частности, было восторженно принято медиками.

Умение наблюдать и делать выводы из увиденного всегда отличало Галилея. Еще в молодости он понял, что “... явления природы, как бы незначительны, как бы во всех отношениях маловажны ни казались, не должны быть презираемы философом, но все должны быть в одинаковой мере почитаемы. Природа достигает большого малыми средствами, и все ее проявления одинаково удивительны”. По существу, это высказывание можно считать декларацией экспериментального подхода Галилея к изучению явлений природы.

В 1586 Галилей публикует описание сконструированных им гидростатических весов, предназначенных для измерения плотности твердых тел и определения центров тяжести. Эта, как и другие его работы, оказывается замеченной. Результатом этого периода жизни Галилея были небольшое сочинение «Маленькие весы» (1586, изд. 1655), в котором описаны построенные Галилеем гидростатические весы для быстрого определения состава металлических сплавов, и геометрическое исследование о центрах тяжести телесных фигур. Эти работы принесли Галилею первую известность среди итальянских математиков.

У него появляются влиятельные покровители, и благодаря их протекции он получает в 1589 место профессора в Пизанском университете (правда, с минимальным окладом).

Начав читать лекции по философии и математике в университете, Галилей оказался перед непростым выбором. С одной стороны обретшие статус нерушимых догм воззрения Аристотеля, с другой- плоды собственных размышлений и, что еще важнее, опыта. Аристотель утверждал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Это утверждение уже вызывало сомнения, а проведенные Галилеем в присутствии многочисленных свидетелей наблюдения за падением с Пизанской башни шаров различного веса, но одинаковых размеров, наглядно опровергали его. Аристотель учил, что различным телам присуще различное “свойство легкости”, отчего одни тела падают быстрее других, что понятие покоя абсолютно, что для того, чтобы тело двигалось, его постоянно должен подталкивать воздух, а следовательно, движение тел свидетельствует об отсутствии пустоты.

Уже в 1590, через год после начала работы в Пизе, Галилей пишет трактат “О движении”, в котором выступает с резкими возражениями против воззрений перипатетиков (последователей Аристотеля). Это не могло не вызвать резко неодобрительного отношения к нему со стороны представителей казенной схоластической науки. Кроме того, Галилей в то время был сильно стеснен в средствах, и потому был рад получить (опять благодаря своему покровителю) приглашение правительства Венецианской республики на работу в университет в Падую.

Переход в 1592 в Падуанский университет, где Галилей занял кафедру математики, ознаменовал собой начало плодотворнейшего периода в его жизни. Здесь он вплотную подходит к изучению законов динамики, исследует механические свойства материалов, изобретает первый из физических приборов для исследования тепловых процессов термоскоп, совершенствует подзорную трубу и первым догадывается использовать ее для астрономических наблюдений, здесь становится самым активным и авторитетным сторонником системы Коперника, обретая благодарность и уважение потомков и активную враждебность многочисленных современников.

Важнейшим достижением Галилея в динамике было создание принципа относительности, ставшего основой современной теории относительности. Решительно отказавшись от представлений Аристотеля о движении, Галилей пришел к выводу, что движение (имеются в виду только механические процессы) относительно, то есть нельзя говорить о движении, не уточнив, по отношению к какому “телу отсчета” оно происходит; законы же движения безотносительны, и поэтому, находясь в закрытой кабине (он образно писал “в закрытом помещении под палубой корабля”), нельзя никакими опытами установить, покоится ли эта кабина или же движется равномерно и прямолинейно (“без толчков”, по выражению Галилея).

У Галилео Галилея впервые связь космологии с наукой о движении приобрела осознанный характер, что и стало основой создания научной механики. Первоначально (до 1610 г.) Галилеем были открыты законы механики, но первые публикации и трагические моменты его жизни были связаны с менее оригинальными работами по космологии. Галилей первым отчетливо понимал два аспекта физики Архимеда : поиск простых и общих математических законов и эксперимент, как основа подтверждения этих законов.

Изобретение в 1608 году голландцем Хансом Липперсхеем, изготовителем очков, телескопа (правда, не предназначавшегося для астрономических целей), дало возможность Галилею, усовершенствовав его, в январе 1610 года "открыть новую астрономическую Эру".

Оказалось, что Луна покрыта горами, Млечный путь состоит из звезд, Юпитер окружен четырьмя спутниками и т.д. "Аристотелевский мир" рухнул окончательно. Галилей спешит с публикацией увиденного в своем "Звездном вестнике", который выходит в марте 1610 г. Книга написана на латыни и была предназначена для ученых.

В 1632 г. во Флоренции была напечатана наиболее известная работа Галилея, послужившая поводом для процесса над ученым. Ее полное название - "Диалог Галилео Галилея Линчео, Экстраординарного Математика Пизанского университета и Главного Философа и Математика Светлейшего Великого Герцога Тосканского, где в четырех дневных беседах ведется обсуждение двух Основных Систем Мира, Птолемеевой и Коперниковой и предполагаются неокончательные философские и физические аргументы как с одной, так и с другой стороны".

Из нижеследующего фрагмента “Диалога...” видно, какое значение придавал Галилей принципу непрерывности движения, сформулированному еще в XVI веке Николаем Оремом:

“Сагредо: Итак, веришь, что камень, пребывавший в покое и начавший свое естественное движение к центру земли, проходит через все степени медленности прежде чем достичь какой-либо степени быстроты?

Сальвиатти: Верую, более того, настолько твердо в этом убежден, что, без сомнения, смогу убедить и тебя.

Сагредо: Если бы никакого другого плода я не извлек из сегодняшней беседы, кроме познания этой вещи, считал бы себя достаточно вознагражденным”.

Любопытно также посмотреть, как теперь, спустя много лет после написания своих ранних трудов, относится Галилей к учению о неизменности неба:

“Симпличио: Таким образом, на земле постоянно происходят рождения, уничтожения, изменения и т.п., коих никогда ни наши чувства, ни предание и память наших предков не замечали на небе. Следовательно, небеса неизменны.

Сальвиатти:[...] Необходимо тогда, чтобы ты Китай и Америку считал небесными телами. Ибо и там ты, конечно же, никогда не наблюдал никаких изменений, которые наблюдаешь здесь в Италии, так что из твоего рассуждения выходит, что эти части мира сами являются неизменными[...] Видишь, что сам случай помог обнаружить ложность твоего аргумента. Ибо если ты скажешь, что изменения, которые наблюдаются на нашей части земли, нельзя наблюдать в Америке по причине большого расстояния до нее, то тем в меньшей степени можешь увидеть эти изменения на Луне, в сотни раз более удаленной от нас. Поэтому из того, что ты не замечаешь на небе никаких изменений, которые даже если бы они там были и величайшие, не можешь заметить по причине чрезвычайно большого расстояния, то также и из того, что никакие наши посланцы туда не доходят, потому что и дойти не могут, не можешь делать вывод, что там нет никаких изменений”.

Еще один фрагмент из “Диалога...” напоминает нам об аргументах Филопона и Буридана:

“Из этого делаю вывод, что лишь круговое движение может естественным образом быть присущим природным телам, существующим во вселенной и расположенным наилучшим образом - прямолинейное же движение согласно природе следует приписать телам и их частям, когда они находятся вне своих мест в неправильном расположении и поэтому нуждаются в возвращении к своему природному состоянию по наикратчайшему пути”.

Эта книга была написана на итальянском языке и предназначалась для "широкой публики". В книге много необычного. Так, например, один из ее героев Симпличио (в переводе с латинского - простак), отстаивающий точку зрения Аристотеля, - явный намек на выдающегося комментатора Аристотеля, жившего в VI веке - Симпликия. Несмотря на легкость и изящество литературной формы, книга полна тонких научных наблюдений и обоснований (в частности таких сложных физических явлений как инерции, гравитации и прочие.) Вместе с тем, Галилей не создал цельной системы.

В 1638 г. вышла последняя книга Г. Галилея "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению...", в которой он касался проблем, решенных им около 30 лет назад.

Механика Галилея дает идеализированное описание движения тел вблизи поверхности Земли, пренебрегая сопротивлением воздуха, кривизной земной поверхности и зависимостью ускорения свободного падения от высоты. В основе "теории" Галилея лежат четыре простые аксиомы, правда в явном виде Галилеем не сформулированные.

Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью (сегодня - закон инерции, или первый закон Ньютона).

Исходя из этого утверждения становится ясно, что тело скользящее без трения по горизонтальной поверхности не будет не ускоряться, не замедляться ни отклоняться в сторону. Это утверждение не является прямым следствием наблюдений и экспериментов. В законе говорится о движении, которое никогда не наблюдалось. Будучи последователем Архимеда, Галилей считал, что физические законы похожи на геометрические аксиомы. В природе не существует идеальных вещей и предметов. Но он не пренебрегал усложнениями вносимыми трением, воздухом - он пытался поставить эксперимент показывающий незначительность этих эффектов. Свой закон свободного движения Галилей получил не из реальной жизни и экспериментов, а из мысленного опыта.

Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за равные промежутки времени увеличивается на одну и ту же величину:

.

Рассмотрим, как Галилей пришел к этому выводу. Сначала он предположил, что первоначально покоящееся тело постепенно увеличивает свою скорость от начального значения V=0. Во времена Галилея полагали, что как только на тело начинает действовать сила тяжести, оно мгновенно приобретает скорость и эта скорость тем больше, чем тяжелее тело. Галилей мысленно поставил эксперимент, который показывал что тело, падающее из состояния покоя, должно двигаться очень медленно, а по мере падения увеличивать скорость.

Далее Галилей полагал, что движение падающих тел должно описываться простым законом.

На какое то время он решил, что это закон : , равные приращения скорости, за равные промежутки расстояния. Но он отверг этот закон, когда понял, что если бы он был справедлив, то тело, первоначально покоящееся, осталось бы в покое навсегда.

Проверить закон в первоначальном виде было практически невозможно. В то время не существовало точных часов, кратчайший промежуток времени который можно было определить 10 секунд. За 10 секунд свободно падающее тело пролетает 490 метров! Поэтому для применения закона ему потребовался постулат:

Тело, скользящее без трения по наклонной плоскости, движется с постоянным ускорением

угол наклона плоскости к горизонту

Свободное падение можно рассматривать как частный случай движения по наклонной плоскости , а закон инерции соответствует горизонтальной плоскости. Используя в своих экспериментах наклонную плоскость с малыми углами наклона, Галилей смог проверить гипотезу постоянства ускорения при вертикальном падении.

Из закона вытекает, что конечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости из состояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но не зависит от угла наклона плоскости: .Галилей гордился этой формулой, поскольку она позволяла определить скорость при помощи геометрии. Измерение скорости в то время было малонадежной процедурой из за отсутствия точных часов. Теперь можно измерить только расстояние. Если мы захотим придать телу скорость , то нужно столкнуть его с высоты , предполагая отсутствие трения.

Принцип относительности Галилея

Представим корабль движущийся с постоянной скоростью. С его мачты сбрасывают предмет, куда он упадет? Соотечественники Галилея сказали бы, что он упадет отклонившись от

Основания мачты в сторону кормы при движении корабля, и не отклонился бы вообще будь корабль неподвижен. Однако Галилей доказал, что траектория падающего тела отклоняется от вертикали только от сопротивления воздуха. В вакууме тело упало бы точно под точкой, из которой начала падать, если корабль движется с постоянной скоростью и с неизменным направлением. Траектория падения тела для наблюдателя с берега будет парабола.

Г. Галилей, решая задачу об описании падения камня, рассматриваемую еще Аристотелем, закладывает основу естественной науки Нового времени. Основой его построений является не эмпирическое наблюдение, а теоретическое убеждение, что природа "стремится применить во всяких своих приспособлениях самые простые и легкие средства...поэтому, когда я замечаю, - говорит Г. Галилей в своих "Беседах...", - что камень, выведенный из состояния покоя и падающий со значительной высоты, приобретает все новое и новое приращение скорости, не должен ли я думать, что подобное приращение происходит в самой простой и ясной для всякого форме? Если мы внимательно всмотримся в дело, то найдем, что нет приращения более простого, чем происходящее всегда равномерно...". Схема "физической" работы Галилея, ярко продемонстрированная в большом отступлении "о падении тел в пустоте" в ходе "1-го дня" "Бесед...", такова: задается закон движения - тела падают с одинаковой скоростью, и в результате мысленных физических экспериментов происходит создание элементов физической модели.

Отметим использование Галилеем понятие "пустоты" такой идеальной среды, где идеальное и реальное падения тела совпадают, и понятие "среды" - того, что отклоняет реальное падение от идеального. Эту же мысль мы обнаруживаем у Ньютона, у которого место равноускоренного падения занимает равномерное прямолинейное движение, а место среды - сила: если тело отклоняется от равномерного прямолинейного движения, то значит (по определению, роль которого играет 2-й закон Ньютона) на него действует сила, пропорциональная ускорению тела. Галилей на этом не останавливается. К созданному им теоретическому построению он подходит как инженер к проекту, т.е. он ставит перед собой задачу воплотить в материал определение - проект этой идеальной среды-пустоты. Он делает это в ходе созданного им эксперимента, создавая "гладкие наклонные плоскости" и другие "конструктивные элементы" инженерной конструкции.

В отличие от Ф.Бэкона, Г.Галилей ориентировался на образец теоретической науки, каковым в его время была геометрия Эвклида. В ней посредством системы аксиом вводятся первичные понятия, которые мы будем называть "фундаментальными идеальными объектами" (ФИО) - точка, прямая, плоскость, из которых строятся прочие "идеальные объекты" - геометрические фигуры.

ФИО существуют (задаются) не сами по себе, а в рамках структуры данного раздела науки. Структуру, задающую раздел науки и связанные с ним ФИО мы будем называть "ядром раздела науки" (ЯРН) Г.Галилей развил однослойную эвклидовскую структуру до трехслойной. Галилей, наряду с математическим слоем - слоем "математического представления" (МП), на языке пропорции v₁:t₁=v₂:t₂ зафиксировал закон равномерно-ускоренного падения тела, в теоретической части (Т) ввел еще один теоретический слой - слой "физической модели" (ФМ) (схема 2).Слой "физической модели" содержит такие элементы, как "тело", "пустота", "среда", а также измеримые величины - время, скорость, расстояние. Этот двухслойный теоретический блок дополняется третьим нетеоретическим слоем "эмпирического материала" (ЭМ), содержащего "конструктивные элементы" (КЭ) типа наклонных плоскостей и процедуры измерения (И) для измеримых величин, фигурирующих в слое "физических моделей". Включение этого инженерного компонента в процесс формирования ФИО определяет ее отличие от натурфилософии. Г.Галилей создал основу структуры естественной науки Нового времени.

Схема № 1.

Схема № 2.

Термоскоп фактически явился прообразом термометра, и чтобы подойти к его изобретению, Галилей должен был радикально пересмотреть существующие в то время представления о тепле и холоде.

Первые известия об изобретении в Голландии подзорной трубы дошли до Венеции уже в 1609. Заинтересовавшись этим открытием, Галилей значительно усовершенствовал прибор. 7 января 1610 произошло знаменательное событие: направив построенный телескоп (примерно с 30-кратным увеличением) на небо, Галилей заметил возле планеты Юпитер три светлые точки; это были спутники Юпитера (позже Галилей обнаружил и четвертый). Повторяя наблюдения через определенные интервалы времени, он убедился, что спутники обращаются вокруг Юпитера. Это послужило наглядной моделью кеплеровской системы, убежденным сторонником которой сделали Галилея размышления и опыт.

Были и другие важные открытия, которые еще больше подрывали доверие к официальной космогонии с ее догмой о неизменности мироздания: появилась новая звезда; изобретение телескопа позволило обнаружить фазы Венеры и убедиться, что Млечный Путь состоит из огромного числа звезд. Открыв солнечные пятна и наблюдая их перемещение, Галилей совершенно правильно объяснил это вращением Солнца. Изучение поверхности Луны показало, что она покрыта горами и изрыта кратерами. Даже этот беглый перечень позволил бы причислить Галилея к величайшим астрономам, но его роль была исключительной уже потому, что он произвел поистине революционный переворот, положив начало инструментальной астрономии в целом.

Сам Галилей понимал важность сделанных им астрономических открытий. Он описал свои наблюдения в сочинении, вышедшем в 1610 под гордым названием “Звездный вестник”.

Наибольшим из всех чудес представляется то, что я открыл четыре новые планеты и наблюдал свойственные им собственные движения и различия в их движениях относительно друг друга и относительно движения других звёзд. Эти новые планеты движутся вокруг другой очень большой звезды так же, как Венера, и Меркурий, и, возможно, другие известные планеты движутся вокруг Солнца. (Галилео Галилей.)

Продолжая телескопические наблюдения, Галилей открыл фазы Венеры, солнечные пятна и вращение Солнца, изучал движение спутников Юпитера, наблюдал Сатурн. В 1611 Галилей ездил в Рим, где ему был оказан восторженный приём при папском дворе и где у него завязалась дружба с князем Чези, основателем Академии деи Линчеи («Академии Рысьеглазых»), членом которой он стал. По настоянию герцога Галилей опубликовал своё первое антиаристотелевское сочинение -- «Рассуждение о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся» (1612), где применил принцип равных моментов к выводу условий равновесия в жидкихтелах.

После выхода “Звездного вестника” с посвящением новому Тосканскому герцогу Козимо II Медичи Галилей принимает приглашение герцога вернуться во Флоренцию, где становится придворным “философом” и “первым математиком” университета, без обязательства читать лекции. К тому времени слава о работах Галилея прокатилась по всей Италии, вызывая восхищение одних и яростную ненависть других. Правда, какое-то время враждебные чувства не проявлялись. Более того, когда в 1611 Галилей приехал в Рим, ему был оказан восторженный прием “первыми лицами” города и церкви. Он еще не знал, что за ним учреждена секретная слежка.

К 1612 наступление противников Галилея усилилось. В 1613 его ученик аббат Кастелли, профессор Пизанского университета, сообщает ему, что поднят вопрос о несовместимости открытий Галилея со Священным Писанием, причем в числе обвинителей активно выступает и мать герцога Тосканского.

В ответном письме Кастелли, явившемся, по сути, программным документом, Галилей дал глубокий и развернутый ответ на все обвинения, предприняв попытку четко разграничить сферы науки и церкви. Почти два года церковь молчала, возможно, не имея о письме точных сведений, хотя о нем уже было известно в Пизе, Риме и Флоренции. Когда же копия письма (к тому же с намеренными искажениями) была направлена в инквизицию, то узнавший об этом Галилей в начале февраля 1616 едет в Рим в надежде отстоять свое учение.

Обстоятельства и на этот раз благоприятствовали Галилею. Незадолго до его приезда в Рим появилось сочинение одного священника, в котором высказывалась мысль, что учение Коперника не противоречит религии. Рекомендательные письма герцога Тосканского убедили инквизицию, что обвинения Галилея в ереси безосновательны. Галилею, однако, предстояло решить самую трудную задачу: легализовать свои научные взгляды, и он начал действовать.

По воспоминаниям современников, Галилей обладал блестящим даром популяризатора и полемиста, и его многочисленные выступления имели несомненный успех. Но он переоценил силу научных доводов и недооценил силу власти защитников идеологических догм. В марте 1616 конгрегация иезуитов выпустила декрет, в котором объявила учение Коперника еретическим, а его книги запрещенными. Имя Галилея в декрете не было названо, но частным образом ему было приказано принести покаяние церкви и отказаться от своих взглядов.

Галилей формально подчинился приказу и вынужденно изменил тактику. В течение многих лет он не выступал с открытой пропагандой учения Коперника. За этот период Галилей выпустил

единственное большое сочинение полемический трактат “Пробирные весы” (1623) по поводу трех комет, появившихся в 1618. По форме, остроумию и изысканности стиля это одно из лучших произведений Галилея.

В 1623 на папский престол под именем Урбана VIII вступил друг Галилеля кардинал Маффео Барберини. Для Галилея это событие казалось равносильным освобождению от уз интердикта (декрета). В 1630 он приехал в Рим уже с готовой рукописью «Диалога о приливах и отливах» (первое название «Диалога о двух главнейших системах мира»), в котором системы Коперника и Птолемея представлены в разговорах трёх собеседников: Сагредо, Сальвиати и Симпличо.

Папа Урбан VIII согласился на издание книги, в которой учение Коперника излагалось бы как одна из возможных гипотез. После длительных цензурных мытарств Галилей получил долгожданное разрешение на напечатание с некоторыми изменениями «Диалога»; книга появилась во Флоренции на итальянском языке в январе 1632. Через несколько месяцев после выхода книги Галилея получил приказ из Рима прекратить дальнейшую продажу издания. По требованию инквизиции Галилей был вынужден в феврале 1633 приехать в Рим. Против Галилей был возбуждён процесс. На четырёх допросах -- от 12 апреля до 21 июня 1633 -- Галилей отрекся от учения Коперника и 22 июня принёс на коленях публичное покаяние в церкви Maria Sopra Minerva. «Диалог» был запрещен, а Галилей 9 лет официально считался «узником инквизиции». Сначала он жил в Риме, в герцогском дворце, затем в своей вилле Арчетри, под Флоренцией. Ему были запрещены разговоры с кем-либо о движении Земли и печатание трудов. Несмотря на папский интердикт, в протестантских странах появился латинский перевод «Диалога», в Голландии было напечатано рассуждение Галилея об отношениях Библии и естествознания. Наконец, в 1638 в Голландии издали одно из самых важных сочинений Галелея, подводящее итог его физическим изысканиям и содержащее обоснование динамики, -- «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки...", в которой суммировал результаты всех своих прежних трудов по различным отделам механики. Книга была отпечатана фирмой Эльзевиров в Лейдене в 1638 г. Часть книги, посвященная механическим свойствам строительных материалов и исследованию прочности балок, представляет собой первый печатный труд в области сопротивления материалов; датой ее выхода в свет начинается история механики упругих тел.

Все работы Галилея по механике материалов вошли в первые два диалога его книги о двух новых науках. Свое изложение он начинает ссылкой на некоторые наблюдения, сделанные им при посещениях венецианского арсенала, и обсуждением свойств геометрически подобных сооружений. Он утверждает, что если возводить сооружения геометрически подобные, то по мере увеличения их абсолютных размеров они будут становиться все более и более слабыми. Для пояснения он.указывает: “Небольшие обелиск, колонна или иная строительная деталь могут быть установлены без всякой опасности обрушения, между тем как весьма крупные элементы этого типа распадаются на части из-за малейших причин, а то и просто под действием своего собственного веса”. Чтобы подтвердить это, он начинает с исследования прочности материалов при простом растяжении и устанавливает, что прочность бруса пропорциональна площади его поперечного сечения и не зависит от его длины. Такую прочность бруса Галилей называет “абсолютным сопротивлением разрыву” и приводит несколько числовых значений, характеризующих прочность меди. Определив абсолютное сопротивление бруса, Галилей исследует сопротивление разрушению того же бруса в том случае, когда он используется как консоль и нагружен на свободном конце.

На основе своей теории Галилей получает ряд важных выводов. Рассматривая балку прямоугольного поперечного сечения, он ставит вопрос: “Почему и во сколько раз брус, или, лучше, призма, ширина которой больше толщины, окажет больше сопротивления излому, когда сила приложена в направлении ее ширины, чем в том случае, когда она действует в направлении толщины?”. Исходя из своего предположения, он дает правильный ответ: “Любая линейка или призма, ширина которой больше толщины, окажет большее сопротивление излому, когда она поставлена на ребро, чем когда она лежит плашмя, и притом во столько раз больше, во сколько ширина больше толщины”.

Продолжая исследование задачи о балке--консоли постоянного поперечного сечения, Галилей заключает, что изгибающий момент веса балки возрастает пропорционально квадрату длины. Сохраняя длину круговых цилиндров, но меняя радиусы их оснований, Галилей находит, что их момент сопротивления пропорционален кубам радиусов. Этот результат следует из того факта, что “абсолютное” сопротивление пропорционально площади поперечного сечения цилиндра, а плечо момента сопротивления равно радиусу цилиндра.

Сравнивая геометрически подобные консоли, нагруженные собственным весом, Галилей заключает, что если изгибающий момент в сечении заделки пропорционален четвертой степени длины, то момент сопротивления пропорционален кубу линейных размеров. Это указывает на то, что геометрически подобные балки не равнопрочны.