Возникновениеэкспериментального естествознания в ХУ1-ХУП в.в. № 14
(Л.да Винчи, Н.Коперник, Дж. Бруно, Г.Галилей,И.Ньютон)
Историческаясправка
Периодевропейской истории с конца Х1У по начало ХУП века принято называть эпохойВозрождения и подразделять ее на два этапа:
— ранний этап — Италия Х1У – ХУ веков; в основном он характеризуетсяразвитием гуманитарных проблем (Ф. Петрарка, Дж. Боккаччо – Х1У век) иборьбой против схоластики.
— поздний этап(ХУ – начало ХУП в.); это время возникновения экспериментального естествознания, хотя и гуманитарныепроблемы продолжают развиваться.
Вцелом для эпохиВозрождения характерно следующее:
— использование античного культурного наследия: егозначение столь велико, что вся эпохаопределяется как эпоха Возрождения (Ренессанса); это название подчеркивает возобновлениеи творческое развитие культуры античности после более чем тысячелетнегозабвения;
— значительное уменьшение диктатуры римско-католическойцеркви: появление лютеранства, кальвинизма;
— возникновение культуры гуманизма: светской культуры,в центре которой стоит ЧЕЛОВЕК, его права, интересы, формирование всестороннеразвитой личности;
— существенные сдвиги в сфере производства: развитиегорной промышленности, появление доменного металлургического процесса, развитиекораблестроения, военного дела, совершенствование водяных и ветряныхдвигателей, появление книгопечатания, применение компаса и пороха и т.д.;
— рост интереса к природе и развитие естествознания: природастановится важным объектом не только литературы и изобразительного искусства,но и науки.
Для становления науки рассматриваемого периода характерноследующее:
— развитие математики;необходимо было, прежде всего, восстановить математику как теоретическую,строго доказательную дисциплину и поставить ее на службу развивающейся производственнойпрактике. В этом состояло существенное отличие от положения математики в эпохуантичности, когда она расценивалась как «чистая наука», часть философии; теперьважно было развивать математику и как теоретическую, и как прикладнуюдисциплину;
— возникновениеэкспериментального и математического естествознания; подлинно научноеизучение природы и человека возможно лишь на путях их опытного,экспериментального исследования – развивается методология опыта, формируетсяэксперимент как важнейший метод научного исследования, возникает неизвестноеранее математическое естествознание;
— существенное изменение астрономии; она становится важнейшей прикладной итеоретической дисциплиной, сочетающей как тщательное наблюдение природы, так иее строжайшее математическое осмысление; это привело, в частности, к появлениюболее точных астрономических таблиц, нового календаря, гелиоцентрическойсистемы.
— значительное развитие физики,химии, ботаники, биологии, медицины.
Среди наиболеезначительных ученых эпохи Возрождения следует выделить Л. да Винчи,Н.Коперника, Дж. Бруно, Г.Галилея. В этой же теме целесообразно рассмотреть ивклад в науку, сделанный И.Ньютоном в конце эпохи Возрождения – начале Нового времени.
ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ (1452 – 1519)
Итальянский живописец, скульптор, архитектор, ученый, инженер.
Сочетая разработку новых средствхудожественного языка с теоретическими обобщениями, Леонардо да Винчи создал образчеловека, отвечающий гуманистическим идеалам Высокого Возрождения.
Леонардородился в семье богатого нотариуса и сложился как мастер, обучаясь у Андреадель Верроккьо в 1467-1472 годах. Методы работы во флорентийской мастерскойтого времени, где труд художника был тесно сопряжен с техническими экспериментами,а также знакомство с астрономом П. Тосканелли способствовали зарождению научныхинтересов юного Леонардо.
Л. да Винчи - первый теоретик экспериментально-математического исследования природы.Он отстаивал решающее значение опыта в познании природы. Истина, считал он,достижима через союз ОПЫТА с ТЕОРИЕЙ (наукой). Наиболее полезным методомпознания истины считал АНАЛИТИЧЕСКИЙ метод.
Л.даВинчи принадлежат многочисленные открытия, проекты, экспериментальныеисследования в области математики, естественных наук, механики. Об этом можно судить,исходя из записных книжек и рукописей. Всего сохранилось около 7 тысяч листов.
Искусствои наука, по мнению Леонардо, связаны неразрывно. Отдавая пальму первенства живописи как наиболее интеллектуального,по его убеждениям, вида творчества, мастер понимал ее как универсальный язык(подобный математике в сфере наук), который воплощает все многообразиемироздания посредством пропорций, перспективы и светотени. «Живопись, — пишетЛеонардо, — наука и законная дочь природы..., родственница Бога». Изучаяприроду, истинный художник-естествоиспытатель тем самым познает «божественныйум», скрытый под внешним обликом натуры.
Как ученый и инженер Леонардо да Винчи обогатил проницательныминаблюдениями и догадками почти все области знания того времени, считая своизаметки и рисунки набросками к гигантской натурфилософской энциклопедии. Он былярким представителем нового, основанного на эксперименте естествознания. Особоевнимание Леонардо уделял механике, называя ее «раем математических наук» и видяв ней ключ к тайнам мироздания; он попытался определить коэффициенты тренияскольжения, изучал сопротивление материалов, увлеченно занимался гидравликой.Многочисленные гидротехнические эксперименты нашли выражение в его новаторскихпроектах каналов и ирригационных систем. Леонардо принадлежат исследования опадении тела по наклонной плоскости, о центрах тяжести пирамид, об ударе тел, одвижении песка на звучащих пластинках; о законах трения, а также изобретениединамометра, одометра, некоторых кузнечных инструментов, лампы с двойнымпритоком воздуха.
Страсть к моделированию приводила Леонардо кпоразительным техническим предвидениям, намного опережавшим эпоху: таковынаброски проектов металлургических печей и прокатных станов, ткацких станков,печатных, деревообрабатывающих и прочих машин, подводной лодки и танка, а такжеразработанные после тщательного изучения полета птиц конструкции летальныхаппаратов и парашюта.
Леонардо был близок к созданиюгелиоцентрической системы, считая Землю «точкой в мироздании». Изучаяустройство человеческого глаза, высказал догадки о природе бинокулярногозрения.
Анатомическиеисследования: обобщив результаты вскрытий трупов, в детализированных рисунках,изучая функции органов, Леонардо рассматривал организм как образец «природноймеханики». Особое внимание уделял проблемам эмбриологии и сравнительнойанатомии, стремился ввести экспериментальный метод в биологию. Утвердив ботанику как самостоятельнуюдисциплину, дал классические описания листорасположения, гелио- и геотропизма,корневого давления и движения соков растений. Явился одним из основоположниковпалеонтологии, считая, что окаменелости, находимые на вершинах гор, опровергаютпредставления о «всемирном потопе».
Явивсобою, идеал ренессансного «универсального человека», Леонардо да Винчиоценивался в последующем как личность, наиболее ярко очертившая диапазон творческихисканий эпохи. В русской литературе портрет Леонардо создан Д. С. Мережковскимв романе «Воскрешенные боги» (1899-1900).
Из работы Л. да Винчи «ОБ ИСТИННОЙ И ЛОЖНОЙНАУКЕ»
Утверждают, чтомеханическим является то знание, которое порождено опытом, научным знанием — то, которое рождается и завершается в мысли, а полумеханическим — то, котороерождается от науки и завершается в деятельности рук (operatione manuale). Номне кажется, что пусты и полны заблуждений те науки, которые не порожденыопытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте, т.е. тенауки, начало, середина или конец которых не проходят ни через одно из пятичувств. И если мы подвергаем сомнению достоверность всякой ощущаемой вещи, темболее должны мы подвергать сомнению то, что восстает против ощущений, каковы,например, вопросы о сущности Бога и души и тому подобные, по поводу которыхвсегда спорят и сражаются. И поистине всегда там, где недостает разумныхдоводов, там их заменяет крик, чего не случается с вещами достоверными. Вотпочему мы скажем, что там, где кричат, там истинной науки нет, ибо истина имеетодно-единственное решение, и когда оно оглашено, спор прекращается навсегда. Иесли спор возникает снова и снова, то эта наука — лживая и путанная, а невозродившаяся [на новой основе] достоверность. Истинные науки — те, которыеопыт заставил пройти сквозь ощущения и наложил молчание на языки спорщиков.Истинная наука не питает сновидениями своих исследователей, но всегда от первыхистинных и доступных познанию начал постепенно продвигается к цели при помощиистинных заключений, как это явствует из первых математических наук, называемыхарифметикой и геометрией, т. е. числом и мерой. Эти науки с высшейдостоверностью трактуют о величинах прерывных и непрерывных. Здесь не будутвозражать, что дважды три больше или меньше шести или что в треугольнике углыменьше двух прямых углов. Всякое возражение оказывается здесь разрушенным,будучи приведено к вечному молчанию. И этими науками наслаждаются в мире ихпочитатели, чего не могут дать обманчивые науки мысленные.
Опыт никогда не ошибается, ошибаются только суждения ваши,которые ждут от него вещей, не находящихся в его власти. Несправедливо жалуютсялюди на опыт, с величайшими упреками виня его в обманчивости. Оставьте его впокое и обратите свои жалобы на собственное невежество, которое заставляет васбыть поспешным, и, ожидая от опыта в суетных и вздорных желаниях вещей, которыене в его власти, говорить, что он обманчив! Несправедливо жалуются люди нанеповинный опыт, часто виня его в обманчивых и лживых показаниях.
Ни одно человеческое исследование не может называтьсяистинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства. И еслиты скажешь, что науки, начинающиеся и кончающиеся в мысли, обладают истиной, тов этом нельзя с тобой согласиться, а следует отвергнуть это по многим причинам,и, прежде всего, потому, что в таких чисто мысленных рассуждениях не участвуетопыт, без которого нет никакой достоверности.
Николай Коперник (1473-1543)
Гениальный польскийученый, заложивший основы научной астрономии.
Н. Коперник учился в Краковском, Болонском и Падуанском университетах,усваивая достижения гуманистической культуры, совершенствуя астрономическиепознания, в том числе, читая в подлинниках произведения древнегреческихастрономов. Древние теории укрепили Коперника в уже возникших у него сомненияхв правильности теории Птолемея. В результате многолетних тщательныхастрономических наблюдений и их математической обработки ученый создал новую гелиоцентрическую систему мира иизложил ее в работе «Об обращении небесных сфер». Основные идеи работы:
1. Земля не пребывает неподвижно в центре Вселенной, авращается вокруг своей оси.
2. Земля обращается вокруг Солнца, занимающего центрВселенной.
З. Смена дня и ночи, видимое вращение звездного неба объясняются вращением Земли вокруг своей оси.
4. Луна обращается вокруг Земли, являясь ее спутником.
Подвергнув решительной критике ошибочную и путаную системуПтолемея, Коперник математически обосновал гелиоцентрическую систему какединственно правильную. Значение теории Коперника вышло за рамки толькоастрономии, эта теория оказала значительное воздействие на дальнейшее развитиематематики, естествознания, мировоззрения вцелом.
Джордано Бруно(1548 – 1600)
Итальянский религиозный деятель,философ-пантеист, поэт.
Бруно родился в городе Ноле в 1543, в 1563 вступил в Доминиканский орден, новскоре за свои сомнения относительно непорочного зачатия Девы Марии навлек на себя подозрения в еретичестве,принужден был бежать и в 1576 г. покинул Италию. С этих пор он скитался по Европе: жилв Женеве, читал публичные лекции вТулузе, Париже. Его споры со сторонниками Аристотеля принудили его покинутьПариж. В 1583 г.он отправился в Лондон, где оставался в продолжение двух лет, живя подпокровительством французского посланника. Здесь он написал свои главнейшиепроизведения. Затем он снова путешествует – отправляется в Париж, затем — вМарбург, в Виттенберг, где в 1586 — 88 гг. читает лекции и произносит горячуюпохвальную речь Лютеру. В следующие годы Бруно жил в Праге,Франкфурте-на-Майне, Цюрихе. В 1592 г. возвратился в Италию. Несколько месяцев он спокойнопрожил в Венеции и Падуе. Но 22 мая 1592 г. был схвачен инквизицией в январе 1593 г. отправлен в Рим, гдепосле семилетнего тюремного заключения и тщетных попыток склонить его к отречениюот своих учений, 17 февраля 1600 г., был сожжен на площади Кампо деи Фиори, как еретик инарушитель монашеского обета.
В1865 Италия воздвигла в Неаполе памятник знаменитому мученику за свободу мыслии исследования, а 9 июня 1889 был открыт памятник на той самой площади Камподеи Фиори, где инквизиция около 300 лет тому назад предала его казни.
Основные сочинения Дж. Бруно: «Опричине, начале и едином», «О бесконечности, Вселенной и мирах», «О героическомэнтузиазме», антиклерикальная сатирическая поэма «Ноев ковчег», комедия«Подсвечник», философские сонеты.
Бруно защищал философские выводы изгелиоцентрической системы Коперника, критикуя учения схоластов о центральномположении земли. Вместе с тем Бруно отказался от воззрений польского астронома,согласно которому Солнце – абсолютный центр Вселенной. Такого центра, считалБруно, вообще нет. Вселенная не имеет границ, число миров в ней бесконечно и всюду существует движение.Наряду с мыслью о бесконечности мироздания, он защищал идею единства и внутреннейсвязи всех вещей. Бруно горячо поддерживал достижения современной ему науки исчитал, что истина должна основываться на разуме, быть очевидной и выражатьсамую суть вещей.
Впоследних произведениях Бруно переносит свой главный интерес на отношения«бесконечно малых». Он вводит понятие «монада», представляющее собой наименьшуюединицу бытия и считает необходимым истолковывать его в трояком смысле:
— в онтологическом:как наименьшее образование, в деятельности которого объединены телесное и духовное;
— в физическом:как атом Демокрита;
— в математическом:как точку.
ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ(1564-1642)
итальянский ученый, один из основателей экспериментальногоестествознания.
Галилейпроисходил из знатной, но обедневшей дворянской семьи, получил прекрасноеобразование, преподавал во многих итальянских университетах, уделял огромноевнимание научно-исследовательской работе.
Еще вдетские годы Галилей увлекался конструированием механических игрушек, мастерилдействующие модели машин, мельниц и кораблей. Как рассказывал впоследствии одиниз его учеников, Галилей еще в юности отличался редкой наблюдательностью,благодаря которой сделал свое первое важное открытие: наблюдая качания люстры вПизанском соборе, установил закон изохронности колебаний маятника(независимость периода колебаний от величины отклонения). Умение наблюдать иделать выводы из увиденного отличало Галилея всю жизнь. Еще в молодости он понял,что «явления природы, как бы незначительны, как бы во всех отношениях маловажныни казались, не должны быть презираемы философом, но все должны быть в одинаковоймере почитаемы. Природа достигает большого малыми средствами, и все еепроявления одинаково удивительны». По существу, это высказывание можно считатьдекларацией экспериментального подхода Галилея к изучению явлений природы.
Вгоды 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 возникновениюпрогрессивной для своего времени системы мира Птолемея (2 в. н. э.). Однакомногие положения античной науки, обретшие со временем статус непререкаемыхдогм, не выдержали испытания временем и оказались отвергнутыми, когда главнымарбитром в науке был признан опыт. В первую очередь, это относится к механикеАристотеля и многим другим его естественнонаучным представлениям. Но именно этиошибочные положения стали фундаментом официального «идеологического кредо», итребовались не только способности к независимому мышлению, но и просто мужество,чтобы выступить против него. Одним из первых на это отважился Галилео Галилей,всю жизнь боровшийся против схоластики и провозгласивший ОСНОВОЙ ПОЗНАНИЯ –ОПЫТ.
Галилейзаложил основы современной механики: выдвинул идею об относительностидвижения, установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклоннойплоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника; первымисследовал прочность балок.
Важнейшимдостижением Галилея в динамике было создание принципа относительности,ставшего основой современной теории относительности. Отказавшись отпредставлений Аристотеля о движении, Галилей пришел к выводу, что движение(имеются в виду только механические процессы) относительно, то есть нельзяговорить о движении, не уточнив, по отношению к какому «телу отсчета» онопроисходит. Законы же движения безотносительны, и поэтому, находясь в закрытойкабине (он образно писал «в закрытом помещении под палубой корабля»), нельзя никакимиопытами установить, покоится ли эта кабина или же движется равномерно ипрямолинейно («без толчков», по выражению Галилея).
Галилейпроизвел поистине революционный переворот в космологии, положив начало инструментальнойастрономии. Построив телескоп с 32-кратным увеличением, он открыл горына Луне, 4 спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. Сам ученый понималважность сделанных им астрономических открытий. Он описал свои наблюдения всочинении, вышедшем в 1610 под гордым названием «Звездный вестник».
Галилей активно защищал гелиоцентрическуюсистему мира, за что был подвергнут в 1633 году суду инквизиции, вынудившейего отречься от учения Н. Коперника. До конца жизни Галилей считался «узникоминквизиции» и принужден был жить на своей вилле близ Флоренции. В 1992 папаИоанн Павел II объявил решение суда инквизиции ошибочным и реабилитировалГалилея.
ИСААК НЬЮТОН (1642-1727)
великий английский ученый, завершивший создание классическоймеханики.
Если изучать биографию Ньютона, невдаваясь в суть его гениальных открытий, то можно сделать вывод, что в жизниученого не было ярких событий. Родная деревня Вульстроп, соседний городокГрэнтэм, Кэмбридж и Лондон – вот все места, связанные с его биографией. Ньютонникуда больше не выезжал и, поселившись где-нибудь, жил подолгу и однообразно.Но это только внешний мир ученого, его настоящая жизнь заключалась в мире егоидей, его познаний, его стремлений. Ньютон создал механистическую картину мира,в которой, как полагали его современники, заключался универсальный ключ,способный с помощью математики объяснить суть всех явлений и загадок мира.Разочарование пришло потом, когда был открыт микромир, полностью изменившийпредставление о внешнем мире. Но от этого гениальные открытия Ньютона непомеркли, не потеряли своей привлекательности, а просто приобрели границы применимости.Ньютоновская механика дала последующим поколениям ученых модель определенного научногоподхода, без которого были бы невозможнымногие открытия.
Ньютон сформулировал основные законы классическоймеханики, сделал открытия в оптике, астрономии, математике: открыл законвсемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света,разработал (независим от Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисление.
Обобщив результаты исследований своихпредшественников в области механики и свои собственные, Ньютон написал огромныйтруд «Математические начала натуральной философии», где были проанализированыосновные понятия и аксиоматика классической механики. В частности понятия: масса,количество движения, сила, ускорение, центростремительная сила и три законадвижения, а именно – закон инерции, закон пропорциональности силы ускорению изакон действия и противодействия. Здесь же был изложен закон всемирного тяготения,исходя из которого Ньютон объяснил движение небесных тел (планет, их спутников,комет) и создал теорию тяготения. Открытие этого закона знаменовало переход откинематического описания солнечной системы к динамическому объяснению явлений.Этим окончательно была утверждена победа учения Коперника. Ньютон показал, чтоиз закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера. Он объяснилдвижение Луны, явление процессии; развил теорию фигуры Земли, отметив, что онадолжна быть сжата у полюсов; создал теорию приливов и отливов; рассмотрел проблемусоздания искусственного спутника Земли; установил закон сопротивления иосновной закон внутреннего трения в жидкостях и газах; дал формулу скоростираспространения волн.
Ньютон создал теорию абсолютныхпространства и времени, которая долгое время господствовала в науке. С таким пониманиемпространства и времени связана его теория дальнодействия – мгновенной передачидействия от одного тела к другому на расстоянии, через пустое пространство безпомощи материи. Эта теория, как и вся механистическая картина мира Ньютона,господствовали до начала ХХ века. Впервые их ограниченность обнаружилиМ.Фарадей и Дж. Максвелл, показав неприменимость подобных воззрений кэлектромагнитным явлениям. Однако специальная теория относительности не отбросиласовсем закономерностей, установленных классической механикой Ньютона, а лишьуточнила и дополнила ее для случая движения со скоростями, соизмеримыми соскоростью света в вакууме.
Велик вклад Ньютона и в оптику. В 1666году при помощи трехгранной стеклянной призмы он разложил белый свет на семьцветов спектра, открыв явление дисперсии и хроматическую аберрацию. Пытаясьизбежать аберрации в телескопах, Ньютон сконструировал телескоп-рефлектор, гдевместо линзы использовал вогнутое сферическое пространство. Исследуя интерференциюи дифракцию света, ученый открыл такназываемые «кольца Ньютона», установив закономерности в их размещении, ивысказал идею о периодичности светового процесса. Открытия в этой области изложены в работе «Оптика».
Научная деятельность Ньютона сыгралаисключительно важную роль в истории развития физики. По словам А.Эйнштейна,«Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которыеопределяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степеньюполноты и точности, оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всемировоззрение в целом».
Из работы«математические начала натуральной философии (1687 г.)
Ньютон формулирует четыреметодологических правила, которым должно подчиняться научное исследование.Ставится вопрос «как искать», а не «что искать».
1. Первоеметодологическое правило обосновывает постулат простоты природы.«Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей…Не следуетдопускать причин больше, чем достаточно для объяснения видимых природныхявлений».
2. Постулато единообразии природы. «Одни и те же явления мы должны, наскольковозможно, объяснять теми же причинами».
3. Природапроста и единообразна. На основе чувственного опыта можно установить основныесвойства тел, такие как твердость, непроницаемость, движение. Все эти свойстваможно вывести из ощущений с использованием индуктивного метода. Индукция,уверен Ньютон, единственная действенная процедура для формирования научныхсуждений. Это закреплено в четвертом правиле.
4. «Вэкспериментальной философии суждения, выведенные путем общей индукции, следуетрассматривать как истинные или очень близкие к истине, несмотря на противоположныегипотезы, которые могут быть вообразимы…»
Озаконе всемирного тяготения: «По правде говоря, мне еще не удалось вывести причинуэтих свойств тяготения, гипотез же я не измышляю». То есть, из наблюдаемыхфактов невозможно определить сущность сил тяготения. Закон всемирного тяготениявыводится индуктивно и вопрос, почему этот закон именно такой, а не иной, неимеет ответа, опирающегося на факты. Прибегать же к гипотезам, не опирающимсяна чувственно наблюдаемые явления, означает отрываться от реальности. ФизикаНьютона не доискивается до сути тяготения, а довольствуется тем, что оносуществует и объясняет движение, как небесных тел, так и земных объектов.Вопрос о сущности вещей выносится Ньютоном за пределы «экспериментальнойфилософии». Гипотеза должна быть обоснована и подтверждена наблюдаемыми фактамии экспериментами. Тем более теория. Не опирающееся же на наблюдения иэксперименты размышление не является научным.