Тема 3. Наука эпохи Возрождения.

 

Европейское Возрождение охватывает период 15-16 вв. и формирует переходную от средневековья к Новому времени культуру. Важной чертой эпохи Возрождения является рождение нового мышления, основным содержанием которого выступает гуманизм. Гуманисты ратовали за создание нового уклада жизни, за возврат к духовным ценностям античности.

В эпоху Возрождения блестящее развитие получила литература и изобразительное искусство – живопись, скульптура. С этой эпохой связаны великие имена Леонардо да Винчи (1452-1519), Уильяма Шекспира (1564-1616), Мигеля де Сервантеса Сааведра (1547-1616). Можно отметить и крупных натурфилософов – Николая Кузанского (1401-1464), Пико делла Мирандола (1463-1494), Бернардино Телезио (1509-1588), Джордано Бруно (1548-1600) и др., а также ученых и в первую очередь Николая Коперника (1473-1543).

Имя великого художника Леонардо да Винчи известно всему миру. Такие его полотна, как «Тайная вечеря», портрет Моны Лизы («Джоконда»), стали шедеврами изобразительного искусства. Изобретательская и научная деятельность Леонардо да Винчи оставалась долгие годы неизвестной. Только в конце 18 века началось изучение трудных для понимания рукописей Леонардо. Эти рукописи написаны особым способом – так,что их можно читать только в зеркале. В настоящее время историки техники насчитывают сотни изобретений Леонардо да Винчи, найденных в его записных тетрадях. Наиболее часто эти изобретения изображены в виде чертежей с короткими ремарками. Более всего известны такие изобретения, как цепная передача, ременная передача, роликовые опоры, карданное зацепление, различного рода станки – молотобойный, для нанесения насечек на инструменты, ткацкие машины, приспособления для чеканки монет и др. Много изобретений Леонардо сделал в области гидравлики. Он принимал участие в организации мелиорационных работ, в устройстве гидросооружений в Наваре, проектировал отвод русла реки Арно у Пизанского моста. Леонардо разработал механизмы, сходные с устройством современных землечерпалок, усовершенствовал конструкцию шлюзов.

Несомненно мечтой Леонардо был полет человека. Он спроектировал в 1490 г., а возможно и построил, модель летательного аппарата с крыльями как у летучей мыши. Аппарат должен был использовать мускульные усилия рук и ног. Леонардо понимал, что существует подъемная сила крыла, думал о полете с помощью ветра (парящем полете). Самый ранний дошедший до нас проект парашюта принадлежит Леонардо да Винчи. Проектам летательных аппаратов он посвятил почти четверть века своей жизни, возможно поэтому современники считали его не то магом, не то слегка сумасшедшим.

Одной из теоретических проблем науки, привлекавших внимание ученых Возрождения, были вопросы магнетизма и электричества. Английского ученого Вильяма Гилберта (1544-1603) называют «отцом науки об магнетизма и электричестве». Гильберт был врачом, но интересовался «магнитной философией» с целью улучшения работы компаса. Это отвечало интересам Англии в ее стремлении господствовать на море. В своем сочинении «О магните» Гильберт описал ставшие классическими опыты с магнитной стрелкой. Он показал, что всякий магнит имеет полюсы, что свойство полюсов взаимопротивоположны, разноименные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются, что нельзя, разламывая магнит, получить один полюс, и другие. Гильберт предположил, что наша Земля - большой круглый магнит и что географические полюса совпадают с магнитными. Для доказательства своего предположения Гильберт изготовил из естественного магнита шар. Приближая к шару легкую магнитную стрелку, Гильберт мог наглядно демонстрировать поведение этой стрелки при ее перемещении по поверхности шара, т. е. как бы в различных точках земной поверхности. Это один из ранних классических естественнонаучных экспериментов, имеющий глубокий мировоззренческий смысл.

Гильберт расширил перечень материалов, обладающих свойством притяжения при натирании (сапфир, алмаз, аметист, стекло, сера и др.) Он же установил, что свойства притяжения теряются у этих предметов при нагревании. Многочисленные эксперименты по электричеству Гильберт пытался связать в теории электромагнитного притяжения, но это ему не удалось. Он не вышел за пределы представлений античности, например, не считал мнение о существовании души у магнита, высказанное еще Фалесом, абсурдным. По Гильберту, первичными элементами являются вода и земля. Свойствами притяжения обладают тела, происходящие из воды.

Наиболее выдающихся достижений в эпоху Возрождения достиг Н. Коперник (1473-1543). Образование он получил в Ягеллонском университете в Кракове, а затем 10 лет совершенствовал свои знания в Италии, где знакомится с достижениями великих творцов Возрождения, изучает живопись, астрономию, математику, философию, греческий язык. В Падуанском университете он изучает юриспруденцию и становится специалистом по каноническому праву. В 1503 г. Коперник получает диплом доктора права и в 1505 г. возвращается на родину, становится каноником Вармейской епархии, где и прожил до конца своих дней.

К гелиоцентрической модели устройства мира Коперник пришел от неудовлетворенности восприятия системы Птолемея. Коперник был убежден в гармоничности, простоте и разумности природы, а система Птолемея была громоздкой, сложной по расчетам, что вызывало его сомнения. Таким образом, к идеи пересмотра системы мироздания Коперник пришел не от научных открытий, а от чувства эстетической неудовлетворенности, т. е. от искусства, которое было основой мироощущения человека Возрождения.

Концептуальное изложение своей системы Коперник дал в 1515 г. в рукописном труде «Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям». Накануне своего 60-летия он закончил знаменитый труд «О вращении небесных сфер», в котором сформулировал новую гипотезу об устройстве мира. Сочинение состояло из 6 книг.

-В первой приводятся аргументы Коперника о движении Земли и ее месте во Вселенной. Здесь также рассматривается вся Солнечная система в целом и излагается новое учение. Заканчивается первая книга трактатом по тригонометрии.

-Во второй книге содержатся элементы сферической астрономии и приводится каталог 1025 звезд.

-Третья книга трактует о видимом движении Солнца.

-В четвертой излагается теория движения Луны и ее затмений.

-В пятой и шестой книгах рассматривается видимое движение планет и объясняется с точки зрения новой теории неправильность и запутанность описания этих движений.

Система Коперника выглядела следующим образом. В ее центре находится Солнце, вокруг которого по круговым орбитам последовательно вращаются планеты, первой из которых является Меркурий, делающий свой оборот вокруг Солнца за 88 дней, затем Венера за 9 месяцев, затем Земля вместе с орбитой Луны за 1 год, затем Марс за 2 года, затем Юпитер за 12 лет, затем Сатурн за 30 лет. На конце системы находится сфера неподвижных звезд. «Солнце, как бы восседая на царском престоле, управляет вращающимся около него семейством светил,» - пишет он. Совершая вращение вокруг Солнца, Земля одновременно вращается вокруг своей оси, чем объясняется смена дня и ночи, видимое движение звезд на небе.

Коперник не решался издавать это произведение, справедливо опасаясь гнева церкви. Сочинение было издано спустя 10 лет в 1543 г. в Нюрнберге по настоянию молодого профессора Виттенбергского университета Ретикуса. Книга была посвящена Папе Павлу 111. Коперник увидел свою книгу лишь за несколько часов до смерти. В 1616 г. произведение Коперника было внесено католической церковью в «Индекс запрещенных книг». Запрет был снят спустя более, чем 200 лет.

Открытие Коперника справедливо называют первой научной революцией. Ее сущность может быть изложена следующим образом:

-Коперник высказал мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов,подчиненным некоторым общим закономерностям единой механики.

-Отпала необходимость в перводвигателе и тем самым был брошен вызов религиозному миропониманию. Религиозная картина мира исходила из признания центрального положения Земли, поскольку это давало основание утверждать человека центром и высшей целью мироздания. Кроме того, религиозное миропонимание противопоставляло земное, как телесное и тленное, небесному, как нетленному. Но в свете идей Коперника Земля становилась обычной «рядовой» планетой.

-Предложив новую концепцию мироздания, Коперник в то же время продемонстрировал ограниченность чувственного познания и наблюдения и указал необходимость для науки критического разума.

Существенным недостатком взглядов Коперника было то, что он разделял господствующую в то время точку зрения на конечность мироздания. Он считал, что Вселенная заканчивается твердой сферой,на которой закреплены неподвижные звезды. Несостоятельность этого взгляда была показана в расчетах орбиты кометы, проведенных датским астрономом Тихо Браге (1546-1601). В 1577 г. он сумел рассчитать орбиту кометы, проходившую вблизи планеты Венера. Согласно его расчетам, эта комета должна была натолкнуться на твердую поверхность сферы, ограничивающую Вселенную. Но этого не произошло.

Одним из активных сторонников гипотезы Коперника был Дж. Бруно (1548-1600). Он дал философское обоснование взглядам Коперника и сделал следующий шаг в его развитии, отказавшись от идеи конечности Вселенной. Согласно Бруно, у Вселенной нет центра вообще. Она бесконечна и состоит из множества миров, подобных нашему. Причем многие из бесчисленного количества миров, считал он, обитаемы и, по сравнению с Землей, «если не больше и не лучше, то во всяком случае не меньше и не хуже». За свои убеждения Дж. Бруно поплатился жизнью. Как еретик, он был сожжен на костре по Площади цветов в Риме 17 февраля 1600 г.

Но научный прогресс это уже не могло остановить Наступали иные времена – эпоха Нового времени.

Тема 4. Наука Нового времени.

 

Новое время, начало которого относят к 17 веку и начинают отчет с имени Френсиса Бэкона (1561-1626), стало временем, когда наука приобретает доминирующее значение в постижении бытия. Именно этот английский философ-материалист уловил, что «знание – сила», что единое ранее знание, именуемое философией, в силу экономических, политических и иных причин начинает объективно расчленяться на собственно философию и науку. Его считают основателем философии Нового времени и всего экспериментирующего естествознания. Свою научную программу Бэкон назвал «Великое восстановление наук» и для целей ее осуществления разработал метод индукции. Прогресс науки, по его мнению, возможен на эмпирическом пути: от наблюдения, анализа, классификации, и сравнения к выводу законов и их опытной проверке. Рациональным, силлогистическим выводам он не доверял, так как всецело олицетворял их со средневековой схоластикой.

Почву для постройки новой рациональной науки создал другой основатель философии Нового времени – Рене Декарт (1596-1650). Им был разработан метод дедукции, который опирался на ясные и отчетливые идеи сознания, т. е. прочным основанием метода был сам человеческий разум. С Декарта начинается поклонение человеческому разуму как высшей инстанции познания. Среди многих достижений ученого и философа особую роль играет создание аналитической геометрии. Она, по его мнению, должна была стать универсальной наукой, тождественной методу. Создав систему координат и введя представление об одновременной взаимозависимости двух величин – функции и аргумента – Декарт внес в математику принцип движения. С этого момента математика становится рациональным приемом, обеспечивающим формализацию исследуемого явления, появилась возможность любую реальность представлять количественно.

В своих взглядах на природу (материю) Декарт придерживался материалистической позиции, хотя в целом по своим философским взглядам был дуалист. Атрибутом, т. е. неотъемлемым свойством материи, с точки зрения Декарта, является пространство. Оно непрерывно, но делимо до бесконечности и беспредельно. Поэтому космос у него беспределен. Но идею Бруно о множественности миров Декарт не разделял.

Философ внес свой вклад в учение о движении. Движение Декарт понимает как относительное: нет абсолютного покоя, тело может двигаться относительно одних тел и покоится относительно других. Источником движения является Бог – он перводвигатель.

Декарт дает первую формулировку принципу инерции: тело, раз начав двигаться, продолжает это движение и никогда само собой не останавливается.

Второй закон движения, предложенный Декартом, утверждает, что всякое тело стремится продолжить свое движение по прямой.

Третий закон определял принцип движения сталкивающихся тел.

В дальнейшем первый и второй законы движения признавались в науке Нового времени, третий подвергся резкой критике. Гарантом первого и второго законов движения, согласно Декарту, является Бог.

Декарт был создателем механистической картины мира. До Декарта никогда еще не высказывалась мысль о том, что природа есть сложная система механизмов, в число которых попадают и животные, и даже тело человека. В этом смысле Бог – Великий Механик, владеющий бесконечным арсеналом средств для построения машины мира. Человеку не дано постичь какими именно средствами пользовался Бог, строя этот мир. Создавая науку, человек конструирует мир так, чтобы между его представлениями и реальным миром имелось сходство. Вот поэтому предлагаемый в науке вариант объяснения мира носит гипотетический характер.

Задача науки, по Декарту, вывести объяснение всех явлений природы из полученных начал, в которых нельзя усомниться. Эти начала Декарт называет «врожденными идеями». Они гарантированы Богом и открываются философу интуитивно. За врожденные принципы, из которых потом путем дедукции выводится все научное знание, Декарта упрекали в априорном характере научных положений.

Сильное впечатление на современников произвела космогоническая гипотеза Декарта – теория вихрей, согласно которой мировое пространство заполнено особым легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Космогоническая гипотеза позднее была отвергнута, но заложенная в ней идея развития Вселенной получила в дальнейшем последователей, таких как Кант, Лаплас и др. В целом же вклад Декарта в науку неоценим. Ему человечество обязано введением системы координат, алгебраических обозначений, понятия рефлекса в биологии, созданием аналитической геометрии, открытием законов механики.

Своими научными достижениями Декарт во многом был обязан Галилео Галилею (1564-1642), на труды которого он опирался. Галилея можно по праву назвать первым ученым Нового времени, стоявшим у истоков формировавшейся науки. Родился он в г. Пизе в семье небогатого дворянина в тот самый день 18 февраля, когда умер великий Микельанжело. В 1581 г. Галилей стал студентом Пизанского университета медицинского факультета. Медицина его не очень увлекала и он самостоятельно изучал труды Аристотеля,Евклида, Архимеда, Витрувия и других античных ученых. Будучи студентом университета, он в 1583 г., наблюдая за раскачиванием лампады в Пизанском соборе, открыл закон маятника, согласно которому период колебания маятника не зависит от его массы и амплитуды колебаний. Позднее Галилей доказал зависимость периода колебаний от длины маятника. А в 1586 г. студент Галилей сделал свое первое изобретение – гидростатические весы, позволявшие точно измерять удельный вес. Это изобретение сделало его известным среди итальянских ученых.

В университете Галилей проучился 6 лет, но за не имением средств курс так и не закончил. Однако благодаря своей известности он получил в 1589 г. должность профессора по кафедре математики в Пизанском университете, а в 1592 г. – в Падуанском университете, где плодотворно работал 18 лет. К падуанскому периоду относятся изобретения термоскопа, исследование магнитов, открытие законов движения, использование зрительной трубы в астрономии и тем самым изобретение телескопа. В 1609 г. он построил свой первый телескоп, а затем и телескоп с 32-кратным увеличением, позволивший ему сделать ряд величайших открытий в астрономии.

Изобретение Галилеем телескопа позволило ему убедиться в правильности идеи Коперника. Он увидел, что Луна не является идеальной сферой, что она покрыта горами, а у Юпитера есть спутники (из 13 спутников он открыл 4), которые вращаются вокруг него и являют собой миниатюрную модель устройства Вселенной по Копернику. Галилей обнаружил, что Млечный Путь состоит из огромного скопления звезд, хотя глазу кажется светлой полосой. Результаты своих астрономических открытий Галилей опубликовал в «Звездном вестнике», книге сделавшей ему мировую известность.

С 1609 г. ему представляется возможность сосредоточиться только на научной работе. Он поселился близ Флоренции и в течении 22 лет активно работал над главным своим трудом – «Диалог о двух главнейших системах мира - Птолемеевой и Коперниковой». Книга вышла в свет в 1632 г. во Флоренции. В диалоге принимает участие 3 человека, два из них – Филиппо Сальвиати и Джован Франческо Сагредо – друзья Галилея, реальные люди, третий – Симпличио – вымышленное имя человека, защищающего философию перепатетиков. Сальвиати выступает от лица Галилея и высказывает идеи последнего, а Сагредо представляет образованного человека, который пытается во всем разобраться. Книга написана как собеседование, длившееся в течение 4-х дней. Каждому дню посвящена отдельная глава.

В первой главе, соответствующей первому дню беседы, обсуждается возможность неизменности небесного мира. Галилей ссылкой на собственные астрономические открытия отрицает постоянство мира. Мир меняется, возникают новые звезды и т. д.

Во второй день беседы обсуждаются вопросы движения Земли. Здесь Галилей выдвигает базовые принципы механики – принцип инерции и принцип относительности. Принцип инерции Галилеем сформулирован по отношению к телу, движущемуся по неограниченной горизонтальной плоскости. Принцип относительности сформулирован на примере корабля, находящегося в покое и движении, когда наблюдаются процессы движения в его трюме. В современной формулировке принцип относительности гласит, что все процессы в природе протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета, т. е. независимо от того, неподвижна система или совершает равномерное и прямолинейное движение. Поскольку все движения, протекающие на Земле, совершаются вместе с движением самой Земли, для наблюдателя все процессы протекают так, как если бы Земля была неподвижна.

Третий день дискуссии и соответственно третья глава книги посвящены открытой в 1604 г. новой звезде и возможности гелиоцентрического устройства мира, годичного вращения Земли.

В главе «День четвертый» обсуждаются причины морских приливов и отливов. Галилей ошибочно считал, что эти явления доказывают движение Земли. Гипотезу Кеплера о лунном и солнечном притяжении как причинах приливов и отливов Галилей не принимал.

Не смотря на то, что издание книги было церковью разрешено и даже посвящено Папе, спустя 6 месяцев против Галилея начались гонения. Инквизиция устроила над ним суд и в результате он письменно признался, что многие места книги неудачны и что она укрепляет ложные мнения. 22 июня 1633 г. в церкви Св. Марии Галилей публично покаялся и отрицал, что разделяет учение Коперника. После этого он был помещен под домашний арест и последние годы жизни посвятил изучению вопросов динамики и статики. Итогом исследования стала работа 1638 г. «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки». Речь шла о динамике и сопротивлении материалов.

Подводя итоги научной деятельности Галилея следует отметить его огромные заслуги в создании нового метода научного мышления, заложившего основания нового мировоззрения. Основными чертами галилеевского метода научного мышления, воспринятого Новым временем, стали:

1) математизация научных исследований. Галилей считал, что книга природы «написана на языке математики» и что «невозможна настоящая философия без геометрии».

2) введение технического эксперимента (опыта) как метода исследования. Эксперимент должен быть очищен от случайных обстоятельств. Он не иллюстрация, а метод, который по возможности должен быть описан математически.

3) использование мысленного эксперимента как развитие технического эксперимента. Например, Галилей, проводя эксперименты предполагал возможность неких идеальных условий, когда полностью отсутствуют силы трения и т. п.

4) проведение количественного анализа. Для этих целей Галилей сам изобрел или усовершенствовал ряд измерительных приборов – термоскоп, барометр и др.

Благодаря новому научному мышлению, предложенному Галилеем, появилось математическое естествознание и была разрушена научная парадигма, созданная Аристотелем около 2-х тысяч лет назад.

В анализе природы Галилей отдавал предпочтение двум основным методам:

во-первых, аналитическому – выделяющему элементы реальности, недоступные непосредственному восприятию с использованием абстрагирования, идеализаций, средств математики.

Во-вторых, синтетически-дедуктивному – состоящему в математической обработке данных опыта, на основе которых вырабатываются теоретические схемы, применяемые для интерпретации и объяснения явлений.

Современником Галилея и одним из создателей небесной механики был выдающийся астроном Иоганн Кеплер (1571-1630), труды которого также подтверждали и развивали теорию Коперника. После окончания университета Кеплер работал профессором математики и морали в училище г. Граца. В 1600 г. по приглашению Тихо Браге Кеплер переехал в г. Прагу и вскоре после смерти Браге занял место астронома при дворе Рудольфа II.В наследство от Тихо Браге Кеплер получил все реестры его обсерватории и мог свободно пользоваться собранными датским ученым наблюдениями. Благодаря богатому эмпирическому материалу Кеплеру удалось открыть законы движения планет.

Самым важным сочинением Кеплера по астрономии явилась работа «Новая астрономия, или небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге» (1609 г.). В сочинении изложены два закона движения планет, которые носят его имя.

Первый закон: каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон: радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени покрывает равные площади.

Третий закон: квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Третий закон был обнародован Кеплером в 1619 г. в работе «Гармония мира».

Помимо открытых законов Кеплер в течение 20 лет работал над составлением «Рудольфовых таблиц», названных так в честь императора Рудольфа II. Эти таблицы начал составлять еще Тихо Браге. Кеплер провел основную часть работы, используя наблюдения датского астронома. «Рудольфовы таблицы» использовались астрономами и моряками вплоть до 19 века. Они были напечатаны в Ульме в 1627 г., через 26 лет после смерти Тихо Браге. Это были первые таблицы, в которых использовались логарифмы.

Помимо астрономии Кеплер интересовался вопросами оптики и посвятил этому специальный труд «Диоптрика». В этой работе он дал теорию зрительного восприятия, теорию коррекции зрения. Кеплер предложил конструкцию зрительной трубы с окуляром в виде положительной (выпуклой) линзы, схема которой носит его имя – «зрительная труба Кеплера». Телескопическую систему с окуляром в виде отрицательного оптического компонента называют «зрительной трубой Галилея».

В работах по оптике Кеплера были даны основы современной геометрической оптики. В ней не хватало одного важного звена – закона преломления. Современники не очень ценили и понимали Кеплера и только Исаак Ньютон смог понять и по достоинству оценить его открытия. Именно от законов Кеплера отталкивался Ньютон, когда открыл закон всемирного тяготения.

Значительные успехи в 17 в. были в области экспериментирующего естествознания по исследованию гидростатики и пневматики. Проводимые опыты с «пустотой» привели к открытию газовых законов, измерению атмосферного давления, изобретению и совершенствованию воздушных (вакуумных) насосов. Торичелли (1608-1647), известный итальянский ученый, помощник Галилея в последние годы его жизни, положил начало целому ряду исследований по гидростатике и пневматике. Его имя стало бессмертным в связи с опытом 1644 г. по измерению атмосферного давления Они состояли в следующем: запаянную с одного конца трубку наполняют ртутью и опускают в открытую чашу, тоже заполненную ртутью. Столб ртути в трубке уравновешивается тяжестью внешнего воздуха. При поднятии прибора на гору в трубке образуется пустота, названная в последствии «торричеллиевой». Так был найден способ измерения атмосферного давления.

Опыты с пустотой были продолжены Блезом Паскалем (1623-1662). Узнав об опытах Торричелли, Паскаль решил их повторить, используя вместо ртути воду и вино, меняя форму трубок. Свои опыты он изложил в сочинении «Новые опыты, касающиеся пустоты» (1647 г.). Затем он продолжил серию опытов измерения атмосферного давления на разных высотах. Так, в 1648 г. он измерял давление у подножья горы Пюи-де-Дом и на ее вершине на высоте 467 м, а также в Париже на башне высотой 50 м. Это позволило ему установить так называемое барометрическое нивелирование.

Блез Паскаль известен и как математик. Его работы касаются теории чисел, методам решения задач по вычислению площадей фигур, объемов тел, длин кривых, нахождению центров тяжести. Паскаль одним из первых начал разработку области математики, ставшей впоследствии теорий вероятностей, изучая комбинации,возникающие в азартных играх.

Расширение сферы опытов с пустотой привело к изобретению воздушного насоса, которое сделал Отто фон Герике (1602-1686). Он обучался в нескольких европейских университетах – Лейпцигском, Иенском, Лейденском,изучая право,математику, механику, фортификацию, участвовал в Тридцатилетней войне (1618-1648 гг.) как военный инженер. После серии опытов он нашел способ откачивать воздух из сосуда и изобрел воздушный насос. В 1654 г. он в присутствии императора и князей произвел опыт с так называемыми «магдебургскими полушариями», который вызвал удивление публики. Когда из полости, образованной двумя соприкасающимися полушариями, был выкачен воздух, то разъединить их не могли 16 лошадей. Если же полость наполнялась воздухом, то разъединить полушарии можно было руками без всяких усилий. Герике, таким образом, дал исчерпывающий ответ на вопрос об атмосферном давлении и рассчитал его величину.

Воздушный насос Герике был усовершенствован Робертом Бойлем (1627-1691), который известен в физике в связи с формулировкой газового закона, носящего имя двух ученых – Бойля-Мариотта. Бойль провел множество опытов по исследованию пустоты. Он продемонстрировал, что в пустоте не горит свеча, магнит действует через пустоту, нагретая вода в пустоте закипает, свет распространяется в пустоте, трение в пустоте вызывает тепло и др. Опыт с «торричеллеевой пустотой» привел его к открытию газового закона, согласно которому произведение объема данной массы идеального газа на его давление постоянно при постоянной температуре. Закон был установлен Бойлем в 1662 г. Независимо от Бойля этот же закон был открыт французским ученым Мариоттом, настоятелем монастыря Св. Мартина, в 1676 г. Эдм Мариотт (1620-1684) описал этот опыт в работе «О природе воздуха».

Р. Бойль известен и как английский химик, который дал определение химическому элементы, ввел в химию экспериментальный метод, положил начало химическому анализу, способствуя становлению химии как науки. Свои опыты с пустотой он описал в сочинении «Новые физико-механические опыты» (1660 г.). Бойль ввел понятие «барометр».

Другой областью пристального внимания физиков 17 века было оптика и механика. Оптика занимает особое место в науке, хотя бы потому, что свет простирается от Вселенной (мегамира) до макро и микромира. Научные выводы, полученные при изучении оптических явлений или при помощи оптических методов и средств, не раз меняли представления об устройстве мира, т. е. носили мировоззренческий характер. Вспомним хотя бы Галилея и его первый телескоп. Только с помощью одного прибора он открыл мириады звезд.

В 17 в. с помощью оптических экспериментов решались проблемы природы света и скорости его распространения. В постановке и решении этих проблем видное место принадлежит Франческо Гримальди (1618-1663), Олафу Ремеру (1644-1710), Христиану Гюйгенсу (1629-1695), Роберту Гуку (1635-1703).

Открытие явления дифракции принадлежит итальянскому ученому Франческо Марии Гримальди, им же было и введено понятие «дифракция». Доказательство конечности скорости света принадлежит датскому ученому Олафу Ремеру.

Выдающийся вклад в развитие теоретической оптики, в теорию света был сделан голландским ученым Христианом Гюйгенсом. Он установил один из основополагающих принципов оптической теории – «принцип Гюйгенса».

Гюйгенс всю жизнь занимался шлифовкой стекол, изобрел шлифовальный станок для изготовления линз и создал зрительную трубу хорошего качества, позволившее ему открыть «Кольцо Сатурна», обнаружил «шапки» на Марсе, туманности в созвездии Ориона, полосы на Юпитере. Астрономические наблюдения требовали точных приборов для измерения времени. Гюйгенс изобрел часы с маятником (патент от 1657 г.). Идея маятниковых часов принадлежала Галилею, но реализовать ее удалось Гюйгенсу. Историки считают, что Гюйгенс пришел к своему изобретению независимо от Галилея. В трактате «Маятниковые часы» (1658 г.) Гюйгенс изложил теорию математических и физических маятников, дал формулу для расчета периода колебаний маятника.

Астрономические исследования Гюйгенса и изобретение маятниковых часов сделали его имя известным по всей Европе. Сам Гюйгенс считал себя продолжателем Галилея и Торричелли, теории, которых он, по его собственному выражению «поддерживал и обобщал». Лучшей его работой в области механики является произведение «Качающиеся часы, или о движении маятника». В этой работе, опубликованной в 1673 г., приводится описание маятниковых часов, движение тел по циклоиде, развертка и определение длин кривых линий, определение центр колебаний, описание устройства часов с круговым маятником, изложение теоремы о центробежной силе. Последняя теорема имела большое теоретическое значение для открытия Ньютоном закона всемирного тяготения.

Гюйгенс также занимался вопросами динамики и изложил свои взгляды в работе «О движении тел под влиянием удара», законченной в 1656 г., но опубликованной в 1700 г. Задачу об упругом ударении тел Гюйгенс рассматривал на основе трех принципов – принципа инерции, принципа относительности и принципа сохранения суммы произведений массы каждого тела на квадрат скорости до и после удара. Позднее эта величина была названа кинетической энергией.

Последние два десятилетия Гюйгенс занимался проблемами оптики. В 1690 г. вышла его книга «Трактат о свете». В ней он изложил достаточно стройную волновую теорию света.

Значительная роль в развитии механики принадлежит английскому физику Роберту Гуку (1635-1703). В возрасте 24 лет работал ассистентом у Бойля, а позднее занимал должность «куратора опытов» в королевском научном обществе. Он усовершенствовал многие измерительные приборы: воздушный насос (вместе с Бойлем), барометр с круговой шкалой, анемометр (прибор для измерения силы ветра) и др. Среди оптических приборов он усовершенствовал микроскоп и впервые применил его для научных исследований. Устройство микроскопа описано им в книге «Микрография» (1665 г.). С помощью микроскопа Гук увидел клетки тканей организмов. Само слова «клетка» введено именно Гуком.

В своей книге Гук касается и других вопросов – природы света, опытов по определению упругости воздуха, астрономических наблюдений и др. Гук вплотную приблизился к открытию закона всемирного тяготения. В 1674 г. в работе «Попытка доказать движение Земли наблюдениями» Гук выдвинул три важных предположения, суть которых в следующем:

во-первых, существует сила притяжения, которой обладают все небесные тела, и эта сила направлена к центру тела;

во-вторых, Гук следует Галилею в вопросе о законе инерции;

в-третьих, силы притяжения, по Гуку, увеличиваются по мере приближения к притягивающему телу.

В 1679 г. Гук в письме к Ньютону в Кембридж указал, что, если притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния, то формой орбиты планет является эллипс.

Создателем классической механики, обобщившем достижения своих предшественников, по праву считают Исаака Ньютона (1643-1727). Ньютон учился в Кембриджском университете и в 1665 г. получил степень бакалавра, но в связи с охватившей Англию чумой, уехал в свою родную деревню Вулсторп, где плодотворно работал. Именно там под окнами дома росла та знаменитая яблоня, которая, по легенде, подсказала Ньютону закон всемирного тяготения. В течении 93 лет после смерти Ньютона посетители могли видеть эту знаменитую яблоню. В 1820 г. дерево погибло, сломанное бурей, и из его древесины был сделан памятный стул, который хранится в мемориальном музее. Считается, что в Вулсторпе был рожден метод дифференциального и интегрального исчисления, а также начаты знаменитые оптические эксперименты.

В 1668 г. Ньютон получил степень магистра и начал преподавать математику в Кембридже. В этом же году он собственноручно построил свой первый зеркальный телескоп – рефлектор. Это изобретение позволило ему стать членом Лондонского Королевского общества. Усовершенствованный вариант телескопа Ньютон послал в дар королю Карлу II. Как и Галилей, Ньютон заслужил признание в научном мире благодаря исследованиям по оптике, и, в частности, в связи с построением телескопа.

В 1688 г. Ньютон был избран членом английского парламента и два года жил в Лондоне. Но политики Ньютон не любил, как не любил делать научные доклады. В 1692 г. Ньютон заболел, потрясенный пожаром, который привел к утрате научных рукописей. В 1695 г. он выздоровел и был назначен хранителем, а с 1699 г. директором Монетного двора. Под руководством Ньютона была разработана и проведена необходимая экономике Англии денежная реформа. Есть сведения, что с техникой чеканки монет в Англии знакомился Петр 1, где встречался с Ньютоном. В 1703 г. Ньютон стал президентом Лондонского Королевского общества, а с 1705 г. королева Анна возвела Ньютона в дворянство.

Основные научные труды Ньютона следующие:

«Математические начала натуральной философии» (1687), в улучшенном и исправленном виде «Начала» издавались в 1713 и 1726 гг. и «Оптика» (1703). Главные научные достижения Ньютона:

в области математики – дифференциальное и интегральное исчисление;

в области оптики – открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, разрабатывал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления света;

в области механики – сформулировал в 1687 г. три закона.

Первый: всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят это состояние.

Второй: произведение массы тела на его ускорение равно действующей силе; а направление ускорения совпадает с направлением силы.