Концепции современного естествознания (стр. 2 )

Эпикур (324–270 гг. до н. э.) – разделял точку зрения Демокрита (мир состоит из атомов и пустоты) и внёс в описание атомов по Демокриту поправки: атомы не могут превышать известной величины, число их форм ограничено, атомы обладают тяжестью и т. д. Но самое главное в учении Эпикура – попытка найти какие-то внутренние источники жизни атомов. Он высказал мысль, что изменение направления их движения может быть обусловлено причинами, содержащимися внутри самих атомов. Это был шаг вперед по сравнению с Демокритом, у которого атом непроницаем, неподвижен и безжизненен.

Архимед (287–212 гг. до н. э.) – первый представитель математической механики, математической физики. Он решил ряд задач по вычислению площадей поверхностей и объемов, определил значение числа p; ввел понятие центра тяжести и определение его для различных тел; дал математический вывод законов рычага. Ему принадлежит выражение: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Архимед положил начало гидростатике, которая нашла широкое применение при проверке изделий из драгоценных металлов и определении грузоподъемности кораблей.

Широчайшую известность получил закон Архимеда, касающийся плавучести тел. Согласно этому закону, на всякое тело, погруженное в жидкость, действует поддерживающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости, направленная вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема. Если вес тела меньше поддерживающей силы, тело всплывает на поверхность, причем степень погруженности плавающего на поверхности тела определяется соотношением удельных весов этого тела и жидкости. Если вес тела больше поддерживающей силы, то оно тонет. В случае же, когда вес тела равен поддерживающей силе, это тело плавает внутри жидкости (как рыба или подводная лодка).

Архимеда отличали ясность, доступность научных объяснений изучаемых им явлений. Древнегреческий мыслитель Плутарх писал: «Если бы кто-либо попробовал сам разрешить эти задачи, он ни к чему не пришел бы, но, если бы познакомился с решением Архимеда, у него тотчас бы получилось такое впечатление, что это решение он смог бы найти и сам – столь прямым и кратким путем ведет нас к цели Архимед».

Ему принадлежат многочисленные изобретения:

- «архимедов винт»- устройство для подъёма воды на более высокий уровень;

- системы рычагов, блоков, винтов для подъёма больших тяжестей;

- метательные военные машины.

Контрольные вопросы

1.  Как назывался труд древнегреческого математика Евклида, и что в нём излагалось?

2.  Что нового в описание атома по Демакриту внёс Эпикур?

3.  Кто был первым представителем математической механики и математической физики?

4.  Перечислите основные изобретения Архимеда.

6.  Древнеримский период античной натурфилософии.

Новых идей было выдвинуто значительно меньше, чем в Древней Греции.

Тит Лукреций Кар (Лукреций) (живший в I в. до н. э.). Философская поэма «О природе вещей», содержит интересные сведения об атомистских воззрениях Демокрита и Эпикура (поскольку из сочинений последних до нас дошли лишь немногие отрывки). Лукреций высказал мысль о вечности материи. Вещи временны, они возникают и исчезают, распадаясь на атомы – они первичные составные части. Атомы же вечны, и их количество во Вселенной всегда остается одним и тем же. Отсюда вытекает вывод о вечности материи, которую Лукреций отождествлял с атомами.

Можно назвать еще сочинения Аннея Сенеки, Паппа Александрийского, Диофанта, Манилия. Все они написаны в литературной форме, т. е. в виде диалогов, поэм, энциклопедий. Сочинения Сенеки содержат сведения по физике, метеорологии, географии. Поэма Манилия касается астрономии. А сочинения Паппа Александрийского и Диофанта посвящены главным образом математике.

Клавдий Птолемей (приблизительно 90–168 гг. н. э.) – фактически древнегреческий ученый (жил в Александрии), но деятельность его протекала в период расцвета Римской империи. Один из крупнейших ученых античности. Главный труд – «Математическая система», определил развитие астрономии более чем на тысячелетие. Сохранился только арабский перевод, который только в ХII веке был переведен на латинский язык. Поэтому книга Птолемея дошла до нас под арабским латинизированным названием «Альмагест».

В книге нашла отражение колоссальная работа Птолемея по созданию первой математической теории, описывающей движение Солнца и Луны, а также пяти известных тогда планет на видимом небосводе. В «Альмагесте» Птолемей рисует следующую схему мироздания: в центре Вселенной находится неподвижная Земля. Ближе к Земле находится Луна, а затем следуют Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Объясняя такой порядок планет, Птолемей исходил из предположения, что чем быстрее движется планета, тем ближе к Земле она расположена. Геоцентрическая модель просуществовала очень долго – целых 1375 лет. После Коперника Птолемея вспоминали как автора отвергнутой системы мира.

Контрольные вопросы

1.  Кто из учёных в древности первым высказал мысль о вечности материи?

2.  Как назывался главный труд Птолемея, и что нашло в нём отражение?

3.  Сколько лет просуществовала геоцентрическая модель Вселенной Аристотеля – Птолемея?

7.  Естествознание эпохи Средневековья.

Наблюдался закат греко-римской культуры и резкое усиление влияния церкви.

Философия тесно сближается с теологией (богословием), фактически становится ее «служанкой». Возникает непреодолимое противоречие между наукой (наблюдения, опыт, обобщение результатов) и схоластическим богословием (религиозные догмы).

Европейская христианская наука переживала длительный упадок (до ХII–ХIII вв.), на Востоке наоборот – прогресс науки. Со второй половины VIII в. научное лидерство явно переместилось из Европы на Ближний Восток. В IХ в., наряду с трудом Птолемея («Альмагест»), на арабский язык были переведены «Начала» Евклида и сочинения Аристотеля. Таким образом, древнегреческая научная мысль получила известность в мусульманском мире, способствуя развитию математики и астрономии. В этот период известны имена таких арабских ученых, как Мухаммед аль-Баттани (850– 929 гг.), астроном составивший новые астрономические таблицы, Ибн – Юнас (950–1009 гг.), достигший заметных успехов в тригонометрии и сделавший немало ценных наблюдений лунных и солнечных затмений, Ибн аль-Хайсам (965–1020 гг.), получивший известность своими работами в области оптики, Ибн-Рушд (1126–1198 гг.), виднейший философ и естествоиспытатель, считавший Аристотеля своим учителем.

Средневековой арабской науке принадлежат и наибольшие успехи в химии. Опираясь на материалы александрийских алхимиков I века некоторых персидских школ, арабские химики достигли значительного прогресса в своей области. В их работах алхимия постепенно превращалась в химию. А уже отсюда (благодаря главным образом испанским маврам) в позднем средневековье возникла европейская химия.

Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.), которые стали образовываться с ХII века. Обучение стало носить более систематический характер.

ХIII век характерен для европейской науки началом эксперимента и дальнейшей разработкой статики Архимеда. Группа ученых Парижского университета во главе с Иорданом Неморарием (вторая половина ХIII в.) развивает античное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла – задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.

В ХIV в. в полемике с античными учениями рождались новые идеи, начинают использоваться математические методы, т. е. идет прогресс подготовки будущего точного естествознания. Лидерство переходит к группе ученых Оксфордского университета, среди которых наиболее значительная фигура – Томас Брадвардин (1290–1349 гг.). Ему принадлежит трактат «О пропорциях» (1328 г.), который в истории науки оценивается, как первая попытка написать «Математические начала натуральной философии» (через 360 лет спустя так назовет свой труд Исаак Ньютон).

В средневековье интерес к науке все же не угасал. Вместе с тем научные знания этой эпохи ограничивались лишь познанием отдельных явлений и легко укладывались в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, выдвинуты в период античности (главным образом в учениях Аристотеля). Естествознание находилось в стадии «преднауки».

Контрольные вопросы

1.  В чём противоречие между наукой и теологией?

2.  С чем связан упадок европейской науки с VIII по XII века?

3.  В какой науке добились наибольших успехов арабские учёные?

4.  Что способствовало подъёму западной христианской науки?

5.  Чем характерен для европейской науки XIII век? XIVвек?

8.  Научные революции в истории общества.

Сущность и механизм естественнонаучной революции.

Развитие естествознания не является монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природным миром. И если процесс простого приращивания знаний (а иногда и вымыслов) был присущ для натурфилософии античности, для «преднауки» средневековья, то с XVI века характер научного процесса существенно меняется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира.

Эти переломные этапы в научном познании получили наименование научных революций. В любой научной революции можно выделить более и менее длительный исторический период, в течение которого она происходит.

Периоды революций в науке, отмечал известный физик Луи де Бройль, «всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний».

Эти решающее этапы в развитие фундаментальных наук можно разделить по результатом и степени влияния на развитие науке в целом на глобальные научные революции и на «микрореволюции» в отдельных науках. Последние означает создание новых теорий в том или иной области науки, которые меняют представления об определенном, сравнительно узком круге явлений, но не оказывают решающего влияния на существующую научную картину мира, требуют коренного изменения способа научного мышления.

Глобальная научная революция приводит к формированию совершенного нового видения мира, вызывает появление принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечет за собой новые способы, методы его познания. Глобальная научная революция может происходить первоначально в одной из фундаментальных наук, превращая её в лидера науки.

9.  Первая естественнонаучная революция.

Первая научная революция стала результатом систематизации накопленных знаний.

Опыт древних греков стал одной из предпосылок первой естественнонаучной революции. Из опыта путешествий греки знали, что в южных районах Полярная звезда на небе располагается ниже, чем в северных. Полярная звезда на Северном полюсе находится прямо над головой наблюдателя. Человеку же на экваторе кажется, что она располагается на линии горизонта.

Зная разницу в кажущемся расположении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел вычислить длину экватора.

Аристотель обобщил астрономические наблюдения своих предшественников и догадался, что лунные затмения происходят тогда, когда Земля оказывается между Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть лишь в том случае, если Земля имеет форму шара.

Основываясь на наблюдениях, проведенных предшественниками, Аристотель предположил, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды обращаются вокруг нее по круговым орбитам. Математическое описание сделал Птолемей, он превратил идею Аристотеля в космическую модель геоцентрической системы мира. Земля в центре, окруженная восемью сферами, несущими на себе Луну, Солнце и планеты. Что лежит за последней сферой не объяснялось.

Главный итог первой естественнонаучной революции (преобразовавшей астрономию, космологию и физику) – создание последовательного учения о геоцентрической системе мира, начатое еще в VI веке до н. э. Анаксимандром и Аристотелем. Эту научную революцию естественно назвать Аристотелевой.

10.  Вторая естественнонаучная революция.

Гелиоцентрическая система мира. Учение о множественности миров.

Период конца ХV–XVI в. в. – переход от средневековья к Новому времени – эпоха Возрождения (возрождение культурных ценностей античности, отсюда и название). Расцвет искусства, утверждение идей гуманизма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессом науки и радикальным изменением миропонимания, которое явилось следствием появления гелиоцентрического учения великого польского астронома Николая Коперника (1473–1543 гг.).

В своем труде «Об обращении небесных сфер» Коперник утверждал, что Земля не является центром мироздания и что «Солнце, как бы восседая на Царском престоле, управляет вращающимся около него семейством светил». Это был конец аристотелево – птоломеевской геоцентрической системы мира. На основании большого числа астрономических наблюдений и расчетов Коперник создал новую гелиоцентрическую систему мира, что явилось революцией.

Земля – одна из планет, движущихся вокруг Солнца по круговым орбитам, одновременно вращается вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звездного неба. Но гелиоцентрическая система мира не сводилась только к перестановке предполагаемого центра Вселенной. Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчинением некоторым закономерностям единой механики. Тем самым было разрушено представление Аристотеля о неподвижном «перводвигателе», якобы приводящем в движение Вселенную.

Коперник показал ограниченность чувственного познания, неспособного отличить то, что нам представляется, оттого, что в действительности имеет место (визуально нам кажется что Солнце «ходит» вокруг Земли). Таким образом он продемонстрировал слабость принципа объяснения окружающего мира на основе непосредственной видимости и доказал необходимость для науки критического разума.

Учение Коперника подрывало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира, которая исходила из признания центрального положения Земли, что давало основание объявлять находящегося на ней человека центром и высшей целью мироздания.

Католическая церковь не могла согласиться с этими выводами. Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям. Сам Коперник избежал этого ввиду своей смерти, которая случилась в этом же году, в котором был опубликован его главный труд «Об обращении небесных сфер»(1543 г.). В1616 году этот труд был занесен в панский «Индекс запрещенных книг, откуда был, вычеркнут лишь в 1835 году.

Идея гелиоцентрической Вселенной и движущейся Земли начала быстро завоевывать умы ученых. В Англии теория Коперника нашла прочную поддержку. Там вышла книга Томаса Диггса (около 1545–1595 гг.) «Совершенное описание небесных сфер», где Диггс почти полностью перевел труд Коперника на английский язык.

В 1583 году Англию посетил доминиканский монах Джордано Бруно (1548–1600 гг.), где он познакомился с теорией Коперника. Его горячую поддержку идей Коперника и представлений о бесконечном звездном Космосе Католические церковника сочли проявлением еретических отношений к церкви. В 1600 году Джордано Бруно был сожжен на костре за ересь, а Католическая церковь предала теорию Коперника анафеме.

Недостатком взглядов Коперника было то, что он разделял господствующее до него убеждение в конечности мироздания, полагал, что Вселенная где-то заканчивается твердой сферой, на котором были закреплены неподвижные звезды. Нелепость такого взгляда на Вселенную обнаружилась в расчетах проведенных датским астрономом Тихо Браге (1546–1601 гг.). В 1577 году он сумел рассчитать орбиту кометы, проходившую вблизи планеты Венера. Согласно его расчетам получалось, что эта комета должна была натолкнуться на твердую поверхность сферы, ограничивающей Вселенную, если бы такая существовала. В 1588 году, ради спасения наглядности, выдвинул гипотезу, согласно которой вокруг Солнца вращаются все планеты за исключением Земли, последняя неподвижна и вокруг нее вращается Солнце с планетами и Луна.

Величие созданной Коперником гелиоцентрической системы мира обнаружилось, после того как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения. Леверье и Адамс на основании данных этой системы предсказали существование и теоретически определили местонахождение неизвестной планеты (Нептуна), а Галле, направив телескоп в указанную точку неба открыл ее. Это был триумф учения Коперника.

11.  Создание классической механики и экспериментального

естествознания. Механистическая картина мира.

Эпоха Нового времени. Она охватывает три столетия – XVII, XVIII, XIX в. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые как Галилей, Кеплер, Ньютон.

В учении итальянского ученого Галилео Галилея (1564–1642 гг.) были заложены основы нового механистического естествознания. Как свидетельствует А. Энштейн, «самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности – это проблема движения».

До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если воздействие прекращается тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повседневным опытом) является ошибочным. Вместо него Галилей сформировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состояние покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Именно Галилей впервые обратил внимание на относительность механического движения, сформировав свой принцип относительности согласно которому «никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно».

Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, он внёс немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.

Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Он понимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля сильно тормозит развитие науки. Истинное знание, считал Галилей, достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическим знанием разума, – а не путем изучения и сличения текстов в рукописях античных мыслителей.

Росту научного авторитета Галилея способствовали его астрономические исследования, обосновавшие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Используя построенные им телескопы (вначале это был скромный оптический прибор с 3-х кратным увеличителем, а впоследствии был создан телескоп с 32-х кратным увеличением), Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой планеты Солнечной системы – Юпитера – Галилей обнаружил четыре спутника (из 13 известных в настоящее время). Наблюдение за Луной показали, что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию, т. е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд, а не представляет собой некое атмосферное явление, как утверждал Аристотель.

Но самое главное в деятельности Галилея как ученого астронома состояло в отстаивании справедливости учения Николая Коперника, которое подвергалось нападкам не только со стороны церковных кругов, но и со стороны некоторых ученых, высказывавших сомнения в правильности этого учения. Галилей сумел показать несостоятельность всех этих сомнений и дать блестящее естественнонаучное доказательство справедливости гелиоцентрической системы в знаменитой работе «Диалог о двух системах мира – Птолемеевской и Коперниковой».

Преследование инквизиции, затем унизительное судилище подорвали здоровье Галилея. Однако несмотря на запрет инквизиции за четыре года до смерти, он тайно переправил в голландское издательство рукопись своей второй книги «Две новые науки». Именно эта работа дала рождение современной науке. Галилей по праву считается одним из основоположников опытного естествознания, т. к. им впервые в истории науки сформулированы требования к научным экспериментам.

С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник», ознакомился и дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI – первой трети XVII в. в. Иоганн Кеплер (1571–1630 гг.). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о «Звездном вестнике».

Кеплер занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три закона движения планет относительно Солнца. В своем первом законе Кеплер отказывается от коперниковского представления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите не постоянна и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Третий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от него.

Кеплеру принадлежит немало заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию солнечных и лунных затмений, предложил способы их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил Рудольфовы таблицы – по имени австрийского императора Рудольфа II, при дворе которого Кеплер занимал место астронома. С помощью этих таблиц можно было с высокой степенью точности определять в любой момент времени положение планет. Кеплеру принадлежит также решение ряда важных для практики стереометрических задач.

Поскольку Кеплер был сторонником гелиоцентрической космологии Коперника и не скрывал этого, Ватикан относился к его сочинениям отрицательно, включив несколько из них в список запрещенных книг. Но сам Кеплер прекрасно понимал значение выполненных им работ. Не без сарказма он писал: «Мне все равно кто будет меня читать: люди нынешнего или люди будущего поколения. Разве Господь Бог не дожидался шесть тысяч лет, чтобы кто-нибудь занялся созерцанием его творений».

Главной заслугой Кеплера было открытие законов движения планет. Но он не объяснил причины их движения. И это неудивительно, ибо не существовало еще понятий силы и взаимодействия. В то время из разделов механики были разработаны лишь статика – учение о равновесии (которое разрабатывалось еще в античности, в первую очередь, Архимедом), а в работах Галилея были сделаны первые шаги в разработке динамики. Но в полной мере динамика – учение о силах и их взаимодействии – была создана лишь позднее Исааком Ньютоном.

В такой ситуации большое впечатление произвела теория вихрей, выдвинутая в 40-х годах XVII века французским ученым Рене Декартом (1596–1650 гг.). Декарт полагал, что мировое пространство заполнено особым легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Вихревые потоки, окружая все небесные тела, увлекают их и приводят в движение. Солнечная система представляет собой громадный вихрь, в центре которого находится Солнце. Этот солнечный вихрь увлекает в своем движении все планеты. Центрами других, меньших вихрей, вращающихся вокруг Солнца, являются планеты. Планетные вихри вовлекают в круговое движение спутники этих планет. Так, вихрь, окружающий Землю, приводит в движение вокруг Земли ее спутник – Луну. Причем в каждом вихре тело, находящееся ближе к центру, вращается вокруг него быстрее, чем более далекое. Этим Декарт объяснял тот факт, что чем ближе планеты к Солнцу, тем короче периоды их вращения вокруг него (всего 88 дней для Меркурия, 225 дней для Венеры, 365 дней для Земли и т. д.).

Что касается эллиптического движения планет по уже известным законам Кеплера, то Декарт не смог ясно этого объяснить. Космологическая гипотеза Декарта оказалась несостоятельной и была отвергнута последующим развитием науки. Но Декарт обессмертил свое имя в другой области – в математике. Создание им основ аналитической геометрии, введение осей координат, носящих по сей день наименование декартовых, им многих алгебраических обозначений, формулирования понятия переменной величины – вот далеко не полный перечень, того что сделал Декарт в области математики, обеспечив её существенный прогресс.

Вторая научная революция завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым был Исаак Ньютон (1643–1727 гг.). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) дифференциального и интегрального исчисления, и важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов (он, так же как и Галилей, именно телескопу обязан первым признанием своих научных заслуг), и большой вклад в развитие оптики (он, в частности, поставил опыты в области дисперсии света и дал объяснение этому явлению). Но главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики, господства механических представлений о мире.

В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого опыта, о чем сам Ньютон образно сказал: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». Законы Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов.

Первый закон механики Ньютона – это принцип инерции, впервые сформулированный еще Галилеем: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. Существо второго закона механики Ньютона состоит в констатации того факта, что приобретаемое телом ускорение прямо пропорционально этой действующей силе и обратно пропорционально массе тела.

Третий закон механики Ньютона – это закон равенства действия и противодействия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны.

Данная система законов движения была дополнена открытием Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массе и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.

Ни одно из всех ранее сделанных научных открытий не оказало такого громадного влияния на дальнейшее развитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения. Это был закон природы, которой подчинялось все – малое и большое, земное и небесное. Этот закон явился основанием создания небесной механики – науки, изучающей движение тел солнечной системы. Как пишет известный японский физик Х. Юкава, «Ньютон многое отсек у реального мира, о котором размышляют физики…Конечно, Ньютон абстрагируется, но он оставляет самое существенное и создает единую картину мира. Ему принадлежит, по крайней мере, построение теории Солнечной системы. Это один из миров. Остается еще…и множество других миров. В них он не успел разобраться, но Солнечная система прекрасно воссоздана в рамках его механики».

В 1687 году вышел в свет главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики.

В своей знаменитой работе Ньютон предложил ученому мира научно-исследовательскую программу, которая вскоре стала ведущей не только в Англии, но и в Европе. Свою научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы.

Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед.

Итак, вторая естественнонаучная революция была физически завершена Ньютоном.

Вторая, естественнонаучная революция, преобразовавшая все естествознание представляла собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму, а от него – к полицентризму.

Контрольные вопросы

1.  В чём разница между «микрореволюцией» в отдельных науках и глобальной революцией?

2.  Что явилось главным итогом первой естественнонаучной революции?

3.  В чём суть гелиоцентрической системы мира Коперника?

4.  Что является недостатком взглядов Коперника?

5.  Какие учёные стояли у истоков современной науки?

6.  Кто является основателем механистического естествознания?

7.  В чём суть принципа инерции Галилея?

8.  Сформулируйте принцип относительности механического движения.

9.  Какие основные Галилея открытия вы знаете?

10.  Как назывались основные труды Галилея?

11.  Сформулируйте законы небесной механики Кеплера.

12.  Какие достижения Рене Декарта в математике вы знаете?

13.  Сформулируйте законы Ньютона.

14.  Как назывался и в чём суть главного труда Ньютона?

15.  Что явилось главным итогом второй естественнонаучной революции?

12.  Открытия, создавшие фундамент третьей естественно-

научной революции.

Третьей естественнонаучная революция начинается с открытий Ампера, Эрстеда и Майкла Фарадея.

Датский физик Эрстед (1777–1851 гг.) и французский физик Ампер (1775–1836 гг.) продемонстрировали на опыте, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Эрстед высказал мысль, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым. Ампер по существу стал творцом новой науки – электродинамики. Ампер заметил, что магнитные явления происходят тогда, когда по электрической цепи течет ток, причем величина магнитного действия зависит от интенсивности движения электричества. Для измерения этой интенсивности Ампер впервые вводит понятие силы тока, поэтому единица силы тока носит его имя – ампер. С помощью своего учения о круговых токах, он сводит магнетизм к электричеству! Это великое открытие!

Ампер формулирует до сих пор не известный закон о взаимодействии токов. Все явления, которые представляют взаимодействие тока и магнита, открытые Эрстедом, входят как частный случай в законы притяжения электрических токов.

Работа Ампера над созданием электродинамики продолжалась вплоть до 1826 года, когда вышел в свет его обобщающий труд «Теория электродинамических явлений, выведенная из опыта». В этой работе Ампером была разработана не только качественная теория, но и количественный закон для силы взаимодействия токов. Это один из основополагающих законов электродинамики.

Эстафета, принятая Ампером от Эрстеда, была передана в руки великого английского естествоиспытателя Майкла Фарадея (1791–1867 гг.). Он открыл явление электромагнитной индукции – возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита.

Исследуя диэлектрики, Фарадей приходит к мысли о существенной роли среды в электрических взаимодействиях. Изучая характер магнитных явлений, Фарадей склоняется к мысли, что передача силы представляет собой явление, протекающее вне магнита. Он считает неверным, что эти явления представляют собой простое отталкивание и притяжение на расстоянии, полагая, что пространство, окружающее магнит, играет столь же существенную роль как и сам магнит.

13.  Теория Максвелла.

В 60-х годах ХIХ в. английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879 гг.) развил теорию Фарадея и создал теорию электромагнитного поля. Это была первая теория поля. Она касается только электрического и магнитного полей и весьма успешно объясняет многие электромагнитные явления.

Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром магнитного потока приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Следовательно, возникновение ЭДС электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Однако ЭДС в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носителей тока действуют сторонние силы, т. е. силы неэлектростатического происхождения. Возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Опыт показывает, что такие сторонние силы не связаны не с тепловыми, ни с химическими процессами в контуре; их возникновение нельзя также объяснить силами Лоренца, так как они на неподвижные заряды не действуют. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрического поля, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым. Такие взгляды на природу взаимодействия резко отличались от ньютоновской концепции тяготения, где притяжение считалось силой прямого воздействия между разделенными пространством массами. В теории Максвелла движение частицы, помещенной в данную точку пространства, определялось силовой характеристикой – напряженностью поля в этой точке.

Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике и естествознании. На этом этапе развития физики электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия.

Анализируя свои уравнения, Максвелл пришел к выводу о том, что должны существовать так называемые электромагнитные волны, причем скорость их распространения равна скорости света. Отсюда был сделан совершенно новый вывод: свет есть разновидность электромагнитных волн. Основной работой Максвелла, заключавшей в себя математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 году.

Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Контрольные вопросы