Реферат: Физика в средние века и эпоху Возрождения
Однако идеи Коперника нашли полное понимание в научном мире, и в результате их распространения обновлялась философия и все научное мировозрение. В числе первых противников Аристотеля и приверженцев Коперника был Бернардино Телезий (1509-1588), церковь резко выступила против учения, появилась первая жертва - Джордано Бруно (1548-1600) и в 1616 г. оно было запрещено.
Успехи физики 16 века кажутся незначительными, но они являются первыми завоеваниями новой культуры, освобождающейся от груза средневековых традиций. Здесь можно отметить исследования криволинейности траектории летящего снаряда (Тарталья), независимости скорости падения тел от их веса (Бенедетти), равновесия тела на наклонной плоскости (голландский ученый Симон Стивен (1548-1620)). Также заметны работы по оптике итальянского ученого Франческо Мавролика (1494-1575), который рассмотрел хрусталик глаза как линзу и первым исследовал преломление света в призме. В 16 веке появилась подзорная труба, но ее случайно создали мастера ремесленники по изготовлению очков, а не ученые, т.к. оптические теории того времени не только не приводили к открытию трубы, а даже уводили от него. В это время были сделаны великие географические открытия: открытие Америки Христофором Колумбом в 1492 г., в 1519-1522 г.г. осуществилась первая кругосветная экспедиция Фердинанда Магеллана.
В этот период продолжились также работы по исследованию магнетизма: были открыты магнитное склонение (Христофор Колумб - 1492 г.) и магнитное наклонение (Георг Гартман - 1544 г.). В Италии Порта в седьмой книге своей "Натуральной магии" описывает оригинальные экспериментальные исследования с помощью железных опилок, использование железной пластины в качестве магнитного экрана и обнаружение исчезновения магнитных свойств при нагреве магнита. Гильберт при исследовании магнита сферической формы сделал вывод о соответствии его магнитных свойств магнитным свойствам Земли, т.е. впервые лабораторные результаты сопоставляются с явлениями космического масштаба.
Гильберт Уильям (24.05.1544-30.11.1603) - английский физик. Родился в Колчестере. Учился в Кембридже и Оксфорде. Был придворным врачом королевы Елизаветы.
В 1600 издал сочинение "О магните, магнитных телах и большом магните - Земле...", где описал свои исследования магнитных и электрических явлений и построил первые теории электричества и магнетизма. Рассматривал теплоту как движение частиц. Выступал с критикой Аристотеля и способствовал распространению в Англии учения Коперника.
Гильберту принадлежит заслуга в зарождении науки об электричестве: он обнаружил и исследовал электризацию ряда новых веществ (электризация янтаря была известна еще в античные времена), создал первый электроскоп.
3. Становление экспериментальной физики
Следует сказать, что в средневековье развития физики в Европе практически не было, а отдельные открытия делались случайно (компас, линза). В эпоху Возрождения появляется новый подход к исследованию, в полной мере начинает развиваться экспериментальный метод - предпосылка для создания классической физики, которая зарождается с конца 16 века. Ведущая роль здесь принадлежит Галилею.
Галилей Галилео (15.02.1564-08.01.1642) – итальянский физик и астроном. Член Академии деи Линчеи (1611). Родился в Пизе в семье музыканта и композитора. В 1581 поступил в Пизанский университет, где изучал медицину, но, увлекшись геометрией и механикой (по трудам Евклида и Архимеда), оставил университет и четыре года самостоятельно изучал математику во Флоренции. С 1589 – профессор Пизанского, в 1592-1610 - Падуанского университета, далее – придворный философ герцога Медичи. Умер в Арчетри близ Флоренции.
Основоположник экспериментального естествознания. Физические работы в области механики, оптики, молекулярной физики. Установил законы свободного падения, движения тел по наклонной плоскости, сложения движений, изохронизма маятника, сформулировал принцип инерции и относительности. Построил подзорную трубу – первый телескоп, с помощью которой сделал астрономические открытия: горы на Луне, спутники Юпитера, фазы Венеры, пятна на Солнце и др. Построил микроскоп, выдвинул идею о конечности скорости света и предложил способ ее измерения. Изобрел термоскоп, определил удельный вес воздуха. За отстаивание учения Коперника о гелиоцентрической системе осужден инквизицией в 1633 и был вынужден отказаться от своих убеждений.
Нет однозначных свидетельств, что Галилей был знаком с трудами Леонардо да Винчи, но ряд историков физики считают, что мысли Леонардо распространялись устным путем среди итальянских ученых и могли дойти до Галилея. К тому же, как уже отмечалось, многие идеи Леонардо содержались в трудах Тартальи, Кардана и Бенедетти.
Галилей с самого начала научной деятельности (в 1589 г. он был назначен профессором математики) проявляет независимость своего мышления. В трактате "О движении" (1590 г.) он выступает с четко антиаристотелевых позиций. Здесь он показывает несостоятельность теории движения, поддерживаемого воздухом, а также аргумента Аристотеля против существования пустоты. Приводимые доказательства строятся на четких экспериментальных данных.
Галилей, как и многие ученые того времени, работал во многих областях физики и не только физики. К числу его наиболее существенных результатов следует отнести открытие законов движения. Это является вершиной достижений Галилея, он заложил два краеугольных камня современной динамики: принцип инерции и классический принцип относительности. В соответствии с принципом относительности законы механики инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея.
Основные принципиальные положения в области механики изложены в двух знаменитых трудах Галилея: "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой", вышедшей во Флоренции в 1632 г., и "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению" (в те времена под механикой понималось движение небесных тел), опубликованной в Лейдене в 1638 г. В этих работах он окончательно развенчивает последователей Аристотеля - перипатетиков. Здесь же появляются рассуждения о конечности скорости света, и рассматривается способ ее измерения. В последней работе уже математически четко формулируются законы равнопеременного движения: пропорциональность скорости времени движения, квадратичная зависимость пути от времени, принцип сложения перемещений, параболичность траектории брошенного тела.
Главной же заслугой Галилея является то, что он ввел в исследование новый образ мышления, использовал в полной мере экспериментальный метод. Его наряду с Леонардо следует считать основоположником экспериментального метода в физике. При этом Галилей нигде не дает абстрактного изложения этого метода. Но суть его видна в конкретных постановках и обсуждении исследований частных явлений природы, и можно выделить 4 основные фазы исследования:
1 - восприятие явления, чувственный опыт;
2 - аксиома или рабочая гипотеза с критическим рассмотрением результатов чувственного опыта;
3 - математическое развитие, нахождение логических следствий из принятой гипотезы
4 - опытная проверка, высший критерий всего пути открытия.
Во времена Галилея было и другое направление физики, одним из представителей которого был Декарт.
Декарт Рене (Картезий) (31.03.1596-11.02.1650) – французский философ, физик, математик и физиолог. Родился в Лаэ близ Тура в знатной, но небогатой семье. Окончил иезуитский колледж Ла-Флеш в Анжу (1614) и университет в Пуатье (1616). Был некоторое время военным, путешествовал. В 1628-49 жил в Голландии, в 1649 переехал в Стокгольм, где и умер.
Физические работы в области механики, оптики и строения Вселенной. Ввел понятия количества движения, сформулировал закон его сохранения (но без учета того, что скорость – вектор). Стремился построить общую картину природы, в которой все явления объяснялись бы как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи. Злоупотреблял гипотетическими построениями, не имея достаточной экспериментальной основы.
В математике первым ввел понятие переменной и функции, заложил основы аналитической геометрии, которые были представлены в работе "Геометрия" (1637). Основоположник рационализма в теории познания, считал, что человеческий разум играет главную роль при оценке результатов научных исследований.
По Декарту физика должна иметь цель сделать людей "господами и хозяевами природы". Для Декарта физика должна отвечать на вопрос, почему происходят явления, а по Галилею - должна исследовать, как они происходят. Декарт поставил задачу математизации физики по типу эвклидовой геометрии: небольшое количество очевидных аксиом, на которые опирается упорядоченная последовательность выводов. Однако развитие физики в целом показало несостоятельность рассуждений Декарта, но ряд положений сыграл положительную роль в развитии науки, в частности, принцип причинности в общей механике.
Учение Галилея распространялось по Европе, его "Механика" в 1634 г. была переведена на французский язык. Таким образом, у Галилея появились последователи, в числе которых были не только его непосредственные ученики.
Из прямых учеников Галилея наиболее блестящим был Торичелли.
Торичелли Эванжелиста (15.10.1608-25.10.1647) – итальянский физик и математик. Родился в Фаэнце в небогатой семье, воспитывался у дяди, бенедиктинского монаха. Учился в иезуитском колледже, а затем в Риме у Б.Кастелли, друга и ученика Галилея. В 1641 переехал в Арчетри, где помогал Галилею. В 1642 стал придворным математиком герцога Тосканского и профессором математики и физики Флорентийского университета.
Основные работы в области пневматики и механики. В 1643 открыл атмосферное давление, стимулировал изучение вакуума (Торичеллева пустота), нанеся удар по утверждению: “природа боится пустоты”. Усовершенствовал воздушный термоскоп Галилея, переделав его в спиртовой термометр. Объяснил ветер изменениями атмосферного давления. В трактате “О движении свободно падающих и брошенных тяжелых тел” (1641) установил параболичность траектории тел, брошенных под углом к горизонту, доказал другие теоремы баллистики. Сформулировал (1641) закон вытекания жидкости из отверстий сосуда (формула Торичелли).
Первые работы Торичелли были посвящены исследованию механического движения: формулировка принципа движения центра тяжести, изучение движения тела, брошенного под произвольным углом, и истечения жидкости из отверстия в дне сосуда. Он выдвинул гипотезу, эквивалентную закону сохранения энергии. Основным же достижением Торичелли является открытие и исследование атмосферного давления, что вызвало большой резонанс среди физиков. Он также по существу открыл закон о распространении давления газа во все стороны, который окончательно сформулировал Паскаль.
Паскаль Блез (19.06.1623-19.08.1662) – французский математик, физик, философ и писатель. Родился в Клермон-Ферране в семье юриста, занимавшегося также математикой. Получил домашнее образование.