A nagy Galilei nagy hibái
Térjünk át az ókorból a pre-Newtoni korszakba, ahol a nagy Galilei „uralkodott” a mechanika felett. A dinamika mint tudomány fejlődése a reneszánsz nagy olasz tudósának nevéhez fűződik Galileo Galilei(1564-1642). Galilei gépésztudósként az volt a legnagyobb érdeme, hogy ő volt az első, aki lefektette a tudományos dinamika alapjait, ami megsemmisítő csapást mért Arisztotelész dinamikájára. Galilei a dinamikát „a helyhez viszonyított mozgás tudományának” nevezte. „Beszélgetések és matematikai bizonyítékok két új tudományról” című esszéje három részből áll: az első részt az egyenletes mozgásnak, a másodikat az egyenletesen gyorsított mozgásnak, a harmadikat pedig a kidobott testek kényszermozgásának szenteli.
Az ókori mechanikában a „sebesség” kifejezés nem létezett. A többé-kevésbé gyors mozgásokat és az „egyenlő sebességű” mozgásokat is számításba vették, de ezeknek a mozgásoknak nem volt mennyiségi jellemzője a sebesség formájában. Galilei volt az első, aki megközelítette a tömeges testek egyenletes és gyorsított mozgásának problémájának megoldását, és a testek tehetetlenségi mozgását vette figyelembe.
Galilei nevéhez fűződik a tehetetlenség törvényének felfedezése. Még a tankönyvekben is megteszik ezt – az iskolában és nem csak. Galilei ezt a törvényt a következőképpen fejezte ki: „Egy test mozgása, amelyre nem hatnak erők (természetesen külső erők), vagy azok eredője egyenlő nullával, egyenletes mozgás egy körben. Galilei szerint így mozogtak az égitestek, „magukra hagyva”. Valójában a tehetetlenségi mozgás, mint ismeretes, csak egyenletes és egyenes vonalú lehet. Ami az égitesteket illeti, egy külső erő – az erő – „kiüti” őket ebből a mozgásból. egyetemes gravitáció.
Figyelembe véve Galilei tehetetlenségi nézetét, meg vagyunk győződve annak törvénytelenségéről: az érvelési hiba abból fakadt, hogy Galilei nem tudott az egyetemes gravitáció törvényéről, amelyet később Newton fedezett fel.
A relativitás elvét bizonyítva Galilei azzal érvelt, hogy ha egy hajó egyenletesen és gördülés nélkül mozog (23. ábra), akkor ezt a mozgást egyetlen mechanikai kísérlet sem tudja kimutatni. Azt javasolta, hogy gondolatban helyezzenek be egy hajó rakterébe olyan edényeket, amelyekből víz folyik, halak, repülő legyek és pillangók úszkálnak bennük, és azzal érvelt, hogy akár áll a hajó, akár egyenletesen mozog, a cselekvésük nem változik. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a hajó mozgása nem egyenes vonalú, hanem körkörös (igaz, egy nagy sugarú kör mentén, például a Föld ezen vagy azon szakaszán).
Rizs. 23. Galilei hajója (körben vitorlázva látható)
Ma már tudjuk, hogy egy görbe mentén mozgó rendszerben, például egy körben, a tehetetlenségi törvény nem tartható be: ez a rendszer nem tehetetlen. Valójában Galilei elvében a relatív mozgás sebességének nagysága nem játszik szerepet, ahogyan az egyik inerciarendszer mozgásának sebessége sem a másikhoz képest.
De ha a hajó megkapja az első menekülési sebességet (8 km/s), akkor a rakterében lévő összes tárgy, akárcsak maga a hajó, súlytalanná válik. Egy kellő pontossággal elvégzett mechanikai kísérlet megmutatja, hogy a mozgó hajó és az álló hajó rakterében lévő testek mozgása még valós mozgási sebesség esetén is eltér egymástól. Ezenkívül a testek mozgása megváltozik, ha a hajó azonos sebességgel, de különböző pályákon mozog - például a meridián és az egyenlítő mentén. Nemcsak a raktérben mozgó testek tévednek el a tervezett pályáról, hanem maga a hajó az északi féltekén a pálya mentén jobbra, a déli féltekén pedig balra kerül. Érdekes, hogy ezek az eltérések, amelyeket a Föld, mint nem inerciarendszer forgása okoz, még csak nem is a mozgás irányától függenek.
Egy másik művében - "Párbeszéd a világ két fő rendszeréről..." - Galilei amellett érvel, hogy a világ egy rendkívül tökéletes test, és részeihez képest a legmagasabb és legtökéletesebb rendnek kell érvényesülnie. Ebből Galilei arra a következtetésre jut, hogy az égitestek természetüknél fogva nem mozoghatnak egyenes vonalúan, hiszen ha egyenesen mozognának, akkor visszavonhatatlanul eltávolodnának kiindulópontjuktól, és az eredeti hely nem lenne számukra természetes, és az Univerzum egyes részei nem helyezkednének el "a legtökéletesebb rendben." Ezért elfogadhatatlan, hogy az égitestek helyet cseréljenek, vagyis egyenes vonalban mozogjanak. Ha az egyetemes gravitáció törvénye hirtelen eltűnne, ez megtörténne! Ő az, aki stabil mozgásban tartja az égitesteket, megakadályozva, hogy kaotikusan szétszóródjanak (24. ábra). Ráadásul az egyenes vonalú mozgás végtelen, mert az egyenes végtelen, tehát határozatlan. Galilei úgy gondolta, hogy a természet lényegében lehetetlen, hogy bármi is egyenes vonalban haladjon egy elérhetetlen cél felé.
Rizs. 24. Természetes vagy tehetetlenségi mozgás Galilei szerint a Hold Föld körüli forgásának példájával
De ha egyszer létrejött a rend, és az égitestek a legjobban vannak elhelyezve, lehetetlen, hogy megmaradjon bennük az egyenes vonalú mozgásra való természetes hajlam, aminek következtében eltérnek a megfelelő helyükről. Ahogy Galilei érvelt, az egyenes vonalú mozgás csak „anyagot szolgáltathat egy szerkezethez”, de amikor az utóbbi készen áll, vagy mozdulatlan marad, vagy ha van mozgása, akkor csak körkörös. Sőt, Galilei azzal érvelt, hogy ha egy testet vízszintes síkon engedünk úgy csúszni, mintha jégen lenne, akkor leesve róla, a test minden bizonnyal metszi a pályáját a Föld középpontjával (25. ábra, a). De mivel a tehetetlenségi mozgás folyamatosan eltávolítja a kidobott testet erről a pályáról, az semmilyen módon nem metszi útját a Föld középpontjával. Ez nagyon gyakori hiba, a szerző még a hetvenes években a modern iskolai fizikatankönyvekben is találkozott egy hasonló megállapítással, és látta a megfelelő rajzokat: például, hogy egy ágyúból kilőtt ágyúgolyó, folytatva repülését, hogyan keresztezi át az ágyú középpontját. a Föld.
Rizs. 25. A Föld felszínéhez érintőlegesen mozgó testek esése: a – Galilei szerint; b – Newton szerint
Ezenkívül a vízszintes csúszós sík mentén történő mozgás olyan, hogy a test a Föld legrövidebb sugarának ezzel a síkkal való metszéspontjától távolodva elkezd távolodni a Föld középpontjától. Ez azt jelenti, hogy a Föld középpontjához közeledve és onnan távolodva egy test nem tud egyenletesen mozogni, mivel egy erő hat rá mindvégig (kivéve a Föld középpontjának egy pontját).
Amint látjuk, Galilei nagymértékben tévedett a tehetetlenségről, és így általában a mechanikáról alkotott nézetében. A Newtonhoz nagyon közel álló és a modern mechanikában kisebb változtatásokkal elfogadott tehetetlenségi törvények prófétai megfogalmazását R. Descartes (1596-1650), Galilei kortársa, francia filozófus és matematikus adta meg. Próféta, mert Descartes sem tudott a gravitációs erőkről, és szeszélyből fogalmazta meg ezt a törvényt.
1644-ben megjelent „Principles of Philosophy” című könyvében így fogalmazza meg a tehetetlenségi törvényeket. Első törvény: "Minden dolog továbbra is, amennyire csak lehetséges, ugyanazon állapotban marad, és csak akkor változtatja meg, ha találkozik egy másikkal." Második törvény: „Minden anyagrészecske egyénileg arra törekszik, hogy ne görbén, hanem kizárólag egyenesen folytassa a további mozgást.” Ezért ahelyett, hogy Newton első törvényét, vagy a tehetetlenségi törvényt Galileo-Newton törvénynek neveznénk, amit néha a tankönyvek írnak, vagy azt mondanák, hogy a tehetetlenség törvényét Newton előtt fedezték fel, meg kell jegyezni, hogy Descartes meglehetősen pontosan fogalmazta meg. Newton előtt, de Galilei nem.
Ezért a tehetetlenségi mozgás szükségszerűen egyenes vonalú, egyenletes; ez a mozgás egyenlővé tehető a pihenéssel, ha a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszert olyanra változtatjuk, amely a mozgó testünk sebességével is egyenletesen és egyenesen mozogna.
Ki állt az óriások vállán?
Galilei tehát nem sok világosságot hozott az ősidők óta megválaszolatlan szentségi kérdésekben: hogyan viselkednek a testek, amikor erők hatnak rájuk, és hogyan viselkednek, amikor az erők nem hatnak rájuk?
A feltett kérdések közül legalább az utolsóra próbálva válaszolni Galilei, mint ismeretes, arra a következtetésre jutott, hogy magukra hagyott testek, vagyis amelyekre semmilyen erő nem hat... körbejár! Igen, ezt gondolta Arisztotelész kétezer évvel ezelőtt! És ugyanígy tévedtem. Ezért meglepőnek tűnik, amikor az iskolásokat olyasmivel állítják elő, ami soha nem történt meg. Például ez: „Olasz Galilei tudós Galilei volt az első, aki megmutatta, hogy... külső hatások hiányában egy test nemcsak nyugalomban tud lenni, hanem egyenes vonalúan és egyenletesen mozoghat is.” Galilei ezt nem mutatta meg, főleg nem az elsőt, ahogy azt már tudjuk. Valamiért Galilei nevéhez fűződik sok olyan dolog, amit egyáltalán nem tett meg: nem dobott labdát Pisa-i ferde torony, nem találta fel a távcsövet, nem próbálta ki az inkvizíció, és nem taposott a lábával, mondván: „És mégis megfordul!” Erről később beszélünk, de most térjünk vissza ahhoz a tényhez, hogy Newton előtt a tudósok fejében nem volt tisztaság a testek mozgásának kérdésében, és így általában a mechanikában sem.
Csak a nagy angol Isaac Newtonnak (1643-1727) sikerült megfelelő rendet hoznia a mechanikai világban. Newton eredményeinek rövid listája a sírja kövére van vésve:
Itt nyugszik
Sir Isaac Newton
Aki elméjének szinte isteni erejével
Először elmagyarázta
Saját matematikai módszerrel
A bolygók mozgása és alakja,
Az üstökösök útjai, az óceán apálya és áramlása.
Ő volt az első, aki felfedezte a fénysugarak sokféleségét
És a színek ebből eredő jellemzői,
Amit addig senki nem is sejtett.
Szorgalmas, éleslátó és hűséges tolmács
A természet, a régiségek és a szentírás,
Tanításában a Mindenható Teremtőt dicsőítette.
Életével bizonyította az evangélium által megkövetelt egyszerűséget.
Örüljenek ennek a halandók maguk között
Élt egyszer az emberi faj ilyen dísze.
A tudósok minden generációját a mai napig lenyűgözi és lenyűgözi a világ Newton által alkotott fenséges és szerves képe.
Newton szerint az egész világ „szilárd, nehéz, áthatolhatatlan, mozgékony részecskékből áll”. Ezek az „elsődleges részecskék abszolút kemények: mérhetetlenül keményebbek, mint a belőlük álló testek, olyan kemények, hogy soha nem kopnak vagy törnek darabokra”. A világ minden gazdagsága, minőségi sokfélesége a részecskék mozgásának különbségeinek eredménye. A világról alkotott képében a fő dolog a mozgás. A részecskék belső lényege a háttérben marad: a lényeg az, hogy ezek a részecskék hogyan mozognak.
A nagy zseni az egyik tartományi angol városban – Wolstropban – született egy farmer családjában. A gyerek olyan kicsi volt, hogy azt mondják, söröskorsóban keresztelték meg. Az általános iskolai osztályokban közepesen tanult (örüljetek, C tanulók, nektek még nincs veszve!). Aztán erkölcsi megrázkódtatás érte – megverték és sértegették, és az osztály legjobb diákja tette ezt. Ekkor kezdett érdeklődni a fiatal Newton a tanulás iránt, és könnyen maga is a legjobb diák lett, majd belépett Anglia legjobb egyetemére - Cambridge-be. 4 évvel a diploma megszerzése után pedig már matematika professzor volt ugyanazon az egyetemen. 1696-ban Londonba költözött, ahol 1727-ben bekövetkezett haláláig élt, ami 85 éves korában következett be. 1703 óta a Londoni Királyi Társaság elnöke, tudományos szolgálataiért Lord címet kapott. Így lett tagja a Lordok Házának, amelynek ülésein a leggyakrabban vett részt. De ellentétben más lordokkal, akik Duma-tagjainkhoz hasonlóan szerettek a szószékről beszélni, Newton hosszú éveken át egy szót sem szólt. És végül, nagyszerű ember hirtelen szót kért. Mindenki megdermedt – várták, hogy valami olyan okosat mondjon minden idők és népek zsenije. Newton halálos csendben jelentette be első és utolsó beszédét a parlamentben: „Uraim, arra kérem önöket, csukják be az ablakot, különben megfázok!”
Newton élete utolsó éveiben behatóan foglalkozott a teológiával, és nagy titokban írt egy könyvet, amelyet legnagyobb művének minősített, amelynek döntően meg kell változtatnia az emberek életét. De Newton szeretett kutyájának hibája miatt, amely kidöntötte a lámpát, tűz ütött ki, amelyben a házon és annak minden vagyonán kívül a nagy kézirat is leégett. Íme Wolandov: „A kéziratok nem égnek!” Még mindig égnek...
Nem sokkal ezután a nagy tudós elhunyt...
Szóval mit csinált Newton olyan nagyszerűen a mechanikában? És az a tény, hogy felfedezte és megfogalmazta törvényeit: három mozgástörvényt és egy egyetemes gravitációt.
Röviden, a Newton-féle mozgástörvények fő gondolata az, hogy a testek sebességének változását csak egymásra gyakorolt hatásuk okozza. Ugyan, az emberek nem tudtak korábban ilyen egyszerű dolgokat? Képzeld el, hogy nem, és sokan még mindig nem tudják.
Vegyük Newton első törvényét (ez az, amit néha igazságtalanul Galileinek tulajdonítanak). Maga Newton is nagyon kifinomultan fogalmazta meg, mint egyébként sok iskolai tankönyvben. A szerző szerint tömörebb és egyszerűbb ezt mondani: "Egy test nyugalomban van, vagy egyenletesen és egyenesen mozog, ha a rá ható külső erők eredője nulla." Úgy tűnik, nincs itt semmi kivetnivaló. Aztán néhány tankönyvben ezt írják: „... ha a testre nem hatnak erők vagy más testek...”. Ez nem pontos, és itt van egy példa ennek bizonyítására.
Egy autó lekapcsolt motorral halad egy gyönyörű, lapos autópályán (ahogy mondják: „coasting”), és lassan lassít. Az erőlködéstől zúgó motor pedig egy egész homokhegyet húz maga elé a buldózer, de lassan, de egyenletesen és egyenes vonalban halad (26. kép). Melyik mozgást nevezhetjük tehetetlenségi mozgásnak? Igen, természetesen a második, bár az elsőt szeretném kiemelni. A legfontosabb, hogy a test egyenletesen és egyenes vonalban mozogjon. Ennyi, elég, nem kell több. Az első példában szereplő autó, bár lassan, de lassul. Következésképpen a rá ható erők nem kompenzálódnak: van ellenállás, de nincs vonóerő. És sok test hat a buldózerre, mindegyik saját erővel, de minden erő kompenzálódik, eredőjük nulla. Ezért halad tovább egyenletesen és egyenes vonalban, vagyis tehetetlenséggel.
Rizs. 26. Gépkocsi és megrakott buldózer felfutása
Most már világos, hogy Zillergut ezredes autója miért állt meg: mert leállított motor melletti mozgásának semmi köze a tehetetlenségi mozgáshoz. Erre az autóra egy kiegyensúlyozatlan erőrendszer hat, melynek eredője hátrafelé irányul. Tehát az autó addig lassít, amíg teljesen meg nem áll.
Sajnos sokan gyakran félreértelmezik a „tehetetlenségből” kifejezést.
Tehetetlenségtől forog a lendkerék, tehetetlenségtől ütközöm a homlokommal az üvegbe, amikor az autó fékezett... Mindezek mindennapi tehetetlenségi fogalmak. Csak az a szigorú, amit Newton első törvénye határoz meg. Aki előtte talán nem annyira pontosan, de megfogalmazta... nem, nem Galilei - Descartes!
Tehát Newton megértette a természet egyik rejtett titkát, és továbbra is megértette ezeket a titkokat. "Az Úristen kifinomult, de nem rosszindulatú!" – Einstein szerette kimondani, sőt a kandallójára véste ezeket a szavakat. Ez azt jelenti, hogy kellő szorgalommal az ember egymás után felfogja a Teremtő titkait, aki nem tiltja meg neki ezt teljesen. És egy ilyen személy, aki a legtöbb rejtélyt megoldotta, eddig nyilvánvalóan Newton volt és marad. Amikor pedig megkérdezték tőle, hogyan lát eddig a tudományban, szerényen így válaszolt: „Ha messzebbre láttam, mint mások, az azért volt, mert óriások vállán álltam!”
Mi vonzza a testeket egymáshoz?
Newton nem nevezte meg ezeknek az óriásoknak a konkrét nevét, de legalább egyet biztosan azonosítani lehet. Úgy tűnik, hogy... nem, megint nem találgattak, bár az óriások között általában ezt a nevet szokták emlegetni, nem Galilei. Azt hiszem, Johannes Kepler (1571-1630) volt az. Néhány szó az óriásról, amelyet a tudósok „az ég törvényhozójának” neveztek.
A „mennyország törvényhozója” 1571-ben született Dél-Németországban, szegény családban, de az iskolát és az egyetemet Tübingenben végezte el. El kell mondanunk, hogy ő is szegénységben halt meg 1630-ban, és utána maradt a családnak egy kopott ruha, két ing, több rézpénz és... közel 13 ezer forint kifizetetlen munkabér! És azt is mondják, hogy régen időben és sokat fizettek a tudósoknak... A szerző, megkockáztatva, hogy megverik a kollégáitól, azt állítja, rossz, ha a tudósok gazdagon élnek - rossz dolgokon jár a fejük. Nem az új természeti törvények aggasztják őket, hanem az, hogy melyik bankba és milyen kamattal rakják kincseiket. „Mert ahol a kincsed van, ott lesz a szíved is” – mondta az Úr. A költő Petrarch megjegyezte, hogy a gazdagság, valamint a rendkívüli szegénység egyébként zavarja a kreativitást. Ezért, ha a tudomány továbbra is éheződiétán marad, akkor egy dolog (sajnos csak egy!) biztosan jó lesz: a markolók és üzletemberek nem fognak oda rohanni. Igen, a tudománytörténetből nehéz olyan tudóst (valódit, nem tudományos fokozattal rendelkező üzletembert!) nevezni, aki valóban gazdag lenne. Leszámítva a tudós királyokat, akik egyébként szintén jártak.
Így Keplernek sok bánatot és gondot kellett elviselnie élete során. Beteg volt, furcsa betegségben – többszörös látásban – szenvedett. (Milyen egy csillagász, mi? Olyan, mint egy süket zenész, de voltak ilyenek, például Beethoven!) Megint a szegénység, bár udvari csillagászként és asztrológusként dolgozott. Az anyja pedig meglepetést okozott neki: menj, és mondd el a szomszédodnak ezeket az eretnek szavakat: "Nincs mennyország vagy pokol, ami az emberből megmarad, az ugyanaz, mint az állatoké!" Eljutott ahhoz, „akinek kell”, és nem menekült volna meg a tűz elől (és Kepler szülőföldjén, a Veil kisvárosban mindössze 14 év alatt 38 eretnek égett el!), ha nem 6 év Kepler „pártállása” ”!
És ilyen gondok és gondok közepette Kepler bevezette a „tehetetlenség” és a „gravitáció” fogalmát a mechanikába, és ez utóbbit a testek kölcsönös vonzásának erejeként határozta meg. Szinte minden igaz, ha Kepler nem kapcsolta volna össze ezt a vonzást a mágnességgel, és azt hitte volna, hogy „A Nap forogva folyamatosan forgásba löki a bolygókat. És csak a tehetetlenség akadályozza meg, hogy ezek a bolygók pontosan kövessék a Nap forgását.” Kiderült, hogy „a bolygók tömegük tehetetlenségét keverik mozgásuk sebességével”... Általában véve az eredmény jókora zűrzavar. De Kepler bolygómozgási törvényei remekművek, és Newtont arra késztették, hogy megértse az egyetemes gravitáció törvényét.
Kepler első törvénye a bolygók elliptikus mozgására vonatkozik. Korábban mindenki azt hitte, hogy a bolygók körben mozognak (már megint azok a varázskörök: Kopernikusz és Galilei is összekeveredett!). Kepler bebizonyította, hogy ez nem így van, és a bolygók ellipszisben mozognak, fókuszban a Nappal.
A második törvény az, hogy a Naphoz közeledve a bolygók (és az üstökösök!) gyorsabban, a tőle távolodva pedig lassabban mozognak (27. ábra). A harmadik törvény pedig már szigorúan mennyiségi: Bármely két bolygó keringési periódusának négyzete a Naptól való átlagos távolságuk kockáiként viszonyul egymáshoz.
Rizs. 27. Kepler második törvényének illusztrációja
Már alig van hátra, hogy megértsük, milyen erők irányítják a bolygók mozgását. Newton és idősebb kollégája kortársa, és talán egyike azoknak az óriásoknak, akiknek vállán Newton állt, Robert Hooke 1674-ben azt írta, hogy „... kivétel nélkül minden égitestnek van vonzása a központja felé... és ezek minél jobban hatnak a vonzó erők, annál közelebb helyezkednek el hozzájuk azok a testek, amelyeken hatnak.” Elképesztő, hogy Hooke milyen közel állt az egyetemes gravitáció törvényének felfedezéséhez, de ő maga nem akarta megtenni, arra hivatkozva, hogy más munkával van elfoglalva.
A gravitáció pontos meghatározásának ötlete először Newton diáktól merült fel (emlékezzünk a fejére hulló alma mítoszára!), de a számítások nem adták meg a kívánt pontosságot. A tény az, hogy a számításokhoz Newton a föld sugarának értékét használta, amelyet Snell holland tudós pontatlanul határoz meg, és miután a Hold gyorsulásának értékét 15% -kal kisebb mértékben kapta meg, mint a megfigyelt, keserűen elhalasztotta ezt a munkát.
Aztán 18 évvel később, amikor Picard francia csillagász pontosabban meghatározta a Föld sugarának értékét, Newton ismét hozzáfogott halasztott számításaihoz, és bebizonyította feltevésének helyességét. Newton azonban még ezután sem sietett felfedezésének közzétételével. Gondosan tesztelte a bolygók Nap körüli mozgására, a Jupiter és a Szaturnusz műholdjainak mozgására, valamint az üstökösök mozgására vonatkozó új törvényt, és végül úgy döntött, hogy híres könyvében közzéteszi az egyetemes gravitáció törvényét. A természetfilozófia matematikai alapelvei” 1687-ben, ahol három mozgástörvényét.
Így lehet ezt a törvényt egyszerűbben és érthetőbben megfogalmazni: "Minden test olyan erővel vonz egy másik testet, amely egyenesen arányos e testek tömegével és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével."
Például két emberi test, amelyek távolsága egymástól 1 m, körülbelül a milligramm-erő egynegyvenedrészének erejével vonz. Ez kevesebb, mint egymilliárd része a mozgatáshoz szükséges erőnek. Két, egyenként 25 000 tonna tömegű, 100 m távolságra lévő hajó jelentéktelen, 4 N erővel vonz, és értelmetlenek a kölcsönös vonzerőből adódó hajók ütközésének abszurd magyarázatai.
Semmilyen akadály vagy képernyő nem védhet meg a gravitációs erőtől. Bár sokan arról álmodoztak, hogy találjanak egy ilyen képernyőt: időnként ezt hallani, mondják, a 21. században. A tudósok megtalálják a módját, hogy megszabaduljanak a gravitációtól. Már tervezik az alap nélküli házakat és a gravitációs járműveket, amelyek üzemanyag nélkül repülnek.
Ezek a keresések nem új keletűek - az angol sci-fi író, Herbert Wells egy „gravitációs pajzs” ötletét használta, amely állítólag egy speciális anyagból készült, és amelyet a szerző - Cavor feltaláló - kavoritról neveztek el. Ha ezt a pajzsot bármilyen tárgy alá helyezzük, akkor kiszabadul a Föld gravitációja alól, és csak az égitestek vonzzák, vagyis felrepül. Wells karakterei egy kavorittal borított bolygóközi hajót építenek; a megfelelő függönyök kinyitásával és zárásával a térnek ahhoz a részéhez vonzódnak, ahol repülni akarnak, és így áthaladnak a téren.
A tudományos-fantasztikus író érvei meggyőzően hangzanak: tudjuk, hogy a valamilyen vezetőből (például fémlemezből) készült képernyő áthatolhatatlan az elektromos tér számára; egy szupravezető kinyomja a mágneses teret, stb. Ráadásul egy sajtóhír a francia csillagász, Allen méréseiről megerősítette, hogy a Hold, amely megvéd minket a Naptól, egyfajta „gravitációs árnyékot” is létrehoz. De kiderült, hogy ez az „árnyék” csak műszerhiba volt.
Azt mondják, hogy a gravitáció csak az égitestekre hat, de rád és rám nem. Így Henry Cavendish angol fizikus különleges, nagyon pontos, úgynevezett torziós mérlegeket épített, és 1798-ban az elsők között mérte meg a gravitációt a Földön. Ezekben a mérlegekben egy lengőkaron lévő vékony és erős szálon súlyokat függesztettek fel, amelyeket két masszív, 50 kg súlyú ólomgolyó vonzott (28. ábra). A Cavendish készüléket légmentesen záródó kamrába zárták, és a lengőkar mozgását optikai műszerek rögzítették. Így határozták meg a „gravitációs állandót”, amely 6,67·10 – 11 N⋅m2/kg2-nek bizonyult, vagyis két, egyenként 1000 kg tömegű, egymástól 1 m távolságra elhelyezkedő golyó. , 6,67 newton százezreléknyi erővel vonzzák!
Rizs. 28. G. Cavendish „torziós egyensúlya” a gravitáció meghatározásához
Ennyire gyengék és jelentéktelenek a gravitációs erők, és egyben azok „mozgatják a világot”, meghatározva a bolygók, csillagok, üstökösök és más égitestek repülését. A testek földre zuhanása egyébként a gravitáció „kezének” is a munkája, tehát nem csak univerzális, hanem mindenütt jelenlévő is!
Minden, ami a tudomány fejlődéséről eddig elhangzott, csak az őstörténetet képviseli. modern tudomány. A. Einstein és L. Infeld ezt írja: „A természet titkairól szóló nagyszerű történet elolvasására tett kísérletek egyidősek magával az emberi gondolkodással. A tudósok azonban alig több mint három évszázaddal ezelőtt kezdték megérteni ennek a történetnek a nyelvét. Azóta, vagyis Galilei és Newton kora óta az olvasás gyorsan fejlődött.” És tovább: „A legalapvetőbb probléma, amely összetettsége miatt ezer éve megoldatlan, a mozgás problémája” ( Idézet hanem: Einstein A., Pnfeld L. A fizika evolúciója. M., 1965, p. 8.).
Első Irányító Ötlet a modern tudomány, a modern természettudomány Galileihoz tartozik, és a mozgás problémájával foglalkozik.
Galilei előtt a tudományban általánosan elfogadott álláspont az volt, hogy minél nagyobb egy test tolóereje, annál nagyobb a test mozgási sebessége, és ha ennek az erőnek a hatása megszűnik, a test leáll. Ezt az álláspontot egyértelműen Arisztotelész fogalmazta meg, és első pillantásra megfelel a tapasztalatnak.
Galilei megmutatta, hogy ez a nézet téves. Tekintsük azt a példát, amikor egy személy vízszintes pályán tolja a talicskát. Ha valaki abbahagyja a talicska tolását, az elgurul egy bizonyos távolságot és megáll. Úgy tűnik, Arisztotelésznek igaza van. Azonban ne siessük el a következtetéseket. Nos, mi van, ha egyenletesebbé tesszük azt az utat, amelyen a talicska gördül, és például a jobb kenés miatt csökkentjük a súrlódást a talicska kerekeinek tengelyei és perselyei között. Nyilvánvaló, hogy a tolóerő megszüntetése után a talicska szabad mozgása tovább folytatódik, a talicska nagyobb távolságot gurul.
Tegyük fel, hogy sikerült teljesen síkra és természetesen abszolút vízszintessé tenni az utat, teljesen megszűnt a súrlódás a talicska kerekeiben, sőt a környező levegő és a talicska falai közötti súrlódás is megszűnt. A valóságban mindez lehetetlen, de feltételezhető. Mi történne akkor? Válaszoljunk erre a kérdésre Galilei szavaival: „...a mozgó testre adott sebesség szigorúan megmarad, mivel a gyorsulás vagy lassulás külső okai megszűntek, ez az állapot csak vízszintesen található meg. sík, mert ferde sík mentén lefelé haladva már megvan a gyorsulás oka, míg ferde síkban felfelé haladva lassulás; Ebből az következik, hogy a vízszintes síkban való mozgás örök, mert ha a sebesség állandó, akkor a mozgás nem csökkenthető, nem gyengíthető, még kevésbé rombolható." Idézet forrás: Einstein L., Infeld L. Uo., p. 12.)
Ezért az arisztotelészi nézőpont helyett: egy test csak külső hatás jelenlétében mozog- A Galileo egy új, teljesen más elvet vezetett be: ha a testet nem éri külső hatás, akkor vagy nyugalomban van, vagy állandó sebességgel egyenes vonalban mozog. A. Einstein és L. Infeld így értékelte Galilei felfedezését: „Galileo felfedezése és a tudományos érvelés módszereinek alkalmazása az emberi gondolkodás történetének egyik legfontosabb vívmánya volt, és ez jelzi az igazit. a fizika kezdete. Ez a felfedezés arra tanít bennünket, hogy a közvetlen megfigyelésen alapuló intuitív következtetésekben nem mindig lehet megbízni, mert néha rossz nyomra vezetnek." Einstein A., Infeld L. Ugyanott, p. 10.) .
Mielőtt folytatnánk Galilei tudományos tevékenységének történetét, szeretnénk megismertetni az olvasóval ennek a zseniális embernek az életrajzát és néhány jellemvonását.
Galileo Galilei 1564. február 15-én született (ugyanabban az évben, mint W. Shakespeare) Pisában. Apja, Vincenzo zenész volt. A család arisztokrata volt, de nem gazdag. 1574-ben a család Pisából Firenzébe költözött. Itt Galileit novíciusként felvették a szerzetesrendbe, és kolostorban tanult; A fő dolog, amit ez idő alatt megtanult, és ami nagyon hasznos volt számára a jövőben, a görög és latin írók művei voltak. Galilei apja kérésére elhagyta a kolostort (egy állítólagos súlyos szembetegség miatt), majd 1581-ben, ismét apja hatására, belépett a pisai egyetemre, hogy orvost tanuljon.
Galileo azonban nagy érdeklődést mutatott az orvostudomány iránt. De érdekelte a matematika, a mechanika, a fizika és a csillagászat. Ebben a főszerepet apja barátja, Ostilio Ricci játszotta, az ő tanácsára Galilei elolvasta Eukleidész és Arisztotelész műveit. De minél közelebbről megismerkedett Galilei Arisztotelész munkáival, elsősorban a mechanikával és a fizikával, annál több kétséget és ellenvetést ébresztettek benne.
Galilei tudományos érdeklődése végül meghatározásra került. Teljesen a matematikának, a geometriának, a mechanikának és a fizikának szentelte magát, otthagyta a pisai egyetemet és Firenzébe költözött.
Galileo neve azután vált ismertté az olasz matematikusok körében, hogy esszéket írt, amelyekben módszert mutattak be a fémötvözetek összetételének meghatározására hidrosztatikus mérlegek felhasználásával, és módszereket adtak a különböző alakú testek súlypontjának kiszámítására (ez a folytatás volt) Archimedes műveiből).
1589-től Galilei a Pisai Egyetemen, 1592-től pedig a Padovai Egyetemen foglalta el a matematika tanszékét. Az életrajzírók szerint Galilei oktatói munkáját a pisai egyetemen töltött ideje alatt az akkor általánosan elfogadott módszerrel, i.e. – Arisztotelész szerint. Ami tudományos tevékenységét illeti, más volt a helyzet. Galilei Pisában írt egy kéziratban őrzött esszét „A mozgásról”, amelyben különösen a Föld saját tengelye körüli forgásának kérdését vették figyelembe: anélkül, hogy megnevezte volna Kopernikusz nevét, amelyet akkor kétségtelenül ismert. Galilei megvédte álláspontját.
Galilei körülbelül 18 évig élt Padovában (1592-1610). Oktatói munkája a Páduai Egyetemen továbbra is az akkoriban kialakított és szigorúan fenntartott beosztásokon alapult. Galilei kénytelen volt például előadásokban beszélni Ptolemaiosz rendszeréről, és bebizonyítani Kopernikusz nézeteinek állítólagos következetlenségét. Ne felejtsük el, hogy Galilei életének pádovai időszakában végezték ki Giordano Brunót. Ez alatt a 18 év alatt a Galileo a Starry Messengeren kívül csak egy tudományos cikket publikált - az úgynevezett arányos iránytű leírását ( Az arányos iránytű egy egyszerű, ötletes eszköz, amely lehetővé teszi a felvett méretek léptékének megváltoztatását. Ezt úgy érik el, hogy az iránytű lábainak egymáshoz viszonyított forgástengelye mozgatható (a kívánt skálaváltozásnak megfelelően beállítva és rögzített), a méret mérése és alkalmazása megváltozott léptékben. az iránytű lábainak ellentétes végei hajtják végre. Ha az iránytű lábainak forgástengelye pontosan a középső helyzetben van, vagyis az iránytű lábainak mind a négy részének hossza azonos, akkor a léptékben nem lesz változás. Ha például a forgásközéppontot úgy mozgatja, hogy az iránytű lábainak két része háromszor hosszabb legyen, mint a másik kettő, akkor a méretarány 1:3 lesz.) (1. ábra), melynek használata megkönnyíti a geometriai konstrukciókat és számos probléma megoldását.
A Galilei Padovában eltöltött évek bizonyultak a legkreatívabb számára. Galilei ekkor jutott el a bukás törvényeihez, és végül meggyőződött a kopernikuszi elmélet helyességéről, vagyis éppen azokkal a problémákkal foglalkozott, amelyeknek később fő műveit szentelték.
Nagy jelentőségűek voltak Galilei életében utóbbi évekélete Padovában. Ekkor építette meg első optikai távcsövét, amely háromszoros nagyítást adott, majd egy 32-szeres nagyítású távcsövet, és megfigyeléseket végzett az éjszakai égbolton. Ezeknek a megfigyeléseknek az eredményei (az alábbiakban tárgyaljuk) nagy jelentőséggel bírtak.
Galilei tekintélye nagymértékben megnövekedett csillagászati kutatásai eredményeként. Elfogadta Toszkána nagyhercegének ajánlatát, Firenzébe költözött, és elfoglalta az udvari filozófus és udvari matematikus, valamint a Pisai Egyetem matematikaprofesszori posztját (ez a pozíció nem igényelt előadásokat). Ez lehetőséget adott Galileinak, hogy befejezze oktatói munkáját, és minden idejét a tudományos kutatásnak szentelje.
1615-ben Galileit Rómába hívta az inkvizíció, hogy elmagyarázza műveit, amelyek egyértelműen kopernikusz-párti és anti-arisztotelészi jellegűek voltak. 3 1616 index gyülekezet ( A gyülekezetek szerzetesrendek által vezetett vallási szervezetek, amelyek papokból és világi személyekből állnak; politikai irányvonalat követett katolikus templom. Az Index Gyülekezet is ezek közé tartozik, ez volt a felelős a cenzúráért és összeállította a „Tiltott Könyvek Listáját” – latinul „Index librorum aizliegtorum”, innen a név.) úgy döntött, hogy betiltja Kopernikusz „Az égi szférák forradalmairól” című könyvét, és tanítását eretneknek minősíti. Bár Galileit nem említették ebben a döntésben, az közvetlenül érintette őt – kénytelen volt lemondani Kopernikusz tanításainak nyomtatott és nyilvános támogatásáról.
Ennek ellenére Galilei folytatta tudományos kutatásait. Két fő művet írt: „Párbeszéd a világ két rendszeréről - Ptolemaiosz és Kopernikusz” (röviden „Párbeszéd”) és „Beszélgetések és matematikai bizonyítékok két új tudományágról, amelyek a mechanikához és a helyi mozgáshoz kapcsolódnak” (röviden „ Beszélgetések""). Mindkét mű, a „Párbeszéd” és a „Beszélgetések” három személy – Salviati, Sagredo és Simplicio – közötti beszélgetés formájában íródott. Mindannyian nem fiktív személyek: Salviati és Sagredo Galilei barátai, követői, Simplicio Arisztotelész egyik kommentátora, peripatetikus, skolasztikus.
Maga Galilei a következő szavakkal jellemzi ezeket az embereket: „Sok év óta többször jártam Velencében, ahol beszélgettem Signor Giovan Francesco Sagredoval, egy magas születésű és nagyon éles elméjű emberrel. Ugyanakkor ott volt Signor Philippe Salviati, aki Firenzéből érkezett, akinek legkisebb ékessége vérének tisztasága és ragyogó vagyona, egy nemes elme, aki nem ismert nagyobb örömet, mint a kutatás és az elmélkedés. Ezzel a két személlyel gyakran volt alkalmam megvitatni a fent említett kérdéseket ( Galilei elsősorban Ptolemaiosz és Kopernikusz világrendszerének kérdéseit tartja szem előtt.) egy bizonyos peripatetikus filozófus jelenlétében, akit, úgy tűnik, semmi sem akadályozott annyira az igazság megismerésében, mint az Arisztotelész értelmezésében szerzett dicsőség." Galileo Galilei. Kedvenc tr. M.: Tudomány, 1. kötet, p. 103.) .
Galilei e két figyelemre méltó könyvének tartalmát az alábbiakban tárgyaljuk. Egyikük, a „Párbeszéd” még 1632-ben jelent meg olaszul Firenzében. A Dialógus megjelenése azonban nehéz megpróbáltatás kezdete volt Galilei számára. Kora és befolyásos barátai támogatása ellenére Rómába kellett mennie, és meg kellett jelennie az inkvizíció előtt. Hosszas kihallgatások után Galilei kénytelen volt lemondani Kopernikusz tanításairól, és 1633. június 22-én nyilvánosan megtérni. Betiltották a Párbeszédet, és maga Galilei is majdnem 1642. január 8-án bekövetkezett haláláig (1637-ben megvakult) kénytelen volt elzárkózott életet élni a Firenze melletti Lrcetri villájában.
A Párbeszéd latin fordítását számos országban (főleg protestánsban) adták ki, 1638-ban pedig Hollandiában adták ki a Beszélgetéseket. Galilei könyveit nagy érdeklődés kísérte.
Galilei személyiségéről, emberi vonásairól szólva meg kell jegyezni a skolasztikával és a tudományos tekintélyek meggondolatlan imádatával szembeni intoleranciáját. Mutassuk meg ezt Galilei „Párbeszédének” három szakaszának példáján. Galilei Sagredo száján keresztül ezt mondja: „Egyszer egy nagyon tekintélyes velencei orvos házában jártam, ahol az emberek néha összegyűltek – egyesek tanulni, mások kíváncsiságból –, hogy megnézzék a holttest boncolását, amelyet ennek a nemcsak tudósnak, hanem ügyes és tapasztalt anatómusnak a keze Pontosan ezen a napon kezdte el kutatni az idegek eredetét és keletkezését, mely kérdésben közismert nézeteltérés van a galenista orvosok között ( Galei - római orvos és természettudós.) és a peripatikus orvosok. Az anatómus megmutatta, hogyan hagyják el az idegek az agyat, egy erős törzs formájában haladnak át a fej hátsó részén, majd a gerinc mentén húzódnak, elágaznak az egész testben, és egyetlen vékony szál formájában érik el a szívet. Aztán egy bizonyos nemeshez fordult, akit peripatetikus filozófusként ismert, és akinek jelenlétében mindezt rendkívüli gonddal feltárta és megmutatta, és megkérdezte tőle, hogy most elégedett-e és meg van-e győződve arról, hogy az idegek az agyból származnak, és nem az agyból. a szív. Ez a filozófus pedig egy kis gondolkodás után így válaszolt: „Olyan világosan és kézzelfoghatóan megmutattad nekem mindezt, hogy ha Arisztotelész szövege nem mondaná ennek az ellenkezőjét, és egyenesen azt mondja, hogy az idegek a szívből származnak, akkor fel kellene ismerni. ez az igazság."" ( Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 206.).
Azokról az emberekről, akik vakon hisznek Arisztotelész tekintélyében, Galilei szintén Salviati szavaival beszél: „Gyakran azon töprengtem, hogyan fordulhat elő, hogy ezek az emberek, akik szó szerint támogatják Arisztotelész minden szavát, nem veszik észre a károkat, amelyeket Arisztotelész hírnevét, és azt, hogy ahelyett, hogy növelnék tekintélyét, aláássák a hitelességét. Mert amikor látom, milyen kitartóan próbálják támogatni azokat az álláspontokat, amelyek hamissága szerintem teljesen nyilvánvaló, hogyan próbálnak meggyőzni arról, hogy egy igazi filozófusnak pontosan ezt kell tennie, és pontosan ezt kell tennie magának Arisztotelésznek is. megtette volna, akkor nagymértékben megcsappan az önbizalmam, hogy más, tőlem távolabbi területeken helyesen érvelt" ( Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 209.).
És végül itt van egy másik részlet Galilei „Párbeszédéből” a tudományos tekintélyekhez való viszonyulásról. A vita a peripatetikus filozófus, Simplicio, aki már kimerítette bizonyítékait Arisztotelész álláspontja védelmében, és Salviati, Galilei támogatója között folyik:
« Simplicio. De ha elhagyjuk Arisztotelészt, akkor ki lesz a mi kalauzunk a filozófiában? Nevezzen meg néhány szerzőt.
Salviati. Ismeretlen és vad országokban kell idegenvezető, de nyitott és sima helyen csak vak embernek van szüksége vezetőre. A vak pedig jól teszi, ha otthon marad. Akinek szeme van a homlokában és intelligenciája, annak útmutatóként kell használnia azokat. De nem azt mondom, hogy ne hallgassunk Arisztotelészre, ellenkezőleg, dicsérem azokat, akik belenéznek és szorgalmasan tanulmányozzák. Csak azt a hajlamot ítélem el, hogy annyira átadja magát Arisztotelész hatalmának, hogy vakon elfogadja minden szavát, és anélkül, hogy más okot remélne, szavait sérthetetlen törvénynek tekinti. Ez visszaélés, és azzal a nagy gonoszsággal jár, hogy mások már nem próbálják megérteni Arisztotelész bizonyítékainak erejét." Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 210.).
Galilei úgy vélte, és ez volt sikerének legfontosabb forrása, hogy a természet megismerésének kiindulópontja a megfigyelés és a tapasztalat. Einstein és Infeld ír erről ( Einstein L., Infeld L. A fizika evolúciója, p. 48.): „A görögök előtt ismeretlenek voltak azok a természeti törvények, amelyek az egymást követő események közötti kapcsolatot létesítik. Az elméletet és a kísérletet összekapcsoló tudomány valójában Galilei munkásságával kezdődött.”
Galilei nagy hozzájárulása a csillagászathoz, a megalapozottság és jóváhagyás heliocentrikus rendszer Kopernikusz. Az általa épített, fentebb említett teleszkópok segítségével Galilei felfedezte, hogy a Nap forog a tengelye körül, és a felszínén foltok vannak; a Naprendszer legnagyobb bolygója, a Jupiter a Holdhoz hasonló műholdakkal rendelkezik (Galileo a jelenleg ismert 13 legnagyobb műhold közül 4-et fedezett fel); a Hold felszíne hegyvidéki szerkezetű, maga a Hold pedig librációval, vagyis a középpont körül látható, inga jellegű periodikus oszcillációkkal rendelkezik; a Vénusz fázisai, amelyeket azonban az akut látású emberek szabad szemmel is észrevehetnek; a Szaturnusz bolygó szokatlan megjelenése, amelyet (ma már ismert) gyűrűi hoztak létre, amelyek szilárd testek gyűjteménye. Galilei hatalmas számú szabad szemmel láthatatlan csillagot fedezett fel, nem kellően erős műszerek (távcső) segítségével; látta, hogy a Tejút, amely ködnek tűnik, különálló csillagokból áll.
Ezeket a nagy jelentőségű és példátlan érdeklődést kiváltó megfigyeléseket Galilei írta le „A csillaghírvivő” című esszéjében. Érdekesség, hogy Kepler, a 16-17. század egyik legnagyobb matematikusa és csillagásza megismerkedett a Prágába érkezett „Csillagos Hírvivővel”. Kepler nagyon nagyra értékelte Galilei megfigyeléseit; ez látható a „Beszéd a „Csillagos hírnökről” című esszéjéből.
Galilei idejében nagyon fontos volt Kopernikusz heliocentrikus rendszerének érvényességének bizonyítása. A tény az, hogy Kopernikusz koncepcióját támadás érte. Egyrészt egyházi, főként katolikus körökről volt szó, amelyek dogmái nem fértek össze Kopernikusz nézeteivel. Másrészt kétségek merültek fel a világ heliocentrikus rendszerének helyességével kapcsolatban, amelyeket számos tudós fogalmazott meg. A kételyek főként abban merültek fel, hogy ha a Föld a tengelye körül forog, vagy a Nap körüli pályára állna, akkor e tudósok szerint nagyon erős (hurrikán) szél támadna a Föld felszínén, amely ellentétes irányú. , a felfelé dobott tárgyaknak hátra kell maradniuk, és a Föld felszínére kell esniük messze attól a helytől, ahol dobták őket. A valóságban ezek közül semmi nem történik meg.
Galilei a Dialógusban ezeket a kételyeket és ellenvetéseket Salviati szavaival a következőképpen fogalmazza meg:
« Salviati. A legerősebb érvként mindenki a nehéz testekkel kapcsolatos tapasztalatokat említi: felülről lefelé esve a testek a Föld felszínére merőleges egyenes vonalban haladnak; ezt megcáfolhatatlan érvnek tartják a Föld mozdulatlansága mellett. Hiszen ha napi forgása lenne, akkor a tornyot, aminek a tetejéről egy kő leeshetett, a Föld forgása szállítaná, miközben a kő zuhan, sok száz könyöknyit ( A könyök egy már létező hosszmérték, megközelítőleg az ulna hossza (455-475 mm).) keletre, és a torony lábától ilyen távolságra a kőnek a Földet kellett volna érnie" ( Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 224.).
És tovább: „Ptolemaiosz és követői egy másik élményt adnak, hasonlóan az elhagyott testekkel kapcsolatos tapasztalatokhoz; olyan tárgyakat jeleznek, amelyek a Földtől leválasztva magasan a levegőben maradnak, mint például a felhők és a repülő madarak; és mivel nem mondható, hogy a Föld hordozza őket, mivel nem érintkeznek vele, lehetetlennek tűnik, hogy fenntartsák a sebességét, és nekünk úgy tűnik, hogy mind nagyon gyorsan haladnak nyugat felé; ha mi, a Föld által hordozva, huszonnégy óra alatt haladnánk el a párhuzamunkon - és ez legalább tizenhatezer mérföld -, hogyan tudnának a madarak lépést tartani ezzel a mozgással? Eközben valójában azt látjuk, hogy bármilyen irányba repülnek a legkisebb észrevehető különbség nélkül, keleten és nyugaton egyaránt." Galileo Galilei. Kedvenc pr., 1. t., p. 230) .
Valóban, milyen érdekes tudomány a mechanika, milyen összetett tantárgy a mozgás, és milyen nehéz problémákat kellett megoldania a legtehetségesebb és legműveltebb embereknek 400 évvel ezelőtt! Az igazság kedvéért azonban jegyezzük meg, hogy a modern tudósok korántsem kevésbé bonyolult problémákkal szembesülnek (erről az alábbiakban lesz szó).
Első pillantásra úgy tűnhet, hogy a világ heliocentrikus rendszerével kapcsolatban megfogalmazott kétségek és ellenvetések megalapozottak, Ptolemaiosznak és követőinek igazuk van. De ez természetesen nem igaz. Adjuk át a szót Galileinek (Salviati):
« Salviati. Nyugdíjba vonuljon valamelyik barátjával egy tágas szobában egy hajó fedélzete alatt, készletezzen legyeket, pillangókat és más hasonló kis repülő rovarokat; Legyen ott egy nagy edény is, amelyben víz és kis halak úszkálnak; Ezután akasszon fel egy vödröt a tetejére, amelyből a víz cseppenként esik egy másik, keskeny nyakú edénybe. Amíg a hajó mozdulatlanul áll, figyeld szorgalmasan, hogyan mozognak a kis repülő állatok azonos sebességgel a szoba minden irányába; a hal, mint látni fogja, közömbösen fog úszni minden irányba; az összes lehulló csepp beleesik az elhelyezett edénybe, és amikor eldobsz egy tárgyat, akkor nem kell nagyobb erővel dobnod az egyik irányba, mint a másik irányba, ha a távolságok azonosak; és ha egyszerre két lábbal ugrasz, akkor bármelyik irányba ugyanazt a távolságot ugrasz. Figyeld meg mindezt szorgalmasan, bár kétségtelen, hogy amíg a hajó áll, mindennek pontosan így kell történnie. Most mozgassa a hajót tetszőleges sebességgel, és akkor (ha csak a mozgás egyenletes és nem ringat egyik vagy másik irányba) az összes említett jelenségben a legcsekélyebb változást sem fogod tudni, és egyikkel sem tudod meghatározni. hogy a hajó mozog-e vagy áll. Ugráskor ugyanolyan távolságra halad a padló mentén, mint korábban, és nem fog nagyobb ugrásokat végrehajtani a tat felé, mint az orr felé, azzal az indokkal, hogy a hajó gyorsan mozog, bár amíg Ön a levegőben van, a padló alatt az ugrásoddal ellentétes irányba fogsz haladni, és amikor eldobsz valamit egy elvtársnak, akkor nem kell nagyobb erővel dobnod, amikor ő az íjnál, te pedig a tatnál van, mint amikor a relatív pozícióid felcserélődnek; a cseppek, mint korábban, az alsó hajóba esnek, és egyik sem esik közelebb a tathoz, bár amíg a csepp a levegőben van, a hajó sok távot fog megtenni ( A fesztáv egy ősi hosszmérték, amely megközelítőleg egyenlő a felnőttek széttárt hüvelykujja és mutatóujja közötti távolsággal.) ; a vízben lévő halak nem úsznak nagyobb erőfeszítéssel a hajó elejére, mint a hátára; ugyanolyan gyorsan rohannak az edény bármely részében elhelyezett ételhez; végül a pillangók és legyek továbbra is repülni fognak minden irányba, és soha nem fordulhat elő, hogy a hajó gyors mozgását követően, mintha fáradtan gyülekeznek a tat felé néző falnál, amelytől teljesen elszigetelve kapaszkodtak egy ideig. hosszú idő a levegőben; és ha egy csepp meggyújtott tömjén egy kis füstöt termel, akkor látható lesz, hogy felfelé emelkedik, és felhőként lóg, közömbösen mozog az egyik irányba, legfeljebb a MÁSIK felé. Mindezen jelenségek következetességének pedig az az oka, hogy a hajó mozgása közös minden rajta lévő tárgyra, csakúgy, mint a levegőre; Ezért mondtam, hogy a fedélzet alatt kell lenni, mert ha rajta vagy a szabadban, nem követve a hajó mozgását, akkor többé-kevésbé észrevehető különbségeket kell látni a fent említettek némelyikében. jelenségek: a füst kétségtelenül elkezd lemaradni a levegővel együtt; a légellenállás miatt a legyek és a pillangók sem tudnák követni a hajó mozgását azokban az esetekben, amikor elég észrevehető távolságra válnának el tőle ; ha a közelben maradnak, akkor, mivel maga a hajó egy szabálytalan alakú szerkezet, és magával viszi a hozzá legközelebb eső levegőrészeket, különösebb erőfeszítés nélkül követik a hajót; ugyanígy látjuk a postalovakon lovagolva, hogy bosszantó legyek, lólegyek követik a lovakat, felrepülve egyik-másik testrészükre; a leeső cseppekben a különbség jelentéktelen lesz, az ugrásoknál vagy eldobott testeknél pedig teljesen észrevehetetlen." Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 286-287.).
Emlékszünk rá, hogy Ptolemaiosz amellett érvelt, hogy a madarak és a felhők nem tarthatnak lépést a Föld mozgásával. Nos, amint a Galilei kísérletéből, amely a mozgás relativitásának elvét megállapítja, a madarak, a felhők és maga a Föld is ugyanabban a mozgásban vesz részt - a Föld mozgásában (ami ebben az esetben hasonló a mozgáshoz). egy hajó) – és ezért egymáshoz képest mozogni nem fog.
Lehetetlen egyértelműbb és meggyőzőbb választ adni Ptolemaiosz híveinek ellenvetéseire, mint Galilei válasza, egyszerű tapasztalatok alapján. A modern nyelven és a modern tudományos terminológiát használva azt mondanánk, hogy Galilei megalapozta a mechanikai jelenségek előfordulásának függetlenségét a kiválasztott inerciális referenciarendszerek. Bár ezekről a dolgokról az alábbiakban lesz szó, néhány magyarázatot mégis teszünk. Referenciarendszer alatt olyan testek rendszerét értjük (talán egy testet is), amelyekhez (melyik) mozgást tekintünk. Tehetetlennek tekintjük a rendszert abban az esetben, ha a Galilei által megállapított pozíció teljesül benne: ha a testre nem hat semmilyen hatás (most mondanák nem hat erő a testre), az vagy nyugalomban van, vagy egyenesen halad. vízszintes sík állandó sebességgel. Más szóval, a rendszert tehetetlennek tekintjük abban az esetben, ha a test mentes a más testekkel való kölcsönhatástól. Ilyen rendszerek valójában nem léteznek (a testre mindig hatnak bizonyos erők), de el lehet képzelni őket, és közelebb kerülni hozzájuk.
Egy test egyenes vonalú és egyenletes mozgását vízszintes síkban, külső erők hatása nélkül tehetetlenségi mozgásnak nevezzük. Tehetetlenség a latin inertia szóból - pihenés, tétlenség; Egy test tehetetlensége vagy tehetetlensége alatt a test azon tulajdonságát értjük, hogy megtartja állapotát, ha külső erők nem hatnak rá.) . Innen származik az inerciarendszerek elnevezés. Galilei megállapította: bár a mozgó test helyzete (koordinátái), sebessége, a pálya jellege ( A pálya az az egyenes, amelyet egy mozgó test tömegközéppontja áthalad.) mozgalom függ a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszer megválasztásától (például álló hajó, azaz a Föld, vagy a Földhöz képest egyenesen és egyenletesen mozgó hajó), a mechanika törvényei, a mechanikai jelenségek előfordulása nem függ attól, hogy a vizsgált mechanika melyik adott tehetetlenségi vonatkoztatási rendszert tekinti mozgásnak.
Más szóval, a mechanikai jelenségek, mint már említettük, minden tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben azonosan mennek végbe. Ezt az álláspontot nevezik Galilei relativitáselvének. Nem szabad összetéveszteni Einstein relativitáselméletével, amelyről az alábbiakban lesz szó. A modern tudományos nyelvezetben Galilei relativitáselmélete a következőképpen fogalmazható meg: a mechanika törvényei változatlanok (Invariancia - változhatatlanság, bármilyen mennyiség (mennyiségek, egyenletek) függetlensége egyes transzformációkhoz képest; például a mechanika egyenleteinek függetlensége a koordináták és az idő transzformációi tekintetében, amikor az egyik inerciális referenciarendszerből a másikba lépünk.) az inerciális referenciakeret kiválasztásával kapcsolatban.
Galilei a „Párbeszédben” kimutatta, hogy Ptolemaiosz támogatóinak állításai a Föld tengelye körüli napi forgásának és a Nap körüli pályán való mozgásának állítólagos lehetetlenségéről megalapozatlanok. Ez volt a legfontosabb érv Kopernikusz heliocentrikus világrendszere mellett.
Érdekes megemlíteni Galilei egy másik érvét is a világ heliocentrikus rendszere mellett A Földről látható égitestek mozgásának csillagászati megfigyelései elvileg magyarázhatók mind a világ heliocentrikus rendszerének helyzetéből, mind a a Föld napi forgását a tengelye körül, illetve a világ geocentrikus rendszerének helyzetéből, mely szerint minden égitest a mozdulatlan Föld körül kering. Az első esetben, ha a világ heliocentrikus rendszerét vesszük alapul, az égitestek mozgásának csillagászati megfigyeléseinek magyarázata viszonylag egyszerűnek bizonyul - minden bolygó Naprendszer(beleértve a Földet is) közel körpályán keringenek a Nap körül (ahogy a heliocentrikus rendszer legtöbb híve gondolta Galilei idejében). A második esetben, vagyis a világ geocentrikus rendszerét elfogadva, az égitestek Földről megfigyelt mozgásának magyarázata nagyon mesterségesnek bizonyul: az égitestek pályái hihetetlenül bonyolultnak bizonyulnának, és a a sebességnek a fantasztikusan nagytól a nagyon kicsiig kell változnia.
Ezt írja Galilei a Föld napi forgásáról a tengelye körül.
« Salviati. Ha figyelembe vesszük a csillaggömb hatalmas térfogatát a földgömb jelentéktelenségéhez képest, ami sok-sok milliószor benne van, majd gondolunk a mozgás sebességére, amelynek egy nappal és egy éjszaka alatt teljes forradalmat kell végrehajtania. , akkor nem tudom meggyőzni magam arról, hogy lehet valaki, aki helyesebbnek és valószínűbbnek tartja, hogy egy ilyen megfordítást a csillaggömb hajt végre, föld mozdulatlan marad.
Sagredo. Ha abszolút minden természeti jelenség, amely az ilyen mozgásoktól függhet, mind az egyik, mind a másik esetben azonos következményekkel jár, minden különbség nélkül, akkor azonnal felismerném azt, aki helyesebbnek tartja az egész Univerzum mozgását, csak megőrizné a Föld mozdulatlanságát, még ésszerűtlenebb, mint az az ember, aki felmászott a villád kupolájának tetejére, hogy megnézze a várost és környékét, és azt követelte, hogy az egész terep körülötte forogjon, és nem kell fáradj elfordítani a fejét"( Galileo Galilei. Kedvenc tr., 1. kötet, p. 213.).
A fentiekben már szó esett Galilei felfedezéseiről a mechanika területén, aminek köszönhetően őt (Newtonnal együtt) joggal tekintik a modern tudomány megalapítójának. A már említetteken kívül meg kell említeni a Galileo néhány további fontos vívmányát is.
Nagy jelentőséggel bírnak a testek szabadesésének és ferde síkbeli mozgásának tanulmányozása. Galilei megállapította, hogy a testek szabadesésének sebessége nem függ tömegüktől, ahogy Arisztotelész gondolta, és a zuhanó testek által megtett út arányos a zuhanás idejének négyzetével. Nagy felfedezés volt. Lehetővé tette a testek gravitációs és tehetetlenségi tömegének utólagos numerikus egyenlőségének megállapítását, amelyről később lesz szó.
Galilei megalkotta a parabolamozgás elméletét, és megállapította, hogy a kidobott test pályája, vagyis a kezdeti lökés és gravitáció hatására mozgó test pályája parabola.
Galileo sokat tett az anyagok szilárdságának és ellenállásának elmélete terén. Nagyon érdekesek a Galilei által megfogalmazott megfontolások a mechanikai hasonlóságról és arról, hogy abban az esetben, ha a test súlya jelentős, nincs hasonlóság a testek szilárdságával kapcsolatban.
Galilei ezt írja erről a kérdésről: „Ha veszünk egy bizonyos vastagságú fahasábot, amely, mondjuk, egy falba van beágyazva derékszögben úgy, hogy párhuzamos legyen a horizonttal, és feltételezzük, hogy hossza eléri a szélső határt amit még elbír , vagyis hogy ha hossza egy hajszálnyival megnövekszik, saját súlyától eltörik, akkor ez a rönk lesz az egyetlen ilyen a világon. Ha a hossza, tegyük fel, százszorosan meghaladja a vastagságát, akkor ugyanabból a fából egyetlen olyan rönköt sem találunk, amely a vastagságát százszorosan meghaladó hosszúsággal pontosan ugyanannyit bírna. mint például: minden nagyobb rönk eltörik, de a kisebbek a saját súlyukon kívül elbírnak némi plusz terhelést is. Amit a saját testsúlyod eltartásáról mondtam, az más szerkezetekre is vonatkozik ( Idézet szerző: Sedov L. I. Galilei és a mechanika alapjai. M.: Pauka, 1961, p. 36-37).
Ezzel kapcsolatban Galileo nagyon érdekes gondolatokat fogalmazott meg a kis állatok „ereje” és mobilitása szempontjából a nagyokhoz képest, valamint a méretük korlátairól. Ezekre a kérdésekre csak körülbelül háromszáz év múlva találták meg a pontos megoldást.
Galileo Galilei és szerepe a klasszikus tudomány fejlődésében
A heliocentrizmus alátámasztására irányuló munkát Galileo Galilei kezdte, akinek munkái előre meghatározták a klasszikus és sok tekintetben a modern tudomány teljes megjelenését. Ők tették le egy új típusú világnézet, valamint egy új tudomány - a matematikai kísérleti természettudomány - alapjait. A matematikai törvények mélyebb megismerése és a természet valódi természetének megértése érdekében Galileo számos technikai eszközt és műszert fejlesztett és feltalált - lencsét, távcsövet, mikroszkópot, mágnest, léghőmérőt, barométert stb. Használatuk a természettudománynak a görögök számára ismeretlen új dimenziót adott. Az Univerzumról alkotott korábbi gondolatok átadták a teret a kísérleti kutatásoknak, hogy megértsék a benne működő egyetemes matematikai törvényeket.
G. Galileo (1564-1642)
Nagyon fontos, hogy Galilei a tapasztalatok felé irányuló szisztematikus orientációját a matematikai megértés vágyával kombinálta. És olyan nagyra értékelte, hogy lehetségesnek tartotta a hagyományos logikát, mint a gondolkodás haszontalan eszközét, teljesen helyettesíteni a matematikával, amely egyedül képes megtanítani az embert a bizonyítás művészetére.
Galilei matematikai analitikai módszere a létezés mechanisztikus értelmezéséhez vezette, és lehetővé tette számára, hogy a fizikai törvény fogalmát a modern felfogás szerint fogalmazza meg. Megállapítható, hogy ennek a tudósnak a munkájától kezdve a tudomány teljesen szakított a természet tisztán minőségi értelmezésével. Galilei felfedezései a mechanika és a csillagászat terén különös jelentőséggel bírtak egy új típusú tudomány létrehozása szempontjából. Ők teremtették meg a szilárd alapot a heliocentrizmus igazolására.
A heliocentrizmus a világ képe, amely a Napot az Univerzum középpontjaként ábrázolja, amely körül az összes bolygó, beleértve a Földet is, forog.
Az egyik legsúlyosabb probléma, amely megakadályozta az új világkép kialakítását, az az ókorban kialakult és a középkoron át fenntartott, régóta fennálló hiedelem volt, miszerint alapvető különbség van a földi és égi jelenségek, testek között. Arisztotelész kora óta azt hitték, hogy a mennyben ideális testek találhatók, amelyek éterből állnak, és ideális körpályán forognak a Föld körül. A földi testek teljesen más törvények szerint keletkeznek és működnek. Ezért az átfogó elméletek megalkotása és a természeti törvények felfedezése előtt a modern tudósoknak meg kellett cáfolniuk a földi és mennyei felosztást. Az első lépést ebbe az irányba a Galilei tette meg.
Miután be 1608 g . Feltalálták a céltávcsövet, a Galileo továbbfejlesztette és 30-szoros nagyítású távcsővé alakította. Segítségével számos kiemelkedő csillagászati felfedezést tett. Köztük vannak hegyek a Holdon, foltok a Napon, a Vénusz fázisai és a Jupiter négy legnagyobb műholdja. Ő volt az első, aki látta, hogy a Tejút hatalmas számú csillag gyűjteménye. Mindezek a tények bebizonyították, hogy az égitestek nem éteri lények, hanem teljesen anyagi tárgyak és jelenségek. Hiszen nem lehetnek hegyek egy ideális testen, mint a Holdon, vagy foltok, mint a Napon.
Galilei mechanikai felfedezései segítségével megsemmisítette az arisztotelészi fizika csaknem kétezer éve uralkodó dogmatikai konstrukcióit. Galilei szembehelyezkedett a gondolkodóval, akinek tekintélyét vitathatatlannak tartották, és először tesztelte számos kijelentését kísérletileg, ezzel megalapozva a fizika egy új ágát - a dinamikát - a testek mozgásának tudományát az alkalmazott erők hatására. Ezelőtt a fizika egyetlen többé-kevésbé fejlett ága a statika volt.
A statika az Arkhimédész által alapított tudomány, amely a testek egyensúlyi helyzetét vizsgálja az alkalmazott erők hatására.
Galilei a testek szabadesését is tanulmányozta, és megfigyelései alapján rájött, hogy az teljesen független a test súlyától vagy összetételétől. Ezt követően megfogalmazta a sebesség és a gyorsulás fogalmát, és megmutatta, hogy a testre ható erőhatás eredménye nem a sebesség, hanem a gyorsulás.
Galilei elemezte a dobómozgást is, amely alapján jutott a tehetetlenség gondolatához, amely még nem volt pontosan megfogalmazva, de óriási szerepet játszott a további fejlődés természettudományok. Arisztotelésztől eltérően, aki úgy gondolta, hogy minden test arra törekszik, hogy elérje a természet által neki kijelölt helyet, ami után a mozgás megszűnik, Galilei úgy gondolta, hogy a mozgó test állandó egyenletes egyenes vonalú mozgásban vagy nyugalomban igyekszik maradni, hacsak valamilyen külső erő meg nem állítja, ill. nem tér el a mozgás irányától. A tehetetlenség gondolata lehetővé tette a heliocentrizmus ellenzőinek egyik kifogásának cáfolatát, akik azt állították, hogy a Föld felszínén elhelyezkedő tárgyak, ha elmozdulnának, elkerülhetetlenül lelőnének róla, és hogy minden lövedék felfelé indulna a derékszög szükségszerűen a dobás kezdőpontjától bizonyos távolságra landol. A tehetetlenség fogalma megmagyarázta, hogy a mozgó Föld automatikusan továbbította mozgását minden rajta elhelyezkedő testnek.
A heliocentrizmus ellenzőinek másik kifogása az volt, hogy nem érezzük a Föld mozgását. A választ erre is Galilei adta meg a klasszikus relativitáselv megfogalmazásában. Ezen elv szerint a rendszeren belül végzett mechanikai kísérletek nem tudják megállapítani, hogy a rendszer nyugalomban van-e, vagy egyenletesen és egyenes vonalúan mozog. Ezenkívül a klasszikus relativitáselmélet kimondja, hogy nincs különbség a nyugalom és az egyenletes lineáris mozgás között, ugyanazok a törvények írják le őket. A mozgás és a pihenés egyenlősége, i.e. inerciarendszerek - nyugalomban vagy egymáshoz képest egyenletesen és egyenesen mozgóan, Galileo érveléssel és számos példával bizonyította. Például egy hajó kabinjában utazó joggal hiszi, hogy az asztalán heverő könyv nyugalomban van. De a parton lévő ember látja, hogy a hajó vitorlázik, és minden oka megvan azt állítani, hogy a könyv mozog, ráadásul ugyanolyan sebességgel, mint a hajó. Tehát a könyv valójában mozog vagy nyugalomban van? Erre a kérdésre nyilvánvalóan nem lehet egyszerűen „igen” vagy „nem” választ adni. Az utazó és a parton élő ember közötti vita időpocsékolás lenne, ha mindegyikük csak a saját álláspontját védené, és megtagadná partnere álláspontját. Mindkettőjüknek igaza van, és ahhoz, hogy álláspontjukat összeegyeztessék, csak azt kell felismerniük, hogy egyidejűleg a könyv nyugalomban van a hajóhoz képest, és a parthoz képest a hajóval együtt mozog.
A mechanika törvényei csillagászati felfedezéseivel együtt fizikai alapot szolgáltattak a kopernikuszi hipotézishez, amellyel maga a megalkotó még nem rendelkezett. Egy hipotézis alapján a heliocentrikus doktrína mostanra kezdett elméleti státuszba kerülni.
De a földi és az égi mozgások kapcsolatának kérdése még nem volt véglegesen megoldva, és magát a Föld mozgását sem sikerült megmagyarázni. A bolygók valós mozgása szintén kevéssé felelt meg a Kopernikusz heliocentrikus hipotézisében (körmozgás), valamint Ptolemaiosz geocentrizmusában leírtaknak.
A nagy olasz tudós, Galileo Galilei (1564-1642) döntő küzdelmet folytatott Kopernikusz tanításainak elismeréséért. Ugyanakkor az egész fronton támadást indított a papok, szerzetesek és skolasztikusok középkori világképe ellen, megalapozva a természetismeret tudományos módszerét. Galilei a kísérleti természettudomány - a természettudomány - egyik alapítója.Galileo Pisa városában született, zenész családjában. Galilei apja orvost akart csinálni belőle, ezért 1581-ben a pisai egyetemre küldte. Galilei érdeklődése azonban más területen volt, és miután feladta a tanítást, Firenzébe költözött. Galilei itt kezdett el matematikát és mechanikát tanulni, és számos mechanikai művet írt. 1589-ben Galilei katedrát kapott a pisai egyetemen, 1592-ben pedig a padovai egyetemen, ahol 1610-ig dolgozott. Ez idő alatt Galilei tudományos kutatásokkal foglalkozott a fizikai és matematikai tudományok területén, mint pl. valamint korának technikai problémáit.
Galileo Galilei
Galilei meglehetősen korán ellenfele lett Arisztotelész mechanikájának és csillagászatának. Galilei tanítványa, Viviani azt vallja, hogy Galilei még Pisában cáfolta Arisztotelész tanítását, miszerint a nehéz testek gyorsabban esnek, mint a könnyűek. Tanúvallomása szerint Galilei állítólag kísérleteket is végzett úgy, hogy különböző holttesteket dobott ki egy pisai ferde toronyból. kísérleti megerősítés Arisztotelész véleményének tévedése 1. Arisztotelész csillagászatával szembeni korai kritikai attitűdjét bizonyítja Galilei Keplerhez írt, 1597-ben írt levele. Ebben a levélben ezt írja:
„Szerencsésnek tartom magam, hogy az igazság keresése során ilyen nagyszerű szövetségesre találtam. Valóban fájdalmas látni, hogy olyan kevés ember van, aki az igazságra törekszik, és kész felhagyni a perverz filozofálási módszerrel. De nem itt lehet panaszkodni korunk szomorú állapotáról, csak sok sikert kívánok csodálatos kutatásaihoz. Annál is szívesebben teszem ezt, mert évek óta követem Kopernikusz tanításait. Megmagyarázta számomra sok olyan jelenség okát, amelyek az általánosan elfogadott nézetek szempontjából teljesen érthetetlenek voltak. Ez utóbbi cáfolatára sok érvet gyűjtöttem össze, de nem merem publikálni. Természetesen ezt választanám, ha több olyan ember lenne, mint te. De mivel ez nem így van, óvatos vagyok." 2 .
A Kopernikusz tanításait védő érvek, amelyekről Galilei levelében beszél, valószínűleg új felfedezései voltak a mechanika területén (később e tanítás védelmében hivatkozik rájuk).
13 év után Galileinak új érvei voltak, amelyek megerősítették Kopernikusz tanításait. Már Galilei csillagászati felfedezésein alapultak. 1608-ban vagy 1609-ben
Galilei értesült arról, hogy holland mesterek feltalálták a távcsövet, és 1609-ben ő maga tervezett egy ilyen távcsövet. Galilei teleszkópjának domború objektívlencséje és homorú szemlencséje volt.
Több mint harmincszoros növekedést adott (11. ábra). Galilei ezzel a távcsővel az eget figyelve számos fontos megfigyelést tett. Felfedezte, hogy a Hold felszíne - egy égitest - megjelenésében alapvetően nem különbözik a Hold felszínétől a Föld felszíne. A Földhöz hasonlóan a Holdnak is vannak hegyes csúcsai és völgyei. Galilei azt is megállapította, hogy a bolygók, ellentétben az állócsillagokkal, hasonlóak a Holdhoz, és távcsőn keresztül láthatók kerek világító korongok formájában. A Vénusz, akárcsak a Hold, idővel kerek korongról keskeny félholdra változtatja a megjelenését. Galilei felfedezte a Jupiter holdjait is. Észrevette, hogy négy kis csillag (hold) kering a Jupiter körül, ahogy a Hold is a Föld körül. Galilei azt is megállapította, hogy az állócsillagok száma sokkal nagyobb, mint amennyi szabad szemmel látható.
Galilei felfedezései alapján körültekintően, de kitartóan elindult Kopernikusz tanításainak mint az Univerzum tényleges szerkezetének elméletének terjesztésének és alátámasztásának útján. Azonnal ellenállásba ütközött a teológusok részéről, akik vagy tagadták Galilei felfedezéseit, vagy a szentírás tekintélyére hivatkoztak. Galilei azonban ügyesen harcolt, és igyekezett nem érinteni pusztán teológiai kérdéseket. 1516-ban az érintett egyház hivatalosan elítélte Kopernikusz tanításait, könyve felkerült a tiltott könyvek listájára, Galileit pedig figyelmeztették, hogy ezentúl ne ragaszkodjon ehhez a tanításhoz, ne terjeszthesse. Galilei kénytelen volt egy ideig hallgatni. A mechanika és csillagászat területéről összegyűjtött, a kopernikuszi rendszert megerősítő tényanyag azonban arra kényszerítette Galileit, hogy az egyház tiltása ellenére mindenáron megvédje Kopernikust. Galilei tudta, hogy számíthat a tudós tekintélyére, amely akkorra már nagy volt, valamint a legfelsőbb papság egyes köreinek kegyeire. Lehetetlen azonban közvetlenül a „kopernikuszi eretnekség” védelmében beszélni anélkül, hogy az inkvizíció azonnal elfogná. Az egész helyzetet felmérve Galilei úgy döntött, hogy olyan könyvet ír, amelyben lényegében alátámasztják a kopernikuszi rendszert, de úgy, hogy a könyv szerzőjét formálisan ne lehessen megvádolni annak védelmével. Ez a könyv 1632-ben jelent meg „Párbeszéd a világ két legfontosabb rendszeréről: Ptolemaioszról és Kopernikuszról” címmel. Kopernikusz tanításainak híve, Signor Salviati és a ptolemaioszi rendszer védelmezője, Simplicio közötti beszélgetés vagy vita formájában íródott. A vitában egy harmadik személy is részt vett - Sagredo, aki lényegében Salviati oldalán állt. Galilei, hogy megvédje magát az eretnekség vádjaitól, az előszóban jelezte, hogy a Föld mozgásának tanát az egyház tiltotta, és a könyvben ezt a doktrínát csak tárgyalták, és nem erősítették meg. Azonban sem az előszó, sem az esszé formája nem tudott megtéveszteni senkit. A ptolemaioszi rendszer védelmezője, Simplicio nagyon sápadtnak tűnt, és állandóan megverték ellenfelei vitáitól és tréfáitól. Az olvasó világosan megértette, kinek az oldalán áll a szerző, és valójában milyen célt követett. Nem sokkal e könyv megjelenése után per indult Galileo ellen. 1633 elején Galileit Rómába idézték, ahol megvádolták a Kopernikusz tanításainak ragaszkodását és terjesztését tiltó rendelet megszegésével. Galilei visszautasította ezt a vádat, rámutatva, hogy sehol sem állítja ennek a tannak az igazságát, csak feltételezhetően hipotézisként beszél róla. El kellett azonban ismernie, hogy miután elragadtatott, ő is meggyőzően konvencionális érveket állított fel az álláspont mellett, amelyet meg akart cáfolni. Az inkvizíció megelégelte ezt a magyarázatot, de követelte Kopernikusz tanításának nyilvános lemondását, amit Galileinek kellett megtennie. A tárgyalás után Galileo az inkvizíció felügyelete alatt folytatta a tudományos tevékenységet, és új tudományos munkát írt „Beszélgetések és matematikai bizonyítékok két új tudományról” címmel, amely a mechanika, az akusztika és néhány más kérdéskörével foglalkozott. Ennek a műnek a kéziratát 1638-ban adták ki Hollandiában. Galilei 1642-ben halt meg. Halálánál az inkvizíció két képviselője is jelen volt.
Kívülről Galilei pere az egyház győzelmének tűnt, valójában azonban a veresége volt. Galilei tevékenysége és küzdelme eredményeként a heliocentrikus doktrína széles körben ismertté vált, és megragadta az európai kultúremberek elméjét. Igaz, Galilei könyve, akárcsak Kopernikusz könyve, sokáig (1822-ig) a tiltott könyvek listáján volt. Azonban már a 17. század második felében. Nem figyeltek erre a tilalomra.
A Dialógusban kétféle érv hangzik el Kopernikusz elméletének védelmében. Először is Galilei csillagászati felfedezéseire támaszkodik, amelyek megerősítették, hogy a Föld ugyanolyan test, mint más bolygók, és lehetetlen beszélni annak kizárólagosságáról. Másodszor a mechanika területén szerzett felfedezésein alapuló érvek. Megcáfolták Arisztotelész mozgáselméletét, és eltávolították a Ptolemaiosz által a Föld mozgásával szemben megfogalmazott kifogásokat. Már Kopernikusz is elutasítja ezeket az ellenvetéseket, és azt állítja, hogy a testek mozgását a Földdel együtt természetes mozgásnak kell tekinteni. Galilei ennél is tovább megy, azzal érvelve, hogy a Földön vízszintes felületen minden mozgás, ha kizárjuk a súrlódási erőket, Arisztotelész terminológiájával élve természetes, vagyis olyan mozgás, amelyhez nincs szükség erőhatásra. Ez örökké történik, megtartva a sebességét. Ugyanakkor Galileo nem egyszerűen érvényesíti ezt az álláspontot, hanem a tapasztalatok felé fordul. A párbeszéd résztvevői megvitatják az ilyen tapasztalatokat. Egy test mozgását egy teljesen sima (azaz súrlódásmentes) ferde síkban vesszük figyelembe. Ha egy test felfelé mozog egy ferde síkban, akkor a sebessége csökken, ha lefelé, akkor nő. A kérdés az, hogyan mozog egy test egy vízszintes síkban? A válasz önmagát sugallja: a test állandó sebességgel mozog. Galilei később általánosabb formában fogalmazta meg ezt a következtetést:
"Amikor egy test vízszintes síkon mozog anélkül, hogy bármilyen ellenállásba ütközne a mozgással szemben, akkor, amint azt a fentebb leírtakból tudjuk, mozgása egyenletes, és folyamatosan folytatódna, ha a sík vég nélkül kiterjedne a térben." 3 .
Galilei ebben a formában fogalmazta meg a tehetetlenség törvényét. Ez még nem az általános megfogalmazása a tehetetlenségi törvénynek, amelyet később adtunk meg. De itt természetesen egy alapvetően új lépés történt. Ebben a megfogalmazásban egyenletes mozgás alatt egyenes vonalú, állandó sebességű mozgást értünk, és ez a törvény már alapvetően eltér az „impulzus” elméletek megfogalmazásaitól. Másrészt meg kell jegyezni, hogy bár Galilei megfogalmazta a vízszintes mozgás tehetetlenségi törvényét, azt tágabban értette. Ezt meg lehet ítélni Galilei azon kérdéskör tárgyalása alapján, hogy miért nem repülnek el a tárgyak a forgó Földről, ahogyan az egy gyorsan forgó kerék esetében történik. Galilei határozottan azt állítja, hogy a kerék pereméről kidobott test ilyenkor állandó sebességgel, tangenciálisan egyenes vonalban mozog, függetlenül attól, hogy vízszintes vagy bármilyen más irányba repül el, és ezt csak a gravitáció akadályozza meg.
Felmerül ugyanakkor a kérdés, hogy a Földön elhelyezkedő testek miért nem repülnek el forgása során a felszínéről? Galilei nem oldja meg ezt a kérdést, úgy vélte, modern szóhasználattal a centrifugális gyorsulás elhanyagolható a gravitáció gyorsulásához képest.
Így azt látjuk, hogy egyrészt Galilei tágabban értette a tehetetlenség törvényét, mint ahogy megfogalmazta, másrészt valószínűleg megértette, hogy a Föld mozgása nem tekinthető szigorúan tehetetlenségnek.
A tehetetlenség törvényével egyidejűleg Galilei egy másik alapelvet alkalmaz klasszikus mechanika, az erők működésének úgynevezett függetlenségi törvénye, amely ismét a testek mozgására vonatkozik a Föld gravitációs mezőjében. A Galileo szerint egy test arra törekszik, hogy ne csak akkor tartsa vízszintes sebességét, ha fenntartja vízszintes sík, hanem akkor is, amikor szabadon esik, azaz ha a test esik, akkor a függőlegesen ható gravitációs erőnek nincs hatása a sebesség vízszintes összetevőjére. Másrészt a sebesség függőleges komponensének változása a gravitáció hatására nem függ attól, hogy a test vízszintes mozgásban van-e vagy sem.
A megállapított törvények alapján Galileo elmagyarázza, miért nem vesszük észre a Föld mozgását, miközben rajta van. Így például egy szabadon eső kő függőlegesen esik, mivel a dobás pillanatában ugyanolyan sebességű, mint a Föld felszínének a dobás pillanatában. Ezt a sebességet zuhanáskor is megtartja. Galilei ennek megerősítésére egy kísérletet idéz, amelynek során követ dobtak le egy mozgó hajó árbocáról. Elemez más kísérleteket a Földre dobott testekkel, és megmutatja, hogy segítségükkel lehetetlen megcáfolni a Föld mozgására vonatkozó hipotézist. Magyarázatait összegezve Galilei megfogalmazza a relativitás klasszikus elvét. Hangsúlyozza, hogy az inerciális mozgást csak úgy lehet észrevenni, ha nem veszünk részt ebben a mozgásban, mivel az nem befolyásolja a mozgásban lévő dolgokat. Ezt az álláspontot magyarázva Galileo a következő példát hozza fel:
„Járja el magát valamelyik barátjával” – írja – „valamelyik hajó fedélzete alatti tágas helyiségben, készletezzen legyeket, pillangókat és más hasonló kis repülő rovarokat; Legyen ott egy nagy edény is, amelyben víz és kis halak úszkálnak; továbbá akasszon fel egy vödröt a tetejére, amelyből a víz cseppenként hullik egy másik, alatta elhelyezett keskeny nyakú edénybe. Amíg a hajó mozdulatlanul áll, figyeld szorgalmasan, hogyan mozognak a kis repülő állatok azonos sebességgel a szoba minden irányába; a hal, mint látni fogja, közömbösen fog úszni minden irányba; az összes lehulló csepp a helyettesített edénybe hullik, és amikor eldobsz egy tárgyat, akkor nem kell nagyobb erővel dobnod egyik irányba, mint a másikba, ha a távolságok azonosak, és ha mindkét lábbal ugrasz egyszer, majd ugorjon ugyanarra a távolságra bármely irányba. Figyeld meg mindezt szorgalmasan, bár kétségtelen, hogy amíg a hajó áll, mindennek így kell történnie. Most mozgassa a hajót tetszőleges sebességgel, és akkor (ha csak a mozgás egyenletes és nem ringat egyik vagy másik irányba) az összes említett jelenségben a legcsekélyebb változást sem fogod tudni, és egyikkel sem tudod meghatározni. hogy a hajó mozog vagy áll 4 .
Galilei felfedezései a mechanika területén közvetlenül kapcsolódtak Kopernikusz tanításainak alátámasztásához, de természetesen önálló jelentőséggel is bírtak (vagyis általában a mechanika fejlődése szempontjából). Ami azt illeti, a mechanika fejlődése, mint doktrína mechanikus mozgás. A galilei mechanikával kapcsolatos egyéb tanulmányokról alább lesz szó.
Galilei, a tudományos forradalom kiemelkedő képviselője nemcsak a világ heliocentrikus rendszerének megalapozásáért folytatott küzdelemért érdemel elismerést, és nem csak a mechanika megalapítójaként. Új kísérleti módszert vázolt fel a természet vizsgálatára, amely a kísérleti természettudomány fő módszerévé vált. A tudás forrása Galilei szerint a tapasztalat és csakis a tapasztalat. Elítéli a valóságtól elszakadt, kizárólag a tekintélyekre támaszkodó skolasztikát. Galilei érdeme nem csak abban rejlik, hogy a tapasztalatot a tudás forrásának tekinti. A tapasztalatot mint tudásforrást már Galilei előtt hirdették, a tudomány pedig tulajdonképpen már előtte is a tapasztalatra épült. Arisztotelész, amint Galilei helyesen hangsúlyozza, felismerte, hogy a tapasztalat a tudás forrása. A tudomány fejlesztése szempontjából fontos volt, hogy a tudás hogyan épüljön fel a tapasztalatból, vagyis hogy megtaláljuk a megfelelő tudományos módszert a kísérleti tudáshoz: Galileo ezt tette. Galilei előtt a tapasztalat csak úgymond a tudás kiindulópontja volt. A kutatási módszer általánosságban két részből állt: közvetlen megfigyelésekből (nagyon gyakran véletlenszerű) és egy általános elmélet felépítéséből ezekre a megfigyelésekre. A harmadik láncszem, amely a felépített elmélet következtetéseinek teszteléséből áll, vagy teljesen hiányzott, vagy még gyerekcipőben járt, és egyáltalán nem fejlődött ki. Ezért a tudomány az ókorban kontemplatív jellegű volt. A középkori skolasztika keretein belül is változatlan maradt, és ez egyrészt meghatározta annak durván empirikus, másrészt spekulatív jellegét. Ez volt Arisztotelész tana a mennyről és annak dinamikájáról. A legegyszerűbb közvetlen megfigyeléseken alapult, amelyeket nem elemeztek részletesen. Az ókor és a középkor mindennapi gyakorlata például azt mutatta, hogy ugyanannak a kocsinak a nagyobb sebességgel való húzásához több erőfeszítést kell tenni, vagy gyakran a nehezebb testek gyorsabban esnek, mint a könnyebbek. Ezek és a hasonló megfigyelések Arisztotelész számára elegendőnek tűntek ahhoz, hogy felállítsanak egy olyan rendszert, amely fantasztikus karakterű minden dinamikát tartalmaz. Arisztotelésznek vagy tanítványainak eszébe sem jutott, hogy ne csak a mozgáselméletet próbálják meg összeegyeztetni a megfigyelt tényekkel, hanem ebből az elméletből következtetéseket vonjanak le, és speciális kísérletekkel ellenőrizzék annak helyességét vagy helytelenségét.
Galilei másként cselekszik: a mozgás tanulmányozása során elszakad az egyéni kísérletek azonnali eredményeitől. A törvények és előírások, amelyekre támaszkodik, tudományos absztrakciók, és nem egyedi megfigyelt tényekből következnek. Így a tehetetlenség törvényét Galilei közvetlenül nem tudta kísérletileg ellenőrizni. Lehetetlen volt közvetlenül megfigyelni egy test mozgását súrlódás nélkül. És azt a törvényt, hogy egy test egyenletes gyorsulással esik, szintén szigorúan véve nem volt kísérletileg igazolható akkoriban. A tudományos absztrakció azonban mélyebben behatol a jelenségek lényegébe, mint egy egyszerű ténymegállapítás, amely annak az általánosnak a kifejeződése, amely ezekben a tényekben rejtőzik, és túlmutat azon jelenségek keretein, amelyek tanulmányozása során először megjelenik. A tudományos absztrakciót hipotézis formájában fejezik ki. A hipotézis lehetővé teszi új tények és jelenségek előrejelzését az abból származó következtetések alapján. Ezért tudományos hipotézis vezérgondolattá válik a további tudományos kutatásokban. Ugyanakkor a következményekből és az előrejelzésekből levont következtetések tesztelése egy hipotézist tudományos törvényvé változtat.
Galilei kísérleti módszere különösen jól látható a zuhanó testek törvényeinek tanulmányozásában. Galilei abból a feltételezésből indul ki, hogy a testek állandó gyorsulással esnek. Ez még mindig hipotézis; bár közvetlen megfigyeléseken és néhány megfontoláson alapul, mégis csak találgatás. Ezekből a feltételezésekből Galilei következtetéseket von le. Bebizonyítja, hogy ha egy test egyenletesen gyorsulva esik, azaz ha v~t, akkor a megtett út arányos t 2 -vel. A kísérleti technika nem tette lehetővé, hogy közvetlenül ellenőrizzük ezt a következtetést (akkor még nem voltak közönséges ingaórák). Ezért Galilei úgy dönt, hogy teszteli ezt a törvényt a ferde sík mentén mozgó testek esetére. Felvesz egy hosszú, pergamennel bélelt horonyú deszkát. A tábla egyik végén erősítse meg az állványt úgy, hogy a tábla ferde síkot képezzen. Azzal, hogy a labdát a csúszdán való csúszásra kényszeríti, megméri azt az időt, amely alatt a labda megtesz egy bizonyos távolságot a csúszdán. A Galileo a golyó mozgásának idejét a kis lyukon keresztül az edényből kiáramló víz mennyiségével méri. Galilei mérések elvégzése után megállapította, hogy a test egyenletesen gyorsulva mozog egy ferde sík mentén, és ez igaz a különböző dőlésszögű ferde síkokra. Ebből Galilei arra a következtetésre jut, hogy ez a helyzet a szabadesésre is igaz, mivel egy test függőleges lefelé mozgása tekinthető a ferde sík mentén történő mozgásának határesetének, amikor a dőlésszög 90°-ra hajlik. Így a kísérlet megerősíti a fő hipotézist, és most már úgy tekinthetjük, hogy az esés törvénye létrejött. Ez a tanulmány egyértelműen tartalmaz egy új linket: a felállított hipotézis igazolását, az abból való következtetést egy speciálisan kialakított kísérleti tanulmány segítségével.
Így Galilei tudományos kutatási módszere a következőképpen jellemezhető: megfigyelésekből és kísérletekből egy feltételezés - egy hipotézis - jön létre, amely bár a kísérletek általánosítása, valami újat tartalmaz, amelyet nem tartalmaz közvetlenül az egyes konkrét tapasztalatok. Egy hipotézis lehetővé teszi bizonyos következmények szigorúan matematikai és logikai levezetését, néhány új, kísérletileg igazolható tény előrejelzését. A következmények ellenőrzése megerősíti a hipotézist – fizikai törvényvé változtatja. Alapvetően ez a módszer lesz a természettudomány fejlődésének fő módszere.
Galilei írásaiban felvázolta az anyag természetéről, a mozgásról és az anyagi világ törvényeiről szóló új elképzelés – a mechanikus materializmus – főbb jellemzőit is. Galilei Arisztotelész anyagról és formáról szóló tanításának ellenfele volt, írásaiban az ókori atomisták eszméit elevenítette fel. Az anyagi dolgok Galilei szerint számtalan apró részecskéből állnak, amelyek között üregek vannak. A természetben ezek a részecskék mozgása és újraeloszlása következtében változások következnek be, amelyek nem pusztulnak el vagy keletkeznek újra. Az atomisztikus hipotézist felelevenítve Galileo felvázolja a természet kvantitatív mechanikus megértésének főbb jellemzőit. Tagadja a skolasztikusok által bevezetett számtalan rejtett tulajdonságot (törekvések, idegenkedések stb.), és nevet a módszertanon. Galileo szerint az anyagnak csak egyszerű geometriai és mechanikai tulajdonságai vannak.
„Soha – írja Galilei – nem fogok mást kérni a külső testektől, mint méretet, alakokat, mennyiséget és többé-kevésbé gyors mozgásokat, hogy megmagyarázzam az íz-, szag- és hangérzetek előfordulását; és azt gondolom, hogy ha kiiktatnánk a füleket, a nyelveket, az orrokat, akkor csak az alakok, a számok és a mozdulatok maradnának, de nem az illatok, ízek és hangok, amelyek véleményünk szerint egy élőlényen kívül nem mások, mint üres nevek.” 5 .
Így Galilei személyében a tudomány mindenre kiterjedő támadást indított a középkori teológusok, papok, szerzetesek és skolasztikusok világképe ellen, aminek következtében megsemmisítő csapást mértek rá. Ezzel egyidejűleg Galilei lefektette a természettudomány új kísérleti módszerének alapjait, és egyike volt a természettudománynak és egy új világnézetnek - a mechanikus materializmusnak -, amely a fizikusok és általában a természettudósok fő világnézetévé vált. Végül Galilei lefektette a dinamika alapjait; kutatásaival valójában a fizikai tudományok ezen területe fejlődésnek indul.
1 Viviani e tanúvallomása érvényességének kérdésében jelenleg eltérő vélemények születnek. Egyes történészek tagadják e kísérletek hitelességét, míg mások úgy vélik, hogy hinni kell Viviani vallomásának.
2 Daneman F. Természettudománytörténet. T. II. M.-L., ONTI, 1933, p. 29.
3 Galileo Galileo. Válogatott művek. T. II. M., „Tudomány”, 1964, p. 304.
4 Galileo Galileo, Válogatott művek. T. I. M., „Tudomány”, 1964, p. 286.
5 A világfilozófia antológiája. T. II. M., „Gondolat”, 1970, p. 224-225.
