Эпоха Возрождения: революция в мировоззрении и науке

Эпоха Возрождения – (от фр. Renaissanse) эпоха расцвета культуры в странах Западной Европы XV-XVI веков

Эпоха Возрождения внесла огромный вклад в развитие научной мысли не только потому, что в это время произошла первая глобальная научная революция, создавшая классическую науку Нового времени. Прежде чем смогла произойти эта революция, должны были кардинально измениться представления о месте и роли человека в объективном мире, сложиться новые представления о мире в целом. Поэтому научной революции предшествовала мировоззренческая революция.

В ходе мировоззренческой революции человек стал пониматься не как природное существо, как было в античности, и не в качестве Божьего создания, как в средневековых представлениях, а как творец самого себя и окружающего мира. Это была подлинно революционная мысль, так как до сих пор творческая функция считалась одним из важнейших атрибутов Бога.

Возрождение придало человеческой деятельности оттенок сакральности (божественности): человек не просто удовлетворял свои земные нужны, он творил мир, красоту, самого себя.

Поэтому в эпоху Возрождения впервые исчезает граница между наукой как постижением сущего и практически-технической деятельностью. Идет стирание граней между теоретиками-учеными и практиками-инженерами. Художник и ученый отныне подражали не только созданиям Бога, но и его творчеству. Стало важным не только открыть законы мира, но и использовать их при творении нового.

Новый взгляд на мир и человека позволил сделать выдающиеся открытия и создать новые теории, ставшие прологом научной революции, в ходе которой сформировалось классическое естествознание. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Николая Коперника «О вращении небесных сфер». С этого момента начался переход от геоцентрических представлений о мире к гелиоцентрической модели Вселенной.

Новые научные задачи были решены в работах Галилео Галилея, Джордано Бруно, Иоганна Кеплера, Рене Декарта, Исаака Ньютона и других выдающихся ученых. Завершением научной революции стали труды И. Ньютона, в которых были сформулированы основные положения классической научной картины мира.

Н. Коперник (1473–1543)

В его схеме Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя размеры ее резко возрастали. В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. Главным достижением гелиоцентрической модели мира стала возможность описания мира с позиций одной центральной идеи (гелиоцентризма), которая позволяла видеть Космос единой системой. Так был исправлен самый большой недостаток модели Птолемея. Новая модель мира сразу объяснила многие непонятные ранее эффекты, и прежде всего петлеобразные движения планет, которые объяснялись теперь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была объяснена смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира сделал Джордано Бруно. Он отверг представление о космосе как о замкнутой сфере, ограниченной сферой неподвижных звезд. Он впервые заявил о том, что звезды – это не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, как и наше, вокруг них могут вращаться планеты, на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Галилео Галилей

Работа по обоснованию гелиоцентризма была начата Галилео Галилеем, труды которого предопределили весь облик классической, а во многом и современной науки. Именно им были заложены основы нового типа мировоззрения, а также новой науки – математического опытного естествознания. Чтобы глубже проникнуть в математические законы и постичь истинный характер природы, Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов и инструментов – линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Их использование придало естествознанию новое, неведомое грекам измерение. Прежние размышления о Вселенной уступили место экспериментальному исследованию с целью постижения действующих в ней универсальных математических законов.

После того, как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них - горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Он же первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела – это не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на идеальном теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти в течение двух тысяч лет Аристотелевской физики. Галилей выступил против мыслителя, авторитет которого считался бесспорным, и впервые проверил многие его утверждения опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики – динамики - науки о движении тел под действием приложенных сил. До этого единственным более или менее разработанным разделом физики была статика.

Статика – наука о равновесии тел под действием приложенных сил, основанная Архимедом.

Также Галилей изучал свободное падение тел и на основании своих наблюдений выяснил, что оно совершенно не зависит от веса или состава тела. После этого он сформулировал понятия скорости, ускорения, показал, что результатом действия силы на тело является не скорость, а ускорение.

Проанализировал Галилей и метательное движение, на основании чего пришел к идее инерции, пока еще не сформулированной точно, но сыгравшей огромную роль в дальнейшем развитии естествознания. В отличие от Аристотеля, полагавшего, будто все тела стремятся достичь места, отведенного им природой, после чего движение прекращается, Галилей считал, что движущееся тело стремится пребывать в постоянном равномерном прямолинейном движении или в покое, если только какая-нибудь внешняя сила не остановит его или не отклонит от направления его движения. Идея инерции позволила опровергнуть одно из возражений противников гелиоцентризма, которые утверждали, что предметы, находящиеся на поверхности Земли, в случае ее движения неизбежно оказались бы сброшенными с нее, и что любой метательный снаряд, запускаемый вверх под прямым углом, обязательно приземлялся бы на некотором расстоянии от исходной точки броска. Понятие инерции объясняло, что движущаяся Земля автоматически передавала свое движение всем находящимся на ней телам.

Еще одним возражением противников гелиоцентризма было то, что мы не чувствуем движения Земли. Ответ на него также был дан Галилеем в сформулированном им классическом принципе относительности. Согласно этому принципу, никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т.е. инерциальных систем - покоящихся или движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, Галилей доказывал рассуждениями и многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания утверждать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Законы механики вместе с его астрономическими открытиями подводили ту физическую базу под гипотезу Коперника, которой сам ее творец еще не располагал. Из гипотезы гелиоцентрическая доктрина теперь начинала приобретать статус теории.

Но еще не был окончательно решен вопрос о соотношении земных и небесных движений, не было объяснено движение самой Земли. Реальное движение планет также мало соответствовало их описанию в гелиоцентрической гипотезе Коперника (круговое движение), как и в геоцентризме Птолемея.

Истинные орбиты планет были установлены Иоганном Кеплером.

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

Второй закон Кеплера говорит, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанная радиус-вектором планеты, изменяется пропорционально времени обращения.

Согласно третьему закону Кеплера, квадраты времени обращения планет вокруг Солнца относятся друг к другу как кубы средних расстояний между ними.

Первые два закона разрушали представления о небесных телах, которые в силу своей идеальности движутся только по идеальным круговым орбитам с одинаковой скоростью. Оказалось, что орбиты планет являются эллиптическими, а движение по ним происходит неравномерно. При этом с удалением от Солнца скорость движения планет уменьшается.

Чтобы сформулировать третий закон, Кеплеру пришлось предположить, что движением планет управляет Солнце. Правда, ему была неясна природа этой силы, и он предположил, что она может иметь сходство с магнитной силой. Кеплер ошибался, и истинная причина движения планет вокруг Солнца пока оставалась неизвестной.

Окончательное решение проблемы двойственности земного и небесного связано с именем выдающегося французского ученого и философа Рене Декарта.

Декарт обнаружил самый важный факт, остававшийся недостающим звеном в объяснении планетарного движения. Он установил, что при отсутствии какой-либо внешней силы, сдерживающей инерционное движение планет, в том числе и Земли, это движение обязательно стремилось бы вытолкнуть их по касательной прямой прочь от изгибавшихся вокруг Солнца орбит. Иначе говоря, планеты, как и все тела и частицы во Вселенной, должны, согласно закону инерции, двигаться равномерно и прямолинейно. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным: какая-то сила отклоняет движения планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.