Реферат: Вклад Галилео Галилея как основоположника классической физики

В середине XVI столетия гуманизм платоновской школы в Италии перешел свой зенит, его основное время ушло. Во второй половине XVI и в начале XVII в. на сцену выходит специфическая философская область - философия природы. Философия природы типичное выражение природы Ренессанса. Ее родиной была Италия, наиболее знаменитым представителем Джордано Бруно. Параллельно с философией природы развивается новое естествознание, реализующее радикальную переоценку старых традиций и предпосылок. Оно приносит ряд эпохальных открытий, становится одним из важнейших источников новой философии. Отбрасываются господствовавшие в средние века философские и методологические основы науки, и создаются новые. Схоластическое учение о природе, высший уровень которого был достигнут парижской и оксфордскими школами в XIV в., в сущности никогда не переходило границ теоретических спекуляций. В противоположность этому ученые Ренессанса на первый план выдвигают опыт, исследование природы, экспериментальный метод исследований. Видное место завоевывает математика, принцип математизации науки соответствует основным прогрессивным тенденциям развития науки, научного и философского мышления.

Новые тенденции в науке получили отражение в творчестве Леонардо да Винчи (1452-1519) , Николая Коперника (1473-1543) , Иоганна Кеплера (1571-1630) и Галилео Галилея (1546-1642) .

Важнейшим полем боя, на котором происходило сражение между новым и старым миром, между консервативными и прогрессивными силами общества, религией и наукой, была астрономия. Средневековое религиозное учение было основано на представлении о Земле как богом избранной планета и о привилегированном положении человека во вселенной. Изучая астрономические объекты ученые того времени на практике постигали законы движения небесных тел и заложили фундаментальные понятия для развития другой науки-физики. Одним из основоположников фундаментальных законов физики и стал Галилео Галилей.

В представленной работе нами даны краткие биографические сведения об ученым, а также раскрыты его взгляды на мир природы в философском и научном плане, поскольку ученые того времени познавая мир природы и осмысляя его в философском плане делали глубокие научные выводы, основываясь на применяемых ими логических методах философии.

1. Краткая биографическая справка

Основоположником экспериментально-математического метода исследования природы был великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564- 1642) . Леонардо да Винчи дал лишь наброски такого метода изучения природы, Галилей же оставил развернутое изложение этого метода и сформулировал важнейшие принципы механического мира.

Галилей родился в семье обедневшего дворянина в городе Пизе 15февраля 1564 года (недалеко от Флоренции) в семье знатной, но обедневшей . Отец ученого был композитором и музыкантом, однако на вырученные деньги жить было скудно, и последний подрабатывал торговлей сукном.. До 11 лет Галилей учился в обычной школе, но после переезда семьи во Флоренцию стал учится в школе при монастыре бенедиктинцев ,а в 17 лет поступил в Пизанский университет и стал готовиться к профессии врача .Первая научная работа Галилея «Маленькие гидростатические весы» вышла в свет в 1586 году и она принесла некоторую известность Галилею в среде ученых. По рекомендации одного из них- Гвидо Убальде дель Монте Галилей в 1589 году получил кафедру математики в Пизанском университете и в 25 лет стал профессором .

Галилей преподавал студентам математику и астрономию в соответствии с учением Птолемея и к этому же периоду времени относятся его опыты ,которые он ставил ,бросая различные тела с наклонной Пизанской башни ,чтобы убедиться падают ли они в соответствии с учением Аристотеля- тяжелые быстрее, чем легкие. Ответ получился отрицательным.

В работе « О движении» вышедшей в 1590 году Галилей подверг критике аристотелевское учение о падении тел. Критика Галилеем взглядов Аристотеля вызвала недовольство и ученый принял предложение занять кафедру математики в Падуанском университете. Биографы ученого отметили падуанский период как самый плодотворный и счастливый в его жизни. Здесь Галилей обрел семью ,женившись на Марине Гамба и у него родились две дочери: Вирджиния (1600), Ливия (1601) и сын Винченцо (1606). В 1606 году Галилей увлекся астрономией

Для торжества теории Коперника и идей, высказанных Джордано Бруно, а следовательно, и для прогресса материалистического мировоззрения вообще огромное значение имели астрономические открытия, сделанные Галилеем с помощью сконструированного им телескопа. Он обнаружил кратеры и хребты на Луне (в его представлении - "горы" и "моря") , разглядел бесчисленные, скопления звезд, образующих Млечный Путь, увидел спутники, Юпитера, разглядел пятна на Солнце и т.д. Благодаря этим открытиям Галилей стяжал всеевропейскую славу "Колумба неба". Астрономические открытия Галилея, в первую очередь спутников Юпитера, стали наглядным доказательством истинности гелиоцентрической теории Коперника, а явления, наблюдаемые на Луне, представлявшейся планетой, вполне аналогичной Земле, и пятна на Солнце подтверждали идею Бруно о физической однородности Земли и неба. Открытие же звездного состава Млечного Пути явилось косвенным доказательством бесчисленности миров во Вселенной. Работы Галилея по астрономии в марте 1610 года он опубликовал в своем труде «Звездный вестник », и это стало началом его новой жизни . тосканский герцог Козимо 11 Медичи предложил Галилею стать придворным математиком и тот принял предложение,возвратившись на жительство во Флоренцию.

Указанные открытия Галилея положили начало его ожесточенной полемике со схоластиками и церковниками, отстаивавшими аристотелевско-птолемеевскую картину мира. Если до сих пор католическая церковь по изложенным выше причинам была вынуждена терпеть воззрения тех ученых, которые признавали теорию Коперника в качестве одной из гипотез, а ее идеологи считали, что доказать эту гипотезу невозможно, то теперь, когда эти доказательства появились, римская церковь принимает решение запретить пропаганду взглядов Коперника даже в качестве гипотезы, а сама книга Коперника вносится в "Список запрещенных книг" (1616 г.) . Все это поставило деятельность Галилея под удар, но он продолжал работать над совершенствованием доказательств истинности теории Коперника. В этом отношении огромную роль сыграли работы Галилея и в области механики. Еще будучи студентом Галилео Галилей наблюдал в соборе города Пиза ,.что люстры различных размеров и веса ,но имеющие одинаковую длину ,имеют и одинаковые периоды колебаний. [1]Он сравнил люстры с маятником и на основании этого сделал вывод что период колебаний маятника будет тем больше, чем маятник будет длиннее. Так как в то время механические часы еще не были изобретены для измерения времени при определении периода колебаний Галилей использовал удары собственного пульса.

Господствовавшая в эту эпоху схоластическая физика, основавшаяся на поверхностных наблюдениях и умозрительных выкладках, была засорена представлениями о движении вещей в соответствии с их "природой" и целью, о естественной тяжести и легкости тел, о "боязни пустоты", о совершенстве кругового движения и другими ненаучными домыслами, которые сплелись в запутанный узел с религиозными догматами и библейскими мифами. Галилей путем ряда блестящих экспериментов постепенно распутал его и создал важнейшую отрасль механики - динамику, т.е. учение о движении тел.

Уже с 1616 года Галилея обвиняли в стремлении к ереси, так как учение Коперника в этом году 11 богословов признали ложным и книга Коперника «Об обращении небесных сфер» внесена в индекс запрещенных книг, соответственно запрещалась любая пропаганда учения Коперника.

В 1623 году под именем Урбана V111 папой становиться друг Галилея кардинал Маффео Барберини и Галилей надеялся на отмену указанного выше запрета ,но получив отказ вернулся во Флоренцию. Там Галилей продолжил работу над своей книгой «Диалог о двух главнейших системах мира» и в 1632 году она увидела свет. Выход книги вызвал острую реакцию церкви и ученого вызвали в Рим. В одном из своих писем Галилей писал: « Я прибыл в Рим 10 февраля 1633 года и положился на милость инквизиции и святого отца…. Сначала меня заперли в замке Троицы на горе,а на следующий день меня посетил комиссар инквизиции и увез меня в своей карете. По дороге он задавал мне разные вопросы и высказал пожелание , чтобы я прекратил скандал,вызванный в Италии моим открытием,касающимся движения земли… На все математические доказательства , которые я мог ему противопоставить, он отвечал мне словами из священного писания: «Земля была и будет неподвижна во веки веков» ».[2]

Следствие по делу Галилея тянулось с апреля по июнь 1633 года и 22 июня Галилей, произнес перед судом инквизиции текст отречения, а после этого выслан на свою виллу. находясь под домашним арестом Галилей пишет «Беседы и математические доказательства ,касающиеся двух новых областей науки», где в частности излагает основы динамики( закон свободного падения[3], закон сложения перемещений, учение о сопротивлении материалов) однако книгу отказываются печатать и она выходит только в Голландии в июле 1638 года, однако ослепший ученый так и не смог увидеть свой труд воочию, а мог лишь пощупать его руками.

8 января 1642 года Галилей умер.

В ноябре 1979 года римский папа Иоанн Павел 11 официально признал, что инквизиция в 1633 году в отношении ученого допустила ошибку заставив его силой отречься от теории Коперника.

2. Галилей как основоположник экспериментально-математического метода исследования природы

Как наука физика берет свое начало именно от Галилея. Галилею человечество в целом и физика в частности обязано двумя принципами механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики ,но и физики в целом. Это известный галилеевский принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчета ,а второй принцип, связанный со свободным падением тел ,привел его к понятию инертной и тяжелой массы. Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы ,в частности на свет и вывел из него следствия о природе пространства и времени. Объединение же второго галилеевского принципа ,который Эйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения ,с принципом относительности привело его к общей теории относительности.

Благодаря Галилею линзы и оптические приборы стали мощным орудием научных исследований. Как отмечал С.И.Вавилов «именно от Галилея оптика получила наибольший стимул для дальнейшего теоретического и технического развития».[4] Оптические исследования Галилея посвящены также учению о цвете,вопросам природы света, физической оптике. Галилею принадлежит идея конечности скорости распространения света, а в 1607 году он поставил эксперимент по ее определению.

Занимаясь вопросами механики, Галилей открыл ряд ее фундаментальных законов: пропорциональность пути, проходимого падающими телами, квадратам времени их падения; равенство скоростей падения тел различного веса в безвоздушной среде (вопреки мнению Аристотеля и схоластиков о пропорциональности скорости падения тел их весу) ; сохранение прямолинейного равномерного движения, сообщенного какому-либо телу, до тех пор, пока какое-либо внешнее воздействие не прекратит его (что впоследствии получило название закона инерции) . свои открытия и научные выводы Галилей сделал и благодаря своим новым взглядам на природу материи, философски осмысляя и логически строя свои опыты.

Философское значение законов механики, открытых Галилеем, и законов движения планет вокруг Солнца, открытых Иоганном Кеплером (1571 - 1630) , было громадным. Понятие закономерности, естественной необходимости родилось, можно сказать, вместе с возникновением философии. Но эти первоначальные понятия были не свободны от значительных элементов антропоморфизма и мифологии, что послужило одним из гносеологических оснований их дальнейшего толкования в идеалистическом духе. Открытие же законов механики Галилеем и законов движения планет Кеплером, давшими строго математическую трактовку понятия этих законов и освободившими понимание их от элементов антропоморфизма, ставило это понимание на физическую почву. Тем самым впервые в истории развитие человеческого познания понятие закона природы приобретало строго научное содержание.

Законы механики были применены Галилеем и для доказательства теории Коперника, которая была непонятна большинству людей, не знавших этих законов. Например, с точки зрения "здравого рассудка" кажется совершенно естественным, что при движении Земли в мировом пространстве должен возникнуть сильнейший вихрь, сметающий все с ее поверхности. В этом и состоял один из самых "сильных" аргументов против теории Коперника. Галилей же установил, что равномерное движение тела нисколько не отражается на процессах, совершающихся на его поверхности. Например, на движущемся корабле падение тел происходит так же, как и на неподвижном. Все эти идеи великий ученый сформулировал В "Диалоге о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой" (1632) , научно доказавшем истинность теории Коперника. Эта книга послужила поводом для обвинения Галилея со стороны католической церкви. Ученый был привлечен к суду римской инквизицией; в 1633 г. Как узник инквизиции Галилей до конца своих дней жил на вилле Арчетри около Флоренции и был реабилитирован католической церковью лишь в 1992 году.

Его книга была запрещена, однако приостановить дальнейшее торжество идей Коперника, Бруно и Галилея церковь уже не могла. Итальянский мыслитель вышел победителем.

Используя теорию двойственной истины, Галилей решительно отделял науку от религии Он утверждал, например, что природа должна изучаться с помощью математики и опыта, а не с помощью Библии. В познании природы человек должен руководствоваться только собственным разумом. Предмет науки - природа и человек. Предмет религии - "благочестие и послушание", сфера моральных поступков человека.

Исходя из этого, Галилей пришел к выводу о возможности безграничного познания природы. Мыслитель и здесь вступал в конфликт с господствовавшими схоластическо-догматическими представлениями о незыблемости положений "божественной истины ", зафиксированных в Библии, в произведениях "отцов церкви", схоластизированного Аристотеля и других "авторитетов". Исходя из идеи о бесконечности Вселенной, великий итальянский ученый выдвинул глубокую гносеологическую идею о том, что познание истины есть бесконечный процесс. Эта противоречащая схоластике установка Галилея привела его и к утверждению нового метода познания истины.

Подобно многим другим мыслителям эпохи Возрождения Галилей отрицательно относился к схоластической, силлогистической логике. Традиционная логика, по его словам, пригодна для исправления логически несовершенных мыслей, незаменимо при передаче другим уже открытых истин, но она не способна приводить к открытию новых истин, а тем самым и к изобретению новых вещей. А именно к открытию новых истин и должна, согласно Галилею, приводить подлинно научная методология.

При разработке такой методологии Галилей выступил убежденным, страстным пропагандистом опыта как пути, который только и может привести к истине. Стремление к опытному исследованию природы было свойственно, правда, и другим передовым мыслителям эпохи Возрождения, но заслуга Галилея состоит в том, что он разработал принципы научного исследования природы, о которых мечтал Леонардо. Если подавляющее большинство мыслителей эпохи Возрождения, подчеркивавших значение опыта в познании природы, имели в виду опыт, как простое наблюдение ее явлений, пассивное восприятие их, то Галилей всей своей деятельностью ученого, открывшего ряд фундаментальных законов природы, показал решающую роль эксперимента, т.е. планомерно поставленного опыта, посредством которого исследователь как бы задает природе интересующие его вопросы и получает ответы на них.

Исследуя природу, ученый, по мнению Галилея, должен пользоваться двойным методом: резолютивным (аналитическим) и композитивным (синтетическим). Под композитивным методом Галилей подразумевает дедукцию. Но он понимает ее не как простую силлогистику, вполне приемлемую и для схоластики, а как путь математического исчисления фактов, интересующих ученого. Многие мыслители этой эпохи, возрождая античные традиции пифагореизма, мечтали о таком исчислении, но только Галилей поставил его на научную почву. Ученый показал громадное значение количественного анализа, 6 точного определения количественных отношений при изучении явлений природы. Тем самым он нашел научную точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы, дающую возможность связать абстрактное научное мышление с конкретным восприятием явлений и процессов природы.

Однако разработанная Галилеем научная методология, но сила в основном односторонне аналитический характер. Это особенность его методологии гармонировала с начавшимся в эту эпоху расцветом мануфактурного производства, с определяющим для него расчленением производственного процесса наряд операций. Возникновение этой методологии было связано со спецификой самого научного познания, начинающегося с выяснения наиболее простой формы движения материи - с перемещения тел в пространстве, изучаемого механикой.

Отмеченная особенность, разработанная Галилеем методологии определила и отличительные черты его философских воззрений, которые в целом можно охарактеризовать как черты механистического материализма. Материю Галилей представлял как вполне реальную, телесную субстанцию, имеющую корпускулярную структуру. Мыслитель возрождал здесь воззрения античных атомистов. Но в отличии от них Галилей тесно увязывал атомистическое истолкование природы с математикой и механикой, Книгу природы, говорил Галилей, невозможно понять, если не овладеть ее математическим языком, знаки которого суть треугольники, круги и другие математические фигуры.

Поскольку механистическое понимание природы не может объяснить ее бесконечное качественное многообразие, Галилей, в известной мере опираясь на Демокрита, первым из философов нового времени развивает положение о субъективности цвета, запаха, звука и т.д. В произведении "Пробирщик" (1623) мыслитель указывает, что частицам материи присущи определенная форма, величина, они занимают определенное место в пространстве, движутся или покоятся, но не обладают ни цветом, ни вкусом, ни запахом, которые, таким образом, не существенны для материи. Все чувственные качества возникают лишь в воспринимающем субъекте.

Воззрение Галилея на материю как на состоящую в своей основе из бескачественных частиц вещества принципиально отличается от воззрений натурфилософов, приписывавших материи, природе не только объективные качества, но и одушевленность. В механистическом взгляде Галилея на мир природа умерщвляется, и материя перестает, выражаясь словами Маркса, улыбаться человеку своим поэтически-чувственным блеском Механистический характер воззрений Галилея, а также идеологическая незрелость класса буржуазии, мировоззрение которого он выражал, не позволили ему полностью освободиться от теологического представления о боге. Он не смог это сделать в силу метафизичности его воззрений на мир, согласно которым в природе, состоящей в своей основе из одних и тех же элементов, ничто не уничтожается и ничего нового не нарождается. Антиисторизм присущ и Галилееву пониманию человеческого познания. Так, Галилей высказывал мысль о внеопытном происхождении всеобщих и необходимых математических истин. Это метафизическая точка зрения открывала возможность апелляции к богу как последнему источнику наиболее достоверных истин. Еще яснее эта идеалистическая тенденция проявляется у Галилея в его понимании происхождения Солнечной системы. Хотя он вслед за Бруно исходил из бесконечности Вселенной, однако это убеждение сочеталось у него с представлением о неизменности круговых орбит планет и скоростей их движения. Стремясь объяснить устройство Вселенной, Галилей утверждал, что бог, когда-то создавший мир, поместил Солнце в центр мира, а планетам сообщил движение по направления к Солнцу, изменив в определенной точке их прямой путь на круговой. На этом деятельность бога заканчивается. С тех пор природа обладает своими собственными объективными закономерностями, изучение которых - дело только науки.

Заключение

Период становления физики как науки в историографы датируют началом 17 века по 80-е годы 17 века.

При этом все отмечают , что Галилео Галилей выступил как основоположник точного естествознания и его выводы заложили начало физики как науки. Свои физические выводы Галилей в большинстве случаев сделал на основе опытов ,сопоставляя и логически опровергая положения Аристотеля

Таким образом, в новое время Галилей одним из первых сформулировал деистический взгляд на природу. Этого взгляда придерживалось затем большинство передовых мыслителей 17 - 18 вв. Научно-философская деятельность Галилея кладет начало новому этапу развития философской мысли в Европе - механистическому и метафизическому материализму 17 - 18 вв.

Как основоположник классической физики Галилей сформулировал следующие постулаты

1.   впервые высказал идею относительности движения

2.    открыл законы инерции

3.   сформулировал в общем виде законы движения тел по наклонной плоскости и законы инерции

4.   установил постоянство периода колебания маятника

5.   заложил основы оптики.

Имя Галилея вошло в историю мировой науки как одного из крупнейших ученых эпохи Возрождения.

Библиографический список

1.         Губарев В.А. От Коперника до "Коперника": изд. Полит. Литература, Москва 1973

2.         Гиндикин С.С. Рассказы о физиках и математиках . М., 1981

3.         Дягилев Ф.М. Из истории физики и ее творцов. М., 1986.

4.         Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М., 1974.

5.         Храмов Ю.А. Физика. Биографический справочник.-2.-ое изд., испр .и доп., М., Наука, 1983.

[1]  Если вывести маятник из вертикального положения ,а потом отпустить он начнет раскачиваться в ту и другую сторону. Движение  по обе стороны от какого-либо среднего положения называется колебанием. Время за которое маятник ,находящийся в крайнем левом или крайнем правом положении называется периодом колебаний.

[2] Бублейников  Ф.Д. Галилео Галилей М., 1964. С.89-97.

[3] Закон свободного падения говорит о пропорциональности скорости падающего тела времени падения и пройденного пути квадрату времени.

[4] См. подробнее:  Левшин Л.В. Сергей Иванович Вавилов. ,М., Наука, 1977.