Галілей та Кеплер - попередники Ньютона
Глава 3. Механістична концепція світу
Перша природничо картина світу сформувалася на основі вивчення найпростішої, механічної форми руху матерії. Вона досліджує закони переміщення земних і небесних тіл у просторі та часі. Надалі ці закони та принципи були перенесені на інші явища та процеси і цим стали основою механістичної картини світу. Створенням класичної механіки наука завдячує Ньютону, але поле для його діяльності підготували Галілей і Кеплер, з короткою характеристикою їхніх наукових результатів ми і почнемо цей розділ.
Галілей та Кеплер - попередники Ньютона
Становлення механістичної концепції світу справедливо пов'язують з ім'ям Галілео Галілея, який встановив закони руху тіл, що вільно падають, і сформулював поняття про інерційний рух і механічний принцип відносності. Але головна заслуга Галілея полягає в тому, що він вперше застосував для дослідження природи експериментальний метод разом з вимірюванням величин, що вивчаються, і математичною обробкою їх результатів. Якщо експерименти спорадично ставилися і раніше, то їх математичний аналіз вперше систематично став застосовувати саме він.
Підхід Галілея до вивчення природи принципово відрізнявся від раніше існувавшого натурфілософського способу, при якому для пояснення явищ природи вигадувалися апріорні, тобто не пов'язані з досвідом та спостереженнями, суто умоглядні схеми.
Натурфілософія, як свідчить її назва, є спробою використовувати апріорні філософські принципи для пояснення явищ природи. Такі спроби робилися, починаючи ще з античної епохи, коли нестача конкретних даних філософи та вчені прагнули компенсувати загальними філософськими міркуваннями.Іноді у своїй висловлювалися геніальні здогади, які багато століть випереджали результати конкретних досліджень. Достатньо нагадати хоча б про атомістичну гіпотезу будови речовини, яка була висунута давньогрецьким філософом Левкіпом (V ст. до н.е.) і більш детально розроблена його учнемДемокрітом. Однак після того, коли поступово виникали конкретні науки, і вони відокремлювалися від нерозчленованого філософського знання, натурфілософські пояснення стали гальмом у розвиток науки. У цьому можна переконатися, порівнявши погляди рух Аристотеля і Галілея.
Виходячи з апріорної натурфілософської ідеї, Аристотель вважав «досконалим» рух по колу, а Галілей, спираючись на спостереження та експеримент, запровадив поняття інерційного руху. На його думку, тіло, не схильне до впливу будь-яких зовнішніх сил, буде рухатися не по колу, а рівномірно по прямій траєкторії або залишатися в спокої. Таке уявлення, звичайно, є абстракцією та ідеалізацією, оскільки насправді не можна спостерігати таке становище, щоб на тіло не діяли будь-які сили. Однак ця абстракція є плідною, бо вона подумки продовжує той експеримент, який наближено можна здійснити насправді, коли в міру усунення впливу на тіло цілої низки зовнішніх сил (тертя, опору повітря тощо) можна встановити, що воно буде продовжувати свій рух. За допомогою уявного експерименту, що служить продовженням реального експерименту, можна уявити, що за відсутності впливу будь-яких зовнішніх сил, воно рухатиметься рівномірно прямою траєкторією.
Перехід до експериментального вивчення природи та математичної обробки результатів експериментів дозволили Галілею відкрити закони руху вільно падаючихтел. Принципова відмінність нового методу дослідження природи від натурфілософського підходу полягала, отже, у цьому, що у ньому гіпотези систематично перевірялися досвідом.
Експеримент, за загальним поглядом, можна як питання, звернений до природи. Щоб отримати на нього певну відповідь, необхідно так сформулювати питання до природи, щоб отримати на нього цілком однозначну відповідь. Експериментальний метод є активним втручанням у явища природи, а не пасивне їх спостереження. Для цього слід так побудувати експеримент, щоб по можливості максимально ізолюватися від впливу сторонніх факторів, які заважають спостереженню явища, що вивчається, в «чистому вигляді». У свою чергу гіпотеза, що представляє собою питання до природи, повинна допускати емпіричну перевірку деяких наслідків, що виводяться з неї. З цією метою, починаючи з Галілея, стали широко використовувати математику для кількісної оцінки результатів експериментів.
Таким чином, нове експериментальне природознавство на відміну від натурфілософських здогадів і уморозінь минулого стало розвиватися у тісній взаємодії теорії та досвіду, коли кожна гіпотеза чи теоретичне припущення систематично перевіряються досвідом та вимірами. Саме завдяки цьому Галілею вдалося спростувати колишнє припущення, висловлене ще Аристотелем, що шлях падаючого тіла пропорційний його швидкості. Зробивши експерименти з падінням важких тіл (гарматних ядер), Галілей переконався, що цей шлях пропорційний їхньому прискоренню, що дорівнює 9,81 м/с 2 .
Новий великий крок у розвитку природознавства ознаменувався відкриттям законів руху планет.Якщо Галілей мав справу з вивченням руху земних тіл, то німецький астрономІоганн Кеплер (1571 -1630) почав досліджувати рухи небесних тіл, а цим наважився вторгнутися в область, яка раніше вважалася забороненою для науки. Звичайно, для цього він не міг звернутися до експерименту, і тому для визначення орбіт і законів руху планет змушений був скористатися багаторічними систематичними спостереженнями руху планети Марс, зробленими датським астрономом Тихо Браге (1546 - 1601). Перепробувавши безліч варіантів, Кеплер зупинився на гіпотезі, що траєкторією Марса, як та інших планет, є не коло, як думали перед ним, а еліпс. Результати спостережень Тихо Браге відповідали цій гіпотезі і, отже, підтверджували її.
Відкриття законів руху планет Кеплером мало неоціненну значення у розвиток природознавства. Воно свідчило, по-перше, у тому, що між рухами земних і небесних тіл немає непереборної прірви, оскільки вони підпорядковуються певним природним законам; по - друге, сам шлях відкриття законів руху небесних тіл у принципі не відрізняється від відкриття законів руху земних тіл.
Однак через неможливість здійснення експериментів з небесними тілами, для дослідження законів їх руху довелося звернутися до систематичних спостережень. Тим не менш, і тут дослідження здійснювалися в тісній взаємодії гіпотез і спостережень, ретельній перевірці гіпотез, що висуваються, вимірами рухів небесних тіл.