Это часть "истории развитии физики" будет связана не с эпохой, а с конкретными учёными.
Первые статьи из данного цикла вы можете найти перейдя вот этим ссылкам: первая часть, вторая часть.
В 16-ом веке, в связи с техническим прогрессом, большие перемены произошли и в развитии теоретической науки.
Первопроходцем в революции науки был Николай Коперник, который предложил гелиоцентрическую модель мира, взамен геоцентричной.
В своей книге «О вращении небесных сфер» Коперник высказал также ряд идей новой, неаристотелевской механики, включая принцип относительности, догадку о законе инерции и всемирном тяготении. Ещё более смелую систему мира предложил в 1580-е годы Джордано Бруно, у которого не только Земля, но и Солнце — рядовое светило.
Личный враг Папы - Галилео Галилей
Большинство из нас знают Галилея как изобретателя телескопа и как жертву инквизиции. Однако не менее революционные преобразования в механике тоже принадлежат именно ему.
Галилей сформулировал основы теоретической механики — принцип относительности, закон инерции, квадратично-ускоренный закон падения. Галилей доказал, что любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. Он изобрёл первый термометр (ещё без шкалы) и один из первых микроскопов, открыл изохронность колебаний маятника, оценил плотность воздуха. Одно из рассуждений Галилея представляет собой нечётко сформулированный принцип виртуальных перемещений. Большинство своих выводов Галилей делал на основании тщательно спланированных экспериментов. Опыты Галилея по изучению колебаний струны позволили Мерсенну в 1588 году обогатить акустику, связав звучащий тон не только с длиной струны, как у пифагорейцев, а также с частотой её колебаний и натяжением; заодно Мерсенн получил первую оценку скорости звука в воздухе (около 414 м/с)
Открытия Галилея ясно и убедительно, хотя и в общих чертах, указали путь к созданию новой механики. Хотя в ряде случаев Галилей ошибался (например считал, что приливы - это следствие вращения земли), но большинство этих ошибок относятся к ситуациям, где он не мог поставить проверочный опыт.
Ученик Галилея - Торричелли, развил идеи Галилея о движении, сформулировал принцип движения центров тяжести, решил ряд задач гидродинамики и баллистики, в том числе открыл фундаментальную формулу Торричелли (для скорости вытекающей из сосуда жидкости). Он опубликовал основанные на идеях Галилея артиллерийские таблицы, однако из-за неучёта сопротивления воздуха их погрешность оказалась практически неприемлемой.
17 век был довольно успешным в плане развития теоретической физики:создание классической механики, новые эффекты оптики, первые исследования электричества и магнетизма, рождение теории газов, но обо всем по порядку.
Кеплер и Декарт
Иоганн Кеплер в 1609 году издал книгу «Новая астрономия», где изложил открытые им два закона движения планет; третий закон он сформулировал в более поздней книге «Мировая гармония» (1619). Кеплер установил, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам, причём неравномерно — чем дальше от Солнца, тем медленнее. Заодно Кеплер сформулировал закон инерции. Менее ясно формулируется закон всеобщего притяжения. Источником этой силы, по его мнению, является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси. Кеплер также значительно продвинул оптику, в том числе физиологическую — выяснил роль хрусталика, верно описал причины близорукости и дальнозоркости. Он существенно доработал теорию линз, ввёл понятия фокуса и оптической оси, открыл приближённую формулу связи расстояний объекта и его изображения с фокусным расстоянием линзы.
В 1637 году Рене Декарт издал «Рассуждение о методе». Декарт считал пространство материальным, а причиной движения — вихри материи, возникающие, чтобы заполнить пустоту. В «Диоптрике» Декарт впервые дал правильный закон преломления света. Он создал аналитическую геометрию и ввёл современную математическую символику. Декарт заявил о единстве земной и небесной физики: «все тела, составляющие Вселенную, состоят из одной и той же материи, бесконечно делимой и в действительности разделённой на множество частей. (Да да, Декарт не признавал атом)
В 1644 году вышла книга Декарта «Начала философии». В ней провозглашается, что изменение состояния материи возможно только при воздействии на неё другой материи. Это сразу исключает возможность дальнодействия без ясного материального посредника. В книге приводятся закон инерции и закон сохранения количества движения. Количество движения Декарт правильно определил как пропорциональное «количеству вещества» и его скорости, хотя в своих рассуждениях он не учитывал его векторную направленность.
Декарт уже понимал, что движение планеты — это ускоренное движение. Вслед за Кеплером, Декарт считал: планеты ведут себя так, как будто существует притяжение Солнца. Для того чтобы объяснить притяжение, он сконструировал механизм Вселенной, в которой все тела приводятся в движение толчками вездесущей, но невидимой «тонкой материи». Лишённые возможности двигаться прямолинейно из-за отсутствия пустоты, прозрачные потоки этой среды образуют в пространстве системы больших и малых вихрей. Вихри, подхватывая более крупные, видимые частицы обычного вещества, формируют круговороты небесных тел, вращают их и несут по орбитам. Внутри малого вихря находится и Земля. Круговращение стремится растащить прозрачный вихрь вовне, при этом частицы вихря прижимают видимые тела к Земле. По Декарту - это и есть тяготение.
Физика Декарта была первой попыткой описать в единой системе все типы природных явлений как механическое движение, представить Вселенную как единый механизм. Многое в этой системе (например, принцип близкодействия) актуально и сейчас, однако Декарт сделал методологическую ошибку, требуя при исследовании явления сначала непременно выяснить его «главные причины», а уже потом строить математическую модель. Это был шаг назад, из-за такого подхода в трудах Декарта и его последователей («картезианцев») содержится не меньше ошибок и умозрительных фантазий, чем у Аристотеля. Галилей и Ньютон же поступили наоборот.
Гюйгенс и Ньютон
В 1673 году вышла книга Христиана Гюйгенса «Часы с маятником». В ней Гюйгенс приводит несколько важнейших формул: для периода колебаний маятника и для центростремительного ускорения; неявно используется даже момент инерции. Гюйгенс довольно точно измерил величину ускорения силы тяжести . В другой работе Гюйгенс впервые сформулировал, для частного случая ударного столкновения, закон сохранения энергии: «При соударении тел сумма произведений из их величин [весов] на квадраты их скоростей остается неизменной до и после удара».
Завершающим шагом в создании классической механики стало появление в 1687 году книги Ньютона «Математические начала натуральной философии». В ней введено понятие массы, изложены три закона механики и закон всемирного тяготения, на их основе решается большое число прикладных задач. В частности, Ньютон строго доказал, что все три закона Кеплера вытекают из ньютоновского закона тяготения; он также показал, что модель Декарта, которая объясняла движение планет эфирными вихрями, не согласуется с третьим законом Кеплера и неприменима к движению комет. Наука динамика, созданная Ньютоном, позволяла принципиально определить движение любого тела, если известны свойства среды и начальные условия. Для решения возникающих при этом уравнений возникла и стала быстро развиваться математическая физика.
Свои рассуждения Ньютон сопровождает описанием опытов и наблюдений, убедительно подтверждающих его выводы. Кроме механики, Ньютон заложил основы оптики, небесной механики, гидродинамики, открыл и далеко продвинул математический анализ. Изложенные Ньютоном законы имеют всеобщий характер, так что исчезли основания для разделения физики на земную и «небесную», а система Коперника—Кеплера получила прочную динамическую основу. Этот успех подтверждал распространённое среди физиков мнение, что все процессы во Вселенной имеют в конечном счёте механический характер.
Физические концепции Ньютона находились в резком противоречии с декартовскими. Ньютон верил в атомы, считал «поиск первопричин» вторичным методом, которому должны предшествовать эксперимент и конструирование математических моделей. По этой причине ньютоновская теория тяготения, в которой притяжение существовало без материального носителя и без механического объяснения, долгое время отвергалась учёными континентальной Европы; дальнодействующее тяготение отвергали, среди прочих, такие крупные учёные как Гюйгенс и Эйлер. Только во второй половине XVIII века, после работ Клеро по теории движения Луны и кометы Галлея, критика утихла. Хотя метафизические фантазии кое-где встречались и в последующем, всё же, начиная с XVIII века, основным методом познания в физике становится метод Галилея и Ньютона — проведение опытов, выявление по их результатам объективных узловых физических понятий, математическое описание взаимосвязи этих понятий, теоретический анализ и опытная проверка полученной модели.
На этом пока остановимся друзья. В следующей статье поговорим про другие достижения науки в 17 веке и маленький факт в бонус, так сказать.
Многие считают "математические начала" Ньютона, важнейшим трудом в истории физики, однако не все знают, что его появлению в это время мы обязаны, что бы вы думали, - чуме. В это время, в Лондоне, была сильная эпидемия и Ньютон уехал к себе на дачу, на карантин, сами понимаете, что на даче в 17 веке особо ничем не займешься, и он решил взяться за этот труд. Кто знает, как пошла бы история физики не будь тогда эпидемии...
Если вдруг понравилась статья, то ставьте лайки и подписывайтесь на канал, дабы не пропустить новые публикации.
#образование #наука #наука и образование
#физик #физика #физика механика (inznan)
#история физики #история
#научпоп #интересный научпоп