Н. И. Константинова концепции современного
Скачать 2.03 Mb.
|
4.2.3. Гелиоцентрическая система мира Коперника. Вторая естественнонаучная революция Как уже было сказано, Аристотель утверждал, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной. Представления Аристотеля об устройстве мира оставались незыблемыми до XVII века. Это, конечно, не значит, что взамен ничего не предлагалось. Так, Архимед (около 310–230 до н.э.) предложил еще в то время гелиоцентрическую систему, в которой: все планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Однако, подобная мысль слишком опережала свое время и была полностью отвергнута, в частности из-за ее противоречия аристотелевской картине мира. Птолемей (около 100–165 н.э.) превратил идею Аристотеля в полную космологическую модель геоцентрической системы мира. Земля стоит в центре, окруженная восемью сферами, и несущими на себе Луну, Солнце и планеты. Что лежит за последней сферой, не объяснялось. Но было бы неверным считать, что система Птолемея принималась безоговорочно. Уже в конце XIII века среди ученых появилось недовольство этой системой из-за ее сложности и громоздкости. Постепенно начали возникать и более обоснованные возражения. Французский философ Николай Орезмский (1320–1382) высказал мысль, что легче представить себе вращение самой Земли, чем вращение вокруг нее огромной звездной сферы. Однако, дальше идеи не пошел. Начало научной революции, которая низвергла систему Птолемея, а вместе с ней и все здание механики Аристотеля положил труд Николая Коперника (1473–1543). Коперник еще студентом познакомился с идеями о возможном движении Земли.  Он проникся убеждением, что наблюдаемые движения небесных тел лучше всего объясняются двумя движениями Земли: ее вращением вокруг своей оси и обращением вместе с другими планетами вокруг Солнца, которое находится в центре мира. В 1543 г. в год смерти Коперника вышла в свет его книга «О вращении небесных сфер». Книга вызвала большой интерес и многочисленные дискуссии. Идея гелиоцентрической Вселенной и движущейся Земли начала быстро завоевывать умы ученых. В Англии теория Коперника нашла прочную поддержку. Там вышла книга Томаса Диггса (около 1545–1595) «Совершенное описание небесных сфер», где Диггс почти полностью перевел труд Коперника на английский язык. В 1583 г. Англию посетил доминиканский монах Джордано Бруно, где он познакомился с теорией Коперника. Его горячую поддержку идей Коперника и представлений о бесконечном звездном космосе Католические церковники сочли проявлением еретических отношений к церкви. В 1600 г. Джордано Бруно был сожжен на костре за ересь, а его страстная пропаганда новых представлений о Вселенной привела к тому, что Католическая церковь предала теорию Коперника анафеме. В Россию сведения о гелиоцентрической системе стали проникать только в XVII в. Ученый монах Епифаний Славинецкий с двумя помощниками перевел «Космографию» Янсона Блеу. Это был первый русский источник, излагавший теорию Коперника. Вскоре была переведена и «Селенография» Гевелия, в которой также говорилось об учении Коперника. Однако, обе книги так и не были напечатаны. Первой книгой, которая познакомила широкий круг русских людей с учением Коперника, стала работа Фонтенеля «Разговор о множественности миров», переведенная на русский язык в 1740 г. Она в простой и занимательной форме знакомила с воззрениями Коперника, Бруно, Галилея. Грандиозные успехи небесной механики (в конце XVII – начале ХIХ в.) вынудили Католическую церковь снять запрет с книги Коперника, а вместе с ней и с произведений Галилея и Кеплера. Величие созданной Коперником гелиоцентрической системы мира обнаружилось после того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения. Леверье и Адамс на основании данных этой системы предсказали существование и теоретически определили местонахождение неизвестной планеты (Нептуна), а Галле, направив телескоп в указанную точку неба, открыл ее. Это ли не триумф учения Коперника, это ли не доказательство его истинности? Самым знаменитым сторонником системы Коперника был итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642), который первым применил телескоп для астрономических наблюдений. Огромное значение имели труды Галилея по механике – они во многом способствовали созданию непротиворечивой теории механики и тяготения. Галилей, пожалуй, больше чем кто-либо другой ответственен за рождение современной науки. Знаменитый спор с Католической церковью занимал центральное место в философии Галилея, ибо он одним из первых объявил, что у человека есть надежда понять, как устроен мир, и более того, что этого можно добиться, наблюдая наш реальный мир. Галилей сделал открытия, полностью изменившие представление человека о Вселенной. Многое в этих открытиях противоречило учению Аристотеля и давало очевидные подтверждения правильности систем Коперника. Галилей обнаружил на поверхности Луны горы, долины, – то есть то, что свойственно земным ландшафтам. Он увидел тысячи и тысячи звезд, слишком слабых, чтобы их можно было наблюдать без телескопа, причем Млечный Путь, как оказалось, состоит из множества звезд, а отнюдь не представляет собой некое атмосферное явление, кок утверждал Аристотель. Наблюдая в телескоп планеты, Галилей заметил, что они предоставляют собой вполне различимые светящиеся диски, тогда как звезды и при самом большом увеличении остаются светящимися точками. Это означает, что звезды находятся на гораздо больших расстояниях от Земли, чем планеты. Наблюдение замеченных на поверхности Солнца пятен помогло Галилею выяснить, что оно вращается вокруг своей оси. Получалось, что и Солнце совсем не идеальное эфирное тело, каким его считали до сих пор. Более того, если оно вращается вокруг своей оси, то и Земля может совершать подобное движение. Выяснилось также, что у Венеры наблюдается периодическая смена фаз, а это не находило объяснения в системе Аристотеля – Птолемея. Но, пожалуй, самым важным открытием Галилея, опубликованном в его труде «Звездный вестник» в 1610 г., было наблюдение четырех спутников планеты Юпитер. Этот факт доказывал, что Земля не является единственным центром Вселенной, а, скорее всего, как это и следовало из системы Коперника, сама движется вокруг Солнца. Наблюдения Галилея согласовывались с взглядами Коперника и, кроме того, являлись убедительным свидетельством против догмата о разделении мира на небо и Землю. В своей знаменитой работе «Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой», изданной в 1632 г., он приводит в пользу истинности учения Коперника не только астрономические, но и механические доводы. Опровергая аргументы Птолемея, направленные против утверждения о вращении Земли, Галилей приходит к открытию Закона инерции и механического принципа относительности. Открытием Закона инерции было ликвидировано многовековое заблуждение Аристотеля о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Оказалось, что равномерное и прямолинейное движение, равно как и покой, может существовать при отсутствии всяких сил. Это имело огромное, не только чисто научное, но и мировоззренческое значение. Как известно, к инерциальным системам отсчета относятся покоящиеся (неподвижные) системы и системы, которые движутся относительно неподвижных равномерно и прямолинейно. Равноправность таких систем Галилей доказывал различными опытами и логическими рассуждениями. Именно Галилей впервые обратил внимание на относительность механического движения, сформулировав свой принцип относительности, согласно которому: «Никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно». Преследование инквизиции, затем унизительное судилище подорвали здоровье Галилея. Однако, несмотря на запрет инквизиции за четыре года до смерти, он тайно переправил в голландское издательство рукопись своей второй большой книги «Две новые пауки». Именно эта работа дала рождение современной науке. Галилей по праву считается одним из основоположников опытного естествознания, т.к. им были впервые в истории науки сформулированы требования к научному эксперименту. 4.2.4. Кеплер и его законы движения планет Вторым ученым, сыгравшим решающую роль в утверждении гелиоцентрической системы, был Иоганн Кеплер (1571–1630). В 1600 г. Кеплер, вплотную занявшись исследованием Марса, пришел к выводу: орбита Марса должна быть эллипсом. Кеплер открыл три основных закона движения планет, которые так и называются – законами Кеплера. В современной формулировке они звучат так: 1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанная радиусом-вектором планеты, изменяется пропорционально времени обращения. 3. Квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от него. Созданием своих законов Кеплер положил конец более чем двухтысячелетнему господству догматической веры в совершенство небес и идеи об идеальном круговом движении небесных тел как единственно возможном. Более того, Земля была окончательно «свергнута» со своего пьедестала в центре мироздания. 4.2.5. Закон всемирного тяготения Ньютона На этом этапе развития естествознание находилось уже совсем близко от второй глобальной научно-технической революции, для совершения которой «не хватало только» Ньютона с его выдающимся трудом «Математические начала натуральной философии». Но основы механики для построения теории тяготения Ньютона уже были заложены Галилео Галилеем. Исаак Ньютон (1643–1727) – выдающийся английский физик, механик, астроном и математик – сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, разработал (наряду с Лейбницем) дифференциальное и интегральное исчисления. Ньютон по-настоящему занялся проблемой тяготения в 1665 г. Существует легенда, согласно которой, увидев в саду падающее с дерева яблоко, Ньютон подумал: не заставляет ли падать яблоко та же самая сила, что удерживает Луну на околоземной орбите? Однако, это только красивая легенда. В действительности понадобилось величайшее умственное напряжение, обработка многих экспериментальных фактов для того, чтобы прийти к фундаментальному закону Природы – закону всемирного тяготения. После многочисленных расчетов и уточнений, Ньютон приходит к твердому убеждению, что движением планет, Луны и всех тел, падающих на Землю, управляет одна и та же сила, известная под общим названием – тяготение. Прежде, чем дальше развивать свою теорию, Ньютон разработал необходимый математический аппарат. Это фактически была совершенно новая область математики – математический анализ. В книге 1 «Начала» им были сформулированы три основных закона движения, имеющие фундаментальное значение и в современной физике. Приведем их современные формулировки. Первый закон: всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят этого состояния. Второй закон: произведение массы тела m на его ускорение а равно действующей на него силе F = М х а, а направление ускорения совпадает с направлением силы. Третий закон: действию всегда соответствует равное по величине и противоположно направленное противодействие. Первый и второй законы Ньютона окончательно опровергли учение Аристотеля о силе и движении. Ньютон предельно ясно объяснил, что для поддержания движения сила не нужна. В его работах были определены и сами понятия силы, массы, инерции. Как следует из «Начала» Ньютона, его динамические законы не только следуют из соответствующих кинематических законов Кеплера и Галилея, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея (закон инерции и закон свободного падения). Именно Ньютон впервые создал единую механику всех земных и небесных тел, с общими для них законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также взаимного тяготения. Последующие многочисленные наблюдения показали истинность законов Кеплера и закона всемирного тяготения Ньютона. Уже к концу первой половины XIX в. было установлено, что закон всемирного тяготения существует повсеместно в наблюдаемой области Вселенной. ньютоновское тяготение поистине универсально. Открылись широкие возможности для развития научного подхода к исследованию Вселенной и ее составных частей на основе лишь немногих фундаментальных законов и взаимодействий, имеющих одинаковую силу на Земле, в научной лаборатории и в космосе. Лишь один из аспектов теории казался неудовлетворительным: сила ньютоновского тяготения действовала по всей огромной Вселенной, однако, природа этой силы оставалась загадочной. Сам Ньютон упорно отказывался даже от попыток объяснить природу гравитационной силы. Действительно, из закона тяготения сила взаимодействия между двумя телами: F = k х m х M, где: k – коэффициент пропорциональности; m – масса притягиваемого тела М – масса притягивающего тела. Такое взаимное тяготение различных тел, не соприкасающихся друг с другом, возможно только при условии мгновенного сильнодействия и при условии, что точечное тело обладает малой массой m в центральном силовом поле тяготения основного притягивающего тела массы М. В 1873 г. французский математик Бертран рассчитал орбиты движения солнечного тела с постоянной массой т, которое движется в центральном силовом поле притяжения к неподвижному телу массы М. Оказалось, что эти орбиты представляют собой замкнутые окружности в том случае, когда величина радиальной силы притяжения F либо прямо пропорциональна текущему радиусу г, либо обратно пропорциональна его квадрату. В первом случае мы имеем дело с законом, аналогичным закону Гука: F, r (где r – радиус орбиты, a F – сила). Во втором – альтернативном случае мы получаем универсальную силу всемирного тяготения Ньютона: F = – G х m х M / r², где: G – ньютоновская гравитационная постоянная. На то, что универсальная сила тяготения в трехмерном пространстве убывает удалением обратно пропорционально именно квадрату расстояния, обратил внимание еще Иммануил Кант: «Трехмерность происходит, по-видимому, оттого, что субстанции в существующем мире действуют друг на друга, таким образом, что сила действия обратно пропорциональна квадрату расстояния». Важно подчеркнуть, что Кант в принципе допускал возможность существования и других миров с совершенно иными по размерности пространствами, ведь он полагал, что в них соответствующая универсальная сила взаимодействия всех материальных тел уже не была бы обратно пропорциональна квадрату расстояния. Однако, результат решения «проблем Бертрана», приведенный выше, означает, что сила всемирного тяготения F в центральном радиальном силовом поле, обратно пропорциональна текущему радиусу r в степени n = – 1. Из этих рассуждений видно, что закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном носит фундаментальный характер, ибо затрагивает существо нашего мира. Вот почему можно говорить о второй глобальной естественнонаучной революции, и эта революция, по существу, была физически завершена Ньютоном. Вторая глобальная естественнонаучная революция, преобразовавшая не естествознание, представляла собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму, а от него – к полицентризму. |
Похожие:
 | Н. И. Константинова концепции современного К65 Концепция современного естествознания: Учебное пособие. – Новосибирск: нф рап, 2012 |  | Аннотация к рабочей программе учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» Дисциплина «Концепции современного естествознания» входит в цикл Математических и естественнонаучных дисциплин (Б. 2) |
| Методическая разработка по дисциплине «Концепции современного естествознания» Дисциплина «Концепции современного естествознания», согласно государственному образовательному стандарту, является обязательной для... | | Рабочая программа дисциплины концепции современного естествознания... Рабочая программа учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» подготовлена Голигузовым Д. В., к ф н., доцентом кафедры... |
| Концепции Современного Естествознания Преподаватель Рыжиков В. Н.... Учебник: Биболетова М. З., Бабушис Е. Е., Снежко Н. Д. EnjoyEnglish» Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений, Обнинск:... | | С. П. Филин Концепции современного естествознания: конспект лекций Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ и... |
| Учебно-методический комплекс на модульной основе дисциплины «концепции... Целью курса «Концепции современного естествознания» является обеспечение фундаментальности и целостности высшего образования, что,... | | Программа дисциплины «Концепции современного естествознания» Программа дисциплины «Концепции современного естествознания» разработана доцентом кафедры прикладной и медицинской физики, к ф м... |
| Методические рекомендации к самостоятельной работе студентов по дисциплине... Содержание внеаудиторной самостоятельной работы студентов по дисциплине «концепции современного естествознания» включает в себя различные... | | Методические рекомендации к самостоятельной работе студентов по дисциплине... Содержание внеаудиторной самостоятельной работы студентов по дисциплине «концепции современного естествознания» включает в себя различные... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Концепции современного... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Концепции современного естествознания» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Дубов В. П. Концепции современного естествознания. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 032001.... |
| Пояснительная записка требования гос к уровню знаний, умений и навыков,... Т. В. Сазанова. Концепции современного естествознания: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов озо специальности... | | Концепции современного естествознания глава 12. Онтогенетический... Дубнищева т. Я концепции современного естествознания глава 12. Онтогенетический уровень организации жизни. Концепции эволюционной... |
| Программа дисциплины Концепции современного естествознания для... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки бакалавра... | | Программа дисциплины концепции современного естествознания Поэтому студентам, изучающим юридические науки необходимо иметь ясные представления о методах естественнонаучного познания, знать... |
