Начало новой эры в изучении природы

Начало новой эры в изучении природы

Первые шаги в изучении человеком материального мира были сделаны еще в глубокой древности. Уже в первых классовых обществах Древнего Востока был накоплен определенный запас знаний о тех явлениях природы, с которыми сталкивались люди в своей практической деятельности. В более развитых обществах древнего мира (в особенности в Древней Греции, эллинистических странах, Древнем Риме) и в передовых в культурном отношении странах эпохи средневековья происходило дальнейшее развитие элементов научных знаний, ознаменовавшееся в отдельных случаях замечательными достижениями. Некоторые и» этих достижений уже явственно обнаружили познавательную мощь человеческого разума, во всем своем объеме и силе проявившуюся позже, на более высокой ступени развития общества. Примером таких замечательных для своего времени научных достижений могут служить геометрия Эвклида, математические исследования и статика Архимеда, астрономические работы Гиппарха и Птолемея, алгебра арабов и т. д.

Однако вплоть до середины второго тысячелетия новой эры обший уровень развития науки даже в самых развитых тогда странах был еще очень низок. Круг изучаемых явлений материального мира ограничивался тем, что было доступно непосредственному наблюдению. Знания даже об этом ограниченном круге явлений были в большинстве случаев разрозненны и поверхностны. Например, не были известны законы движения материальных тел, и даже передовые для своего времени умы не имели никакого представления о тех законах» под влиянием которых летит камень, брошенный рукой человека, или стрела, выпущенная из лука. Еще не было полностью осознано решающее значение опыта в изучении материального мира, научного же эксперимента практически вообще не существовало. Отдельные правильные наблюдения порой самым причудливым образом переплетались с произвольными умозрениями, догадками и даже грубыми суевериями.

Переворот в развитии естествознания в XVI-XVIT вв. и его причины

В XVI-XVII вв. в развитии естествознания происходит коренной перелом. В странах Западной Европы в упорной борьбе с феодальноцерковным мировоззрением и схоластикой, все еще продолжавшими господствовать несмотря на общий культурный подъем в XII-XV вв., начинают —вырабатываться новые методы изучения материального мира и делаются открытия, заложившие фундамент для последующего развития естествознания. Возникает то двджевяе научной мысли, которое, непрерывно продолжаясь и расширяясь в последующие столетия, привело к великим достижениям науки в наши дни.

Этот перелом в развитии науки был определенным образом связан с теми глубокими социальными сдвигами, которые в XVIXVII вв. происходили в передовых странах Западной Европы. Закономерности развития общества очень сложны, и нелегко проследить те нити, которые связывали переворот в науке с переменами в других сферах общественной жизни. Однако можно все же указать на важнейшие из исторических событий, способствовавших развитию естествознания в это время. Наступление, новой.. эрьив . язученйи-природы прежде всего было непосредственно связано с развитием производительных сил и материальной культуры– вообще. Развитие производства (вместе с развитием техники в целом) способствовало научному прогрессу, так ка—давало огромный запас новых фактов для на—люденйзй делало очевидной важность, а иногда уже и практическую необходимость решения некоторых теоретических вопросов.

Применение в отдельных отраслях промышленности простейших механизмов, развитие строительной техники, появление глубоких шахт, требовавших специальных приспособлений для откачивания воды и поднятия грузов, все более широкое применение артиллерии, приводившее к накоплению наблюдений о траекториях полета ядра и толкавшее мысль к изучению общих законов движения материальных тел, – вс—это расширяло круг доступных для изучения явлений из области механйки"и стимулировало разработку этого важнейшего раздела физики. Создание более сложных гидротехнических сооружений способствовало изучению гидростатистики и гидродинамики; дальние морские плавания содействовали развитию астрономии (для целей навигации); применение компаса влекло за собой исследование явлений магнетизма; успехи в металлургии, красильном деле, медицине (открытие новых лечебных средств) приводили к накоплению знаний по химии и т. д.

Вместе с тем подъем материального производства вооружил ученых новыми орудиями и средствами для ведения научной работы. Совершенствование ремесленной техники подготовило изобретение в XVI-XVII вв. многих инструментов и приборов. Были созданы микроскоп и телескоп, открывшие новый мир неведомых до тех пор явлений, появились термометр, ртутный барометр, гидрометр. Громадную роль сыграло изобретение книгопечатания (середина XV в.). Замена пергамента гораздо более дешевым писчим материалом (бумагой) привела к подлинной революции в области распространения научных знаний.

В XVI-XV II вв. в передовых странах Западной Европы все больтую роль начинает играть формирующийся класс буржуазии, заинтересованный в решении практических вопросов производства и техники, в изучений природы. Развивается и широко распространяется новая культура эпохи Возрождения. Представители этой новой культуры – гуманисты вели настойчивую борьбу со средневековой схоластиков и присущими ей пороками: с воспитываемой со школьной скамьи привычкййпголаг—ться не на собственные силы и наблюдения, а на авторитет, не подвергаемый критической проверке разумом, с непониманием значения опыта, стремлением согласовать науку с теологией; гуманисты отвергали также тенденции подменять изучение явлений реальной действительности бесплодными умозрениями, рассуждениями о том, к какой категории схоластической философии эти явления должны быть отнесены. Таким образом, в то самое время, как развитие производства давало аовыи— материал для изучения процессов, происходящих в природе, и ставило новые естественно-научные проблемы, складывались благоприятные социальные условия для развития научной мысли: вырос интерес к изучению природы, и одновременное этим ученые постш—енно освобождались от сковывавших их приемов схоластического мышления.

Значительную роль в развитии науки сыграло также то, что в результате энергичной деятельности гуманистов ученые несравненно лучше познакомились с произведениями античных писателей, с трудами великих ученых античного мира (Эвклида, Архимеда, Аполлония и др.), которые ранее были известны лишь частично и оставались во многом непонятными. Характерно, что ученые часто совмещали занятия естествознанием с гуманистической деятельностью.

Развитию естествознания способствовали также великие географические открытия. Они впервые на опыте доказали, что Земля имеет шарообразную форму, привели к—ознакомлению с огромным количеством новых фактов по астрономии, ботанике, зоологии, оказали революционизирующее влияние на научную мысль вообще, так как выявили, сколь неполны, а подчас и прямо ошибочны были знания ученых-схоластов, как много старых мнений должно быть отвергнуто и заменено новыми.

Отмечая связь зарождения современного естествознания с коренными переменами в общественной жизни, Ф. Энгельс писал: «Современное естествознание, – единственное, о котором может идти речь как о науке, в противоположность гениальным догадкам греков и спорадическим, не имеющим между собой связи исследованиям арабов,-начинается с той грандиозной эпохи, когда бюргерство сломило мощь феодализма, когда на заднем плане борьбы между горожанами и феодальным дворянством показалось мятежное крестьянство, а за ним революционные предшественники современного пролетариата, уже с красным знаменем в руках и с коммунизмом на устах, – с той эпохи, которая создала в Европе крупные монархии, сломила духовную диктатуру папы, воскресила греческую древность и вместе с ней вызвала к жизни высочайшее развитие искусства в новое время, которая разбила границы старого orbis и впервые, собственно говоря, открыла Землю.

Это была величайшая из революций, какие до тех пор пережила Земля. И естествознание, развивавшееся в атмосфере этой революции, было насквозь революционным, шло рука об руку с пробуждающейся новой философией великих итальянцев, посылая своих мучеников на костры и в темницы» —

Первые признаки назревавшего в науке переворота обнаруживаются уже около середины XV в., когда появляются работы, в которых подвергались критике некоторые традиционные представления схоластической философии о природе и делались попытки более самостоятельной разработки отдельных научных вопросов (таковы труды Николая Кузанского, 1401-1464). Однако решающий перелом в развитии наук о природе происходит лишь в XVI столетии, и сказывается он прежде всего в астрономии.

Развитие астрономия

Вплоть до XVI в. в Западной Европе, а также в наиболее развитых для того времени странах Востока господствовала геоцентрическая теория, созданная еще в античную эпоху. Считалось, что в центре Вселенной, имеющей форму сферы, находится наподвижная Земля, и вокруг нее в определенной последовательности обращаются Луна, Солнце, планеты, звездное небо. Основные положения этой системы были сформулированы еще во времена Аристотеля, а ее подробная математическая разработка дана позже Гиппархом (II в. до н.э.) и Птолемеем (II в. н.э.). Для объяснения движения небесных тел с точки зрения геоцентрической системы ученым приходилось прибегать к очень сложным и искусственным геометрическим построениям, но и с их помощью было трудно составить достаточно точные таблицы движения планет.

Однако для того, чтобы отказаться от геоцентрической системы, нужно было усомниться в правильности, казалось бы, бесспорных свидетельств наших чувств о движении небесных тел и неподвижности Земли. Кроме того, для этого нужно было критически отнестись к некоторым традиционным физическим воззрениям, тоже сложившимся еще в античном мире и препятствовавшим допущению мысли о движении Земли, и – что еще более важно – поставить под сомнение авторитет католической церкви. Католическая церковь признала существовавшую уже много веков геоцентрическую систему и включила ее в защищаемый ею взгляд на мироздание. Основная мысль геоцентрической системы о центральном положении Земли могла быть легко согласована с библейским преданием, с представлением о Земле как особо важном месте во всей Вселенной, где происходили описываемые в Библии события.

В XVI в. в обстановке общего научного подъема, в эпоху, когда особенно остро стала ощущаться потребность в составлении точных астрономических таблиц, создались наконец условия для критики старых астрономических воззрений и замены их новыми. Человеком, сделавшим решительный шаг в этом направлении и отвергнувшим геоцентрическую теорию, был —польский ученый НиколайК—перник. Коперник (1473-1543) родйлсгв"го1У—еТорун: БШ1-1495гг. он учился в Краковском университете, продолжал образование в Италии, где изучал самые различные науки – каноническое право, древние языки, медицину, математику, астрономию. Избранный каноником собора во Фрауэнбурге (ныне Фромборк), Коперник возвратился в 1503 г . на родину где до конца жизни выполнял административно-хозяйственные обязанности каноника и занимался врачебной практикой. Но главным занятием была для него астрономия.

Трудности, возникающие при объяснении движения небесных тел с точки зрения геоцентрической системы, очевидно, вызвали у Коперника сомнения в ее правильности. Он сделал попытку преодолеть эти трудности при помощи ранее высказанного некоторыми учеными предположения о движении самой Земли и обращении ее вместе с другими планетами вокруг неподвижного Солнца (гелиоцентрическая система) и убедился в, пршшуществах-эдод-теории. Все последующие годы своей жизни он посвятил подробной разработке своих взглядов, изложенных в его знаменитом труде «О вращениях небесных сфер» («De revolutiombus orbium coelestium»). В течение многих лет Коперник не решался его опубликовать, опасаясь открыто выступить против господствовавших воззрений: книга вышла в свет только в 1543 г ., и первый печатный ее экземпляр, по преданию, был получен автором в день его смерти.

Значение работы Коперника в истории науки огромно. Хо—я гелиоцентрическая теория зародилась еще в античном мире, однако тогда она представляла собой всего лишь догадку, лишенную должного обоснования и отвергаемую подавляющим большинством ученых. Поэтому Коперник фактически впервые подробно развил и обосновал взгляд на строение Солнечной системы, согласно которому Земля, как и все планеты, обращается вокруг Солнца и вместе с тем вращается вокруг собственной оси. Он освободил науку от многовекового заблуждения; его учение дало толчок дальнейшему развитию научной мысли.

Утверждение и развитие гелиоцентрической системы Коперника происходило в ожесточенной борьбе со старыми воззрениями. Уже Лютер, ссылаясь на Библию, отвергал учение Коперника. Примеру Лютера следовали и другие протестантские богословы. Особенно враждебную позицию по отношению к взглядам Коперника заняла католическая церковь. Когда учение Коперника стало овладевать умами, католическая церковь начала преследовать его сторонников. Первой жертвой преследований стал итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548-1600).

Джордано Бруно, развивая положение Коперника, что Земля не является центром мира и находится в движении, создал поразительную для своего времени по смелости мысли картину мироздания. Он утверждал, что мир бесконечен и наполнен бесчисленным множеством небесных тел, состоящих из единой по своей природе материальной субстанции. Солнце является всего лишь одной из звезд. Эти звезды-солнца имеют обращающиеся вокруг них планеты, сходные с Землей. Иначе говоря, Земля – это всего лишь одно из множества небесных тел, движущихся в бесконечном и не имеющем центра пространстве.

Мысли Джордано Бруно, являющиеся гениальным предвосхищением выводов науки последующих столетий, означали отрицание признанных католической церковью взглядов на мироздание. Джордано Бруно был обвинен в ереси и подвергнут заточению, но никакие страдания и пытки не могли заставить его отречься от своих взглядов. После восьми лет заключения он был сожжен на костре в Риме.

В борьбе с католической церковью протекала деятельность и великого итальянского астронома и физика Галилеян, более полно обосновавшего гелиоцентрическую систему Коперника. Галилео Галилей родился в Пизе в 1564 г . В 1589 г . он стал профессором математики в Пизанском универсистете— в 1592 г . –в Падуанском. а в 1610 г . уже прославленным ученым возвратился во Флоренцию, где получил место «первого философа и математика» при дворе великого герцога Тосканского.

Астрономические открытия Галилея связаны с применением подзорной трубы, самостоятельно сконструированной им на основании известия о ее изобретении в Голландии. При ее помощи Галилею удалось увидеть громадное количество невидимых прежде звезд, горы на поверхности Луны, обнаружить четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, пятна на Солнце. Результаты своих первых открытий (фазы Венеры и солнечные пятна были открыты немного позднее) Галилей опубликовал в 1610 г . в небольшой книжке «Звездный вестник», произведшей на современников огромное впечатление: открытия Галилея сравнивали с открытием Америки.

Наблюдения Галилея показали несостоятельность некоторых распространенных ранее астрономических и физических представлений, препятствовавших признанию системы Коперника. Сходство Луны с Землей (например, горы на ее поверхности) опровергало господствовавшее до тех пор мнение о коренном отличии небесных тел от Земли, мешавшее принять мысль Коперника, что Земля является планетой. Спутники Юпитера доказывали необоснованность одного из основных возражений против теории о движении Земли вокруг Солнца (возражение основывалось на том, что вокруг нее обращается другое небесное тело – Луна), ибо, как оказалось, Юпитер имел даже четыре «луны», хотя сам совершал такое же круговое движение, какое, согласно Копернику, совершала и Земля. Фазы Венеры ясно указывали на ее движение вокруг Солнца.

После этих открытий учение Коперника стало распространяться гораздо быстрее; Галилей и его многочисленные последователи умело использовали их для опровержения геоцентрической теории. Католическая церковь попыталась пресечь распространение взглядов Коперника. В 1616 г . мысль о Солнце как центре мира и о движении Земли была признана еретической, а сочинение Коперника внесено в список запрещенных книг. Однако Галилей продолжал собирать доказательства правильности системы Коперника. В 1632 г . он опубликовал книгу «Диалог о двух главнейших системах мира» (Птолемеевой и Коперниковой), где собрал и в блестящей форме изложил все существовавшие тогда доводы в пользу гелиоцентрической теории, использовав при этом открытые им законы механики. Памятуя о запрете учения Коперника, Галилей рассматривал его как одну из возможных гипотез, но содержание книги не оставляло сомнения в том, на каких позициях он в действительности стоял.

Книга нанесла решающий удар геоцентрической теории. Однако чем убедительнее были аргументы, приводимые Галилеем, тем большую ненависть вызывал он у сторонников старых воззрений. В 1633 г . Галилей предстал перед судом инквизиции в Риме. Несмотря на отречение, вырванное у него угрозой сурового наказания, он был признан виновным в том, что поддерживал доктрины, ложные и противные Священному писанию, и осужден на тюремное заключение, замененное позднее ссылкой. До самой смерти в 1642 г . Галилей оставался под надзором инквизиции и был лишен права печатать свои труды. Но он продолжал научную работу; в 1638 г . ему удалось напечатать в Голландии книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению», в которой были подведены итоги его многолетних исследований по механике.

Другим ученым, сыгравшим крупную роль в развитии гелиоцентрической теории, был немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571– 1630). Кеплер учился в Тюбингенском университете, затем жил в Граце, Праге (где получил должность придворного математика при дворе Рудольфа II), Линце. Кеплер переезжал с места на место из-за религиозных преследований (он был протестантом) и материальной нужды. В 1615 г . мать Кеплера была обвинена в колдовстве, и ему с большим трудом удалось добиться прекращения ее дела. Умер Кеплер в Регенсбурге, куда прибыл в тщетной надежде получить жалованье, не выплаченное ему из императорской казны. Несмотря на обрушившиеся на него несчастья, Кеплер с удивительным упорством продолжал занятия астрономией, главной целью которых было выяснение законов обращения планет вокруг Солнца. Интересно отметить, что, хотя Кеплер неоднократно высказывал скептическое отношение к астрологии, он все же не освободился от ее влияния, делал на основе наблюдений над положением небесных тел предсказания и составлял гороскопы (известны гороскопы, составленные им для Валленштейна).

Заслуга Кеплера перед наукой состоит в том, что он выяснил истинные формы планетных орбит и установил факт неравномерности движения планет. Заложив фундамент гелиоцентрической системы, Коперник продолжал придерживаться некоторых господствовавших в его время неправильных представлений. В частности, он считал, следуя за Аристотелем, что в сфере небесных явлений существует наиболее «совершенное» круговое и равномерное движение. Поэтому он ошибочно полагал, что движение планет также слагается из круговых движений. Для согласования этого взгляда с данными астрономических наблюдений он принужден был отчасти сохранить искусственные геометрические построения системы Птолемея.

Кеплер некоторое время был помощником датского астронома Тихо Браге (1546-1601), проведшего в Праге последние годы жизни. Тихо Браге славился искусством производить точные астрономические наблюдения. Оставленные им данные о движении планет отличались необычной для того времени полнотой и точностью. Изучая наблюдения Тихо Браге над движением Марса, Кеплер после многих лет упорной работы пришел к выводу, что планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце (первый закон Кеплера), и что скорость движения планет увеличивается с приближением к Солнцу (второй закон, согласно которому радиусы-векторы, связывающие планету с Солнцем, в равные промежутки времени описывают равные площади).

Кеплер опубликовал свои открытия в 1609 г . под названием «Новая астрономия, или Небесная физика, изложенная в исследованиях о движении звезды Марс». В работе «Гармония Мира» (1619) он сформулировал третий закон, устанавливающий связь между периодами обращения планет и их расстояниями от Солнца. Открытые Кеплером законы позволили составить значительно более точные таблицы движения планет. Эти таблицы были изданы Кеплером в 1627 г . и названы с честь императора Рудольфа «Рудольфовы таблицы».

После работ Галилея и Кеплера научное превосходство гелиоцентрической системы стало настолько очевидным, что со второй половины XVII в. астрономы, стоявшие на уровне научных требований своего времени, в большинстве случаев уже признавали ее правильность, хотя обычно излагали как одну из возможных гипотез наравне с системой Птолемея.