Галилео Галилей и его вклад в науку

2

Оглавление

С.

Введение …………………………………………........................................……......3

Глава 1. Галилео Галилей: жизнь и наука …….………………............…………...4

Глава 2.  Галилей как основоположник экспериментально-математического метода исследования природы …..............................................................................8

2.1. Механика ……………………………………………………………................. 8

2.2.  Астрономия …………………………………………………………………...10

2.3. Математика ……………………………………………………………………12

Заключение …………………….....................................................……………….. 14

Список использованных источников и литературы………..........................…… 15

     Введение

     Во второй половине XVI и в начале XVII 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.

     Одной из выдающихся фигур эпохи зарождения современного естествознания был Галилео Галилей (1564 - 1642), который по своему мировоззрению был в основном весьма близок Кеплеру.

     Галилей, подобно Кеплеру, много и плодотворно занимался математикой, что и обусловило его выдающиеся достижения в области физики. Учение Коперника, словно некая программа, определяет научные устремления Галилея: все его исследования в конечном счете были подчинены одной цели — доказать, что учение Коперника отнюдь не чисто математическое построение, а отражение реального строения окружающего мира.

     Исследования Галилея в области механики прежде всего касались старых и весьма значительных проблем статики и динамики. Здесь он добился значительных успехов, потому что, опираясь на принципы кинематики, акцентировал внимание не на причинах явлений, а путем длительных и кропотливых опытов исследовал их точное течение. Галилей, опровергнув воззрения своих предшественников времен средневековья, установил закон свободного падения — ныне столь привычный для нас.

     1. Галилео Галилей: жизнь и наука

     Галилей родился в 1564 году в итальянском городе Пиза, в семье родовитого, но обедневшего дворянина Винченцо Галилея. Полное имя Галилео Галилея: Галилео ди Винченцо Бонайути де Галилей.

     В 1572 году Винченцо переехал во Флоренцию, столицу Тосканского герцогства. Начальное образование Галилей получил в расположенном неподалёку монастыре Валломброза. Мальчик очень любил учиться и стал одним из лучших учеников в классе. Он взвешивал возможность стать священником, но отец был против.

     В 1581 году 17-летний Галилей по настоянию отца поступил в Пизанский университет изучать медицину. В университете Галилей посещал также лекции по геометрии (ранее он с математикой был совершенно не знаком) и настолько увлёкся этой наукой, что отец стал опасаться, как бы это не помешало изучению медицины.[1]

     Вскоре финансовое положение отца ухудшилось, и он оказался не в состоянии оплачивать далее обучение сына. Галилей вернулся во Флоренцию (1585), так и не получив учёной степени. К счастью, он успел обратить на себя внимание несколькими остроумными изобретениями (например, гидростатическими весами), благодаря чему познакомился с образованным и богатым любителем науки, маркизом Гвидобальдо дель Монте. По его рекомендации Галилей в 1589 году получил кафедру математики в Пизанском университете и в 25 лет стал профессором. Там он начал проводить самостоятельные исследования по механике и математике, он ставил опыты, 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 1590 году Галилей написал трактат «О движении», где  Галилей подверг критике аристотелевское учение о падении тел.

_________________________

1. Кузнецов Б. Г. Галилей. — М.: Наука, 1964 - С. 20.

     В 1592 году Галилей принял предложение занять кафедру математики в Падуанском университете (Венецианская республика), где преподавал астрономию, механику и математику. Здесь Галилей обрел семью, женившись на Марине Гамба и у него родились две дочери: Вирджиния (1600), Ливия (1601) и сын Винченцо (1606). Годы пребывания в Падуе — наиболее плодотворный период научной деятельности Галилея. Вскоре он стал самым знаменитым профессором в Падуе. В эти годы он написал трактат «Механика», который вызвал некоторый интерес, с ним активно переписываются молодой Кеплер и другие научные авторитеты того времени.

     Появление в 1604 году новой звезды, называемой сейчас сверхновой Кеплера пробуждает всеобщий интерес к астрономии, и Галилей выступает с циклом частных лекций. Узнав об изобретении в Голландии зрительной трубы, Галилей в 1609 году конструирует собственноручно первый телескоп. С его помощью он обнаруживает кратеры и хребты на Луне (в его представлении - "горы" и "моря"), разглядел бесчисленные, скопления звезд, образующих Млечный Путь, увидел спутники, Юпитера фазы Венеры, пятна на Солнце, а затем и вращение Солнца вокруг оси. Свои достижения (а зачастую и свой приоритет) Галилей зачастую излагал в задиристо-полемическом стиле, чем нажил немало новых врагов (в частности, среди иезуитов).[2]

     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».

     Нужда в деньгах толкнули Галилея на губительный, как позже оказалось, шаг: в 1610 году он покидает спокойную Венецию, где он был недоступен для

_________________________

2. Кузнецов Б. Г. Галилей. Указ. Соч.  - С. 79

инквизиции, и перебирается во Флоренцию и получает почётное и доходное место советника при тосканском дворе Герцога Козимо II Медичи. Там Галилей продолжает научные исследования и указанные открытия Галилея положили начало его ожесточенной полемике со схоластиками и церковниками, отстаивавшими аристотелевско-птолемеевскую картину мира. Особенно возмущали недоброжелателей Галилея его пропаганда гелиоцентрической системы мира, поскольку, по их мнению, вращение Земли противоречило текстам Псалмов, где говорится о неподвижности Земли и движении Солнца. Кроме того, подробное обоснование концепции неподвижности Земли и опровержение гипотез о её вращении содержалось в трактате Аристотеля «О небе».

     В 1611 году Галилей, решил отправиться в Рим, надеясь убедить Папу, что коперниканство вполне совместимо с католицизмом. Он был хорошо принят, избран шестым членом научной «Академии деи Линчеи», знакомится с Папой Павлом V, влиятельными кардиналами.[3] Кардиналы создали целую комиссию для выяснения вопроса, не грешно ли смотреть на небо в трубу, но пришли к выводу, что это позволительно.[4] Обнадёживало то, что римские астрономы открыто обсуждали вопрос, движется ли Венера вокруг Земли или вокруг Солнца (смена фаз Венеры ясно говорила в пользу второго варианта).[5]      

     Осмелев, Галилей заявил, что Священное Писание относится только к спасению души и в научных вопросах не авторитетно: «ни одно изречение Писания не имеет такой принудительной силы, какую имеет любое явление природы».[6]

     В том же 1613 году Галилей выпустил книгу «Письма о солнечных пятнах», в которой открыто высказался в пользу системы Коперника.[7] 25 февраля 1615 года римская инквизиция начала первое дело против Галилея по обвинению

___________________________________

3. Шмутцер Э., Шютц В. Галилео Галилей. М.: Мир, 1987. — С. 51-52.

4. Предтеченский Е. А. Галилео Галилей. В книге: Коперник, Галилей, Кеплер, Лаплас и Эйлер, Кетле. Биографические повествования, Челябинск: Урал, 1997., Глава 2-я.

5. Кузнецов Б. Г. Галилей. Указ. соч — С. 95.

6. Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математиках. Указ. соч — С. 82.

7. Шмутцер Э., Шютц В. Галилео Галилей. Указ. соч — С. 53.

в ереси. Последней ошибкой Галилея стал призыв к Риму высказать окончательное отношение к коперниканству. Всё это вызвало реакцию, обратную ожидаемой. Римская церковь принимает решение запретить пропаганду взглядов Коперника даже в качестве гипотезы. Книга Коперника «Об обращении небесных сфер» была включена в Индекс запрещённых книг «до её исправления», соответственно запрещалась любая пропаганда учения Коперника.

     Всё это время (с декабря 1615 по март 1616 года) Галилей провёл в Риме, безуспешно пытаясь повернуть дело в иную сторону. Он смог добиться только заверений, что лично ему ничего не грозит, однако впредь всякая поддержка «коперниканской ереси» должна быть прекращена.

Церковный запрет гелиоцентризма, в истинности которого Галилей был убеждён, был неприемлем для учёного. Он вернулся во Флоренцию и стал размышлять, как, формально не нарушая запрета, продолжать защиту истины. В конце концов он решил издать книгу, содержащую нейтральное обсуждение разных точек зрения. Он писал эту книгу 16 лет. В 1632 году книга «Диалог о двух главнейших системах мира» увидела свет. Выход книги вызвал острую реакцию церкви. Уже через несколько месяцев книга была запрещена и изъята из продажи, а Галилея вызвали в Рим.

     По окончании первого допроса обвиняемого взяли под арест. Учёный был поставлен перед выбором: либо он покается и отречётся от своих «заблуждений», либо его постигнет участь Джордано Бруно и многих других, замученных инквизицией.  22 июня 1633 года Галилей, произнес перед судом инквизиции текст отречения, а после этого выслан на свою виллу под домашний арест. Инквизиция следила за пленником до конца его жизни. Галилео Галилей умер 8 января 1642 года, на 78-м году жизни, в своей постели.

     В ноябре 1979 года Римский Папа Иоанн Павел II официально признал, что инквизиция в 1633 году совершила ошибку, силой вынудив учёного 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 двум принципам механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и физики в целом. Галилей считается одним из основателей механицизма. Этот научный подход рассматривает Вселенную как гигантский механизм, а сложные природные процессы — как комбинации простейших причин, главная из которых — механическое движение. 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.

     2.1. Механика

     Физика и механика в те годы изучались по сочинениям Аристотеля, которые содержали метафизические рассуждения о «первопричинах» природных процессов. В частности, Аристотель утверждал:

        Скорость падения пропорциональна весу тела.

        Движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствие силы прекращается.

     Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения не зависит от веса тела, таким образом, опровергнув первое утверждение Аристотеля. В своей последней книге Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь — пропорционально квадрату времени[8]. Он совершенно правильно предположил, что полёт падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе.[9]