Валерий Савченко - Начала современного естествознания: концепции и принципы

В эпоху Возрождения математические труды древних греков с энтузиазмом изучались в университетах Италии, в одном из которых великий поляк Николай Коперник (1473–1543 гг.) проникся верой в то, что явления природы можно описать с помощью гармоничного сочетания математических законов. Одна из основных черт гармонии — простота. Сложная теория эпициклов Птолемея с точки зрения Коперника не удовлетворяла требованиям гармонии. Известно, что еще в Древней Греции Пифагор и Аристарх Самос-ский выдвинули идею об обращении Земли вокруг Солнца. Но эта идея не стала общепринятой, а в течение многих столетий господствовала поддерживаемая церковью система Птолемея, в которой Земля является центром Вселенной.

Николай Коперник предложил простое построение, качественно хорошо объяснявшее наблюдаемые астрономические закономерности. Земля в системе Коперника, как и другие планеты, обращается по окружности вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Коперник дал подробное описание гелиоцентрической системы в сочинении «О вращении небесных сфер», которое было опубликовано в год смерти Коперника после более чем десяти лет написания.

Теория Коперника, как и следовало, ожидать, встретила суровое осуждение церкви.

Была еще чисто астрономическая проблема в теории Коперника. Предсказания положения планет гелиоцентрическая теория давала с малой точностью, с ошибкой до 10 градусов (предсказания искусственной теории эпициклов Птолемея были в то время гораздо точнее).

Решающее усовершенствование теории Коперника произошло только через 50 лет. Часть его принадлежит великому немецкому астроному и математику Иоганну Кеплеру (1571–1630). В 1600 году Иоганн Кеплер стал ассистентом знаменитого датского астронома-наблюдателя Тихо Браге (1546–1601), который произвел основательный пересмотр астрономических данных с античных времен.

Получив в свое распоряжение данные многолетних наблюдений Тихо Браге (после смерти Тихо Браге в 1601 г. И. Кеплер стал его преемником при дворе короля Чехии Рудольфа II), Кеплер смог уточнить гелиоцентрическую картину Коперника, сформулировав свои знаменитые законы движения планет вокруг Солнца:

1-й закон — Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых движется Солнце;

2-й закон — Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади;

3-й закон — Квадраты периодов Ti обращения планет относятся как кубы больших полуосей эллиптических орбит ai, по которым движутся планеты.

Этот закон выражается простым математическим соотношением:

Именно законы Кеплера можно считать одним из важнейших оснований уже в Новое время для И. Ньютона в его открытии закона всемирного тяготения. В наши же дни гелиоцентрическую теорию и законы Кеплера мы воспринимаем как нечто бесспорное, нам трудно оценить по достоинству достижения Коперника и Кеплера. Коперник и Кеплер, будучи людьми глубоко религиозными, выбили у церкви один из краеугольных камней, двинув Землю и превратив ее в рядовую планету. Природа, причина движения планет, тем не менее, оставалась неясной этим великим ученым. (Например, сам Кеплер, стараясь найти разгадку этому феномену, полагал, что планеты по их орбитам движут ангелы).

В целом именно достижения ученых Древней Греции сыграли огромную роль в становлении науки в Европе в эпоху Возрождения (Ренессанса). Можно считать, что, благодаря Аристотелю и Евклиду, Архимеду и Платону, Демокриту и Птолемею и многим другим, мы имеем в науке то, что имеем.

Учения древнегреческих ученых в области естествознания заложили фундамент, на котором, начиная с эпохи Возрождения, была построена сначала классическая, а затем, уже в XX веке, современная наука. Среди самых выдающихся достижений учений Древней Греции следует назвать геометрию Евклида и атомную гипотезу Демокрита, модели мира Аристарха Са-мосского, Гиппарха и Птолемея, научные и инженерные достижения Пифагора и Архимеда, логику Аристотеля, признание за математикой способности описать и объяснить этот мир.

1. Что характерно для натурфилософского понимания природы?

2. Укажите основные принципы атомистического учения древних греков.

3. Что представляет собой космологическая модель Вселенной Аристотеля?

4. Укажите основные идеи о первоэлементах или началах и их авторов.

5. Сформулируйте основные положения логики Аристотеля.

6. Когда появилось слово «физика» и что оно означало в древности и означает сейчас?

7. Дайте краткую характеристику физических и космологических представлений Аристотеля.

8. Каково значение геоцентрической системы мира, обоснованной Птолемеем?

9. Какое значение для естествознания сыграли апории Зенона?

10. В чем суть пифагорейской школы?

11. В чем проявляется сходство западной античной науки и древневосточной (китайской и индийской), а также их различие, разведшее западную и восточную цивилизации на тысячелетия?

12. Существуют ли параллели некоторых взглядов в восточной естественнонаучной философии и в современном естествознании?

Как ясно из главы 2, естествознание выросло из античной натурфилософии, философии природы, рассматривающей ее как умозрительную целостность. В недрах натурфилософии, наряду с астрономией, наукой небес, зародилась и главная наука о природе — физика. Аристотель предвосхитил предмет физики в сочинении «Физика». «Физика, — писал он, — наука о природе и изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движения и, кроме того, начало такого рода бытия*. Это аристотелевское определение практически не расходится с современным определением физики как науки, изучающей простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения. Поэтому понятия, принципы и законы физики фундаментальны, то есть основополагающие для всего естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений. «Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира», — так писал Эйнштейн (мы, конечно, помним, что элементарные — это значит начальные, основные, фундаментальные).

В своей основе физика — экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем, представляют собой количественные соотношения (как правило, достаточно простые) и формулируются на том или ином математическом языке. Различают экспериментальную физику — опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и в объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория действуют в единстве, во взаимосвязи.