Наукові відкриття Г.Галілея

Наукові відкриття Г.Галілея  та їхній філософський зміст:

 а) світоглядна спрямованість  та методологічні  ідеї наукової спадщини Галілея;

 б) теоретичне вирішення  проблеми руху та формування механістичної картини світу. 

       Галілео Галілей

    Галіле́о  Галіле́й (15 лютого 1564 - 8 січня 1642) — видатний італійський мислитель епохи Відродження, засновник класичної механіки, фізик, астроном, математик, один із засновників сучасного експериментально-теоретичного природознавства, поет і літературний критик. Син музиканта Вінченцо Галілея. 

    Життєпис

    Галілей народився в родині збіднілого дворянина  в місті Піза, неподалік від  Флоренції.

    У 1581 він вступив до Пізанського  університету, де вивчав медицину. Але, захопившись геометрією і механікою, зокрема творами Архімеда і Евкліда, залишив університет з його схоластичними лекціями і повернувся до Флоренції, де чотири роки самостійно вивчав математику. З 1589 він став професором Пізанського університету. У 1592-1610 рр., після вимушеного від'їзду з Пізи, Галілей працював на кафедрі математики Падуанського університету, надалі — придворним філософом герцога Козимо II Медичі. З 1611 року Галілео належав до Академії деї Лінчеї. 

    Наукові відкриття

      Картина Крістіано Банті 1857 року  Галілео перед римською інквізицією

      Саме на цій сторінці Галілео вперше записав спостереження природних супутників Юпітера. Це спостереження протиречило усталеній думці про те, що всі небесні тіла повинні обертатися навколо Землі. Повний опис своїх спостережень Галілео опублікував у Sidereus Nuncius (1610)

      Галілео Галілей був основоположником  експериментально-математичного методу  вивчення природи. Він залишив  розгорнутий виклад цього методу  і сформулював найважливіші принципи  механічного світу. Його дослідження  кардинально вплинули на розвиток  наукової думки. Саме від нього бере початок фізика як наука. Найважливішим вкладом Галілео Галілея в науку була свідома й послідовна заміна пасивного спостерігання активним експериментом. Результатами цих експериментів стали зроблені ученим наукові відкриття. 

    Галілео Галілей як творець нового природознавства

    У пошуках причин руху фізика була єдина, але різними були шляхи цього  пошуку. Схоластика шукала "силу діючу" як субстанцію, що діє своїми якостями. Розвиток теоретичного змісту фізичних знань був пов"язаний з поступовою зміною змісту понять "тіло", "рух", "матерія" тощо перипатетичної фізики. У XV ст. виникла так звана "фізика імпетусу" (імпульсу), а наприкінці наступного століття вона стає широко відомою. Ідея рушійної сили в механіці, що пізніше дістала латинську назву impetus, пов"зана з ім"ям Іоанна Філопона (кінець V - початок VI ст.). Представником фізики імпетусу був Джованні Бенедетті, його цікавило питання про причини збільшення швидкості тіл, що падають, він ближче за всіх підійшов до відкриття закону інерції. Поняття імпетусу було введено у фізику для пояснення метального руху і розумілося як збережена сила, яку надає двигун кинутому тілу і яка рухає його впродовж деякого часу. Величина імпетусу пропорційна швидкості, з якою двигун рухає тіло в момент кидання, та масі кинутого тіла. У фізиці цього періоду імпетус розглядався як певний вид якості, подібний, наприклад до теплоти: подібно до того, як нагріте тіло поступово охолоджується і втрачає теплоту, кинуте тіло в міру руху витрачає наданий йому імпульс (імпетус). Цей імпульс витрачається на подолання інертності тіла - його тенденції до спокою. Отже інерція тіла у фізиці імпетусу є те, що сприяє припиненню руху, тобто витраченню імпетусу. Спочатку поняття імпетусу вживалося для пояснення вимушеного руху. Але поступово його стали застосовувати також для пояснення вільного падіння тіл, тобто природного руху. Фізика імпетусу впритул підійшла до відкриття закону інерції.  

    За  арістотелевою традицією у фізиці існувало уявлення про неперервний  рух, як рух по колу, а водночас і про коло як найдовершенішу фігуру. Дж.Бенедетті зробив спробу переглянути арістотелеву тезу про те, що прямолінійний рух не може бути неперервним. За допомогою геометричних міркувань він довів, що рух по прямій може бути неперервним, причому на обмеженому відрізку прямої. Модель, котру Дж.Бенедетті використав у своєму доведенні, дозволила йому стверджувати, що стан спокою, в якому начебто перебуває тіло, рухаючись уздовж нескінченного відрізка прямої, є лише видимість. Насправді те, що сприймається як спокій, є рух з нескінченно малою швидкістю. Доведення Дж.Бенедетті дали змогу зробити висновок, що відбиттям неперервного руху по колу на прямій лінії є проекція руху маятнику. Отже маятник став чуттєво даною моделлю першого та найдосконалішого руху - руху небосхилу, але не такого, яким він є насправді, об"єктивного, а такого, яким його спостерігають, тобто ілюзорного. Завдяки зоровій ілюзії рух маятника замінив рух по колу Арістотеля, а маятник перетворився в головну модель механіки наступного, галілеєвого періоду. 

    Галілео Галілей завершує наукові зрушення XVI ст. і створює риштовання наукової революції, перехід до XVII ст. Г.Галілей  зайнявся проблемами копернікової теорії і написав свої найважливіші праці: "Діалог про дві системи світу  — Птолемеєву та Копернікову" ("Діалог") і "Бесіди та математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, які належать до механіки та локального руху" ("Бесіди"). 

    Експерименти  Галілея були чи не найперші експерименти в новій науці. Вони відрізнялися від експериментів схоластів XIII ст. передусім тим, що були більше дослідницькими, ніж ілюстративними, а ще більшою мірою — своїм кількісним характером, який дозволив пов'язати їх з математичною теорією. 

    Галілей висунув аргумент, що для формулювання чітких суджень щодо природи учені повинні враховувати тільки об"єктивні, тобто такі, що піддаються точному виміру, властивості (форма, розмір, кількість, вага, рух). А ті властивості, що доступні просто сприйняттю (колір, звук, смак тощо), залишаються поза увагою дослідника як суб"єктивні. Достовірні знання можна одержати лише в результаті кількісного аналізу.  

    Галілей започаткував у науці традицію систематичної  орієнтації на дослід у сполученні з його математичним осмисленням. Експеримент - це дослід, який проводиться планомірно, через посередництво якого дослідник задає природі питання, що його цікавлять. Відповіді, які він хоче отримати, можливі шляхом дедуктивно-математичного осмислення результатів дослідження. Ця важливіша сторона методології Галілея реалізувалася через ідею систематичного використання методів аналізу і синтезу, які взаємодоповнюють один одного. Галілей вказав на використання в науковій площині дослідно-індуктивного та абстрактно-дедуктивного способів дослідження природи, що дало можливість зв"язати наукове мислення на засадах абстрагування та ідеалізації з конкретним сприйняттям явищ і процесів природи.  

    За  часів Галілея найбільш розробленим  розділом фізики була статика - наука  про рівновагу тіл під дією прикладених до них сил. Засновником  статики був Архімед, якого Галілей вважав своїм учителем. Галілей розробив динаміку - науку про рух тіл під дією прикладених сил. У галузі динаміки доводилось починати із самого початку. Необхідно було встановити основні поняття (швидкість, прискорення, переміщення), дати наукову класифікацію руху, і, зрештою, вивчити причини, які зумовлюють той чи інший вид руху, тобто встановити закони динаміки. Ці причини крилися не лише в зовнішніх фізичних обставинах, а й у внутрішніх властивостях тіла, яке рухається. Необхідно було розкрити, що залежить від внутрішніх властивостей тіла, а що від зовнішніх обставин; це означало, врешті-решт, встановлення таких понять динаміки, як маса і сила. Проте в епоху Галілея обговорення цих понять ще не розгорнулося. підійшов до ідеї інерції, сформулював поняття відносності руху. Завдяки Галілею коперніканська гіпотеза стала перетворюватись на теорію. 

    Розвиток  динаміки розпочався з дослідження  Галілеєм найпростих видів руху - вільного падіння тіл та руху тіл по нахиленій  площині. Галілей довів помилковість уявлень Арістотеля про механічний рух і встановив ряд основних положень динаміки стосовно досліджуваних ним випадків механічного руху, які при подальшому узагальненні ввійшли в основи класичної механіки. 

    У ранній період творчості Галілей  спирався на теорію імпетусу. В трактаті "Про рух" він критикував арістотелеву динаміку з точки зору динаміки імпетусу, а згодом надав їй тої форми, яка містила принцип інерції. 

    Галілей дав уявлення про вільне падіння  тіл. Прискорення падіння він  пояснює силою ваги. Це дуже важлива  для науки обставина: в поясненні  використано поняття сили. У природному прискореному русі тіло отримує одне й те саме прискорення під дією даної сили, хоча швидкість його в кожний момент різна: дія сили на тіло не залежить від стану його руху. Отже, всі тіла, що падають вільно, мають однакове прискорення. Швидкість у такому падінні зростає пропорційно часу. Галілею належить пріоритет у постановці питання про швидкість світла та спроба вирішити цю проблему дослідним шляхом. 

    Для того, щоб показати об'єктивну істинність системи М. Коперніка, треба було спростувати закони руху фізики Арістотеля, за якими тіла, що перебувають у русі без будь-якого впливу ззовні, прагнуть до стану спокою. Тому всі рухомі тіла в земній атмосфері, жорстко не зв'язані з Землею, мусили б відставати від Землі під час її обертання навколо осі. Це заперечення М. Копернік спростував філософськими міркуваннями, підтвердити експериментально і математично припущення М. Коперніка взявся Г. Галілей. На основі багатьох проведених дослідів він установив один із основних законів динаміки — закон інерції, згідно з яким тіла зберігають стан руху і без впливу зовнішніх сил зовсім не переходять до спокою або якогось іншого стану. На основі цього закону Г. Галілей встановив, що при рівномірному і прямолінійному русі будь-яких тіл явища відбуваються на них так само, як і на тілах, що перебувають у стані спокою. Внаслідок того, що Земля обертається навколо своєї осі досить повільно, її рух можна вважати приблизно рівномірним і прямолінійним.  

    Галілей відкинув твердження Арістотеля про  те, що всі тіла намагаються досягти  місця, яке відведено їм природою, а якщо відсутній зовнішній імпульс, який постійно відтворюється, то рух зупиняється. Галілей вважав, що тіло, яке рухається намагається бути у постійному русі, якщо тільки яка-небудь зовнішня причина не зупинить його або не відхилить. Таким чином він відстоював ідею руху Землі. Галілей доводив, що рухома Земля автоматично передає свій власний рух усім предметам або метальним снарядам, одже загальний інерційний рух залишається непомітним спостерігачу, який також знаходиться на Землі.  

    Математичний аналітичний метод Галілея привів до механістичного витлумачення буття, положив край якісному витлумаченню природи, яке панувало в натурфілософії та схоластиці. Натурфілософське пізнання грунтувалося на засадах органіцизму (аналогії між організмом і природою), у Галілея воно замінюється причинно-детерміністичним. Особливе значення мали відкриття Галілея в галузі механіки. На засадах критики арістотелевої фізики він створив програму побудови нового природознавства. Центром фізики Арістотеля було вчення про рух. Для його розуміння важливим є поняття простору, який за Арістотелем - це місце, межа того, що охоплюється, з тим, що охоплює. Тобто тіло, ззовні якого знаходиться тіло, яке його охоплює, є у певному місці. Наприклад, відповідно до вчення Арістотеля про елементи, земля знаходиться у воді, вода - у повітрі, повітря - у ефірі, а ефір - ні в чому. Простір є надмірним, що зумовлено якісною межою між об’єктом та оточуючим середовищем. Рух також визначається якісною природою його носія. Наприклад, вогонь за природою рухається вгору, а проти природи – донизу. Тобто існує рух природний та примусовий. Важкі тіла, за Арістотелем, завжди рухаються до центру, а легкі – на перефірію. Галілей відкинув такі умозорові твердження. Він довів, якщо середовищем руху є не повітря, а вода, то деякі важкі тіла стають легкими, через те, що рухаються догори. Отже, рух тіл до гори і донизу залежить від їх питомої ваги по відношенню до середовища, а не від їх призначення. 

    Арістотель  вважав, що важке тіло повинно падати з більшою швидкістю, ніж легке, через притаманний йому стихійний потяг до центру землі, як до свого природного місцезнаходження. Те тіло, яке важче, має сильніший потяг. Галілей на підставі математичних доведень у фізичних дослідах спростував цю гіпотезу, а потім сформулював закон постійного прискорення для руху тіл, що падають, руху, що не залежить від ваги та складу тіл.  

    Галілей дав раціональну класифікацію руху на вимушені і природніУсе,що відбувається в природі, має відбуватися за законами природи - це основна ідея нового наукового світогляду. Г.Галілею належить поділ руху на рівномірний та нерівномірний. При цьому він обмежився розглядом рівномірного прямолінійного руху і дав чітке визначення його як такого, при якому відстані, які проходять рухомі тіла в рівні проміжки часу, рівні між собою.  

    Математичне пояснення експериментів Г. Галілея  над тілами, що падають, виявилось  важливішим, аніж самі досліди. Г. Галілей  використав певні математичні ідеї, поєднуючи їх з точним експериментом. Тим самим він створив перший образчик методів сучасної фізики, які успішно розвивалися в майбутньому.