Галилео Галилей

Введение.

В историю науки  Галилео Галилей вошел как  выдающийся итальянский физик, механик  и астроном. Значение его научной  деятельности оказалось настолько  существенным, что он стал объективно одним из крупнейших ученых эпохи  Возрождения.

Огромный вклад  Галилея в развитие науки нашел  свое признание. Наибольшее значение имеют  такие его научные исследования, как открытие закона инерции, изобретение  телескопа, его астрономические  наблюдения и его гениальные труды, в которых он доказал правоту  гипотез Коперника. Еще большего признания заслуживает его роль в развитии методологии науки. Многие жившие до него философы-натуралисты, ориентирующиеся на Аристотеля, делали упор на качественность своих наблюдений и классификацию явления. Что  же касается Галилея, то он подходил к  явлению с позиции его точности и делал количественные наблюдения. Этот акцент на тщательном количественном измерении стал основным методом  научного исследования.

Галилею в большей  степени, чем кому-либо другому, был  присущ эмпирический подход к научному познанию. Он был первым, кто настаивал  на необходимости проведения экспериментов. Он отказался от представления, что  научный вопрос может быть решен  при опоре на авторитет, будь то мнение церкви или утверждение Аристотеля. Он также не хотел опираться на сложные дедуктивные схемы, которые  не были подкреплены опытным путем. Средневековые схоласты долго обсуждали  вопрос о том, что должно произойти  и почему это происходит, Галилей  же при проведении опыта стремился  определить, что в действительности должно произойти. Для его научной  позиции был характерен явно не мистический  подход. В этом отношении он был  даже более современен, чем его  преемники, такие как Ньютон. Необходимо также подчеркнуть, что Галилей  был глубоко религиозным человеком. Несмотря на судебный процесс и последующее  за ним осуждение, он не отказался  ни от религии, ни от церкви, он выступал лишь против попыток церковных властей  помешать решению научных проблем. Последующие поколения вполне справедливо  выражают свое восхищение Галилеем как  символом протеста против догматизма и авторитарных попыток задушить свободу мысли. Однако самую важную роль он сыграл в создании современного метода научного исследования.

Биография.

Галилео-Галилей  родился 15 февраля 1564, Пиза. Скончался 8 января 1642, Арчетри, близ Флоренции. Знак зодиака – Водолей.

Галилео Галилей, основатель современной наблюдательной и опытной науки, был старшим  из шестерых детей Винченцо и Юлии Галилео и родился 18 февраля 1564 года в итальянском городе Пизе. Отец его, бедный дворянин, обремененный большим  семейством, не имел никакого состояния  и средства к жизни добывал  личным трудом, живя большей частью во Флоренции, в 75 верстах от Пизы, где  он давал частные уроки музыки.

Его отец, музыкант и математик, хотел, чтобы сын  стал врачом, и в 1581, после окончания  монастырской школы, определил его  на медицинский факультет Пизанского университета. Но медицина не увлекала семнадцатилетнего юношу. Оставив  университет, он уехал во Флоренцию  и погрузился в самостоятельное  изучение сочинений Евклида и  Архимеда. По совету профессора философии  Риччи и уступая просьбам сына, отец Галилео перевел его на философский  факультет, где более углубленно изучались философия и математика.

В детские годы Галилей увлекался конструированием механических игрушек, мастерил действующие  модели машин, мельниц и кораблей. Как рассказывал впоследствии его  ученик Вивиани, Галилей еще в  юности отличался редкой наблюдательностью, благодаря которой сделал свое первое важное открытие: наблюдая качания  люстры в Пизанском соборе, установил  закон изохронности колебаний маятника (независимость периода колебаний  от величины отклонения). Некоторые  исследователи подвергают сомнению рассказ Вивиани об обстоятельствах  этого открытия, но достоверно известно, что Галилео-Галилей  не только проверял этот закон на опытах, но и использовал  его для определения промежутков  времени, что, в частности, было восторженно  принято медиками.

В годы детства  и юности Галилея практически  безраздельно господствовали представления, сформировавшиеся еще во времена  античности. Некоторые из них, например, геометрия Евклида и статика  Архимеда, сохранили свое значение и в наши дни. Большой багаж  накопили и наблюдения астрономов, приведшие к возникновению прогрессивной  для своего времени системы мира Птолемея (2 в. н. э.). Однако многие положения  античной науки, обретшие со временем статус непререкаемых догм, не выдержали  испытания временем и оказались отвергнутыми, когда главным арбитром в науке был признан опыт.

До одиннадцати  лет Галилей жил в Пизе и  учился в обычной школе, а затем  вместе с семьей переехал во Флоренцию. Здесь он продолжил образование  в монастыре бенедиктинцев, где  изучал грамматику, арифметику, риторику и другие предметы.

В семнадцать лет  Галилей поступил в Пизанский  университет и стал готовиться к  профессии врача. Одновременно из любознательности он читал труды по математике и  механике, в частности, Евклида и  Архимеда Последнего позже Галилей  всегда называл своим учителем.

Из-за стесненного  материального положения юноше  пришлось бросить Пизанский университет  и вернуться во Флоренцию. Дома Галилей  самостоятельно занялся углубленным  изучением математики и физики, которые  его очень заинтересовали. В 1586 году он написал свою первую научную работу «Маленькие гидростатические весы», которая  принесла ему некоторую известность  и позволила познакомиться с  несколькими учеными. По протекции  одного из них — автора «Учебника  механики» Гвидо Убальдо дель Монте Галилео-Галилей в 1589 году получил кафедру математики в  Пизанском университете. В двадцать пять лет он стал профессором там, где учился, но не завершил свое образование.

Учения  и открытия.

Умение наблюдать  и делать выводы из увиденного всегда отличало Галилея. Еще в молодости  он понял, что «… явления природы, как бы незначительны, как бы во всех отношениях маловажны ни казались, не должны быть презираемы философом, но все должны быть в одинаковой мере почитаемы. Природа достигает  большого малыми средствами, и все  ее проявления одинаково удивительны». По существу, это высказывание можно  считать декларацией экспериментального подхода Галилея к изучению явлений  природы.

В 1586г Галилео-Галилей публикует описание сконструированных им гидростатических весов, предназначенных для измерения плотности твердых тел и определения центров тяжести. Эта, как и другие его работы, оказывается замеченной. У него появляются влиятельные покровители, и благодаря их протекции он получает в 1589 место профессора в Пизанском университете (правда, с минимальным окладом).

Начав читать лекции по философии и математике в университете, Галилей оказался перед непростым  выбором. С одной стороны —  обретшие статус нерушимых догм воззрения  Аристотеля, с другой — плоды  собственных размышлений и, что  еще важнее, — опыта. Аристотель утверждал, что скорость падения  тел пропорциональна их весу. Это  утверждение уже вызывало сомнения, а проведенные Галилеем в присутствии  многочисленных свидетелей наблюдения за падением с Пизанской башни  шаров различного веса, но одинаковых размеров, наглядно опровергали его. Аристотель учил, что различным телам  присуще различное «свойство  легкости», отчего одни тела падают быстрее  других, что понятие покоя абсолютно, что для того, чтобы тело двигалось, его постоянно должен подталкивать воздух, а, следовательно, движение тел  свидетельствует об отсутствии пустоты.

В работе «О движении» (1590) Галилео-Галилей подверг критике  аристотелевское учение о падении  тел. В ней, между прочим, он писал: «Если разум и опыт в чем-нибудь совпадают, для меня не играет роли то, что это противоречит мнению большинства».

К этому же периоду  относится установление Галилеем изохронности малых колебаний маятника — независимости  периода его колебаний от амплитуды. К такому выводу он пришел, наблюдая за качанием люстр в Пизанском  соборе и отмечая время по биению пульса на руке… Гвидо дель Монте  высоко ценил Галилея как механика и называл его «Архимедом нового времени».

Уже в 1590г., через год после начала работы в Пизе, Галилео-Галилей пишет трактат «О движении», в котором выступает с резкими возражениями против воззрений перипатетиков (последователей Аристотеля). Это не могло не вызвать резко неодобрительного отношения к нему со стороны представителей казенной схоластической науки. Кроме того, Галилей в то время был сильно стеснен в средствах, и потому был рад получить (опять благодаря своему покровителю) приглашение правительства Венецианской республики на работу в университет в Падую.

Падуанский период — самый плодотворный и счастливый в жизни Галилея. Здесь он обрел  семью, связав свою судьбу с Мариной  Гамба, которая родила ему двух дочерей: Вирджинию (1600) и Ливию (1601); позже  родился сын Винченцо (1606).

Переход в 1592г. в Падуанский университет, где Галилей занял кафедру математики, ознаменовал собой начало плодотворнейшего периода в его жизни. Здесь он вплотную подходит к изучению законов динамики, исследует механические свойства материалов, изобретает первый из физических приборов для исследования тепловых процессов — термоскоп, совершенствует подзорную трубу и первым догадывается использовать ее для астрономических наблюдений, здесь становится самым активным и авторитетным сторонником системы Коперника, обретая благодарность и уважение потомков и активную враждебность многочисленных современников.

Важнейшим достижением  Галилео-Галилея  в динамике было создание принципа относительности, ставшего основой современной теории относительности. Решительно отказавшись от представлений  Аристотеля о движении, Галилей пришел к выводу, что движение (имеются  в виду только механические процессы) относительно, то есть нельзя говорить о движении, не уточнив, по отношению  к какому «телу отсчета» оно происходит; законы же движения безотносительны, и  поэтому, находясь в закрытой кабине (он образно писал «в закрытом помещении  под палубой корабля»), нельзя никакими опытами установить, покоится ли эта  кабина или же движется равномерно и прямолинейно («без толчков», по выражению  Галилея).

С 1606 года Галилео-Галилей  занимается астрономией. В марте 1610 года увидел свет его труд под названием  «Звездный вестник». Вряд ли когда-либо в одном произведении сообщалось столько сенсационных астрономических  сведений, сделанных к тому же буквально  в течение нескольких ночных наблюдений в январе — феврале того же 1610 года.

Узнав об изобретении  телескопа и располагая неплохой собственной мастерской, Галилей  изготовляет несколько образцов зрительных труб, постоянно улучшая  их качество. В результате ученому  удалось сделать телескоп с увеличением  в 32 раза. В ночь на 7 января 1610 года он направляет телескоп на небо. То, что  он увидел там — лунный пейзаж, горные Цепи и вершины, бросавшие тени, долины и моря, — уже приводило к  мысли о том, что Луна похожа на Землю, — факт, свидетельствовавший  не в пользу религиозных догм и  учения Аристотеля об особом положении  Земли среди небесных тел.

                              Рис. 1  Телескоп Галилея (современная копия)

Огромная белая  полоса на небе — Млечный Путь —  при рассмотрении в зрительную трубу  отчетливо разделилась на отдельные  звезды. Возле Юпитера ученый заметил  маленькие звездочки (сначала три, затем еще одну), которые уже  на следующую ночь изменили свое положение  относительно планеты. Галилею с  его кинематическим восприятием  явлений природы не нужно было долго раздумывать — перед  ним спутники Юпитера! — еще один довод против исключительного положения  Земли. Галилей открыл существование  четырех спутников Юпитера. Повторяя наблюдения через определенные интервалы  времени, он убедился, что спутники обращаются вокруг Юпитера. Это послужило  наглядной моделью кеплеровской системы, убежденным сторонником которой  сделали Галилея размышления  и опыт.

Были и другие важные открытия, которые еще больше подрывали доверие к официальной  космогонии с ее догмой о неизменности мироздания: появилась новая звезда; изобретение телескопа позволило  обнаружить фазы Венеры и убедиться, что Млечный Путь состоит из огромного  числа звезд. Наблюдая, как солнечные  пятна перемещаются по солнечной  поверхности, он установил, что Солнце тоже вращается вокруг своей оси. На основании наблюдений Галилей  сделал вывод, что вращение вокруг оси  свойственно всем небесным телам.

Наблюдая звездное небо, он убедился, что число звезд  гораздо больше, чем можно увидеть  простым глазом. Так Галилей подтвердил мысль Джордано Бруно о том, что просторы Вселенной бесконечны и неисчерпаемы. После этого Галилео Галилей сделал вывод о том, что гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, является единственно верной.

Изучение поверхности  Луны показало, что она покрыта  горами и изрыта кратерами. Даже этот беглый перечень позволил бы причислить Галилея к величайшим астрономам, но его роль была исключительной уже  потому, что он произвел поистине революционный  переворот, положив начало инструментальной астрономии в целом.

Сам Галилей понимал  важность сделанных им астрономических  открытий. Он описал свои наблюдения в  сочинении, вышедшем в 1610 под гордым названием «Звездный вестник».

Телескопические открытия Галилея были многими встречены  с недоверием, даже с враждебностью, но сторонники коперниканского учения, и прежде всего Иоганн Кеплер , тут  же опубликовавший «Разговор со звездным вестником», отнеслись к ним с  восторгом, видя в этом подтверждение  правоты своих убеждений.

«Звездный вестник» принес ученому европейскую славу. Тосканский герцог Козимо II Медичи предложил  Галилею занять должность придворного  математика. Она сулила безбедное  существование, свободное время  для занятий наукой, и ученый принял предложение. Кроме того, это позволяло  Галилею вернуться на родину, во Флоренцию.