Лекция 5. Естественнонаучная мысль в эпоху Возрождения

География.

Великие географические открытия.

Биология.

Накопление знаний о мире органических явлений длилось сотнями тысяч лет. Но долгое время знание о биологических явлениях из общей совокупности знаний о природе не выделялись в самостоятельную отрасль. Специфика биологического объекта не фиксировалась. Биологические знания излагались вместе с знаниями о химических, физических, географических и прочих явлениях, накапливаясь в основном как побочный продукт деятельности ремесленников, крестьян, путешественников, алхимиков и др. Природа выступала как нерасчлененное целое.

В эпоху Возрождения ситуация в сфере познания живого изменилась. Здесь особое место принадлежит XVI веку. В истории биологии этот период выделяется как начало глубокого перелома в способах познания живого.

Значительные изменения происходят в способе биологического познания. Вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Важную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия, которые значительно раздвинули мировоззренческий горизонт европейцев. В Европе узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явлений, познакомились с поразительным разнообразием жизни в тропиках. Множество видов новых культурных растений Нового Света были внедрены в Старом Свете. Фауна и флора открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации.

Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XVI-XVII веках в биологии, имела важные последствия. Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Во-вторых, накопительная биологическая работа значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В-третьих, важным следствием явилось формирование научной методологии и методики исследования живого. Поиски рациональной, эффективной методологии привели к стремлению использовать в биологии методы точных наук – математики, механики, физики, химии. В русле этих направлений были получены отдельные конструктивные результаты. В-четвертых, следствием накопительной работы является развитие теоретического компонента биологического познания – выработка понятий, категорий, методологических установок, создание первых теоретических концепций, призванных объяснить фундаментальные характеристики живого.

В целом, растительный и животный миры были исследованы лишь в самых общих чертах, биологические объяснения носили механический и поверхностный характер. Биологическое познание еще не выработало в это время своей собственной системы методологических установок.

Астрономия

В эпоху раннего средневековья в Европе господствовала библейская картина мира. Затем она сменилась догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Постепенно накапливавшиеся данные астрономических наблюдений подтачивали основы этой системы. Несовершенство, сложность и запутанность птолемеевской модели становились очевидными. Многочисленные попытки увеличения точности системы Птолемея лишь усложняли ее. Кроме того, эта система страдала несистематичностью: отсутствовало внутреннее единство и целостность. Каждая планета рассматривалась сама по себе, имела собственные законы движения. И к XVI веку назрела острая необходимость разработки новой, более точной и совершенной системы.

Величайшим мыслителем, которому суждено было начать великую революцию в астрономии, был гениальный польский астроном Николай Коперник. Еще в конце XV века, после глубокого изучения основного труда Птолемея, восхищение гением этого античного ученого сменилось сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в геоцентризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономических идей, изучал сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов. Он сумел отказаться от геоцентризма. Движимый идеей внутреннего единства и системности астрономического знания, он искал простоту и гармонию в природе, ключ к объяснению единой сущности многих, кажущихся различными явлений. Результатом этих поисков и стала гелиоцентрическая система мира.

Революционная идея Коперника состояла в том, что не все небесные тела должны вращаться вокруг Земли. Он утверждал, что Земля и планеты обращаются по круговым орбитам вокруг неподвижного Солнца, покоящегося в центре Солнечной системы. Подобно модели Птолемея, теория Коперника работала хорошо, но все же не полностью соответствовала наблюдениям. Ее относительная простота – в сравнении с моделью Птолемея, - должна была сулить быстрый успех, но этого не случилось. Сначала теория Коперника значительно уступала в точности теории Птолемея. Кроме того, гелиоцентрическая модель мира противоречила общепризнанной в то время физике Аристотеля. Понадобились наблюдения Тихо Браге, расчеты Кеплера и эксперименты Галилея, которые опровергли аристотелевскую физику, чтобы теория Коперника могла получить широкой признание.

Лекция 6. Естествознание в эпоху Нового времени.

6.1. Кеплер: три закона планетных движений

6.2. Формирование предпосылок классической механики

6.3. Ньютонианская революция

6.1. Кеплер: три закона планетных движений

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в., когда в 1580 г. в Дании на островке Вен (в 20 км от Копенгагена) построили астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). Инициатором и организатором строительства обсерватории и новых огромных инструментов для астрономических наблюдений (квадранта радиусом 2 м, точность которого доходила до 1/6', секстанта для измерения угловых расстояний между звездами, большого небесного глобуса и др.) был Тихо Браге, датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воинским подвигам, а служению богине Неба — Урании. Первое выдающееся открытие Браге сделал еще в 1572 г., когда, наблюдая за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи, показал, что это вовсе не атмосферное явление (как это следовало из аристотелевой картины мира), а удивительное изменение в сфере звезд (это была вспышка сверхновой). Более двух десятков лет провел Браге в Ураниборге, определяя положение небесных объектов. Удивляет точность его данных, полученных в то время, когда еще не знали телескопов и других оптических инструментов. Так, сравнение с современными данными показало, что средние ошибки при определении положений звезд у него не превышали 1’, а для 21 опорной звезды - даже 40".

Браге был блестящим астрономом-наблюдателем, но не теоретиком. Это мешало ему в полной мере оценить учение Коперника. К счастью, на своем жизненном пути Браге встретил Иоганна К е п л е р а. На смертном одре он завещал Кеплеру все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений, с тем чтобы Кеплер доказал справедливость его, Браге, гипотезы о строении планетной системы. Это завещание не было и не могло быть исполнено. Но Кеплер сделал несравненно более великое открытие - он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил научный подвиг - заложил фундамент новой теоретической астрономии.

После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного материала наблюдений Т. Браге за движением Марса Кеплер в 1605 г. открыл и в 1609 г. опубликовал первые два закона планетных движений (сначала для Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники).

Первый закон утверждал эллиптическую форму орбит и тем разрушал принцип круговых движений в Космосе. Второй закон показывал, что планеты не только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно: скорость движения планеты замедляется с удалением ее от солнца. Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. Он увидел в гелиоцентрической картине движений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Через десять лет после опубликования первых двух законов Кеплер установил (1619) универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их от Солнца — третий закон Кеплера: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Иначе говоря, чем дальше планета расположена от солнца, тем медленнее она движется по орбите. Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце.

Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Он развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца.

Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего. Таким образом, в исследованиях механики неба Кеплер до предела исчерпал возможности современной ему физики. Правильное объяснение того, почему планеты обращаются вокруг Солнца, появилось много позже, когда Исаак Ньютон сформулировал законы, ставшие основой классической механики. Это стало возможным после экспериментов Галилея.