Естествознание эпохи Возрождения и Нового времени
Начиная с 16 века, характер научного прогресса существенно меняется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира. Эти переломные этапы в генезисе научного знания получили наименование научных революций.
Научная революция приводит к формированию совершенно нового видения мира, вызывает появление принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечёт за собой новые способы, методы его познания.
Первая научная революция произошла в эпоху, оставившую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период конца 15-16 веков, ознаменовавший переход от Средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Она характеризовалась возрождением культурных ценностей античности (отсюда и название эпохи), расцветом искусства, утверждением идей гуманизма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессом науки и радикальным изменением миропонимания, которое явилось следствием появления гелиоцентрического учения великого польского астронома Н.Коперника (1473-1543).
В своём труде «Об обращениях небесных сфер» Коперник утверждал, что Земля не является центром мироздания и что «Солнце, как бы восседая на Царском престоле, управляет вращающимся около него семейством светил». Это был конец старой аристотелевской геоцентрической системы мира. На основе большого числа астрономических наблюдений и расчётов Коперник создал новую, гелиоцентрическую систему мира, что явилось первой в истории человечества научной революцией.
Возникло принципиально новое миропонимание, которое исходило из того, что Земля - одна из планет, движущихся вокруг Солнца по круговым орбитам. Совершая обращение вокруг Солнца, земля одновременно вращается и вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звёздного неба. Но гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предполагаемого центра Вселенной. Включив Землю в число небесных тел, которым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчиненном некоторым общим закономерностям единой механики. Тем самым было разрушено догматизированное представление Аристотеля о неподвижном «перводвигателе», якобы приводящем в движение Вселенную.
Коперник показал ограниченность чувственного познания, неспособного отличать то, что нам представляется, от того, что в действительности имеет место (визуально нам кажется, что Солнце «ходит» вокруг Земли). Таким образом, он продемонстрировал слабость принципа объяснения окружающего мира на основе непосредственной видимости и доказал необходимость для науки критического разума.
Учение Коперника подрывало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Последняя исходила из признания центрального положения Земли, что давало основание объявлять находящегося на ней человека центром и высшей целью мироздания. Кроме того, религиозное учение о природе противопоставляло земную материю, объявляемую тленной, преходящей - небесной, которая считалась вечной и неизменной. Однако в свете идей Коперника трудно было представить, почему, будучи «рядовой» планетой, Земля должна принципиально отличаться от других планет.
Католическая церковь не могла согласиться с этими выводами, затрагивающими основы её мировоззрения. Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям. Сам Коперник избежал преследования со стороны католической церкви ввиду своей смерти, случившейся в том же году, в котором был опубликован его главный труд «Об обращениях небесных сфер». В 1616 году этот труд был занесен в папский «Индекс» запрещенных книг, откуда был вычеркнут лишь в 1835 году.
Одним из активных сторонников учения Коперника, поплатившихся жизнью за свои убеждения, был знаменитый итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548-1600). Но он пошел дальше Коперника, отрицая наличие центра Вселенной вообще и отстаивая тезис о бесконечности Вселенной. Бруно говорил о существовании во Вселенной множества тел, подобных Солнцу, и окружающих его планетах. Причём многие из бесчисленного количества миров, считал он, обитаемы и, по сравнению с Землей, «если не больше и не лучше, то во всяком случае не меньше и не хуже».
Инквизиция приговорила Бруно к сожжению на костре. Трагическая гибель Бруно произошла на рубеже двух эпох: эпохи Возрождения и эпохи Нового времени. Последняя охватывает три столетия - 17, 18 и 19 века. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл 17 век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые как Г.Галилей, Кеплер, Ньютон.
Вторая научная революция. В учении Г. Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Решая проблему движения (одна из самых неразрешимых проблем естествознания того времени), Галилей объявил принцип Аристотеля (тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается) ошибочным. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.
Большое значение для становления механики имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения, является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.
Росту научного авторитета Галилея способствовали его астрономические исследования, обосновавшие и утверждавшие гелиоцентрическую систему Коперника. Используя построенные им телескопы, Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и открытий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой планеты Солнечной системы - Юпитера_ Галилей обнаружил 4 спутника. Наблюдения за Луной показали, что её поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрация, т.е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей убедился, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звёзд.
Астрономическим наблюдениям Галилея дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца 16- первой трети 17 века Иоганн Кеплер. Кеплер занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три закона движения планет относительно Солнца. В своём первом законе Кеплер отказывается от коперниковского представления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, проведённый от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите непостоянна и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Третий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от него.
У Кеплера немало открытий, однако главной заслугой его является открытие законов движения планет. Но он не объяснил причины их движения. И это не удивительно, ибо не существовало ещё понятий силы и взаимодействия. В то время из разделов механики была разработана лишь статика - учение о равновесии, а в работах Галилея были сделаны первые шаги в разработке динамики. Но в полной мере динамика - учение о силах и их взаимодействии - была создана лишь позднее И. Ньютоном.
Вторая научная революция завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым был И. Ньютон (1643-1727). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание дифференциального и интегрального исчисления, и важные астрономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов. Самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики.
Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон механики Ньютона - это принцип инерции, впервые сформулированный Галилеем: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. Сущность второго закона механики Ньютона состоит в констатации того факта, что приобретаемое телом под действием какой-то силы ускорение прямо пропорционально этой действующей силе и обратно пропорционально массе тела. Третий закон механики Ньютона - это закон равенства действия и противодействия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны.
Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними. Этот закон явился основой создания небесной механики - науки, изучающей движение тел Солнечной системы.
Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили направление развития естествознания на многие десятилетия вперед. Вместе с тем эти идеи предопределили механические взгляды на материальный мир, которые господствовали в естествознании не только в течение 17-18 веков, но и почти весь 19 век. В целом природа понималась как гигантская механическая система, функционирующая по законам классической механики.
Достижения химии в Новое время.Естествознание 17 века характеризовалось не только революционными достижениями в космологии и механике. В этот период была начата, образно говоря, закладка будущего здания химической науки. Последнее было связано с именем известного английского учёного, физика и химика Роберта Бойля (1627-1691). Как физик он получил известность благодаря открытию «газового закона», устанавливающего зависимость объема газа от давления. Согласно этому закону, произведение удельного объёма газа на его давление есть величина постоянная. Поскольку этот же закон установил, независимо от Бойля, и французский медик Эдм Мариотт (1620-1684), то в историю науки он вошёл под названием закона Бойля-Мариотта.
Одним из первых Бойль описал водород, хотя истинная природа этого газа ему осталась неизвестной. Бойль сумел получить фосфор и некоторые его соединения. Он разработал основы качественного химического анализа «мокрым путём», т.е. в растворах, и ввел применение цветочных отваров в качестве индикаторов на присутствие кислот и щелочей. Им были сформулированы отличительные признаки кислот (растворять вещества, изменять их окраску и т.д.) и установлено, что эти особенности кислот исчезают, если привести их в соприкосновение со щелочами.
Бойль изложил основы корпускулярной теории, дав определение корпускулы как простейшего элемента вещества. Корпускула - это простое тело, которое уже не может быть разделено на другие более простые тела, т.е., другими словами, это предел качественного деления вещества.
Несомненной заслугой Бойля является первое научное толкование понятия химического элемента. Он предложил химико-аналитическое определение элемента и фактически поставил перед химией новую задачу: научиться выделять в чистом виде отдельные вещества и устанавливать их состав, т.е. определять, из каких конкретных частей состоит данное тело и каким комплексом физико-химических свойств оно обладает.