Волчкова В. Б., Хунджуа А. Г.
Науковий метод має строго певні «правила» побудови будь-якої науки. Кожна наука має предмет вивчення і справедлива лише в певних межах. Створення спрощеної моделі будь-якого явища - необхідність. Без спрощень, створення певної моделі явища неможливо здійснити його кількісну оцінку. Будівля внутрішньо несуперечливої теорії можна звести лише на фундаменті чітко обумовлених постулатів, припущень. Сучасні прилади, більш досконалі, ніж ті, якими користувалися Галілей і Ньютон, дозволяють підвищити точність вимірювань і розширюють межі досліджуваного. Але закон всесвітнього тяжіння, встановлений Ньютоном, як узагальнення відомих експериментальних фактів, не зазнав змін, також як і закон падіння тіл, відкритий Галілеєм. Закони руху планет не змінилися, планети Нептун і Плутон були відкриті саме внаслідок справедливості теорії, в основі якої лежить закон всесвітнього тяжіння. Саме в цьому принципова їхня відмінність від, наприклад, діаграми Герцшпрунга-Рессела, що ілюструє «еволюцію» зірок. Не кажучи вже про те, що далеко не всі зірки «укладаються» в цю діаграму, вона базується на знанні маси зірок, яку неможливо виміряти прямими методами, і на будь-коли спостерігалися експериментально перетвореннях зірочок одного типу в інші. Тобто являє собою наукоподібний вигадка, або більш м'яко кажучи неперевірену і непроверяемую гіпотезу. Тим не менш, вона (діаграма) прикрашає форзаци підручників астрономії, вкладаючи в голови школярів все ті ж еволюційні ідеї.
У чому тут справа? У бажанні переконати! До науки такі методи відношення не мають!
Сучасна наука, що розвивається за своїми об'єктивними законами, досягла величезних результатів, про що свідчать досягнення техніки. Прикладна наука базується на фундаментальній, яка в свою чергу розширює свої можливості за рахунок створення і впровадження нових більш досконалих приладів і навіть методів дослідження. Це об'єктивна реальність. Але не можна не розуміти, що можливості науки в пізнанні світу обмежені, про що говорилося раніше. І будь-який вихід за межі веде до помилки. На жаль, бажання переконати в деяких випадках виявляється сильніше, ніж наукова достовірність. Підручник з астрономії - яскравий приклад строкатої суміші з наукових фактів і «сміливих гіпотез».
Галілео Галілей
Галілео Галілей народився 15 лютого 1564 в Пізі в збіднілій дворянській родині, а помер 3 січня 1642 в Арчетрі. Похований він у Флоренції поруч з Мікеланджело Буанаротті і Данте Аліг'єрі. Ученим треба народитися, заняття наукою для великих людей це не професія, а спосіб життя. Тому слова Вінченцо Вівіані (1622 - 1703), учня Галілея про те, що Галілей відкрив закон сталості періоду хитання маятника, спостерігаючи розгойдування лампади в Пізанського соборі і вимірюючи час по биттю власного пульсу, безумовно справедливі (хоча скептики вважають це легендою).
Батько майбутнього вченого був видатним теоретиком музики і математиком. Підлітком, в монастирській школі у Флоренції, Галілей вперше познайомився з працями грецьких та латинських авторів. У 1581 р. Галілей почав навчатися медицині в Пізанського університету. Там він самостійно вивчає фізику Аристотеля, твори Евкліда і Архімеда. У 1589 р. він був вже призначений професором в Пізанський університет, і відразу ж проявляє незалежність свого мислення. У трактаті «Про рух», написаному по-латині, він спростовує пануюче в науці думка Аристотеля про порожнечу і про теорію руху, підтримуваного повітрям. Якщо середовищем, пише Галілей, в якій рухаються тіла, є не повітря, а вода, то деякі тіла, наприклад дерево, стають легкими і змінюють напрямок свого руху. Отже, рухаються вони вгору або вниз залежить від їх питомої ваги по відношенню до навколишнього середовища. Крім того, в присутності учнів Аристотеля (перипатетиків) Галілей довів з великою урочистістю в дослідах на Пізанської вежі, що швидкість падаючих тіл не залежить від їхньої ваги. Ці досліди стали «класичними» і були повторені багатьма дослідниками природи: Д.Б. Бальяні, В. Раньєрі, і т. д. До пізанською періоду відносяться і винахід «біланчетти» - гідравлічних ваг для вимірювання густини твердих тіл, і дослідження центрів тяжіння, яке принесло Галілею славу досвідченого геометра. Але, як це часто буває в житті, все це викликало недоброзичливе ставлення до вченого, тому він почав шукати собі більш зручне місце.
У 1592 р. Галілей отримав місце професора математики в Падуанському університеті, де він пробув 18 років; ці роки були найбільш спокійні та продуктивні в його бурхливого життя. Галілей читав лекції з геометрії, астрономії, механіки для теологів, філософів і медиків. У цей період був складений трактат «Про механічної науці і про користь, яку можна витягти з механічних інструментів». Крім того, до цього періоду відноситься і досвід з термоскопом - прообразом термометра. До Галілея сама можливість вимірювання ступеня тепла і холоду здавалася неймовірною, так як холод і тепло представлялися різними властивостями, перемішаними в матерії.
Поділ властивостей на первинні і вторинні - характерна особливість наукової позиції Галілея, за що він і піддавався критиці, котра звинувачує його у філософському дуалізм. Аналогічної позиції дотримувався і Демокріт, якого Галілей цитував у своїх роботах.
У кінці 1608 початку 1609 р. у Венеції поширилися чутки про винахід підзорної труби. Галілей в цей час в області оптики мав слабку підготовку, тим не менш, він взявся за виготовлення цього інструменту. Талант вченого і спостережливість (відвідування скляних майстерень свого друга Маганьяті в Мурано) дозволили Галілею і в цій області досягти успіху, і про це він розповів в «Зоряному віснику». Безумовно, винахід Галілеєм телескопа (хоча початкове його збільшення становило 3, а потім 32) колосально розширило можливості вивчення навколишнього світу. Галілей виявив у хмарах Чумацького шляху збіговисько зірок, які раніше здавалися маленькими молочним плямами. Згодом він вивчив поверхні Місяця і Сонця (виявив сонячні плями, довів, що Сонце обертається навколо своєї осі), відкрив супутники в Юпітера і фази у Венери, пояснив «попелясте світло" Місяця, показав, що Місяць, Земля і всі планети світять відбитим світлом . Крім того, Галілей переконався у правдивості геліоцентричної системи світу Коперника.
Гучна слава, яку приніс Галілею його «Зоряний вісник», дозволила йому зайняти місце першого математика Пізанського університету без зобов'язання жити там і читати лекції. Тому Галілей оселився в Арчетрі, біля Флоренції. Там він продовжив свої астрономічні спостереження і фізичні дослідження. Було показано різними способами, що повітря має вагу (це стверджував і Арістотель, але його коментатори вважали за потрібне виправити цю думку!). Галілей отримав співвідношення питомої ваги повітря до питомої ваги води 1:400. Сучасні йому критики знайшли експериментальне мистецтво вченого дуже незначним, а нам, враховуючи експериментальні можливості того часу, ця точність здається чудовою. Більш точне значення було отримано через півстоліття Бойл, який вже мав на той час пневматичний насос.
У 1632 р. у Флоренції вийшов знаменитий працю Галілея «Діалог про дві найголовніші системи світу - Птоломеєвої і коперниковой». Цей твір складається з чотирьох діалогів, кожен з яких вважається відбувалися протягом одного дня. У діалозі беруть участь три людини, одна з яких представляє самого Галілея, інший (перипатетик) захищає філософію послідовників Арістотеля, третій - освічена людина зі здоровим глуздом, який начебто є неупередженим суддею. «День перший» присвячений головним чином обговоренню вчення про незмінність і нетлінності небесного світу, зокрема, сонячним плям, гористій поверхні Місяця. При цьому другий співрозмовник заперечує всі наукові досягнення і відкриття. «День другий» присвячений, в основному, обговорення питання про рух Землі. Тут закладаються основи сучасної динаміки: принцип інерції і класичний принцип відносності. Принцип інерції доводиться за допомогою міркування, що нагадує доказ «від протилежного» у математиці. Принцип відносності Галілея (або перетворення Галілея) не втратив свого величезного значення і в наш час, зайнявши міцне і почесне місце в класичній фізиці. «Неквапливо і докладно описує великий учений свій принцип: відчуйте їх з ким-небудь з друзів в просторе приміщення під палубою корабля, запасіться мухами, метеликами та іншими комахами, хай у вас буде посудину з плаваючими рибками; підвісьте нагорі відерце, з якого вода буде капати крапля за краплею в іншу посудину з вузькою шийкою, поставлений внизу. Поки корабель стоїть нерухомо, спостерігайте старанно! ... Хоча у вас не виникає сумніву, що корабель стоїть нерухомо. Примусьте тепер корабель рухатися з будь-якою швидкістю (тільки без поштовхів і качки) так само риби плаватимуть байдуже в будь-яких напряму, комахи літати з однієї і тією швидкістю в різні боки, краплі падати у вузький отвір, як і раніше! У всіх названих явищах ви не знайдете ні найменшої зміни! І причина узгодженості всіх цих явищ у тому, що рух корабля загально усім, хто знаходиться в ньому предметів ...». Краще не скажеш! Сучасна мова лаконічніше і «переведений» на мову математики: принцип відносності означає інваріантність законів механіки по відношенню до перетворень Галілея, але некваплива «музика» першотвору захоплює і сьогодні.
«День третій» починається тривалої дискусією про нову зірку 1604 Потім розмова переходить на головну тему - про річному русі Землі. Спостереження руху планет, фаз Венери, супутників Юпітера, сонячних плям - всі ці аргументи дозволяють Галілею показати невідповідність вчення Аристотеля даними астрономічних спостережень і обгрунтувати можливість геліоцентричної системи світу і з геометричною і з динамічної точок зору.
«День четвертий» присвячений морським припливи і відпливи, які Галілей помилково пов'язує з рухом Землі, хоча в той час вже існувала гіпотеза про виникнення припливів і відливів під дією Місяця і Сонця. Дія Місяця і Сонця в даному випадку вчений вважав «окультних властивістю тяжіння небесних тіл» і не поділяв його.
Опублікування «Діалогу» - джерела нещасть всього наступного життя - знаменна подія в історії всієї людської думки. Боротьба світоглядів - боротьба не на життя, а на смерть!
Наступний великий труд «Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, що відносяться до механіки і місцевим руху», який сам Галілей справедливо називав шедевром, був опублікований в Лейдені у 1638 р. У ньому було наведено систематичний виклад усіх відкриттів Галілея в галузі механіки . Робота так само написана в формі діалогу тих же учасників. Але загальний тон роботи більш спокійний, наче вже не існує супротивників - прихильників ідей Аристотеля, і перемогло новий світогляд.
«День перший» починається з дискусії про швидкість світла. Фактично досвід, описаний в цій роботі, повторив Фізо через 250 років. Галілей в той час не зумів провести цей складний експеримент, але його заслуга в постановці цієї експериментальної і теоретичної задачі безперечна. Далі розглядаються проблеми руху, вивчаються коливання маятників, обговорюються акустичні явища: отримання звуку з допомогою коливань, частота яких визначає висоту тону звуку, хвильовий поширення в повітрі, явище резонансу, акустичні інтервали. Таким чином, Галілей заклав основи сучасної акустики.
«День другий» присвячений опору матеріалів при різних способах впливу на них. І хоча ці міркування не мають в даний час практичного застосування, їх наукова цінність, як прообразу науки про опір матеріалів безперечна. Наступний етап, що переходить у третій і четвертий дні, - динаміка. Урочисто звучить фраза - «про предмет найдавнішому створюємо науку новітню». Коротко розглядається рівномірний рух, докладно і цікаво розглядається прискорений рух. Розглядаються закони пропорційність швидкості падіння і часу падіння, і формулюється принцип (названий згодом принципом Торрічеллі) про рух центру тяжіння механічної системи. Крім того, виконані оригінальні роботи по руху тіл по похилій площині і про рух «кинутих» тел. Вперше показується, що в цьому випадку траєкторія руху - парабола, доводиться цілий ряд теорем.
Хронологічний метод викладу, що застосовувався до цих пір, дозволив показати глибину і широту наукових інтересів і фундаментальних відкриттів Галілея. Але, може бути, ще важливіше новий спосіб мислення, який ввів Галілей при дослідженні природи.
Коли говорять, що Галілей був засновником експериментального методу, то це слід розуміти не просто як застосування експерименту для пізнання природи (в грубій формі досліди ставилися ще з часів античності), але як певної філософської концепції, що полягає у неупередженості оцінок і обов'язкової перевірки істинності результату. Тобто те, що ми зараз називаємо наукової достовірністю та наукової сумлінністю (від слова совість).
Таким чином, завдання фізика - придумати експеримент, повторити його кілька разів, виключивши або зменшивши вплив збурюючих факторів, вловити в неточних (так як точність будь-якого досвіду, залежить від його методики, і «абсолютно» точних результатів не може бути) експериментальних даних математичні закони, зв'язують величини, що характеризують явище, передбачити нові експерименти для підтвердження - у межах експериментальних можливостей - сформульованих законів, і, знайшовши підтвердження, йти далі з допомогою дедуктивного методу і знайти нові слідства з цих законів, у свою чергу підлягають перевірці. (Деякі філософи, чисто теоретично розробляли експериментальні методи, яким жоден фізик ніколи не дотримувався.)
Галілей ніде не дає абстрактного викладу свого експериментального методу. Весь цей підхід дано в конкретному додатку до дослідження окремих явищ природи. В усіх його вишукуваннях можна виділити чотири моменти. Перший - це чуттєвий досвід, що привертає нашу увагу до вивчення природи, але не встановлює її закони. Другий - аксіома чи робоча гіпотеза. У цьому центральний момент - момент творчого осмислення побаченого, схожий з інтуїцією художника, що не піддається теоретичному обгрунтуванню. Третій - математичне розвиток - знаходження логічних закономірностей і наслідків. Четвертий - досвідчена перевірка як вищий критерій всього шляху розвитку.
Така особистість, як Галілей, спонукуваний настільки різноманітними мотивами, настільки вільний від вантажу традицій, не може бути втиснута в якусь жорстку схему. Питання про філософські переконання Галілея обговорювалося і обговорюється і зараз. Його називали і послідовником Платона, і Демокріта, і Канта, і позитивістом і т.д. Сам він на обкладинці зібрання своїх творів хотів бачити слова «Звідси стане зрозумілим на незліченних прикладах, як корисна математика у висновках, що стосуються того, що пропонує нам природа і наскільки неможлива справжня філософія без допомоги геометрії, відповідно до істини, проголошеної Платоном».
Список літератури
1. Маріо Льоцці. Історія фізики. Москва, Мир, 1970. -464 С.
2. М. Лауе. Історія фізики. Москва., Держ. вид-во техніко-теоретичної літератури, 1956. -230 С.
3. А.І. Єремєєва., Ф.А. Цицин. Історія астрономії. Москва, Вид-во МГУ.1989. -349с.