Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

Альфонсо X, Кастильский (~ 1260 г.) приказал своей школе навигаторов составить новые таблицы для предсказания движений небесных тел. Эти таблицы были составлены, отпечатаны лет через 200, и ими пользовались еще сотню лет. Ходили слухи, что когда Альфонсо Кастильскому впервые объяснили сложную систему Птолемея, он сказал, что если бы при сотворении мира посоветовались с ним, он сделал бы все значительно проще и лучше.

Ученые провели дополнительные измерения, и система Птолемея была усовершенствована с математической точки зрения, но даже в эпоху раннего Возрождения гелиоцентрическая гипотеза не рассматривалась серьезно до тех пор, пока Коперник не написал свою знаменитую книгу. Через все времена с эпохи Возрождения и до наших дней великая плеяда ученых создавала механику от туманных средневековых воззрений до современного состояния точной и совершенной науки, используя при этом Солнечную систему (а позднее атом) как огромную лабораторию, в которой отсутствует трение. Нас интересуют не только достижения этих ученых в области физики, но и взаимоотношение их деятельности с жизнью и воззрениями других людей. Поэтому мы дадим не только описание их деятельности, но и краткие биографии.

Сначала приведем краткие справки, демонстрирующие вклад каждого из них в науку. (В этих характеристиках, как и прежде, мы указываем не даты рождения или смерти, а те годы, когда данному лицу было около 40 лет.)

Николай Коперник (~1510 г.). Предполагал, что гелиоцентрическая система планет проще птолемеевой. Написал большую книгу, в которой подробно обосновал такую систему, вычислил ее размеры и прочее. После его смерти эта точка зрения получила дальнейшее распространение и развитие, но еще долгое время не была общепризнанной.

Тихо Браге (~1580 г.). Горя желанием узнать как можно больше о планетах, стал блестящим наблюдателем, гениальным изобретателем точных приборов. Построил первую большую обсерваторию. Знал о гипотезе Коперника, но не принимал ее целиком; не особенно увлекался теорией. Составил значительно более точные таблицы планет, чем те, которые существовали до него, их впоследствии дополнил и опубликовал Кеплер.

Иоганн Кеплер (~1610 г.). Прекрасный математик, обладавший тонкой научной интуицией и твердой верой в то, что в основе явлений природы лежат простые правила. Пользуясь наблюдениями своего учителя Тихо Браге, вывел три основных закона движения планет. Однако не смог дать надлежащего объяснения этим законам.

Галилео Галилей (~1610 г.). Провел эксперименты и создал научные основы механики и астрономии. К ужасу классических философов, пренебрегая грозившей ему лично опасностью, провозгласил необходимость твердо держаться эксперимента. С помощью изобретенного им телескопа подтвердил правильность теории Коперника, которую страстно защищал, пока не стал жертвой инквизиции.

Рене Декарт (~1640 г.). Этот французский философ описал картину строения Вселенной, выведенную из общих принципов, которые, по его мнению, созданы богом. Возражал против представления о вакууме и считал, что пространство заполнено вращающимися вихрями, увлекающими за собой планеты. Величайшим вкладом в науку явилось введение в геометрии прямоугольной системы координат: применение графиков позволило связать алгебру с геометрией; заложил основы дифференциального исчисления. Начиная с XVII века создавались большие научные общества для обмена знаниями и стала свободно развиваться наука, основанная на экспериментах.

Исаак Ньютон (~1680 г.). Собрал результаты, полученные до него Галилеем и другими учеными, и сформулировал «законы», суммирующие экспериментальные факты и связывающие массу, движение и силу. Развил понятие силы тяготения, установив закон всемирного тяготения, согласно которому все тела притягиваются друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними; показал, что на основе этого закона можно объяснить движение Луны, три закона Кеплера, приливы и отливы и т. п. Таким образом построил великую дедуктивную теорию. В ходе этого ему пришлось в качестве математического аппарата создать основы дифференциального исчисления. Проводил эксперименты и создавал теории и в других областях физики, особенно в оптике.

В течение следующих двух столетий теория тяготения разрабатывалась математиками и физиками, в том числе французскими математиками Жозефом Лагранжем и Пьером Лапласом, по очень незначительному гравитационному действию на другие планеты была открыта новая планета.

Альберт Эйнштейн в начале этого столетия предложил видоизменить и иначе интерпретировать законы механики. Эти изменения, не разрушая представлений Ньютона, позволили объяснить, например, непонятное ранее малое движение перигелия планеты Меркурий или же поведение очень быстро движущихся атомов. Теория относительности не только изменила «рабочие правила» механики; ее огромное значение в том, что она бросает свет на соотношение между экспериментом и теорией, объясняя многие факты, остававшиеся ранее непонятными даже для самых выдающихся ученых.