Научные революции в астрономии и механике.

1543 г. Коперник создал гелиоцентрическую модель мира. Сущность: в центре Вселенной находится неподвижное Солнце. Вокруг него по равномерным круговым орбитам вращаются планеты. Каждая планета движется вокруг своего центра, а эти геометрические центры движутся вокруг центра мира, который олицетворяет Солнце. Мир ограничен и сферичен. Движение планет обусловлено божественной силой.

Развитие учения Коперника:

Дж. Бруно (1548-1600): Солнце – центр солнечной системы, но не Вселенной. У Вселенной нет центра. Звезды такие же солнца и имеют свои планетные системы, на которых также возможна разумная жизнь.

Галилео Галилей (1564-1642, итал.). В механике приходит к открытию закона инерции (равномерное и прямолинейное движение, равно как и покой, может существовать при отсутствии всяких сил), который ликвидировал многовековое заблуждение Аристотеля о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Именно Галилей впервые обратил внимание на относительность механического движения, сформулировав свой механический принцип относительности движения (никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно).

В астрономии, первым применив телескоп для изучения небесного сферы, увидел ландшафт Луны (горы и долины), подобные земному; наблюдение замеченных на поверхности Солнца пятен помогло Галилею выяснить, что оно вращается вокруг своей оси. А если Солнце вращается вокруг своей оси, то и Земля может совершать подобные движения; оказалось, что Млечный путь состоит из скопления множества звезд, а не представляет собой туманность, как считалось со времен Аристотеля.

Наблюдая в телескоп планеты, Галилей заметил, что они представляют собой вполне различимые светящиеся диски, тогда как звезды и при самом большом увеличении остаются светящимися точками. Это означает, что звезды находятся на гораздо больших расстояниях от Земли, чем планеты.

Обнаружение четырех спутников у Юпитера в 1610 г., позволило Галилею доказать, что Земля не является единственным центром Вселенной.

И. Кеплер (1571-1630). Открыл три закона движения планет:

1-ый закон: орбита планеты - эллипс, в одном из фокусов которой расположено Солнце.

2-ой закон: скорость движения планеты зависит от ее положения на орбите; движение планет не равномерное.

3-ий закон: выявляет зависимость между периодом обращения планеты вокруг Солнца и ее расстоянием от Солнца.

Открытием своих законов Кеплер положил конец более чем двухтысячелетнему господству догматической веры в совершенство небес и идеи об идеальном круговом движении небесных тел как единственно возможном. Более того, Земля была окончательно «свергнута» со своего пьедестала в центре мироздания.

И. Ньютон (1643-1727). Завершил революцию, открыв свои механические законы движения и закон всемирного тяготения, который объяснил, что удерживает планеты на своих орбитах и что заставляет вращаться их вокруг Солнца - это сила тяготения. Однако природа этой силы осталась неразгаданной. Сам Ньютон упорно отказывался даже от попыток объяснить природу гравитационной силы. Также наряду с Лейбницем он разработал дифференциальное и интегральное исчисление.

3 закона Ньютона:

1-ый закон: всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят этого состояния;

2-ой закон устанавливал зависимость сил действующих на тело, от его ускорения и массы (F=ma), а направление ускорения совпадает с направлением силы;

3-ий закон: действию всегда соответствует противодействие, равное по величине и разнонаправленное.

Первый и второй законы Ньютона окончательно опровергли учение Аристотеля о силе и движении

Локальные революции первого типа в химии.

В химии долго господствовало представление Аристотеля по поводу горения, как распада тел (учение о флогистоне). Где огонь - абсолютно легкая, реальная субстанция, не имеющая тяжести и стремящаяся вверх, т.е. огонь материален. В 18 в. Г. Шталь представлял процесс горения как процесс распада тел: горение тел → оксид + флогистон, который выделяется. Данное учение было основано на веру в видимость.

В 18 в. А. Лавуазье (1772-1787) опровергает учение о флогистоне и создает свою кислородную теорию горения, открыв при этом кислород:

- тела горят только в чистом воздухе;

- «чистый воздух» поглощается при горении;

- увеличение массы сгоревшего тела = уменьшению массы «чистого воздуха»;

- металлы при прокаливании превращаются в оксиды

Т.о., Лавуазье за внешней видимостью процесса горения разглядел внутреннюю сущность.

Пример локальных научных революций 2-го типа.

1. В астрономии выдвижение космогонической гипотезы И. Канта и П. Лапласа. В 1755 г. И. Кант выдвинул идею о том, что солнечная система не возникла в готовом виде в результате творческого акта, а развилась постепенно из холодной, пылевидной туманности в результате присущего ей самой вращательного движения. В итоге в центре образовалось Солнце, а на периферии – планеты, сохранившие вращательное движение. В 1796 г. П. Лаплас предложил гипотезу об образовании солнечной системы из раскаленной вращающейся газовой туманности (лат. небула – туманность). Поэтому их гипотезы назвали небулярной теорией Канта – Лапласа. Т.о., картина природы в астрономии стало подвижной.

2. В химии Дж. Дальтон, взяв за основу массу атома водорода, вычислил массу атомов других элементов и открыл закон кратных отношений (вещества взаимодействуют друг с другом в весовых количествах, выражающихся небольшими целыми числами). Этот закон позволяет с помощью представлений об атомах выяснить причину определенных соотношений элементов в соединениях. Следовательно, химическое взаимодействие – это соединение и разъединение атомов. В 1810 г. Дальтон ввел понятие атомной массы элемента, описал атомы как неделимую частицу и представил атомы одного вещества одинаковыми по форме, массе и другим свойствам.

Эти идеи продолжил И.Я. Берцелиус, который распространил закон кратных отношений на органические вещества и разрушил, тем самым, перегородку между живой и неживой природой. Он также предложил новую модель атома в виде электрического диполя. Он выдвинул гипотезу, согласно которой все атомы разных химических элементов обладают различной электроотрицательность, и расположил их в своеобразный ряд по мере увеличения этой самой электроотрицательности. Тем самым он утверждал о том, что молекула представляет собой не простое нагромождение атомов, а имеет определенную упорядоченную структуру атомов, связанных между собой электростатическими силами.

В 1840 г. фр. Ученый Ш. Жерар показал, что структуры И.Я. Берцелиуса справедливы не во всех случаях; есть масса веществ, молекулы которых невозможно разложить на отдельные атомы под действием электрического тока, они представляют собой как бы единую целую систему. И именно такую систему Ш. Жерар предлагал называть молекулой. Он также разработал теорию типов органических соединений, введя понятие «гомологичные ряды» и «гомология». Он показал, что это общая закономерность для органических соединений.

В 1861 г. А.М. Бутлеров создал теорию строения органических веществ, установив при этом энергетическую неравноценность разных химических связей (пр.: С-С, С=С, С≡С). его теория указала на причины активности одних веществ и пассивности других; на наличие активных центров и активных группировок в структуре молекул.

Завершил научную революцию 2-го типа в химии Д.И. Менделеев, открыв в 1869 г. периодический закон элементов: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома. Тем самым устранил разницу между физическими и химическими явлениями природы.

Результатом 2-х революций явилось появление 3-х великих открытий:

1. Закон сохранения и превращения энергии, который открыл М. В. Ломоносов. Этот закон разрушил представления о существовании различного рода флюидов. Все флюиды были признаны разными формами энергии, т.е. разные проявления одного и того же движения. Все физические явления стали рассматриваться в комплексе, т.е. взаимосвязано.

2. Эволюционное учение Дарвина, который в 1859 г., вскрыв механизм эволюции, установил непрерывность движущих сил развития живой материи. По Дарвину, движущей силой возникновения новых видов являются естественный отбор, наследственность и изменчивость.

3. Клеточная теория Шлейдена и Шванна, которая ликвидировала разрыв между растениями и животными. Согласно этой теории структурной единицей всех организмов является клетка. Она же является общей, исходной формой возникновения и развития жизни.

Пример локальных научных революций 3-го типа.

В 1905 г. А. Эйнштейн опубликовал работу, посвященную специальной теории относительности. Она основана на 2-х постулатах:

1) На принципе относительности: все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу в отношении поставленных в них любых физических экспериментов, следовательно, равномерное и прямолинейное движение такой системы никак не отражается на результате проводимых в ней опытов, если она не ускоряется и не вращается. Этот принцип устранил различия в проявлении законов механики и электродинамики при переходе в другие инерциальные системы отсчета, и отбросили как не нужную идею о неподвижном эфире ньютоновского абсолютного пространства.

2) Скорость света является постоянной во всех инерциальных системах отсчет, т.е. является постоянной величиной и равна 300 тыс. км/с. ключевой момент специальной теории относительности состоит в том, что никакую информацию нельзя передать быстрее скорости света, иначе нарушается фундаментальный закон причинности: причина всегда предшествует следствию.

В 1907 г. Минковский предположил, что все события во Вселенной должны происходить в 4-х мерном пространстве - времени. С тех пор законы природы записываются в 4-х мерном виде.

В общей теории относительности, которую А. Эйнштейн опубликовал в 1916 г., объяснялась природа тяготения, которая является следствием геометрических свойств пространства – времени вблизи массивных тел. Это происходит потому, что лучи света и частицы двигаются в пространстве – времени самым коротким путем – по геодезической линии (дуге). Следовательно, чем массивнее тело и выше его плотность, тем больше оно искривляет окружающее его пространство – время, и тем большую силу притяжения испытывают соседние тела.