Учебный элемент 3
Научная революция XVI-XVII веков Учебные цели обучения.
Студент должен знать: мировоззренческие и научно-исследовательские проблемы, которые выдвинула перед наукой система Коперника; методологию Френсиса Бэкона и Рене Декарта; метод Галилея; работы Торричелли, Паскаля, Герике, Гильберта, Р.Бойля, Гюйгенса, Гука.
Студент должен уметь характеризовать: особенности общественного развития, экономики и идеологии периода начала Нового времени; мировоззрение Д.Бруно; астрономические наблюдения Тихо Браге и теорию движения планет И.Кеплера; особенности науки Нового времени как формы общественного сознания и непосредственной производительной силы; принципы Ферма и Мопертюи.
Студент должен уметь анализировать: проблему соответствия между сущностью движения и его восприятием; сущность и роль гелиоцентрической концепции Коперника; сущность натурфилософии Декарта; механику Галилея как физическое обоснование гелиоцентрической концепции Коперника и критику аристотелевской метафизики; сущность корпускулярной и волновой концепций света.
Гелиоцентрическая концепция коперника
Как было рассмотрено ранее, эпоха Возрождения создала предпосылки для начала научной революции, которое было положено Николаем Коперником (1473-1543).
Научная деятельность польского ученого Коперника была весьма многосторонней, но наибольшее влечение он испытывал к астрономии. Еще в Италии он стал противником укоренившихся взглядов на строение вселенной и на основе изучения движения небесных светил пришел к необходимости новой, гелиоцентрической системы мира.
В 1506-1507 гг. Коперник задумал написать сочинение о новой системе мира и вскоре составил «Малый комментарий Николая Коперника к его гипотезам небесных движений». В этом небольшом сочинении в виде гипотез излагались основы новой теории. Оно не было напечатано, но было известно в Европе и вызвало отрицательную реакцию со стороны церковников. Это заставило Коперника воздержаться от опубликования уже готового к печати нового труда «Об обращении небесных кругов», в котором уже в систематической форме, основываясь на богатом фактическом материале, излагал он новую систему мира. Только в 1542 г. Коперник решился напечатать свой главный труд, а в 1543 г., перед смертью, он увидел первый печатный экземпляр своего сочинения.
Сочинение Коперника состоит из шести книг. В самой главной - первой книге - Коперник излагает новую, гелиоцентрическую систему мира и дает ей обоснование. Во второй книге излагается сферическая астрономия и дается каталог звезд. Третья, четвертая, пятая и шестая книги посвящены рассмотрению движений планет, Земли и Луны на основе новой системы мира.
Согласно Копернику, по сравнению с Землей вселенная необъятна. «Небо по сравнению с Землей необъятно, — пишет он. — Земля, по оценке нашими чувствами, относится к небу, как точка к телу или конечное по величине к бесконечному». Земля не есть центр вселенной; таким центром является Солнце; оно неподвижно. Вокруг Солнца как вокруг центра, по круговым орбитам вращаются планеты, в том числе и Земля. Порядок планет следующий: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн. За Сатурном на огромном расстоянии следует сфера неподвижных звезд. Ею, по Копернику, заканчивается вселенная. Все небесные тела, подобно Земле, обладают сферической формой, сама вселенная шарообразна. Земля совершает годичное движение по круговой орбите вокруг Солнца и суточное движение вокруг своей оси в 24 часа. Луна является спутником Земли и вращается по круговой орбите, но не вокруг Солнца, а вокруг Земли (рис.5).
Таковы основные черты гелиоцентрической системы Коперника. В ней еще не все правильно: нет ясной идеи о бесконечности вселенной, о существовании в ней бесконечного числа систем, подобных солнечной. Утверждая, что «небо необъятно», Коперник замыкает вселенную сферой неподвижных звезд, считает, что Солнце неподвижно и является центром шарообразной вселенной. Орбиты планет, по Копернику, строго круговые, а не эллиптические. Но эти непоследовательности нисколько не умаляют великой заслуги Коперника; они были устранены последующим развитием науки, а система Коперника в главных свои чертах до сих пор лежит в основе наших представлений о солнечной системе. Поэтому на памятнике Копернику начертаны слова: «Solis stator, terrae motor» («Остановил Солнце, сдвинул Землю»).
Ломая старые, увековеченные представления о мире, Коперник, конечно, не просто провозглашал новую систему мироздания, но и обосновывал ее,
Один из существенных аргументов в пользу своей системы мира Коперник видел в том, что она легко объясняла все особенности видимых движений небесных тел, чего никак не могла сделать система Птолемея, последователи которой вынуждены были для объяснения отдельных особенностей движения небесных тел прибегать к чрезвычайно искусственным гипотезам, вводя всевозможного рода эксцентрики и эпициклы. Искусственность такого объяснения уже давно чувствовалась, и это даже привело некоторых астрономов и философов к некоторому подобию агностицизма. Наиболее гениальные умы: Бируни на Востоке, Николай Кузанский, Леонардо да Винчи в Европе - высказывали идеи о необходимости коренного пересмотра представлений о вселенной. Но только Коперник решился на такой пересмотр, опроверг Птолемееву систему и установил гелиоцентрическую систему мира.
Рис. 5. Система мира Коперника.
В своих сочинениях Коперник показал, что его система легко и просто объясняет и основные черты видимого движения небесных светил, и их детали без привлечения дополнительных гипотез. В этом он и видел, прежде всего, одно из важных доказательств истинности своей системы.
Утверждение новой системы мира предполагало отказ от многовекового авторитета Аристотеля и Птолемея. Даже отвлекаясь от факта канонизации их теорий христианской церковью, заявление Н. Коперника о том, что в течение двух тысячелетий все без исключения ученые-астрономы в своих исследованиях фактически опирались на неверную теорию, не подозревая об этом, было очень смелым. Вынесение подобного приговора своим товарищам по научному цеху потребовало от ученого огромного мужества и, что самое главное, глубочайшей убежденности в своей правоте.
И того и другого у Коперника было, по-видимому, в достатке. Напомним, что проведенные по новой теории расчеты движения светил далеко не всегда давали хорошее совпадение с результатами экспериментов. Причиной тому было использование в теории круговых орбит планет и их спутников. Лишь позже, когда Иоганн Кеплер показал, что эти орбиты являются эллиптическими, согласие с данными наблюдений было достигнуто. Коперник не мог знать об этом, но колоссальная научная интуиция позволила ему преодолеть мнимое несоответствие эксперимента и развиваемой теории.
Возможно, тот факт, что совпадение теории Коперника с данными наблюдательной астрономии было в ряде случаев хуже по сравнению с расчетами по птолемеевой теории, явился причиной того, что первоначально книга Коперника не была запрещена. Автор предисловия богослов Осиандер представлял теорию Коперника не как теорию строения реально существующего мира, а лишь как удачную форму описания, как наиболее простой метод решения задач на вычисление движения планет. По мнению Осиандера, астрономия не способна дать картину действительного строения вселенной, ее задача заключается в установлении гипотез, которые могут быть одинаково и правильными, и ложными. От астрономических теорий требуется лишь, чтобы с их помощью можно было производить правильные вычисления. Истинное знание вселенной может быть достигнуто только с помощью божественного откровения.
Однако, сам Коперник излагал свою систему мироздания именно как систему действительного реального строения вселенной и происходящих в ней движений. Именно так рассматривали эту систему передовые люди того времени. Поэтому учение Коперника явилось основным объектом, вокруг которого развернулась ожесточенная борьба науки и церкви.
Суть предложенной Коперником гелиоцентрической системы мира в том, что она разрушила господствовавшую концепцию, согласно которой Земля являлась центром Вселенной. Эти идеи декларировали отказ от главенствующего положения человека в системе мироздания. Если Земля не является центром Вселенной, то и живущий на ней человек не может претендовать на роль главного и единственного существа, для которого создан Богом весь мир. Человек — вовсе не венец творения, он лишь часть этого мира, и его роль во Вселенной необходимо определить заново. Такая позиция ученого, конечно же, противоречила вековой христианской традиции, и христианин Коперник должен был сделать свой трудный выбор между догмой и истиной, такой, какой она ему представлялась. Он сделал выбор, опубликовав свою знаменитую книгу.
Николай Коперник прекрасно понимал «крамольность» своих идей. Возможно, именно поэтому он так медлил с публикацией сочинения и сделал это только в самом конце жизни, когда уже небесный, а не земной, человеческий, суд, должен был определить, прав он или не прав.
Кроме утверждения нового мировоззрения, теория Коперника включала в себя идею о познаваемости мира на основе практического опыта, без привлечения божественного откровения.
Концепция Коперника поставила проблему соответствия между сущностью движения и его восприятием. В основу решения проблемы Коперником был положен тезис «относительности восприятия». Подобно Кузанскому, Коперник говорил: «Всякое видимое изменение положения происходит вследствие движения наблюдаемого предмета или наблюдателя или же вследствие перемещения, разумеется, не одинакового, их обоих. Ибо при равном движении того и другого, т. е. наблюдаемого и наблюдателя, в одном и том же направлении, движение незаметно».
Согласно этому принципу относительности движения наблюдатель на Земле может воспринимать свое движение как движение небесных светил, хотя в действительности движется он сам. «Почему нам не отнести видимость суточного вращения к небу, а его действительность к Земле? — пишет Коперник. И это происходит так же, как говорил вергилиев Эней: «В море из порта идем, и отходят и земли и грады». Потому что когда корабль идет по спокойной воде, все, что находится вне его, представляется морякам движущимся в соответствии с движением корабля; сами же они со всем, с ними находящимся, будто бы стоят на месте. Это же, без сомнения, может происходить и при движении Земли, так что можно придти к мнению, будто вращается вся Вселенная».
Но принцип относительности является не просто кинематическим принципом. Этого Коперник еще не раскрывает, и хотя он, говоря об ощущениях мореплавателей на корабле, замечает, что движение корабля должно быть «спокойным», тем не менее, в общей формулировке, приведенной выше, он не касается динамической стороны этого принципа. Однако динамическая сторона принципа не совсем ускользает от Коперника. Опровергая возражения Птолемея и его последователей, направленные против признания движения Земли, Коперник вынужден коснуться вопроса, почему земные предметы не разлетаются при вращении Земли, почему облака, например, следуют ее движению, почему тела на вращающейся Земле падают отвесно, а не отлетают с огромной скоростью в сторону. Для объяснения этих явлений, казавшихся неопровержимыми аргументами против признания движения Земли, Коперник предлагает признать естественным движением не только движение тяжелых тел к центру Земли, но и их совместное движение с движением Земли вообще. Они — земные тела — составляют единое целое с самой Землей, и если для Земли ее движение является естественным, то и движение связанных с ней земных тел также естественно.
«То, что происходит естественным путем,— говорит Коперник, — пребывает в совершенной целости и сохранности. Поэтому Птолемей напрасно опасается рассеяния Земли и всего земного при вращении, происходящем силою природы, совершенно отличною от силы искусственной или могущей быть созданной человеческим умом».
Здесь Коперник еще не покончил с учением Аристотеля, признавая деление движений на «естественные» и «насильственные». Не зная законов динамики, он выступает против Аристотеля, основываясь на его же принципах. Однако принцип относительности восприятия положил начало пониманию человеком, что не всегда следует принимать непосредственную видимость за истину. Сущность вещей должна быть понята с помощью абстрактного, отвлеченного мышления.
Таким образом, было достигнуто понимание того, что важны не столько сами факты, сколько их осмысление. Это означало, что насущной задачей стала необходимость перейти от прежнего живого созерцания к абстрактному мышлению.
Гелиоцентрическая концепция Коперника явилась важной научно-исследовательской программой, поставившей ряд проблем. Первая включала философское осмысление новых идей, принятие нового мировоззрения, отказ от старой парадигмы, преодоление инерции мышления тогдашних людей, прежде всего ученых, ломка установившихся традиций, освященных церковью. Теорию Коперника не принимали ведущие умы той эпохи — Мартин Лютер, Тихо Браге, Френсис Бэкон. Отрицательно относилась к ней и католическая церковь. Нужна была активная пропаганда научных и связанных с ними философских идей, чему в значительной степени способствовал Джордано Бруно.
Забегая вперед, можно заметить, что новое, научное мировоззрение, основы которого были заложены трудами Коперника и его последователей, связано с переосмыслением места человека во Вселенной. Первый шаг был сделан Коперником, который разрушил представление о Земле как центре мироздания. Следующий шаг – Лайелем, который разрушил представление о божественном происхождении Земли в своем труде «Основы геологии» (1830). По Лайелю, история Земли не следствие божественной воли, а естественный процесс, происходящий в соответствии с законами природы. Последний шаг научной революции естествознания был сделан Ч. Дарвином в трудах «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) и «Происхождение человека и половой отбор» (1871), которые разрушили последнюю крепость сверхъестественного, показав, что все организмы, включая человека, обязаны своим существованием естественным процессам. Таком образом, астроном Коперник отверг парадигму о Земле как центре Вселенной, геолог Лайель опроверг парадигму о божественном происхождении Земли, биолог Дарвин разрушил парадигму о божественном происхождении человека.
Второй проблемой, которую выдвинула перед наукой система Коперника, была систематизация научных исследований и наблюдений, результаты которых можно адекватно сравнивать с теорией. Необходимо было экспериментально проверить теорию Коперника, выявить причины ее некоторого расхождения с экспериментом, уточнить детали теории. Для этого надо было иметь усовершенствованную наблюдательную и вычислительную технику – ее надо было создавать, ибо традиционные наблюдения невооруженным глазом с помощью визиров, угломеров невысокой точности, и обычная арифметическая техника (без десятичных дробей и логарифмов) не соответствовали данной задаче. Решение данной проблемы было связано с именем Тихо Браге.
Датский астроном Тихо Браге формально не признавал теории Коперника, однако сделал очень много для ее экспериментального обоснования. Занимаясь наблюдательной астрономией, он собрал гигантский фактический материал, который затем был использован его великим учеником Иоганном Кеплером.
Третья проблема, связанная с программой Коперника, заключалась в том, чтобы установить физические законы движения небесных тел и разработать концептуальный аппарат теоретического обоснования законов движения планет. Для этого необходимо было развитие механики, не традиционной статики античности, а новой механики – динамики. Развитие динамики требовало создания соответствующего математического аппарата. Решение третьей проблемы связано с именами Кеплера, Галилея, а впоследствии Ньютона, Декарта, Лейбница.
Четвертое направление, которое было инициировано работой Коперника, это утверждение экспериментального и математического методов исследований. Наиболее яркими представителями этого направления были два великих мыслителя XVII в. — Френсис Бэкон и Рене Декарт.