Природно-наукова революція Арістотеля - студопедія
Природно-наукова картина світу - це образ світу, який створюється на основі природничо-наукових знань про його будову і закони. Найважливішим принципом створення природно-наукової картини світу є принцип пояснення законів природи з досліджень самої природи, не вдаючись до неспостережуваних причин і фактам.
Розглянемо досягнення античної науки з точки зору розвитку природознавства. Вони необхідні для адекватного розуміння концепцій сучасного природознавства
Спроба зрозуміти і пояснити світ без залучення таємничих сил була вперше зроблена древніми греками. У стародавній Греції з'явилися перші наукові установи: академія Платона, ліцей Аристотеля і Олександрійський музей, в рамках якого велися цікаві наукові дослідження, олександрійська бібліотека при музеї, в якій містилося до 700 тисяч рукописів. У Стародавній Греції вперше була висунута ідея єдиної матеріальної основи світу. Найгеніальнішою була ідея атомістичної будови матерії, вперше висунута Левкиппом (5в. До н.е.) і розвинена його учнем Демокрітом (460-370гг до н.е.). Життя Демокріта - зразок глибокої відданості науці, пізнання світу. Заняття наукою, філософією він ставив понад усе. Він багато подорожував по Сходу, був в Єгипті, Вавилонії, Індії та Ефіопії, засвоїв наукові і філософські досягнення давньосхідних культур.
Суть вчення Демокріта зводиться до наступного:
1) не існує нічого крім атомів і чистого простору;
2) атоми нескінченні за кількістю і нескінченно різноманітні за формою;
3) з «нічого» не відбувається «нічого»;
4) ніщо не відбувається випадково, тільки з якого-небудь підстави і в зв'язку з необхідністю;
5) відмінність між речами походить від відмінності їх атомів в числі, розміром, формою і порядку.
Математичним масштабом атомів є «амер», як мінімальний масштаб фізичної протяжності розміру атома. Атоми перебувають у вічному русі. Причини, що викликають рух атомів, закладені в самій природі атомів: їм властива тяжкість, трясучесть (пульсування, тремтіння). Атоми це єдина реальність. Порожнеча, в якій відбувається рух атомів - це лише фон, позбавлений структури, нескінченний простір. Атоми, згідно Демокріту, різні за розмірами і бувають найрізноманітнішої форми - кулясті, крючкообразние, увігнуті, опуклі і т.п.
Демокріт вперше описав Чумацький Шлях як величезне скупчення зірок, Історичною заслугою античного атомізму є формування і розробка принципу детермінізму (причинності). Відповідно до цього принципу будь-які події тягнуть за собою певні наслідки і в той же час є наслідок з деяких інших подій.
Велику роль у розвитку природознавства зіграв Платон (4в. До н.е.) - античний філософ. Серед природничих ідей філософії Платона особливе місце займає концепція математики і ролі математики в пізнанні природи, світу, Всесвіту. З математики основної Платон вважав арифметику, оскільки ідея числа не потребує у своєму обґрунтуванні та інших ідеях. Ідея про те, що світ написаний на мові математики, глибоко пов'язана з вченням Платона про ідеї або сутності речей навколишнього світу. У Платона виходило, що астрономія ближче до математики, ніж фізика, оскільки астрономія спостерігає і висловлює в кількісних математичних формулах гармонію світу, створену Богом, найкращого і найдосконалішого, цілісного, нагадує величезний організм.
У міру накопичення знань про світ задача їхньої систематизації ставала все більш актуальною. Це завдання було виконано Аристотелем (384-322г.г. До н.е.) - учнем Платона. Аристотель народився в Стагире, жив в Афінах, протягом 20 років навчався в Академії Платона, був його найкращим учнем, але часто не погоджувався зі своїм учителем ( «Платон мені друг, але істина дорожче»). Аристотель - філософ, засновник логіки, біології та теорії управління. Він був наставником і вчителем Олександра Македонського. У роботі «Фізика» він розглядає питання про матерію і рух, про простір і час, про кінцевий і нескінченному. В іншій роботі «Про небі» він навів два вагомих доказів на користь того, що Земля не плоска тарілка, а кругла куля.
По-перше, Аристотель здогадався, що місячні затемнення відбуваються тоді, коли Земля опиняється між Місяцем і Сонцем. Земля завжди відкидає круглу тінь на Місяць, а це може бути лише в разі, якщо Земля має форму кулі.
По-друге, з досвіду своїх подорожей греки знали, що Полярна зірка на небі в південних районах розташовується нижче, ніж в північних. Знаючи різницю в уявній розташуванні Полярної зірки в Єгипті та Греції, Аристотель зумів обчислити довжину екватора.
Аристотель вважав, що Земля нерухома, а Сонце, Місяць, планети і зірки обертаються навколо неї по кругових орбітах.
Пристрій світу за Арістотелем виглядає наступним чином. Всесвіт має форму кулі з кінцевим радіусом. Поверхнею кулі є сфера, тому Всесвіт складається з вкладених один в одного сфер. Центром миру є Земля. Світ ділиться на місячний і підмісячний. Підмісячний світ - це Земля і сфера, на якій прикріплено Місяць.
Весь світ складається з п'яти елементів: вода, Земля, повітря, вогонь і променистий ефір. З ефіру складається все: зірки, світила, простір між сферами і самі надлунний сфери. Ефір не може бути сприйнятий органами почуттів. Важливу роль в космології Аристотеля грав принцип відсутності порожнечі в природі. ( «Природа не терпить порожнечі».)
Аристотель вважав, що світ створений з певною метою. Тому у нього у Всесвіті все має своє цільове призначення або місце: вогонь, повітря прагнуть вгору, Земля, вода - до центру світу, до Землі. У світі немає порожнечі, тобто все зайнято ефіром. Крім п'яти елементів є щось «невизначений», яке називається «першої матерією». У його космології світ надлунний є вічним і незмінним. Закони надлунного світу відрізняються від законів світу підмісячного. Сфери надлунного світу рівномірно рухаються по колах навколо Землі, роблячи повний оборот за одну добу. На останній сфері знаходиться перводвигатель. Будучи нерухомим, він надає рух всьому світу.
У розумінні руху Аристотель розрізняв 4 види руху:
1) збільшення або зменшення;
2) перетворення або якісна зміна;
3) виникнення і знищення;
4) рух як переміщення в просторі.
Предмети щодо руху можуть бути нерухомі, саморушні, рухомі не спонтанно, а за допомогою дії інших сил.
Рух у просторі може бути круговим, прямолінійним і змішаним. Оскільки в світі немає порожнечі, то рух повинна мати безперервний характер, тобто від однієї точки простору до іншої. Звідси випливає, що прямолінійний рух є неперервним, так, дійшовши до межі світу, промінь світла, поширюючись по прямій, повинен перервати свій рух, тобто змінити свій напрямок. Круговий рух Аристотель вважав найдосконалішим і вічним, рівномірним, саме воно властиво руху небесних сфер.
Світ, по філософії Аристотеля, є космосом, де людині відведено головне місце. У питаннях щодо живого і неживого, Аристотель був прихильником органічної еволюції. Теорія походження життя Аристотеля передбачає «спонтанне зародження з частинок речовини», що мають в собі якесь активний початок, яке за певних умов може створювати організм.
У 2 ст. до н.е. олександрійський астроном Птоломей висунув свою систему світу. Вважаючи Землю кулястої, а розміри її незначними в порівнянні з відстанню до планет і, тим більше, до зірок, Птоломей слідом за Аристотелем затверджував, що Земля - нерухомий центр Всесвіту. Відповідно до його навчання, навколо Землі рухаються (у порядку далекості від Землі) Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн, зірки. Рухи Місяця і Сонця - кругові, а руху планет набагато складніше. Кожна з планет рухається навколо деякої точки, яка також рухається по колу, в центрі якого знаходиться Земля. Коло, описуваний планетою навколо крапки, Птоломей назвав епіциклом, а коло, по якому рухається крапка біля Землі, - деферентом.
Така штучна побудова треба Птоломею для того, щоб, грунтуючись на неправильному уявленні про нерухомість Землі, розташованої в центрі Всесвіту, пояснити видиму складність руху планет.
Першою природничо-наукової революцією було створення послідовного вчення про геоцентричної системі світу
Система світу Аристотеля - Птоломея давала можливість заздалегідь обчислювати рух планет на майбутній час - це було необхідно для орієнтування в шляху під час подорожей і для календаря. Цю хибну систему світу визнавали майже півтори тисячі років.
У Стародавній Греції зародилися основи всім відомої шкільної геометрії, її постулати, її теореми - це не що інше, як перероблені «Начала» Евкліда (3в. До н.е.). Його попередники багато зробили для розвитку геометрії, але все це були окремі фрагменти. Єдину логічну схему геометрії зміг дати тільки Евклід у своїх «Засадах» - унікальний витвір в історії людської культури. Геометрія Евкліда - це перша математична теорія простору.
Іншим видатним вченим стародавнього світу є Архімед (287-212 роки до н.е.). Це був перший представник математичної фізики, що прагне втілити закони механіки (закон важеля, вчення про центр тяжкості, про плавання тіл) до чинних конструкції машин.
Загальновідомим в даний час є закон Архімеда. Цей закон викладено в творі «Про плаваючих тілах», де шляхом логічних міркувань приходить до його формулюванні: На тіло, занурене в рідину, діє виштовхуюча сила, рівна вазі рідини, витісненої тілом.
Розвиток наукового методу пов'язано не тільки з культурою і цивілізацією Давньої Греції. У давні цивілізації Вавилона, Єгипту, Китаю та Індії відбувалося розвиток математики, астрономії, медицини та філософії. У 301 р до н.е. війська Олександра Македонського увійшли в Вавилон, в його завойовницьких походах брали участь представники грецької вченості. До цього часу вавилонські жерці мали досить розвиненими знаннями в області астрономії, математики та медицини. З цих знань греки запозичили ділення доби на 24 години, розподіл кола на 360 градусів, опис сузір'їв.
Геліоцентрична система Коперника.
Початок наукової революції поклав працю М. Коперника (1473-1543) «Про обертання небесних тіл». Відповідно до його навчання, в центрі світу знаходиться не Земля, а Сонце. Навколо Землі рухається лише Місяць. Сама Земля є третьою за віддаленості від Сонця (після Меркурія і Венери) планетою. Вона обертається навколо Сонця і обертається навколо своєї осі. За орбітою Землі розташовані орбіти Марса, Юпітера і Сатурна. На дуже великій відстані від Сонця Коперник помістив «Сферу нерухомих зірок». Система світу, запропонована Коперником, називається геліоцентричної. Він пояснив петлеобразное рух планет двома рухами Землі: її обертанням навколо своєї осі і зверненням разом з іншими планетами навколо Сонця. Коперник вперше в астрономії дав правильну оцінку будови Сонячної системи, визначив відносні відстані (в одиницях відстані від Землі до Сонця) планет від Сонця і обчислив період обертання планет навколо нього. Вчення Коперника стало потужним поштовхом для розвитку всього природознавства.
У 1609 році італійський вчений Галілео Галілей (1564-1642гг) зробив відкриття, що наочно підтверджують вчення Коперника, використовуючи телескоп з двадцятикратним збільшенням. Він відкрив чотири супутники планети Юпітер. Їх руху навколо Юпітера спростовувало уявлення про те, що Земля є центром небесних тіл. Галілей виявив, що Венера, подібно Місяцю, змінює свої фази. Отже, Венера - кулясте тіло, яке світить відбитим сонячним світлом. Вивчаючи особливості зміни виду Венери, Галілей зробив правильний висновок про те, що вона рухається не навколо Землі, а навколо Сонця. На Сонці, що уособлювало «небесну чистоту», Галілей відкрив плями і, спостерігаючи за ними, установив, що Сонце обертається навколо своєї осі. Нарешті, він виявив, що Чумацький Шлях - це безліч слабких зірок, нерозпізнаних неозброєним оком. Отже, Всесвіт значно грандіозніше, ніж думали раніше.
Важливу роль у розвитку природознавства зіграв принцип відносності, вперше сформульований Галілеєм для механічного руху. Механічний рух і його характер залежить від системи відліку. Система відліку - це довільно обрана система матеріальних тіл, з якою пов'язана система прямокутних координат. Ця система координат дозволяє визначити положення тіл в просторі і зміна їх положення відносно інших тіл в цьому просторі результаті їх механічного руху.
Так система відліку, в якій виконується 1 закон Ньютона, називається інерціальній системою відліку. Це така система, яка або покоїться, або рухається рівномірно і прямолінійно щодо якоїсь нерухомої. Дослідним шляхом встановлено, що з великим ступенем точності інерційної можна вважати геліоцентричну систему відліку, початок координат якої знаходиться в центрі Сонця, а осі проведено в напрямку певних зірок. Система відліку, пов'язана із Землею, неінерційній, проте ефекти, зумовлені її неінерціальна, пов'язані з обертанням навколо власної осі і зверненням навколо Сонця, при вирішенні багатьох завдань нехтує малі і в цих випадках можна вважати інерціальної. Якщо системи відліку рухаються відносно один одного рівномірно і прямолінійно і в одній з них справедливі закони динаміки Ньютона, то ці системи - інерціальні.
Встановлено, що у всіх інерційних системах відліку закони класичної динаміки мають однакову форму. У цьому сутність механічного принципу відносності Галілея. Він означає, що рівняння динаміки при переході від однієї системи відліку до іншої не змінюються, тобто інваріантні по відношенню до перетворення координат (інваріантність означає незмінність фізичних величин або властивостей природних об'єктів при переході від однієї системи відліку до іншої).
Галілей звернув увагу на те, що ніякими механічними дослідами, проведеними в даній інерціальній системі відліку, не можна встановити, покоїться вона рухається рівномірно і прямолінійно. Рівномірний і прямолінійний рух, так само як і спокій, може існувати за відсутності будь-яких сил.
У 1616 році книга Коперника «Про обертання небесних сфер» була заборонена церквою, а викладене в ній вчення оголошено таким, що суперечить Святому Письму. Галілею заборонили пропагувати вчення Коперника. В1633 році Галілей став перед судом інквізиції, де його змусили підписати зречення від своїх поглядів. Лише в 1692 році католицька церква остаточно виправдала Галілея.
Однак ніякі заборони не змогли зупинити поширення вчення Коперника. В Австрії Іоганн Кеплер (1571-1630гг) розвинув вчення Коперника, відкривши закони руху планет. У 1600г. впритул зайнявшись дослідженням Марса, він прийшов до висновку, що орбіта Марса повинна бути еліпсом. У сучасному формулюванні закони Кеплера звучать так:
1) кожна планета рухається по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце;
2) кожна планета рухається в площині, що проходить через центр Сонця, причому площа сектора орбіти, описувана радіусом-вектором планети, змінюється пропорційно часу звернення;
3) квадрати часів обертання планет навколо Сонця відносяться як куби їх середніх відстаней від нього.
Крім сказаного, Кеплеру належить чимало заслуг в астрономії та математики. Він розробив теорію сонячних і місячних затемнень, запропонував способи їх передбачення, уточнив величину відстані між Землею і Сонцем, склав таблиці, за якими в будь-який момент часу можна було з високим ступенем точності визначати в будь-який момент часу положення планет.
Однак він не пояснив причини руху планет, бо не існувало понять сили і взаємодії.
ВУкаіни вчення Коперника сміливо підтримував М. В. Ломоносов (1711-1765гг), який відкрив атмосферу на Венері, захищав ідею про множинність населених світів і в дотепних віршах висміював прихильників геоцентризму.