Основные положения космологии Д. Бруно
Центральное положение Солнца в планетной системе
Разработанная Коперником гелиоцентрическая система мира является астрономическим фундаментом космологии Джордано Бруно. Он разработал собственную «теорию», согласно которой Солнце обращается вокруг Земли в плоскости экватора, при этом Земля совершает суточное вращение вокруг своей оси и одновременной годичные колебания вдоль той же оси.
Кроме того, Бруно считал неверным постулируемую Коперником абсолютную неподвижность Солнца. По мнению Джордано, Солнце может вращаться вокруг своей оси. В работе О безмерном и неисчислимых он предположил, что Солнце совершает также поступательное движение: и Земля, и Солнце движутся вокруг центра планетной системы, причём Земля — в плоскости экватора (а не эклиптики), а Солнце — по наклонному кругу. Сложение этих двух движений даёт в геоцентрической системе отсчёта видимое движение Солнца по эклиптике. Будучи достаточно слабым в геометрии, Бруно не занимался математическим развитием этой модели.
Развивая эту мысль, Бруно очень близко подходит к принципу относительности. Как отмечает выдающийся историк науки Александр Койре, ответы Бруно на физические возражения против движения Земли являются лучшими из тех, что были даны до Галилея.
Необходимо отметить, однако, что у Бруно было весьма поверхностным знание математической части коперниканской теории и её связи с астрономическими наблюдениями. Так, он полагал, что Луна не является спутником Земли, но обе они являются равноправными планетами, вращающимися на противоположных концах диаметра маленькой окружности, центр которой, в свою очередь, обращается вокруг Солнца. При этом на другом конце диаметра этой гелиоцентрической орбиты обращается пара Меркурий—Венера, во всех отношениях аналогичная паре Земля—Луна. Разумеется, эта картина не имеет ничего общего с реальностью; Бруно в гораздо большей мере был философом, чем учёным. Слабое знание астрономических фактов вообще не было исключением среди философов Ренессанса.
Разрушение небесных сфер
В геоцентрической системе мира представление о существовании сферы неподвижных звезд было обусловлено тем, что суточные траектории звезд таковы, как будто они привязаны к единой сфере. С этой точки зрения, явления прецессии и трепидации объяснялись тем, что внешних сфер по меньшей мере три: восьмая сфера (на которой и располагаются неподвижные звезды) отвечала за трепидацию, девятая — за прецессию, и десятая — за суточное вращение неба.
Джордано Бруно был одним из первых, кто понял, что если, согласно гелиоцетрической теории, суточные движения звезд относятся не к ним самим, а к Земле, то внешние сферы оказываются попросту ненужными.
Хотя наука XVI века постепенно отходила от концепции твердых небесных сфер, несущих на себе планеты, именно Бруно первым связал отказ от этой концепции с отказом от геоцентризма.
Тождественность земной и небесной материи
Джордано Бруно критикует тех мыслителей, которые, считая Вселенную пространственно бесконечной, предполагали существование за пределами материального мира другого, духовного мира. По мнению Бруно, Вселенная едина и повсюду подчиняется одним и тем же законам.
Для защиты тезиса о единстве мироздания Бруно использует метафизические аргументы, восходящие ещё к античности:
Сущность Вселенной едина в бесконечном и в любой вещи, взятой как его часть. Благодаря этому Вселенная и любая её часть фактически едины в отношении субстанции.
В обосновании тезиса о тождественности субстанции Земли и неба Бруно приводит также новейшие астрономические открытия, в том числе установление небесной природы комет, кратковременность появления которых наглядно свидетельствует о происходящих во Вселенной переменах.
Другие миры
Бруно был первым, кто полагал, что по крайне мере некоторые звезды являются далекими солнцами, центрами планетных систем. Правда, здесь он проявлял некоторую осторожность, не исключая, что некоторые из звезд могут быть далекими планетами нашей Солнечной системы, просто их движение вокруг Солнца незаметно вследствие их огромных расстояний и длительных периодов обращения.
Отсутствие центра Вселенной
Вселенная Бруно не только бесконечна и безгранична, но и однородна: повсюду действуют одни и те же законы, повсюду находятся объекты одной и той же природы. Это утверждение находится в полном согласии с космологическим принципом — основным постулатом современной космологии.
По мнению Бруно, во Вселенной вообще нет неподвижных объектов, все тела должны совершать те или иные движения. Солнце, которое у Коперника считалось абсолютно неподвижным центральным телом Вселенной, также должно тем или иным образом двигаться. Во всяком случае, оно должно совершать вращение вокруг своей оси, подобно Земле. Как уже говорилось выше, Бруно допускал и поступательное движение Солнца.
Одушевленность светил
Следуя натурфилософии того времени, он полагал, что если какое-либо тело не приводится в движение чем-то внешним, то оно приводится в движение своею собственной душой; следовательно, планеты и звёзды — живые, одушевленные существа гигантского размера. Более того, они наделены разумом. Ведь исчезновение сфер, движимые интеллектами, ещё не означало, что эти интеллекты исчезли вместе со сферами — просто они переместились в сами небесные тела. Как он сказал на суде в Риме,
Что Земля — разумное животное — это ясно из её разумного и интеллектуального действия, которое видно в правильности её движения вокруг собственного центра, и вокруг Солнца, и вокруг оси своих полюсов, каковая правильность невозможна без интеллекта скорее внутреннего и собственного, чем внешнего и чуждого.
Естествознание эпохи Нового Времени (Г. Галилей, Р. Декарт). Мировоззренческие предпосылки формирования классической механики. (вопрос № 11)
Естествознание эпохи Нового Времени (Г. Галилей, Р. Декарт)
Основные положения классической механики (вопрос № 12)
Предметом изучения классической механики являются движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемые со скоростями, много меньшими скорости света. При изучении движения материальных тел в ньютоновской механике вводят ряд абстрактных понятий, отражающих те или иные свойства реальных тел.
Приведем основные три:
материальная точка — объект пренебрежимо малых размеров, имеющий массу. Это понятие применимо, когда тело движется поступательно или в изучаемом движении можно пренебречь вращением тела вокруг его центра масс;
абсолютно твердое тело — тело, у которого расстояние между двумя любыми точками всегда остается неизменным; это понятие применимо, когда можно пренебречь деформацией тела;
сплошная изменяемая среда; это понятие применимо, когда при изучении движения изменяемой среды (деформируемого твердого тела, жидкости, газа) можно пренебречь молекулярной структурой среды.
Механика сплошной средыподразделяется на теорию упругости, теорию пластичности, гидродинамику, аэродинамику, газовую динамику и др. В каждом из указанных разделов в соответствии с характером решаемых задач выделяют:
§ статику - учение о равновесии тел под действием сил;
§ кинематику — учение о геометрических свойствах движения тел;
§ динамику - учение о движении тел под действием сил.
В основе классической механики лежат три закона механики Ньютона:
§ всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние;
§ изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует;
§ действию всегда есть равное и противоположное противодействие, т.е. взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны. Большое значение для понимания явлений макромира имеет теория тяготения Ньютона. В основе ее представлений лежит закон, утверждающий, что две любые материальные частицы с массами притягиваются по направлению друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Из закона всемирного тяготения Ньютона следует, что тяготение - это потенциальное поле с некоторой напряженностью. Важным в теории тяготения Ньютона является наличие принципа эквивалентности, согласно которому тяготение одинаково действует на разные тела, сообщая им одинаковое ускорение независимо от массы, химического состава и других свойств.
В классической механике пространство принимается трехмерным, время - однонаправленным, одномерным и не зависящим от пространства. Для описания пространства используют введенную Р. Декартом координатную систему (названную впоследствии его именем).
При этом принимается, что все в мире состоит из атомов. В рамках этих представлений движение описывается как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики Ньютона. В классической механике принято допущение, известное как принцип дальнодействия, по которому все физические процессы можно свести к перемещению материальных точек под действием силы тяжести, распространяющейся мгновенно.
Одно из центральных мест в классической механике занимает принцип относительности Г. Галилея, суть которого составляют два положения:
§ движение относительно (оно воспринимается по-разному наблюдателем в помещении под палубой корабля и наблюдателем, который смотрит на корабль с берега);
§ физические законы, управляющие движением тел в этом помещении, не зависят от того, как движется корабль (если только это движение равномерно).
Категории пространства и времени в работах И. Ньютона (вопрос № 13)
Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положения».
Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:
§ абсолютное истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью;
§ относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, вшеняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год;
§ абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство.
Из определений Ньютона следовало, что разграничение им понятий абсолютного и относительного пространства и времени связано со спецификой теоретического и эмпирического уровней их познания. На теоретическом уровне выступало в качестве универсальной инерциальной системы отсчета, так как законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчета. На уровне эмпирического познания материального мира понятия "пространства" и "времени" ограничены чувствами и свойствами познающей личности, а не объективными признаками реальности как таковой. Поэтому они выступают в качестве относительного времени и пространства.
Основные положения, связанные с пространством и времени, заключаются в следующем:
§ пространство считалось бесконечным, плоским, "прямолинейным", евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве "вместилища" материальных тел, как независимая от них инерциальная система;
§ время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной "единообразно и синхронно" и выступает как независимых материальных объектов процесс длительности;
§ абсолютное время и пространство служили основой для преобразований Галилея-Ньютона, посредством которых осуществлялся переход к инерциальным системам. Эти системы выступали в качестве избранной системы координат в классической механике.
§ принятие абсолютного времени и постулирование абсолютной и универсальной одновременности во всей Вселенной явилось основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое с 6есконечной скоростью, мгновенно и прямолинейно распространяло силы на бесконечные расстояния. Эти мгновенные, вневременные взаимодействия объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного пространства, существующего независимо от времени.
Научная революция на рубеже ХIХ-ХХ веков. Выводы из частной и общей теории относительности А.Энштейна. (вопрос № 14)
Научная революция на рубеже ХIХ-ХХ веков
Вторая половина ХIХ века в развитии естествознания занимает особое место. С одной стороны, великое научное достижение, заложенное гением Ньютона, - классическая механика - получает в это время возможность в полной мере развернуть свои потенциальные возможности. А, с другой стороны, в недрах классического естествознания уже зреют предпосылки новой научной революции. Лидером естествознания по прежнему является физика.
Величайшим достижение физики второй половины ХIХ века является создание теории электромагнитного поля. Так, были открыты важнейшие законы: закон Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и др. Однако к середине XIX в. появляются отдельные попытки создания единой теории электрических и магнитных явлений. Одна из них оказалась успешной. Это была теория Максвелла. Основные положения и выводы этой теории следующие:
§ Электромагнитное поле - реально и существует независимо от того, имеются проводники и магнитные полюса, обнаруживающие его, или нет. Максвелл определял это поле следующим образом: “... электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе, и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии”.
§ Изменение электрического поля ведет к появлению магнитного поля, и наоборот.
§ Векторы напряжений электрического и магнитного полей - перпендикулярны. Это и объясняло, почему электромагнитная волна исключительно поперечна.
§ Теория электромагнитного поля исходила из того, что передача энергии происходит с конечной скоростью. И таким образом она обосновывала принцип близкодействия.
§ Скорость передачи электромагнитных колебаний равна скорости света (с). Из этого следовала принципиальная тождественность электромагнитных и оптических явлений. Оказалось, что различия между ними только в частоте колебаний электромагнитного поля.
Экспериментальное подтверждение теории Максвелла в 1887 г. в опытах Г. Герца (1857-1894) произвело большое впечатление на физиков. И с этого времени теория Максвелла получает признание подавляющего большинства ученых.
В 1870 г. К. Нейман ввел понятие a -тела, как такого тела во Вселенной, которое является неподвижным и которое можно считать за начало абсолютной системы отсчета. Некоторые физики предлагали принять за a -тело такое тело, которое совпадает с центром тяжести всех тел во всей Вселенной, полагая, что этот центр тяжести можно считать находящимся в абсолютном покое.
В 1886 г. Л. Ланге, проводя исторический анализ развития механики, и утверждая бессодержательность понятия абсолютного пространства, предложил определение инерциальной системе координат: инерциальные системы - это системы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу. Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразованиями Галилея.
В конце XIX в. с резкой критикой ньютоновского представления об абсолютном пространстве выступил немецкий физик, позитивист Э. Мах. С точки зрения Маха всякое движение относительно пространства не имеет никакого смысла. Идеи Маха способствовали появлению общей теории относительности. Мах выдвинул идею, согласно которой инерциальные силы следует рассматривать как действие общей массы Вселенной. Этот принцип впоследствии оказал значительное влияние на А. Эйнштейна. Рациональное зерно “принципа Маха” состояло в том, что свойства пространства-времени обусловлены гравитирующей материей. Но Мах не знал, в какой конкретной форме выражается эта обусловленность.
Конец XIX в. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые непосредственно привели к научной революции на рубеже ХIХ-ХХ веков. Важнейшие из них: открытие рентгеновских лучей, открытие электрона и установление зависимости его массы от скорости, открытие радиоактивности, фотоэффекта и его законов и др.
В 1895 г. Вильгельм Рентген (1845 – 1923) открыл необычные лучи, которые впоследствии получили название рентгеновских. Открытие этих лучей заинтересовало физиков и буквально сразу вызвало чрезвычайно широкую дискуссию о природе этих лучей. В течение короткого времени были выяснены необычные свойства этих лучей: способность проходить через светонепроницаемые тела, ионизировать газы и др.
Открытие рентгеновских лучей способствовало исследованиям электропроводности газов и изучению катодных лучей.
Важнейшим открытием в физике конца XIX в. было открытие радиоактивности, которое помимо своего общего принципиального значения сыграло важную роль в развитии представлений об электроне.
Мария Склодовская-Кюри (1867 – 1934), занявшись исследованием нового явления, пришла к выводу, что в урановых рудах присутствуют вещества, обладающие также свойством излучения, названного ею радиоактивным. В результате упорного труда Марии и Пьеру Кюри (1859 – 1906), удалось выделить из урановых руд новый элемент (1898), который обладал радиоактивностью гораздо большей, чем уран. Этот элемент был назван радием.
К великим открытиям второй половины ХIХ века должны быть отнесено создание периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым, экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Г. Герцем, открытие явления фотоэффекта, тщательно проанализированное А.Г. Столетовым.
На самом же деле проблема состояла в том, что концу ХIХ века методологические установки классической, ньютоновской физики уже исчерпали себя и необходимо было изменять теоретико-методологический каркас естественнонаучного познания. Возникла необходимость расширить и углубить понимание и самой природы и процесса ее познания наукой.
В конце концов, в первой четверти ХХ века естествознание все-таки нашло свои новые философско-методологические ориентиры, разрешив кризис рубежа веков.