чем точка зрения галилея
Принцип относительности Галилея: дверь в новую научную реальность
История науки человечества представляет собой неуклонное движение по восходящей линии, в котором, тем не менее, можно выделить целый ряд скачкообразных моментов. Эти узловые пункты соответствуют трудам и открытиям тех ученых, которые открывали в той или иной дисциплине новые страницы. Одной из таких страниц стал принцип относительности Галилея и связанное с ним начало формирования механистической картины мира.
Галилей и круг его научных интересов
Имя одного из величайших ученых последнего тысячелетия Галилео Галилея известно большинству современных людей главным образом в свете его конфликта с католической церковью из-за попытки обоснования гелиоцентрической системы. Между тем это был всесторонне развитый ученый. Опыты Галилея по астрономии подарили человечеству открытия спутников Юпитера, планету Нептун и наличие на Луне кратеров и впадин. С точки зрения философии Галилей научно обосновал ошибочность взглядов Аристотеля на Вселенную как совокупность идеальных сфер, в центре которых располагается Земля. Именно с исследований этого ученого берет свое начало научный метод, основную роль в котором играет сбор и обработка информации для подтверждения или опровержения тех или иных гипотез. Однако главное место в трудах Галилея отводилось все же физике.
Принцип относительности Галилея: предыстория
Вплоть до середины XVI века господствующей системой в построении мира была система Птолемея, основным постулатом которой считалось статическое положение Земли в центре Вселенной и динамическое движение вокруг нее всех остальных небесных тел. Эта система дополнялась натурфилософскими положениями Аристотеля, одним из важнейших среди которых считается то, что скорость тела в свободном падении пропорциональна его массе. Коперник внимательно изучил труды практически всех предшествующих ему исследователей, провел разнообразные эксперименты, чтобы обосновать принципиально иную, гелиоцентрическую модель. При этом деятели католической церкви, которые не хотели упускать идеологического и научного первенства, настаивали на том, что эта система находится в противоречии с окружающей действительностью. Например, они утверждали, что если бы Земля действительно двигалась, то тяжелые предметы никогда не падали бы строго по вертикали. Все по своим местам расставил принцип относительности Галилея.
Системы отсчета для механического движения
Чтобы понять принцип относительности Галилея, необходимо иметь ввиду, что в тот период времени (как, впрочем, еще более трехсот лет спустя), ученые стремились к тому, чтобы все физические изменения свести к понятной всем механике. Особую роль при этом играли системы координат, первенство в исследовании которых принадлежало французскому философу Р. Декарту. Здесь наиболее важным моментом является то, что положение какого-то конкретного тела в определенный период времени определяется либо двумя (на плоскости), либо тремя координатами. Однако для того, чтобы создать эту виртуальную систему координат, необходима неподвижная точка отсчета, то есть другая система. Именно в этой плоскости и стал рассматривать Галилей механическое движение.
Инерциальные системы
В своих исследованиях Галилей обращал внимание в первую очередь на так называемые инерциальные системы. Сегодня даже обычный школьник может без запинки сказать, что такими системами называются те, которые находятся друг относительно друга либо в состоянии полного покоя, либо в процессе равномерного прямолинейного движения. Инерциальные системы играют в классической физике роль того столпа, отталкиваясь от которого, можно двигаться к осознанию истины в отношении всех происходящих в окружающем мире процессах.
Сущность принципа относительности Галлилея
В своей самой известной работе, в которой с разных сторон сравниваются системы Птолемея и Коперника, Галилей особое внимание уделяет формулированию понятия относительности. Для того чтобы его положения стали понятны и обычному обывателю, ученый действует через примеры. Так он предлагает читателю визуально представить каюту корабля, который стоит неподвижно. В помещении бабочки и мухи летают в разные стороны, вода по капле сочится из одного сосуда в другой. В тот момент, когда корабль начнет равномерно двигаться, в каюте ничего не изменится: и мухи будут двигаться с той же скоростью, и вода будет так же попадать из верхнего сосуда в нижний. Отсюда следует знаменитый принцип Галилея: все инерциальные системы подобны друг другу, то есть при переходе из одной такой системы в другую уравнения классической механики не претерпевают никаких изменений.
Принцип Галилея и неинерциальные системы
Относительно инерциальных систем принцип относительности был понятен и никем особо не оспаривался. Но будет ли он также действовать в неинерциальных системах отсчета, то есть в тех, где одна система движется относительно другой (которая, в свою очередь, является инерциальной) с некоторым ускорением? Галилей в силу ограниченности своих знаний и несовершенства приборов исследования, ответить на этот вопрос так и не смог. Впоследствии Эйнштейн убедительно доказал, что в неинерциальных системах ускорение самым прямым образом оказывает влияние на происходящие внутри системы процессы. Это стало одним из доказательств ограниченности принципа относительности Галилея.
Недостатки и ограниченность принципа Галилея
Итальянский ученый произвел своими исследованиями настоящую революцию в научном мире. Однако со временем целый ряд его положений, включая и пресловутый принцип относительности, проявили свою ограниченность и были в большей или меньшей степени пересмотрены. Один из подобных примеров был показан выше. Также можно указать на то, что во всех исследованиях Галилея время бралось чрезвычайно малыми промежутками, при этом эти промежутки считались равными для обеих систем. Однако тот же Эйнштейн стал рассматривать время как еще одну координату для систем отсчета, причем он доказал возможность неравномерности протекания его, если речь идет о скоростях, приближающихся к скорости света. В то же время, если рассматривать непродолжительные события, то принцип относительности Галилея себя вполне подтверждает.
Развитие принципа относительности Галилея
Учение Галилея за прошедшие пятьсот лет прошло долгий и тернистый путь. Если в начале основными его противниками были теологи, то впоследствии принцип относительности Галилея неоднократно ставился под сомнение видными учеными. Многие предполагали, что, имея совершенные приборы, можно обнаружить движение, находясь внутри инерциальной системы. В конечном итоге американский физик А. Майкельсон в конце XIX столетия провел эксперимент с помощью изобретенного им интерферометра. Этот прибор позволял обнаружить даже мельчайшее отклонение, однако и здесь полученный результат оказался отрицательным. Используя данный опыт, Эйнштейн окончательно сформулировал принцип относительности Галилея для всех инерциальных систем: никакими физическими приборами и методами невозможно обнаружить движение внутри данной системы. Этот принцип стал одним из краеугольных камней для его специальной теории относительности.
Галилей и его взгляды
Законы механики были применены Галилеем и для доказательства теории Коперника, которая была непонятна большинству людей, не знавших этих законов. Например, с точки зрения «здравого рассудка» кажется совершенно естественным, что при движении Земли в мировом пространстве должен возникнуть сильнейший вихрь, сметающий все с ее поверхности. В этом и состоял один из самых «сильных» аргументов против теории Коперника. Галилей же установил, что равномерное движение тела нисколько не отражается на процессах, совершающихся на его поверхности. Например, на движущемся корабле падение тел происходит так же, как и на неподвижном. Поэтому обнаружить равномерное и прямолинейное движение Земли на самой Земле.
состоялся его знаменитый процесс, на котором он был вынужден формально отречься от своих «заблуждений». Его книга была запрещена, однако приостановить дальнейшее торжество идей Коперника, Бруно и Галилея церковь уже не могла. Итальянский мыслитель вышел победителем.
Исходя из этого, Галилей пришел к выводу о возможности безграничного познания природы. Мыслитель и здесь вступал в конфликт с господствовавшими схоластическо-догматическими представлениями о незыблемости положений «божественной истины «, зафиксированных в Библии, в произведениях «отцов церкви», схоластизированного Аристотеля и других «авторитетов». Исходя из идеи о бесконечности Вселенной, великий итальянский ученый выдвинул глубокую гносеологическую идею о том, что познание истины есть бесконечный процесс. Эта противоречащая схоластике установка Галилея привела его и к утверждению нового метода познания истины.
Подобно многим другим мыслителям эпохи Возрождения Галилей отрицательно относился к схоластической, силлогистической логике. Традиционная логика, по его словам, пригодна для исправления логически несовершенных мыслей, незаменимо при передаче другим уже открытых истин, но она не способна приводить к открытию новых истин, а тем самым и к изобретению новых вещей. А именно к открытию новых истин и должна, согласно Галилею, приводить подлинно научная методология.
При разработке такой методологии Галилей выступил убежденным, страстным пропагандистом опыта как пути, который только и может привести к истине. Стремление к опытному исследованию природы было свойственно, правда, и другим передовым мыслителям эпохи Возрождения, но заслуга Галилея состоит в том, что он разработал принципы научного исследования природы, о которых мечтал Леонардо. Если подавляющее большинство мыслителей эпохи Возрождения, подчеркивавших значение опыта в познании природы, имели в виду опыт, как простое наблюдение ее явлений, пассивное восприятие их, то Галилей всей своей деятельностью ученого, открывшего ряд фундаментальных законов природы, показал решающую роль эксперимента, т.е. планомерно поставленного опыта, посредством которого исследователь как бы задает природе интересующие его вопросы и получает ответы на них.
Отмеченная особенность разработанная Галилеем методологии определила и отличительные черты его философских воззрений, которые в целом можно охарактеризовать как черты механистического материализма. Материю Галилей представлял как вполне реальную, телесную субстанцию, имеющую корпускулярную структуру. Мыслитель возрождал здесь воззрения античных атомистов. Но в отличии от них Галилей тесно увязывал атомистическое истолкование природы с математикой и механикой, Книгу природы, говорил Галилей, невозможно понять, если не овладеть ее математическим языком, знаки которого суть треугольники, круги и другие математические фигуры.
Поскольку механистическое понимание природы не может объяснить ее бесконечное качественное многообразие, Галилей, в известной мере опираясь на Демокрита, первым из философов нового времени развивает положение о субъективности цвета, запаха, звука и т.д. В произведении «Пробирщик» (1623) мыслитель указывает, что частицам материи присущи определенная форма, величина, они занимают определенное место в пространстве, движутся или покоятся, но не обладают ни цветом, ни вкусом, ни запахом, которые, таким образом, не существенны для материи. Все чувственные качества возникают лишь в воспринимающем субъекте.
Ошибка в тексте? Выдели её мышкой и нажми 
Вопросы.
1. Как движется тело, если на него не действуют другие тела?
Тело движется равномерно и прямолинейно, либо покоится.
2. Тело движется прямолинейнои равномерно. Меняется ли при этом его скорость?
Если тело движется равномерно и прямолинейно, то его скорость не меняется.
3. Какие взгляды относительно состояния покоя и движения тел существовали до начала XVII в.?
До начала XVII века господствовала теория Аристотеля, согласно которой, если на него не оказывается внешнее воздействие, то оно может покоится, а для того, чтобы оно двигалось с постоянной скоростью на него непрерывно должно действовать другое тело.
4. Чем точка зрения Галилея, касающаяся движения тел, отличается от точки зрения Аристотеля?
Точка зрения Галилея, о движении тел, отличается от точки зрения Аристотеля тем, что тела могут двигаться в отсутствие внешних сил.
5. Как проводился опыт, изображенный на рисунке 19, и какие выводы из него следуют?
Ход опыта. На тележке, движущейся равномерно и прямолинейно, относительно земли, находятся два шарика. Один шарик покоится на дне тележки, а второй подвешен на нити. Шарики находятся в состоянии покоя относительно тележки, так как силы действующие на них уравновешены. При торможении оба шарика приходят в движение. Они изменяют свою скорость относительно тележки, хотя на них не действуют никакие силы. Вывод: Следовательно, в системе отсчёта, связанной с тормозящей тележкой закон инерции не выполняется.
6. Как читается первый закон Ньютона? ( в современной формулировке)?
Первый закон Ньютона в современной формулировке: существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела (силы) или действие этих тел (сил) скомпенсировано (равно нулю).
8. Можно ли в ряде случаев считать инерциальными системы отсчёта, связанные с телами, которые покоятся или движутся прямолинейно и равномерно относительно земли?
Да, можно. Это вытекает из определения инерциальных систем отсчета.
9. Инерциальна ли система отсчета, движущаяся с ускорением, относительно какой-либо инерциальной системы?
Нет, не инерциальна.
1. На столе, в равномерно и прямолинейно движущемся поезде стоит легкоподвижный игрушечный автомобиль. При торможении поезда автомобиль без всякого внешнего воздействия покатился вперед, сохраняя свою скорость относительно земли.
Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчета, связанной с землёй; б) в системе отсчета, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения? Во время торможения?
Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчета, связанную с землёй? с поездом?
а) Да, закон инерции выполняется во всех случаях, т.к. машинка продолжила движение относительно Земли; б) В случае равномерного и прямолинейного движения поезда закон инерции выполняется (машинка неподвижна), а при торможении нет. Земля во всех случаях является инерциальной системой отсчета, а поезд только при равномерном и прямолинейном движении.
«Ложное и целиком противное Священному Писанию пифагорейское учение о движении Земли»: как инквизиторы убеждали Галилея отказаться от гелиоцентрической системы
В издательстве «Альпина нон-фикшн» выходит книга астрофизика Марио Ливио «Галилей и отрицатели науки». Автор описывает жизненный путь Галилео Галилея, заложившего основы современной астрономии. Как пишет Ливио в предисловии, «в мире антинаучных установок властей, отрицания науки на самом верху, конфликтов науки и религии и ширящегося раскола между гуманитарным и точным знанием история Галилея служит прежде всего мощным напоминанием о важности свободы мысли». Публикуем фрагмент из главы, посвященной истокам конфликта Галилея со Священной канцелярией и папой римским.
В Риме Галилей начал осознавать масштабы противостояния. Стало очевидно, что он отчаянно нуждается в однозначной демонстрации или доказательстве движения Земли. Почувствовав это, Галилей в январе 1616 г. сформулировал теорию океанских приливов, возможно опиравшуюся на более ранние идеи его друга Паоло Сарпи. Он обрисовал эту теорию в письме, озаглавленном «Рассуждение о приливах» и отправленном 8 января очень молодому кардиналу Алессандро Орсини, который впоследствии станет поддерживать Галилея.
Теория приливов Галилея, безусловно, вытекала (по крайней мере, на определенном уровне) из его или Сарпи наблюдений за тем, как вода плещется взад-вперед в нижней части барки во время поездок из Падуи в Венецию. Было замечено, что, когда барка ускоряется, вода вздымается у кормы, а когда замедляется, то вода скапливается у носа. Это возвратно-поступательное движение, подумал Галилео, напоминает приливы. Затем ему пришло в голову, что в случае Земли ускорение может быть следствием суточного вращения вокруг своей оси, происходящего в том же направлении и складывающегося со скоростью Земли в ее обращении вокруг Солнца, что происходит раз в день в заданной точке земной поверхности, как, например, в точке А на илл. 7.1. Замедление имеет место (один раз в день), когда скорости орбитального движения и осевого вращения направлены противоположно (как в точке Б илл. 7.1). Предполагалось, что континенты на сочетание этих двух движений не реагируют, а океаны отвечают тем, что вода в них плещется. Таким образом, Галилей был убежден, что в отсутствие даже одного из этих движений «приход и уход океанов были бы невозможны».
К сожалению, несмотря на убежденность Галилея, что он сумел изящно связать движение Земли с приливами, «назвав первое причиной вторых, а вторые — признаком или аргументом в пользу существования первого», его теория приливов не была ни верной, ни убедительной. Вращение Земли вокруг Солнца играет в приливах второстепенную роль и, безусловно, не объясняет реально наблюдаемых приливов в Адриатическом море. Его теория удовлетворяла общей склонности Галилея исключать действие невидимых сил, распространяющихся на большие расстояния, таких как гравитационное притяжение Земли, хотя идеи подобного рода существовали с Античности, и голландский математик Симон Стевин, а также Кеплер постулировали притяжение Луны как причину приливов в 1608 и в 1609 гг. соответственно. Несмотря на неправоту Галилея, его приверженность доступной для понимания механической причинности сделала его теорию приливов хотя бы правдоподобной. В свое время Ньютон использовал его теорию гравитации для подробного объяснения того, как совместное действие притяжения Луны и Солнца создает силы, вызывающие прилив.
В попытке переубедить своих противников Галилей в начале февраля 1616 г. встретился с Каччини, но не сумел ни умиротворить его, ни заставить изменить свои взгляды. Он также об наружил нового оппонента, монсеньора Франческо Инголи, который в январе 1616 г. написал трактат «Дискуссия касательно расположения и прочего Земли против системы Коперника » и готовился стать активным борцом с коперниканством.
Ситуация изменилась к худшему 19 февраля, когда теологов-консультантов Священной канцелярии спросили о двух предположениях: (1) Солнце является центром мира и не совершает никакого движения в пространстве, (2) Земля не является центром мира и не неподвижна — она движется вся как целое, а также совершает суточное вращательное движение. По иронии тот же орган, что так яростно возражал против вторжения ученых в теологию, теперь пор учил теологам судить о двух сугубо научных вопросах — двух важнейших моментах коперниканской модели.
В число консультантов входили архиепископ Армахский (Ирландия), магистр Священного Апостольского дворца, комиссар инквизиции и еще восемь религиозных деятелей, преимущественно доминиканцы. Ни один не был профессиональным астрономом или хотя бы состоявшимся ученым в какой бы то ни было области. Им понадобилось всего четыре дня, чтобы выдать коллективное заключение. Относительно Солнца как неподвижного центра Солнечной системы они постановили, что «это предположение глупое и абсурдное с философской и еретическое с формальной точки зрения, поскольку оно явно противоречит Священному Писанию во многих его местах как по буквальному смыслу слов, так и по принятому толкованию и пониманию его Святыми Отцами и учеными-теологами». Они были чуть менее категоричны и более осторожны в оценке второго предположения, потому что в Библии напрямую не сказано, что Земля не движется. Поэтому консультанты заключили, что это «предположение получает такую же оценку в философском смысле, что же касается теологической истины, оно представляет собой по меньшей мере заблуждение в вере». То есть они заменили категоричное « формально еретическое » на «по меньшей мере заблуждение в вере».
Затем развитие событий ускорилось. Двадцать четвертого февраля папа римский Павел V встретился со своими кардиналами. Только что назначенный кардинал Алессандро Орсини, родственник Медичи по матери, попытался выступить в защиту Галилея и представить предложенную ученым теорию приливов. Орсини был глубоко впечатлен аргументами Галилео в ходе долгой беседы, состоявшейся у них двумя месяцами ранее. К сожалению, папа оборвал его и тут же поручил ему убедить Галилея отказаться от коперниканских взглядов. Двадцать пятого числа понтифик повелел кардиналу Беллармино вызвать к себе Галилея и потребовать от него отказаться от мнения, что Солнце неподвижно, а Земля перемещается. Он добавил, что отказ подчиниться этому приказу приведет к заключению в тюрьму. Беллармино и Галилей встретились 26 февраля в покоях кардинала в присутствии Микеланджело Сегицци, генерального комиссара Священной канцелярии, и еще двух церковных функционеров, приближенных кардинала. Сделанная чиновником запись разговора, резюмирующая то, что было сказано на этой встрече, стала главной уликой на следствии по делу Галилея 17 лет спустя:
Пятница 26 февраля. В постоянную резиденцию вышеупомянутого Преосвященнейшего господина кардинала Беллармино, в апартаменты Его Высокопреосвященства был призван вышеназванный Галилей, и как только он предстал пред лицом Его Высокопреосвященства в присутствии достопочтеннейшего отца Микеланджело Сегицци из Лоди, члена ордена доминиканцев, Генерального Комиссара Инквизиции, то кардинал увещал упомянутого Галилея в ошибочности его известных воззрений, и чтобы он [Галилей] их оставил. Вслед за тем, в присутствии моем и т. д. и свидетелей и т. д., а также вышеназванного Преосвященнейшего господина кардинала, вышеупомянутый господин комиссар повелел и предписал все еще присутствовавшему здесь упомянутому Галилею от имени Его Святейшества Папы и всей Конгрегации Инквизиции полностью оставить вышеупомянутое мнение, а именно что Солнце неподвижно и находится в центре мира, а Земля движется, и в дальнейшем его более не придерживаться, не преподавать и не защищать никоим образом, ни письменно, ни устно. В противном случае Святая Инквизиция вынуждена будет возбудить против него дело. С этим предписанием вышеназванный Галилей согласился и обещал повиноваться.
Второй документ, описывающий случившееся, происходит из протокола заседания Священной канцелярии 3 марта. Отчет гласит: «Его преосвященство господин кардинал Беллармино предоставил сообщение, что математик Галилео Галилей подчинился, будучи предупрежден о приказе Священной конгрегации отказаться от мнения, которого доселе держался, относительно того, что Солнце пребывает неподвижно в центре сфер, но Земля находится в движении».
То обстоятельство, что два документа, написанные в разные дни, содержат некоторые маленькие, но существенные различия, породило много гипотез специалистов по Галилею.
В частности, неясен смысл уточнения «после же этого, без малейшего промедления» в первом документе. Галилею дали возможность ответить на увещевание, с которого начал разговор Беллармино? Если нет, то отсутствуют основания для условия, поставленного генеральным комиссаром. Если Галилей уже после предупреждения Беллармино дал обещание повиноваться, тогда у Сегицци не было причин вмешиваться и налагать гораздо более серьезное ограничение (в том числе «не придерживаться, не преподавать и не защищать никоим образом»). Если принять менее конспирологическое объяснение, то складывается впечатление, что, услышав неожиданное требование Беллармино, Галилей немного замешкался с ответом, что и вызвало беспричинное вмешательство нетерпеливого генерального комиссара, изложившего условия в более бескомпромиссной форме. В тот момент Галилею пришлось подчиниться или сесть в тюрьму.
Конгрегация Индекса должна была прийти и к решению о том, какие действия предпринять в отношении публикаций, связанных с учением Коперника. Этот вопрос также представил Беллармино на собрании, состоявшемся в начале марта 1616 г. Пятого марта Конгрегация опубликовала пагубный эдикт:
До сведения вышеназванной Конгрегация дошло, что ложное и целиком противное Священному Писанию пифагорейское учение о движении Земли и неподвижности Солнца, которому учит Николай Коперник в книге «О вращении небесных сфер» и Дидакус Астуника в « [Комментариях] на Книгу Иова », уже широко распространяется и многими принимается. Это видно из появившегося в печати послания некоего отца-кармелита под названием «Записки преподобного отца, мастера Антонио Фоскарини, кармелита, относительно мнения пифагорейцев и Коперника о подвижности Земли и неподвижности Солнца, а также о новой пифагорейской системе мира и пр.» (Lettera del R. Padre Maestro Paolo Antonio Foscarino Carmelito sopra l’opinione de Pittagorici e del Copernico, della mobilita della terra e stabilita del sole, et il nuovo Pittagorico sistema del mondo, il Napoli, per Lazzano Scoriggio) 1615 г., в котором он пытается показать, что вышеназванное учение о неподвижности Солнца в центре мира и движении Земли согласно с истиной и не противоречит Священному Писанию. Святая Конгрегация, чтобы подобное мнение не распространялось в будущем на пагубу католической истине, решила: названные книги Николая Коперника и Дидакуса должны быть временно задержаны впредь до их исправления, книга же отца-кармелита Паоло Антонио Фоскарини должна быть вовсе запрещена и осуждена, и все книги, кои учат тому же, запрещаются. Согласно настоящему Декрету, все [такие книги] соответственно запрещаются, осуждаются или временно задерживаются.
Читайте также
«Хорошей» новостью, с точки зрения Галилея, было то, что его имя не было упомянуто, а его книги не были раскритикованы в этом эдикте. Тем не менее всего за день до опубликования эдикта тосканский посол Гвиччардини, прежде отговаривавший Галилея от поездки в Рим, послал письмо великому герцогу, эмоционально написанное в духе «я же предупреждал: «Он [Галилей] весь горит своими мнениями, и вкладывает в них большую страсть, и не имеет достаточно воли и благоразумия, чтобы их контролировать, так что сам климат Рима становится для него очень вредным, особенно в сей век, когда нынешний правитель испытывает отвращение к свободным искусствам и ко всему интеллектуальному, не хочет даже слышать обо всех этих нововведениях и тонкостях, и каждый, кто желает быть у него в фаворе, должен изображать себя тупицей и невеждой. Подвергаться большим неприятностям без всякого к тому серьезного основания, когда из этого нельзя извлечь никакой пользы, а один лишь вред? Я не понимаю, зачем это нужно». Проще говоря, Галилей получил первое серьезное предупреждение во время правления выраженного антиинтеллектуала папы Павла V.