Научные работы посвящены математике, механике, физике, астрономии, геологии, ботанике, анатомии и физиологии человека. Сконструировал много машин, проектировал каналы, исследовал механическое движение, трение, волны на поверхности воды, капиллярность, движение птиц, сопротивление воздуха, подъемную силу, формирование изображения в камере-обскуре и глазе.
Леонардо был незнатного происхождения, поэтому не имел в юности возможности познакомиться с академическими латинскими трудами своего времени. В силу этого его творчество не было сковано схоластической наукой, не подавлялось господством авторитетов, в первую очередь, Аристотеля, что побудило его к непосредственному наблюдению природы и ее изучению. Леонардо осознает, что его понимание мира, достигнутое опытом, более надежно и правильно, чем почерпнутое из книг понимание ученых того времени: "...Хотя я не умею так, как они, цитировать авторов, я буду цитировать гораздо более достойную вещь - опыт, наставника из наставников".
Леонардо был величайшим изобретателем не только эпохи Возрождения, но и всех времен и народов. История техники насчитывает сотни его изобретений: стальные цепные передачи, различные сцепления (конические, спиральные, ступенчатые), роликовые опоры, "карданово" соединение, различные станки, приспособления для опытов с трением и по проверке сопротивления металлических нитей растяжению, боевые машины, землечерпалки, шлюзы и т.д. Следует отметить, что многие его изобретения создавались в процессе непосредственной инженерной работы и тут же реализовывались в конкретных сооружениях. Но глубина мышления Леонардо толкала его к переходу от чистой техники к обобщениям, от непосредственных технических применений тех или иных идей к выделению самих идей и их отдаленным применениям, характерных для науки.
Леонардо долго и внимательно изучал полет птиц, сформулировав при этом сознательный метод научного исследования, что и является одной и его главных научных заслуг.
В области механики наиболее значительным было исследование Леонардо центров тяжести плоских и объемных фигур. Здесь подобно Архимеду он основывается на математических доказательствах нахождения центра тяжести тетраэдра. В статике он развил учение о моменте силы, а также сформулировал и доказал "теорему об опорном многограннике": тело, опирающееся на горизонтальную плоскость, остается в равновесии, если основание вертикали, проведенной из его центра тяжести, попадает внутрь площади опоры.
Леонардо был не только разносторонним человеком, но и универсальным ученым. В динамике он вплотную подошел к формулировке принципов инерции и равенства сил действия и противодействия, создал теорию движения волн на море, открыл изменение атмосферного давления и создал разновидность рычажного барометра. В оптике он дал первое описание камеры-обскуры и использовал ее для развития теории зрения: обосновал перевернутое изображение внутри глаза и объемное зрение.
Принято считать Леонардо основателем экспериментального метода. Он высоко ценил опыт: знание - дочь опыта, - и широко использовал его, считая, что всякое знание начинается с чувств, поэтому нужно ограничивать рассуждение опытом. Но опыт сам по себе - сырой материал, и дело разума включить его в единую физическую концепцию явлений природы и показать, почему данный опыт должен идти именно так.
Было много споров о влиянии Леонардо да Винчи на последующее развитие науки. Это основано на том, что его рукописи были не опубликованы до конца 18 века. Однако многие идеи Леонардо содержатся в трудах крупных ученых 16 века: Николо Тартальи (1499-1552), Иеронима Кардана (1501-1576), Джованни Баттисты Бенедетти (1530-1590). Вообще 16 век был веком интенсивной интеллектуальной деятельности, веком борьбы против господства авторитетов, в особенности, авторитета церкви. В этом веке революционное учение Коперника вызвало резонанс во всем научном мышлении.
Коперник Николай (19.02.1473-24.05.1543) - польский астроном. Родился в Торуне в семье купца. Учился сначала в Краковском университете (1491-95), затем в Болонье и Падуе. С 1503 был секретарем и врачом у своего дяди - епископа Ваченроде, а с 1512 г. занимал должность каноника во Фромберке.
Является создателем гелиоцентрической системы мира. Обладал обширными знаниями в области математики, астрономии, права, медицины, философии, греческих и новых языков. Во Фромберке руководил не только церковными, но и хозяйственными, дипломатическими и военными делами епархии. Он не прекращал научной работы, но его основной труд "О вращениях небесных сфер" в 6 томах был опубликован перед самой его смертью, т.к. была еще сильна церковь, и труд предваряло "предохранительное" предисловие. В этом предисловии отмечалось, что данный труд не посягает на религиозные устои и является лишь математической гипотезой для удобства описания движения планет.
Однако идеи Коперника нашли полное понимание в научном мире, и в результате их распространения обновлялась философия и все научное мировозрение. В числе первых противников Аристотеля и приверженцев Коперника был Бернардино Телезий (1509-1588), церковь резко выступила против учения, появилась первая жертва - Джордано Бруно (1548-1600) и в 1616 г. оно было запрещено.
Успехи физики 16 века кажутся незначительными, но они являются первыми завоеваниями новой культуры, освобождающейся от груза средневековых традиций. Здесь можно отметить исследования криволинейности траектории летящего снаряда (Тарталья), независимости скорости падения тел от их веса (Бенедетти), равновесия тела на наклонной плоскости (голландский ученый Симон Стивен (1548-1620)). Также заметны работы по оптике итальянского ученого Франческо Мавролика (1494-1575), который рассмотрел хрусталик глаза как линзу и первым исследовал преломление света в призме. В 16 веке появилась подзорная труба, но ее случайно создали мастера ремесленники по изготовлению очков, а не ученые, т.к. оптические теории того времени не только не приводили к открытию трубы, а даже уводили от него. В это время были сделаны великие географические открытия: открытие Америки Христофором Колумбом в 1492 г., в 1519-1522 г.г. осуществилась первая кругосветная экспедиция Фердинанда Магеллана.
В этот период продолжились также работы по исследованию магнетизма: были открыты магнитное склонение (Христофор Колумб - 1492 г.) и магнитное наклонение (Георг Гартман - 1544 г.). В Италии Порта в седьмой книге своей "Натуральной магии" описывает оригинальные экспериментальные исследования с помощью железных опилок, использование железной пластины в качестве магнитного экрана и обнаружение исчезновения магнитных свойств при нагреве магнита. Гильберт при исследовании магнита сферической формы сделал вывод о соответствии его магнитных свойств магнитным свойствам Земли, т.е. впервые лабораторные результаты сопоставляются с явлениями космического масштаба.
Гильберт Уильям (24.05.1544-30.11.1603) - английский физик. Родился в Колчестере. Учился в Кембридже и Оксфорде. Был придворным врачом королевы Елизаветы.
В 1600 издал сочинение "О магните, магнитных телах и большом магните - Земле...", где описал свои исследования магнитных и электрических явлений и построил первые теории электричества и магнетизма. Рассматривал теплоту как движение частиц. Выступал с критикой Аристотеля и способствовал распространению в Англии учения Коперника.
Гильберту принадлежит заслуга в зарождении науки об электричестве: он обнаружил и исследовал электризацию ряда новых веществ (электризация янтаря была известна еще в античные времена), создал первый электроскоп.
3. Становление экспериментальной физики
Следует сказать, что в средневековье развития физики в Европе практически не было, а отдельные открытия делались случайно (компас, линза). В эпоху Возрождения появляется новый подход к исследованию, в полной мере начинает развиваться экспериментальный метод - предпосылка для создания классической физики, которая зарождается с конца 16 века. Ведущая роль здесь принадлежит Галилею.
Галилей Галилео (15.02.1564-08.01.1642) – итальянский физик и астроном. Член Академии деи Линчеи (1611). Родился в Пизе в семье музыканта и композитора. В 1581 поступил в Пизанский университет, где изучал медицину, но, увлекшись геометрией и механикой (по трудам Евклида и Архимеда), оставил университет и четыре года самостоятельно изучал математику во Флоренции. С 1589 – профессор Пизанского, в 1592-1610 - Падуанского университета, далее – придворный философ герцога Медичи. Умер в Арчетри близ Флоренции.
Основоположник экспериментального естествознания. Физические работы в области механики, оптики, молекулярной физики. Установил законы свободного падения, движения тел по наклонной плоскости, сложения движений, изохронизма маятника, сформулировал принцип инерции и относительности. Построил подзорную трубу – первый телескоп, с помощью которой сделал астрономические открытия: горы на Луне, спутники Юпитера, фазы Венеры, пятна на Солнце и др. Построил микроскоп, выдвинул идею о конечности скорости света и предложил способ ее измерения. Изобрел термоскоп, определил удельный вес воздуха. За отстаивание учения Коперника о гелиоцентрической системе осужден инквизицией в 1633 и был вынужден отказаться от своих убеждений.
Нет однозначных свидетельств, что Галилей был знаком с трудами Леонардо да Винчи, но ряд историков физики считают, что мысли Леонардо распространялись устным путем среди итальянских ученых и могли дойти до Галилея. К тому же, как уже отмечалось, многие идеи Леонардо содержались в трудах Тартальи, Кардана и Бенедетти.
Галилей с самого начала научной деятельности (в 1589 г. он был назначен профессором математики) проявляет независимость своего мышления. В трактате "О движении" (1590 г.) он выступает с четко антиаристотелевых позиций. Здесь он показывает несостоятельность теории движения, поддерживаемого воздухом, а также аргумента Аристотеля против существования пустоты. Приводимые доказательства строятся на четких экспериментальных данных.