Физика в то время сводилась к механике, проблемами которой Галилей занимался в течение всей жизни.
Вместе с тем она охватывала широкий круг общих мировозренческих, по существу, космологических проблем. До Галилея в ней в течение веков господствовали представления аристотелевской школы перипатетиков о принципиальном различии земных (точнее, подлунных) и небесных, или космических, явлений, о существовании насильственных и естественных движений. К первым относили движения под действием механической силы. При этом считалось, что они могут продолжатся, лишь пока действует сила. Второй вид движений якобы определялся самой природой тела и геометрическими свойствами замкнутого пространства Вселенной. По Аристотелю, тяжелые тела в своем единственном движении должны были падать с различной скоростью в зависимости от своей тяжести. Аристотель полагал, что независимым от веса падение было бы лишь в пустоте, существование которой он как физик-экспериментатор отрицал.
Галилей совершил подлинную революцию в механике, полностью разрушив представления аристотелелевой физики, сложившийся на основе слишком грубого повседневного наблюдения, либо напротив, чисто умозрительные. Галилей впервые построил экспериментально математическую науку о движении – кинематику, законы которой он вывел в результате обобщения данных специально поставленных научных опытов.
Сравнивая движение тел по наклонной плоскости с их свободным падением, он установил единство (в частности, независимость скорости такого падения от веса тела), установил законы качения маятника и построил теорию равномерно ускоренного движения. Этим не исчерпывается его вклад в механику. С ее помощью он заложил основы более общего научного метода выявления законов природы вообще. Прежде всего, он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений, утверждая, что «книга природы написана языком математики». Метод же его экспериментально – теоретического исследования заключается в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и постепенном мысленном приближении этих явлений к некоторым идеальным условиям, в которых законы, управляющие ими, проявиться, так сказать, в чистом виде. Такой метод получил название индуктивного. Единственно, в чем Галилей остался аристотелеанцем, - было его представление об инерциальном как движении по кругу.
Поиски точных законов гелиоцентрического планетного мира стали главным делом жизни великого немецкого астронома Иогана Кеплера(1571-1630). В ходе этой колоссальной работы проявились не только его гениальность как астронома и математика, но и смелость мысли, свобода духа, благодаря которым он сумел преодолеть тысячелетние космологические традиции и вместе с тем возродить и поставить на службу науке известные с древности, но, по существу, забытые некоторые натурфилософские принципы, раскрыв их глубокое истинное содержание.
Уже современники Кеплера убедились в точности открытых им трех законов планетных движений. Но они считали их удачной эмпирической находкой, «правилами», полученными без каких-либо предпосылок и обоснований, путем подбора величин. Общие размышления, связанные с идеей «мировой гармонии» и поисками и поисками простых числовых отношений в мире, составляющие большую часть в сочинениях Кеплера: «Новая, изыскивающая причины астрономия, или физика неба»(1609) и «Гармония мира»(1619), где изложены и его законы, рассматривались как неизбежная дань эпохе, не имевшая отношения к его научным открытиям. Галилей считал их простым воскрешением древней пифагорейской идеи о роли числа во Вселенной, не совместимой с новым экспериментальным естествознанием, за которое он боролся. Поэтому он не обратил внимания и на кеплеровы законы (а,
возможно, и не ознакомился с ними, хотя Кеплер послал ему сочинение 1609 год).
Первую универсальную физико-космологическую и космогоническую картину мира на основе гелиоцентризма попытался построить великий французский ученый и философ, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650). Мысль дать общий очерк устройства и развития мира, положив в основу лишь идею вечно движущейся материи, возникла у Декарта в юности, когда ему было 23 года. Его «Трактат о системе мира», законченный в основном к 1633 году, начинал собою новое направление в философии естествознания – построение материалистических физико-космологических картин мира, опиравшихся на механику. Однако, узнав о суровом суде над Галилеем, Декарт не решился опубликовать свой труд.
Как и Галилей, выступив против схоластики и догматизма, он сформулировал принципы подлинно научного познания природы и изложил их в своем труде «Рассуждение о методе». Сочинение было издано анонимно в Лейдене в 1637 г. и имело разъясняющий подзаголовок: «Чтобы хорошо направлять свой разум и отыскивать истину в науках». Основным средством установления истины Декарт провозгласил логические рассуждения, которые могли дополнить всегда несовершенный опыт, установить истинные связи между явлениями и проникнуть в их существо. Основные положения такого метода познания, получившего название рационалистического он изложил в виде четырех правил, в которых попытался привести в систему процесс познания.
Рационалистические воззрения Декарта, отрицавшего первостепенное значение опыта, признававшего врожденные идеи, на основе которых, якобы, вырабатываются аксиомы в науке, - все это послужило в дальнейшем для развития идеалисического мировоззрения. Вместе с тем скептическое отношение Декарта к голому эксперименту, воспринимаемому вне определенной идейной атмосферы, выражало и глубоко верную идею о недостаточности для познания сущности вещей одного только опыта, который никогда не может отразить действительность во всех ее деталях и полноте. Поэтому метод Декарта вошел в науку как дедуктивный метод познания. Однако Декарт не только не отрицал необходимости экпериментального исследования, но и сам был блестящим экспериментатором в физике, особенно в оптике, механике, а также физиологии. Он внес усовершенствование в проведение эксперимента, утверждал, что природа материальных
вещей «…гораздо легче познается, когда мы видим их постепенное развитие, чем когда рассматриваем их как вполне уже образовавшиеся». «Рассуждение о методе» сыграло огромную прогрессивную роль в формировании нового экспериментально-теоретического естествознания и научного мировоззрения в целом.
Вместе с этим трудом Декарта, ввиде приложений к нему, вышли его «Геометрия», «Диоптрика» и «Метеоры», посвященные математическим и физическим исследованиям.
Все главное, связанное с именем великого Ньютона (1643-1727), знакомо каждому со школьных лет: знаменитые законы динамики, закон всемирного тяготения, создание новых математических методов – дифференциального и интегрального исчисления, ставших фундаментом современной высшей математики, изобретение телескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света… Все свои великие открытия он сделал в молдые годы, в 1665-1667 годы (спасаясь в родной деревушке Вулсторпе под Лондоном от чумы, свирепствовавшей в городах Англии). В математике и физике-механике, оптике и других ее разделах, - наконец, в самом стиле научного мышления, в методах исследования природы более столетия господствовало направление, известное под именем ньютоновского.
В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции, то есть переходом от приближенных выводов из конечного числа конкретных наблюдений к предельным, абстрагированным от частностей точным законом. Развитие этого индуктивного метода начал Галилей. Ньютон довел его до логического завершения. Вразрез с многовековыми традициями в науке и, казалось бы, с главной целью ученого, Ньютон впервые сознательно от поисков «конечных причин» явлений и законов и ограничился, в противоположность картезианцам, точным изучением количественных проявлений этих закономерностей в природе. В этом Ньютон был близок к Птолемею.
На новом этапе развития знаний Ньютон обобщил в своей универсальной (но лишь феноменологической, то есть не разъясняющей механизм явления) теории тяготения новые астрономические, физические и геофизические факты. В качестве отдельных элементов в его теорию гравитации вошли открытые Кеплером на базе гелиоцентрической системы Коперника кинематические законы планетных движений, открытые Галилеем
закономерности прямолинейного движения тел под действием сил (динамика), теория центростремительной силы, возникающей при криволинейном движении, построенная Гюйгенсом.
Для математического описания, сведения в единую систему всех этих движений и взаимодействий тел самого различного рода, качеств, масштабов Ньютон (который, как и древнегреческие физики, для описания явлений пользовался геометрическими методами) впервые объединил число, геометрическую фигуру и движение.
Свой метод расчета механических движений путем рассмотрений бесконечно малых приращений величин - характеристик исследуемых движений Ньютон назвал «методом флюксий» и описал его в сочинении «Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых» (опубликовано в 1736 году). Вместе с методом Лейбница он составил основу современных дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат такие важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии.
В то время как существование упорядоченной планетной системы уже в XVII веке из ранга гипотез перешло в ранг доказанных фактов, мир звезд оставался целиком загадочным. Даже гениальный Кеплер предполагал, что все звезды сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца, допуская даже, что этот слой состоит из твердого прозрачного вещества вроде льда... Хотя в другом месте Кеплер высказывал мысль о... рождении звезд из тонкой материи Млечного Пути. Мы видели, что колоссальная протяженность и сложность звездного мира впервые проглянули сквозь телескоп Галилея, но и его основное внимание было поглощено проблемой планетной системы - гелиоцентризма. К тому же для детального изучения мира звезд нужна была еще целая эпоха развития самих телескопов.