Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Кеплер развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца. Кеплер полагал, что сила действовала на планету непосредственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие основ механики привело его к ошибочному выводу, что эта сила обратно пропорциональна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего.
Галилео Галилей
В формировании классической механики и утверждении нового мировоззрения велика заслуга Галилея. Он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики». Смысл своего творчества он видел в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилею в большей степени, чем кому-либо другому, был присущ эмпирический подход к научному познанию. Он был первым, кто настаивал на необходимости проведения экспериментов. Он отказался от представления, что научный вопрос может быть решен при опоре на авторитет, будь то мнение церкви или утверждение Аристотеля. Он также не хотел опираться на сложные дедуктивные схемы, которые не были подкреплены опытным путем.
Первое из важнейших открытий Галилей совершил в области механики. Аристотель учил, что тяжелые предметы падают с большей скоростью, чем легкие. Однако Галилей решил проверить этот тезис и, проведя несколько экспериментов, вскоре обнаружил, что Аристотель был не прав. На самом деле тяжелые и легкие предметы падают с одинаковой скоростью, за исключением случаев, когда их движение замедляется из-за трения воздуха. Придя к такому заключению, Галилей пошел дальше. Он тщательно измерил расстояние, которое проходит падающий предмет в данный период времени, и установил, что путь падающего предмета пропорционален квадрату времени, за которое происходило падение. Конечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости из состояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но не зависит от угла наклона плоскости.
Другим важным достижением Галилея было открытие закона инерции. Первоначально люди полагали, что движущийся объект имел бы естественную тенденцию к замедлению движения, если бы к нему не были приложены силы, которые заставляли его двигаться дальше. Однако опыты Галилея показали, что это общее представление ошибочно. Если бы силы, задерживающие движение, такие, например, как трение, можно было бы исключить, падающий предмет стремился бы продолжать движение бесконечно. Этот важный принцип является одним из первостепенных принципов физики. Галилей делает открытие большой научной и практической значимости – открывает закон изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии, прикладной механике. Он сформулировал принцип относительности движения (все системы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов); открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции). Еще более важным представляется то, что Галилей сумел суммировать результаты целой серии экспериментов в математической формуле. Широкое использование математических формул и математических методов – важнейшая характерная черта современной науки.
Блестящие открытия Галилей совершил в астрономии. Галилей был первым ученым, начавшим наблюдения неба при помощи построенных им зрительных труб. После изобретения зрительной трубы он усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным приближением, с помощью которого совершил ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей открыл четыре спутника Юпитера, обращающиеся вокруг этой планеты. Это открытие неопровержимо доказало, что не только Земля может быть центром обращения небесных светил. Наблюдая солнечные пятна, Галилей обнаружил, что они перемещаются по солнечной поверхности, и сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси. После этого легко было допустить, что вращение вокруг оси свойственно всем небесным телам, а не только Земле. Наблюдая звездное небо, Галилей убедился, что число звезд гораздо больше, чем может видеть невооруженный глаз. Огромная белая полоса на небе - Млечный Путь - при рассмотрении ее в зрительную трубу отчетливо разделялась на отдельные звезды. Так подтверждалась мысль о том, что звезд и солнц бесконечное множество, а значит, просторы Вселенной безграничны и неисчерпаемы.
За признание своих открытий Галилею пришлось вести борьбу с церковной ортодоксией. Церковь дважды вела процессы против Галилея. Галилей был вынужден перейти к методам нелегальной борьбы. Но он продолжал исследование законов движения тел под действием сил в земных условиях. Основные итоги этих исследований он изложил в книге «Диалог о двух системах мира». Книга Галилея вызвала восторг в научных кругах всех стран и бурю негодования среди церковников. Инквизиция пригрозила Галилею не только осудить его как еретика, но и уничтожить все его рукописи и книги. От него требовали признания ложности учения Коперника. Галилей вынужден был уступить. Но тем не менее после приговора и в годы, последовавшие за процессом, Галилей продолжал разработку рациональной динамики. Исследования Галилея заложили надежный фундамент динамики, а также методологии классического естествознания. Дальнейшие исследования лишь углубляли и укрепляли этот фундамент. С полным основанием Галилея называют «отцом современного естествознания».
Рене Декарт
Первым "концептуалистом" Нового времени принято считать Рене Декарта. Он автор первой новоевропейской теории происхождения мира, Вселенной. Хотя мир создан Богом, Бог не принимает участия в его дальнейшем развитии. Мир развивается по естественным законам. Бог является "конструктором" всего сущего и он мог воспользоваться для осуществления своих замыслов научным вариантом конструкции мира. Материя по Декарту делима до бесконечности (атомов и пустоты не существует) а движение он объяснял с помощью понятия вихрей. Онородная материя дробима на части, имеющие различные формы и размеры. В процессе дробления и взаимодействия формируются три группы элементов материи – легкие и разнообразной формы (огонь); отшлифованные частицы круглой формы (воздух); крупные, медленно движущиеся частицы (земля). Все эти частицы вначале двигались хаотически и были хаотически перемешаны. Однако, законы природы таковы, что они достаточны, чтобы заставить части материи расположиться в весьма стройном порядке. Благодаря этим законам материя принимает форму нашего «весьма совершенного мира». Декарт поставил математику основой и образцом метода, оставил только определения, которые укладываются в математические объяснения. Понимание мира Декартом снимает различие между естественным и искусственным. Растение такой же равноправный механизм, как и часы, сконструированные человеком. С той лишь разницей, что искусство Высшего Творца отличается от искусства творца конечного (человека). Декарт предложил свой метод, в основу которого легли следующие правила: начинать с простого и очевидного; путем дедукции получать более сложные высказывания; действовать таким образом, чтобы не упустить ни одного звена (непрерывность цепи умозаключений) для чего нужна интуиция, которая усматривает первые начала, и дедукция, которая дает следствия из них.
Декарт – основоположник научной космогонии. Частицы, находясь в непрерывном круговом движении, образуют материю «неба», раздробленные части выпираются к центру, образуя материю «огня». Этот огонь из тонких частиц, находящихся в бурном движении, формирует звезды и Солнце. Более массивные частицы вытесняются к периферии, смешиваются и образуют тела планет. Каждая планета вовлекается своим вихрем в круговое движение около центрального светила. Космогоническая теория Декарта объясняла суточное движение Земли вокруг своей оси и ее годовое движение вокруг Солнца. Но не могла объяснить других особенностей Солнечной системы.
Ньютонианская революция
Результаты естествознания XVII в. обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. Ньютон впервые сознательно отказался от поисков конечных причин явлений и законов и ограничился изучением точных количественных проявлений этих закономерностей в природе. Обобщив результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон стал родоначальником классической теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разработал ее методы и программу развития. В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.
Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого универсального закона природы – закона всемирного тяготения. Идею о том, каким образом можно вычислить силу тяготения, Ньютон проводит на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли. Уменьшив это ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что оно равно ускорению силы тяжести у земной поверхности. Ньютон сделал вывод, что для всех планет имеет место притяжение к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Далее Ньютон выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи (массе) и не зависит от формы материала и других свойств тела. Первый закон Ньютона: "Если бы на тело не действовало никаких сил вообще, то оно после того, как ему сообщили начальную скорость, продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно и прямолинейно". Следовательно, никаких свободных движений нет, а любое криволинейное движение возможно лишь под действием силы. Третий закон Ньютона: "Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположно направленное, или, иными словами, взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению" .Наиболее полно все это выражается вторым законом Ньютона: «Ускорение, сообщаемое телу массой, прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе».