"Ia memerlukan ketabahan yang luar biasa untuk mengekstrak undang-undang alam dari fenomena konkrit yang sentiasa berada di hadapan mata semua orang, tetapi penjelasannya bagaimanapun mengelak dari pandangan ingin tahu ahli falsafah," tulis ahli matematik dan astronomi Perancis terkenal Lagrange tentang Galileo.
Penemuan Galileo Galilei dalam astronomi
Pada tahun 1609, Galileo Galilei secara bebas membina teleskop pertamanya dengan kanta cembung dan kanta mata cekung. Pada mulanya, teleskopnya memberikan pembesaran kira-kira 3 kali ganda. Tidak lama kemudian dia berjaya membina teleskop yang memberikan pembesaran sebanyak 32 kali ganda. Istilah itu sendiri teleskop Galileo juga memperkenalkannya ke dalam sains (atas cadangan Federico Cesi). Beberapa penemuan yang dibuat Galileo dengan bantuan teleskop menyumbang kepada kenyataan itu sistem heliosentrik dunia, yang Galileo aktif mempromosikan, dan menyangkal pandangan ahli geosentris Aristotle dan Ptolemy.
Teleskop Galileo mempunyai satu kanta menumpu sebagai objektif, dan kanta mencapah berfungsi sebagai kanta mata. Reka bentuk optik ini menghasilkan imej tidak terbalik (daratan). Kelemahan utama teleskop Galilea adalah bidang pandangannya yang sangat kecil Sistem ini masih digunakan dalam teropong teater, dan kadang-kadang dalam teleskop amatur buatan sendiri.
Galileo membuat pemerhatian teleskopik pertama terhadap benda angkasa pada 7 Januari 1610. Mereka menunjukkan bahawa Bulan, seperti Bumi, mempunyai topografi yang kompleks - dilitupi dengan gunung dan kawah. Galileo menjelaskan cahaya pucat Bulan, yang dikenali sejak zaman purba, hasil daripada cahaya matahari yang dipantulkan oleh Bumi yang memukulnya. Semua ini menyangkal ajaran Aristotle tentang penentangan "duniawi" dan "syurga": Bumi menjadi badan yang pada dasarnya sama sifatnya dengan benda angkasa, dan ini berfungsi sebagai hujah tidak langsung yang memihak kepada sistem Copernican: jika planet lain bergerak, maka adalah wajar untuk menganggap bahawa Bumi juga bergerak. Galileo juga menemuinya librasi Bulan (getaran perlahan) dan menganggarkan ketinggian pergunungan bulan dengan agak tepat.
Planet Venus muncul kepada Galileo dalam teleskop bukan sebagai titik berkilat, tetapi sebagai bulan sabit cahaya, serupa dengan bulan.
Perkara yang paling menarik ialah pemerhatian planet Musytari yang terang. Melalui teleskop, Musytari tidak lagi kelihatan kepada ahli astronomi sebagai titik terang, tetapi sebagai bulatan yang agak besar. Terdapat tiga bintang di langit berhampiran bulatan ini, dan seminggu kemudian Galileo menemui bintang keempat.
Melihat gambar itu, seseorang mungkin tertanya-tanya mengapa Galileo tidak segera menemui keempat-empat satelit: lagipun, ia begitu jelas kelihatan dalam gambar! Tetapi kita mesti ingat bahawa teleskop Galileo sangat lemah. Ternyata keempat-empat bintang itu bukan sahaja mengikuti Musytari dalam pergerakannya merentasi langit, tetapi juga mengelilingi planet besar ini. Jadi, empat bulan ditemui sekaligus di Musytari - empat satelit. Oleh itu, Galileo menyangkal salah satu hujah penentang heliosentrisme: Bumi tidak boleh berputar mengelilingi Matahari, kerana Bulan sendiri berputar mengelilinginya. Lagipun, Musytari jelas perlu beredar sama ada mengelilingi Bumi (seperti dalam sistem geosentrik) atau mengelilingi Matahari (seperti dalam sistem heliosentrik). Galileo memerhatikan tempoh orbit satelit-satelit ini selama satu setengah tahun, tetapi ketepatan anggaran hanya dicapai pada era Newton. Galileo mencadangkan menggunakan pemerhatian gerhana satelit Musytari untuk menyelesaikan masalah kritikal menentukan longitud di laut. Dia sendiri tidak dapat membangunkan pelaksanaan pendekatan sedemikian, walaupun dia mengusahakannya sehingga akhir hayatnya; Cassini adalah yang pertama mencapai kejayaan (1681), tetapi disebabkan oleh kesukaran pemerhatian di laut, kaedah Galileo digunakan terutamanya oleh ekspedisi darat, dan selepas penciptaan kronometer marin (pertengahan abad ke-18), masalah itu telah ditutup.
Galileo juga menemui (secara bebas daripada Fabricius dan Herriot) tompok matahari(kawasan gelap di Matahari, suhunya diturunkan kira-kira 1500 K berbanding kawasan sekitarnya).
Kewujudan bintik-bintik dan kebolehubahan berterusan mereka menyangkal tesis Aristotle tentang kesempurnaan langit (berbanding dengan "dunia sublunari"). Daripada pemerhatian mereka, Galileo membuat kesimpulan bahawa Matahari berputar mengelilingi paksinya, dianggarkan tempoh putaran ini dan kedudukan paksi Matahari.
Galileo juga menetapkan bahawa Venus mengubah fasa. Di satu pihak, ini membuktikan bahawa ia bersinar dengan cahaya yang dipantulkan dari Matahari (yang tidak ada kejelasan dalam astronomi tempoh sebelumnya). Sebaliknya, susunan perubahan fasa sepadan dengan sistem heliosentrik: dalam teori Ptolemy, Venus sebagai planet "rendah" sentiasa lebih dekat dengan Bumi daripada Matahari, dan "Venus penuh" adalah mustahil.
Galileo juga mencatatkan "lampiran" pelik Zuhal, tetapi penemuan cincin itu dihalang oleh kelemahan teleskop. 50 tahun kemudian, cincin Zuhal ditemui dan diterangkan oleh Huygens, yang mempunyai teleskop 92 kali ganda di pelupusannya.
Galileo berhujah bahawa apabila diamati melalui teleskop, planet-planet kelihatan sebagai cakera, saiz yang jelas dalam konfigurasi berbeza berubah dalam nisbah yang sama seperti berikut dari teori Copernican. Walau bagaimanapun, diameter bintang tidak meningkat apabila diperhatikan dengan teleskop. Ini menafikan anggaran saiz nyata dan saiz sebenar bintang, yang digunakan oleh beberapa ahli astronomi sebagai hujah terhadap sistem heliosentrik.
Bima Sakti, yang pada mata kasar kelihatan seperti cahaya berterusan, diturunkan kepada Galileo dalam bentuk bintang individu, yang mengesahkan tekaan Democritus, dan sejumlah besar bintang yang tidak diketahui sebelum ini menjadi kelihatan.
Galileo menulis sebuah buku, Dialog Mengenai Dua Sistem Dunia, di mana dia menerangkan secara terperinci mengapa dia menerima sistem Copernican daripada Ptolemy. Perkara utama dalam dialog ini adalah seperti berikut:
- Zuhrah dan Utarid tidak pernah bertentangan, bermakna mereka mengorbit Matahari dan orbitnya berada di antara Matahari dan Bumi.
- Marikh mempunyai pembangkang. Daripada analisis perubahan kecerahan semasa pergerakan Marikh, Galileo menyimpulkan bahawa planet ini juga beredar mengelilingi Matahari, tetapi dalam kes ini Bumi terletak. dalam orbitnya. Dia membuat kesimpulan yang sama untuk Musytari dan Zuhal.
Ia kekal untuk memilih antara dua sistem dunia: Matahari (dengan planet) berputar mengelilingi Bumi atau Bumi berputar mengelilingi Matahari. Corak pergerakan planet yang diperhatikan dalam kedua-dua kes adalah sama, ini menjamin prinsip relativiti dirumuskan oleh Galileo sendiri. Oleh itu, hujah tambahan diperlukan untuk pilihan, antaranya Galileo memetik kesederhanaan dan keaslian model Copernican yang lebih besar (namun, dia menolak sistem Kepler dengan orbit elips planet).
Galileo menjelaskan mengapa paksi bumi tidak berputar apabila bumi beredar mengelilingi matahari; Untuk menjelaskan fenomena ini, Copernicus memperkenalkan "pergerakan ketiga" khas Bumi. Galileo menunjukkan secara eksperimen itu paksi gasing yang bergerak bebas mengekalkan arahnya dengan sendirinya(“Surat kepada Ingoli”):
“Fenomena yang sama jelas ditemui dalam mana-mana badan yang berada dalam keadaan bebas tergantung, seperti yang saya tunjukkan kepada ramai; dan anda sendiri boleh mengesahkan ini dengan meletakkan bola kayu terapung di dalam bekas air, yang anda ambil di tangan anda, dan kemudian, meregangkannya, anda mula berputar di sekeliling anda; anda akan melihat bagaimana bola ini akan berputar mengelilingi dirinya dalam arah yang bertentangan dengan putaran anda; ia akan melengkapkan putaran penuhnya pada masa yang sama seperti anda melengkapkan pusingan anda.”
Galileo membuat kesilapan yang serius dengan mempercayai bahawa fenomena pasang surut membuktikan putaran Bumi pada paksinya. Tetapi dia juga memberikan hujah serius lain yang memihak kepada putaran harian Bumi:
- Sukar untuk bersetuju bahawa seluruh Alam Semesta membuat revolusi harian mengelilingi Bumi (terutamanya memandangkan jarak yang sangat besar ke bintang); adalah lebih wajar untuk menerangkan gambaran yang diperhatikan dengan putaran Bumi sahaja. Penyertaan segerak planet dalam putaran harian juga akan melanggar corak yang diperhatikan, mengikut mana semakin jauh planet dari Matahari, semakin perlahan ia bergerak.
- Malah Matahari yang besar telah didapati mempunyai putaran paksi.
Untuk membuktikan putaran Bumi, Galileo mencadangkan secara mental membayangkan bahawa peluru meriam atau badan yang jatuh menyimpang sedikit daripada menegak semasa musim gugur, tetapi pengiraannya menunjukkan bahawa sisihan ini boleh diabaikan.
Galileo juga membuat pemerhatian yang betul bahawa putaran Bumi mesti mempengaruhi dinamik angin. Semua kesan ini ditemui lebih lama kemudian.
Pencapaian lain Galileo Galilei
Dia juga mencipta:
- Imbangan hidrostatik untuk menentukan graviti tentu pepejal.
- Termometer pertama, masih tanpa skala (1592).
- Kompas berkadar digunakan dalam penggubalan (1606).
- Mikroskop (1612); Dengan bantuannya, Galileo mempelajari serangga.
Pelbagai minatnya sangat luas: Galileo juga terlibat optik, akustik, teori warna dan kemagnetan, hidrostatik(sains yang mengkaji keseimbangan cecair) rintangan bahan, masalah kubu(sains ketenteraan penutupan dan halangan buatan). Saya cuba mengukur kelajuan cahaya. Beliau secara empirik mengukur ketumpatan udara dan memberikan nilai 1/400 (bandingkan: Aristotle - 1/10, nilai moden sebenar ialah 1/770).
Galileo juga merumuskan hukum ketakmusnahan jirim.
Setelah mengetahui semua pencapaian Galileo Galilei dalam sains, mustahil untuk tidak berminat dengan keperibadiannya. Oleh itu, kami akan memberitahu anda tentang peringkat utama perjalanan hidupnya.
Dari biografi Galileo Galilei
Ahli sains Itali masa depan (ahli fizik, mekanik, ahli astronomi, ahli falsafah dan ahli matematik) dilahirkan pada tahun 1564 di Pisa. Seperti yang anda sedia maklum, beliau adalah pengarang penemuan astronomi yang luar biasa. Tetapi kepatuhannya kepada sistem heliosentrik dunia membawa kepada konflik yang serius dengan Gereja Katolik, yang menjadikan hidupnya sangat sukar.
Dia dilahirkan dalam keluarga bangsawan, bapanya seorang ahli muzik dan ahli teori muzik terkenal. Keghairahannya terhadap seni disampaikan kepada anaknya: Galileo belajar muzik dan lukisan, dan juga mempunyai bakat sastera.
Pendidikan
Dia menerima pendidikan rendah di biara yang paling dekat dengan rumahnya, belajar sepanjang hidupnya dengan penuh semangat - dia belajar perubatan di Universiti Pisa, dan pada masa yang sama berminat dalam geometri. Dia belajar di universiti hanya selama kira-kira 3 tahun - bapanya tidak lagi dapat membayar pengajian anaknya, tetapi berita tentang pemuda berbakat itu sampai kepada pegawai tertinggi, dia dilindungi oleh Marquis del Monte dan Duke Tuscan Ferdinand I Medici .
Aktiviti saintifik
Galileo kemudiannya mengajar di Universiti Pisa dan kemudian di Universiti Padua yang lebih berprestij, di mana tahun-tahun yang paling membuahkan hasil dalam kerjaya saintifiknya bermula. Di sini dia terlibat secara aktif dalam astronomi - dia mencipta teleskop pertamanya sendiri. Dia menamakan empat satelit Musytari yang ditemuinya selepas anak-anak penaungnya Medici (kini mereka dipanggil satelit Galilea). Galileo menerangkan penemuan pertamanya dengan teleskop dalam eseinya "The Starry Messenger" buku ini menjadi buku terlaris pada zamannya, dan penduduk Eropah dengan cepat membeli teleskop untuk diri mereka sendiri. Galileo menjadi saintis paling terkenal di Eropah; odes ditulis untuk menghormatinya, di mana dia dibandingkan dengan Columbus.
Selama tahun-tahun ini, Galileo memasuki perkahwinan sivil, di mana dia mempunyai seorang anak lelaki dan dua anak perempuan.
Sudah tentu, orang-orang seperti itu, sebagai tambahan kepada penganut mereka, sentiasa mempunyai simpati yang mencukupi, dan Galileo tidak terlepas daripada ini. Pengkritik sangat marah dengan propagandanya tentang sistem heliosentrik dunia, kerana bukti terperinci tentang konsep imobilitas Bumi dan penyangkalan hipotesis tentang putarannya terkandung dalam risalah Aristotle "On Heaven" dan dalam "Almagest" Ptolemy. ”.
Pada tahun 1611, Galileo memutuskan untuk pergi ke Rom untuk meyakinkan Paus Paul V bahawa idea Copernicus benar-benar serasi dengan Katolik. Dia diterima dengan baik dan menunjukkan kepada mereka teleskopnya, memberikan penjelasan yang teliti dan teliti. Para kardinal mencipta komisen untuk menjelaskan persoalan sama ada berdosa melihat ke langit melalui paip, tetapi sampai pada kesimpulan bahawa ini dibenarkan. Ahli astronomi Rom secara terbuka membincangkan persoalan sama ada Zuhrah bergerak mengelilingi Bumi atau mengelilingi Matahari (fasa perubahan Zuhrah jelas memihak kepada pilihan kedua).
Tetapi penolakan terhadap Inkuisisi bermula. Dan apabila Galileo menerbitkan buku "Letters on Sunspots" pada tahun 1613, di mana dia secara terbuka bercakap menyokong sistem Copernican, Inkuisisi Rom memulakan kes pertamanya terhadap Galileo atas tuduhan bidaah. Kesilapan terakhir Galileo ialah panggilannya ke Rom untuk menyatakan sikap terakhirnya terhadap ajaran Copernicus. Kemudian Gereja Katolik memutuskan untuk mengharamkan ajarannya dengan penjelasan bahawa “ gereja tidak membantah tafsiran Copernicanisme sebagai alat matematik yang mudah, tetapi menerimanya sebagai realiti bermakna mengakui bahawa tafsiran tradisional sebelumnya terhadap teks alkitabiah adalah salah.».
5 Mac 1616 Rom secara rasmi mentakrifkan heliosentrisme sebagai ajaran sesat yang berbahaya. Buku Copernicus telah diharamkan.
Larangan gereja terhadap heliosentrisme, kebenaran yang Galileo yakin, tidak dapat diterima oleh saintis. Dia mula memikirkan bagaimana untuk terus mempertahankan kebenaran tanpa melanggar larangan itu secara rasmi. Dan saya memutuskan untuk menerbitkan buku yang mengandungi perbincangan neutral dari sudut pandangan yang berbeza. Dia menulis buku ini selama 16 tahun, mengumpul bahan, mengasah hujahnya dan menunggu saat yang sesuai. Akhirnya (pada tahun 1630) selesai, buku ini - "Dialog tentang dua sistem paling penting di dunia - Ptolemaic dan Copernican" , tetapi diterbitkan hanya pada tahun 1632. Buku ini ditulis dalam bentuk dialog antara tiga pencinta sains: seorang Copernican, seorang peserta neutral, dan seorang penganut Aristotle dan Ptolemy. Walaupun buku itu tidak mengandungi kesimpulan pengarang, kekuatan hujah yang memihak kepada sistem Copernican bercakap untuk dirinya sendiri. Tetapi dalam peserta neutral, Paus mengenali dirinya dan hujahnya dan menjadi marah. Dalam beberapa bulan, buku itu diharamkan dan ditarik balik daripada penjualan, dan Galileo telah dipanggil ke Rom untuk dibicarakan oleh Inkuisisi kerana disyaki bidaah. Selepas soal siasat pertama, dia telah ditahan. Terdapat pendapat bahawa penyeksaan digunakan terhadapnya, bahawa Galileo diancam dengan kematian, dia telah disoal siasat di bilik penyeksaan, di mana alat-alat yang mengerikan dibentangkan di hadapan mata banduan: corong kulit yang melaluinya sejumlah besar air dituangkan ke dalam seseorang. perut, but besi (ditusuk ke kaki orang yang diseksa), penyepit digunakan untuk mematahkan tulang...
Walau apa pun, dia berhadapan dengan pilihan: sama ada dia akan bertaubat dan meninggalkan "khayalan"nya, atau dia akan mengalami nasib Giordano Bruno. Dia tidak tahan dengan ugutan itu dan meninggalkan tulisannya.
Tetapi Galileo kekal sebagai tawanan Inkuisisi sehingga kematiannya. Dia dilarang keras bercakap dengan sesiapa sahaja tentang pergerakan Bumi. Namun begitu, Galileo diam-diam membuat esei di mana dia menegaskan kebenaran tentang Bumi dan benda langit. Selepas keputusan itu, Galileo telah menetap di salah satu vila Medici, dan lima bulan kemudian dia dibenarkan pulang, dan dia menetap di Arcetri, bersebelahan dengan biara tempat anak perempuannya berada. Di sini dia menghabiskan sisa hidupnya di bawah tahanan rumah dan di bawah pengawasan berterusan oleh Inkuisisi.
Beberapa waktu kemudian, selepas kematian anak perempuan tercintanya, Galileo benar-benar kehilangan penglihatannya, tetapi meneruskan penyelidikan saintifik, bergantung pada pelajarnya yang setia, di antaranya ialah Torricelli. Hanya sekali, sejurus sebelum kematiannya, Inkuisisi membenarkan Galileo yang buta dan sakit tenat meninggalkan Arcetri dan menetap di Florence untuk rawatan. Pada masa yang sama, di bawah kesakitan penjara, dia dilarang meninggalkan rumah dan membincangkan "pendapat terkutuk" tentang pergerakan Bumi.
Galileo Galilei meninggal dunia pada 8 Januari 1642, pada usia 78 tahun, di atas katilnya. Dia dikebumikan di Arcetri tanpa penghormatan; Paus juga tidak membenarkannya mendirikan monumen.
Kemudian, satu-satunya cucu Galileo juga menjadi seorang sami dan membakar manuskrip saintis yang tidak ternilai yang dia simpan sebagai tidak bertuhan. Dia adalah wakil terakhir keluarga Galilea.
Akhir kata
Pada tahun 1737, abu Galileo, seperti yang dia minta, dipindahkan ke Basilika Santa Croce, di mana pada 17 Mac dia dikebumikan dengan sungguh-sungguh di sebelah Michelangelo.
Pada tahun 1835, buku yang mempertahankan heliosentrisme telah dikeluarkan daripada senarai buku terlarang.
Dari tahun 1979 hingga 1981, atas inisiatif Pope John Paul II, sebuah suruhanjaya bekerja untuk memulihkan Galileo, dan pada 31 Oktober 1992, Pope John Paul II secara rasmi mengakui bahawa Inkuisisi pada tahun 1633 membuat kesilapan dengan memaksa saintis itu secara paksa meninggalkan Teori Copernican.
Mukadimah
Penduduk Internet - dan ini sudah kira-kira satu pertiga daripada manusia - lebih kerap menemui perkataan "sains" daripada perkataan "ibu" atau "udara". Tidak hairanlah: semua orang menggunakan hasil sains di Internet. Dan sains utama di sebalik penciptaan Internet ialah fizik.
Jika kita menyebut sains sebagai segala-galanya yang boleh diajarkan kepada orang lain, maka silsilahnya terjalin dengan silsilah manusia. Menurut ahli genetik, semua orang moden berasal dari seorang wanita yang hidup kira-kira dua ribu abad yang lalu. Dia dipanggil Hawa Mitokondria - atas sebab yang berkaitan dengan Alkitab dan mekanisme keturunan. Kelebihan genetik dan nasib membantu keturunan nenek moyang ini hidup lebih lama daripada semua keturunan bukannya dan membentuk spesies kita - Homo Sapiens, iaitu Homo sapiens. Salah satu kekuatan ibu kita mungkin ialah fikirannya yang ingin tahu.
Selama beribu-ribu tahun, keturunan Eve Sapiens yang ingin tahu memperoleh pengetahuan yang berguna berkat kemalangan yang menggembirakan dan menyampaikannya kepada generasi baharu, bersama-sama dengan teknik membuat alat, resipi masakan dan khazanah kebijaksanaan rakyat yang lain.
Sains moden berfungsi sama sekali berbeza, dan ia muncul baru-baru ini pada skala umur Homo sapiens - hanya empat abad yang lalu, semasa era Revolusi Saintifik Besar. Watak utamanya terkenal - Nicolaus Copernicus, Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton. Sebab-sebab revolusi ini dan ketiadaan analog bukan Eropah masih tidak mempunyai penjelasan yang meyakinkan. Tetapi sifat radikal dari apa yang berlaku empat abad yang lalu adalah jelas walaupun tanpa menyelesaikan teka-teki ini - pengembangan dan pendalaman pengetahuan saintifik telah dipercepatkan seratus kali ganda.
Menurut Einstein, "bapa fizik moden dan, sebenarnya, semua sains semula jadi moden" ialah Galileo.
"Drama idea" - kata Einstein yang sama tentang sejarah sains. Sains dibezakan dengan keupayaannya untuk membuat ramalan yang tepat, tetapi penemuan utamanya sama sekali tidak dapat diramalkan, yang bermaksud drama manusia. Kedua-dua drama ini saling berkait pada titik perubahan dalam kehidupan sains. Kami akan bercakap tentang detik-detik sedemikian. Mari kita mulakan dengan cara Galileo mencipta fizik moden.
Bab 1
Bagaimanakah Galileo mencipta fizik moden?
Dengan Archimedes lawan Aristotle
Galileo kadang-kadang dipanggil ahli fizik pertama. Ini tidak begitu, dan dia sendiri mungkin akan membantah. Dia mempelajari Archimedes dengan teliti dan sangat menghormatinya. Dia seorang ahli fizik sebenar. Undang-undang terkenal Archimedes mengenai mayat terapung masih berfungsi hari ini tanpa sebarang pindaan dan diketahui oleh setiap pelajar sekolah. Apabila Galileo belajar di universiti, seorang lagi Yunani kuno dihormati sebagai ahli fizik pertama dan utama - Aristotle, yang hidup satu abad sebelum Archimedes dan dua puluh abad sebelum Galileo. Ia adalah Archimedes yang membantu Galileo meragui fizik Aristotle.
Sebelum kita memahami segitiga dramatik ini, mari kita fahami perbezaannya. Dua ribu tahun memisahkan Galileo dari rakan-rakan pendahulunya, yang kesimpulannya dia terima atau pertikaikan. Dan rakan-rakan pengikut Galileo membuat kesimpulannya - menyemak, menjelaskan, membetulkan, mengembangkan - hampir serta-merta. Apa yang dia cipta jika kepantasan sains telah begitu pesat?
Galileo mempunyai keraguan semasa tahun pelajarnya, pada abad keenam belas, apabila fizik dianggap sebagai sebahagian daripada falsafah, di mana Aristotle memerintah. Karya-karya Archimedes tidak termasuk dalam kurikulum pada masa itu, dan seseorang dapat memahami mengapa: dia menyelesaikan hanya masalah individu, sementara Aristotle memberikan jawapan umum kepada soalan utama. Di samping itu, Archimedes pada masa itu, cukup aneh, kebaharuan - buku karyanya telah diterbitkan tidak lama dahulu, tetapi Aristotle telah belajar di universiti selama berabad-abad, lebih-lebih lagi, dengan restu St. Thomas Aquinas.
Aristotle (serpihan lukisan dinding oleh Raphael, 1509) dan Archimedes (D. Fetty, 1620). Kedua-dua imej boleh dilihat oleh Galileo.
Bagi pelajar Galileo, jawapan falsafah umum kedengaran tidak meyakinkan dan kuasa nama membuat sedikit perbezaan. Matematik adalah lebih meyakinkan dan menarik, walaupun terdapat sedikit dalam kurikulum. Pelajar itu mula mencari santapan di luar program dan di luar universiti. Dan dia menemui buku Archimedes, setelah menerimanya daripada ahli matematik profesional, tetapi dalam buku yang sama, sebagai tambahan kepada teorem indah tentang angka matematik, Galileo menemui kenyataan tentang fenomena sebenar - mengenai tindakan tuil, tentang pusat graviti , tentang berenang. Kenyataan ini tidak kurang meyakinkan untuk ketepatan matematiknya, dan lebih-lebih lagi, ia boleh disahkan secara eksperimen.
Galileo membuat ciptaan pertamanya di bawah tanggapan masalah Archimedes yang paling terkenal. Raja menetapkan tugas itu apabila menerima mahkota emas yang ditempah daripada tukang emas. Raja cukup berpuas hati dengan bentuk produk itu, dan mahkota itu seberat yang sepatutnya, tetapi bukankah tukang emas itu menggantikan beberapa emas dengan perak? Dengan keraguan ini, raja berpaling kepada Archimedes. Menurut legenda, penyelesaian kepada masalah itu datang kepada lelaki terpelajar itu semasa dia berendam dalam bilik mandi, dan seruan gembiranya "Eureka!" kini diketahui bahkan oleh mereka yang tidak tahu bahawa dalam bahasa Yunani ia bermaksud "Ditemui!" Intipati penyelesaian yang ditemui, menurut Galileo, adalah untuk membandingkan mahkota dan jongkong emas yang sama beratnya, meletakkannya pada skala yang direndam dalam air: jika jongkong melebihi mahkota dalam air, ini bermakna tukang emas itu menipu.
Beginilah cara undang-undang agung Archimedes berfungsi, atau lebih tepat lagi, daya apungan Archimedean, atau lebih tepat lagi, perbezaan daya apungan. Dan untuk mengukur perbezaan sedemikian dengan ketepatan yang tepat (dan pada masa yang sama kejujuran tukang emas), Galileo yang berusia 22 tahun datang dengan skala khas dengan skala dalam bentuk dawai, dililit sama rata dengan cincin pada lengan rocker arm. Tempat di mana anda perlu melampirkan penimbang supaya ia seimbang akan memberikan bilangan cincin dan nilai nilai yang diukur.
Permulaan yang sederhana untuk pengasas fizik moden?
Tidak begitu sederhana. Dalam ciptaannya, Galileo menggabungkan ketepatan matematik undang-undang teori dengan ukuran fizikal - menggabungkan dua alat utama fizik moden.
Dan ini hampir tidak boleh dipanggil permulaan. Bukan sahaja kerana Galileo muda telah menyelesaikan masalah Archimedes yang lain. Permulaan keperibadian adalah pembentukan pandangan dunia dan diri sendiri pada zaman kanak-kanak. Galileo muda bertuah kerana mempunyai seorang bapa yang merupakan ahli muzik yang mahir dan ahli teori muzik, yang juga mempelajari muzik sebagai fenomena semula jadi.
Malah Pythagoras di Greece Purba mendengar bunyi rentetan bergantung pada panjangnya dan membuat penemuan yang menakjubkan: jika panjang rentetan itu berkaitan seperti integer 1:2, 2:3, 3:4, maka bunyi gabungannya adalah harmoni. Pythagoras menyamaratakan penemuannya kepada prinsip "Semuanya adalah nombor," mengisytiharkan peranan utama matematik dalam struktur dunia. Bagi keharmonian muzik, sejak zaman Pythagoras dipercayai bahawa nombor "harmoni" sepatutnya kecil. Bapa Galileo, bagaimanapun, mempercayai telinganya sendiri dalam menilai konsonan dan, setelah mendapati bahawa nisbah 16:25 juga menghasilkan eufoni, dengan berani menolak pendapat yang berwibawa. Dan anak lelaki itu menerima pelajaran dari bapanya dalam mencari kebenaran, di mana eksperimen, matematik, kebebasan berfikir dan mempercayai perasaan dan alasan sendiri datang bersama-sama.
Ahli fizik masa depan bernasib baik dengan bapanya bukan sahaja dalam hal ini. Bapanya membiayai pendidikannya, dengan harapan anak sulungnya akan menjadi doktor dan membantunya menyara keluarga besar mereka - pendapatan pemuzik itu hampir tidak mencukupi. Seseorang boleh membayangkan kekecewaan bapa yang mengetahui bahawa anaknya, bukannya kebijaksanaan perubatan, sedang mendalami matematik, yang tidak menjanjikan sebarang profesion praktikal, dan oleh itu pendapatan yang boleh dipercayai. Namun, sebelum membuat keputusan, si bapa berbincang dengan ahli matematik yang memberikan buku-buku itu kepada anaknya. Ahli matematik itu meyakinkannya bahawa anaknya mempunyai bakat yang patut mendapat sokongan. Si bapa mempedulikan hujah ahli matematik dan panggilan anaknya. Dan anak lelaki itu membenarkan kepercayaan itu - selepas kematian bapanya, dia menjadi sokongan keluarga dan, lebih-lebih lagi, memuliakan nama keluarga mereka.
Jalan menuju kemasyhuran dunia bermula dengan keraguan dan kegagalan.
Keraguan timbul semasa tahun pelajarnya, apabila Galileo belajar Aristotle. Pada pandangan pertama, Archimedes tidak setanding dengan Aristotle, kerana dia memperoleh keputusannya untuk pelbagai fenomena yang sempit. Nah, apakah hukum leverage?! Malah perkataan "undang-undang" kedengaran janggal di sini. Siapa yang tidak faham bahawa beban pada rocker adalah seimbang jika hasil darab saiz beban pada lengan adalah sama pada kedua-dua belah?! Ya, dengan bantuan undang-undang mudah ini, Archimedes menemui pusat graviti angka licik, menaakul secara matematik. Tetapi hasilnya boleh disemak dengan menggantung angka itu oleh pusat graviti yang ditemui secara teori dan melihat bahawa ia tidak bergerak. Ini sudah pun fizik, dan secara amnya, ia bermaksud fizik matematik. Namun, dalam pelbagai fenomena alam yang tidak terhingga, Archimedes hanya mengkaji beberapa sahaja. Dia tidak berpura-pura menjelaskan struktur dunia. Dia hanya berjanji untuk mengubah dunia, iaitu, dunia, jika dia diberi tumpu yang betul dan leverage yang kuat.
Aristotle tidak mengehadkan cita-citanya - dia menulis tentang duniawi dan syurgawi, tentang benda hidup dan tidak bernyawa, tentang etika dan politik dan, akhirnya, tentang fizik dan metafizik. Perkataan "fizik" diperkenalkan oleh Aristotle sendiri, berasal dari perkataan Yunani "alam". Tetapi perkataan "metafizik" dicipta oleh penerbit karya Aristotle, memanggil jilid bersebelahan dengan "Fizik", Apa " meta-fizik” dan bermaksud dalam bahasa Yunani. Sebenarnya, Aristotle bercakap di sana tentang sebelum ini-fizik, atau tentang falsafah pertama - tentang asas paling umum bagi mana-mana pengetahuan.
Keluasan sebegitu menakjubkan. Tetapi keluasan tidak memerlukan kedalaman, seperti yang ditunjukkan oleh fizik Aristotle. Selama berabad-abad ia dianggap sebagai puncak sains. Salah satu sebab kewibawaan jangka panjang sedemikian adalah persetujuan sains ini dengan akal sehat setiap hari. Aristotle, sebagai contoh, menolak idea bahawa alam semula jadi terdiri daripada atom yang tidak kelihatan yang bergerak dan berinteraksi dalam kekosongan - kerana tiada siapa yang melihat atom, ini bermakna ia tidak wujud, sama seperti tiada kekosongan. Dia, sebenarnya, tidak meneroka alam semula jadi, tetapi membawa susunan kepada penerangannya, bergantung pada akal budinya. Dan saya sampai pada kesimpulan bahawa pergerakan di langit dan di bumi pada asasnya berbeza. Di dunia syurga, semua pergerakan adalah semula jadi, kekal dan bulat. Dalam dunia duniawi, pergerakan ganas ditentukan oleh kekerasan, dan pergerakan semula jadi pasti akan terhenti lambat laun. Aristotle percaya bahawa badan secara semula jadi berat atau ringan: badan yang berat secara semula jadi bergerak ke bawah, dan yang ringan, seperti api atau asap, secara semula jadi bergerak ke atas. Ia kelihatan munasabah jika anda tidak melihat dengan teliti fenomena fizikal.
Galileo meninjau, menggunakan fizik tepat Archimedes sebagai model. Dan dia menarik perhatian kepada kenyataan Aristotle, yang mendakwa ia tepat: "Badan yang lebih berat jatuh lebih cepat daripada badan yang lebih ringan dengan jumlah kali yang sama, begitu banyak kali lebih berat." Frasa ini memberikan Galileo titik tumpu yang dengannya dia mengubah perjalanan sejarah sains, dan juga sejarah dunia.
Bagaimana Galileo mengubah perjalanan sejarah
Tidak sukar untuk menyangkal Aristotle. Memerhati kejatuhan bola yang saiznya sama tetapi berbeza dalam berat, katakan sepuluh kali, adalah mudah untuk melihat bahawa masa jatuh tidak berbeza dengan faktor sepuluh. Nampaknya sudah pada permulaan keraguannya, Galileo meneka bahawa kelajuan kejatuhan tidak ditentukan oleh perbezaan graviti itu sendiri. Persoalannya ialah: apa yang menentukan?
Kita juga mesti memberi penghormatan kepada Aristotle, yang bukan tanpa sebab dianggap sebagai salah seorang pemikir terhebat. Dia adalah orang pertama yang bertanya soalan itu. Jadi, saya beranikan diri untuk mencadangkan soalan sebegitu boleh dijawab. Jawapannya salah, tetapi sudah ada sesuatu untuk dibina. Galileo mengesyaki ketidaktepatan pada tahap penaakulan. Jika kelajuan jatuh adalah berkadar dengan graviti badan, maka jika anda membahagikan badan kepada dua bahagian secara mental atau sebenarnya dan meninggalkan bahagian dalam jarak yang dekat, anda harus menjangkakan bahawa setiap bahagian akan jatuh lebih perlahan daripada keseluruhannya. Kesimpulan yang tidak masuk akal menunjukkan bahawa Aristotle adalah salah, tetapi ia sama sekali tidak mengikuti daripada ini bahawa soalan itu sendiri adalah betul, bahawa jawapan yang pasti adalah mungkin untuknya. Untuk membenarkan Aristotle, boleh dikatakan bahawa dia bercakap tentang kejatuhan badan yang hanya berbeza dalam graviti. Tetapi, sebaliknya, dia hanya... tiada masa. Baginya, kejatuhan jasad hanyalah satu persoalan dalam salah satu daripada banyak ilmu yang dipelajarinya. Pencapaian utama beliau termasuklah penciptaan logik sebagai disiplin pemikiran. Semasa tahun-tahun pelajarnya, Galileo dan semua orang sains zaman itu melalui sekolah logiknya. Melihat Aristotle dari zaman kita, kita boleh mengatakan bahawa pemikir yang kuat berpaut terlalu kuat pada "akal sehat"nya, berdasarkan, seperti biasa, pada pemerhatian hidupnya sendiri. Dan anda boleh bergerak ke hadapan dengan bergantung bukan sahaja pada tanah di bawah kaki anda, tetapi juga pada udara di bawah sayap anda, seperti burung. Kemudian anda boleh mengatasi sebidang tanah yang tidak boleh dilalui, katakan, sangat berpaya. Galileo sebenarnya mencipta kaedah sokongan bersayap sedemikian dalam mencari kebenaran saintifik.
Potret Galileo Galilei. Artis Ottavio Leoni, 1624 G.
Cita-cita saintifik Galileo tidak kalah dengan Aristotle, tetapi dia berusaha tidak terlalu luas daripada kedalaman dan ketinggian. Dia tidak mendakwa menguasai semua sains, tetapi dia percaya bahawa berdasarkan semua fizik Alam Semesta - kedua-dua sublunar dan supralunar - terdapat undang-undang asas umum tertentu, dan dia percaya bahawa dia boleh memikirkan hukum jatuh bebas. . Ia mengambil beberapa dekad penyelidikan untuk mengetahui. Dan mengambil masa lebih tahun untuk membentangkan keputusan mereka dengan meyakinkan.
Penemuan utamanya ialah itu dalam vakum, semua jasad, tanpa mengira gravitinya, jatuh dengan kelajuan yang sama, tetapi kelajuan ini tidak ditentukan oleh kelajuan itu sendiri, tetapi oleh kadar perubahan kelajuan, iaitu pecutan. Hasilnya, dia menulis, "sangat baru dan pada pandangan pertama begitu jauh dari kebenaran bahawa jika [dia] tidak menemui cara untuk menerangi mereka dan menjadikannya lebih jelas daripada matahari, dia lebih suka berdiam diri mengenainya daripada menyatakannya. ”
Kebaharuan utama terletak pada "kekosongan". Bukan itu sahaja, menurut Aristotle, kekosongan tidak dan tidak boleh wujud, seperti yang dia "buktikan" dalam pelbagai cara (contohnya, dengan mengatakan bahawa "kekosongan" adalah "tiada", dan tiada apa yang patut dibincangkan). Lebih penting lagi, Galileo tidak pernah melihat kekosongan - tidak dalam mana-mana eksperimennya. Bagaimana dia boleh mengetahui apa-apa tentang dia?!
Ini adalah lebih sukar daripada hanya menyangkal undang-undang lama Aristotle berdasarkan hasil yang jelas dari pengalaman langsung. Dan Aristotle bergantung pada bukti. Dan Galileo tahu bahawa "kebanyakan orang, walaupun dengan penglihatan yang baik, tidak melihat apa yang orang lain temui melalui kajian dan pemerhatian, memisahkan kebenaran daripada kepalsuan, dan apa yang masih tersembunyi kepada majoriti."
Jadi Galileo menulis dalam buku terakhirnya, bijak dengan setengah abad pengalaman dalam pemikiran saintifik dan eksperimen. Tetapi apabila dia, 25, memulakan penyelidikannya, dia mengharapkan ujian langsung yang mudah - ujian yang tidak begitu banyak terhadap Aristotle seperti hipotesisnya sendiri.
Diilhamkan oleh fizik Archimedes, Galileo mencadangkan bahawa kelajuan jatuh, seperti daya apungan, tidak ditentukan oleh berat badan, tetapi oleh ketumpatannya, iaitu berat isipadu unit. Jika anda mengambil dua bola dengan saiz yang sama, diperbuat daripada kayu dan plumbum, dan melepaskannya dari tangan anda di dalam air, maka bola kayu itu bukan sahaja akan jatuh lebih perlahan daripada bola plumbum, ia akan mula naik. Bagaimana jika anda membiarkan mereka jatuh ke udara? Ternyata bola kayu itu pada mulanya sedikit mendahului bola pendahulu, tetapi kemudian bola yang berat itu mengejar dan memintasnya. Galileo merekodkan ini dalam manuskripnya "On Motion", yang... dia tidak menerbitkan - hasil percubaannya menyangkal kedua-dua undang-undang Aristotle dan hipotesisnya sendiri. Di sini kita terpaksa berfikir.
Hasil tulisan tangan yang aneh ini mendorong seorang ahli sejarah terkenal untuk mengatakan bahawa Galileo tidak melakukan eksperimen sedemikian sama sekali; ia kononnya alat retorik. Walau bagaimanapun, pada zaman kita, eksperimen itu diterbitkan semula, dan hasilnya bertepatan dengan Galileev. Penjelasan itu bukan fizikal, tetapi fisiologi. Tangan yang memegang bola yang berat memerahnya lebih erat daripada tangan yang lain yang memegang yang ringan, dan tangan yang memegang yang lebih berat mengambil masa lebih lama untuk dilepaskan apabila menerima arahan daripada kepala. Oleh itu, bola ringan mula jatuh "sedikit" lebih awal.
Galileo hampir tidak dapat meneka tentang kejanggalan tangannya seperti itu. Saya memikirkannya selama sepuluh tahun dan menyedari bahawa tidak mungkin untuk belajar jatuh bebas secara langsung - ia berlaku terlalu cepat. Jika bola jatuh dari ketinggian yang kecil, anda tidak mempunyai masa untuk mengedipkan mata, apalagi mengukurnya. Dan jatuh dari ketinggian yang tinggi, bola akan mendapat kelajuan yang lebih besar, dan, oleh itu, rintangan udara akan meningkat. Sesiapa sahaja yang telah memegang kipas di tangan mereka tahu: lebih cepat anda melambainya, lebih sukar.
Galileo datang dengan dua cara untuk "memperlahankan" jatuh bebas.
Satu ialah membaling bola ke bawah satah condong. Semakin kecil sudut kecondongan, semakin meluas pergerakan dan semakin mudah untuk dikaji. Tetapi bolehkah berguling ke bawah dipanggil jatuh bebas? Anda boleh memanggilnya apa sahaja yang anda mahu. Lebih penting ialah hubungan fizikal yang sebenar. Semakin lancar pesawat, semakin bebas pergerakan. Dan semakin besar sudut kecondongan, semakin banyak pergerakan yang menyerupai jatuh, menjadi jatuh biasa apabila satah menjadi menegak. Dengan melakukan eksperimen sedemikian dengan satah condong, Galileo mula-mula yakin betapa salahnya hipotesis asalnya. Lagipun, dia mengandaikan bahawa setiap jasad jatuh dengan kelajuan tetap tertentu, membayangkan bahawa ukuran kelajuan ialah jarak yang diliputi setiap unit masa. Dia hanya boleh berfikir begitu kerana jatuh bebas biasa berlangsung terlalu singkat. Dengan memanjangkan jatuh ke dalam gerakan sepanjang satah condong yang lembut, lebih mudah untuk melihat bahawa pada permulaan pergerakan badan bergerak lebih perlahan daripada pada akhirnya. Adakah ini bermakna kelajuan pergerakan meningkat?
Apakah ia pula? kepantasan? Dalam bahasa biasa ini adalah - kelajuan, kepantasan, dan jika lebih cepat, maka kita boleh katakan kelajuan kilat dan juga seketika. Semua perkataan ini dalam bahasa seharian adalah sinonim. Tetapi dalam bahasa sains - untuk kepastian pernyataannya dan untuk mengujinya secara eksperimen - perkataan yang jelas diperlukan - konsep saintifik. Contoh definisi perkataan yang jelas diberikan oleh matematik, tetapi hanya contoh: dalam matematik tidak ada masa, pergerakan, kelajuan, graviti. Untuk menyebut perkataan baharu anda dalam sains, selalunya perlu memperkenalkan perkataan dan konsep baharu ke dalam sains. Konsep saintifik sangat kurang apabila Galileo memulakan fizik moden. Dia perlu menjelaskan bahawa kelajuan adalah perubahan dalam kedudukan setiap unit masa. Dan pecutan ialah perubahan dalam kelajuan per unit masa. Harus dikatakan bahawa pengukuran masa yang tepat itu sendiri menjadi masalah. Galileo menimbang masa: dia membuka aliran air pada mulanya dan menutupnya pada penghujung selang yang diukur, dan menentukan berapa banyak masa telah berlalu pada penimbang. Penimbang adalah alat yang paling tepat ketika itu.
Satu lagi cara untuk belajar jatuh bebas dilahirkan dari Galileo di gereja, tetapi tidak berkaitan dengan Kejatuhan Hawa. Semasa perkhidmatan gereja, melihat ke atas imam, dia menemui satu fenomena yang menakjubkan. Sebuah candelier tergantung di atas dan bergoyang - mengikut kehendak draf - kini lebih kuat, kini lebih lemah. Galileo membandingkan tempoh hayunan individu, mengukur masa dengan degupan nadinya sendiri, dan mendapati bahawa getaran besar candelier bertahan selama yang kecil. Di sinilah penyelidikannya bermula pada bandul, iaitu sebarang berat yang tergantung pada benang. Galileo memerhati ayunan bandul dengan menukar berat, panjang tali, dan pesongan awal.
Memerhati dua bandul sekaligus, dia dengan meyakinkan mengesahkan pemerhatian gerejawinya. Jika anda mengambil dua bandul yang sama, pesongkan sedikit pemberat pada sudut yang berbeza dan lepaskannya, kemudian bandul akan berayun dalam masa, serentak sepenuhnya: tempoh ayunan kecil adalah sama dengan yang besar. Nah, "jika dari beberapa rasuk anda menurunkan dua tali yang sama panjang, pasangkan bola plumbum ke hujung satu, dan bola kapas ke hujung yang lain, bengkokkan kedua-duanya sama rata, dan kemudian biarkan mereka sendiri"? Tempoh ayunan sekali lagi adalah sama, walaupun amplitud ayunan berkurangan lebih cepat untuk bola ringan. Dalam pergerakan badan yang lebih ringan, rintangan medium lebih ketara. Ini jelas jika kita membandingkan pergerakan di udara dan di dalam air: “sebiji telur guli tenggelam di dalam air seratus kali lebih cepat daripada telur ayam; apabila jatuh di udara dari ketinggian dua puluh hasta, ia hampir empat jari di hadapan telur ayam." Ayunan bebas bandul tidak begitu serupa dengan jatuh bebas, tetapi kedua-duanya ditentukan oleh graviti. Dan dengan penurunan dalam ayunan ayunan, kelajuan bandul akan berkurangan dan, oleh itu, peranan rintangan medium akan berkurangan.
Galileo meringkaskan hasil eksperimen dan penaakulannya dalam undang-undang alam baharu: dalam vakum semua jasad jatuh bebas dengan pecutan yang sama.
Nah, bagaimana pula dengan kisah terkenal tentang bagaimana Galileo didakwa menjatuhkan bola dari Menara Condong Pisa? Dan orang ramai saintifik yang menonton ini didakwa serta-merta, selepas pendaratan serentak bola yang berbeza, mengiktiraf kemenangan kemenangan Galileo ke atas Aristotle.
Ini adalah legenda. Tidak ada kejayaan seperti itu. Dan bola yang berbeza tidak dapat mendarat pada masa yang sama kerana rintangan udara. Dan rakan sekerja kami yang terpelajar, dengan sedikit pengecualian, melindungi kewibawaan Aristotle, yang telah mereka pelajari sebagai pelajar dan ajar kepada generasi baharu. Penolakan ideanya yang mendorong Galileo, sebagai tambahan kepada fizik moden, untuk turut terlibat dalam kesusasteraan sains popular. Buku utamanya berbentuk perbualan antara tiga watak. Satu - Simplicio - mewakili pandangan pengagum Aristotle. Yang kedua - Salviati - adalah penyelidik bebas, serupa dengan Galileo. Dan yang ketiga - Sagredo - kelihatan seperti orang yang bijak, mungkin tidak canggih dalam sains, tetapi bersedia untuk mendengar kedua-dua pihak lawan dan bertanya soalan penjelasan sebelum memutuskan siapa yang betul. Ia adalah untuk pembaca sedemikian yang Galileo menulis. Demi mereka, dia beralih daripada bahasa Latin - bahasa yang dipelajari pada masa itu - kepada bahasa Itali yang hidup untuk bercakap tentang drama idea di mana dia sendiri mengambil bahagian, tentang keyakinan buta mereka yang kepadanya segala-galanya jelas, tentang semangat keraguan dalam mencari kebenaran dan tentang kaedah-kaedah untuk menetapkan hukum alam yang sebenar.
Kisah "menara condong" pertama kali diceritakan oleh pelajar Galileo dalam biografi yang ditulis sedekad selepas kematian guru dan setengah abad selepas eksperimen yang dikatakan. Pelajar itu adalah seorang ahli fizik, bukan ahli sejarah, dan apabila dia datang ke sains, sudah jelas siapa yang betul. Dia seolah-olah melihat bukti autobiografi Galileo dalam kata-kata watak sasteranya:
Salviati. Aristotle mengatakan bahawa "bola seberat seratus paun, jatuh dari ketinggian seratus hasta, akan sampai ke tanah sebelum bola satu paun berjalan satu hasta." Saya mendakwa bahawa mereka akan tiba pada masa yang sama. Menjalankan eksperimen, anda akan melihat bahawa apabila yang lebih besar sampai ke tanah, yang lebih kecil akan ketinggalan dengan lebar dua jari. Sembilan puluh sembilan hasta Aristotle tidak boleh disembunyikan di sebalik dua jari ini.
Galileo sendiri tidak pernah mendakwa bahawa dia menjatuhkan bola dari Menara Condong Pisa. Baginya, undang-undang jatuh bebas yang baru jauh lebih penting daripada penyangkalan yang lama. Dan pergerakan bola pada satah condong dan ayunan kecil bandul jauh lebih meyakinkan daripada demonstrasi awam yang menakjubkan.
Ahli fizik moden pertama?
Saatnya telah tiba untuk pembaca seperti Sagredo, setelah mengucapkan tahniah kepada Galileo atas penemuan undang-undang baru, bertanya: bagaimanakah ia berbeza daripada undang-undang Archimedes dan bagaimana sebenarnya Galileo layak mendapat gelaran "bapa fizik moden" ?
Kelebihan undang-undang Archimedes adalah jelas. Berenang adalah fenomena yang boleh dikatakan penting, tetapi jatuh bebas adalah fenomena yang jarang berlaku, singkat dan... membawa maut. Siapa peduli untuk mengetahui dengan tepat berapa saat yang diperlukan untuk jatuh dari bumbung ke tanah?! Di samping itu, undang-undang Galileo memberikan nilai yang tepat hanya untuk kejatuhan dalam kekosongan, yang tidak ada yang melihat pada masa itu, dan Galileo tidak mengambil kira pengaruh udara.
Dalam menjelaskan sumbangan Galileo, dikatakan bahawa dia mengasaskan sains eksperimen atau eksperimen-matematik, bahawa dia "mematematikkan" sifat dan mencipta kaedah "hypothetico-deductive". Walau bagaimanapun, semua pernyataan ini berlaku untuk Archimedes, yang dari bukunya Galileo belajar dan yang dia panggil "paling ilahi." Ahli fizik Archimedes juga seorang ahli matematik dan pencipta-jurutera yang hebat, dan hipotesis dan potongan logik berfungsi sebagai alat pemikiran walaupun sebelum Archimedes. Lebih-lebih lagi, kedua-dua eksperimen Galileo dan matematik yang digunakannya adalah dalam had apa yang mungkin dengan Archimedes.
Apakah yang menjadikan Galileo "bapa fizik moden," seperti yang dikatakan Einstein, atau, lebih mudah, ahli fizik moden yang pertama? Pembaca yang ingin mencari jawapan kepada soalan ini sendiri harus merenungkan undang-undang jatuh bebas dalam kekosongan dan mengambil kira bahawa Galileo tidak menjalankan eksperimen dalam kekosongan - hanya di udara dan air.
Selepas kematian Galileo, pelajarnya Torricelli belajar mencipta kekosongan (hampir lengkap), dipanggil "Torricelli." Untuk melakukan ini, anda memerlukan tabung uji, katakan kira-kira satu meter panjang, diisi dengan merkuri. Dengan memusingkan tabung uji dan menurunkan hujung terbukanya ke dalam bekas dengan merkuri, kita mendapat kira-kira 24 sentimeter kekosongan berhampiran bahagian bawah tabung uji, yang berada di bahagian atas (jika tekanan udara normal - 760 mm Hg) . Dalam kekosongan itu, sekeping bulu dan syiling jatuh sama.
Tiga abad kemudian, pada tahun 1971, gambar serupa telah dilihat oleh berjuta-juta penonton televisyen apabila, di kaca televisyen mereka, seorang peserta dalam ekspedisi bulan Apollo 15, angkasawan Dave Scott, semasa di permukaan Bulan, mengeluarkan tukul dan bulu dari tangannya, dan mereka mendarat di bulan pada masa yang sama - dalam persetujuan sepenuhnya dengan undang-undang Galileo, kerana tidak ada udara di sana. Laporan mengenai eksperimen bulan ini hanya mengambil masa 40 saat:
Jadi, di tangan kiri saya ada bulu, dan di tangan kanan saya ada tukul. Salah satu sebab kami datang ke sini adalah kerana seorang lelaki bernama Galileo, yang lama dahulu membuat penemuan penting tentang kejatuhan mayat dalam medan graviti. Kami fikir tempat terbaik untuk menunjukkan kepada anda penemuannya ialah di Bulan. Sekarang saya akan melepaskan pen dan tukul, dan mudah-mudahan ia akan sampai ke permukaan dalam masa yang sama... Itu sahaja!.. [tepuk tangan di Houston]<…>yang membuktikan Encik Galileo betul.
Menyertai tepukan di Houston, seorang ahli sejarah sains akan menyedari bahawa Galileo tidak mempunyai konsep "medan graviti" tetapi hanya bercakap tentang jatuh bebas. Dan bagi ahli fizik, undang-undang Galileo telah disahkan sepenuhnya oleh ayunan kecil bandul, kerana tempoh mereka tidak bergantung pada jenis beban yang tergantung pada benang.
Kekosongan adalah yang pertama penting" tidak-visual” konsep dalam fizik. Kemudian yang lain muncul - graviti universal, medan elektromagnet, atom, elektron, kuanta cahaya... Tiada siapa yang melihat atau menyentuhnya, tetapi hanya berdasarkan konsep yang dicintai ini, ciptaan teknikal menjadi mungkin yang mengubah kehidupan seharian. Dan ahli fizik moden menggunakan konsep ini dengan yakin seperti perkataan yang paling biasa "meja" dan "kerusi", "cinta" dan "persahabatan".
Galileo telah dibantu untuk mencipta fizik asas oleh bakat semula jadi dan kepercayaannya terhadap kebolehtahuan dunia, dalam sifat asas alam semesta.
Sekarang sains dan teknologi berasaskannya telah mencapai kejayaan besar, kebolehtahuan dunia kelihatan jelas, tetapi sebelum semua kejayaan ini - pada abad keenam belas - keadaannya berbeza sama sekali. Pada masa itu kuasa undang-undang secara semula jadi sama sekali tidak diiktiraf secara umum. Kira-kira setengah abad berlalu dari permulaan pemikiran Galileo dan eksperimen pertamanya kepada penerbitan hasil kerjanya. Setengah abad pencarian yang berterusan untuk kebenaran - dan undang-undang yang begitu mudah, "tidak ada otak," seperti yang akan dikatakan oleh pelajar sekolah hari ini.
Dan Galileo percaya bahawa "dia hanya membuka jalan dan kaedah penyelidikan, yang akan digunakan oleh minda yang lebih berwawasan untuk menembusi kawasan yang lebih terpencil dari sains yang luas dan cemerlang," dan bahawa "dengan cara ini pengetahuan boleh merangkumi semua bidang fenomena alam.”
Bab 2
Ahli astrofizik pertama di Alam Semesta
Orang sezaman Galileo pasti sangat terkejut apabila mengetahui bahawa penemuan astronominya tidak disebut dalam kisah pencapaian sains utamanya. Penemuan itu memang hebat, tetapi ia dibuat bukan oleh ahli astronomi, tetapi ahli astrofizik Galileo, ahli astrofizik pertama, dan lama sebelum kemunculan perkataan ini. Yang kedua ialah Newton. Dan adalah lebih baik untuk memanggil rakan sejenayah mereka dalam Revolusi Saintifik Besar - Copernicus dan Kepler ahli astronomi, dan jauh dari yang pertama: sejak dahulu lagi, astronomi telah bergantung pada matematik. Ahli astronomi berusaha untuk menerangkan dengan tepat apa yang berlaku di langit berbintang, dan ahli fizik ingin menerangkan apa yang diperhatikan oleh sebab yang boleh diakses oleh penyelidikan eksperimen. Kami bercakap tentang dua pandangan dunia yang saling membuahkan hasil, tetapi berbeza, dan setiap pandangan boleh membawa kepada kejayaan dalam satu situasi, dan memalukan dalam situasi lain.
Sebelum bercakap tentang penemuan luar biasa dan salah tanggapan ahli astrofizik pertama, mari kita ingat gambar Alam Semesta ketika ahli astronomi melihatnya.
Lukisan astronomi
Gambar ini datang dari zaman dahulu dan dipanggil sistem dunia Ptolemaic, dinamakan sempena ahli astronomi yang merumuskan pengetahuan pada masa itu. Dalam buku yang dikaji Galileo, gambar dunia ini digambarkan sebagai satu set bulatan sepusat, dengan bulatan terkecil di tengah mewakili Bumi. Sistem ini dipanggil geosentrik kerana di tengahnya ialah Gaia, yang dalam bahasa Yunani bermaksud Bumi. Profesional, tentu saja, tahu bahawa gambar rata ini terlalu memudahkan reka bentuk tiga dimensi Ptolemy, yang tidak sepenuhnya geosentrik: Bumi tidak berada di tengah, tetapi pada jarak tertentu darinya. Di sekeliling pusat kosong terdapat lapan sfera cakerawala sepusat. Di sfera luar terdapat banyak bintang tetap, dan di selebihnya terdapat bintang secara individu. merayau, dalam bahasa Yunani planet: Utarid, Zuhrah, Marikh, Musytari dan Zuhal, dan dua cahaya - Matahari dan Bulan. Setiap sfera berputar mengelilingi paksinya pada kelajuannya sendiri. Sfera bintang tetap berputar secara keseluruhan dan membuat tepat satu revolusi setiap hari. Dan planet-planet bergerak dengan cara yang lebih licik - masing-masing dipasang pada sfera kecil tertentu yang dipanggil "epicycle" dengan pusat dilekatkan pada sfera cakerawala yang besar. Jadi setiap planet mengambil bahagian dalam dua putaran sekaligus. Semua sfera besar dan kecil adalah telus sepenuhnya dan entah bagaimana tidak mengganggu antara satu sama lain.
Sebab-sebab susunan licik dan putaran ini digantikan dengan rujukan kepada Aristotle, yang menurutnya fenomena langit pada asasnya berbeza daripada yang duniawi: di langit segala-galanya diperbuat daripada bahan angkasa khas - eter, dan semua pergerakan cakerawala adalah bulat. Dan satu-satunya punca utama bagi keseluruhan struktur cakerawala diisytiharkan sebagai Penciptanya.
Bagaimanakah orang mengenali peranti ini, dan adakah ia sepadan dengan realiti? Untuk ini, seorang ahli astronomi abad keenam belas akan bertindak balas dengan merujuk kepada genius ilahi Ptolemy dan keupayaan, dengan bantuan sistemnya, untuk mengira kedudukan benda-benda angkasa pada bila-bila masa. Untuk pengiraan sedemikian, bagaimanapun, baik ether mahupun Tuhan tidak diperlukan untuk mengetahui hanya kedudukan planet pada masa tertentu, jejari dan kelajuan putaran sfera cakerawala. Beginilah cara mereka meramalkan gerhana matahari dan bulan serta menerangkan pergerakan kebelakangan planet yang aneh, apabila planet itu berhenti dan bergerak ke arah yang bertentangan.
Sistem Ptolemy memberi perkhidmatan yang baik kepada ahli astronomi selama berabad-abad sebelum, pada pertengahan abad keenam belas, Copernicus menghidupkannya di atas kepalanya, pada pendapat sebahagian besar rakan-rakannya, atau di atas kepalanya, seperti yang jarang difikirkan. Copernicus pada dasarnya bertanya bagaimana rupa langit berbintang apabila dilihat dari Matahari. Dan dia menjawab dengan sistem heliosentrik, menggambarkan pergerakan di langit sepenuhnya seperti sistem Ptolemaic. Copernicus menggunakan kaedah penerangan yang sama - sfera cakerawala besar dan kecil, hanya dia meletakkan Matahari di tengah, bukan Bumi. Gambar pergerakan cakerawala berubah secara radikal: sfera bintang tetap itu sendiri menjadi tidak bergerak, Bumi berputar mengelilingi paksinya dan mengelilingi Matahari, menjadi salah satu planet yang juga berputar mengelilingi Matahari. Hanya Bulan kekal dalam peranan sebelumnya - ia juga beredar mengelilingi Bumi. Dan gambar langit yang diperhatikan dari Bumi, tentu saja, tetap sama. Hanya ahli astronomi yang memahami bahawa gambar yang sebenarnya diperhatikan ini dikira oleh dua teori matematik yang berbeza.
Sistem Copernican sangat berbeza daripada sistem Ptolemaic sehingga idea yang sangat asli kelihatan tidak dapat difahami: untuk melihat Alam Semesta dari sudut pandangan matahari. Nampaknya Copernicus dibantu oleh pendidikan kemanusiaannya. Dia tahu bahasa Yunani kuno dengan sempurna, dan karya Ptolemy baginya hanyalah salah satu daripada buku kuno. Dari buku-buku lain, dia tahu tentang Aristarchus Yunani purba dari Samos, yang dapat mengukur saiz Matahari, jauh lebih besar daripada saiz Bumi, dan mencadangkan bahawa Bumi beredar mengelilingi Matahari - yang kecil mengelilingi besar. satu. Bagi Ptolemy, seperti ahli astronomi purba yang lain, hujah ini tidak melebihi kebolehgerakan Bumi yang jelas, dan dia tidak menganggap idea heliosentrik. Mengapa dan bagaimana Copernicus memutuskan untuk meneroka idea ini, mengapa intuisinya melonjak ke tahap yang pelik, dia sendiri tidak menjelaskan. Apa yang jelas adalah bahawa dalam Ptolemy yang hebat dia melihat seorang rakan sekerja, dan bukan seorang genius yang sempurna.
Untuk meneroka idea heliosentrik, Copernicus terpaksa melakukan banyak kerja: menerangkan reka bentuk sistem heliosentrik secara terperinci supaya kedudukan mana-mana planet boleh dikira. Dia menarik beberapa akibat yang luar biasa dari sistemnya: planet-planet berhenti "undur", orbitnya hampir bulat, dan tempoh revolusi menjadi lebih lama dari Matahari. Setelah menyelesaikan kerja bertahun-tahun, dia menangguhkan penerbitan untuk masa yang lama. Kelebihan astronomi - terutamanya ketiadaan pergerakan retrograde planet - tidak diberikan dengan sia-sia: dalam sistem Copernican, Bumi, bersama-sama dengan penduduknya, bergerak pada kelajuan yang sangat besar - beribu-ribu kilometer sejam. Harganya terlalu tinggi untuk mereka yang berminat dengan langit hanya untuk cuaca esok: bagaimana anda boleh tergesa-gesa pada kelajuan gila tanpa menyedarinya?! Harganya juga terlalu tinggi untuk golongan terpelajar yang tidak mahu meningkatkan pendidikan mereka.
Terdapat, bagaimanapun, yang lain.
Yang pertama dinamakan ialah Tycho Brahe, yang mendapat gelaran "Raja Ahli Astronomi" untuk bilangan dan ketepatan pemerhatiannya. Dia menerima sistem Copernican dan... mengambil langkah ke arah yang bertentangan, yang tidak sama sekali menjejaskan pengiraan dan pemerhatian, tetapi membatalkan kelajuan Bumi. Dia mencadangkan untuk melihat dunia dari Bumi dalam sistem Copernican. Kemudian Bumi sekali lagi menjadi pusat Alam Semesta yang tidak bergerak, dan Matahari berputar, di mana semua planet lain berputar. Ia adalah sistem heliosentrik dari sudut pandangan geosentrik. Pemerhati astronomi tidak malu bahawa sesuatu yang lebih besar saiznya berputar mengelilingi Bumi. Sebagaimana Yang Maha Kuasa menciptakan Alam Semesta, maka ia berputar. Jika sistem Copernican tidak dihormati dibandingkan dengan kereta mainan angin, maka kita boleh mengatakan bahawa Tycho Brahe memegang kereta yang rosak dengan roda di udara: roda tidak bergerak, tetapi kereta berputar di sekelilingnya. Ia adalah janggal, tetapi ia adalah mainan yang sama.
Sistem geosentrik Ptolemy, sistem heliosentrik Copernicus dan sistem geoheliosentrik Tycho Brahe.
Bagi ahli astromatematik Kepler, keharmonian matematik sistem Copernican mengatasi semua masalah duniawi. Dan untuk ahli astrofizik Galileo, soalan yang paling menarik ialah soalan duniawi: mengapa pergerakan planet tidak dapat dilihat? Melalui usaha kedua-duanya, kandungan gambaran dunia Copernicus berkembang dan mendalam. Dan "hasil sampingan" yang tidak dijangka ini adalah kelahiran sains moden. Itulah sebabnya karya Copernicus dianggap sebagai permulaan Revolusi Saintifik.
Para peserta dalam revolusi ini, seperti yang dilihat dari masa depan kita yang tercerahkan, tidak membezakan kekalahan mereka daripada kemenangan mereka, seperti yang disyorkan oleh penyair Pasternak. Dan mereka melakukan perkara yang betul. Dalam sejarah sains, kehidupan manusia biasanya tidak cukup untuk membezakan dengan jelas kekalahan daripada kemenangan. Dan yang paling penting, dalam sains moden, seperti yang dijelaskan oleh ahli fizik Einstein, minda, dengan bebas berlepas dari asas fakta yang kukuh, tidak tahu terlebih dahulu bagaimana penerbangan itu akan berakhir dan sama ada ia perlu berlepas semula, dalam keadaan yang berbeza. arah.
Cawan heliosentrik Kepler yang mengandungi enam planet.
Buku pertama Kepler yang berusia 25 tahun, "The Cosmography Mystery" (1596), menjadi penerbitan pertama dalam mempertahankan sistem Copernican, di mana Kepler hanya melihat langkah pertama ke arah menjelaskan gambaran Cosmos. Dia yakin bahawa dia telah mengambil langkah seterusnya - dia menjelaskan bilangan planet sebagai enam. Diterangkan menggunakan matematik yang tepat dan cantik. Malah ahli matematik purba tahu bahawa terdapat hanya lima polyhedra biasa(semua sisi adalah sama). Kepler menyedari bahawa jika lima polyhedra ini disusun dalam anak patung matryoshka supaya masing-masing menyentuh dua sfera - dengan tepinya ia menyentuh sfera bertulis, dan dengan bucunya - yang dibatasi, maka anda mendapat tepat enam sfera. Enam sfera planet! Apa yang tinggal ialah memilih susunan polyhedra yang diperlukan supaya saiz sfera bertepatan dengan yang diperhatikan. Dan dia berjaya, yang meyakinkannya bahawa tekaannya betul. Oleh itu, dia tidak membenarkan pemikiran bahawa sekurang-kurangnya satu planet lagi akan ditemui, mungkin berdasarkan fakta bahawa keenam-enam planet telah diketahui sejak dahulu lagi.
Kepler menghantar bukunya kepada Galileo. Dia menjawab melalui surat, menyokong sepenuhnya heliosentrisme:
Seperti anda, saya sudah lama menerima idea Copernicus dan, atas dasar mereka, menemui punca-punca fenomena alam yang tidak dapat dijelaskan oleh teori semasa. Saya telah menulis banyak justifikasi dan penolakan, tetapi belum membuat keputusan untuk menerbitkannya, takut akan nasib Copernicus, guru kami, yang mendapat kemasyhuran abadi di kalangan segelintir dan diejek oleh sekumpulan orang bodoh.
Dalam pergerakan Bumi, Galileo melihat bukan sahaja masalah, tetapi juga peluang untuk menjelaskan fenomena yang terkenal dan misteri - pasang surut laut. Dia menemui petunjuk itu dengan memerhatikan sebuah tongkang yang membawa air (segar). Dia perasan bahawa apabila tongkang memecut atau menyahpecutan, air naik di bahagian belakang atau dinding hadapan tangki, dan jika tongkang terapung pada kelajuan malar, air dalam tangki kelihatan betul-betul sama seperti di tongkang, pegun. Untuk membandingkan tongkang dengan Bumi, dan air dalam bekas dengan lautan, anda perlu menjadi ahli fizik yang berani yang percaya kepada kesatuan undang-undang Alam Semesta. Galileo begitu sahaja, yang dengan sendirinya, bagaimanapun, tidak menjamin kejayaan untuk setiap penerbangan fikirannya.
Perbandingan tongkang dengan Bumi adalah permulaan laluannya kepada prinsip relativiti yang hebat dan undang-undang inersia, yang membebaskan sistem Copernican daripada kesukaran utamanya. Jika air di dalam tangki "tidak menyedari" kelajuan malar tongkang, maka ini benar pada sebarang kelajuan, walaupun beribu-ribu kilometer sejam, dan kelajuan ini tidak dapat dikesan dengan cara dalaman lain - dengan melakukan eksperimen pada tongkang dalam kabin dengan tingkap tertutup. Oleh itu, masalah fizikal utama sistem Copernican telah dihilangkan: dalam pengalaman duniawi kelajuan astronomi Bumi tidak ketara.
Dan dengan menukar kelajuan "tongkang besar" - permukaan bumi - Galileo berusaha untuk menerangkan pasang surut air laut. Perubahan ini - pecutan dan nyahpecutan - berlaku disebabkan oleh fakta bahawa kelajuan putaran Bumi mengelilingi Matahari dan sekitar paksinya ditambah pada sebelah malam Bumi, tetapi ditolak pada sebelah siang.
Galileo menganggap penjelasan pasang surut ini sebagai hujah penting yang memihak kepada Copernicus, tetapi dia tidak pernah dapat mengubah ideanya menjadi teori sebenar. Dia tidak pernah menyedari bahawa rancangannya adalah khayalan. Hanya empat puluh tahun selepas kematiannya, Newton akan menemui punca sebenar pasang surut air - graviti bulan. Ditambah dengan drama idea ini adalah ironi sejarah. Faktanya ialah Galileo mendengar lebih daripada sekali tentang kemungkinan hubungan antara Bulan dan pasang surut, tetapi dia menolak kemungkinan ini:
Di antara orang-orang hebat yang membincangkan tentang pasang surut, Kepler mengejutkan saya lebih daripada orang lain, dikurniakan minda yang bebas dan tajam, menyedari pergerakan yang dikaitkan dengan Bumi, tetapi mengakui kuasa istimewa Bulan ke atas air, sifat rahsia dan seumpamanya. perkara kebudak-budakan.
Astrofizik, astronomi dan astrologi
Membaca Kepler dengan pandangan hari ini, adalah mudah untuk terkejut dengan kedua-dua kata-kata kasar Galileo dan fakta bahawa penjelasan pasang surut dikaitkan dengan Newton. Lagipun, Kepler sudah menulis: "Bulan, berada di atas lautan, menarik air dari semua pihak, dan pantai terdedah," dan ini, nampaknya, adalah ringkasan teori pasang surut semasa. Walau bagaimanapun, kita mesti memahami jarak antara perkataan harian dan konsep saintifik yang dilambangkan dengan perkataan yang sama. Pada zaman Galileo, perkataan "tarikan", seperti yang digunakan oleh Kepler untuk menerangkan sistem planet, dan perkataan "graviti" sebagai punca kejatuhan jasad hanya mempunyai akar tatabahasa yang sama, dan bukan sifat fizikal fenomena yang mereka nyatakan. Sifat fizikal umum kedua-dua fenomena ini - syurga dan duniawi - akan ditetapkan oleh Newton dalam undang-undang graviti universal. Dan dalam penjelasan Kepler, Galileo hanya melihat perkataan, tanpa sebarang petunjuk penilaian dan pengesahan kuantitatif: untuk berapa lama sebenarnya air akan naik ke arah bulan, dan pantai akan terdedah - dengan satu inci atau satu batu?
Hasil daripada penyelidikannya, Galileo belajar lebih banyak tentang fizik graviti daripada mana-mana orang sezamannya, dan dia menyedari bahawa Kepler tidak akan menjawab soalan sedemikian. Menghubungkan pasang surut air laut dengan gerakan dipercepat dan perlahan dasar laut, Galileo juga belum dapat mengukur air pasang, tetapi sekurang-kurangnya dia dapat mencari jawapannya dengan melakukan eksperimen dengan air di dalam kapal, mengubah bentuk kapal dan magnitud pecutan. Tetapi kata-kata Kepler hanya memberikan semacam penerangan "seni" tentang pemerhatian.
Galileo juga tahu betul bahawa hubungan antara kedudukan Bulan dan pasang surut telah dibincangkan jauh sebelum Kepler. Malah dalam risalah purba Ptolemy pada astrologi dikatakan tentang pengaruh Bulan ke atas seluruh dunia duniawi: pada badan bernyawa dan tidak bernyawa, sungai dan laut, tumbuh-tumbuhan dan haiwan.
Pengarang moden kadangkala, setelah mencela Galileo kerana tidak menyedari "butiran bunyi" dalam huraian Kepler, segera membenarkan "kebutaan" ini dengan rasa jijik Galileo terhadap "pseudosains" astrologi. Ini salah. Kedua-dua Kepler dan Galileo adalah ahli astrologi profesional, merangka horoskop untuk pelanggan dan orang tersayang. Kemudian ia adalah amalan biasa ahli astronomi dan doktor, bukan pseudosains, melainkan seni. Dan ia mempunyai sedikit persamaan dengan astrologi semasa "untuk orang ramai", apabila ratusan juta "Capricorns" diberi cadangan universal tentang cara mengelakkan kegagalan dan mencapai kejayaan.
Pada zaman Galileo - Kepler, untuk memberikan ramalan dan cadangan, horoskop telah disediakan untuk momen tertentu dalam masa dan tempat - contohnya, untuk masa dan tempat kelahiran seseorang. Horoskop ialah kedudukan gerbang bintang tetap dan tujuh bintang bergerak - planet. Adalah jelas bahawa data sedemikian disediakan oleh sains astronomi. Dan astrologi, yang datang dari kedalaman berabad-abad, menganugerahkan setiap planet dan setiap buruj zodiak dengan pengaruhnya. Untuk meletakkan semua pengaruh ini ke dalam ramalan, ahli astrologi - secara sedar atau tidak sedar - sebagai tambahan kepada data astronomi, bergantung pada pemahamannya tentang keadaan duniawi "pesakit" dan pada imaginasinya, ringkasnya, pada seni astrologinya.
Tetapi adakah Galileo dan rakan-rakan astronominya benar-benar percaya bahawa "seni" ini ada kaitan dengan realiti?! Mari ambil tempat mereka. Daripada Ptolemy yang agung mereka menerima warisan berganda: risalah tentang astronomi (Almagest) dan risalah tentang astrologi (Tetrabiblos). Teori astronomi Ptolemy telah disahkan oleh pemerhatian selama berabad-abad, dan teori Copernicus tidak mengatasinya dalam ketepatan. Hampir mustahil untuk mengesahkan astrologi dengan pemerhatian. Ramalan astrologi sentiasa berkemungkinan dan bercakap tentang situasi yang unik. Oleh itu, jika beberapa ramalan tidak menjadi kenyataan, lebih mudah untuk meragui seni ahli nujum tertentu daripada astrologi itu sendiri. Seni penyembuhan adalah serupa: doktor tertentu, bergantung pada pengetahuan perubatan, mungkin tidak menyembuhkan pesakit tertentu, tetapi ini tidak menafikan ubat itu sendiri dan tidak semestinya menjejaskan reputasi doktor. Ngomong-ngomong, pada zaman Galileo, seorang doktor harus dapat memberikan horoskop untuk pesakit untuk menilai prospek untuk rawatan yang dimaksudkan. Dan doktor tahu bahawa ada kuasa yang lebih tinggi daripada seni perubatannya dan lebih tinggi daripada astrologi.
Tonggak utama astrologi adalah keinginan orang, terutamanya orang kaya, untuk meningkatkan peluang mereka untuk berjaya dalam hidup. Dan ini menyokong sepenuhnya dari segi kewangan pemerhatian astronomi bintang dan planet. Kemunculan model Copernican membawa kepada persaingan antara dua huraian teori tentang realiti astronomi yang boleh diperhatikan yang sama. Kekalahan astronomi Ptolemy juga menjejaskan kewibawaan astrologinya.
Ahli astrofizik pertama ternyata menjadi ahli astrologi terakhir di kalangan ahli astronomi. Galileo, tidak seperti Kepler, pada akhir hayatnya nampaknya telah berjaya mengecualikan astrologi daripada pandangan dunianya. Walau bagaimanapun, ini bukan yang membezakan pendekatan mereka terhadap fenomena alam. Selepas kematian Kepler, Galileo berkata dalam sepucuk surat: "Saya sentiasa menghargai fikiran Kepler - tajam dan bebas, mungkin juga terlalu bebas, tetapi cara pemikiran kita berbeza sama sekali."
Fikiran terlalu lapang?! Apakah maksudnya? Ini adalah cara yang berbeza untuk berfikir ahli astrofizik dan ahli astromatematik. Mari kita ingat penyelesaian Kepler kepada "misteri kosmografi" dengan bantuan polyhedra biasa. Galileo tidak menerima penyelesaian ini. Mengapa polyhedra dan mengapa dalam urutan ini? Jika kita menganggap bahawa lima polyhedra memberikan 120 kombinasi yang mungkin, maka kedekatan jejari sfera yang ditulis dan dihadkan - dalam salah satu gabungan ini - dengan orbit yang diperhatikan tidak lagi begitu ketara.
Galileo tidak berusaha untuk menggambarkan Alam Semesta dengan satu formula yang indah, dia sedang mencari undang-undang fizikal asas yang menentukan struktur alam semesta dan kepelbagaian bentuknya. Untuk carian sedemikian, langit astronomi, yang berstruktur unik, bukanlah makmal terbaik untuk penyelidik. Di sana anda tidak boleh mengubah syarat untuk menjalankan pemerhatian eksperimen, anda boleh menunggu keadaan ini untuk mengubahnya sendiri. Dalam makmal duniawi terdapat lebih banyak kebebasan dalam menyediakan eksperimen dan menguji idea teori.
Sudah tentu, langit berbintang - dengan perubahan yang berterusan dan kitaran - telah memberi inspirasi kepada pencarian corak sejak zaman purba. Ia adalah buku masalah yang indah, di mana semua masalah mempunyai bintang. Dalam kes ini, peranan penting telah dimainkan oleh ahli astromathematician, yang menimbulkan masalah dengan kepastian matematik, walaupun terdapat semua ketidakpastian dan ketidakmungkinan fizikal. Copernicus, dengan sistem heliosentriknya, menimbulkan masalah memilih antara dua sistem dunia. Ahli fizik Galileo mengambil tugas ini. Secara fizikal menyokong gambaran astro-matematik yang baru, dia mengurangkan sistem Copernican yang kompleks kepada sebenarnya sistem paling mudah dua jasad - sangat besar dan kecil, di mana jasad kecil itu bergerak secara seragam dalam orbit bulat sempurna mengelilingi yang besar (planet mengelilingi Matahari, Bulan mengelilingi Bumi). Ini adalah, seseorang mungkin berkata, Model sistem suria Galileo.
Penyederhanaan ini membingungkan ramai dan kelihatan hampir seperti kembalinya Galileo ke zaman sebelum Ptolemy, apabila dipercayai bahawa semua pergerakan cakerawala adalah bulat dan seragam semata-mata. Lagipun, kedua-dua Ptolemy dan Copernicus mempunyai orbit planet yang tidak bulat: kedua-dua sistem menggunakan sfera kecil tambahan - epicycles - untuk menggambarkan gerakan planet. Amat membingungkan apabila Galileo mengabaikan penemuan utama Kepler, yang mana dia memasuki sejarah - tiga undang-undang elegan pergerakan planet, berdasarkan pemerhatian yang banyak dan sangat tepat yang dibuat oleh Tycho Brahe dan pembantunya.
Mencari keharmonian dalam pergerakan planet, Kepler bergantung pada cara pemikiran astro-matematik yang sama dengannya dia "merungkai" misteri kosmografi lokasi planet pada masa mudanya. Dalam banyak pemerhatian astronomi, Kepler mencari apa yang dia percaya adalah keharmonian matematik alam semesta yang tersembunyi di sana. Tetapi jika rahsia pertama, yang ternyata menjadi fatamorgana, "didedahkan" oleh Kepler yang berusia 25 tahun dengan serangan pantas yang diilhamkan, maka ia mengambil masa bertahun-tahun untuk mencari tiga undang-undang Kepler.
Di hadapannya terdapat lajur nombor yang panjang - data yang luas daripada pemerhatian astronomi, dan dia tanpa jemu mencari corak matematik di sebalik nombor kering ini. Dia tahu bahawa orbit adalah bujur, tetapi dalam matematik terdapat bujur yang berbeza. Lapan tahun hipotesis dan ujian membawanya kepada kesimpulan bahawa bentuk orbit adalah elips. Bulatan diterangkan dengan satu nombor - jarak dari titiknya ke pusat, dan elips - dengan dua: jarak antara dua pusat fokus dan jumlah jarak yang tetap dari titiknya ke fokus. Semakin kecil jarak antara fokus, semakin dekat elips dengan bulatan. Ini mudah difahami jika anda melukis bulatan bukan dengan kompas, tetapi dengan mengikat kord di kedua-dua hujung ke paku pada pesawat, tarik gelung yang terhasil dengan pensil dan lukis garis. Elips akan diperoleh jika anda membuat garisan dengan mengikat tali pada dua paku yang berbeza.
Dua undang-undang pertama Kepler menyatakan bahawa orbit adalah elips, dengan salah satu fokusnya ialah Matahari, dan semakin dekat planet itu dengan Matahari, semakin besar kelajuannya. Pada tahun 1609, Kepler menerbitkan undang-undang ini dalam buku "New Astronomy" dan menghantarnya ke Galileo. Dia tidak menjawab sepatah kata pun.
Apakah maksudnya? Sesungguhnya, berbeza dengan polyhedra "kosmografi", yang ditebak dalam enam nombor, corak baru Kepler adalah berdasarkan pemerhatian yang paling luas dan tepat pada masa itu. Dan bukankah keanggunan matematik yang ditemui membuktikan ketepatan idea solar Copernicus? Lagipun, orbit adalah elips hanya jika anda melihat planet dari sudut pandangan suria.
Teks-teks Galileo tidak menjawab soalan-soalan ini secara langsung. Jawapannya boleh dicadangkan berdasarkan kata-katanya tentang "cara berfikir yang sangat berbeza" dia dan Kepler.
Galileo bukan sahaja tahu dan menghargai matematik, dia percaya sains itu
ditulis dalam buku besar Alam Semesta - sebuah buku yang sentiasa terbuka untuk pandangan kita, tetapi ia hanya boleh difahami oleh mereka yang belajar memahami bahasanya. Buku ini ditulis dalam bahasa matematik, dan hurufnya adalah segitiga, bulatan dan angka geometri lain, tanpa bantuan seseorang tidak akan memahami perkataan di dalamnya, mengembara dalam kegelapan melalui labirin.
Walau bagaimanapun, dalam matematik Galileo hanya melihat instrumen pengetahuan. Dia cuba memahami kandungan buku-buku Alam Semesta, dan pertama sekali, ketahui tentang asas apa yang Universe berdiri. Ini tidak memerlukan matematik untuk menjadi keanggunan atau kecanggihan, tetapi untuk membantu mencipta konsep fizikal dan menjalankan eksperimen khayalan.
Einstein: "Galileo adalah bapa fizik moden dan, sebenarnya, semua sains semula jadi moden." "Semuanya harus dilakukan semudah mungkin, tetapi tidak lebih mudah daripada yang sepatutnya." “Tuhan itu halus, tetapi tidak jahat.”
Sudah tentu, Galileo tahu bahawa beberapa orbit planet tidak bulat. Tetapi dia juga tahu bahawa yang lain hampir bulat. Ini bermakna bahawa untuk mengkaji asas fizikal astronomi, orbit bulat adalah penyederhanaan yang munasabah. Begitu juga, dalam pencariannya untuk hukum jatuh bebas, Galileo memudahkan keadaan dengan menghapuskan rintangan udara. Perintah Einstein adalah mengenai perkara ini: "Semuanya harus dilakukan semudah mungkin, tetapi tidak lebih mudah daripada yang sepatutnya." Inilah cara ahli fizik berfikir.
Ya, dengan kaedah ini dan model pergerakan planetnya, Galileo gagal mencipta teori pasang surut - fenomena itu ternyata jauh dari asas daripada yang dia fikirkan. Tetapi kegagalan kreatif ini membuahkan hasil dengan "hasil sampingan" penyelidikan - prinsip relativiti dan konsep utama pecutan.
Kelahiran Astrofizik Eksperimen
Setelah menghantar "Astronomi Baru" ke Galileo pada tahun 1609, Kepler tidak mempunyai masa untuk tersinggung dengan kesunyian rakan sekerja Italinya. Pada musim bunga tahun 1610, dia belajar berita yang menakjubkan:
Berita datang ke Jerman bahawa anda, Galileo saya, bukannya membaca buku orang lain, telah mengambil kandungan anda sendiri dan paling luar biasa - kira-kira empat planet yang tidak diketahui sehingga kini ditemui dengan bantuan dua kanta cermin mata, bahawa buku ini sudah pun dicetak dan akan datang bersama utusan-utusan seterusnya. Berita itu sangat mengejutkan saya sehingga saya tidak dapat bertenang. Malah, dalam buku saya "The Cosmographic Mystery," yang diterbitkan tiga belas tahun yang lalu, lima polyhedra biasa membenarkan tidak lebih daripada enam planet mengelilingi Matahari. Tetapi jika ada Bulan yang bukan salah satu daripada enam ini yang mengorbit Bumi, maka mengapa tidak boleh ada bulan di sekitar Musytari? Dan jika empat planet telah disembunyikan sehingga kini, maka kita boleh menjangkakan penemuan banyak yang baru?
Di sebelah kiri ialah trajektori planet, dari sudut pandangan daratan (dengan gelung gerakan mundur) dan solar (undang-undang pertama Kepler). Di sebelah kanan ialah model fizikal Galileo
Pada musim bunga tahun 1610, istilah "satelit" belum lagi wujud, dan tidak ada keperluan untuk itu sementara Bulan adalah satu daripada jenisnya. Dalam buku "Star Messenger," yang diterbitkan pada bulan Mac, Galileo memanggil "planet" yang ditemuinya sekadar bintang, kerana ia kelihatan pada matanya, bersenjatakan dua kanta cermin mata yang diletakkan dengan cara yang luar biasa.
Selepas menerima buku ini, Kepler mengetahui bahawa dalam beberapa minggu, Galileo, sebagai tambahan kepada empat bulan Musytari, menemui beberapa fakta yang lebih menakjubkan. Pada objek astronomi terdekat - Bulan - dia menemui gunung dan lekukan, dan yang paling jauh - "tetap" - bintang ternyata lebih banyak daripada yang difikirkan. Sesetengah objek astronomi, sebaliknya, hilang, atau sebaliknya, berubah: nebula, termasuk yang terbesar - Bima Sakti, muncul sebagai koleksi besar bintang.
Kesemua penemuan ini menjadi hasil pertama astrofizik eksperimen - fakta astronomi yang diperoleh dengan bantuan peranti fizikal - teleskop.
Bagi Galileo, ia adalah anugerah takdir, atau kemalangan yang menggembirakan, atau hadiah dari Syurga - bergantung pada cara anda melihat dunia. Jika anda melihat melalui mata seorang ahli sejarah, maka hadiah itu sangat layak - untuk kerja keras penyelidik.
Teleskop itu sendiri dicipta jauh dari Itali - di Belanda. Dan ia tidak dicipta oleh ahli fizik, tetapi oleh pakar cermin mata. Atas sebab yang tidak diketahui atau kerana tiada apa-apa yang perlu dilakukan, mereka melihat melalui dua kanta, diletakkan dengan cara yang salah, tetapi satu demi satu - cembung demi cekung, mereka melihat objek yang jauh telah menghampiri dengan ketara. Ciptaan itu segera menemui aplikasi penting. Sebagai contoh, untuk mengesan pendekatan musuh terlebih dahulu bagi membuat persediaan untuk pertemuan itu. Atau hanya memuaskan rasa ingin tahu anda dengan mengintip dari jauh untuk melihat siapa yang melakukan apa.
Rasa ingin tahu Galileo tidak terarah kepada pihak - kepada urusan duniawi - tetapi ke atas. Oleh itu, setelah mengetahui tentang ciptaan terbaru dalam istilah yang paling umum, Galileo sendiri membuat beberapa paip, meningkatkan pembesaran kepada tiga puluh kali ganda dan menghalakan peranti itu ke langit, pada objek yang jauh, tetapi dekat dengan pemikirannya. Ini adalah bagaimana teleskop itu wujud.
Perkara pertama yang dia lakukan ialah menemui dan melakar landskap pergunungan Bulan. Kemudian dia bernasib baik untuk menemui bintang-bintang kecil yang tidak diketahui sepenuhnya berhampiran Musytari, dan pada malam berikutnya dia menyedari bahawa kedudukan bintang-bintang ini telah berubah. Nasib seperti itu, tentu saja, memerlukan mengetahui langit berbintang seperti belakang tangan anda, serta perhatian yang luar biasa. Meneruskan pemerhatiannya, Galileo mendapati bahawa bintang-bintang baru kekal berhampiran "bintang pengembaraan" Musytari sepanjang masa dan kedudukan mereka berbanding Musytari diulang pada selang masa yang tetap. Ia mengingatkan pergerakan Bulan mengelilingi Bumi. Galileo menyedari bahawa dia telah menemui empat "bulan" Musytari, dan menyelesaikan penemuannya dengan mengukur tempoh orbitnya.
Oleh itu, hujah baru dan jelas muncul untuk menyokong idea utama Copernicus: yang kecil berputar mengelilingi badan angkasa yang besar - Musytari, seperti planet mengelilingi Matahari dan seperti Bulan mengelilingi Bumi. Galileo dan Kepler sudah mempunyai keyakinan yang cukup bahawa Copernicus adalah betul, tetapi untuk ahli astronomi lain, dan lebih-lebih lagi untuk tidak Bagi ahli astronomi, kejelasan sedemikian sudah boleh mengatasi kuasa buku Ptolemy. Jika, sudah tentu, anda melihat dengan mata terbuka. Dan ini tidak begitu mudah, seperti yang dapat dilihat dari surat Galileo enam bulan selepas penerbitan Starry Messenger:
Mari kita ketawa, Kepler saya, pada kebodohan besar manusia. Para saintis tempatan, walaupun seribu kali jemputan saya, tidak pernah melihat planet, Bulan, atau teleskop. Bagi mereka, fizik adalah sejenis buku, di mana seseorang mesti mencari kebenaran - bukan dalam alam semula jadi, tetapi dengan membandingkan teks. Bagaimana anda akan ketawa mendengar ahli falsafah tempatan yang pertama, yang cuba sedaya upaya untuk mengeluarkan planet-planet baharu dari langit dengan hujah-hujah yang logik, seperti mantera sihir!..
Berikut adalah hujah, sebagai contoh, yang diberikan oleh ahli astronomi falsafah tertentu:
Terdapat tujuh tingkap di kepala haiwan yang melaluinya udara dimasukkan ke mikrokosmos badan untuk mencerahkan, menghangatkan dan menyuburkannya: dua lubang hidung, dua mata, dua telinga dan mulut. Begitu juga, dalam makrokosmos langit terdapat dua bintang yang menguntungkan, dua yang tidak menguntungkan, dua penerang, dan Mercury - samar-samar dan acuh tak acuh. Dari sini dan dari banyak lagi susunan alam yang serupa, seperti tujuh logam, dsb., yang memenatkan untuk disenaraikan, kita faham bahawa terdapat tepat tujuh planet. Selain itu, satelit Musytari ini tidak dapat dilihat dengan mata kasar dan, oleh itu, tidak boleh mempunyai pengaruh di bumi, oleh itu ia tidak berguna, dan oleh itu tidak wujud. Di samping itu, orang Yahudi dan orang purba lain, seperti orang Eropah moden, membahagikan minggu itu kepada tujuh hari, dinamakan sempena nama tujuh planet. Jadi, jika kita menambah bilangan planet, keseluruhan sistem holistik dan indah ini akan runtuh.
Galileo tidak mempunyai apa-apa untuk dikatakan tentang ini. Dan dia tidak mempunyai masa untuk ketawa di kalangan ahli astronomi yang serupa yang, melihat ketidakyakinan hujah mereka dan tidak mahu berpisah dengan apa yang telah mereka pelajari pada masa muda mereka, mencari kecacatan teologi dalam gambaran baru dunia. Dia yang mencari akan sentiasa mendapat. Dan mereka menjumpai ayat-ayat dalam Alkitab yang, jika diambil secara literal, bercakap tentang ketidakbolehgerakan Bumi. Ini telah menjadi senjata yang menggerunkan di tangan mereka yang tidak mahu mencari kebenaran dalam alam semula jadi. Menuduh Galileo dan Copernicus bertentangan dengan Kitab Suci, orang-orang terpelajar merayu kepada pihak berkuasa gereja.
Galileo memutuskan untuk mendahului lawannya dan pada tahun 1611 dia sendiri pergi ke Rom, membawa bersamanya teleskop. Dia mempunyai sebab untuk mempercayai kekuatan hujahnya dan kebolehpercayaan penemuan astronominya: beberapa bulan selepas penerbitan Starry Messenger, dia menerima jawatan kehormat dan bergaji tinggi ketua saintis di mahkamah Duke of Medici, pemerintah Florence.
Di Rom, beliau diberi penghormatan oleh Accademia dei Lancei (Lynx-Eyed Academy), salah satu masyarakat saintifik pertama yang dicipta beberapa tahun lebih awal oleh pencinta dan pelanggan sains. Galileo menerima jemputan untuk menyertai masyarakat ini dan seterusnya menulis bukunya, memfokuskan kepada pembaca seperti ahli Akademi ini - tidak mengaku sebagai profesional dalam astronomi atau fizik, tetapi dengan mata terbuka dan melihat dengan penuh minat pada idea dan fakta saintifik baharu.
Tidak kurang kejayaan menanti Galileo di mahkamah Pope. Ini adalah tempoh perhatian khusus kepada astronomi di pihak Gereja Katolik, yang atas inisiatifnya dunia Barat baru-baru ini bertukar kepada kalendar baru - Gregorian -. Perkembangan pembaharuan kalendar diketuai oleh ahli astronomi dan ahli matematik Clavius, yang tergolong dalam Ordo Jesuit bersama ahli astronomi lain yang berkelayakan tinggi. Misi utama Ordo ini, yang ditubuhkan tidak lama sebelum itu (sebagai tindak balas kepada ajaran sesat Reformasi), adalah pencerahan dan pendidikan. Pembaharuan kalendar adalah berdasarkan astromatematik baharu Copernicus. Dan Galileo menambah hujah baru yang memihak kepada sistem Copernican apabila, dalam pemerhatian teleskopiknya, dia menemui fasa Zuhrah, serupa dengan fasa Bulan. Tidak seperti Bulan, Zuhrah dilihat sebagai cakera kecil apabila ia jauh, dan bulan sabit besar apabila ia dekat. Ini membuktikan putaran Venus mengelilingi Matahari, bukan Bumi.
Perbezaan paradoks: profesor astronomi universiti, berpegang pada teks biasa pihak berkuasa purba, menafikan kedua-dua teleskop dan penemuan pemerhatian Galileo, manakala ahli astronomi paus meluluskan kedua-duanya?! Perbezaan utama di sini bukanlah berdekatan dengan takhta paus, tetapi dalam perkara praktikal, di mana ahli astronomi paus terlibat dalam pembaharuan kalendar, manakala profesor universiti hanya menafsirkan teks lama.
Fasa Zuhrah, dilakar oleh Galileo dan digambarkan secara skema.
Galileo terlibat dalam satu lagi perkara praktikal - dia sedang menyiasat fizik asas Alam Semesta sebenar. Kelulusan ahli astronomi paus terhadap penemuan astronominya mempunyai "tetapi" yang penting. Bagi mereka, sistem Copernican adalah matematik yang betul, kerana hasilnya sepadan dengan pemerhatian, tetapi mereka menerima sistem ini dalam versi geoheliosentrik Tycho Brahe, di mana Bumi tidak bergerak - mengikut sepenuhnya dengan semua pemerhatian yang diketahui bermula dengan pengalaman seharian. Lagipun, untuk pengiraan astronomi daratan, satu-satunya perkara penting ialah bagaimana jasad angkasa bergerak berbanding Bumi. Bagi ahli astronomi paus, sistem Copernican hanya bermaksud skema lain untuk pengiraan pertengahan.
Galileo dan Kepler yakin bahawa Bumi berputar mengelilingi Matahari seperti planet-planet lain, tetapi belum ada bukti langsung tentang ini, hanya hipotesis tidak langsung. Oleh itu, Kepler tidak dapat meyakinkan Tycho Brahe, dengan siapa dia bekerjasama, walaupun kedua-duanya dianggap ahli astronomi pertama pada zaman mereka. Tetapi Galileo tidak dapat meyakinkan ahli astronomi paus, yang sangat menghargai penemuan astronominya. Bagi pemerhati astronomi kelas pertama, heliosentrisme sebenar bukan sahaja hipotesis yang meragukan, tetapi juga tidak berguna: semua yang sama, pengiraan harus dibawa ke sudut pandangan pemerhati duniawi - kepada gambaran geosentrik. Ahli astronomi seperti itu, dengan teguh di atas tanah, mendengar dengan teliti Galileo, mengharapkan untuk mengetahui tentang manifestasi yang boleh diperhatikan pergerakan Bumi, tetapi hanya menerima hujah tentang struktur Alam Semesta (iaitu, sistem Suria), penjelasan mengapa putaran Bumi begitu tidak dapat dilihat, serta analogi dan kata-kata yang meragukan tentang keharmonian Alam Semesta.
Tetapi adakah analogi antara Bumi di bawah tapak kaki anda dan bintang-bintang "mengembara" yang jauh, yang tidak diketahui kecuali pergerakannya merentasi langit, benar-benar meyakinkan? Dan adakah gunung yang ditemui di Bulan berdekatan membuktikan bahawa planet yang jauh distrukturkan dengan cara yang sama? Mengapa pergi jauh untuk mewajarkan mengapa tidak memperakui putaran bumi secara langsung di Bumi? Lagipun, apabila anda berputar pada karusel, anda merasakan putaran walaupun dengan mata anda tertutup?! Sudah tentu, jika karusel membuat satu revolusi setiap hari atau setahun, sukar untuk melihat putaran, tetapi satelit Musytari tidak dapat dilihat sebelum penciptaan teleskop. Jadi kita perlu mencari cara untuk menyaksikan secara langsung putaran ini, jika ia benar-benar wujud. Jika tidak, heliosentrisme akan kekal sebagai hipotesis matematik yang berjaya, berguna untuk pengiraan, tetapi tidak lebih.
Seorang ahli astronomi yang ditanam dengan kukuh di Bumi boleh memberitahu Galileo sesuatu seperti ini. Dan, diakui, pada awal abad ketujuh belas tidak ada yang dapat menjawabnya. Bukti langsung visual tentang putaran Bumi (sekitar paksinya dan mengelilingi Matahari) muncul hanya dua abad kemudian: Bandul Foucault, hukum Beer (menurut mana sungai menghanyutkan tebing kanannya di Hemisfera Utara), anjakan "tetap" bintang disebabkan oleh pergerakan Bumi. Walau bagaimanapun, jauh sebelum itu, ahli astrofizik tidak memerlukan bukti sedemikian - sejak akhir abad ketujuh belas, apabila Newton, setelah menyelesaikan kerja yang dimulakan oleh Galileo, merumuskan undang-undang asas fizik yang mengawal semua pergerakan dalam sistem suria. Akibat daripada undang-undang ini ialah pergerakan Bumi mengelilingi Matahari. Akibat lain adalah kekecilan yang sangat pasti dari manifestasi pergerakan ini di Bumi itu sendiri, hanya sebahagian kecil daripada peratus.
Iman dan ilmu
Mengapa Galileo, pada akhir abad keenam belas, menjadi yakin tentang pergerakan Bumi? Mengapa dia mempercayai begitu banyak hujah tidak langsung dan idea umumnya tentang struktur Alam Semesta dan mengapa dia tidak mementingkan bantahan serius ahli astronomi realis? Ahli sejarah tidak mempunyai jawapan yang jelas kepada soalan-soalan ini, tetapi jelas bahawa prasangka cemerlang Galileo - kepercayaan kepada undang-undang asas Alam Semesta dan keupayaan manusia untuk memahami undang-undang ini - membantunya mencipta fizik asas.
Pada pertengahan abad ke-20, penyair-publicist cuba menjawab untuk ahli sejarah:
Jawapan yang berirama, sayangnya, bercanggah dengan cerita sebenar. Pertama, rakan-rakan saintifik Galileo, dengan beberapa pengecualian, dengan tegas mengetahui bahawa Bumi tidak bergerak. Kedua, para pastor Gereja Katolik, mengetahui tentang pandangannya, memperlakukannya dengan baik selama bertahun-tahun. Selagi kita hanya bercakap tentang hipotesis saintifik, ia dibenarkan untuk dibincangkan.
Keadaan berubah apabila penentang saintifik Galileo, setelah kehabisan hujah duniawi, mengambil Kitab Suci. Di sana, sudah tentu, tidak ada astronomi, tidak ada planet, tidak ada perkataan tentang sama ada Bumi itu rata atau sfera. Tetapi, melupakan maksud kisah alkitabiah, anda boleh menemui frasa yang menyatakan idea setiap hari bahawa matahari bergerak - terbit dan terbenam, dan cakrawala bumi sedang tenang. Penentang Galileo mempersenjatai diri mereka dengan petikan yang sesuai, memegang Alkitab sebagai perisai. Jika dia tidak memberi perhatian kepada lawan seperti itu, dia boleh dengan tenang mengejar ilmunya. Inilah yang dinasihatkan oleh para “penggembala”nya.
Walau bagaimanapun, Galileo tidak mengikuti nasihat ini. Dia bukan sahaja bebas berfikir, tetapi juga percaya dengan bebas kepada Tuhan. Alkitab bercakap tentang manusia, dicipta dalam rupa Tuhan; ia adalah sokongan batinnya, tetapi bukan sumber pengetahuan tentang dunia luar - kecuali dunia ini dicipta untuk manusia dan boleh diakses oleh pengetahuan. Oleh itu, Galileo yakin, Bible tidak boleh bercanggah dengan hasil penyelidikan saintifik dan, khususnya, pergerakan Bumi. Dia membuat kesimpulan ini menggunakan alasannya sendiri dengan cara yang sama seperti dalam penyelidikan fizikalnya.
Pemahaman Alkitab ini, mesti dikatakan, juga terdapat dalam tradisi gereja. Galileo memetik kata-kata seorang kardinal yang sedang dia ajak bicara: "Alkitab mengajar cara untuk pergi ke syurga, bukan bagaimana langit bergerak." Bible juga mengajar untuk tidak berbohong, dan Galileo tidak mengendahkan nasihat orang yang baik, tetapi dengan jujur menyatakan pemahamannya tentang Alkitab dan kepercayaannya bahawa Bumi bergerak. Penemuan astronominya dan pengiktirafannya menambah keyakinannya.
Apa yang dibenarkan untuk dikatakan oleh seorang kardinal tentang Alkitab dalam perbualan peribadi adalah tidak dibenarkan kepada orang awam, walaupun orang awam itu adalah ahli astronomi yang terkenal. Lebih-lebih lagi apabila orang beriman sedang berwaspada menghantar kecaman. Pada tahun 1616, pakar Inkuisisi menentukan bahawa kenyataan tentang pergerakan Bumi adalah "tidak masuk akal dalam istilah saintifik dan bertentangan dengan Kitab Suci." Dekri rasmi itu terdengar lebih ringan, tetapi tiga buku diharamkan, bermula dengan buku Copernicus, 70 tahun sebelum ia masuk ke dalam sejarah. Galileo tidak disebut dalam dekri ini - penghormatan kepadanya sangat besar sehingga para pastor agung membatasi diri mereka kepada nasihat lisan. Kemudian, Paus sendiri menjelaskan kepadanya bahawa, walaupun pergerakan Bumi tidak boleh dinyatakan sebagai kebenaran, sistem Ptolemy dan Copernicus boleh dibincangkan dan dibandingkan sebagai hipotesis matematik. Dan buku Copernicus diharamkan hanya untuk sementara waktu sehingga ia diperbetulkan, menekankan bahawa sistem Copernicus hanyalah hipotesis matematik.
Galileo yang inventif memikirkan cara untuk kekal jujur dan tidak melanggar amaran gereja. Oleh kerana dia dibenarkan membincangkan dan membandingkan hipotesis Ptolemy dan Copernicus, dia akan menulis sebuah buku dalam bentuk perbualan antara tiga watak, dua membentangkan kedudukan Copernicus dan Ptolemy, dan ketiga akal sehat yang tidak berat sebelah. Dan biarkan pembaca memutuskan siapa yang betul.
Galileo menyelesaikan buku "Dialog mengenai Dua Sistem Utama Dunia" sedekad setengah kemudian. Bukan tanpa kesukaran, dia menerima kelulusan penapisan gereja, dan pada tahun 1632 salinan pertama buku itu keluar dari rumah percetakan. Walau bagaimanapun, tidak lama kemudian, Gereja Katolik campur tangan dalam sejarah sains - dengan keputusannya, buku-buku itu dirampas, dan Galileo telah dipanggil ke Inkuisisi. Perbicaraan yang terkenal memalukan itu berlangsung beberapa bulan. Galileo dituduh melanggar arahan gereja pada 1616 untuk menganggap sistem Copernican hanya sebagai hipotesis: dari bukunya terlalu jelas hipotesis mana yang betul. Mahkamah mengharamkan buku itu dan menjatuhkan hukuman penjara seumur hidup kepada Galileo.
Di sebalik tabir penyiasatan dan semasa perbicaraan, kedua-dua motif peribadi dan faktor politik gereja berfungsi, tetapi di tengah-tengah peristiwa itu seseorang dapat melihat... undang-undang inersia yang berkuasa. Galileo, yang menemui undang-undang fizikal inersia, mengalami sepenuhnya kesan inersia manusia. Para menteri Gereja, tentu saja, tidak dapat menyelidiki secara mendalam sistem hujah astrofizik yang memihak kepada pergerakan Bumi dan semata-mata - kerana inersia - berpegang pada idea yang telah mereka kuasai pada masa muda mereka. Lagipun, orang sains yang cemerlang mematuhi idea-idea ini, terutamanya "raja ahli astronomi" - Tycho Brahe.
Adalah mungkin untuk tidak mengutuk hakim gereja kerana inersia saintifik mereka jika mereka tidak mengambil peranan itu saintifik pakar: dalam dekri gereja 1616 dan 1633, pergerakan Bumi diiktiraf, pertama, sebagai palsu secara saintifik dan, kedua, bertentangan dengan Alkitab. Oleh itu, hakim-penyiasat menggunakan kedudukan rasmi mereka untuk tujuan peribadi - untuk mengekalkan idea biasa. Ia bukan soal agama seperti itu: di kalangan pelajar Galileo dan penyokong gigih terdapat orang-orang pendeta. Malah mahkamah tidak sebulat suara - hanya tujuh daripada sepuluh hakim menandatangani keputusan itu.
Pelaksanaan hukuman itu, serta kuasa tertinggi dalam Gereja, kemudiannya berada di tangan satu orang - Pope Urban VIII. Semasa masih menjadi kardinal, dia mengagumi penemuan astronomi Galileo dan, setelah menjadi Paus, juga menunjukkan kebaikan kepadanya, membenarkannya membincangkan sistem Copernican bersama-sama dengan sistem Ptolemaic. Tetapi dia mempunyai sebab tersendiri mengapa kedua-dua sistem akan kekal sebagai hipotesis selama-lamanya: Walaupun beberapa hipotesis menjelaskan fenomena tertentu dengan memuaskan, Tuhan yang maha kuasa boleh menghasilkan fenomena ini dengan cara yang sama sekali berbeza, tidak dapat dicapai oleh akal manusia, dan kemahakuasaan-Nya tidak boleh terhad kepada kemungkinan pemahaman manusia. Paus membentangkan hujahnya kepada Galileo, dan apa yang dia lakukan?! Dia meletakkan hujah ini ke dalam mulut watak yang mewakili falsafah Aristotle yang lapuk dan kelihatan sangat menyinggung perasaan Paus:
Simplicio.<…>Saya tahu bahawa untuk persoalan sama ada Tuhan Yang Maha Kuasa boleh menyiramkan pergerakan berubah-ubah yang boleh diperhatikan [pasang pasang surut] dengan cara lain selain daripada pergerakan badan air, hanya ada satu jawapan yang mungkin: Dia boleh melakukan ini dalam banyak cara yang tidak dapat difikirkan oleh fikiran kita. Dan jika ya, maka adalah kesombongan yang keterlaluan untuk mengehadkan kuasa Ilahi dengan sebarang ciptaan manusia.
Maka kita juga harus berterima kasih kepada Yang Mulia kerana menggantikan hukuman penjara dengan tahanan rumah. Dan seorang ahli sejarah sains boleh, melupakan kesopanan, berterima kasih kepada fakta bahawa Galileo berada di bawah pengawasan berterusan oleh Inkuisisi, yang memutuskan dengan siapa dia boleh bertemu. Perangai ceria ahli fizik itu hanya mempunyai satu jalan keluar - mengerjakan buku kedua dan paling penting, di mana dia mengesahkan undang-undang jatuh bebas - undang-undang asas fizik yang pertama.
Mengenai hujah paus, Galileo tidak menggunakannya kerana membahayakan. Ia adalah mengenai intipati baru - asas - fizik. Hujah itu nampaknya bergantung pada frasa alkitabiah "Jalan-jalan Tuhan adalah misteri," dalam terjemahan moden: "Keputusan-Nya tidak dapat difahami dan jalan-jalan-Nya tidak dapat diselidiki." Apakah yang dapat Galileo katakan kepada ini, dengan imannya yang tidak diragukan kepada Tuhan dan kepercayaan sepenuhnya kepada Firman Tuhan?
Dia boleh mengatakan bahawa konteks frasa ini tidak bercakap tentang struktur Alam Semesta, tetapi tentang sikap Tuhan terhadap manusia dan tentang dunia dalaman manusia dengan kebebasan dan keunikannya. Dan dunia luar - Alam Semesta - sudah dengan langit berbintang memberikan seseorang contoh keteguhan dan keteraturan. Bukan sia-sia Allah menganugerahkan manusia kemampuan untuk mengetahui. Galileo merasakan ini sendiri. Dan dia tahu dari pengalamannya sendiri bahawa seseorang mampu bukan sahaja mengemukakan hipotesis yang munasabah, tetapi juga mengujinya, menolak atau mengesahkannya, menetapkan kesesuaiannya dengan struktur Alam Semesta yang dicipta oleh Pencipta. Alkitab tidak mengatakan apa-apa tentang undang-undang berenang, tetapi Archimedes berjaya menemui undang-undang ini. Dan Galileo, dalam pencariannya untuk undang-undang asas alam, bergantung pada kepercayaan kepada undang-undang alam semesta.
Meneroka jalan Tuhan dalam struktur Alam Semesta dan mengetahui bagaimana pengalaman dan bahasa matematik memungkinkan untuk memahami struktur ini, Galileo mempertahankan Alkitab daripada tugas yang asing kepadanya dan, dengan itu, daripada percanggahan dengan hasil pengetahuan saintifik . Dia mempunyai pendapat yang lebih baik tentang Pencipta daripada Paus Urban VIII, dan berhubung dengan kebenaran - lebih suci daripada Paus Rom.
Kelajuan cahaya ialah pemalar asas pertama
Di antara kegagalan Galileo, seseorang itu sangat mendidik sehinggakan seseorang tidak berani menyebutnya sebagai kegagalan.
Dalam buku terakhirnya, Galileo bercakap tentang cuba mengukur kelajuan cahaya, dan, nampaknya, sebabnya adalah untuk mengukur kelajuan lain - kelajuan bunyi. Ini, sudah tentu, "dua perbezaan besar." Setelah mendengar gema suara anda, mudah difahami bahawa bunyi itu kembali selepas masa yang singkat tetapi ketara, dan, oleh itu, ia tidak merebak serta-merta, tetapi pada beberapa - walaupun kelajuan tinggi. Walau bagaimanapun, dalam pengalaman seharian tidak ada bukti bahawa cahaya mengambil masa untuk bergerak dari sumber cahaya ke objek yang diterangi. Aristotle merumuskannya secara falsafah: "Cahaya ialah kehadiran sesuatu, bukan pergerakan sesuatu." Semua rakan seangkatan Galileo berpendapat sama. Dia adalah orang pertama yang menggunakan ungkapan "kelajuan cahaya."
Kekekalan - atau kelajuan tak terhingga - cahaya juga diandaikan dalam pengukuran pertama kelajuan bunyi. Memerhati tembakan meriam dari jauh dan mempercayai bahawa kilat tembakan itu dilihat serta-merta, mereka mengukur masa antara kilat dan bunyi tembakan. Membahagikan jarak ke pistol pada masa ini, mereka menentukan bahawa kelajuan bunyi adalah kira-kira 500 meter sesaat (yang hanya satu setengah kali ganda nilai sebenar).
Galileo, bagaimanapun, percaya bahawa sekejap cahaya hanyalah hipotesis, dan dia memikirkan cara untuk mengujinya. Untuk melakukan ini, anda memerlukan dua orang dengan tanglung yang boleh dibuka dan ditutup - kini mereka akan berkata: hidupkan dan matikan. Mula-mula, dekat, mereka berlatih menghidupkan lampu suluh apabila melihat cahaya lampu suluh yang lain. Kemudian mereka bersurai dalam jarak yang jauh. Yang pertama menyalakan tanglung, melihat cahaya yang kedua menyalakan tanglungnya. Dan yang pertama mengukur masa dari saat dia menghidupkan tanglungnya sehingga saat dia melihat cahaya tanglung kedua. Pada masa ini, cahaya bergerak ke sana ke mari.
Jika tanglung kedua dibuka secepat pada jarak dekat, tulis Galileo, maka cahaya tiba serta-merta, dan jika cahaya mengambil masa, maka jarak tiga batu sudah cukup untuk mengesan kelewatan. Jika eksperimen dilakukan pada jarak, katakan, 8-10 batu, maka anda boleh melihat cahaya samar dari lampu suluh jauh menggunakan teleskop.
Berdasarkan kata-kata Galileo, dia melakukan eksperimen sedemikian hanya pada jarak satu batu dan tidak menyedari kelewatan itu. Namun dia menjangkakan bahawa cahaya tidak bergerak serta-merta, walaupun ia menyebar dengan cepat luar biasa.
Bapa fizik moden tidak menjelaskan mengapa tiga batu cukup untuk dikesan tidak-kecepatan cahaya, dan mengapa kemudian meningkatkan jarak kepada 10 batu. Jika satu denyutan nadi dianggap sebagai tempoh masa minimum, maka eksperimen yang dilakukannya bermaksud bahawa cahaya itu bergerak dua batu dalam masa kurang dari satu saat, iaitu pada kelajuan sekurang-kurangnya 10 kali kelajuan bunyi. Dan jika kelewatan tidak dikesan walaupun pada jarak 10 batu, ini bermakna kelajuan cahaya adalah sekurang-kurangnya 100 kali lebih cepat daripada kelajuan bunyi.
Bukan salah Galileo bahawa kelajuan cahaya sebenarnya sejuta kali lebih cepat daripada kelajuan bunyi. Jika dia mengesyaki ini, dia boleh menyedari bahawa batu duniawi tidak mencukupi untuk eksperimennya, dan dia akan mengingati satelit Musytari yang ditemuinya. Lagipun, semasa ia berputar, satelit memainkan peranan sebagai tanglung, yang terbuka apabila meninggalkan bayang Musytari dan menutup apabila memasuki bayangnya. Sudah tentu, tanglung sedemikian tidak sesuai secara langsung untuk eksperimen Galileo - ia dibuka tanpa sebarang arahan pada selang masa yang tetap. Tetapi pengalaman itu boleh diubah dengan melihat bahawa pemerhati duniawi tidak duduk diam, malah mengintip ke dalam teleskop: bersama-sama dengan teleskop dan planet Bumi, dia bergerak mengelilingi Matahari. Apabila pemerhati menghampiri Musytari, setiap "kenaikan" satelit yang berikutnya diperhatikan lebih awal daripada yang "berkedudukan" (purata), kerana sinar pertama dari satelit perlu menempuh jarak yang lebih pendek ke Bumi. Sinar pertama akan tiba lebih awal dengan pecahan tempoh yang berkadar dengan kelajuan Bumi dan berkadar songsang dengan kelajuan cahaya. Ini bermakna kelajuan cahaya boleh dikira dengan mengukur pendahuluan (atau kelewatan) kenaikan satelit Musytari.
Galileo sendiri tidak memikirkan kaedah sedemikian, walaupun dalam semangatnya terdapat kedua-dua aplikasi astronomi duniawi dan aplikasi fizik duniawi untuk memahami fenomena cakerawala. Dia juga mencadangkan menggunakan teleskop dalam eksperimen duniawi untuk mengukur kelajuan cahaya. Dan setelah menemui satelit Musytari dan mengukur tempoh revolusi mereka, saya melihat dalam ini "mogok" jam cakerawala pada saat kenaikan setiap satelit. Jam sedemikian, boleh diakses oleh semua orang (yang mempunyai teleskop), Galileo sedar, boleh digunakan untuk menentukan longitud geografi. Dan ini amat penting untuk navigasi jarak jauh dan untuk ekonomi.
Jadi bapa fizik moden bukan sahaja menciptanya, tetapi juga menunjukkan perkaitan antara sains, teknologi dan ekonomi.
Fizik Galileo mendedahkan interaksi bijak teori dan eksperimen dalam mencari undang-undang asas alam. Jelas betapa pentingnya menguji undang-undang dengan ketepatan yang semakin meningkat. Walau bagaimanapun, selalunya ketepatan ukuran yang rendah membantu membuat penemuan. Sebagai contoh, undang-undang yang paling penting untuk Galileo, bahawa tempoh ayunan bandul tidak bergantung pada amplitud ayunan, dipenuhi dengan lebih tepat semakin kecil amplitud. Oleh itu, jika Galileo telah menguji undang-undang ini bukan dengan nadinya, tetapi dengan kronometer yang sangat tepat, ia akan menjadi lebih sukar baginya.
Begitu juga dengan satelit Musytari. Setelah mengukur tempoh revolusi mereka, Galileo menyerahkan kajian lanjut mereka kepada ahli astronomi. Dia juga meninggalkan mereka sebagai warisan ideanya menggunakan satelit ini sebagai jam universal untuk menentukan longitud. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mengetahui tempoh revolusi satelit, atau jadual gerhana mereka, setepat mungkin, yang dilakukan oleh ahli astronomi, berusaha untuk ketepatan astronomi yang wujud. Tiga puluh tahun selepas kematian Galileo, ahli astronomi telah mengumpulkan pemerhatian yang mencukupi untuk mengesan ketidakteraturan aneh dalam jam kosmik. Tempoh orbit satelit kadangkala lebih pendek, kadangkala lebih lama. Ketidaksamaan ini mendedahkan coraknya sendiri: tempoh menjadi lebih pendek apabila Bumi menghampiri Musytari, dan lebih lama apabila ia bergerak menjauh. Pada masa itulah ahli astronomi yang mengkaji satelit Galilea mengingati keyakinan Galileo bahawa cahaya bergerak pada kelajuan yang luar biasa tetapi terhad. Dengan menggabungkan pemerhatian tempoh satelit dengan pengetahuan pergerakan planet, kami memperoleh buat kali pertama kelajuan cahaya - 220 ribu kilometer sesaat, yang hampir dengan nilai sebenar - kira-kira 300 ribu kilometer sesaat.
Oleh itu, intuisi Galileo adalah wajar, secara mengejutkan. Dan ini sangat mengejutkan. Lagipun, tiada bukti yang boleh diperhatikan untuk kelajuan cahaya terhingga. Dan orang sezaman Galileo yang cemerlang, yang terlibat dalam sains cahaya, Kepler dan Descartes, menganggap kelajuan cahaya tidak terhingga. Mengapa Galileo lebih berwawasan daripada rakan sekerjanya? Kerana dia seorang genius dan ahli fizik asas.
Berfikir tentang kelajuan cahaya, Galileo melihat seluruh dunia fenomena fizikal dan percaya pada perpaduan yang mendalam di dunia ini. Mengetahui bahawa cahaya matahari yang dikumpulkan dalam cermin cekung mampu mencairkan plumbum, dia membandingkan tindakan cahaya "ganas" ini dengan pelepasan kilat dan letupan serbuk mesiu, yang "disertai dengan pergerakan dan, lebih-lebih lagi, sangat cepat." Dan dia membuat kesimpulan: "Oleh itu, saya tidak dapat membayangkan bahawa tindakan cahaya boleh dilakukan tanpa pergerakan, dan pergerakan terpantas pada masa itu."
Galileo yakin bahawa Kitab Alam "ditulis dalam bahasa matematik," tetapi dia tahu bahawa kandungan buku ini adalah fizik. Oleh itu, mendengar intuisinya, dia tidak menerima kata-katanya, tetapi memikirkan cara mengujinya dengan cara yang paling boleh dipercayai untuk ahli fizik - melalui eksperimen mengukur. Dia gagal melakukan ini dengan cahaya - ketepatan ukuran terlalu rendah. Tetapi dia berjaya memberikan fizik idea tentang kelajuan cahaya yang terhad. Idea ini, terima kasih kepada hadiah lain - bulan Galilea Musytari - menjadi fakta sains yang boleh dipercayai hanya beberapa dekad selepas kematiannya, pada awal kemasyhuran abadinya.
Marilah kita mendengar serpihan perbualan dari buku terakhir Galileo, "Perbualan dan Bukti Matematik Mengenai Dua Sains Baru," di mana persoalan tentang kelajuan cahaya pertama kali dibangkitkan:
Mengenai pergerakan cahaya terpantas
Sagredo. Saya melihat bagaimana cahaya matahari, yang dikumpulkan oleh cermin cekung dengan diameter kira-kira tiga tapak tangan, dengan cepat mencairkan plumbum dan menyalakan pelbagai bahan mudah terbakar. Adakah tindakan cahaya yang ganas sedemikian mungkin tanpa pergerakan?
Salviati. Dalam kes lain - seperti pelepasan kilat dan letupan serbuk mesiu - pembakaran dan pereputan disertai dengan pergerakan, dan pergerakan yang sangat pantas pada masa itu. Oleh itu, saya tidak dapat membayangkan bahawa tindakan cahaya boleh berlaku tanpa pergerakan, dan pergerakan terpantas pada masa itu.
Sagredo. Tetapi berapa pantaskah pergerakan ini? Adakah ia serta-merta atau berlaku dari semasa ke semasa, seperti pergerakan lain? Adakah mungkin untuk mengetahui melalui pengalaman bagaimana keadaannya?
Simplicio. Pengalaman harian menunjukkan bahawa cahaya bergerak serta-merta. Jika kita melihat tembakan meriam dari jauh, kilatan tembakan itu sampai ke mata kita serta-merta, dan bunyi itu sampai ke telinga kita hanya selepas selang masa yang ketara.
Sagredo. Daripada eksperimen sedemikian, kita hanya boleh membuat kesimpulan bahawa bunyi bergerak lebih perlahan daripada cahaya, tetapi bukan cahaya itu tiba serta-merta.
Salviati. Ketidakpastian pemerhatian sedemikian mendorong saya untuk menghasilkan satu cara untuk mengetahui sama ada cahaya benar-benar bergerak serta-merta.
Minta dua penguji setiap satu memegang tanglung yang boleh dibuka dan ditutup. Mula-mula, berdiri sebelah menyebelah, mereka berlatih membuka tanglung mereka, melihat cahaya orang lain. Kemudian mereka bersurai kira-kira tiga batu dan, selepas menunggu malam, mengulangi kilatan pelita mereka. Jika tanglung kedua terbuka secepat ia dekat, maka cahaya tiba serta-merta, tetapi jika cahaya mengambil masa, maka jarak tiga batu sudah cukup untuk mengesan kelewatan. Apabila membuat eksperimen pada jarak, katakan, sepuluh batu, teleskop boleh digunakan untuk melihat cahaya samar dari tanglung yang jauh.
Saya sendiri menjalankan eksperimen ini hanya pada jarak satu batu dan tidak yakin sama ada cahaya itu kembali serta-merta. Ia hanya jelas bahawa ia adalah sangat pantas, hampir serta-merta. Saya akan membandingkannya dengan kilat yang kelihatan 8-10 batu jauhnya. Kita melihat permulaan kilat, atau sumbernya, di tempat tertentu di antara awan dan melihat bagaimana kilat menembusi awan jiran. Ini bermakna ia mengambil sedikit masa untuk merebak. Lagipun, jika kilat berlaku di semua bahagian sekaligus, kita tidak dapat membezakan sumbernya, bahagian tengah dan jauh. Lautan manakah yang kita temui tanpa disedari?! Kekosongan dan ketakterhinggaan, atom yang tidak dapat dibahagikan dan pergerakan serta-merta - adakah kita dapat sampai ke pantai, walaupun selepas seribu perbincangan?
Kepada soalan yang menyedihkan di penghujung serpihan itu, Galileo menjawab dengan bukunya dengan berani dan optimis. Tetapi persoalan itu sendiri mendedahkan ahli fizik - ahli fizik asas. Rakan-rakannya yang luar biasa dalam pemikiran matematik - Kepler dan Descartes - dengan berani menetapkan tugas mereka sepenuhnya dan akhirnya menerima dunia fizikal sebenar dengan beberapa prinsip matematik tunggal atau set kecil, dan berfikir bahawa mereka telah mencapai matlamat mereka: Kepler mempunyai cawan enam planet, Descartes - tujuh prinsip fizik. Dan Galileo memahami bahawa dia hanya pada permulaan jalan yang hebat, di mana akan ada kerja yang cukup untuk semua orang yang mempunyai kebebasan dan keberanian yang cukup untuk bertanya soalan tentang struktur alam semesta dan mencari jawapan yang meyakinkan - mengukur - kepada mereka.
Dikenakan dengan keberaniannya, saya sangat ingin bertanya soalan kepadanya sendiri.
Mengapa dia berfikir bahawa kelajuan cahaya bukan sahaja terhad, tetapi juga "terpantas"? Bagaimanakah sebarang kelajuan boleh menjadi maksimum? Adakah dia sedar bahawa kelajuan cahaya adalah pemalar asas alam, terlibat dalam sebarang fenomena fizikal, walaupun berlaku dalam kegelapan?
Sains menjawab soalan-soalan ini tiga abad selepas kehidupan Galileo, selepas beberapa transformasi dramatik fizik asas yang dikaitkan dengan nama Newton, Maxwell dan Einstein. Seseorang hanya boleh kagum bahawa pencipta fizik asas membuka jalan kepada pemalar asas pertama dalam sejarah.
Bab 3
Graviti adalah daya asas pertama
Dari langit ke bumi dan kembali
Dalam fizik moden mereka bercakap tentang empat kuasa asas. Daya graviti adalah yang pertama ditemui. Dikenali oleh pelajar sekolah hukum graviti sejagat menentukan daya tarikan F antara mana-mana jisim m Dan M, dipisahkan oleh jarak R:
F = GmM/R 2 .
Kanak-kanak sekolah biasanya tidak diberitahu bahawa Newton sendiri tidak menulis formula sedemikian. Beliau hanya berhujah bahawa daya tarikan adalah berkadar dengan jumlah jirim dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak. Perkadaran dengan jumlah jirim tidaklah menghairankan, tetapi bagaimana Newton meneka bahawa daya bergantung pada jarak dalam segi empat sama, dan, katakan, bukan dalam kubus?
Kanak-kanak sekolah juga biasanya tidak diberitahu bahawa dia bukanlah orang pertama yang meneka. Penemuan Newton tentang hukum graviti juga boleh dipanggil penutupan. Dia menutup soalan itu dengan mengesahkan tekaan dengan pemerhatian astronomi, yang diringkaskan oleh Kepler dalam undang-undang planetnya. Kejayaan terbesar Newton di mata orang sezamannya ialah dia memperoleh undang-undang Kepler daripada undang-undang graviti. Untuk melakukan ini, dia perlu melakukan sesuatu yang hebat di mata sejarah dunia: mencipta teori umum gerakan - mekanik, mencipta bahasa matematik baru untuknya. Undang-undang utama pecutan berkaitan gerakan a jisim m dengan daya yang bertindak ke atasnya F
dan alat matematik yang dicipta (kalkulus pembezaan) memungkinkan untuk menyelesaikan sebarang masalah tentang pergerakan jasad di langit dan di bumi.
Masalah cakerawala pertama telah diselesaikan oleh ahli astronomi Edmond Haley (Halley). Berdasarkan hukum gerakan dan hukum graviti, beliau meramalkan bahawa komet 1682 akan kembali dalam 76 tahun. Dan dia datang pada masa yang tepat! Sebelum itu, seseorang masih boleh meragui teori Newton, yang "hanya" memperoleh undang-undang lama Kepler daripada undang-undang gerakan dan graviti baru. Tetapi kejayaan syurgawi fizik menjanjikan kemenangan dalam masalah duniawi juga.
Pada kesempatan ini, seorang ahli sejarah menyatakan, “Sains moden turun dari langit ke bumi di sepanjang bidang condong Galileo.” Tidak ada alasan yang kurang untuk mengatakan bahawa - sepanjang satah condong yang sama - fizik duniawi telah meningkat ke langit. Galileo hanya menerima satu soalan dari syurga: mengapa pergerakan Bumi mengelilingi paksinya dan mengelilingi Matahari begitu tidak dapat dilihat pada kelajuan yang sangat besar beribu-ribu kilometer sejam? Dia mencari jawapan kepada soalan ini - dan menemuinya - di Bumi, mengkaji pergerakan dengan bantuan dua alat utamanya - percubaan dan bahasa yang tepat secara matematik. Newton memanggil jawapannya - undang-undang inersia dan prinsip relativiti - Undang-undang Mekanik Pertama. Dan undang-undang jatuh bebas Galileo, setelah menemui peranan utama pecutan, memberi petunjuk untuk Undang-undang Kedua - undang-undang utama gerakan.
Hanya dalam undang-undang graviti peranan Galileo tidak kelihatan. Membetulkan ketidakadilan ini dua abad selepas kematiannya, seorang tukang tertentu dengan bengkok antik membuat koleksi dokumen sejarah, yang diterima oleh Akademi Sains Perancis. Kertas - dengan nama Galileo, Pascal, Newton dan tokoh terkenal lain - melukis gambar sedemikian. Pada tahun-tahun terakhir hidupnya, (Itali) Galileo didakwa secara teorinya menyimpulkan daripada undang-undang kedua Kepler bahawa benda angkasa menarik berkadar songsang dengan kuasa dua jarak. Dia melaporkan penemuan ini kepada (Perancis) Pascal, yang membina mekanik cakerawala atas dasar ini, juga mengira jisim planet, yang dia laporkan kepada (Bahasa Inggeris) Newton. Dan dia, tanpa rasa malu atau hati nurani, menerbitkan hasil orang lain sebagai miliknya.
Akademi Perancis, yang dengan cemburu mengikuti kejayaan British, dengan teruja mengkaji dokumen sensasi sehingga mereka mendapati bahawa salah satu surat dalam koleksi itu ditujukan kepada Newton ketika dia baru berusia 10 tahun. Pengarang koleksi tidak sesuai dengan kronologi. Dan saya langsung tidak bergaul dengan sejarah sains.
Sejarah, tentu saja, bergantung kepada bukti dokumentari yang masih hidup - surat, manuskrip, penerbitan. Tetapi apabila terdapat banyak bukti tentang seseorang, sangat sukar untuk memalsukan bukti yang sama sekali baru. Hanya mereka yang belum membaca buku mereka dan tidak memahami sama sekali bagaimana seseorang boleh menyimpulkan satu daripada yang lain boleh percaya bahawa Galileo yang berusia 75 tahun menyimpulkan hukum graviti daripada undang-undang kedua Kepler.
Galileo tidak mementingkan undang-undang Kepler, dan lebih kurang lagi dengan kenyataannya tentang Matahari sebagai sumber daya yang menggerakkan planet-planet, bahawa daya ini berkurangan dalam perkadaran songsang kepada jarak (dan bukan kuasa duanya), dan tentang daya graviti sebagai "simpati badan berkaitan", "keinginan untuk sambungan" mereka. Kepler kadang-kadang hanya menyamakan "berusaha" ini dengan kemagnetan, kadang-kadang mengenal pasti dengannya. Tidak jelas dari teksnya sama ada dia maksudkan satu kuasa atau dua. Ia hanya jelas bahawa dia mengharapkan ahli fizik, kerana dia menulis: "Biar ahli fizik memeriksa ..."
Pada tahun 1600, orang Inggeris Gilbert menerbitkan buku "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - the Earth," di mana, antara lain, beliau menyatakan idea bahawa Bumi adalah magnet yang besar, dan secara eksperimen membuktikannya menggunakan model. Bumi - magnet sfera, mengikut tingkah laku jarum kompas pada permukaan bola. Terkesan dengan buku ini, Kepler menulis tentang daya magnet dalam sistem planet, memperkenalkan perkataan terakhir fizik ke dalam astronomi. Tetapi, tidak seperti Hilbert, Kepler tidak memberikan sebarang hujah khusus, malah kualitatif, dan tidak dalam apa-apa cara menghubungkan fizik magnet sama ada dengan hipotesisnya tentang daya planet yang berkurangan dalam perkadaran songsang dengan jarak, atau dengan undang-undang tepat pergerakan planetnya sendiri. Dalam rawatan sains ini, ahli fizik Galileo melihat manifestasi minda yang "terlalu bebas", atau hanya kesembronoan. Mengenai penyelidikan Hilbert, dia sangat menghargainya dan berharap bahawa dia "sedikit lagi seorang ahli matematik." Bukan kerana Galileo menyukai matematik, tetapi kerana bahasa yang tepat secara matematik membuka jalan kepada pengesahan percubaan dan, oleh itu, kepada pengetahuan yang tepat.
Ahli fizik asas Galileo boleh melihat undang-undang Kepler sebagai hubungan matematik, tidak kurang elegan daripada kosmografi planet Kepler muda, tetapi tidak lebih menembusi intipati fizikal sistem planet. Melalui dua titik anda boleh melukis hanya satu garis lurus, dan melalui banyak titik pemerhatian planet - sebarang bilangan lengkung yang berbeza, termasuk, mungkin, yang elegan. Anda tidak boleh bereksperimen dengan planet dengan menukar parameter pergerakannya. Oleh itu, Galileo cuba menembusi undang-undang asas fizik planet, bergantung pada eksperimen duniawi yang perlu dicipta, dan menggunakan orbit paling mudah - satu bulatan, terutamanya kerana orbit Bumi dan Zuhrah hampir bulat.
Untuk mendapatkan hukum graviti, adalah perlu untuk menjadikan perkataan "tarikan" sebagai konsep fizikal yang boleh diakses oleh penyelidikan eksperimen. Ia adalah perlu untuk menghubungkan konsep ini dengan kuantiti yang boleh diukur, terutamanya dengan pergerakan itu sendiri. Inilah yang dilakukan oleh Newton. Dan sebelum itu, seseorang hanya boleh bercakap tentang kuasa planet dan pergantungan mereka pada jarak.
"Percakapan" terawal tentang daya yang berkadar dengan 1/ R 2, berlaku dalam buku ahli astronomi Perancis Buyot pada tahun 1645. Penulis menghormati Copernicus, Galileo dan Kepler, tetapi kuasa planet - tidak mengikut Kepler - disamakan dengan pencahayaan, berkurangan dengan jarak dari sumber cahaya persis seperti 1/ R 2. Tetapi kemudian, dalam buku yang sama, Buyo menolak kewujudan kuasa penggerak. Daripada ini sahaja sifat hipotesis Kepler yang tidak meyakinkan adalah jelas. Sangat mudah untuk membayangkan bahawa Galileo akan menganggap perbualan Bouillot sebagai kebudak-budakan: dari manakah analogi antara kuasa cahaya dan planet datang?! Walau bagaimanapun, pada masa buku ahli astronomi Perancis itu diterbitkan, Galileo telah pun berlalu ke dalam sejarah tiga tahun lalu. Dan kata-kata yang tidak meyakinkan tentang daya yang berkadar songsang dengan kuasa dua jarak itu tetap tercatat dalam sejarah. Dan kami sampai ke zaman Newton.
Apa yang berlaku?! Idea fizikal yang paling penting dilahirkan secara haram dan hidup sebagai anak kecil untuk masa yang lama?! Dan bapa fizik moden paling menentang kelahirannya?! Ya, tetapi tidak cukup. Pertama, kata-kata penyair terpakai kepada idea-idea saintifik: "Sekiranya anda tahu dari apa puisi sampah tumbuh, tanpa mengetahui rasa malu ..." Kelahiran sesuatu yang baru sentiasa menjadi keajaiban. Dan kedua, idea 1 /R 2 hanya menjadi penting apabila digabungkan dengan idea lain yang muncul beberapa dekad kemudian.
Sejarah sains, seperti mana-mana sejarah yang menarik, adalah kursus peristiwa yang unik. Oleh itu frasa klise bahawa sejarah tidak tahu mood subjungtif. Sejarah tidak tahu, tetapi ahli fizik, yang melihat ke dalam sejarah, lazimnya tahu eksperimen pemikiran, berubah - dalam had yang mungkin- tindakan watak-watak sejarah dan membuka rangkaian peristiwa baru untuk menilai kebarangkalian dan kemustahilan apa yang sebenarnya berlaku. Untuk kaedah pemikiran ini kita mesti berterima kasih kepada Galileo, yang, apabila mencipta fizik moden, menggunakannya dengan mahir. Percubaan pemikiran ialah reka bentuk eksperimen yang dibenarkan oleh fakta yang diketahui, tanpa mengira kos. Dengan mengubah keadaan eksperimen secara bebas, lebih mudah untuk mengemukakan soalan dan menjawabnya menggunakan fakta dan undang-undang alam yang diketahui.
Memindahkan teknik ini dari fizik ke sejarahnya, mari kita tanya soalan: "Bolehkah Galileo mengetahui kelajuan cahaya?", Sudah tentu, dalam had keupayaan sebenar sejarahnya - pengetahuannya, cara berfikir dan prasangkanya. Sejarah membolehkan kita menjawab soalan ini secara negatif. Dalam eksperimen jenis yang dia cipta, walaupun diberikan semua sumber teknologi pada masa itu, ia jelas tidak mempunyai ketepatan. Dan untuk menghasilkan eksperimen yang melibatkan satelit Musytari, dia terpaksa meninggalkan fizik, menjadi ahli astronomi pemerhatian dan menjalankan pemerhatian selama sekurang-kurangnya setahun, atas sebab tertentu memperhalusi tempoh satelit yang telah dia ukur. Ia kelihatan luar biasa. Jadi dia tidak dapat menemui kelajuan cahaya, walaupun dia berprasangka bahawa ia adalah terhad.
Galileo juga berprasangka bahawa tidak ada tarikan planet. Tetapi ini tidak bermakna jawapan kepada soalan itu jelas:
Mungkinkah Galileo telah menemui undang-undang graviti sejagat?
Ahli fizik terkenal dan lelaki lucu Richard Feynman menggariskan latar belakang undang-undang graviti:
Pada zaman Kepler, ada yang percaya bahawa planet-planet bergerak mengelilingi matahari kerana malaikat yang tidak kelihatan menolaknya di sepanjang orbit mereka. Ini tidak begitu jauh dari kebenaran: malaikat menolak planet, bukan sepanjang, tetapi melintasi orbit, ke arah pusatnya.
Dalam usaha untuk menjadi ringkas, Feynman meninggalkan langkah perantaraan yang penting. Galileo melakukan tanpa malaikat sama sekali, menganggap gerakan bulat planet mengelilingi Matahari sebagai pergerakan semula jadi dan bebas. Persoalan tentang saiz orbit dan halaju planet tetap terbuka, tetapi Galileo melihat banyak soalan terbuka, yang tidak mengganggu atau mengelirukan dia, tetapi hanya menimbulkan provokasi kepadanya. Seperti Kepler, Galileo percaya bahawa planet-planet lain adalah serupa dengan Bumi, dan kepercayaannya diperkukuh dengan melihat permukaan pergunungan bulan melalui teleskop. Imannya memberinya harapan bahawa mempelajari undang-undang alam di Bumi akan membantu memahami undang-undang pergerakan planet.
Di Bumi, Galileo menemui undang-undang jatuh bebas, serta undang-undang pergerakan badan yang dilemparkan pada sudut ke ufuk. Trajektori pergerakan sedemikian, seperti yang diketahui oleh pelajar sekolah sekarang, adalah parabola. Galileo tidak menerbitkan penemuan ini untuk masa yang lama. Dia faham bahawa hasilnya diperoleh dalam anggaran "Bumi rata": parabola menerangkan trajektori dengan lebih tepat, lebih kecil saiznya berbanding dengan jejari Bumi, iaitu, semakin rendah kelajuan awal, atau bahagian yang lebih kecil daripada trajektori dipertimbangkan. Dia tidak tahu apakah bentuk trajektori dalam kes "pergerakan besar", apabila kelajuan awalnya cukup tinggi sehingga sfera Bumi tidak boleh diabaikan lagi.
Kesukarannya adalah teori, dan percubaan tidak dapat membantu: untuk melihat sfera Bumi dalam makmal, dimensi makmal mestilah setanding dengan jejari Bumi. Galileo boleh, bagaimanapun, menggunakan eksperimen pemikiran, yang dia pakar yang hebat. Apa yang anda perlu lakukan ialah mengemukakan soalan untuk penguji pemikiran.
Sebagai contoh, yang ini. Jika anda membaling bola secara mendatar pada kelajuan rendah, ia akan jatuh ke tanah berdekatan, bergerak dalam parabola yang curam. Jika kelajuan awal ditingkatkan, parabola akan menjadi lebih rata. Dan pada kelajuan berapa bola harus dilemparkan supaya, apabila jatuh, ia kekal pada jarak yang sama dari permukaan Bumi, yang "turun" kerana sferanya?
Galileo boleh menyelesaikan masalah ini menggunakan matematik yang tidak lebih rumit daripada teorem Pythagoras, mengetahui jejari Bumi R dan pecutan jatuh bebas g, diukur olehnya. Kelajuan yang diperlukan, seperti yang dapat dilihat oleh pelajar semasa,
V= (gR) 1/2 ~ 8 km/saat
Ini sudah tentu halaju melarikan diri pertama, iaitu, kelajuan bola mesti dibaling untuk menjadi satelit buatan Bumi. Ini pertama kali dilakukan di Rusia pada tahun 1957, tetapi pada abad ketujuh belas Itali perkataan sedemikian tidak diketahui dan kelajuannya akan dipanggil astronomi. Ia agak astrofizik. Tetapi bagi ahli astrofizik Galileo, bola mental yang terbang pada jarak tetap dari permukaan Bumi, sudah tentu, menyerupai Bulan.
Dia boleh dengan mudah yakin, bagaimanapun, bahawa untuk Bulan hubungan yang terhasil, sayangnya, tidak benar, dan sangat kuat. Kelajuan Bulan adalah 60 kali lebih rendah daripada yang sepatutnya. Memandangkan kelajuan Bulan dan jaraknya diketahui umum, Galileo akan memikirkan tentang pecutan graviti g, yang saya ukur sendiri. Tetapi dia mengukurnya di permukaan Bumi, dan bukan pada ketinggian Bulan. Hubungan itu akan dipenuhi jika pecutan jatuh bebas pada ketinggian Bulan adalah 3600 kali lebih rendah daripada pecutan di Bumi. Jarak ke Bulan ialah 60 kali jejari Bumi. Ini menimbulkan hipotesis: pecutan graviti berubah dengan jarak dari Bumi dalam perkadaran songsang dengan kuasa dua jarak. Galileo boleh mengesahkan hipotesis ini pada satelit Musytari dan pada satelit Matahari - planet. Akibatnya, dia akan menerima undang-undang alam baharu - undang-undang umum jatuh bebas, yang menentukan pecutan jatuh bebas g(R) pada satu titik yang jauh R daripada benda angkasa berjisim M
g(R) = GM/R 2 ,
di sini G ialah pemalar, sama untuk mana-mana badan angkasa, yang bermaksud ia adalah pemalar asas.
Bagaimana Galileo boleh menemui undang-undang am jatuh bebas
Semasa mengkaji jatuh bebas, Galileo mendapati bahawa bola yang dibaling secara mendatar di angkasa jatuh di sepanjang parabola, yang bentuknya ditentukan oleh kelajuan awal. V dan pecutan jatuh bebas g: kelajuan mendatar dikekalkan V G = V, dan meningkat secara menegak mengikut masa V V = gt.
Mari kita lakukan eksperimen pemikiran dengan mendaki menara legenda dengan Galileo mental. Kami akan membaling bola secara mendatar dengan kelajuan yang semakin meningkat. Jika kelajuan lontaran rendah, bola akan jatuh - sepanjang parabola yang curam - ke tanah berhampiran menara. Dan jika kelajuannya sangat tinggi, parabola akan menjadi sangat rata, dan bola akan terbang sangat jauh dari Bumi.
Persoalannya ialah, pada kelajuan berapakah bola harus dilemparkan supaya, jatuh bebas, ia kekal pada ketinggian yang sama dari permukaan bumi, yang membulat "ke bawah"?
Seorang pelajar sekolah kini boleh menjawab soalan ini dengan melukis gambar rajah yang ditunjukkan, menggunakan teorem Pythagoras dan mengambil kira bahawa jejari Bumi R
Galileo Galilei (1564-1642) mengesahkan dalam amalan ketepatan idea Nicolaus Copernicus dan Giordano Bruno:
- - mencipta teleskop;
- - meneroka benda angkasa menggunakan teleskop;
- - membuktikan bahawa benda angkasa bergerak bukan sahaja di sepanjang trajektori, tetapi juga serentak di sekitar paksinya;
- - bintik-bintik ditemui di Matahari dan landskap yang pelbagai (gunung dan padang pasir - "laut") di Bulan;
- - menemui satelit di sekitar planet lain;
- - mengkaji dinamika badan yang jatuh;
- - membuktikan kepelbagaian dunia di Alam Semesta.
Galileo mengemukakan kaedah penyelidikan saintifik, yang terdiri daripada:
- - pemerhatian;
- - mengemukakan hipotesis;
- - pengiraan pelaksanaan hipotesis dalam amalan;
- - ujian eksperimen (eksperimen) dalam amalan hipotesis yang dikemukakan.
Dan dia menjadi pengganti karya Copernicus dan Bruno. Beliau terkenal sebagai pengasas fizik moden.
Beliau adalah orang pertama saintis yang menjadikan kaedah utama penyelidikan saintifik bukan penaakulan atau pemerhatian, tetapi eksperimen. Dia mendapat kemasyhuran yang luas, malah memalukan pada masa itu dengan membaling bola dengan saiz yang berbeza dari bahagian atas Menara Condong Pisa yang "jatuh". Sebelum ini, semua orang percaya Aristotle bahawa bola yang lebih berat akan jatuh lebih cepat daripada yang lebih ringan, dan tiada siapa yang berfikir untuk menyemak ini dalam amalan. Galileo adalah orang pertama yang menyemak. Dan ternyata, bertentangan dengan Aristotle, kedua-dua bola jatuh pada masa yang sama. Galileo menerangkan: terdapat kes yang diketahui dari pengalaman apabila, sebagai contoh, bulu jatuh di udara jauh lebih perlahan daripada batu jatuh - ini disebabkan oleh rintangan di udara. Dalam vakum (eksperimen sedemikian kemudiannya dijalankan), kedua-dua batu dan bulu jatuh sama.
Mengukur masa jatuh dari ketinggian yang berbeza, Galileo membuat kesimpulan bahawa bola tidak jatuh pada kelajuan tetap, tetapi dengan pecutan. Menjalankan eksperimen dengan jasad yang bergerak, Galileo melihat bahawa terdapat perbezaan antara gerakan di bawah pengaruh daya dan gerakan di bawah pengaruh inersia. Akibat daripada tindakan daya, badan bergerak dengan pecutan, menukar kelajuan atau arah pergerakan. Jika daya tidak bertindak, maka jasad sama ada kekal tidak bergerak (jika ia tidak bergerak) atau terus bergerak di bawah pengaruh inersia (jika ia sebelum ini bergerak).
Dari sini Galileo membuat kesimpulan, yang umumnya diketahui hari ini, tetapi kelihatan aneh pada zaman itu - bahawa tidak ada perbezaan asas antara keadaan rehat dan keadaan gerakan rectilinear seragam. Dan kesimpulan ini menjadi hujah pertama yang memihak kepada teori Copernican. Sebelum ini, pengkritik Copernicus mengatakan bahawa jika Bumi bergerak, kita akan merasakannya, Bumi akan bergerak jauh dari bawah kaki kita. Galileo membuktikan bahawa tidak ada yang seperti itu. Walaupun Bumi bergerak dalam orbit bulat, jejari orbit ini adalah sangat besar sehingga dalam skala panjang biasa kita, pergerakan ini hampir berbentuk rectilinear dan, oleh itu, tidak dirasai.
Bukti kedua yang tidak dapat dinafikan bahawa Galileo betul ialah teleskop. Pada masa itu, sifat "membesar" dan "mengurangkan" cermin mata cembung dan cekung telah pun ditemui. Pada tahun-tahun itu, pelbagai orang secara bebas mendapati bahawa dari gabungan kaca cembung dan cekung adalah mungkin untuk memasang teleskop yang membawa objek jauh lebih dekat. Pada tahun 1610, Galileo adalah orang pertama yang mengarahkan teleskop yang dibuatnya ke langit. Ini adalah teleskop pertama. Serta-merta, Galileo membuat banyak penemuan yang luar biasa untuk masa itu. Bulan ternyata ditutup dengan gunung - oleh itu, tidak ada perbezaan antara duniawi dan cakerawala, dan pada benda angkasa lain reliefnya tidak berbeza secara asasnya dengan duniawi.
Musytari ternyata mempunyai 4 satelit - yang bermaksud bahawa Bulan beredar mengelilingi Bumi tidak terkecuali dalam dunia planet, dan, oleh itu, Bumi adalah planet yang sama dengan semua yang lain. Zuhrah, apabila diamati melalui teleskop, ternyata seperti bulan sabit, serupa dengan bulan, dan fasanya sentiasa berubah - ini hanya boleh berlaku jika kedua-dua Bumi dan Zuhrah beredar mengelilingi Matahari. Malah Matahari sendiri mempunyai bintik-bintik - oleh itu, ia bukan sesuatu yang ilahi, tetapi badan angkasa biasa. Bima Sakti ternyata terdiri daripada banyak bintang - ternyata sempadan Alam Semesta jauh lebih luas daripada yang difikirkan sebelumnya.
Galileo penuh dengan harapan cerah apabila dia membawa "Dialog mengenai Dua Sistem Utama Dunia" ke Rom. Setiap orang yang waras akan melihat di dalamnya keruntuhan sepenuhnya sistem Ptolemaic dan akan memahami logik hebat Copernicus. Riccardi, pelayan istana suci, mengesahkan manuskrip untuk dicetak, tetapi tiba-tiba, ketakutan dengan sesuatu, dia mengambil kembali kebenarannya, mengesyorkan penapis lain, sudah berada di Florence. Di sana, pada tahun 1632, Galileo yang berusia 68 tahun menerbitkan buku utama hidupnya.
Vatican marah. Galileo dibicarakan, perbicaraan berlangsung lebih daripada dua bulan. "Penghinaan orang hebat itu mendalam dan lengkap," tulis salah seorang penulis biografi Perancis Galileo. "Dalam penghinaan ini, dia dibawa kepada penolakan terhadap keyakinan yang paling kuat dari seorang saintis dan kepada siksaan seorang lelaki yang dikuasai oleh penderitaan dan ketakutan terhadap api ..."
Pada 22 Jun 1633, di gereja biara St. Minerva, di hadapan semua prelat dan kardinal mahkamah, mematuhi hukuman itu, berlutut, dia membaca turun takhta. Mereka mendakwa bahawa, ketika Galileo bangkit dari lututnya, dia menjerit: "Tetapi dia masih berputar!" Tetapi ini tidak mungkin berlaku. Inkuisisi tidak akan pernah memaafkannya kerana turun takhta secara rasmi. Apa yang diharapkan daripadanya ialah pertobatan dan kerendahan hati;
Galileo dilahirkan di bandar Pisa Itali pada tahun 1564, yang bermaksud bahawa pada tahun kematian Bruno dia berumur 36 tahun dan dalam keadaan mekar penuh kekuatan dan kesihatan.
Galileo muda menemui kebolehan matematik yang luar biasa dia memakan karya matematik seperti novel yang menghiburkan.
Galileo bekerja di Universiti Pisa selama kira-kira empat tahun, dan pada tahun 1592 beliau berpindah ke jawatan profesor matematik di Universiti Padua, di mana beliau kekal sehingga 1610.
Adalah mustahil untuk menyampaikan semua pencapaian saintifik Galileo; dia adalah seorang yang luar biasa serba boleh. Dia tahu muzik dan lukisan dengan baik, melakukan banyak perkara untuk pembangunan matematik, astronomi, mekanik, fizik...
Pencapaian Galileo dalam bidang astronomi sangat mengagumkan.
...Semuanya bermula dengan teleskop. Pada tahun 1609, Galileo mendengar bahawa di suatu tempat di Belanda sebuah alat yang dapat dilihat jauh telah muncul (ini adalah bagaimana perkataan "teleskop" diterjemahkan dari bahasa Yunani). Tiada seorang pun di Itali tahu bagaimana ia berfungsi; ia hanya diketahui bahawa asasnya adalah gabungan cermin mata optik.
Ini sudah cukup untuk Galileo dengan kepintarannya yang menakjubkan. Beberapa minggu pemikiran dan eksperimen, dan dia memasang teleskop pertamanya, yang terdiri daripada kaca pembesar dan kaca biconcave (kini teropong dibina berdasarkan prinsip ini). Pada mulanya, peranti membesarkan objek hanya 5-7 kali, dan kemudian 30 kali, dan ini sudah banyak untuk masa itu.
Pencapaian terbesar Galileo ialah dia yang pertama menunjukkan teleskop ke langit. Apa yang dia nampak di situ?
Jarang sekali seseorang mendapat kebahagiaan untuk menemui dunia baru yang tidak diketahui. Lebih daripada seratus tahun sebelumnya, Columbus mengalami kebahagiaan sedemikian apabila dia mula-mula melihat pantai Dunia Baru. Galileo dipanggil Columbus of heaven. Hamparan Alam Semesta yang luar biasa, bukan hanya satu dunia baru, tetapi dunia baru yang tidak terkira banyaknya, dibuka kepada pandangan ahli astronomi Itali.
Bulan-bulan pertama selepas penciptaan teleskop, sudah tentu, adalah yang paling gembira dalam hidup Galileo, sebahagia seorang ahli sains boleh berharap untuk dirinya sendiri. Setiap hari, setiap minggu membawa sesuatu yang baru... Semua idea terdahulu tentang Alam Semesta runtuh, semua cerita alkitabiah tentang penciptaan dunia menjadi cerita dongeng.
Jadi Galileo mengarahkan teleskopnya ke Bulan dan tidak melihat badan halus gas cahaya, seperti yang dibayangkan oleh ahli falsafah, tetapi sebuah planet yang serupa dengan Bumi, dengan dataran yang luas, dengan gunung-ganang, yang ketinggiannya ditentukan oleh saintis dengan bijak mengikut panjangnya. bayangan yang mereka lemparkan.
Tetapi di hadapannya adalah raja planet yang agung - Musytari. Jadi apa yang berlaku? Musytari dikelilingi oleh empat satelit yang mengorbit di sekelilingnya, menghasilkan semula versi sistem suria yang lebih kecil.
Paip itu ditujukan kepada Matahari (sudah tentu, melalui kaca asap). Matahari Ilahi, contoh kesempurnaan yang paling murni, ditutup dengan bintik-bintik, dan pergerakan mereka menunjukkan bahawa Matahari berputar pada paksinya, seperti Bumi kita. Tekaan yang dibuat oleh Giordano Bruno telah disahkan, dan betapa cepatnya!
Teleskop itu beralih ke Bima Sakti yang misterius, jalur berkabus ini melintasi langit, dan ia terpecah menjadi bintang yang tidak terkira banyaknya, sehingga kini tidak dapat diakses oleh mata manusia! Bukankah ini yang dikatakan oleh pelihat berani Roger Bacon kira-kira tiga setengah abad yang lalu? Segala-galanya ada masanya dalam sains, anda hanya perlu menunggu dan berjuang.
Sukar bagi kami, sezaman dengan angkasawan, untuk membayangkan apa revolusi penemuan Galileo yang dibuat dalam pandangan dunia orang ramai. Sistem Copernican adalah megah, tetapi sedikit difahami oleh fikiran orang biasa; ia memerlukan bukti. Sekarang bukti telah muncul, ia telah diberikan oleh Galileo dalam sebuah buku dengan tajuk yang indah "The Starry Messenger". Kini sesiapa yang meragui boleh melihat ke langit melalui teleskop dan yakin dengan kesahihan kenyataan Galileo.
Ahli fizik dan astronomi Itali yang terkenal Galileo Galilei dilahirkan pada 15 Februari 1564 di bandar Pisa (barat laut Itali). Dalam keluarganya, ketuanya adalah seorang bangsawan yang miskin, sebagai tambahan kepada Galileo sendiri, terdapat lima lagi anak. Apabila budak lelaki itu berumur 8 tahun, keluarga itu berpindah ke Florence, di mana Galileo muda memasuki sekolah di salah satu biara tempatan. Pada masa itu, dia paling berminat dalam seni, namun, dia juga berjaya dalam sains semula jadi. Oleh itu, selepas tamat pengajian, tidak sukar baginya untuk memasuki Universiti Pisa, di mana dia mula belajar perubatan. Bagaimanapun, pada masa yang sama dia juga tertarik dengan geometri, kursus kuliah yang dihadirinya atas inisiatifnya sendiri.
Galileo belajar di universiti selama tiga tahun, tetapi dia tidak dapat menamatkan pengajian kerana keadaan kewangan keluarganya semakin teruk. Kemudian dia terpaksa pulang ke rumah dan cuba mencari pekerjaan. Nasib baik, berkat kebolehannya, dia berjaya mencapai naungan Duke Ferdinand I de' Medici, yang bersetuju untuk membayar untuk menyambung pelajarannya. Selepas ini, pada tahun 1589, Galileo kembali ke Universiti Pisa, di mana dia tidak lama kemudian menjadi profesor matematik. Ini memberinya peluang untuk mengajar dan pada masa yang sama melibatkan diri dalam penyelidikan bebas. Setahun kemudian, karya pertama saintis mengenai mekanik diterbitkan. Ia dipanggil "On Movement".
Di sinilah tempoh yang paling berkesan dalam kehidupan saintis yang hebat itu berlalu. Dan terima kasih kepadanya, 1609 membawa revolusi sebenar dalam astronomi. Pada bulan Julai, satu peristiwa berlaku yang akan dicatatkan selama-lamanya dalam sejarah - pemerhatian pertama objek angkasa dibuat menggunakan instrumen baharu - teleskop optik. Tiub pertama, yang dibuat oleh Galileo sendiri, memberikan peningkatan hanya tiga kali ganda. Tidak lama kemudian, versi yang lebih baik muncul, yang meningkatkan penglihatan manusia sebanyak 33 kali. Penemuan yang dibuat dengan bantuannya mengejutkan dunia saintifik. Pada tahun pertama, empat satelit Musytari telah ditemui, dan fakta bahawa terdapat lebih banyak bintang di langit daripada yang dapat dilihat dengan mata kasar telah ditemui. Galileo membuat pemerhatian terhadap Bulan, menemui gunung dan tanah rendah di atasnya. Semua ini sudah cukup untuk menjadi terkenal di seluruh Eropah.
Setelah berpindah ke Florence pada tahun 1610, saintis itu meneruskan penyelidikannya. Di sini mereka menemui bintik-bintik di Matahari, putarannya di sekeliling paksinya, serta fasa-fasa planet Zuhrah. Semua ini membawanya kemasyhuran dan perhatian daripada ramai orang berpangkat tinggi di Itali dan seterusnya.
Bagaimanapun, kerana pembelaan terbukanya terhadap ajaran Copernicus, yang diklasifikasikan sebagai ajaran sesat oleh Gereja Katolik, dia menghadapi masalah serius dalam hubungan dengan Rom. Dan selepas penerbitan pada tahun 1632 karya besar bertajuk "Dialog mengenai dua sistem yang paling penting di dunia - Ptolemaic dan Copernican," dia secara terbuka dituduh menyokong ajaran sesat dan dipanggil ke perbicaraan untuk perbicaraan. Akibatnya, Galileo terpaksa melepaskan sokongannya secara terbuka terhadap sistem dunia heliosentrik. Ungkapan yang dikaitkan dengannya: "Tetapi ia masih berputar!" tiada bukti dokumen...