Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

• Название: Курс истории физики
• Автор: Кудрявцев Степанович
• Издательство: Просвещение
• Жанр: Физика
• Год: 1982

Курс истории физики предназначен для студентов педагогических институтов. В нём изложена история мировой физики от древности до наших дней. Книга состоит из трёх частей. В первой освещена история становления физической науки, заканчивающейся Ньютоном. Последняя, третья часть посвящена истории становления квантовой, релятивисткой и ядерной физики.

---

Сочинение Коперника «О вращениях небесных сфер» содержит шесть книг. На титульном листе напечатано обращение к читателю, в котором автор указывает, что в сочинении рассмотрены движения звезди планет, «представленные на основании как древних, так и современных наблюдений; развитые на новых и удивительных теориях». Таким образом обращение рекомендует книгу как «расписание» движения планет, составленное как на основе наблюдений, так и на новых теориях.

В обращении к папе Павлу III Коперник критикует теорию эпициклов, не согласующуюся достаточно хорошо с наблюдениями и не дающую целой картины мироздания: «...Они (т. е. авторы геоцентрических теорий. — П. К.) не смогли определить форму мира и точную соразмерность его частей. Таким образом, с ними получилось то же самое, как если бы кто-нибудь набрал из различных мест руки, ноги, голову и другие члены, нарисованные хотя и отлично, но не в масштабе одного и того же тела; ввиду полного несоответствия друг с другом из них, конечно, скорее составилось бы чудовище, а не человек». Коперник пишет, что он «стал досадовать, что у философов не существует никакой более надежной теории движений мирового механизма...». Сравнение системы мира с механизмом, употребленное здесь Коперником, очень ярко выражает сущность его основной идеи: построить простую модель солнечной системы, ее кинематический механизм. Такой механизм он нашел, относя движения всех планет, в том числе и Земли, к Солнцу. Этот шаг Коперника имел поистине революционное значение. Делая Землю рядовым членом семейства планет, он порывал с аристотелевской и церковной доктринами о противоположности земного и небесного и с повседневными житейскими представлениями.

Сделав один революционный шаг, Коперник был вынужден сделать и второй. Так как движение Земли не отражается на видимой картине сферы неподвижных звезд, он принял, что эта сфера чрезвычайно велика по сравнению с размерами орбиты Земли. Расстояние Земли от центра мира «...будет несравненно малым, в особенности по отношению к сфере неподвижных звезд», — утверждает Коперник. Сама Вселенная бесконечно велика по сравнению с Землей: «...Небо неизмеримо велико по сравнению с Землей и представляет бесконечно большую величину; по оценке наших чувств Земля по отношению к небу, как точка к телу, а по величине, как конечное к бесконечному». Но Коперник думает и об измеримости этой бесконечности и сравнивает отношение Земли и Вселенной с отношением атома к телу. Атомы неощутимы для чувств, несколько атомов не составляют видимого тела, «а все же,— пишет Коперник, — эти частицы можно так умножить, что, наконец, их будет достаточно для слияния в заметное тело».

Так новое учение о космосе обращает мысль его основателя к материалистической атомистике. Оно неизбежно подводило также к представлению об относительности движения, к физическому релятивизму. «Всякое представляющееся нам изменение места происходит вследствие движения наблюдаемого предмета или наблюдателя или, наконец, вследствие неодинаковости перемещений того и другого, так как не может быть замечено движение тел, одинаково перемещающихся по отношению к одному и тому же (я подразумеваю движение между наблюдателем и наблюдаемым)».

Вот когда в науке появляется эйнштейновский «наблюдатель»!

В другом месте Коперник, возвращаясь к вопросу об относительности Движения, пишет: «Так при движении корабля в тихую погоду все находящееся вне представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами наблюдатели, наоборот, считают себя в покое со всем с ними находящимся. Это же, без сомнения, может происходить и при движении Земли, так что мы думаем, будто вокруг нее вращается вся Вселенная».

Таким образом, кинематически движения наблюдателя и наблюдаемого равноценны, любого из них можно считать неподвижным. Так же равноценны движения Земли и Вселенной, и это объясняет вековую иллюзию неподвижности Земли. Но астрономические и философские соображения заставляют Коперника считать неподвижность Земли только иллюзией, а реальностью — ее движение вокруг Солнца. Позднее эти идеи Коперника с особой основательностью разовьет Галилей, сформулировав классический принцип относительности.

Правда истории заставляет нас в этом месте вспомнить предшественника Коперника в учении об относительности движения и бесконечности Вселенной. Этим предшественником был кардинал Николай Кузанский (Николай из Кузы, 1401—1464), итальянский ученый. Сочинения Кузан-ского были изданы уже после смерти в 1515 г., т. е. при жизни Коперника, и, вероятно, были ему известны. В одном из сочинений мы читаем:

«...Для нас ясно, что Земля находится в движении, хотя нам этого и не кажется, потому что мы замечаем движение по сравнению с чем-нибудь неподвижным. Потому что если бы кто-нибудь сидел в лодке посредине реки, не зная, что вода течет, и не видя берегов, то как бы он узнал, что лодка движется? И таким образом, так как всякий, будет ли он находиться на Земле, или на Солнце, или на другой какой звезде, полагает, что он находится в неподвижном центре, а что все другое движется, то он назначил бы себе различные полюсы — одни, если бы он был на Солнце, другие — на Земле, третьи — на Луне и так далее».

Космическое мышление Николая Кузанского представляет Вселенную бесконечной и все ее точки равноправными точками отсчета. Коперник выбирает из множества этих равноправных точек отсчета одну — Солнце, точнее, центр Солнца и строит модель солнечной системы, представляя планеты движущимися вокруг Солнца по круговым орбитам. Такая конкретная модель могла «работать» и могла быть проверена практическими наблюдениями, философские идеи Николая Кузанского Коперник перевел на язык фактов и чисел. Большая часть его книг содержит таблицы и расчеты, относящиеся к той видимой части Вселенной, которую с древних времен наблюдал и исследовал человек.

Борьбв за гелиоцентричекую систему мира. Джордано Бруно. Кеплер

Книга Коперника — и в этом заключается ее огромное стимулирующее значение — поставила перед наукой ряд важных проблем. Перед астрономией она поставила задачу проверить соответствие новой теории фактам. Надо было уточнить наблюдения движения планет и выяснить, соответствуют ли эти наблюдения модели Коперника. В случае расхождения возникала задача выяснения его причин: происходят ли они от неправильности самой теории или от того, что теория, верная в своей основе, должна быть уточнена в деталях.

Решение этой задачи потребовало от астрономов больших усилий при тогдашнем состоянии экспериментальных и математических средств астрономической науки. Астрономы наблюдали светила невооруженным глазом, пользуясь визирами, диоптрами, простыми угломерными инструментами невысокой точности. Для числовой обработки результатов они не располагали не только счетными машинами, но и обычной арифметической техникой, еще не известны были десятичные дроби и логарифмы, которые появились только в начале XVII в. и не сразу вошли во всеобщее употребление. Тогда же были созданы подзорные трубы и телескопы. Для определения долгот астрономы не располагали точными часами. И астрономическая наука, и навигационная практика нуждались в оптических приборах, в точных часах, в новых вычислительных средствах. Этим и определялись задачи науки на ближайшие десятилетия.

Теория Коперника нуждалась также и в физическом обосновании кинематической схемы. Естественно возникал вопрос: что связывает «машину мира» в единое целое, планеты с Солнцем, Землю с Луной? Каковы физические причины движения вообще и движения планет в частности? Астрономия нуждалась в механике, и не в той механике, которая была известна древним и по существу была статикой, а в новой механике, в механике движения — динамике. Для развития этой новой механики нужна была новая, динамичная математика.

Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания, в первую очередь механики и оптики.

Но помимо этих научных задач, приходилось решать и другую задачу: преодоление установившихся традиций, освященных догматами церкви. Нужны были смелые пропагандисты нового учения, способные распространить его, поколебать окаменелые догмы. Теорию Коперника не признавали ведущие люди эпохи: церковный реформатор Лютер, философ-материалист Френсис Бэкон, крупный астроном Тихо Браге. К тому же к ней с самого начала ее зарождения настороженно присматривалась католическая церковь. Обеспокоенная успехами протестантизма, она усилила борьбу с инакомыслящими, укрепила инквизицию, беспощадно преследующую «еретиков». Большую роль в «контрреформации» сыграл утвержденный в 1540 г. орден иезуитов. Основанный испанским дворянином Игнатием Лойолой, он в короткое время превратился в мощную разветвленную организацию. Иезуитские методы борьбы и влияния на массы стали нарицательными, как символ беспринципной подлости и хитрости. Иезуиты проникали всюду, вели интриги при дворах королей и императоров, стремились взять под свой контроль науку и просвещение. Среди членов ордена были и ученые и педагоги. Иезуиты и сыграли большую роль в борьбе с системой Коперника.