Марио Бертолотти - История лазера

• Название: История лазера
• Автор: Марио Бертолотти
• Издательство: Издательский Дом «Интеллект»
• Жанр: Физика
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91559-097-6

Книга, которую Вы взяли в руки — редкий сплав добротного изложения основ современной физики и ее истории. История науки предстает здесь в неразрывной связи драмы идей в познании природы и судеб конкретных людей. Все эти выдающиеся исследователи были захвачены в круговорот жестокой истории XX века, которой в книге уделено немало страниц.

Автору удалось совместить рассказы о жизненном пути замечательных личностей с пристальным, шаг за шагом, анализом гипотез, теории и эксперимента.

Для широкого круга читателей, интересующихся современной физикой.

---

Хотя Аристотеля следует рассматривать как величайшего философа — одного из основателей логики, — его учение появилось в момент упадка творческого периода греческих мыслителей, и вместо стимулирования дальнейшей интеллектуальной активности оно было принято как догма и положило конец любой другой философской активности. Двумя столетиями позже, во времена роста новых философских концепций, практически любой прогресс в науке, в логике и в философии начинался с оппозиции к аристотелевым теориям.

Появление современной науки

Необходимым условием появления современной науки было освобождение от философии Фомы Аквинского. Прогрессу способствовал ряд обстоятельств. В течение XV в. различные причины привели к упадку папства, что привело к быстрым политическим и культурным изменениям в обществе. Изобретение пороха усилило центральную власть в феодальном обществе, а новая — по существу классическая — культура превозносила Грецию и Рим и порицала средневековье.

Решающими обстоятельствами для возрождения науки были: новое соотношение между Землей и Солнцем, предложенное Николаем Коперником (1473-1543) в 1543 г., согласно которому, Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, как это предполагалось со времен Птолемея (египетский астроном, математик и географ, около 100—178 н.э.) (рис.1), а также успехи теорий Кеплера (1571 — 1630), появившихся в начале XVII в, Кеплер, сформулировав три закона, которые управляют движением планет вокруг Солнца, продемонстрировал ошибочность аристотелевых принципов, согласно которым небесные тела принципиально отличаются от земных.

Рис. 1. (а) Модель Птолемея, принятая вплоть до начала 17-го столетия: Земля в центре, а Солнце и планеты вращаются вокруг нее. Планеты описывают малые окружности (эпициклы), центры которых движутся по большим окружностям (дифферентам) с Землей в центре, (б) Версия Солнечной системы по Копернику: Солнце в центре, а планеты вращаются вокруг него по концентрическим круговым орбитам

Кеплер родился в маленьком городке Вёйль в Вюрттемберге. Он учился с намерением стать протестантским пастором, но, будучи сторонником идей Коперника, он вряд ли мог на это рассчитывать. Его профессор математики и астрономии рекомендовал его для преподавания в Граце, где он опубликовал в 1596 г. свою первую работу, Mysterium Cosmographicum, в которой ясно выразил свою веру в математическую гармонию Вселенной. Будучи протестантом, он был изгнан, когда курфюрст Фердинанд начал жестокую контрреформацию, и перебрался в Прагу по приглашению астронома Тихо Браге (1546—1601), с которым он сотрудничал вплоть до его смерти. Он использовал точные астрономические наблюдения Тихо, чтобы разработать свои законы планетарного движения. После смерти императора Рудольфа II он отправился в Линц, чтобы защитить свою мать, которую обвиняли в колдовстве (надо отметить, это ему успешно удалось). Когда курфюрст Фердинанд в 1619 г. стал императором под именем Фердинанд II, преследования протестантов усилились, и в 1626 г. Кеплер был вынужден покинуть Линц. После многих странствий он умер в 1630 г. по дороге в Ратисбон, куда он направлялся, добиваться правосудия от парламента. Разразившаяся вскоре Тридцатилетняя война уничтожила следы его захоронения, которое было за городскими воротами. Кеплер, один из вождей астрономической революции, всю свою жизнь занимался составлением гороскопов, хотя и не верил в них, с целью поправить свои скудные финансы.

Кеплер восхищался старой идеей Пифагора, в которой превозносилась сферическая форма, и старался найти в движениях планет такие же пропорции, которые проявляются в музыкальных гармониях и в правильных многоугольниках. В его представлении планеты, так же как и Земля, были как бы живыми существами с индивидуальными душами. Отказ от такого фантастического взгляда на физический мир начатый Галилеем и законченный Ньютоном, у Кеплера это не было столь явным, и его научный метод рассмотрения проблем сочетался с отклонениями в сторону магических символических положений, типичных, например, для алхимии.

Небесные тела с Солнцем в центре, по Кеплеру, являются воплощением, хотя и несовершенным, сферического образа Святой Троицы. Уже в Mysteerium Cosmographicum он писал: «Образ триединого Бога — сферическая поверхность, т.е. Бог-Отец в центре, Солнце является внешней поверхностью, а Святой Дух подобен лучам, испускаемым из центра к сферической поверхности».

Из своих наблюдений за движением планет он заключил, что они обращаются вокруг Солнца, описывая эллипсы с Солнцем в одном из фокусов (первый закон) и, что линия, которая соединяет планету с Солнцем, покрывает равные площади за равные времена (второй закон). Кроме того, он продемонстрировал, что эти орбиты не произвольны, а именно, максимальное расстояние планеты от Солнца является некоторым соотношением с временем, которое требуется для совершения полного обращения вокруг Солнце (третий закон, рис. 2).

Рис. 2. Законы Кеплера, (а) Первый закон утверждает, что планеты движутся по эллиптическим орбитам с Солнцем в одном из фокусов. Соответственно перигелий и афелий — точки минимального и максимального расстояния от Солнца, (б) Второй закон утверждает, что линия, которая соединяет Солнце с планетой, покрывает равные площади за равные промежутки времени. Поэтому, две заштрихованные области равны, если их покрытие происходит за одно и то же время, и планета должна двигаться с большей скоростью, когда проходит сегмент, который ближе к Солнцу, чем когда она проходит сегмент с большим удалением от Солнца. Третий закон устанавливает, что квадрат времени, которое планета затрачивает на полный оборот вокруг Солнца, пропорционален кубу главной полуоси эллипса орбиты

Декарт

Рене Декарт (Картезий, 1596—1650), младший современник Галилея, был первым, кто предпринял намерение провести полную реконструкцию идей, касающихся физической Вселенной.

Период, предшествующий его рождению, и тот, в котором он жил, были отмечены событиями, которые сильно изменили концепцию мира. Открытие Америки, кругосветное путешествие Магеллана вокруг Земли, изобретение телескопа, падение системы Птолемея в астрономии и общая неудовлетворенность схоластикой ослабили старые основы и обеспечили фундамент для нового построения.

Декарт считается основателем современной философии и одним из создателей науки XVII в. Его отец, Иохим, советник парламента Бретани, был скромным землевладельцем, его мать, умерла, когда он был ребенком. Выбрав военную профессию молодой Декарт принимал участие в кампаниях Мориса Баварского. В возрасте 24 лет он после глубокого психического расстройства решил посвятить себя философии.

Он был одарен сильным ярким воображением, которое сделало его целеустремленным человеком как в личной жизни, так и в его способах рассуждений. Вольтер говорил о нем без иронии, что «природа сделала его почти поэтом, и фактически он сочинил для шведской королевы divertissement, в стихах, которые не были напечатаны». Полагая, что для свободного развития философии нужно избегать политического давления со стороны правительства его родины, он стал беженцем и уехал в Голландию. Но его идеи не принимались ни там, ни во Франции (позже когда его гений был признан, Франция звала его обратно, обещая блестящее положение, которое он так и не получил). 1649 году он принял приглашение от королевы Швеции Кристины. Страстно увлеченная философией королева, хотела чтобы Декарт давал ей уроки в ранние утренние часы. По приезде в Стокгольм философ, заболел пневмонией и спустя несколько месяцев умер.

Стремлением Декарта было создать теорию Вселенной, разработанную как можно детальней. Такая теория с необходимостью заставляла иметь метафизическую основу, и, действительно, метафизика является большей частью хорошо известных его работ. Первым шагом было отбросить бесполезные методы средневековья, попытки интерпретировать природу в понятиях действия и силы, материи и формы, сущности и случайности, десяти категорий, подобных аристотелевым концепциям, уже предложенными другими философами. Действительно, уже Френсис Бэкон (1561—1626) и Галилео Галилей (1564—1642) начали преобразования, которые привели к отказу от аристотелева правила, что в физике все обусловлено конечной причиной. Галилей установил новую науку, (введя экспериментальный метод) основанную на необходимости наблюдать внешний мир и задавать вопросы природе путем постановки соответствующих экспериментов.

Галилей

Галилео Галилей родился в Пизе в 1564 г., и, следуя желанием отца, ученого и способного музыканта, поступил в 1581 г. в Пизанский университет, чтобы стать врачом. Однако медицина его мало интересовала, а сильно привлекала математика. В 1583 г, он сделал свое первое важное открытие. Наблюдая люстры, подвешенные в Пизанском соборе, которые раскачивались под действием ветра, он обнаружил, что период колебания не зависит от амплитуды.