Галилео Галилей: "Истинное знание — знание причин"

«Галилео, возможно, более, чем кто-либо другой из отдельных людей, ответственен за рождение современной науки…»

Стивен Хокинг

Галилео Галилей (1564 – 1642) — итальянский физик, механик, астроном, философ,  математик, одним из первых использовал телескоп для наблюдения небесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей — основатель  экспериментальной физики, который своими экспериментами заложил фундамент классической механики. Приверженец гелиоцентрической системы мира, согласно которой  Земля и остальные планеты совершают движения вокруг Солнца, что привело его к конфликту с католической церковью.

Родился 15 февраля 1564 года в городе Пиза (Италия) в семье обедневшего аристократа (представители рода Галилеев упоминаются в документах с XIV века), видного теоретика музыки и лютниста Винченцо Галилея и Джулии Амманнати.

О детстве Галилея известно немного. С  одиннадцати лет он обучался в школе при аббатстве бенедиктинцев Валломброза, основанном святым Иоанном Гуальбертом в 1038 году в Тоскане, Италия. Проявлял способность к изучению языков, литературе, рисованию. От отца унаследовал талант к композиции и хороший музыкальный слух. Однако по-настоящему интересна ему была только наука.

В семнадцать лет Галилей стал студентом медицинского факультета Пизанского университета. Здесь он впервые познакомился с физикой Аристотеля. Увлекшись механикой и математикой, оставил медицину, вернулся во Флоренцию. где в течение нескольких лет продолжал занятия математикой. Он изучал труды Эвклида и Архимеда, именно они оказали решающее влияние на формирование Галилея как ученого. К этому же времени относятся его первые работы по гидростатике, которые привели к изобретению весов для определения удельного веса сплавов, а также теоретические исследования о центре тяжести тел.

В 1589 году Галилей возглавил кафедру математики в Пизе, а три года спустя он переехал в Падую и затем в Венецию. Это период наивысшего творческого расцвета 30-летнего профессора Галилея. К этому времени относятся его основополагающие исследования по механике: им был открыт изохронизм колебаний маятника, изобретен

пропорциональный циркуль; в эти годы Галилей стал сторонником и пропагандистом системы Коперника.

Очень важным для ученого стал 1609 год, когда Галилей впервые направил на небо построенную им зрительную трубу. Результаты наблюдений были незамедлительно опубликованы Галилеем в сочинении «Звездный вестник».

Слава Галилея росла. С башни собора св. Марка Галилей демонстрировал звездное небо венецианскому дожу. Он стал «Первым философом и математиком Великого Герцога Тосканы» при дворе Козимо II Медичи. В 1611 году состоялась триумфальная поездка Галилея в Рим. Ватикан доброжелательно принял ученого. Галилей становится членом Папской Академии деи Линчеи (старейшей академии наук Итальянской республики, которая располагается в Риме, в палаццо Корсини. Академики называли себя «рысьеглазыми» (lincei) в знак признания особой зоркости зрения, которая необходима для научного познания и которая присуща рыси). Коперниковские взгляды Галилея в то время не были запрещены.

Но вскоре все изменилось. В 1616 году учение Коперника было объявлено  нелепым и еретичным. Основной труд астронома «О вращении небесных сфер» было запрещено, а Галилею указали на недопустимость защиты этого учения.  И все же Галилей выступил с пропагандой коперниковского учения. В знаменитом «Диалоге о двух главнейших системах мира» (1637) учение Птолемея и Коперника излагается в виде беседы Сагредо, Сальвиати (двух друзей Галилея) и Симпличо (простака). Несмотря на наличие всех формальных цензурных разрешений на публикацию и даже устного согласия Папы, инквизиция потребовала суда над Галилеем. 69-летнего ученого вызвали в Рим. После четырех дней допроса и угрозы пыткой Галилея заставили произнести публичное отречение от учения Коперника. «Диалог» стал запрещенной книгой, а ее автор — пожизненным «узником инквизиции». Ему были запрещены разговоры и рассуждения о движении Земли, не разрешались встречи с иностранцами. Тем не менее в Голландии выходит латинский перевод «Диалога», появляются рассуждения Галилея об отношении Библии и естествознания. В 1638 году в Голландии выходит, быть может, самая замечательная, по существу, итоговая книга Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки».

Галилей умер вблизи Флоренции на руках своих учеников Вивиани и Торричелли. Его похоронили на вилле Арчетри, и только через 95 лет была исполнена последняя воля Галилея —  прах его был перенесен в церковь Санта-Кроче во Флоренции, где он покоится рядом с Микелянджело. И только в 1971 году католическая церковь отменила решение об осуждении Галилея.

Основные научные принципы, сформулированные Галилеем

«Галилей пришел к необходимости сосредоточить основное внимание физики на таких понятиях, как пространство, время, тяготение, скорость, ускорение, сила и импульс. В выборе этих понятий проявился гений Галилея, так как их важность в начале XVII в. не была очевидной, а соответствующие физические величины не всегда доступны прямому измерению.

Галилей первым поставил задачу получить количественное описание физических явлений, т. е. облечь физические законы в математические формулировки. Это коренным образом противоречило подходу Аристотеля, считавшему, что естественные науки имеют дело с изменяющимися объектами, в то время как математика — с неизменными. Именно поэтому «Физика» Аристотеля изложена без использования математики. В предложенный Галилеем план изучения природы входило выделение наиболее фундаментальных характеристик природы, которые, по его мысли, надо научиться измерять, а затем принять их в качестве переменных в математических формулах. Галилей считал, что ключом к пониманию языка Вселенной является математика. Он утверждал, что книга природы написана математическими символами, без знания которых человек не сможет понять в ней ни одного слова.

Галилей сыграл решающую роль в происшедшем в дальнейшем развитии науки переломе в пользу экспериментального подхода, который окончательно утвердился только в XIX в. Он подчеркивал, что если мы хотим установить правильные основополагающие принципы, то необходимо «прислушиваться к голосу природы» (а не следовать тому, что кажется предпочтительным нашему разуму). Критикуя средневековых схоластов, занимавшихся в основном изощренными логическими построениями и спорами, Галилей неустанно повторял, что знания берутся из наблюдений, а не из книг. «Природа создает свои творения как ей заблагорассудится, и человеческому разуму надо напрягать все силы, чтобы понять ее». Надо сказать, что понятие эксперимента Галилей трактовал весьма широко. Будучи блестящим экспериментатором, он часто проводил так называемый умозрительный эксперимент (опыт в уме). Например, размышляя о движении тел под действием силы тяжести, Галилей вначале придерживался позиции Аристотеля, согласно которой тяжелые тела падают на землю быстрее, чем легкие. Но затем он провел следующий умозрительный эксперимент. Если к тяжелому камню добавить легкий, то он должен падать быстрее, так как его масса при этом возрастет. С другой стороны, добавление к тяжелому телу части, падающей медленнее, должно его тормозить. Возникает противоречие, разрешить которое можно единственным способом — считать, что и тяжелый, и легкий камень падают с одинаковой скоростью.

Именно Галилей впервые высказал и неоднократно использовал важнейший научный принцип — принцип идеализации (игнорирования второстепенных деталей). Например, всякий реальный предмет обладает определенными размерами и геометрической формой, однако при проведении, скажем, физических экспериментов ни размеры, ни форма предмета не играют существенной роли, поэтому допустимо рассматривать его как материальную точку, в которой сосредоточена вся его масса (точечная масса). Принцип идеализации играет важнейшую роль в современной математике и физике.

Галилей внес решающий вклад в развитие представлений о движении. Один из основных принципов средневековой натурфилософии, восходящий к Аристотелю, гласит: «Все, что движется, движется посредством чего-то», т. е. посредством действующей силы. Галилей первым высказал предположение, что если бы не было трения и сопротивления воздуха, то всякое тело, будучи раз приведенным в движение, двигалось бы — в отсутствие внешних воздействий — неограниченно долго и равномерно. Под действием силы происходит лишь изменение скорости, т. е. создается ускорение. Таким образом, постоянно действующая сила есть причина не скорости, а ускорения.

Всякое тело сопротивляется изменению своей скорости — как по величине, так и по направлению. Мера сопротивления изменению скорости тела называется его массой (точнее, инертной массой).

Важнейшей заслугой Галилея было установление того факта, что все механические явления протекают одинаково во всех системах отсчета, которые движутся равномерно и прямолинейно (инерциальных системах отсчета), — это положение называется принципом относительности Галилея. Опыт, который Галилей предложил для подтверждения этого принципа, состоит в следующем. Если наблюдать за протеканием различных механических процессов на движущемся (равномерно и прямолинейно) корабле и на стоящем неподвижно корабле — никакой разницы заметить невозможно. Именно этим объясняется тот факт, что никто из нас не замечает никаких последствий орбитального движения Земли (которое происходит с огромной скоростью — 30 км/с). Осознание принципа относительности Галилея сыграло важнейшую роль в признании гелиоцентрической системы Коперника.

В итоге можно сказать, что Галилей заложил основы современной физики и создал прообраз современной научной мысли. Как говорят А. Эйнштейн и Л. Инфельд, «переход от аристотелева образа мышления к галилееву положил самый важный краеугольный камень в обоснование науки».

 Museo Galileo во Флоренции (музей истории развития науки)

Здесь представлена уникальная коллекция научных инструментов, собранная династиями Медичи и Лотаринги, когда-то правившими Флорентийской республикой. Стены музея также хранят  приборы, которые придумал и изобрел сам Галилео Галилей. Перед музеем установлены известные флорентийские солнечные часы, позволяющие по тени хвоста «люцифера», похожего на ящерицу, определить полдень для любого времени года.

Еще в середине ХVI в. Козимо І де Медичи начал собирать необычные инструменты и оригинальные приборы, а спустя несколько лет в Европе было создано первое научное сообщество, которое опередило открытие Парижской Академии наук. Представители династии Лотаринги посвятили коллекционированию около двух веков, расширяя количество экспонатов вплоть до конца ХIX в.

Музей был создан еще в XVIII в., когда научные инструменты в первый раз продемонстрировали в Галерее Уффици. Немного позже собранная коллекция была перевезена в Музей Зоологии и Естествознания (ныне музей La Specola), который основали в 1775 г.

Через несколько столетий во Флоренции состоялась первая Итальянская выставка истории науки, на которой был показан вклад научной коллекции в культурное достояние страны. После этой выставки в 1930 г. Университет Флоренции решил основать Институт истории науки с музеем, который разместился в Палаццо Кастеллани, где Museo Galileo находится и по сей день.

Экспозиция Museo Galileo чрезвычайно богата и разнообразна. Она расположена на двух этажах заведения в 18 тематических залах. Здесь представлены медицинские инструменты, химические наборы, электромагнитные приборы, карты, термометры, глобусы, микроскопы, компасы, телескопы, астролябии, разнообразные научные приборы XV–XIX столетий (основная масса представленных экспонатов находится в рабочем состоянии), а еще многотомные труды по математике и физике ученых эпохи Возрождения. Коллекция музея включает и вещи самого Галилео Галилея. Также здесь есть редкие артефакты, датируемые XV- XVІІ столетием. В музее есть антикварная библиотека, в которой сохранилось старинное собрание книг и научно-исторические работы.

Сейчас Museo Galileo проводит исследовательские работы, которые регулярно дополняют огромную специализированную библиотеку.

Литература по заданной теме

Цикл «От Архимеда до Хокинга»

Материал подготовлен отделом производственной литературы