Естественная наука 17 века

Естественная наука 17 века.

Современниками  Галилея, Кеплера и Ньютона было немало первоклассных ученых-естествоиспытателей. Мы вынуждены ограничиться кратким  изложением работ только шести из них: Торричелли, Мариртта, Паскаля, Бойля, Гюйгенса и Линнея.

Итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли (1608 - 1647) получил математическое образование в Риме под руководством Бенедетти Кастелли. Одно из сочинений Торричелли, «Трактат о движении тяжелых тел», заинтересовало Галилея, он приблизил к себе Торричелли, доверил ему обработку своих трудов. В последующие годы жизни Галилея, когда этот великий ученый стал слепым, режим его жизни судом инквизиции был несколько облегчен. Его наиболее преданные ученики, в том числе Торричелли, мог ли не расставаться с ним.

После смерти Галилея, последовавшей в 1642 г., Торричелли занял его место на должности  математика герцога Тосканы и  профессора математики Пизанского университета.

Жизнь Торричелли оборвалась рано - он умер в возрасте 39 лет. Тем не менее его имя прочно вошло в историю науки. Торричелли известен работами в области математики, механики, гидравлики, но наибольшую известность он завоевал тем, что путем очень простого опыта наглядно показал существование давления воздуха на поверхность Земли (т. е. продемонстрировал «тяжесть» воздуха), изобрел простейший барометр, позволяющий, как показывает само его название, измерять атмосферное давление, и, наконец, получил пространство, являющееся, как тогда казалось, совершенно пустым,- торричеллеву пустоту.

В запаянную  с одного конца стеклянную трубку налита ртуть. Затем трубка перевернута  так, чтобы открытый ее конец оказался в ванночке с ртутью. Все остальное  ясно из рисунка. Столб ртути (высотой  около 760 мм, в зависимости от погоды и геометрической высоты местности) уравновешивает атмосферное давление воздуха и, следовательно, может  служить «стрелкой» барометра. В  верхней части образуется торричеллева пустота.

В следующей  главе будет показано, что торричеллева пустота еще не совсем пустота; это не только не математический вакуум, но еще и не физический вакуум. Ртуть в приборе Торричелли удобна потому, что это - жидкость, обладающая большим удельным весом (тяжелая), и, следовательно, столбик барометра будет не слишком высоким. Если бы ртуть заменить водой, то столбик барометра имел бы длину не 760 мм, а свыше 10 м.

Французский физик Эдм Мариотт (1620 - 1684) был разносторонним ученым. Он занимался оптикой, дифракцией света, гидравликой, но более всего известен своими исследованиями свойств газов. Возможно, мы и не упомянули бы его имени в этой книге (к сожалению, нет возможности назвать имена всех или хотя бы большинства заслуживающих этого ученых), но имя Мариотта так часто встречается в школьных и вузовских учебниках физики, что у читателей, возможно, могли бы возникнуть вопросы: а где же Мариотт? Почему нет Мариотта? Тем более что Мариотт действительно заслуженный ученый. В одно время с Р. Бойлем (о работах которого будет сказанно ниже) и независимо от него Мариотт установил вакон, согласно которому объем газа при постоянной температуре обратно пропорционален его давлению, или произведение удельного объема газа на его давление при неизменной температуре есть величина постоянная, т. е. при t=idem pv=const, где р - давление газа, v - удельный объем, t - температура.

Этот хорошо известный закон носит название закона Бойля - Мариотта и во многих случаях - но далеко не всегда - удовлетворительно  выполняется. Остается добавить, что  Мариотт был одним из первых членов Парижской Академии наук.

Английский  химик и физик Роберт Бойль (1627 - 1691) родился и провел свое детство в замке Лисмор (Ирландия), в семье герцога Корского - богатого и удачливого авантюриста. Он закончил известный колледж в Итоне на р. Темзе, совершил путешествие по Италии, Франции, несколько лет учился в Женеве. Как и многие его сверстники (Паскаль, Стено (Николаус Стено (1638 - 1686) - разносторонний датский ученый, основоположник геотектоники.) ), Бойлъ попал под влияние религии. Но жизненная линия Бойля этим не определилась. Он вел аскетический образ жизни (может быть, этому содействовало его слабое здоровье), не участвовал в войне (а именно в это время в Англии велась гражданская война, республиканцы во главе с Кромвелем наносили королевской армии одно поражение за другим) - все его интересы были связаны с наукой.

Вернувшись  в Англию, Бойлъ активно участвовал в деятельности так называемой «невидимой коллегии» - некоем прообразе Королевского общества,- обосновавшейся в Оксфорде, но проводившей свои заседания то в Оксфорде, то в Лондоне, за что она и получила свое наименование.

В 1663 г. официально было основано Лондонское королевское  общество, одним из главных инициаторов образования которого был Бойль. В 1680 г. Бойль, получивший в 1665 г. степень почетного доктора физики Оксфордского университета и с 1668 г. обосновавшийся в Лондоне, был избран президентом Королевского общества, но отказался от этого поста.

Дж. Бернал пишет: «Бойль, несомненно, представлял собой  центральную фигуру в Королевском  обществе начального периода его  существования, подобно тому как  Ньютон был центральной фигурой  в период его расцвета» (Бернал Дж. Наука в истории общества, с. 254. ).

Ближайшим другом и первым помощником Бойля долгое время был разносторонний ученый и блестящий экспериментатор  Роберт Гук (1635 - 1703) - сын священника с острова Уайт. Дж. Бернал пишет: «Если бы Гук имел более обеспеченное общественное положение и не страдал  от своего уродства и хронических  болезней, он не был бы таким обидчивым, мнительным и сварливым человеком  и его выдающаяся роль в истории  науки получила бы полное признание. Если Бойль представлял собой  душу Королевского общества, то Гук  был его глазами и руками. Он был величайшим физиком-экспериментатором  до Фарадея и, подобно ему, не имел математических способностей Ньютона  и Максвелла. Гук интересовался  механикой, физикой, химией и биологией. Он изучил упругость и открыл то, что называется законом Гука: ut tensia sic via (растяжение пропорционально силе) (Закон Гука устанавливает линейную зависимость между упругой деформацией твердого тела и приложенным механическим напряжением. Например, для стержня длиной I и поперечным сечением s при растяжении продольной силой F удлинение стержня Δl=Fl/sE, где Е - модуль Юнга.) ; он изобрел круговой пружинный маятник, применение которого сделало возможным создание точных часов и хронометров...» (Бернал Дж. Наука в истории общества, с. 255. ).

Возвращаясь к Бойлю, следует сказать, говоря словами Дж. Бернала, что он не имел ни данных крупнейших экспериментаторов  Гука и Фарадея, ни выдающихся математических способностей Ньютона и Максвелла. Тем не менее он сделал для науки очень много. По своим научным интересам и знаниям Бойль был ученым-энциклопедистом.

Так в чем  же основная заслуга Бойля? Бойль положил начало преобразованию химии в самостоятельную науку. Он дал определение элементу вещества как простому телу, которое уже не может быть разделено на другие, более простые тела. Другими словами, химический элемент, по Бойлю, это предел качественного деления вещества. Бойль категорически отвергал господствовавшее со времен Аристотеля утверждение, что огонь якобы является универсальным анализатором тел, что с его помощью (при горении) можно только разделять тела на более простые, но нельзя получать тел более сложного состава.

Бойль считал несостоятельным исходящее еще  от Аристотеля утверждение о четырех  стихиях (огне, воздухе, воде и земле). Он также не признавал учения Парацельса (Парацельс (1493 - 1541) - один из основателей школы ятрохимиков (врачей-химиков). )о трех началах: сере, ртути и соли. В своих исследованиях Бойль использовал методы количественного и качественного анализа, ввел в практику исследований взвешивание. Одним словом, Бойль, как уже сказано, начал преобразование химии в науку.

Одновременно  с Мариоттом и независимо от него Бойль, как уже говорилось, открыл газовый закон, известный теперь как закон Бойля - Мариотта.

Французский ученый Блез Паскаль (1623 - 1662) был математиком, физиком, писателем и религиозным философом. Он родился в г. Клермон-Ферране, в семье математика Э. Паскаля. В 1655 г. Блез Паскаль поселился в янсенистском (Янсенизм - религиозно-философское течение в католицизме, воспринявшее некоторые черты кальвинизма и резко выступавшее против иезуитов. Ведет начало от голландского богослова Янсения.) монастыре в Пор-Рояле, представлявшем тогда собой центр буржуазной оппозиции против католической церкви и абсолютизма.

Еще в детском  возрасте Паскаль проявил большие  способности к математике, развитию которых способствовал его отец. В области математики Паскаль  считал себя учеником геометра и архитектора  Жирара Дезарга, идеи которого после его смерти получили признание, но который при жизни не пользовался почти никакой известностью. Паскаль работал в области арифметики, теории чисел, алгебры и теории вероятностей. В трактате «О характере делимости чисел» он изложил признаки делимости одних чисел на другие, в том числе с использованием суммы цифр делимого. Имеют большое значение математические труды Паскаля, в которых он изложил способ определения числа сочетаний изn чисел по т, привел основные положения теории вероятностей, дал интегральные методы определения площадей фигур, объемов тел и их поверхностей.

Физические  работы Паскаля пользуются широкой  известностью до настоящего времени, а  его закон гидростатики, согласно которому произведенное внешними силами давление на поверхность жидкости передается жидкостью одинаково во всех направлениях, изучается даже в школе.

В «Трактате  о тяжести массы воздуха» Паскаль  привел данные о том, что плотность  воздуха становится тем меньше, чем  на более высоком уровне от поверхности  Земли производятся измерения, и  что показания барометра зависят, кроме того, от состояния воздуха - его температуры и влажности  и поэтому барометр может служить  прибором для предсказания погоды.

Философские взгляды Паскаля противоречивы. С одной стороны, он считал, что  человека охватывает страх, как только он понимает, что находится между двумя бсконечностями: бесконечностью Вселенной и бесконечностью (огромной сложностью) ее любого элемента-большого и. малого. Паскаль видел необходимость смирения, ограниченность разума, веры. Но, с другой стороны, Паскаль был не согласен с тем, что человек обречен на незнание Вселенной, в которой он живет. Его силы малы, считал Паскаль, но они есть. Пожалуй, можно сказать, выражаясь современным языком, что оптимизм Паскаля не был сбалансирован с его пессимизмом.

«Письма провинциалу», выпущенные Паскалем в свет под псевдонимом  Л, Монтальта, по мнению многих литераторов, являются шедевром французской сатирической прозы. В них дана резкая критика лицемерия иезуитов. Письма подверглись осуждению со стороны церкви.

Выдающийся  голландский математик, механик  и физик Христиан Гюйгенс (1629 - 1695), современник Галилея и Ньютона, родился в Гааге, в семье писателя и политического деятеля. Образование получил в нидерландских университетах городов Лейдена и Бреды.

Его первые научные статьи касаются вопросов математики. Одца из них была посвящена строгому определению числа я - отношения длины окружности к диаметру; другие касались вычисления длины дуг окружности, эллипса, гиперболы.

Гюйгенсу  была свойственна одна очень важная черта научного творчества: связь  сложнейших вопросов теории и практики, например разработка новой волновой теории света и совершенствование  конструкции телескопа, новые астрономические  наблюдения и изобретение часов  с маятником (что, кстати, пытался  сделать Галилей), дающих возможность  измерять время с гораздо более  высокой, нужной для астрономии точностью.

Обратимся, однако, к более систематическому обзору работ Гюйгенса. Совместно  с Гуком ему удалось установить удобные постоянные точки для  термометра - точку таяния льда и  точку кипения воды, что было важным шагом в изготовлении простейших термометров.

Работа, проделанная  Гюйгенсом по совершенствованию  объективов астрономических труб, главным  образом в части увеличения их светосилы (Светосила - характеристика оптической системы - отношение освещенности изображения, создаваемого оптической системой, к яркости изображаемого предмета ), позволила ему сделать важные астрономические наблюдения. Гюйгенс открыл один из крупнейших спутников среди планет Солнечной системы - спутник планеты Сатурн, носящий название Титан и имеющий, как теперь известно, атмосферу, состоящую из метана. Он определил также, пользуясь телескопом, имеющим в три раза большую степень увеличения, чем телескоп Галилея, что Сатурн имеет тонкое кольцо вокруг своей поверхности. Гюйгенс, кроме того, установил и дал описание туманности в созвездии Ориона и полос на поверхностях Юпитера и Марса.

Работы Гюйгенса по математике и астрономии сделали  его имя широко известным. Гюйгенс  посетил Лондон, познакомился со многими  английскими учеными и в 1663 г. был избран первым иностранным членом Лондонского королевского общества. По приглашению французских ученых Гюйгенс в 1665 г. приехал в Париж  и оставался там около 16 лет, будучи избран членом Французской академии наук, занимаясь главным образом маятниковыми часами и в целом вопросами физики и математики движения маятника. Опубликованная Гюйгенсом в Париже книга «Маятниковые часы» (второе издание, гораздо более полное и во многом отличавшееся от первого, вышедшего в Голландии на 15 лет ранее включала много интересных вопросов: свойства циклоиды (рис. 9), представляющей собой плоскую кривую, образующуюся точкой окружности (например, точкой Р) катящейся без скольжения по прямой; определение центра качания физического маятника (Физический маятник - тело, совершающее под действием тяжести колебания вокруг оси, не совпадающей с центром тяжести маятника. В отличие от физического маятника математический маятник представляет собой материальную точку, совершающую колебания под действием силы; такой маятник может быть приблизительно сделан в виде тяжелого груза малых размеров, подвешенного на тонкой нити.) (рис. 10), Книга «Маятниковые часы», как и все творчество Гюйгенса (о нем уже говорилось), отличалась необычайной слитностью теории и практики (техники). Примерно такой же характер носила последняя перед отъездом из Парижа работа Гюйгенса: он начал разработку проекта некоторого подобия планетария - машины, которая должна была с помощью зубчатых колес и других механических устройств имитировать Солнечную систему в движении.

В 1681 г. Гюйгенс  возвратился в Голландию. Главной  причиной этого были трудности, переживаемые протестантами во Франции, которые  могли коснуться и Гюйгенса. Вероятно, наиболее крупным делом среди  тех дел, которые он совершил после  возвращения в Голландию, было создание волновой теории света, изложенной в  книге «Трактат о свете», напечатанной в 1690 г.