Вторая научная революция. Исаак Ньютон

Министерство образования и  науки Российской Федерации

 

Федеральное бюджетное государственное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский Национальный исследовательский университет  информационных технологий, механики и оптики

Институт международного бизнеса и права

Кафедра «Таможенное дело и логистика»

Дисциплина: Концепции современного естествознания

Тема: «Вторая научная революция. Исаак Ньютон».

 

Выполнила: Волкова Анастасия  Николаевна

Группа №1440

Проверила: Колесникова Тамара Дмитриевна

Доцент кафедры физики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

Оглавление.

1. Введение........................................................................................ 3
2. Основная часть………………………………………………… 4
1. Результаты естествознания 17 века……………………. 4
2. Развитие оптики………………………………………… 4
3. Законы динамики……………………………………….. 5
4. Закон всемирного тяготения…………………………… 5
5. Вопрос происхождения Вселенной……………………. 6
6. «Математические начала натуральной философии»…. 7
7. Основные положения механистической картины мира. 8
3. Заключение…………………………………………………….. 9
4. Список литературы……………………………………………. 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Введение.

Научная революция – период развития науки, во время которого старые научные представления замещаются частично или полностью новыми, появляются новые теоретические предпосылки, методы, материальные средства, оценки и интерпретации, плохо или полностью несовместимые со старыми представлениями. В истории науки выделяют три глобальные научные революции.

Первая революция в познании мира, в результате которой и начинается зарождение самой науки, произошла  в 6-4 вв. до н. э. Она связана с именем Аристотеля, который создал формальную логику – главный способ выведения и систематизации знания. Научное знание было предметно дифференцировано, науки о природе отделены от метафизики и математики. Также были определены нормы научности знания, даны образцы объяснения, описания и обоснования в науке, многими из которых пользуются и сейчас.

Вторая глобальная научная революция  произошла в эпоху перехода от средневековья к Новому времени. Исходным моментом этой революции является появление гелиоцентрического учения великого польского астронома Н. Коперника. Однако одно только это учение не отражает суть перемен, происходящих в этот период в науке. Научная  революция 16-18 вв. привела к становлению  классического естествознания. Основоположниками  его были Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, И. Ньютон.

Формирование основ классической механики – величайшее достижение естествознания 17 века. Классическая механика была первой фундаментальной естественнонаучной теорией. В течение трех столетий (с 17 в. по начало 20 в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром механистической картины мира.

Цель работы: рассмотреть вторую научную революцию, достижения и открытия, присущие данному периоду, а также роль Исаака Ньютона и его заслуг во второй научной революции.

Задачи:

1. Выявить основные достижения Исаака Ньютона и описать их.
2. Изучить один из трудов Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии».
3. Использовать также прочие литературные источники.
4. Сделать выводы об итогах второй научной революции.

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Основная часть.

 

1. Результаты естествознания 17 века.

Результаты естествознания 17 века обобщил Исаак Ньютон. Он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. Вразрез с многовековыми традициями в науке Ньютон впервые сознательно отказался от поисков «конечных причин» явлений и законов и ограничился изучением точных количественных проявлений этих закономерностей в природе.

Обобщив результаты своих предшественников в теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон стал родоначальником классической теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разработал ее методы и программу развития. В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.¹

Именно открытиями Исаака Ньютона (1643-1727) завершилась вторая научная революция. Он создал систему дифференциального и интегрального исчисления. Свой метод расчета механических движений на основе бесконечно малых приращений величин Ньютон назвал методом флюксий и описал его в сочинении «Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых», опубликованном в 1736 г. В математике Ньютону принадлежа важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии. Также ему принадлежат различные важные астрономические наблюдения, которые ученый проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телескопов. ³

 

2. Развитие оптики.

Ньютон внес и большой вклад  в развитие оптики. Большую трудность для зарождающейся оптики представляло объяснение цветов. Поэтому по праву великим достижением Ньютона было открытие того, что белый свет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый (1666г.). После открытия сложного состава белого света Ньютон приступил к исследованиям преломления монохроматических лучей, которое оказалось зависящим от цвета луча. Последнее открыло Ньютону причину хроматической аберрации линзовых объективов. Сделав вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта стеклянных объективов (что было верно для однолинзовых объективов), он в поисках ахроматического объектива изобрел в 1668 г. отражательный зеркальный телескоп — рефлектор. В 1672 г. он построил первый в мире рефлектор. Он позволил наблюдать спутники Юпитера.

В 1672 г. Ньютон изложил свою новую  корпускулярную концепцию света. В  соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток «световых  частиц», наделенных изначальными неизменными  свойствами и взаимодействующих с телами. Корпускулы распространяются в эфире и взаимодействуют с ним, сгущая или разряжая его. Цвет — это не результат преломления или отражения света в среде. Цвет присущ свету изначально и связан со свойствами корпускул. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.¹

 

3. Законы динамики.

Однако самая важная заслуга Ньютона заключается в продолжении и завершении дела Галилея по созданию классической механики. Благодаря трудам этих двух выдающихся ученых 17 век считается началом длительной эпохи господства механики и механистических представлений о мире.

С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения и движущей силой равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия.¹

Три основных закона движения легли в основу механики как отдельной науки. Первый закон механики Ньютона освещал принцип инерции: существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Второй закон Ньютона  вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта. Этот закон гласит: в инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

Третий закон механики Ньютона  — это закон равенства действия и противодействия. В этом законе Ньютон сформулировал идею о том, что материальные точки взаимодействуют  друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными  по модулю и противоположными по направлению (Приложение 1).⁴

 

4. Закон всемирного тяготения.

В 1666 г. у Ньютона возникает идея всемирного тяготения, его родства  с силой тяжести на Земле и  идея о том, каким образом можно  вычислить силу тяготения. Доказательство тождества силы тяготения и силы тяжести на Земле Ньютон проводит на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении  вокруг Земли; уменьшив это ускорение  пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что  оно равно ускорению силы тяжести  у земной поверхности. Таким образом, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения.¹ Согласно этому закону два тела, независимо от их свойств и от свойств среды, притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна массам этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (Приложение 2). Открытие данного закона оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания  и науки в целом. Этот закон лег в основу создания небесной механики — науки, изучающей движение тел Солнечной системы.⁶

Из закона всемирного тяготения  Ньютон вывел в качестве простых  следствий Кеплеровы законы эллиптического движения планет. Он показал, что движение тел Солнечной системы может  происходить по любому коническому  сечению, включая параболу и гиперболу; он сделал вывод о единстве законов  движения комет и планет и впервые  включил кометы в состав Солнечной  системы; дал математический метод  вычисления истинной орбиты комет по их наблюдениям. Он также четко объяснил приливы и отливы, сжатие планет, прецессию; сформулировал вывод  о сплюснутой у полюсов форме  Земли. Ньютону принадлежит и  великая заслуга объяснения возмущающего движения в Солнечной системе  как неизбежного следствия ее устройства. Это вскоре позволило  английскому астроному Э. Галлею открыть первую периодическую комету (комета Галлея).¹

Ньютон распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии, на всю Вселенную, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Он пришел к выводу, что лишь в  случае бесконечности и статичности  Вселенной материя может существовать в виде множества космических  объектов — центров гравитации. В конечной Вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это  было первое физико-теоретическое обоснование  бесконечности мира. С этого времени  в новоевропейской космологии утверждается образ Вселенной как бесконечного и безграничного вместилища тел  — «бездны». Этот образ определял  миропонимание вплоть до начала 20 в., до создания общей теории относительности.³

 

5. Вопрос происхождения  Вселенной.

Ньютон задумывался и над  проблемой происхождения упорядоченной  Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для решения которой  еще не располагал научными фактами. Ньютон считал, что закономерностей  гравитационного взаимодействия масс недостаточно для последовательно  механистического объяснения структуры  Вселенной. Во-первых, непонятным было начало орбитального движения планет, поскольку закон всемирного тяготения  объяснял центростремительное ускорение  планет, но не объяснял, откуда взялось  движение планет, которое стремится  удалить планету по касательной  к орбите. Ньютон сделал вывод, что, по-видимому, нужно допустить существование  божественного «первого толчка», благодаря  которому планета приобретает орбитальное  движение и не падает на Солнце.

Во-вторых, в движении планет и спутников  существуют возмущения, которые могут  нарастать со временем. Значит, сделал вывод Ньютон, Солнечная система  не обладает свойством самосохранения и потому Бог должен время от времени  «подправлять» движения небесных тел, возвращать их на свои орбиты. Эти два  обстоятельства вынудили Ньютона отказаться от попыток научного объяснения происхождения  Вселенной и отдать его на откуп  теологии.

Картина мира, которая складывалась на основе классической механики Ньютона, поражала своей простотой. В этой картине, носящей абстрактный характер, отбрасывалось все «липшее»: не имели значения размеры небесных тел, их внутреннее строение, идущие в них бурные процессы. Оставались только массы и расстояния между центрами этих масс, к тому же связанные несложной формулой.²

 

6. «Математические начала натуральной философии».

1687 год ознаменован выходом в  свет главного труда Ньютона,  «Математические начала натуральной философии». В своем труде ученый заложил основы современной теоретической физики. Оценивая это событие, физик, бывший президент Академии наук СССР СИ. Вавилов писал: «В истории естествознания не было события более крупного, чем появление «Начал» Ньютона. Причина была в том, что эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи».

В своем известном труде Ньютон предложил научно-исследовательскую программу, которая вскоре стала ведущей во всей Европе. Эту научную программу Ньютон назвал «экспериментальной философией», где он подчеркивал решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы.³

Ньютон, прежде всего, определяет свойства объекта, который является предметом  изучения — это некоторая масса (тело),  место, и время, в которое  объект изучается.