Движение и гравитация
Галилей заинтересовался механизмом движения и гравитацией в 1581 г. в соборе Пизы, наблюдая за люстрой, качающейся назад-вперед, как маятник у часов. Когда он вернулся домой, то соорудил два маятника одинаковой длины и провел несколько экспериментов. В 1602 году он сделал открытие, что периоды маятника (полное колебание) всегда регулярны, и что длина каждого периода изменяется в зависимости от длины маятника.
Галилей также обнаружил, что скорость падения объекта зависит не от его веса, как считалось ранее, а от расстояния его падения. В равных условиях, например, в вакууме, где нет воздуха, который замедляет их, объекты ускоряются (набирают скорость) с той же скоростью, что и при падении.
Этот принцип был включен в первый закон движения Исаака Ньютона. История гласит, что Галилей проверил свою теорию, сбросив предметы со знаменитой Пизанской башни в Пизе. Но многие ученые считают это легендой.
Галилей предположил, что объекты будут двигаться с одинаковой скоростью, если на них не воздействует сила — например, трение . Это шло вразрез с научным мнением о том, что объекты «естественным образом» замедляются и останавливаются, если на них не действует сила.
Конфликт Галилея с церковью
Блестящие научные открытия Галилео Галилея, а также его литературные труды, написанные в защиту идей Коперника, привлекли внимание церкви. В 1615 году ученый получил от инквизиции предупреждение с рекомендацией не касаться вопросов теологии, а ограничиться изучением физики
В течение 7 лет Галилей не имел возможности публиковать свои работы в области астрономии.
В 1623 году после избрания на престол папы Маффео Барбарини, являвшегося другом и почитателем этого великого ученого, была выпущена книга Галилея «О двух системах мира». Ее содержание было направлено на поддержание теории Коперника, что было очевидно каждому читателю. По этой причине продажа книги была запрещена церковью, а ее автора вызвали в Рим. Галилео вынесли приговор и принудили к отречению от своих научных убеждений.
По возвращении во Флоренцию ученый поселился в Арчетри, где прожил последние 8 лет своей жизни в полном уединении. После смерти старшей дочери он потерял зрение, но продолжал работать с помощью своих учеников. Таким образом была написана его знаменитая книга о двух науках. В этом труде ученый подытожил результаты всех своих исследований в области механики. Книга была издана в 1638 году, с этой даты началась история развития механики упругих тел.
8 января 1642 г. на 78 году своей жизни величайший ученый Галилео Галилей покинул этот мир. Церковь запретила хоронить его в семейном склепе, поэтому он был погребен на кладбище Арчетри без каких-либо почестей.
Дочь Галилея Ливия умерла в монастыре. Позднее его единственный внук, постригаясь в монахи, сжег имевшиеся у него бесценные рукописи своего гениального деда и назвал их богопротивными. Он был последним из рода Галилеев.
В 1737 году прах ученого был торжественно перезахоронен в базилике Санта-Кроче рядом с Микеланджело. В 1835 году был снят запрет с его книг, защищавших гелиоцентризм. В 1992 году церковь официально признала ошибку инквизиции, и Галилео Галилей был полностью реабилитирован.
Некоторые интересные факты
Прибор Галилея для наблюдения за ночным небом был впервые назван «телескопом» в 1611 году, во время банкета в честь принятия Галилея членом Академии наук. Это название произнес греческий математик Джованни Демизиани.
Четыре крупнейших спутника Юпитера (Ганимед, Каллисто, Ио и Европа) называются галилеевыми спутниками в честь их первооткрывателя. Сам Галилей первоначально назвал их «звездами врачей» в честь династии Медичи, правителей Флоренции, у которых он работал.
Согласно преданию, после того, как Галилея заставили признать, что он был неправ относительно Земли, вращающейся вокруг Солнца, Галилей пробормотал: «Но все-таки она вращается!»
Галилей отказывался верить, что Луна вызывает приливы на Земле, полагая, что они были результатом вращения Земли. Теперь мы знаем, что Луна и Солнце совместно влияют на эти явления. В 1989 году НАСА запустило космический зонд с целью изучения Юпитера с близкого расстояния. Названный Галилео, он достиг места назначения в 1995 году.
Всего за год до своей смерти, Галилей использовал свои знания о маятниковом движении, чтобы спроектировать механизм спуска для часов, хотя он был полностью слепым. Механизм был сделан после его смерти, его сыном, Винченцо.
Приблизительно в 1593 году Галилей изобрел термоскоп, предшественник термометра. Он использовал расширение воздуха, чтобы протолкнуть столб воды вдоль трубки. Галилей наблюдал за Нептуном (не зная, что это планета) в 1612 году, за два столетия до того, как он был официально обнаружен немецким астрономом Иоганном Галле в 1846 г.
Галилей говорил, что был первым человеком, обнаружившим пятна на Солнце (в 1612 году), но немецкий богослов Давид Фабрициус (1564–1617) вместе со своим сыном Иоганнесом уже опубликовал свои наблюдения в 1611 году. Китайские астрономы, возможно, открыли их на несколько десятилетий ранее.
Галилей: дайте мне титул — и я переверну мир
Издание «Звездного вестника» в 1610 году было знаменательным событием — как в жизни Галилея, так и в истории науки. В книге описываются результаты астрономических наблюдений Галилея.
Между тем аристотелевско-птолемеевская модель космоса описывает небесные тела как идеально гладкие сферы и предполагает, что Земля — это единственный центр, вокруг которого вращаются все прочие тела в мире.
Возражений могло быть (и было) предъявлено огромное число. Начать с того, что телескоп направлялся лишь на земные объекты и никогда ранее — на небесные, заканчивая тем, что увиденное можно интерпретировать иначе: те же пятна на Солнце вполне могут быть планетой, появляющейся на фоне Солнца. В конце концов, можно было вовсе не делать большой шумихи вокруг «Звездного вестника» и через пару лет спокойно забыть и о книге, и об ее авторе — каком-то математике из Падуи.
Ответный жест последовал: Галилей был приглашен ко двору Медичи и удостоен титула философа и математика великого герцога. После такого хода никто уже не мог ни игнорировать его открытия, ни опровергать их простым недоверием к точности телескопа.
Это событие стало переломным в жизни Галилея еще и потому, что полученный им титул уравнивал его в правах с философами «по образованию»: отныне он мог высказывать свою точку зрения об устройстве космоса, проблемах естествознания и быть услышанным.
Вопреки расхожему мнению, именно в этом пункте заключалась суть обвинений в адрес Галилея в ходе знаменитого инквизиционного процесса: возмущение Урбана VIII было связано не столько с тем, что Галилей отстаивал Коперниканскую модель мира в ущерб Птолемеевской, сколько с той категоричной формой, с которой тот настаивал на ее истинности, и в более общем виде, с его уверенностью в том, что установление абсолютной истины об устройстве мира вообще возможно.
Это означало приравнивать человеческое разумение к божественному, и основание для подобных притязаний как раз было сформулировано в знаменитом изречении Галилея: «Книга природы написана на языке математики».
Должно было пройти еще полстолетия, пока подобные идеи станут частью sense commun (фр. «здравый смысл») а до тех пор, в первой трети XVII века, в лучшем случае они могли быть восприняты как nonsense, в худшем — вызвать скандал.
Авторитет Аристотеля, хоть и уступающий религиозным авторитетам, имел достаточный вес, чтобы сдерживать притязания математики в вопросах мироустройства. В мире физических явлений, говорил Аристотель, мы наблюдаем качественные изменения, математика же оперирует категорией количества. Потому, хоть математические описания могут иметь приложение в физике и приносить практическую пользу, они, тем не менее, не могут иметь теоретической значимости, так как не приносят знания об истинной природе вещей.
Вместо этого он объяснял приблизительность математических описаний тем, что подлинная сущность видимых явлений всегда скрыта, и ее постоянство может усматриваться лишь умозрительно, а не через чувственное восприятие. Таким образом, настаивал Галилей, именно математика должна стать основой достоверного знания о природе.
Так, пожалуй, впервые начала обретать форму наука, известная нам как математическая физика.
По остроумному замечанию одного из современных авторов, ко времени, когда Галилей поступает на службу к Козимо II, математика, вероятно, последний раз в истории находилась в более низком положении, чем философия — знание о началах всего сущего.
В самом деле, пройдет чуть меньше века, и началом начал станет математика.
Математики XVI века: непрестижная профессия
История Галилея — во многом история того, как изменялся статус математики и математиков. Удивительно, что такое значительное изменение было возможно в столь короткий срок. В самом деле, всё случилось благодаря очень счастливому стечению обстоятельств: человек редких талантов — прозорливый, хитрый, красноречивый, невероятно амбициозный и умеющий поладить с полезными людьми — оказался в нужном месте в нужное время, а именно, в Италии второй половины XVI — начала XVII века.
Здесь многие вертикальные и горизонтальные границы, продолжавшие существовать со времен Античности и Средневековья, обрели ту гибкость, которая открывала возможность для импровизаций и перемен.
Так, к примеру, три сферы — университеты, школы абака и мастерские художников — различались, с одной стороны, с точки зрения подхода к математическому знанию, с другой —в плане статуса, который приписывался каждой из них в соответствии с общей оценкой теоретической и практической деятельности, характерной для Ренессанса. При этом, как ни странно, не существовало непреодолимой границы, которая отделяла бы их друг от друга.
Важные даты биографии Галилея
- 1564 год — рождение
- 1581–1985 года — учёба в Пизанском университете
- 1586 год — изобретение гидростатических весов
- 1589 год — возвращение в Пизанский университет
- 1590 год — трактат «О движении»
- 1591 год — смерть отца
- 1592–1610 года — венецианский период, работа в Падуанском университете
- 1592 год — изобретение первого термометра
- 1606 год — изобретение циркуля
- 1602 год — изобретение микроскопа
- 1609 год — изобретение телескопа
- 1610–1632 года — флорентийский период
- 1611 год — аудиенция у папы Римского
- 1613 год — работы в защиту Коперника
- 1615 год — обвинение в ереси
- 1616 год — запрещение инквизицией гелиоцентризма
- 1633 год — арест, суд, тюремное заключение
- 1642 год — смерть
Биография
Детство
Галилей родился в дворянской, но очень бедной семье. Отец, Винченцо Галилей, был лютнистом и теоретиком музыки. Мать — Джулия Амманнати. Галилео был старшим из шестерых детей в семье.
Образование
Галилей обучался в монастыре Валломброза, и был лучшим учеником в классе. После окончания монастырской школы мальчик серьёзно задумывался о том, чтобы стать священником, но отец был против.
Так в 17 лет юноша стал студентом Пизанского университета, где изучал медицину и увлёкся математикой. После трёх лет обучения Галилея в университете отец оказался не в состоянии оплатить дальнейшую учёбу сына. Было подано прошение об освобождении юноши от оплаты (такая льгота существовала для особо талантливых студентов), но ему отказали. Не окончив образования и не получив учёной степени, Галилей вернулся во Флоренцию.
Жизненный путь
Галилею посчастливилось встретить в начале своего жизненного пути настоящего ценителя науки, который стал его другом, покровителем и спонсором многих его изобретений. Им стал маркиз Гвидобальдо дель Монте. Благодаря ему и своим первым изобретениям, Галилей уже в 1589 году вернулся в Пизанский университет, но уже не в качестве студента, а в качестве профессора математики. В 1590 году свет увидела его научная работа, получившая признание в физике, — трактат «О движении».
Венецианский период
С 1591 года, после смерти отца, Галилей становится главой семьи. В 1592 году он переходит работать в Падуанский университет (Венеция), который предложил учёному неплохое жалованье. Здесь он успешно преподаёт математику, механику и астрономию. Студентам было за счастье попасть на лекции знаменитого физика. Правительство Венеции забрасывает его бесконечными заказами на технические устройства. Все научные авторитеты того времени (в том числе и Кеплер) активно переписываются с профессором. Он пишет ещё один научный трактат «Механика», конструирует первый телескоп, который перевернул не только жизнь Галилео, но и изменил представления о мире многих его современников. Для той поры открытия, сделанные Галилео с помощью телескопа, были настоящей сенсацией. Все видные люди того времени заказывали себе телескопы у великого астронома, чтобы собственными глазами увидеть то, что рассказывал Галилей о небесном пространстве. Но все накопленные деньги Галилей вынужден отдать в качестве приданого за двумя сёстрами. Он влезает в долги и соблазняется на предложение герцога Козимо II Медичи, который пообещал Галилею во Флоренции должность советника при тосканском дворе. На этом заканчивается успешный период в жизни Галилея — так он покидает Венецию, где инквизиция не могла его достать, и переезжает во Флоренцию.
Флорентийский период
Во Флоренции Галилей тоже мог бы жить тихо и мирно, купаясь в лучах всемирной славы: он был советником герцога, уважаемым человеком при дворе, с неплохим жалованием, обучал герцогских детей. Однако в 1611 году Галилей уезжает в Рим на аудиенцию к папе Римскому для того, чтобы убедить его в том, что Коперник — не враг католицизму. Римские священники приняли учёного весьма благосклонно и даже одобрили его телескоп.
В 1613 году Галилео публикует ряд работ, в которых открыто высказывается в защиту Коперника и говорит о том, что дело католической церкви — лишь спасение души, но никак не научные вопросы. Этого Рим ему уже не мог простить. В 1615 году его открыто обвиняют в ереси, а в 1616 запрещают гелиоцентризм. Все последующие годы Галилей пытается сдвинуть дело с мёртвой точки, но его откровенная насмешка над католической церковью в новой работе закончилась тем, что инквизицией было начато судебное дело против учёного.
Суд
В 1633 году его арестовали и осудили. Дело не закончилось смертной казнью только потому, что уже на тот период времени Галилей был больным семидесятилетним стариком, который согласился написать отречение от своих взглядов. Многие считают, что во время допросов он подвергался пыткам. После недолгого пребывания в тюрьме, Галилея отправили в Арчетри, где находился монастырь с его дочерями. Здесь прошли его последние годы под домашним арестом и бдительным надзором инквизиции.
Личная жизнь
Посвятив себя целиком науке, Галилео мало времени уделял семье. Он так и не оформил брак с венецианкой Мариной Гамба, но имел от неё двух дочерей и сына.
Смерть
8 января 1642 года великого учёного не стало. Его похоронили без почестей и даже не разрешили установить могильную плиту. Однако в 1737 году всё-таки прах Галилея перенесли и захоронили в базилике Санта Кроче.
Отношения с католической церковью
Католическая церковь давно “точила на него зуб” за научные взгляды, ведь он нахально опровергал учение Аристотеля. После создания телескопа ученый вовсю наблюдал за небесными телами, и каждый раз убеждался в правоте Коперника. У современного человека нет сомнений, что Земля круглая, а планеты вращаются вокруг Солнца. А тогда вид Солнечной системы глазами Коперника и Галилея вызвали шок у простых граждан. Галилео основательно разозлил духовенство, когда доказал правдивость гелиоцентрической системы, а ведь многие религиозные постулаты твердили, что Земля статична, а Солнце движется вокруг нее. Изобретатель имел большой авторитет в мире науки. Поэтому решил, что этот факт и острый ум помогут убедить Папу в том, что подобные взгляды вовсе не подрывают основы католицизма. Галилей отправился в Рим, где его благосклонно приняли, опробовали телескоп, но когда он начал настаивать на правдивости гелиоцентрической системы, святоши взбунтовались. Страна в те времена была подчинена могущественной католической церкви, которая влияла на все. Своим обращением к Кастелли (последователю), где он доказывал свою правоту относительно религии и его мировоззрения, Галилей спровоцировал инквизицию начать гонения на него. Участились доносы. А “Письма о солнечных пятнах”, где он защищал систему Коперника, дали повод завести дело.
Рис. 4. Галилей перед судом инквизиции. Жозеф-Николя Робер-Флери. 1847 годГалилей имел сильных покровителей, но казнь Джордано Бруно, которая состоялась не так давно, остудила его пыл. Долгие годы он работал над произведением, в котором пытался отстаивать свои позиции, не навлекая на себя гнева церкви. Следующий Папа, Урбан VIII, был его давним другом, и Галилей обратился к нему в надежде отменить указ. Папа дружески его принял, но не разделил его идеи.Когда в 1632 г. ученый выпустил “Диалог о двух системах мира”, инквизиция снова взялась за него. Изданную книгу вскоре стали изымать, а Галилею приказали ехать в Рим. Он плохо себя чувствовал, но пришлось ехать, иначе его притянули бы в кандалах. Были допросы, следствие, возможно, пытки, заключение. В результате ученого объявили “сильно заподозренным в ереси” и заключили в тюрьму на неопределенный срок. Через некоторое время его наказание смягчили, учитывая почтенный возраст и дружбу с Папой, архиепископом Пикколомини, и разрешили жить в усадьбе Медичи. А после — отпустили доживать свой век в Арчетри, где в монастыре служили его дочери. За ним неусыпно наблюдала инквизиция, не разрешая принимать гостей и выезжать в город.
Карьера и личная жизнь:
Происхождение: Галилео Галилей родился в Пизе (тогда часть княжества Флоренция), в Италии. Он был первым из шести детей Винченцо Галилея (1520 – 1591), знаменитого лютениста и теоретика музыки и Джулии ди Козимо Амманнати (1538 – 1620).Образование: Он получил образование в приюте в монастыре Валломброза, расположенному в 35 км к юго-востоку от Флоренции. Хотя он и серьезно рассматривал возможность получения сана священника, но он по настоянию отца поступил на медицинский факультет в Университет Пизы. Он не завершил свое медицинское обучение и вместо этого начал изучать математику.
Основные этапы нучной деятельности:
Его открытие закона гидростатического равновесия (ок. 1586) сделало его знаменитым. В 1589 году он опубликовал трактат о центре тяжести в твердых телах, который принес ему должность преподавателя математики в Университете Пизы.
В 1591 умер его отец и ему было поручено заботиться о своем младшем брате Микеланджело. В 1592 году он переехал в университет Падуи, где преподавал геометрию, механику и астрономию до 1610 года.
Там, в 1609 году, услышав сообщение о простом увеличивающем инструменте, который получается путем сложения двух объективов, выточенных в Голландии, он построил первую полную модель астрономического телескопа.
Личная жизнь:
Когда ему было 8 лет, его семья переехала во Флоренцию, но он оставался в Пизе под опекунством Якопо Боргини течение двух лет.
Несмотря на то, что он был благочестивым католиком, Галилей имел 3 внебрачных детей с Мариной Гамбой. У них родилось две дочери, Вирджиния (1600) и Ливия в 1601 году, и один сын Винченцо, в 1606 году.
Галилей был истинным Ренессансным человеком, проявляя себя в различных сферах деятельности, в том числе и в игре на лютне и живописи.
Его принятие системы Коперника было осуждено католической церковью и под угрозой применения пыток со стороны инквизиции он публично отказался от своих “еретических” взглядов.
Известная легенда гласит, что Галилей, после принятия публичного заявления о неподвижности Земли, пробормотал: “А все-таки, она вертиться”
Он провел всю оставшуюся жизнь под домашним арестом, продолжая писать и проводить исследования даже после того, как в 1637 году он ослеп.
Галилео Галилей умер 8 января 1642 в Арчетри.
Он был похоронен в церкви Санта-Кроче во Флоренции, Италия.Изюминка: Существует апокрифическая история о том, что Галилей одновременно бросал два шара разной массы с Пизанской башни, чтобы продемонстрировать, что тела падают с одинаковой скоростью.
Рассказывают, что в возрасте 19 лет, в соборе Пизы, он измерил колебания качающейся лампы с помощью ударов своего пульса и нашел, что время для каждого колебания является одинаковым, независимо от амплитуды колебаний. Таким образом, он открыл изохронную природу маятника, которая в дальнейшем была экспериментально доказана.
Ватикан официально признал обоснованность теории Галилея в 1993 году. Его младший брат Микеланджело был композитором и лютнистом позднего Возрождения и раннего Барокко и работал в основном в Германии и Польше.
Кольца Сатурна
Ученый был озадачен выпуклостями, которые он мог видеть по обе стороны планеты Сатурн. В некоторые ночи он мог их видеть, а в другие нет. Он даже подумал, что это могут быть отдельные планеты, лежащие рядом с самим Сатурном.
Теперь мы знаем, что эти выпуклости на самом деле были знаменитыми кольцами Сатурна, но из-за их наклонного угла вид их с Земли меняется от одной ночи к другой. Если смотреть с края, их трудно увидеть.
Под другим углом они намного более заметны, хотя через простой телескоп Галилея они выглядели для него как выпуклости. Точная природа колец не была известна до 1667 года, когда Галилея уже не было.
Основные вклады
Первый закон движения
Галилей был предшественником закона движения, постулированного Ньютоном. Он пришел к выводу, что все тела ускоряются в одинаковом темпе, несмотря на их размер или массу.
Он разработал концепцию движения с точки зрения скорости (скорости и направления) посредством использования наклонных плоскостей..
Кроме того, он разработал идею силы как причины для движения и определил, что естественным состоянием объекта является покой или равномерное движение. Например, объекты всегда имеют скорость, а иногда эта скорость имеет величину cer, или она равна покою.
Он также постулировал, что объекты сопротивляются изменениям в движении, которое называется инерцией..
Улучшение телескопа
Галилей не изобрел телескоп, однако улучшения, сделанные ученым в голландской версии инструмента, позволили развить его эмпирические открытия.
Предыдущие телескопы увеличивали объекты в три раза по сравнению с первоначальным размером, но Галилей научился фокусировать линзы и создал телескоп с 30-кратным увеличением.
Открытие спутников Сатурна
С новым телескопом Галилео Галилей был первым, кто наблюдал четыре крупнейших спутника Юпитера, кратеры на поверхности Луны, а также солнечные пятна и фазы Венеры..
Телескоп также показал, что во вселенной было много звезд, которые не были видны человеческому глазу. Галилей Галилей, благодаря мониторингу солнечных пятен, сделал вывод, что Земля может вращаться вокруг своей оси.
Открытие фаз Венеры было первым доказательством, подтверждающим теорию Коперника, которая утверждала, что планеты вращаются вокруг Солнца..
Защита гелиоцентризма
Наблюдения Галилея подтвердили гелиоцентрическую модель Коперника. Наличие лун на орбите вокруг Юпитера предполагает, что Земля не является абсолютным центром движения в космосе, как предложил Аристотель.
Кроме того, открытие поверхности Луны опровергло аристотелевскую точку зрения, которая обнажила неизменную и совершенную вселенную. Галилей Галилей также постулировал теорию вращения Солнца.
Развод между наукой и церковью
После противоречия теории Аристотеля, которая была одобрена в то время католической церковью, Галилей Галилей был признан виновным в ереси и приговорен к аресту в своем доме.
Это вызвало разделение церковных догм и научных исследований, которые привели к научной революции, помимо изменений в обществе, которые ознаменовали будущие исследования.
Научная методология
Галилео Галилей ввел новый способ исследования посредством научного метода. Он использовал этот метод в своих самых важных открытиях и в настоящее время считается незаменимым для любого научного эксперимента..
Закон падения
До времени Галилея ученые думали, что сила вызывала скорость, как сказал Аристотель. Галилей показал, что сила вызывает ускорение.
Галилей пришел к выводу, что тела падают на поверхность Земли с постоянным ускорением и что сила тяжести является постоянной силой.
Ваши математические идеи
Речи и демонстрации вокруг двух новых наук, связанных с механикой Это было одно из величайших произведений Галилея Галилея. Его оригинальное имя Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno должное новое научное мышление механика.
Галилей демонстрирует в этой работе одну из своих самых известных и устойчивых математических идей, таких как движение объектов по наклонной плоскости, ускорение тел в свободном падении и движение маятников..
Он был опубликован в Лейдене, Голландия, в 1634 году, после того, как он представил проблемы в своей презентации с католической церковью в Италии..
Термоскоп
Одним из наиболее заметных изобретений Галилео Галилея был термоскоп, версия, которая позже станет термометром сегодня..
В 1593 году Галилей построил термоскоп, используя небольшой стакан, наполненный водой, и прикрепил его к удлиненной трубе с пустым стеклянным шариком на конце. Этот термоскоп зависел от температуры и давления, чтобы получить результат.
Военный компас
Галилео улучшил многофункциональный геометрический и военный компас между 1595 и 1598 годами..
Военные использовали его, чтобы измерить высоту ствола ствола, в то время как торговцы использовали его для расчета обменного курса валют..