Galileo. Zasada względności - droga odkrywania

Podczas długiego życia Galileo Galilei dokonał wielu wielkich odkryć w dziedzinie fizyki, astronomii i metodologii. Głównym osiągnięciem tego wielkiego umysłu była zasada wiedzy naukowej - obserwacja eksperymentalna i matematyczny opis wyników eksperymentów. Naukowiec poświęcił znaczną część swojego życia na stworzenie nowej nauki, w której każde doświadczenie, każdy eksperyment nie opierał się na spekulacyjnych wnioskach, ale był konsekwentnie potwierdzany przez matematyczne obliczenia.

Galileo i nowa nauka

Najważniejszym wkładem Galileo w naukę była zmiana zasad przetwarzania danych eksperymentalnych. Galileusz miał dobrych nauczycieli - dzięki pracy Archimedesa i Pitagorasa udało mu się wydedukować zasadę, że wiedza eksperymentalna uzyskana dzięki metodom matematycznym powinna zostać wprowadzona do systemu. Naukowiec zastosował metody matematyczne do tych wskaźników, które zostały potwierdzone przez niezależne pomiary. Dlatego przywiązywał wielką wagę do takich podstawowych wielkości jak długość, waga, objętość, siła. Odrzucił subiektywne koncepcje - zapach, ucho do muzyki, piękno, smak. Jeśli obserwator jest nieobecny, to według badacza wartości subiektywne zanikają. Ta zasada stanowiła podstawę wielu niezwykłych odkryć naukowca, z których jeden znamy jako "mechaniczną zasadę względności Galileusza".

Nauczanie ruchu

Nowe zasady badania ruchu Galileo opracowane w Pizie i Padwie. Tutaj cała znana w tamtym czasie wiedza z zakresu mechaniki i kinematyki została zebrana i wprowadzona do systemu. Doktryna właściwości wahadła była jednym z pierwszych matematycznie uzasadnionych odkryć, dla których Galileusz stał się sławny. Zasada względności opiera się w zasadzie na obserwacjach badacza w kościele, kiedy jako uczeń śledził wahania żyrandoli w katedrach. W przypadku braku dokładnego czasu, okres tłumienia oscylacji olbrzymich lamp Galileo liczył na puls. Potem ta obserwacja stanowiły podstawę urządzenia medycznego zaprojektowanego do pomiaru pulsu.

Dogmaty Arystotelesa

W naukach Arystotelesa opiera się cała nauka czasu. Kościół w pełni popierał jego idee, aw średniowieczu uznano za aroganckie sprzeciwić się Arystotelesowi. Byli jednak uczeni, którzy kwestionowali niezachwianą mądrość starożytnej Grecji. Jedną z tych odważnych dusz był Galileusz, którego zasada względności zaczęła się pojawiać dopiero po zweryfikowaniu empirycznych stwierdzeń Arystotelesa. Tak więc naukowiec zauważył, że ciała różniące się od siebie ciężarem spadają z niemal taką samą prędkością. Małe różnice Galileo poprawnie wyjaśnione przez wpływ tarcia powietrza. Naukowiec był oburzony przez Arystotelesa i jego zwolenników, którzy twierdzili, że rdza armaty 100-funtowej spadnie tylko o 100 stóp, a kula o wielkości funta spadnie tylko o jedną stopę. Praktyczne eksperymenty, jak twierdzi Galileusz, doprowadziły do ​​różnicy odległości, którą można zmierzyć kilkoma palcami. Jak znaleźć różnicę między Arystotelesowską 99 stopami między palcami - Galileusz zapytał zwolenników nauk Arystotelesa.

Zasada wahadła

Praca z wahadłem prowadziła Galileusza, aby powtórzyć eksperyment z piłką toczącą się ze wzgórza na wzgórze. Udowodnił, że ruch takiej piłki będzie trwał do siła tarcia to się nie zatrzyma. W przypadku braku tarcia, taka kulka będzie oscylować w studni przez dowolnie długi czas. W przypadku ograniczenia, gdy nie ma tarcia, a drugie wzgórze jest nieobecne, upadek kuli będzie trwał przez czas nieokreślony. W ten sposób Galileo potwierdził eksperymentalnie Pierwsze prawo Newtona: przy braku sił zewnętrznych ciało porusza się prostą drogą ze stałą prędkością przez nieskończenie długi czas. Więc w rękach naukowca był klucz do odkrycia wiecznego ruchu planet. Galileusz udowodnił, że siła zewnętrzna dla jednolitego ruchu ciał niebieskich nie jest wymagana, ponieważ ruch ten trwa sam.

Od doświadczeń - do gwiazd

W tym czasie naukowcy długo dyskutowali o tym, czy Ziemia się obraca, a jeśli tak, dlaczego mieszkańcy tej planety nie obserwują ruchu. W tym sporze Galileusz utrzymał pozycję zwolenników rotacji naszej planety. Na naukowca duży wpływ miały prace jego poprzedników. W pracach Nikolaia Orem, Nikołaja Kuzańskiego, Kopernika i Giordano Bruno, stwierdzono, że ludzie nie mogą docenić obrotu Ziemi tylko dlatego, że planeta jest zbyt duża dla obserwatora. Będąc w dowolnym punkcie przestrzeni, na dowolnej planecie, obserwatorowi zda się, że wszystko wokół niego się porusza. W ten sposób Galileo stopniowo potwierdził równość wszystkich systemów obserwacji i zadał silny cios antropocentryzmowi. Możliwość odróżnienia ruchu od stanu spoczynku jest możliwa tylko w przypadku, gdy istnieje możliwość porównania, potwierdzona przez Galileo. Zasada względności została zredukowana do faktu, że w zamkniętym systemie fizycznym nie można ustalić, czy system ten znajduje się w spoczynku, czy też wykonuje jednolity ruch prostoliniowy.

Transformacje Galileusza

Transformacje, którymi operował Galileo, pozwalają nam udowodnić, że w każdym systemie poruszającym się w sposób jednolity i prosty, procesy fizyczne zachowują się dokładnie w ten sam sposób. Oświadczenie to można udowodnić, wyobrażając sobie parę bezwładnościowych układów odniesienia k i k '. Ponieważ oba systemy są bezwładne, każdy z nich porusza się jednostajnie i prostoliniowo wzdłuż osi X. Ruch punktów M w obu systemach odniesienia.

W celu sformułowania połączenia między tymi systemami, zacznijmy odczyty od momentu, w którym początek współrzędnych zbiega się w czasie, czyli t = t '. Następnie równania ruchu punktu M przyjmą następującą postać:

Równania te charakteryzują matematyczną zasadę relatywności Galileusza. Transformacje Galileusza są prawdziwe dla ruchu dowolnego ciała zgodnie z prawami mechaniki klasycznej.

Popieranie własnych pomysłów

Galileusz wielokrotnie bronił swoich pomysłów przed krytykami. Mówiąc o stałym i jednolitym ruchu, cytował jako przykład obiektów spadających z masztu statku, który płynie ze stałą prędkością. Kiedy jego przeciwnicy zaczęli mówić o wpływie wiatru, Galileusz zaproponował przeniesienie eksperymentu do kabiny. Przy pomocy tego i innych ilustrujących przykładów naukowiec wielokrotnie wykazał, że równomierny ruch miejsca eksperymentu nie wpływa na eksperymenty związane z upadkiem ciał, z lotem pocisków. Jednolity ruch nie mogą być wykryte przez żadne eksperymenty prowadzone w systemie - twierdzi Galileo. Zasada względności systemów odniesienia została zaakceptowana przez przeciwników z wrogością. Z godnością broniącą swojej niewinności, Galileusz stanął w obliczu gwałtownego sporu większości naukowców, których kpiąco nazwali "papierosowymi filozofami". Pod koniec życia kościół zainteresował się naukowcami i pod jego presją Galileusz zmuszony był publicznie wyrzec się niektórych swoich poglądów.

Wniosek

W XIX wieku, w związku z odkryciem praw elektrodynamiki, okazało się, że nowe prawa i zasady Galileusza nie odpowiadają sobie nawzajem. Transformacje Lorentza umożliwiły zastosowanie zasad względności w świecie elektrodynamiki. Einstein mógł wreszcie pogodzić sprzeczności, tworząc własne specjalna teoria względności. W przypadkach, gdy prędkość ciała jest znacznie mniejsza niż światło, transformacje Galileusza nie tracą znaczenia. Są z powodzeniem używane w naszych czasach.