Galileo. Princip relativnosti - put otkrivanja

Tijekom svog dugog života, Galileo Galilei napravio je niz velikih otkrića na području fizike, astronomije i metodologije. Glavno postignuće ovog velikog uma bilo je načelo znanstvenog znanja - eksperimentalno promatranje i matematički opis rezultata eksperimenata. Znanstvenik je dobar dio svog života posvetio stvaranju nove znanosti, u kojoj svako iskustvo, svaki eksperiment nije bio utemeljen na spekulativnim zaključcima, već je dosljedno potvrđen matematičkim izračunima.

Galileo i nova znanost

Najznačajniji doprinos Galilea znanosti bio je promjena u načelima obrade eksperimentalnih podataka. Galileo je imao dobre učitelje - koristeći rad Arhimeda i Pitagore uspio je zaključiti pravilo da eksperimentalno znanje dobiveno matematičkim metodama treba uvesti u sustav. Znanstvenik je primijenio matematičke metode na one pokazatelje koji su potvrđeni neovisnim mjerenjima. Dakle, pridaje veliku važnost takvim osnovnim količinama kao što su dužina, težina, volumen, snaga. Odbacio je subjektivne pojmove - miris, uho za glazbu, ljepotu, okus. Ako je promatrač odsutan, onda, prema istraživaču, subjektivne vrijednosti nestaju. Ovo načelo činilo je osnovu mnogih izvanrednih otkrića znanstvenika, od kojih jedno znamo kao "mehaničko načelo relativnosti Galileja".

Podučavanje o pokretu

Nova načela proučavanja kretanja Galilea razvila su se u Pisi i Padovi. Ovdje su sva znanja iz područja mehanike i kinematike koja je tada bila poznata prikupljena i unesena u sustav. Doktrina o svojstvima klatna bila je jedno od prvih matematički utemeljenih otkrića za koje je Galileo postao poznat. Načelo relativnosti u osnovi se temelji na opažanjima istraživača u crkvi, kada je kao student slijedio fluktuacije lustera u katedralama. U odsutnosti točnog vremena, razdoblje prigušenja oscilacija velikih svjetiljki Galileo računalo je na pulsni puls. kasnije ovo opažanje čine osnovu medicinskog uređaja za mjerenje pulsa.

Aristotelove dogme

O učenju Aristotela zasniva se sva znanost tog vremena. Crkva je u potpunosti podržavala njegove ideje, au srednjem vijeku smatralo se gotovo arogantnim za osporavanje Aristotela. Međutim, postojali su znanstvenici koji su osporili nepokolebljivu mudrost starogrčkog. Jedna od tih hrabrih duša bio je Galileo, čiji se princip relativnosti počeo pojavljivati ​​tek nakon provjere Aristotelove empirijske izjave. Dakle, istraživač je primijetio da tijela koja se međusobno razlikuju po težini padaju s gotovo istom brzinom. Male razlike Galileo je ispravno objasnio utjecajem trenja zraka. Znanstvenik je bio ogorčen Aristotelom i njegovim sljedbenicima koji su tvrdili da bi jezgra topa od 100 funti mogla pasti samo 100 stopa, a kugla veličine funte bi pala samo jednom nogom. Praktični eksperimenti, kako tvrdi Galileo, doveli su do razlike u udaljenosti, što se može mjeriti s nekoliko prstiju. Kako ste pronašli aristotelovsku razliku od 99 stopa između prstiju - Galileo je pitao sljedbenike Aristotelova učenja.

Načelo klatna

Rad s klatnom doveo je Galilea da ponovi pokus s kuglom koja se kotrljala od brda do brijega. Dokazao je da će se kretanje takve lopte nastaviti sve do sila trenja neće prestati. U odsutnosti trenja, takva kuglica će oscilirati u bušotini proizvoljno dugo. U graničnom slučaju, kada nema trenja, a drugo brdo je odsutno, pad lopte će se nastaviti neograničeno. Dakle, Galileo je eksperimentalno potvrdio Newtonov prvi zakon: u odsutnosti vanjskih sila, tijelo će se kretati ravnom stazom s konstantnom brzinom za beskonačno dugo vrijeme. Tako je u rukama znanstvenika bio ključ za otkrivanje vječnog kretanja planeta. Galileo je dokazao da vanjska sila za ravnomjerno kretanje nebeskih tijela nije potrebna, budući da se taj pokret nastavlja sam.

Iz iskustva - do zvijezda

U to vrijeme, znanstvenici su dugo raspravljali o tome okreće li se Zemlja, i ako je tako, zašto stanovnici ovog planeta ne promatraju kretanje. U ovom sporu, Galileo je držao položaj pristaša rotacije našeg planeta. Na znanstvenika su uvelike utjecali radovi njegovih prethodnika. U djelima Nikolaja Orema, Nikolaja Kuzanskog, Kopernika i Giordana Bruna, rečeno je da ljudi ne mogu shvatiti rotaciju Zemlje samo zato što je planet prevelik za promatrača. Budući da je u bilo kojoj točki u prostoru, na bilo kojem planetu, promatraču će se činiti da se sve oko njega kreće. Stoga je Galileo postupno potvrđivao jednakost svih sustava promatranja i zadao težak udarac antropocentrizmu. Sposobnost razlikovanja kretanja od stanja odmora moguća je samo u slučaju kada postoji mogućnost usporedbe, potvrdio je Galileo. Princip relativnosti sveden je na činjenicu da je u zatvorenom fizičkom sustavu nemoguće odrediti da li je ovaj sustav u mirovanju ili čini jednoliko pravocrtno gibanje.

Galilejske transformacije

Transformacije s kojima je Galileo radio, omogućuju nam da dokažemo da se u svakom sustavu koji se kreće ravnomjerno i izravno, fizički procesi ponašaju na potpuno isti način. Ova se tvrdnja može dokazati zamišljanjem para inercijalnih referentnih sustava k i k '. Kako su oba sustava inercijalna, svaki od njih se kreće ravnomjerno i pravocrtno duž x osi. Točka M se pomiče u oba referentna sustava.

Da bismo formulirali vezu između tih sustava, započnimo čitanje od trenutka kada se podrijetlo koordinata podudara u vremenu, tj. T = t '. Tada će jednadžbe kretanja točke M imati sljedeći oblik:

Te jednadžbe karakteriziraju matematički princip relativnosti Galileja. Galilejske transformacije vrijede za kretanje bilo kojeg tijela prema zakonima klasične mehanike.

Zagovaranje vlastitih ideja

Galileo je više puta branio svoje ideje kritičarima. Govoreći o stalnom i ujednačenom kretanju, naveo je kao primjer objekte koji padaju s jarbola broda koji plovi stalnom brzinom. Kada su njegovi protivnici počeli govoriti o utjecaju vjetra, Galileo je ponudio da pokus premjesti u kabinu. Uz pomoć ovog i drugih ilustrativnih primjera, znanstvenik je više puta pokazao da ujednačeno kretanje pokusnog mjesta ne utječe na pokuse povezane s padom tijela, s letom projektila. Ravnomjerno kretanje ne može se otkriti bilo kojim eksperimentom provedenim unutar sustava - tvrdi Galileo. Načelo relativnosti referentnih sustava prihvatili su protivnici s neprijateljstvom. S dostojanstvom koji brani svoju nevinost, Galileo se suočio s žestokim neslaganjem većine znanstvenika koje su podrugljivo nazvali "papirni filozofi". Na kraju svog života crkva je postala zainteresirana za znanstvenike, a pod pritiskom je Galileo bio prisiljen javno se odreći nekih svojih pogleda.

zaključak

U 19. stoljeću, u vezi s otkrićem elektrodinamičkih zakona, pokazalo se da novi zakoni i načelo Galileja ne odgovaraju jedan drugome. Lorentzove transformacije omogućile su primjenu načela relativnosti u svijetu elektrodinamike. Einstein je napokon mogao pomiriti proturječja stvaranjem vlastitog posebna teorija relativnosti. U slučajevima kada je brzina tijela mnogo manja od svjetlosti, Galilejske transformacije ne gube svoju važnost. Uspješno se koriste u naše vrijeme.