Cum Galileo a transformat cursul istoriei
Nu era greu să-l respingem pe Aristotel. Urmărind bilele care se încadrează, care au aceeași dimensiune, dar diferă în greutate, spun zece ori, este ușor de văzut că timpul de cădere nu diferă deloc de zece ori. Se pare că chiar și la începutul îndoielilor lui Galileo a ghicit că viteza căderii nu este determinată de diferența de gravitate în sine. Întrebarea a fost: ce determină?
Trebuie să acordăm credință lui Aristotel, care nu este fără nici un motiv atribuit celor mai mari gânditori. Întrebarea a fost pusă prima dată de el. Deci, am îndrăznit să presupun că o astfel de întrebare ar putea fi răspunsă. Răspunsul a fost greșit, dar era deja ceva de construit. Incorectitudinea Galileo suspectată la nivelul raționamentului. Dacă viteza căderii este proporțională cu gravitatea corpului, atunci împărțirea corpului în două părți mental sau în realitate și părăsirea părților în imediata apropiere, se așteaptă ca fiecare parte să scadă mai lent decât întregul. Concluzia absurdă arată greșeala lui Aristotel, dar nu rezultă deloc că întrebarea însăși este corectă, că este posibil un răspuns clar. În justificarea lui Aristotel se poate spune că a vorbit despre căderea corpurilor care se deosebesc doar de gravitate. Dar, mai degrabă, a fost doar ... o dată. Pentru el, căderea trupurilor a fost doar o problemă a uneia dintre numeroasele științe pe care le-a tratat. Principalele sale merite includ crearea logicii ca disciplină a gândirii. Prin școala sa de logică a trecut în anii studenților și Galileo și toți oamenii de știință din acea epocă. Privind la Aristotel de la vremea noastră, putem spune că un gânditor puternic a ținut prea strâns "bunul său simț", bazat, ca de obicei, pe propriile observații de viață. Și poți merge mai departe, bazându-te nu numai pe pământ sub picioare, ci și pe aer sub aripi, așa cum fac păsările. Apoi, puteți să depășiți și să nu depășiți, să zicem, o apă rece, o bucată de pământ. Galileo a inventat de fapt o metodă de sprijin atât de aripă în căutarea adevărului științific.
Portretul Galileo Galileo. Artistul Ottavio Leoni, 1624
Ambițiile științifice Galileo nu era inferior lui Aristotel, dar el nu aspira în lățime, ci adânc și în sus. El nu a pretins că posedă toate științele, dar a crezut că la baza întregii fizici a universului - și sublunar și supralunal - funcționează câteva legi fundamentale generale și credea că ar putea afla legea căderii libere. Au fost necesare decenii de cercetare pentru a afla. Și a durat mai mulți ani pentru a-și prezenta rezultatele convingător.
constatarea sa principală a fost că într-un vid toate corpurile, indiferent de gravitatea lor, cad cu aceeași viteză, dar că această viteză nu este determinată de viteza în sine, iar viteza de schimbare a vitezei, adică accelerație. Rezultatele sale, el a scris, „atât de nou și aparent atât de departe de adevăr, că, dacă [el] nu a găsit modalități de a le face mai luminoase și va mai clar soarele, ar prefera să păstreze tăcerea cu privire la ei, mai degrabă decât starea lor.“
Principala noutate constă în "goliciunea". Nu numai că, potrivit lui Aristotel, nu există nici o goliciune și nu poate fi, așa cum sa "dovedit" în diferite moduri (de exemplu, spunând că "goliciunea" este "nimic" și nimic nu merită nici o discuție). Mai important, Galileo nu a văzut niciodată goliciunea - nu în nici un experiment. Cum putea să știe ceva despre ea?
Acest lucru a fost mai dificil decât să respingă pur și simplu vechea lege a lui Aristotel, bazându-se pe rezultatul evident al experienței directe. Și Aristotel sa bazat pe dovezi. Și Galileo știa că "cei mai mulți oameni și cu o viziune bună nu văd ce descoperă ceilalți studiind și observând, separând adevărul de minciuni și ceea ce rămâne ascuns pentru majoritate".
Deci, Galileo a scris în ultima sa carte, înțelept cincizeci de ani de experiență a gândirii științifice și experimentare. Dar când a fost în vârstă de 25 de ani, doar începutul studiilor sale, el a fost în speranța pentru un test direct simplu - test nu numai Aristotel, ca propria ipoteză.
Acest rezultat ciudat de manuscris a determinat un istoric faimos să spună că Galileo nu a făcut deloc această experiență; se presupunea că era un dispozitiv retoric. Cu toate acestea, în epoca noastră, experiența a fost reprodusă, iar rezultatul a coincis cu Galileo. Explicația nu a fost fizică, ci fiziologică. Mâna care ținea bilele grele este mai greu decât cea a celeilalte mâini - lumina, iar mâna strânsă are nevoie de puțin timp pentru a se descifra, primind comanda de la cap. Prin urmare, o minge de lumină începe să scadă mai devreme pe foarte "puțin".
Despre această încurcătură a mâinilor, Galileo abia ghicit, se gândea la fizică. M-am gândit timp de zece ani și mi-am dat seama că nu ar fi posibil să studiem direct căderea liberă - se întâmpla prea repede. Dacă mingea cade de la o înălțime mică, nu aveți timp să mirosiți un ochi, nu ceea ce măsurați. Și care se încadrează de la o înălțime mare, mingea va ridica o viteză mare, și, prin urmare, crește rezistența la aer. Oricine are un ventilator în mâinile sale știe că cu cât devin mai repede, cu atât este mai greu.
Galileo a venit cu două căi de a "încetini" căderea liberă.
Unul - pentru a lăsa bilele pe un plan înclinat. Cu cât unghiul de înclinație este mai mic, cu atât mișcarea este mai întinsă și cu atât este mai ușor să înveți. Dar este posibil să sunați la o cădere liberă? Poți să-i spui ce vrei. Relația fizică reală este mai importantă. Cu cât planul este mai fluid, cu atât mișcarea este mai liberă. Și cu cât unghiul de înclinație este mai mare, cu atât mișcarea este mai degrabă căzând, devenind căderea obișnuită, când avionul devine vertical. În timp ce facea astfel de experimente cu un plan înclinat, Galileo a constatat mai întâi cât de greșit a fost ipoteza inițială. La urma urmei, el a presupus că fiecare corp cade cu o anumită viteză constantă, ceea ce înseamnă că măsura vitezei este distanța parcursă pe unitate de timp. Așa că putea să se gândească numai pentru că scăderea obișnuită liberă durează prea mult. Întinzând căderea în mișcare de-a lungul unui plan înclinat ușor, este mai ușor să vedem că la începutul mișcării corpul se mișcă mai încet decât la sfârșit. Deci, viteza de mișcare crește?
Și care este viteza în general? În limbajul obișnuit este viteza, viteza și, dacă este chiar mai rapidă, puteți spune viteza fulgerului și chiar instantaneu. Toate aceste cuvinte în limbaj obișnuit sunt sinonime. Dar în limbajul științei - pentru certitudinea afirmațiilor sale și pentru testarea lor pe experiență - cuvintele sunt clar definite - concepte științifice. Un exemplu de certitudine precisă a cuvintelor a fost dat de matematică, dar doar un exemplu: în matematică nu există timp, mișcare, viteză, gravitate. Pentru a-ți spune noul cuvânt în știință, este adesea necesar să introduci în știință noi cuvinte-concepte. Lipsesc în special concepte științifice, când Galileo a început fizica modernă. A trebuit să clarifice că viteza este o schimbare a poziției pe unitate de timp. Și accelerația este schimbarea vitezei pe unitate de timp. Trebuie să spun că atunci măsurarea exactă a timpului în sine era o problemă. Galileo cântărea timpul: a deschis la început o scurgere de apă și a închis-o la sfârșitul intervalului măsurat și cât timp a trecut, sa hotărât pe scări. Balanța a fost atunci instrumentul cel mai precis.
Un alt mod de a studia căderea liberă sa născut în Galileo în biserică, dar nu în legătură cu căderea Evei. În timpul slujbei bisericii, privindu-l pe preot, a descoperit un fenomen uimitor. În partea superioară atârnă un candelabru și se învârtea - la voința versiunii - apoi mai puternică, apoi mai slabă. Galileo a comparat durata leagănului individual, măsurând timpul prin loviturile propriului său puls și a constatat că oscilația mare a candelabrului durează la fel de mult ca cea mică. Din aceasta a început studiul pendulului, și aceasta este orice sarcină care atârnă pe fir. Galileo a observat oscilațiile pendulului, schimbând greutățile, lungimea filamentului și devierea inițială.
Privind imediat după cele două penduluri, el a confirmat în mod convingător observația bisericii sale. Dacă luați două penduluri identice, deplasați ușor încărcăturile în diferite unghiuri și eliberați, pendulul va oscila în bătaie, complet sincron: perioada de oscilație mică este aceeași cu cea mare. Ei bine, "dacă cu două grinzi pentru a trage două lungimi de lungime egală, la sfârșitul unuia atașați o minge de plumb, și la sfârșitul unei alte bile de bumbac, resping în mod egal pe ambele, și apoi le dau la sine"? Perioada de oscilații este din nou aceeași, deși oscilațiile oscilațiilor scad mai rapid pentru o minge de lumină. În mișcarea corpurilor mai ușoare, rezistența mediului este mai vizibilă. Acest lucru este clar dacă comparăm mișcările în aer și în apă: "un ou de marmură coboară în apă de o sută de ori mai rapid decât oul găinilor; când cade în aer de la o înălțime de douăzeci de coți, depășește oul de pui cu abia patru degete. Oscilația liberă a pendulului este puțin ca scăderea liberă, dar ambele sunt determinate de greutate. Și cu o scădere a amplitudinii oscilațiilor, viteza pendulului va scădea și, în consecință, rolul rezistenței mediului va scădea.
Rezultatele experimentelor și argumentelor lui Galileo s-au rezumat în noua lege a naturii: în vid, toate cadavrele cad în mod liber cu aceeași accelerație.
Ei bine, cum rămâne cu celebra poveste despre modul în care Galileo ar fi aruncat bilele din turnul "căzând" din Pisa? Iar cercetătorul observator care a urmărit acest presupus imediat după aterizarea simultană a diferitelor bile a recunoscut victoria triumfătoare a lui Galileo asupra lui Aristotel.
Povestea despre "turnul care se încadrează" a fost pentru prima dată dezvăluită de un discipol al lui Galileo într-o biografie scrisă după un deceniu după moartea profesorului și o jumătate de secol după presupusele experimente. Elevul a fost un fizician, nu un istoric, iar când a venit la știință, era deja destul de clar cine avea dreptate. Se pare că a văzut mărturia autobiografică a lui Galileo în cuvintele personajului său literar:
Salviati. Aristotel spune că "o minge care cântărește o sută de kilograme, căzând dintr-o înălțime de o sută de coate, va ajunge la sol înainte ca o minge de un kilogram să zboare un cot". Afirm că vor veni în același timp. După cum veți vedea, veți vedea că atunci când cel mai mare ajunge pe pământ, cel mai mic va cădea în spatele lățimii a două degete. În spatele acestor două degete nu se pot ascunde coatele nouăzeci și nouă ale lui Aristotel.
Galileo însuși nu a spus nicăieri că a renunțat la bile de la Turnul din Pisa. Era mult mai important pentru el să aibă o nouă lege a căderii libere decât să respingă pe cea veche. Și mișcarea bilelor de-a lungul planului înclinat și oscilațiile mici ale pendulului erau mult mai convingătoare decât demonstrațiile publice spectaculoase.