Galileo. Načelo relativnosti - pot odkritja

Med svojim dolgim ​​življenjem je Galileo Galilei naredil številna velika odkritja na področju fizike, astronomije in metodologije. Glavni dosežek tega velikega uma je bilo načelo znanstvenega znanja - eksperimentalno opazovanje in matematični opis rezultatov poskusov. Znanstvenik je velik del svojega življenja posvetil ustvarjanju nove znanosti, kjer vsaka izkušnja, vsak poskus ni temeljil na špekulativnih zaključkih, temveč je bil dosledno potrjen z matematičnimi izračuni.

Galileo in nova znanost

Najpomembnejši prispevek Galilea k znanosti je bila sprememba načel obdelave eksperimentalnih podatkov. Galileo je imel dobre učitelje - s pomočjo dela Arhimeda in Pitagore je uspel sklepati, da je treba eksperimentalno znanje, pridobljeno z matematičnimi metodami, vključiti v sistem. Znanstvenik je uporabil matematične metode za tiste kazalnike, ki so bili potrjeni z neodvisnimi meritvami. Torej je pripisal velik pomen tako osnovnim količinam, kot so dolžina, teža, volumen, moč. Zavrnil je subjektivne koncepte - vonj, uho za glasbo, lepoto, okus. Če je opazovalec odsoten, potem raziskovalec po mnenju raziskovalca izgine. To načelo je bilo osnova mnogih izjemnih odkritij znanstvenika, enega od njiju poznamo kot "mehansko načelo Galilejske relativnosti".

Poučevanje gibanja

V Pisi in Padovi so se razvila nova načela proučevanja gibanja Galileo. Pri tem je bilo zbrano in vneseno v sistem vse znanje s področja mehanike in kinematike, ki je bilo takrat znano. Doktrina lastnosti nihala je bila ena prvih matematično utemeljenih odkritij, za katere je Galileo postal znan. Načelo relativnosti temelji predvsem na opažanjih raziskovalca v cerkvi, ko je kot študent sledil nihanjem lestencev v katedralah. V odsotnosti točnega časa je na pulznem impulzu preštevano obdobje dušenja nihanj velikih svetilk Galileo. Potem te ugotovitve je bila osnova medicinskega pripomočka, zasnovanega za merjenje impulza.

Aristotelove dogme

O učenju Aristotela je temeljila vsa znanost tega časa. Cerkev je v celoti podprla njegove ideje, v srednjem veku pa se je zdelo skoraj arogantno, da izpodbija Aristotela. Vendar pa so bili znanstveniki, ki so izpodbijali neomajno modrost starogrške. Ena od teh pogumnih duš je bil Galileo, katerega načelo relativnosti se je začelo pojavljati šele po preverjanju empiričnih izjav Aristotela. Torej je raziskovalec opazil, da se telesa, ki se med seboj razlikujejo po teži, zmanjšajo s skoraj enako hitrostjo. Majhne razlike Galileo je pravilno pojasnil z vplivom trenja zraka. Znanstvenik je bil ogorčen nad Aristotelom in njegovimi privrženci, ki so trdili, da bi jedro s 100 funti padlo le 100 čevljev, in velika krogla bi padla le eno nogo. Praktični poskusi, kot trdi Galileo, so privedli do razlike v razdalji, ki jo je mogoče izmeriti z več prsti. Kako najdete aristotelovsko razliko 99 metrov med prsti - Galileo je vprašal privržence Aristotelovega učenja.

Načelo nihala

Delo z nihalom je povzročilo, da je Galileo ponovil eksperiment z žogico, ki se je pomikala od hriba do hriba. Dokazal je, da se bo gibanje takšne krogle nadaljevalo do sila trenja ne bo se ustavilo. V odsotnosti trenja bo takšna kroglica nihala v vodnjaku poljubno dolgo. V omejevalnem primeru, ko ni trenja in je drugi hrib odsoten, se bo padanje krogle nadaljevalo za nedoločen čas. Galileo je tako eksperimentalno potrdil Newtonov prvi zakon: v odsotnosti zunanjih sil se bo telo gibalo po ravni poti s konstantno hitrostjo neskončno dolgo. Torej je bil v rokah znanstvenika ključ do razkritja večnega gibanja planetov. Galileo je dokazal, da zunanja sila za enotno gibanje nebesnih teles ni potrebna, saj se to gibanje nadaljuje.

Iz izkušenj - do zvezd

V tem času so znanstveniki dolgo razpravljali o tem, ali se Zemlja vrti, in če je tako, zakaj prebivalci tega planeta ne opazujejo gibanja. V tem sporu je Galileo imel položaj zagovornikov rotacije našega planeta. Na znanstvenika so močno vplivala dela njegovih predhodnikov. V delih Nikolaja Orema, Nikolaja Kuzanskega, Kopernika in Giordana Bruna je bilo ugotovljeno, da ljudje ne morejo ceniti rotacije Zemlje samo zato, ker je planet prevelik za opazovalca. Biti na kateri koli točki v vesolju, na katerem koli planetu, se bo opazovalcu zdelo, da se vse okoli njega giblje. Tako je Galileo postopoma potrdil enakost vseh sistemov opazovanja in resno udarec antropocentrizmu. Sposobnost razlikovanja gibanja od stanja počitka je možna le, če obstaja možnost primerjave, - je dejal Galileo. Načelo relativnosti se je skrčilo na dejstvo, da je v zaprtem fizičnem sistemu nemogoče ugotoviti, ali je ta sistem v mirovanju ali pa ustvarja enotno pravokotno gibanje.

Galilejske transformacije

Transformacije, s katerimi je Galileo deloval, nam omogočajo, da dokažemo, da se fizikalni procesi v vsakem sistemu, ki se giblje enakomerno in neposredno, obnašajo na povsem enak način. To trditev lahko dokažemo s predstavitvijo para inercialnih referenčnih sistemov k in k '. Ker sta oba sistema inercialna, se vsak od njiju premika enakomerno in pravokotno vzdolž osi x. Točka M se premika v obeh referenčnih sistemih.

Da bi oblikovali povezavo med temi sistemi, začnimo odčitavanje od trenutka, ko izvor koordinat sovpada v času, to je t = t '. Nato bodo enačbe gibanja točke M dobile naslednjo obliko:

Te enačbe označujejo matematično načelo Galilejske relativnosti. Galilejske transformacije veljajo za gibanje katerega koli telesa po zakonih klasične mehanike.

Zagovarjanje lastnih idej

Galileo je večkrat zagovarjal svoje ideje kritikom. Ko govorimo o stalnem in enotnem gibanju, je kot primer navedel predmete, ki padajo z jambora ladje, ki pluje s konstantno hitrostjo. Ko so se njegovi nasprotniki začeli pogovarjati o vplivu vetra, je Galileo ponudil, da je poskus prestavil v kabino. S pomočjo tega in drugih ilustrativnih primerov je znanstvenik večkrat dokazal, da enotno gibanje poskusnega mesta ne vpliva na poskuse, povezane s padcem teles, z letenjem izstrelkov. Enakomerno gibanje ni mogoče odkriti z nobenim poskusom, opravljenim v sistemu - je trdil Galileo. Načelo relativnosti referenčnih sistemov so nasprotniki sprejeli s sovražnostjo. Z dostojanstvom, ki je branil svojo nedolžnost, se je Galileo soočil z groznim nesoglasjem večine znanstvenikov, ki so jih posmehljivo imenovali »papirni filozofi«. Ob koncu svojega življenja se je cerkev zanimala za znanstvenike in pod pritiskom Galileja je bil prisiljen javno zavrniti nekatere svoje poglede.

Zaključek

V 19. stoletju se je v povezavi z odkritjem zakonov elektrodinamike izkazalo, da se novi zakoni in načelo Galileja med seboj ne ujemata. Lorentzove transformacije so omogočile uporabo načel relativnosti v svetu elektrodinamike. Einstein bi končno lahko uskladil protislovja z ustvarjanjem lastnih posebna teorija relativnosti. V primerih, ko je hitrost telesa veliko manj od svetlobe, Galilejske transformacije ne izgubijo pomena. Uspešno se uporabljajo v našem času.