Европейската механика от 17 век
Изучаването на физиката, според Декарт (1596-1650), трябва да има за цел да направи хората "господари и господари на природата". Това господство над природата може да бъде постигнато от човека чрез прилагане към физичните изследвания на методите на математиката, най-съвършената от познатите му науки. Следователно Декарт си поставя задачата да математизира физиката или по-точно нейната геометризация по начина на евклидовата геометрия: малък брой аксиоми, очевидни от само себе си, на които се основава подредена последователност от заключения, притежаващи същата степен на сигурност като първичните аксиоми.
Приемайки галилейската концепция за вторичните качества, съдържащи се не в телата, а в усещащия субект, Декарт основава своето разглеждане само на две същности - разширение и движение, които му изглеждат интуитивно разбираеми, и, убеден в невъзможността за съществуване на празнота в природата, запълва разширението с "фина материя", която Бог е надарил с непрекъснато движение. По този начин физическият свят се състои само от две същности: материя, просто „разширение, надарено с форма“, лишено от всички качества освен геометрични, и движение. Следователно ще бъде достатъчно да се установят законите на движението, за да се изведат, посредством поредица от последователни теореми, законите на сетивния свят.
За съжаление, Декарт прави грешка при формулирането на този закон, което е много странно за геометър от неговия мащаб. Той не взема предвид, че тъй като скоростта, както бихме казали сега и както е знаел Декарт, е вектор, т.е. величина, която има посока и ориентация, тогава количествата на движение са вектори, така че тяхната сума трябва да се разбира в геометричен, а не в алгебричен смисъл. Следователно формулировката на третия закон е погрешна. Оттук и неправилността на произтичащите от него седем правила (с изключение напърво), които формират декартовата теория за сблъсък на еластични тела.
Някои случаи на сблъсък, изследвани от Декарт, лесно се проверяват чрез експеримент. Например, четвъртото декартово правило гласи, че ако неподвижно тяло претърпи централен удар с друго тяло с по-малка маса, то остава неподвижно, докато движещо се тяло обръща посоката на скоростта си, като запазва абсолютната стойност на скоростта. Но е достатъчно да се доближите до билярдната маса, за да се убедите в погрешността на това правило. И Декарт наистина го направи и установи неточността на своите правила. Но твърде много се доверяваше на своя разум и на своите „ясни и ясни“ идеи. Опитът опровергава теоретичните конструкции? Толкова по-зле за преживяването. Експериментът се проваля, казва Декарт със сигурност, тъй като тези правила предполагат, "че телата са идеално твърди и толкова отдалечени от всички други тела, че нито едно от тези тела не може да насърчи или възпрепятства тяхното движение."
Но дори и да приемем това обяснение за правилно, как можем да станем господари на природата, имайки физика, която говори за явления, които се случват в свят, различен от този, в който съществуваме?
Установил законите на движението, Декарт в своя трактат "Светът" и в "Принципи на философията" започва своя космологичен роман, обяснявайки образуването на Слънцето, планетите и кометите. Накрая той слиза от небето на Земята и установява, че фината материя има три ефекта: светлина, топлина и гравитация. По този начин той създава основите на идеята за флуиди, която доминира във физиката през целия 18 и отчасти през 19 век. Тези удобни вибрации, които като добрите джуджета са готови да служат в най-трудните случаи и скромно действат скрито от нашите чувства, не представляват ли, поне отчасти, завръщане към окултното?Според нас това е така.
Съвсем различна роля играе декартовата концепция за гравитацията. Всяко тяло, според Декарт, е във вихър, заобиколен на свой ред от други вихри, които го притискат към центъра. Този стремеж към центъра представлява тежестта на тялото, т.е. тежестта. Ако Галилей знаеше това, казва Декарт в известно писмо до Мерсен, нямаше да има нужда да изгражда неоснователна теория за падането на тела в празнота.
Писмото на Декарт, което вече споменахме по-горе, е остра критика на „Беседата за два нови клона на науката“ на Галилей и е интересно от гледна точка на разликата в мисленето на двамата учени: за Декарт физиката трябва да търси отговор на въпроса защо възникват явленията, според Галилей, за да изследва как се случват; търсенето на причина е целта на Декарт, описанието на явленията е целта на Галилей. По въпроса за падането на тежки тела Декарт не е съгласен със законите на Галилей и не ги разбира, по-специално, защото концепцията за ускорение е чужда на неговата кинематика.
Теглото, като всяка сила, Декарт разбира като реакция на геометрични връзки. Това е свойство на движението на фината материя. И така, идентифицирайки го с пространството и използвайки терминологията, която сега е по-разбираема, можем да кажем, че теглото е свойство на пространството.
Обикновено се казва, че картезианското разбиране на физиката е механистично. Но разбирането на Галилей и Нютон също е било механистично, защото механизмът се отнася до всички понякога противоречиви теории, които обясняват всички физически явления с помощта на система от движения, подобни на движението на механизъм. Струва ни се, че механизмът на Декарт се различава от механизма на Галилео-Нютон по две съществени черти. Първата, по-очевидна, току-що отбелязана разлика е концепцията за сила. За Галилей и Нютон силата е физическа реалност, а несводими до свойствата на пространството и движението; за Декарт, както видяхме, силата е свойство на пространството. Механизмът на Декарт също се противопоставя на атомизма, според който именно атомите създават полетата на силите, а техните скрити движения обясняват всички физически процеси.
Научната дейност на Торичели, несъмнено най-блестящият ученик на Галилей, принадлежи към областта на физиката и математиката. Въпреки това, следвайки примера на учителя си, той не бяга от практическите занимания. Научил от Галилей за важността на правенето на лещи и телескопи, от 1642 г. той започва да упорства в това и скоро постига такова съвършенство, че далеч надминава най-известните италиански майстори, чиито продукти са признати за най-големите постижения на оптиката от първата половина на 17 век.
Във втората книга на трактата Торичели първо се занимава с движението на хвърлени тела, като обобщава подхода, възприет в беседите на Галилей, където се обсъжда само движението на тела, хвърлени хоризонтално. Само мимоходом, за доказателство, Галилей изложи твърдението, че ако едно тяло бъде хвърлено от точката на падане със скорост, равна, но противоположна на тази, с която е стигнало до точката на падане, то ще премине през същата парабола в обратна посока. Торичели, от друга страна, разглежда движението на тяло, хвърлено под произволен ъгъл, и, прилагайки принципите на Галилей към него, определя параболичния характер на траекторията и установява други сега добре известни балистични теореми. По-специално, обобщавайки наблюдението на Галилей, той забеляза, че движението на хвърлено тяло е обратимо явление. По този начин идеята, че динамичните явления са обратими, тоест, че времето в галилеевата механика е подредено, но лишено от ориентация, се връща към Галилей и Торичели.
Торичели дава пет балистични таблици, очевидно първите таблици вистория на артилерията и, опасявайки се, че практикуващите, за които са предназначени тези таблици, не разбират латински, той внезапно преминава на италиански.
ДЖОВАНИ АЛФОНСО БОРЕЛИ
Джовани Алфонсо Борели (1608-1679), неаполитанец (според други източници, месинец), също принадлежи към учениците на Галилей - един от най-проницателните умове на италианската наука от 17 век. Борели очаква идеята на Нютон, че планетите се движат към слънцето по същата причина, поради която тежките тела се движат към земята. Неговото сравнение на движението на камък, въртящ се на ръба на прашка, и движението на планета около Слънцето, според почти единодушното мнение на всички критици, е първият зародиш на теорията за динамичното равновесие на движещите се планети. Според Борели "инстинктът", който кара планетата да се движи към Слънцето, се балансира от тенденцията на всяко тяло да се отдалечава от центъра. Борели смята, че тази vis repelens или центробежната сила, както я наричаме сега, е обратно пропорционална на радиуса на описаната окръжност.
В своя труд по механика "De vi percussionis" ("За силата на удара"), 1667 г., по-широк по смисъл, отколкото предполага заглавието, той дава законите на централното сблъсък на две нееластични сфери, които са валидни и днес. В тази работа той има за цел да определи какво би било ефективното движение на падащи тела, като приеме (ex mera hypothesi - "чисто хипотетично", добавя той с предпазливост, особено необходимо, тъй като той е бил монах), че телата участват в равномерното кръгово ротационно движение на Земята. И стига до извода за отклонението на телата на изток, което е експериментално потвърдено едва през 1791 г. от Джован Батиста Гулиелмини (?-1817) при експерименти с падане на тела от кулата на Асинели в Болоня.
Най-доброто творение на Borelli, достойноувенчавайки всички други негови творби, е неговият труд "De motu animalium" ("За движението на животните"), публикуван посмъртно в два тома през 1680-1681 г. в Рим, където Борели умира в дълбока бедност.
Първият том описва структурата, формата, действието и възможностите на мускулите на хората и животните. Във втория том с помощта на механични аналогии се разглеждат мускулните контракции, сърдечните движения, кръвообращението, храносмилането. Тази работа, преиздавана многократно, бележи началото на ново научно направление - ятромеханика. Особено възхищение предизвиква глава XXII за полета на птиците (De volatu), която поради това е публикувана много пъти отделно.
Скоро след откриването на "медицинските планети", тоест първите четири спътника на Юпитер, Галилей има идеята да ги използва за определяне на географската дължина на място, което, както е известно, е от голямо значение за навигаторите. Теоретично дефиницията на географската дължина изглежда много проста: след като се изчислят за едно място ефемеридите, които определят момента, в който спътникът навлезе в конуса на сянката на Юпитер, достатъчно е да се зададе времето, когато това явление се наблюдава на друго място, за да се намери разликата в географските дължини на двете места чрез разликата в тези времена. Но прилагането на този метод изисква таблици с ефемериди и два хронометъра.
През 1612 г., след това през 1616 г. и дори по-късно през 1630 г. Галилей се опитва да влезе в преговори с испанското правителство, за да му предаде това откритие, но опитите му са неуспешни. През 1636 г. той отново се обръща с това предложение към генералните щати на Холандия, които с радост приемат това предложение, незабавно назначават специална комисия, която да го разгледа и решава да изпрати златна огърлица на стойност 500 флорина като подарък на Галилей. Комисията отбеляза някои недостатъци на проекта на Галилей, който той призна за справедлив, но достапреодолими. Въпросът обаче не можеше да бъде разрешен чрез кореспонденция, така че Галилей предложи представители на генералните имоти да дойдат при него в Арчетри. Приятелите на Галилей се обърнаха към секретаря на принца на Оранж Константин Хюйгенс, баща на Кристиан Хюйгенс, с молба за помощ, използвайки високото си положение в Генералните имоти. Константин Хюйгенс приема предложението и довежда преговорите до щастлив край. Съобщението за тях обаче достига до кардинал Франческо Барберини, който незабавно нарежда на генералния инквизитор на Флоренция да попречи на преговорите. Затова Галилей прекъсна преговорите и отказа подаръка на генералните имоти, който точно в онези дни му беше доставен от търговска делегация.
Не виждаме причина да не се доверим на холандския учен, чийто дизайн на часовника е по-нисък от този на Галилей в механизма за измъкване, тъй като той запази древното несъвършено устройство, но значително надмина Галилей, заменяйки тежестта с пружина с баланс.