Метод галилея

Заслугой Галилея в истории науки является также разработка им экспериментального метода изучения природы.

Источником познания, по Галилею, является только опыт. Но заслуги Галилея заключаются не только в том, что он провозгласил и защитил положение об опыте как источнике познания. Опыт как источник познания провозглашался до Галилея и наука фактически, в конце концов, строилась на опыте и до Галилея. Да и Аристотель признавал это. Для развивающейся науки важно было найти, каким образом из опыта должно строиться познание, то есть найти правильный научный метод опытного познания; Галилей как раз и нашел его.

До Галилея опыт был лишь исходным пунктом познания. И метод исследования в общих чертах состоял главным образом из двух звеньев: первое звено — непосредственные наблюдения, обычно просто случайные, и второе звено — построение очень часто самой общей теории на основании этого наблюдения. Третье же звено, заключающееся в проверке выводов из построенной теории, либо совсем отсутствовало, либо находилось в зачаточном состоянии, и не было сколько-нибудь развито. Поэтому наука древности имела созерцательный характер; таковой же она осталась и в рамках средневековой схоластики.

Такой была астрономия Аристотеля и Птолемея. Она основывалась на непосредственных ощущениях, на первых впечатлениях, которые заключаются в том, что человек чувствует себя вместе с Землей неподвижным, а Солнце, Луну, планеты и звезды наблюдает как движущиеся. Исходя из этих непосредственных ощущений, Аристотель, а затем Птолемей, построили всю систему вселенной. То же можно сказать и о догалилеевской динамике. В ее основе также лежали непосредственные наблюдения, не проанализированные сколько-нибудь подробно. Повседневная практика древности и средних веков показывала, например, что для того, чтобы вести повозку с большей скоростью, нужно приложить и большее усилие, или, что при падении тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Этих и подобных наблюдений Аристотелю тогда казалось достаточно, чтобы построить целую систему всей динамики, имевшую ложный характер. И ни Аристотелю, ни его ученикам не приходило в голову попробовать не просто согласовать теорию движения с наблюдаемыми фактами, а вывести следствия из этой теории и на специально поставленных экспериментах убедиться в правильности или неправильности ее. Но то, чего не сделали ученые, сделала сама практика, которая привела к необходимости экспериментального познания.

Уже Коперник в астрономии оторвался от непосредственных ощущений человека и отделил то, что нам кажется, от того, что есть на самом деле. Коперник вскрыл действительные движения, которые реально существуют во вселенной. Сделал он это путем введения гипотезы, которая не следует непосредственно из наблюдаемых фактов, а представляет собой их творческое обобщение. Непреложная истинность гипотезы могла быть доказана лишь путем предсказания на ее основании новых фактов, подтверждаемых на опыте.

То, что начал Коперник в астрономии, продолжил Галилей, защищая систему Коперника, обосновывая динамику и развивая другие области естественных наук.

Исследуя движение, Галилей отрывается от непосредственно данного нам в ощущении, от непосредственно наблюдаемого на опыте. Законы и положения, на которых Галилей строит динамику, являются научными абстракциями, то есть такими законами и положениями, которые непосредственно не даны в каком-либо одном конкретном единичном факте. Таков, например, закон инерции, устанавливаемый Галилеем. Он непосредственно не мог быть проверен на единичном опыте, нельзя было непосредственно наблюдать, чтобы тело бесконечно долго двигалось с постоянной скоростью по прямой линии. И закон о том, что все тела падают с одинаковым ускорением, не мог быть проверен во времена Галилея непосредственно на единичном эксперименте. Наблюдение показывало, что при разных условиях падение тела может происходить по-разному.

Но научная абстракция, как более глубокое проникновение в сущность явлений, чем простая констатация факта или группы фактов, как выражение того общего, что скрывается в этих фактах, выходит за рамки тех явлений, на основе исследования которых она впервые возникает, и тогда научная абстракция выражается в форме гипотезы. Эта гипотеза дает возможность предвидеть новые факты и явления на основе выводов из нее. Поэтому научная гипотеза становится руководящей идеей в дальнейшем научном исследовании. Одновременно проверка выводов из ее следствий, из ее предсказаний превращает гипотезу в научный закон. По этому пути пошло развитие гипотезы Коперника, которая с последующим развитием астрономии и механики превратилась в теорию строения вселенной.

Так обстояло дело с принципами, положенными Галилеем в основу механики. Возникшие первоначально в форме гипотез, они стали руководящими идеями в последующем развитии механики, и это последующее развитие механики, подтвердив их, перевело их из ранга гипотез в ранг физических законов. Частично эту работу проделал уже сам Галилей, исследовав различные случаи движения тел в поле тяжести — свободное падение, движение по наклонной плоскости и т. д. Но завершение этого процесса развития классической динамики относится уже к последующему времени.

Экспериментальный метод Галилея особенно отчетливо виден на примере исследования им законов падения тел. Галилей начинает с предположения о том, что тела падают с постоянным ускорением, то есть что приращение скорости падающего тела пропорционально времени. Это еще гипотеза; она основана на непосредственном наблюдении и на некоторых соображениях. Из этой гипотезы Галилей выводит следствие. Именно он доказывает математически, что если тела падают равноускоренно, то есть так, что скорость растет пропорционально времени, то пройденный телом путь должен быть пропорционален квадрату времени. Это следствие и проверил Галилей.

В этом экспериментальном исследовании совершенно отчетливо содержится новое звено, которого не существовало до Галилея (или оно было только лишь в зачаточном состоянии): оправдание развитой теории путем проверки следствий из нее на целесообразно поставленных экспериментах.

Резюмируя, можно охарактеризовать метод научного исследования Галилея следующим образом: из наблюдений и опытов устанавливается предположение — гипотеза, которая хотя и является обобщением опытов, но включает в себя нечто новое, что непосредственно не содержится в каждом конкретном опыте. Гипотеза дает возможность вывести строго математическим и логическим путем определенные следствия, предсказать некоторые новые факты. Эти факты можно проверить на опыте. Проверка следствий и подтверждает гипотезу — превращает ее в физический закон. Таков метод, которому следовал Галилей.

В своих основных чертах этот метод и становится основным методом, следуя которому развивается далее естествознание.

Оценивая метод Галилея как познание мира от простого созерцания к абстракции и от абстракции к практике, Гейзенберг писал: «Галилей ставит вопрос, как падали бы тела, если бы не было сопротивления воздуха — как они падали бы в «пустом пространстве». Ему удалось математически сформулировать законы для теоретического движения, которые экспериментально реализовать можно только приблизительно. Вместо непосредственного изучения процессов природы, нас окружающих, выступает математическая формула предельного закона, который можно проверить только при исключительных условиях».

Таким образом, Галилей соединил физику с математикой. До Галилея физика и математика существовали порознь. Физики были заняты умозрительным объяснением причин различных явлений, тогда как математики имели дело с искусственными моделями, которые придумывались только для описания наблюдаемых явлений и не претендовали на раскрытие их причин. Галилей снимает различие между физикой как наукой, объясняющей причины движения, и математикой как наукой, позволяющей описать это движение, т. е. сформулировать его закон...

Подводя теперь итоги рассмотрению деятельности и научного творчества Галилея, мы должны подчеркнуть следующее. Галилей целиком отбросил перипатетическое представление о вселенной, о материи и движении и старые взгляды на задачи и методы науки. Галилей разработал и взял в основу науки экспериментальный метод исследования природы, придав ему современные черты: создание модели реального процесса, абстрагирование от несущественных фактов, многократное повторение опытов. В этом Галилей пошел дальше Ф. Бэкона. Установление этого метода и явилось началом развития естествознания – самостоятельной системы наук о природе.

При этом Галилей не только обратился к физическому опыту, но и соединил физику с математикой, возродив математический подход Архимеда к исследованию природы, провозгласив, что книга природы написана на языке математики, ее буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без анализа которых человеку невозможно понять ее речь.

Галилей заложил основы нового представления о природе и ее закономерностях, о материи и движении. Это новое мировоззрение — механический материализм - в последующее время стало основным мировоззрением физиков и естествоиспытателей.

Галилей положил начало динамике, создав ее фундамент; установленные им принципы явились руководящими в развитии классической механики XVII столетия.

С Галилея начинается новый период, в который физика оформилась в самостоятельную науку — одну из областей естествознания.