Fysisk vitenskap

fysikk

mekanikk

Kampen for kopernikanismen ble utkjempet i så vel mekanikken som astronomien. Det Ptolemaisk – Aristoteliske systemet sto eller falt som en monolit, og det hviler på ideen om Jordens fiksitet i sentrum av kosmos. Å fjerne jorden fra sentrum ødela læren om naturlig bevegelse og sted, og jordens sirkulære bevegelse var uforenlig med den aristoteliske fysikken.

Galileos bidrag til mekanikkvitenskapen var direkte relatert til hans forsvar av kopernikanismen. Selv om han i sin ungdom holdt seg til den tradisjonelle drivkraftfysikken, førte hans ønske om å matematisere på samme måte som Archimedes, til at han forlot den tradisjonelle tilnærmingen og utviklet grunnlaget for en ny fysikk som både var svært matematisk og direkte relatert til problemene den nye kosmologi. Interessert i å finne den naturlige akselerasjonen av fallende kropper, var han i stand til å utlede loven om fritt fall (avstanden, s, varierer som tidens kvadrat, t ²). Ved å kombinere dette resultatet med sin rudimentære form av treghetsprinsippet, var han i stand til å utlede den paraboliske banen til prosjektilbevegelse. Videre gjorde treghetsprinsippet ham i stand til å møte de tradisjonelle fysiske innvendingene mot jordens bevegelse: siden et legeme i bevegelse har en tendens til å forbli i bevegelse, vil prosjektiler og andre gjenstander på den jordiske overflaten ha en tendens til å dele jordens bevegelser, som dermed vil være umerkelig for noen som står på jorden.

1600-tallets bidrag til mekanikken til den franske filosofen René Descartes, som hans bidrag til den vitenskapelige innsatsen som helhet, var mer opptatt av problemer i vitenskapens grunnlag enn med løsningen av spesifikke tekniske problemer. Han var hovedsakelig opptatt av forestillinger om materie og bevegelse som en del av sitt generelle program for vitenskap - nemlig å forklare alle naturens fenomener når det gjelder materie og bevegelse. Dette programmet, kjent som den mekaniske filosofien, kom til å være det dominerende temaet for 1600-tallets vitenskap.

Descartes avviste ideen om at ett stykke materie kunne handle på et annet gjennom tomt rom; i stedet må krefter forplantes av et materielt stoff, "eteren", som fyller all plass. Selv om materie har en tendens til å bevege seg i en rett linje i samsvar med treghetsprinsippet, kan den ikke okkupere plass som allerede er fylt av annen materie, så den eneste typen bevegelse som faktisk kan oppstå er en virvel der hver partikkel i en ring beveger seg samtidig.

I følge Descartes er alle naturfenomener avhengig av kollisjoner av små partikler, og derfor er det av stor betydning å oppdage de kvantitative lovene om påvirkning. Dette ble gjort av Descartes disippel, den nederlandske fysikeren Christiaan Huygens, som formulerte lovene om bevaring av momentum og kinetisk energi (sistnevnte gjelder bare for elastiske kollisjoner).

Arbeidet til Sir Isaac Newton representerer kulminasjonen av den vitenskapelige revolusjonen på slutten av 1600-tallet. Hans monumentale Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Matematiske prinsipper for naturfilosofi) løste de største problemene som den vitenskapelige revolusjonen i mekanikk og kosmologi utgjorde. Det ga et fysisk grunnlag for Keplers lover, enhetlig himmel- og landfysikk under ett sett med lover, og etablerte problemene og metodene som dominerte mye av astronomi og fysikk i godt over et århundre. Ved hjelp av maktbegrepet var Newton i stand til å syntetisere to viktige komponenter i den vitenskapelige revolusjonen, den mekaniske filosofien og matematiseringen av naturen.

Newton var i stand til å utlede alle disse slående resultatene fra sine tre bevegelseslover:

1. Hvert organ fortsetter i sin hviletilstand eller i bevegelse i en rett linje med mindre det er tvunget til å endre denne tilstanden med makt imponert på den;

2. Bevegelsesendringen er proporsjonal med motivkraften som er imponert, og gjøres i retning av den rette linjen den kraften er imponert i;

3. For hver handling er det alltid motstand mot en lik reaksjon: eller, de to organers innbyrdes handlinger på hverandre er alltid like.

Den andre loven ble satt i sin moderne form F = ma (hvor a er akselerasjon) av den sveitsiske matematikeren Leonhard Euler i 1750. I denne formen er det tydelig at hastighetsendringshastigheten er direkte proporsjonal med kraften som virker på en kropp og omvendt proporsjonal med dens masse.

For å anvende lovene sine på astronomi, måtte Newton utvide den mekaniske filosofien utover de grensene som ble satt av Descartes. Han postulerte en gravitasjonskraft som virker mellom to objekter i universet, selv om han ikke var i stand til å forklare hvordan denne styrken kunne forplantes.

Ved hjelp av sine bevegelseslover og en gravitasjonskraft proporsjonal med den omvendte firkanten av avstanden mellom sentrene til to legemer, kunne Newton utlede Keplers lover om planetbevegelse. Galileos lov om fritt fall stemmer også overens med Newtons lover. Den samme kraften som får gjenstander til å falle nær overflaten av Jorden, holder også Månen og planetene i banene sine.

Newtons fysikk førte til konklusjonen at formen på Jorden ikke er nøyaktig sfærisk, men burde bule ut ved Ekvator. Bekreftelsen av denne spådommen ved franske ekspedisjoner på midten av 1700-tallet bidro til å overtale de fleste europeiske forskere til å skifte fra kartesisk til Newtonsk fysikk. Newton brukte også den ikke-sfæriske formen på Jorden for å forklare ekvivalensens presesjon, ved å bruke differensialvirkningen fra Månen og Solen på ekvatorialbukken for å vise hvordan rotasjonsaksen ville endre retning.

optikk

Vitenskapen om optikk på 1600-tallet uttrykte det grunnleggende synet på den vitenskapelige revolusjonen ved å kombinere en eksperimentell tilnærming med en kvantitativ analyse av fenomener. Optikk hadde sin opprinnelse i Hellas, spesielt i verkene til Euclid (ca. 300 f.Kr.), som uttalte mange av resultatene i geometrisk optikk som grekerne hadde oppdaget, inkludert refleksjonsloven: innfallsvinkelen er lik vinkelen av refleksjon. På 1200-tallet vurderte slike menn som Roger Bacon, Robert Grosseteste og John Pecham, avhengig av arbeidet til den arabiske Ibn al-Haytham (død ca. 1040), en rekke optiske problemer, inkludert regnbuens optikk. Det var Kepler som tok ledelsen fra skriftene til disse optikerne fra 1200-tallet, som satte tonen for vitenskapen på 1600-tallet. Kepler introduserte punkt-for-punkt-analyse av optiske problemer, og spore stråler fra hvert punkt på objektet til et punkt på bildet. Akkurat som den mekaniske filosofien brøt verden opp i atomdeler, så nærmet Kepler optikken ved å bryte den organiske virkeligheten til det han anså for å være reelle enheter. Han utviklet en geometrisk teori om linser, og ga den første matematiske beretningen om Galileos teleskop.

Descartes prøvde å innlemme lysfenomenene i mekanisk filosofi ved å demonstrere at de helt kan forklares med tanke på materie og bevegelse. Ved hjelp av mekaniske analogier var han i stand til å utlede matematisk mange av de kjente egenskapene til lys, inkludert refleksjonsloven og den nyoppdagede brytningsloven.

Mange av de viktigste bidragene til optikk på 1600-tallet var arbeidet med Newton, spesielt teorien om farger. Tradisjonell teori betraktet farger som et resultat av modifisering av hvitt lys. Descartes mente for eksempel at farger var et resultat av spinnet til partiklene som utgjør lys. Newton opprørte den tradisjonelle teorien om farger ved å demonstrere i et imponerende sett med eksperimenter at hvitt lys er en blanding som separate bjelker med farget lys kan skilles fra. Han assosierte forskjellige grader av oppfriskbarhet med stråler i forskjellige farger, og på denne måten var han i stand til å forklare måten prismer produserer spektre av farger fra hvitt lys.

Hans eksperimentelle metode ble preget av en kvantitativ tilnærming, siden han alltid søkte målbare variabler og et tydelig skille mellom eksperimentelle funn og mekaniske forklaringer på disse funnene. Hans andre viktige bidrag til optikk omhandlet interferensfenomener som ble kalt "Newtons ringer." Selv om fargene på tynne filmer (f.eks. Olje på vann) tidligere hadde blitt observert, var det ingen som hadde forsøkt å kvantifisere fenomenene på noen måte. Newton observerte kvantitative forhold mellom tykkelsen på filmen og diametrene til fargene ringer, en regelmessighet han forsøkte å forklare med sin teori om passformer for enkel overføring og passformer for enkel refleksjon. Til tross for det faktum at han generelt tenkte seg lys som partikkelformig, involverer Newtons teori om passform periodisitet og vibrasjoner av eter, det hypotetiske flytende stoffet gjennomsyrer all plass (se over).

Huygens var den andre store optiske tenkeren på 1600-tallet. Selv om han var kritisk til mange av detaljene i Descartes system, skrev han i den kartesiske tradisjonen og søkte rent mekaniske forklaringer på fenomener. Huygens betraktet lys som noe av et pulsfenomen, men han benektet eksplisitt periodisiteten til lyspulser. Han utviklet begrepet bølgefronten, ved hjelp av hvilken han var i stand til å utlede lovene om refleksjon og refraksjon fra sin pulsteori og å forklare det nylig oppdagede fenomenet med dobbel brytning.