Galileo. Princip relativity - cesta objevu

Během svého dlouhého života Galileo Galilei učinil řadu velkých objevů v oblasti fyziky, astronomie a metodologie. Hlavním úspěchem této velké mysli byl princip vědeckého poznání - experimentální pozorování a matematický popis výsledků experimentů. Vědec věnoval dobrou část svého života vytvoření nové vědy, kde každá zkušenost, každý experiment nebyl založen na spekulativních závěrech, ale byl důsledně potvrzen matematickými výpočty.

Galileo a nová věda

Nejvýznamnějším přínosem programu Galileo pro vědu byla změna principů zpracování experimentálních dat. Galileo měl dobré učitele - pomocí díla Archimedes a Pythagoras se podařilo odvodit pravidlo, že experimentální poznatky získané pomocí matematických metod by měly být přivedeny do systému. Vědec použil matematické metody na ty indikátory, které byly potvrzeny nezávislými měřeními. Takže kladl velkou důležitost takovým základním veličinám jako je délka, hmotnost, objem, síla. Odmítl subjektivní pojmy - zápach, ucho pro hudbu, krásu, chuť. Pokud pozorovatel chybí, pak podle výzkumníka zmizí subjektivní hodnoty. Tento princip byl základem mnoha pozoruhodných objevů vědce, z nichž jeden je znám jako "mechanický princip galilejské relativity".

Výuka pohybu

Nové zásady studování pohybu systému Galileo se vyvíjely v Pise a Padově. Zde byly shromážděny a zavedeny všechny poznatky v oboru mechaniky a kinematiky, které byly v té době známy. Doktrína vlastností kyvadla byla jedním z prvních matematicky odůvodněných objevů, pro které se Galileo stal slavným. Princip relativity je v podstatě založen na pozorování výzkumného pracovníka v kostele, když jako student sledoval fluktuace lustrů v katedrálech. Při absenci přesného času se doba impulzního impulzu počítala na dobu tlumení oscilací obrovských lamp. Poté toto pozorování vytvořily základ zdravotnického zařízení určeného k měření pulsu.

Dogmas of Aristotle

Na učení Aristotle založené všechny vědy té doby. Církev plně podpořila jeho myšlenky a ve středověku to bylo považováno za téměř arogantní, když se Aristotelovi zpochybnil. Nicméně, tam byli učenci, kteří napadli neotřesitelnou moudrost starověkého Řeka. Jednou z těchto statečných duší byl Galileo, jehož princip relativity se začal objevovat až po ověření empirických výroků Aristotle. Vědci si proto všimli, že těla, které se od sebe navzájem liší, klesají s téměř stejnou rychlostí. Malé rozdíly Galileo správně vysvětlil vliv tření vzduchu. Vědec byl pobouřen Aristotelem a jeho následovníky, kteří tvrdili, že jádro 100-libra děla by padlo pouhých 100 stop a kulička o velikosti libry by padla jen jedna noha. Praktické experimenty, jak tvrdí Galileo, vedly k rozdílům ve vzdálenosti, kterou lze měřit několika prsty. Jak zjistíte, že mezi prsty je aristotelský rozdíl o 99 stop - Galileo se zeptal stoupenců učení Aristotle.

Princip kyvadla

Práce s kyvadlem vedly Galileo k opakování experimentu s míčem odvíjejícím se z kopce do kopce. Dokázal, že pohyb takového míče bude pokračovat až do třecí síla nezastaví se. Při absenci tření bude taková koule oscilovat ve studni po libovolně dlouhou dobu. V omezujícím případě, když není žádné tření a druhý kopec chybí, pád míče bude trvat neomezeně. Galileo tak experimentálně potvrdil První zákon Newtona: při nepřítomnosti vnějších sil se tělo bude pohybovat rovnou cestou s konstantní rychlostí po nekonečně dlouhou dobu. Takže v rukou vědce byl klíč k odhalení věčného pohybu planet. Galileo prokázal, že vnější síla pro jednotný pohyb nebeských těles není nutná, protože tento pohyb pokračuje sama.

Ze zkušeností - k hvězdám

V té době měli vědci dlouhé diskuse o tom, zda se Země otáčí, a pokud ano, proč obyvatelé této planety nedodržují pohyb. V tomto sporu byl Galileo zastáncem rotace naší planety. Vědec byl velmi ovlivněn pracemi jeho předchůdců. V dílech Nikolaje Orem, Nikolaje Kuzanskyho, Copernicuse a Giordana Bruna bylo uvedeno, že lidé nemohou ocenit rotaci Země jen proto, že planeta je příliš velká pro pozorovatele. Být v jakémkoli bodě vesmíru, na kterékoli planetě, se pozorovateli bude zdát, že se kolem něj pohybuje vše. Galileo tak postupně potvrdil rovnost všech pozorovacích systémů a zasáhl těžkou ránu antropocentrismu. Schopnost odlišit pohyb od stavu odpočinku je možná pouze v případě, že existuje možnost srovnání, tvrdí Galileo. Zásada relativity byla omezena na skutečnost, že v uzavřeném fyzickém systému není možné určit, zda je tento systém v klidu, nebo dělá jednotný přímočarý pohyb.

Galilejské transformace

Transformace, se kterými společnost Galileo fungovala, nám umožňují dokázat, že v jakémkoliv systému, který se pohybuje jednotně a přímočaře, se fyzické procesy chovají přesně stejným způsobem. Toto prohlášení lze dokázat vytvořením dvojice inerciálních referenčních systémů k a k '. Vzhledem k tomu, že oba systémy jsou inerciální, každý z nich se pohybuje rovnoměrně a přímočaře podél osy x. Bod M se pohybuje v obou referenčních systémech.

Abychom vytvořili spojení mezi těmito systémy, začněte čtení od okamžiku, kdy se počátek souřadnic shoduje v čase, tj. T = t '. Pak rovnice pohybu bodu M budou mít následující podobu:

Tyto rovnice charakterizují matematický princip galilejské relativity. Galilejské transformace jsou pravdivé pro pohyb jakéhokoli těla podle zákonů klasické mechaniky.

Obhajovat své vlastní nápady

Galileo opakovaně obhájil své myšlenky kritiky. Když mluvil o konstantním a jednotném pohybu, uvedl jako příklad objekty, které padaly ze stožáru lodi, která plachtuje konstantní rychlostí. Když jeho oponenti začali mluvit o vlivu větru, Galileo nabídl přesunout experiment do kabiny. S pomocí tohoto a dalších ilustrativních příkladů vědec opakovaně prokázal, že jednotný pohyb místa experimentu neovlivňuje experimenty spojené s pádem těl s úbytkem projektilů. Jednotný pohyb nemohou být detekovány žádnými experimenty prováděnými v rámci systému - požadoval Galileo. Zásada relativity referenčních systémů byla přijata oponenty s nepřátelstvím. Galileo s důstojností, bránící svou nevinnost, byl konfrontován se silným nesouhlasem většiny vědců, které jim posměvačně nazývali "papíroví filozofové". Na konci svého života se církev zajímala o vědce a pod jejím tlakem byl Galileo nucen veřejně zřeknout se některých jeho názorů.

Závěr

V 19. století se v souvislosti s objevením zákonů elektrodynamiky ukázalo, že nové zákony a Galileanský princip neodpovídají navzájem. Lorentzovy transformace umožnily aplikovat principy relativity ve světě elektrodynamiky. Einstein konečně smířil protiklady vytvářením svého vlastního speciální teorie relativity. V případech, kdy je rychlost těla mnohem menší než světlo, Galilejské transformace neztrácejí svůj význam. V současné době jsou úspěšně používány.