Галилей, как и многие ученые того времени, работал во многих областях физики и не только физики. К числу его наиболее существенных результатов следует отнести открытие законов движения. Это является вершиной достижений Галилея, он заложил два краеугольных камня современной динамики: принцип инерции и классический принцип относительности. В соответствии с принципом относительности законы механики инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея.
Основные принципиальные положения в области механики изложены в двух знаменитых трудах Галилея: "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой", вышедшей во Флоренции в 1632 г., и "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению" (в те времена под механикой понималось движение небесных тел), опубликованной в Лейдене в 1638 г. В этих работах он окончательно развенчивает последователей Аристотеля - перипатетиков. Здесь же появляются рассуждения о конечности скорости света, и рассматривается способ ее измерения. В последней работе уже математически четко формулируются законы равнопеременного движения: пропорциональность скорости времени движения, квадратичная зависимость пути от времени, принцип сложения перемещений, параболичность траектории брошенного тела.
Главной же заслугой Галилея является то, что он ввел в исследование новый образ мышления, использовал в полной мере экспериментальный метод. Его наряду с Леонардо следует считать основоположником экспериментального метода в физике. При этом Галилей нигде не дает абстрактного изложения этого метода. Но суть его видна в конкретных постановках и обсуждении исследований частных явлений природы, и можно выделить 4 основные фазы исследования:
1 - восприятие явления, чувственный опыт;
2 - аксиома или рабочая гипотеза с критическим рассмотрением результатов чувственного опыта;
3 - математическое развитие, нахождение логических следствий из принятой гипотезы
4 - опытная проверка, высший критерий всего пути открытия.
Во времена Галилея было и другое направление физики, одним из представителей которого был Декарт.
Декарт Рене (Картезий) (31.03.1596-11.02.1650) – французский философ, физик, математик и физиолог. Родился в Лаэ близ Тура в знатной, но небогатой семье. Окончил иезуитский колледж Ла-Флеш в Анжу (1614) и университет в Пуатье (1616). Был некоторое время военным, путешествовал. В 1628-49 жил в Голландии, в 1649 переехал в Стокгольм, где и умер.
Физические работы в области механики, оптики и строения Вселенной. Ввел понятия количества движения, сформулировал закон его сохранения (но без учета того, что скорость – вектор). Стремился построить общую картину природы, в которой все явления объяснялись бы как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи. Злоупотреблял гипотетическими построениями, не имея достаточной экспериментальной основы.
В математике первым ввел понятие переменной и функции, заложил основы аналитической геометрии, которые были представлены в работе "Геометрия" (1637). Основоположник рационализма в теории познания, считал, что человеческий разум играет главную роль при оценке результатов научных исследований.
По Декарту физика должна иметь цель сделать людей "господами и хозяевами природы". Для Декарта физика должна отвечать на вопрос, почему происходят явления, а по Галилею - должна исследовать, как они происходят. Декарт поставил задачу математизации физики по типу эвклидовой геометрии: небольшое количество очевидных аксиом, на которые опирается упорядоченная последовательность выводов. Однако развитие физики в целом показало несостоятельность рассуждений Декарта, но ряд положений сыграл положительную роль в развитии науки, в частности, принцип причинности в общей механике.
Учение Галилея распространялось по Европе, его "Механика" в 1634 г. была переведена на французский язык. Таким образом, у Галилея появились последователи, в числе которых были не только его непосредственные ученики.
Из прямых учеников Галилея наиболее блестящим был Торичелли.
Торичелли Эванжелиста (15.10.1608-25.10.1647) – итальянский физик и математик. Родился в Фаэнце в небогатой семье, воспитывался у дяди, бенедиктинского монаха. Учился в иезуитском колледже, а затем в Риме у Б.Кастелли, друга и ученика Галилея. В 1641 переехал в Арчетри, где помогал Галилею. В 1642 стал придворным математиком герцога Тосканского и профессором математики и физики Флорентийского университета.
Основные работы в области пневматики и механики. В 1643 открыл атмосферное давление, стимулировал изучение вакуума (Торичеллева пустота), нанеся удар по утверждению: “природа боится пустоты”. Усовершенствовал воздушный термоскоп Галилея, переделав его в спиртовой термометр. Объяснил ветер изменениями атмосферного давления. В трактате “О движении свободно падающих и брошенных тяжелых тел” (1641) установил параболичность траектории тел, брошенных под углом к горизонту, доказал другие теоремы баллистики. Сформулировал (1641) закон вытекания жидкости из отверстий сосуда (формула Торичелли).
Первые работы Торичелли были посвящены исследованию механического движения: формулировка принципа движения центра тяжести, изучение движения тела, брошенного под произвольным углом, и истечения жидкости из отверстия в дне сосуда. Он выдвинул гипотезу, эквивалентную закону сохранения энергии. Основным же достижением Торичелли является открытие и исследование атмосферного давления, что вызвало большой резонанс среди физиков. Он также по существу открыл закон о распространении давления газа во все стороны, который окончательно сформулировал Паскаль.
Паскаль Блез (19.06.1623-19.08.1662) – французский математик, физик, философ и писатель. Родился в Клермон-Ферране в семье юриста, занимавшегося также математикой. Получил домашнее образование.
Основные физические работы относятся к гидростатике, где в 1653 сформулировал один из фудаментальных ее законов о полной передаче жидкостью производимого на нее давления (закон Паскаля), установил принцип действия гидростатического пресса. Также высказал идею о зависимости атмосферного давления от высоты, открыл зависимость давления от температуры и влажности воздуха и предложил использовать барометр для предсказания погоды.
Рано проявил выдающиеся математические способности, является классическим примером отроческой гениальности. В 16 лет сформулировал одну из основных теорем проективной геометрии, в 1640-44 сконструировал суммирующую машину. Известен работами по арифметике, теории чисел, алгебре, сформулировал ряд основных положений теории вероятности.
В области философии четко сформулировал основные положения научного познания, развил понятия «философия разума» и «философия сердца».
В его честь названа единица давления - паскаль.
Еще одно открытие Галилея - изохронизм маятника - позволили ему разработать конструкцию маятниковых часов, но она им не была реализована. Гюйгенс, считая себя продолжателем Галилея и Торичелли, создал маятниковые часы, о чем сообщил в 1657 г.
Гюйгенс Христиан (14.04.1629-08.07.1695) – голландский физик, механик, математик и астроном, член Парижской АН, первый иностранный член Лондонского королевского общества. Родился в Гааге в богатой и знатной семье крупного политического деятеля. Учился в университетах Лейдена (1645-47) и Бреда (1647-49). В 1665-81 жил и работал в Париже, с 1681 – в Гааге.
Работы в области механики, оптики, молекулярной физики. Сконструировал первые маятниковые часы (1656) и разработал их теорию, вывел законы упругого удара. В 1678 в мемуарах в Парижскую АН разработал волновую теорию света (Трактат о свете – 1690). Ввел понятие ось кристалла при исследовании двойного лучепреломления, открыл в 1678 поляризацию света. Совместно с Р.Гуком установил (1665) постоянные точки термометра – температуры таяния льда и кипения воды. Показал (1667), что при замерзании вода расширяется. Усовершенствовал телескоп (окуляр Гюйгенса, ввел диафрагмы). Открыл кольцо Сатурна и его первый спутник – Титан. Первым пришел к выводу о сплющенности Земли у полюсов, высказал идею об измерении ускорения свободного падения с помощью секундного маятника.
В 1673 г. в Париже был опубликован шедевр Гюйгенса "Качающиеся часы, или о движении маятника", в котором описано кроме часов движение тел по циклоиде, движение кругового маятника, центробежная сила. Он начал построение динамики нескольких тел, в частности, вывел законы соударения упругих тел, ввел по существу представление о сохранении кинетической энергии при ударе, т.е. утверждал, что произведение "каждого тела" на квадрат его скорости до и после удара не меняется.
В 17 веке широко проводились исследования по аэростатике, которые активизировались после открытия Торичелли атмосферного давления и пустоты. Отто фон Герике (1602-1686) были проведены первые работы по созданию пневматических машин и насосов для откачки воздуха, широко известен его опыт с магдебургскими полушариями.
Бойль, один из наиболее проницательных ученых, воспитанных на трудах Галилея, также вел широкие эксперименты с воздухом: определение веса воздуха, измерение степени разрежения воздуха, доказательство невозможности без воздуха горения, жизни, распространения звука.
Бойль Роберт (25.01.1627-30.12.1691) – английский химик, физик и философ, член Лондонского королевского общества (1663). Родился в Лисморе (Ирландия) в многодетной (14 детей) семье графа Корка. Учился в Итоне, Швейцарии, Италии. С 1654 жил в Оксфорде, в 1668 переехал в Лондон.