Physik
Mechanik
Der Kampf um den Kopernikanismus wurde sowohl im Bereich der Mechanik als auch der Astronomie geführt. Das ptolemäisch-aristotelische System stand oder fiel als Monolith und beruhte auf der Idee der Fixierung der Erde im Zentrum des Kosmos. Das Entfernen der Erde aus dem Zentrum zerstörte die Lehre von natürlicher Bewegung und Ort, und die Kreisbewegung der Erde war mit der aristotelischen Physik unvereinbar.
Galileos Beiträge zur Wissenschaft der Mechanik standen in direktem Zusammenhang mit seiner Verteidigung des Kopernikanismus. Obwohl er in seiner Jugend an der traditionellen Impulsphysik festhielt, führte sein Wunsch, nach Art von Archimedes zu mathematisieren, dazu, den traditionellen Ansatz aufzugeben und die Grundlagen für eine neue Physik zu entwickeln, die sowohl hochgradig mathematisierbar als auch direkt mit den Problemen der neuen verbunden war Kosmologie. Er war daran interessiert, die natürliche Beschleunigung fallender Körper zu finden, und konnte das Gesetz des freien Falls ableiten (die Entfernung s variiert als Quadrat der Zeit t 2). Durch die Kombination dieses Ergebnisses mit seiner rudimentären Form des Trägheitsprinzips konnte er den parabolischen Pfad der Projektilbewegung ableiten. Darüber hinaus ermöglichte ihm sein Trägheitsprinzip, die traditionellen physischen Einwände gegen die Erdbewegung zu erfüllen: Da ein bewegter Körper dazu neigt, in Bewegung zu bleiben, teilen Projektile und andere Objekte auf der Erdoberfläche tendenziell die Bewegungen der Erde, die somit sein werden für jemanden, der auf der Erde steht, nicht wahrnehmbar.
Die Beiträge des französischen Philosophen René Descartes zur Mechanik im 17. Jahrhundert befassten sich ebenso wie seine Beiträge zum wissenschaftlichen Bestreben insgesamt mehr mit Problemen in den Grundlagen der Wissenschaft als mit der Lösung spezifischer technischer Probleme. Er befasste sich hauptsächlich mit den Konzepten von Materie und Bewegung als Teil seines allgemeinen Wissenschaftsprogramms, nämlich alle Naturphänomene in Bezug auf Materie und Bewegung zu erklären. Dieses Programm, bekannt als mechanische Philosophie, wurde zum dominierenden Thema der Wissenschaft des 17. Jahrhunderts.
Descartes lehnte die Idee ab, dass ein Stück Materie durch den leeren Raum auf ein anderes einwirken könnte; Stattdessen müssen Kräfte von einer materiellen Substanz, dem „Äther“, übertragen werden, der den gesamten Raum ausfüllt. Obwohl Materie dazu neigt, sich gemäß dem Trägheitsprinzip in einer geraden Linie zu bewegen, kann sie keinen Raum einnehmen, der bereits von anderer Materie gefüllt ist. Die einzige Art von Bewegung, die tatsächlich auftreten kann, ist ein Wirbel, in dem sich jedes Teilchen in einem Ring gleichzeitig bewegt.
Laut Descartes hängen alle natürlichen Phänomene von den Kollisionen kleiner Partikel ab. Daher ist es von großer Bedeutung, die quantitativen Wirkungsgesetze zu entdecken. Dies wurde von Descartes 'Schüler, dem niederländischen Physiker Christiaan Huygens, getan, der die Gesetze der Impulserhaltung und der kinetischen Energie formulierte (letztere gelten nur für elastische Kollisionen).
Das Werk von Sir Isaac Newton ist der Höhepunkt der wissenschaftlichen Revolution am Ende des 17. Jahrhunderts. Seine monumentale Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie) löste die Hauptprobleme der wissenschaftlichen Revolution in der Mechanik und in der Kosmologie. Es bildete eine physikalische Grundlage für Keplers Gesetze, vereinte die himmlische und terrestrische Physik unter einem Satz von Gesetzen und legte die Probleme und Methoden fest, die einen Großteil der Astronomie und Physik über ein Jahrhundert lang beherrschten. Mit dem Konzept der Kraft gelang es Newton, zwei wichtige Komponenten der wissenschaftlichen Revolution zu synthetisieren, die mechanische Philosophie und die Mathematisierung der Natur.
Newton konnte all diese bemerkenswerten Ergebnisse aus seinen drei Bewegungsgesetzen ableiten:
1. Jeder Körper bleibt in seinem Ruhe- oder Bewegungszustand in einer geraden Linie, es sei denn, er ist gezwungen, diesen Zustand durch auf ihn ausgeübte Kraft zu ändern.
2. Die Änderung der Bewegung ist proportional zur eingeprägten Antriebskraft und erfolgt in Richtung der geraden Linie, in der diese Kraft eingeprägt wird.
3. Jeder Handlung ist immer eine gleiche Reaktion entgegengesetzt: oder die gegenseitigen Handlungen zweier Körper aufeinander sind immer gleich.
Das zweite Gesetz wurde 1750 vom Schweizer Mathematiker Leonhard Euler in seine moderne Form F = ma (wobei a Beschleunigung ist) gebracht. In dieser Form ist klar, dass die Änderungsrate der Geschwindigkeit direkt proportional zur auf a wirkenden Kraft ist Körper und umgekehrt proportional zu seiner Masse.
Um seine Gesetze auf die Astronomie anzuwenden, musste Newton die mechanische Philosophie über die von Descartes festgelegten Grenzen hinaus erweitern. Er postulierte eine Gravitationskraft, die zwischen zwei Objekten im Universum wirkt, obwohl er nicht erklären konnte, wie sich diese Kraft ausbreiten könnte.
Mit Hilfe seiner Bewegungsgesetze und einer Gravitationskraft, die proportional zum umgekehrten Quadrat des Abstands zwischen den Zentren zweier Körper ist, konnte Newton Keplers Gesetze der Planetenbewegung ableiten. Galileos Gesetz des freien Falls steht auch im Einklang mit Newtons Gesetzen. Dieselbe Kraft, die dazu führt, dass Objekte in die Nähe der Erdoberfläche fallen, hält auch den Mond und die Planeten in ihren Umlaufbahnen.
Newtons Physik führte zu dem Schluss, dass die Form der Erde nicht genau kugelförmig ist, sondern sich am Äquator ausbeulen sollte. Die Bestätigung dieser Vorhersage durch französische Expeditionen Mitte des 18. Jahrhunderts trug dazu bei, die meisten europäischen Wissenschaftler davon zu überzeugen, von der kartesischen zur Newtonschen Physik zu wechseln. Newton benutzte auch die nichtsphärische Form der Erde, um die Präzession der Äquinoktien zu erklären, indem er die unterschiedliche Wirkung von Mond und Sonne auf die äquatoriale Ausbuchtung verwendete, um zu zeigen, wie die Rotationsachse ihre Richtung ändern würde.
Optik
Die Wissenschaft der Optik im 17. Jahrhundert drückte die grundlegenden Perspektiven der wissenschaftlichen Revolution aus, indem sie einen experimentellen Ansatz mit einer quantitativen Analyse von Phänomenen kombinierte. Die Optik hatte ihren Ursprung in Griechenland, insbesondere in den Werken von Euklid (ca. 300 v. Chr.), Der viele der von den Griechen entdeckten Ergebnisse der geometrischen Optik darlegte, einschließlich des Reflexionsgesetzes: Der Einfallswinkel ist gleich dem Winkel der Reflexion. Im 13. Jahrhundert betrachteten Männer wie Roger Bacon, Robert Grosseteste und John Pecham, die sich auf die Arbeit des arabischen Ibn al-Haytham (gestorben um 1040) stützten, zahlreiche optische Probleme, einschließlich der Optik des Regenbogens. Es war Kepler, der sich an den Schriften dieser Optiker aus dem 13. Jahrhundert orientierte und im 17. Jahrhundert den Ton für die Wissenschaft festlegte. Kepler führte die Punkt-für-Punkt-Analyse optischer Probleme ein und verfolgte die Strahlen von jedem Punkt auf dem Objekt zu einem Punkt auf dem Bild. So wie die mechanische Philosophie die Welt in atomare Teile zerlegte, näherte sich Kepler der Optik, indem er die organische Realität in etwas zerlegte, das er als letztendlich reale Einheiten betrachtete. Er entwickelte eine geometrische Theorie der Linsen, die den ersten mathematischen Bericht über Galileos Teleskop lieferte.
Descartes versuchte, die Phänomene des Lichts in die mechanische Philosophie einzubeziehen, indem er demonstrierte, dass sie vollständig in Bezug auf Materie und Bewegung erklärt werden können. Mithilfe mechanischer Analogien konnte er viele der bekannten Eigenschaften des Lichts mathematisch ableiten, einschließlich des Reflexionsgesetzes und des neu entdeckten Brechungsgesetzes.
Viele der wichtigsten Beiträge zur Optik im 17. Jahrhundert waren die Arbeiten Newtons, insbesondere die Farbtheorie. Die traditionelle Theorie betrachtete Farben als das Ergebnis der Modifikation von weißem Licht. Descartes glaubte beispielsweise, dass Farben das Ergebnis des Spins der Teilchen sind, aus denen Licht besteht. Newton störte die traditionelle Farbtheorie, indem er in einer beeindruckenden Reihe von Experimenten demonstrierte, dass weißes Licht eine Mischung ist, aus der separate Farbstrahlen getrennt werden können. Er assoziierte verschiedene Grade der Auffrischbarkeit mit Strahlen unterschiedlicher Farben und konnte auf diese Weise erklären, wie Prismen aus weißem Licht Farbspektren erzeugen.
Seine experimentelle Methode zeichnete sich durch einen quantitativen Ansatz aus, da er immer nach messbaren Variablen und einer klaren Unterscheidung zwischen experimentellen Befunden und mechanischen Erklärungen dieser Befunde suchte. Sein zweiter wichtiger Beitrag zur Optik befasste sich mit den Interferenzphänomenen, die als "Newtonsche Ringe" bezeichnet wurden. Obwohl zuvor die Farben dünner Filme (z. B. Öl auf Wasser) beobachtet worden waren, hatte niemand versucht, die Phänomene in irgendeiner Weise zu quantifizieren. Newton beobachtete quantitative Beziehungen zwischen der Dicke des Films und den Durchmessern der Farbringe, eine Regelmäßigkeit, die er durch seine Theorie der Anpassungen der leichten Übertragung und der Anpassungen der leichten Reflexion zu erklären versuchte. Ungeachtet der Tatsache, dass er Licht allgemein als partikulär auffasste, beinhaltet Newtons Theorie der Anpassungen Periodizität und Schwingungen des Äthers, der hypothetischen flüssigen Substanz, die den gesamten Raum durchdringt (siehe oben).
Huygens war der zweite große optische Denker des 17. Jahrhunderts. Obwohl er viele Details von Descartes 'System kritisierte, schrieb er in kartesischer Tradition und suchte nach rein mechanischen Erklärungen für Phänomene. Huygens betrachtete Licht als eine Art Pulsphänomen, bestritt jedoch ausdrücklich die Periodizität von Lichtpulsen. Er entwickelte das Konzept der Wellenfront, mit dessen Hilfe er die Gesetze der Reflexion und Brechung aus seiner Impulstheorie ableiten und das kürzlich entdeckte Phänomen der Doppelbrechung erklären konnte.
