Реферат : Идеи И. Ньютона и К. Линнея

Жизненный путь Исаака Ньютона

Родился Исаак Ньютон 4 января 1643 года. Свое детство он провел в деревне Вулсторп недалеко от городка Грантем.

Его семья была не богата, отец был фермером. Но не задолго до его рождения он умер. После смерти мужа мать Исаака вторично вышла замуж и вскоре покинула деревню. Воспитывать Ньютона стала бабушка.

Уже в школьные годы у мальчика появилось стремление к знаниям, увлечение математикой. Его способности высоко были оценены как школьным преподавателем, так и родственниками.

Ньютон был человеком очень осторожным, не выносившим торопливости в работе.

По настоянию родственников мать Исаака отдала его в 1661 году в Тринити-колледж на правах субсайзера — бедного студента, в обязанности которого входило также прислуживание членам колледжа и "действительным" студентам.

[sms]

Самый плодотворный период в жизни Ньютона, в течение которого были сделаны почти все его основные открытия, начинаются с 1969 года. Именно в это время он получил почетную Люкасовскую кафедру и читал в Кембриджском университете лекции по оптике и математики.

Во время страшной эпидемии чумы, охватившей всю Англию, он создает свою первоклассную оптическую лабораторию и проводит первые эксперименты по разложению света в призмах, разрабатывает основные теории "флюксий" (дифференциальное и интегральное исчисление), раздумывает о всемирном тяготении и получает закон уменьшения силы тяжести с расстоянием.

Выдающиеся способности и прилежание Ньютона позволили ему быстро пройти все ступеньки иерархической лестницы академических знаний.

В 1668 году была изготовлена модель телескопа нового типа как результат большого и увлеченного труда, в котором проявилось искусство Ньютона не только как химика, но и как металлурга.

Этот крохотный инструмент мог давать изображение не хуже громоздких телескопов с линзами. Диаметр его зеркала был всего 2,5 см, а длина составляла 15 см.

В январе 1672 года его избирают членом Лондонского Королевского общества.

Свой мемуар "Новая теория света и цветов", в котором изложены его гениальные экспериментальные исследования по дисперсии света, он составил на основе лекции по оптике, которые он читал в 1669 – 1671 годах студентам Кембриджа.

Построенная на основе убедительных экспериментов, его революционная теория о цветах совершенно однозначно отвергла старые воззрения о свете и цвете, идущие еще от Аристотеля. Ньютон первым показал, что реально существуют монохроматические лучи разной цветности и белый, обычный свет есть смесь этих лучей. Разные цвета света он объяснял различными пропорциями между светом и тенью, взаимодействием света с веществом.

Ньютон уже в конце 1675 года присылает еще одну работу по оптике в Королевское общество. В ней он описывает знаменитые опыты, приведшие к открытию так называемых колец Ньютона. Им были сделаны выводы о "периодичности" в распространении света.

Гук, проанализировав работу Ньютона, отметил все преимущества и недостатки волновой концепции. Он был склонен к некоторому дуализму природы света, предвосхищая основную идею квантовой физики. И все же он не развивает своих гипотез о природе света. Он придерживался эмиссионной теории, позволявшей просто объяснить закон прямолинейного распространения света.

Ньютон решает не публиковать сочинений по оптике, болезненно воспринимая любую критику своих работ.

В 1704 году, через год после смерти Р. Гука — основного критика и претендента на многие открытия Ньютона, он издает свои "Исследования по оптике".

Ньютон является основоположником корпускулярной теории света. Теория волновой оптики не получила популярности вплоть до появления работ Юнга и Френеля.

В старости Ньютон вспоминал, что его любимым делом тогда было мастерить разные механические игрушки, солнечные часы, а в 1658 году он проделал свой первый физический эксперимент: измеряя дальность прыжка по направлению ветра и против, сумел определить силу ветра во время бури.

Теория тяготения Исаака Ньютона

Вершиной научной деятельности Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы — закона всемирного тяготения.

Благодаря Ньютону древняя идея взаимного стремления тел друг к другу ("любви") освободилось от антропоморфности и таинственности.

Ньютон показал неразрывную связь, взаимообусловленность законов Кеплера и закона изменения действия силы тяготения обратно пропорционально квадрату расстояния. Законы движения планет представляли как следствия закона всемирного тяготения. В теории Ньютона тяготение предстало как универсальная сила, которая появляется между любыми материальными частицами независимо от их конкретных качеств и состава, всегда пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов.

Идея всемирного тяготения возникает в 1666 году. Это идея о том, каким образом можно вычислить силу тяготения. Доказательство тождества силы тяжести на земле и сил всемирного тяготения Ньютон проводит на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли.

Доказательство тождества силы тяжести на Земле и идея о том, каким образом можно вычислить силу тяготения: уменьшив ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что оно равно ускорению силы тяжести у земной поверхности. Обобщая эти результаты, Ньютон сделал вывод, что для всех планет имели место притяжение к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Ньютон формулирует закон всемирного тяготения. Он выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи и не зависит от формы материала и других свойств тела.

С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции, пропорциональности между количеством движения mv и движущей силы.

Космология Ньютона

Несмотря на свой знаменитый девиз "Гипотез не измышляю!", Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.

Но и здесь он не был склонен давать волю фантазии и стремился анализировать прямые логические следствия из уже установленных законов. Распространив закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, на всю Вселенную, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Вопрос выглядел так: в каком случае возможна гравитирующая Вселенная, когда она конечна или когда она бесконечна? Он пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности Вселенной материя может существовать в виде множества космических объектов-центров гравитации. В конечной вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это было первое строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.

Ньютон задумывался и над проблемой происхождения упорядоченной Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для решения которой еще не располагал научными фактами. Он первым отчетливо осознал, что одних только механических свойств материи для этого не достаточно. Ньютон критиковал концепции атомистов и картезианцев, справедливо утверждая, что только из одних неупорядоченных механических движений частиц не могла возникнуть вся сложная организация мира. Он считал, что материя сама по себе пассивна и не способна к движению. И потому, например, для него тайной являлось начало орбитального движения планет. Для раскрытия этой тайны оставалось прибегнуть лишь к некой более могучей, чем тяготение силе — к Богу. Поэтому Ньютон вынужден был допустить божественный "первый толчок", благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце. Понадобилось всего полвека для того, чтобы в естествознании была сформулирована идея естественной эволюции материи, опровергающая божественный "первотолчок".

Оптика Ньютона

Тематика наблюдения у Ньютона не очень обширна, выбраны очень простые объекты (волос, полуплоскость, прямоугольная и клиновидные щели), чтобы действие побочных факторов не мешало выяснению основных причин явления. В первых двух книгах "Оптики" "предложения" и "наблюдения" всюду разделяются: либо в начале следует четко сформулированный тезис, а затем он доказывается опытами, либо этот тезис появляется на основе анализа предшествующих наблюдений.

В третьей книге изложение построено по-иному. Формально здесь вообще нет "предложений". Этим Ньютон, видимо, хотел подчеркнуть отсутствие полной ясности в вопросе, которое, по его мнению, объясняется недостатком экспериментальных данных: "Производя предыдущие наблюдения, я намеривался повторить большинство из них с большей тщательностью и точностью и сделать некоторые новые наблюдения для определения способа, каковым лучи света изгибаются при их прохождении около тел, создавая цветные каемки с темными линиями между ними. Но я был тогда прерван, и не могу теперь думать о том, чтобы приняться за дальнейшее рассмотрение этих предметов. Ввиду того, что я не завершил этой части моего плана, я закончу предложением только нескольких вопросов для дальнейшего исследования, которое произведут другие".

При чтении третьей книги "Оптики" очень трудно освободиться от ощущений, что все дифракционные опыты ставились по заранее продуманному плану после того, как была сформулирована теория этих опытов. Исследователь творчества Ньютона лорд Кейне однажды сказал о Ньютоне: "Я подозреваю, что его эксперименты были всегда средством не для открытия, а только для проверки того, что он уже знал".

Механика Ньютона

От оптических исследований ученый постепенно переходит к проблемам механики. Первые идеи о всемирном тяготении появляются у него во время "вулсторпского отпуска". Именно к этому периоду относится знаменитая легенда о "ньютоновском яблоке", падение которого озарило ученого. К проблеме обоснования кеплеровских законов движения планет Ньютон в дальнейшем подходит неоднократно: в 1679 году его стимулирует к этому письмо Р. Гука, а в 1684 году, когда были получены более точные данные о размерах Земли, расстояние от Земли до Луны и обоснование эллиптических орбит стало жгучей проблемой дня, друг ученого астроном Э. Галлей настойчиво требует от Ньютона окончательного решения. В 1687 году благодаря усилиям Галлея выходит в свет книга Ньютона под названием "Математические начала натуральной философии".

В истории естествознания не было события более крупного, чем появление "Начал Ньютона". Ньютоново учение о пространстве – времени, массах и силах давало общую схему для решения любых конкретных задач механики, физики и астрономии. Величественный пример системы мира, разобранный Ньютоном, увенчанный открытием всемирного тяготения, увлекал науку на этот новый путь, на применение ньютоновой схемы ко всем разделам физики. Возникла "классическая физика" по образу и подобию "Начал".

Его "метод принципов", глубоко реализованный в отмеченных физических работах, заключается в следующем. На основе опыта формулируется наиболее общие закономерности — аксиомы, или так называемые принципы — и из них дедуктивным путем выводятся отдельные законы и положения, которые должны быть проверены на опыте. Согласие с опытом этих следствий служит гарантией справедливости основных положений теории. Этот путь построения физического знания оказался необычайно плодотворным, и все последующие великие теории (электродинамика, термодинамика, теория относительности, квантовая теория Бура) построены именно так.

Свой метод Ньютон противопоставил господствовавшему тогда в естествознании стремлению во что бы то ни стало объяснить явления даже с помощью не обоснованных опытом гипотез, догадок и спекуляции. Ньютон полагал, что на такой основе построить истинную физическую теорию нельзя. Если на данном этапе нет возможности объяснить причины, то следует ограничиться установлением из экспериментов реальной закономерности. Отсюда его решительное кредо: "Все, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии", — пишет он в "Общем поучении" второго издания "Начал".

Завершение деятельности Ньютона

Творчество Ньютона не ограничивается физикой, математикой и химической технологией. Однако его работы по хронологии и богословию, написанные в конце жизни, не несут на себе печати ньютоновского гения. Ньютон много сил и времени отдал изучению истории христианства, разработке теологических вопросов хронологии. Интерес к таким проблемам не удивителен, если вспомнить, в какое бурное время жил Ньютон.

В результате напряженного умственного труда происходит срыв психики ученого и в течение нескольких лет (1690 – 1693 гг.) он оказывается нетрудоспособным.

Согласно преданию, психическое расстройство произошло после пожара в доме Ньютона, в результате которого погибли его рукописи по оптике и механике.

Последние 30 лет жизни Ньютона прошли в активной административной деятельности, в атмосфере обеспеченности, почета и громкой славы. Он — депутат парламента, главный директор Монетного двора, с 1703 года — президент Королевского общества, в 1705 году королева делает его "сэром Исааком". Почти до самой смерти (31 марта 1727 года) он был абсолютно здоров и активен, несмотря на то, что родился преждевременно и был настолько хилым и болезненным ребенком, что домашние считали его не жильцом на этом свете. Аскетичный образ жизни, скромность и умеренность во всем позволили ему прожить долгую жизнь, полностью отданную науке. Сам Ньютон понимал, что все, созданное им, не есть окончательная победа разума над силами природы, что познание мира бесконечно: "Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющем на морском берегу, развлекающимся тем, что до поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным".

Линней, его жизнь и идеи

Шведский естествознатель, член Парижской АН (1762). Получил мировую известность благодаря созданной им системе растительного и животного мира. Родился в семье деревенского пастора. Изучал естествознание и медицинские науки в Лундском (1727) и Упсальском (1728) университетах. В 1732 совершил путешествие по Лапландии, результатом которого явился труд "Флора Лапландии". В 1735 переехал в город Хартекамг (Голландия), где заведовал ботаническим садом, защитил докторскую диссертацию "Новая гипотеза перемежающихся лихорадок". В том же году опубликовал книгу "Система природы". С 1731 занимался в Стокгольме врачебной практикой, в 1739 возглавил морской госпиталь, добился права вскрывать трупы с целью определения причины смерти. Участвовал в создании шведской АН и стал ее первым президентом (1739). С 1741 — руководитель кафедры в Упсальском университете, в котором преподавал медицину и естествознание. Линней способствовал широкому введению естественных наук в систему университетского образования.

Карл Линней своей искусственной классификацией (в единственно возможной тогда форме) подытожил длительный исторический период эмпирического накопления биологических знаний. Вместе с тем, Линней осваивал ограниченность искусственной системы и ее возможности. "Искусственная система, — писал он, — служит только до тех пор, пока не найдено естественное. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познать природу самого растения". Естественная система есть идеал, к которому должны стремиться ботаника и зоология. "Естественный метод есть последняя цель ботаники, — отмечал Линней, — его способность в том, что он включает все возможные признаки. Он приходит на помощь всякой системе, закладывает основания для новых систем. Неизменный сам по себе, он стоит непоколебимо, хотя открываются все новые и новые бесконечные роды. Благодаря открытию новых видов, он лишь совершенствуется путем устранения излишних примет". То, что Линней называет "естественным методом ", есть, в сущности, некоторая фундаментальная теория живого.

Число, величину и расположение тычинок и пестиков цветка, а также признак одно-, дву- или многоданности растения он положил в основу классификации растений.

Линней считал, что органы размножения — самые существенные и постоянные части тела у растений. Все растения он разделил на 24 класса.

Линней открыл и описал около 1500 видов растений. Благодаря простоте примененной им номенклатуры значительно облегчились описательные работы, виды получили четкие характеристики и названия.

По теории Линнея всех животных можно разделить на 6 классов:

Млекопитающие.

Птицы.

Амфибии.

Рыбы.

Черви.

Насекомые.
К классу амфибий он отнес земноводных и пресмыкающихся. В класс червей относились все известные в его время формы беспозвоночных кроме насекомых.

Главное достоинство данной классификации заключается в том, что человек был включен в систему животного царства и отнесен к классу млекопитающих, к отряду приматов.

С современной точки зрения классификации растений и животных искусственны. Классификация основана на небольшом числе произвольно взятых признаков и не отражают действительности родства между разными формами.

Создавая искусственность своей системы, Линней пытался построить "естественную" систему, основанную на совокупности многих признаков, но не достиг цели. Линней на основании одного лишь общего признака строения клюва относил страуса, павлина и курицу к одному отряду.

Линней классифицировал также почвы и минералы, человеческие расы, болезни (по симптомам), открыл ядовитые и целебные свойства многих растений. Линней — автор ряда трудов, главным образом, по ботанике и зоологии, а также в области теоретической и практической медицины ("Лекарственные вещества", "Роды болезней", "Ключ к медицине").

Он установил четкое соподчинение между систематическими категориями: класс, отряд, род, вид, вариация. Также определил понятие "вид", пользуясь как морфологическими, так и физиологическими критериями.

Одна из главных заслуг Линнея в том, что в "Системе природы" он применил и ввел в употребление так называемую бинарную номенклатуру, согласно которой каждый вид обозначается двумя латинскими названиями — родовым и видовым. Созданная им система растительного и животного мира завершила огромный труд ботаников и зоологов первой половины 18 века.

Английскому ботанику Смиту были проданы рукописи и коллекции Линнея. Позднее он основал в 1788 году в Лондоне "Линнеевское общество".

Линней был противником идеи исторического развития мира, он считал, что число видов остается постоянным, со времени их "сотворения" они не изменились, а потому задача систематики — раскрытие порядка в природе, установленного "творцом".

Однако огромный опыт, накопленный Линнеем, его знакомство с растениями из различных местностей не могли не поколебать его метафизических представлений.

В последних трудах Линней в очень осторожной форме высказывал предположение, что все виды одного рода составляли вначале один вид, и допускал возможность появления новых видов, образовавшихся в результате скрещиваний между уже существовавшими видами.

Вывод

О творчестве знаменитых ученых Карла Линнея и Исаака Ньютона можно говорить очень много. Их заслуги поистине велики. Не зря их имена мы слышим в учебных заведениях.

Историческая заслуга Линнея заключается в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов, поставил задачу его теоретической рационализации.

Говоря об Исааке Ньютона, нельзя не упомянуть о его математических достижениях, без которых не было бы и его гениальной теории тяготения. Метод расчета механических движений на основе бесконечно малых приращений величин-характеристик исследуемых движений Ньютон назвал методом флюксий и описал его в сочинении "Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых".

Ньютон смог заложить фундамент классической физики — великого научного знания, простоявшего почти вплоть до 20 века, когда теория относительности и квантовая механика указали границы ее применения. Математические и астрономические исследования Ньютона явились средством для раскрытия физических закономерностей.

Главной заслугой Ньютона стало то, что он разработал метод научного исследования физических явлений, которое мы сейчас называем "физическим мышлением". Также им были созданы подлинные шедевры классической науки, такие как "Математические начала натуральной философии", "Оптика" и мемуары о дифференциальном и интегральном исчислении.

Библиографический список

Погребысская Е. Н. Оптика Ньютона. М: Наука, 1981.

Найдыш В. М. Концепция Современного Естествознания. М, 1999.

[/sms]