Vật lý
Cơ học
Cuộc chiến cho chủ nghĩa Copernican đã được chiến đấu trong lĩnh vực cơ học cũng như thiên văn học. Hệ thống Aristotelian Ptolemaic vạn đứng hoặc sụp đổ như một tảng đá nguyên khối, và nó dựa trên ý tưởng về sự cố định của Trái đất ở trung tâm của vũ trụ. Loại bỏ Trái đất khỏi trung tâm đã phá hủy học thuyết về chuyển động tự nhiên và địa điểm, và chuyển động tròn của Trái đất không tương thích với vật lý Aristoteles.
Những đóng góp của Galileo đối với khoa học cơ học có liên quan trực tiếp đến việc ông bảo vệ chủ nghĩa Copernican. Mặc dù khi còn trẻ, ông đã tuân thủ vật lý xung lực truyền thống, nhưng mong muốn toán học theo cách của Archimedes đã khiến ông từ bỏ cách tiếp cận truyền thống và phát triển nền tảng cho một vật lý mới có khả năng toán học cao và liên quan trực tiếp đến các vấn đề mới gặp phải. vũ trụ học. Quan tâm đến việc tìm ra gia tốc tự nhiên của các vật rơi, anh ta có thể rút ra định luật rơi tự do (khoảng cách, s, thay đổi theo bình phương của thời gian, t 2). Kết hợp kết quả này với hình thức thô sơ của nguyên tắc quán tính, ông đã có thể rút ra được đường parabol của chuyển động phóng. Hơn nữa, nguyên lý quán tính của anh cho phép anh gặp phải sự phản đối vật lý truyền thống đối với chuyển động của Trái đất: vì một cơ thể đang chuyển động có xu hướng duy trì chuyển động, các vật phóng và các vật thể khác trên bề mặt trái đất sẽ có xu hướng chia sẻ chuyển động của Trái đất, do đó sẽ không thể nhận ra đối với một người đứng trên trái đất.
Những đóng góp của thế kỷ 17 cho cơ học của nhà triết học người Pháp René Descartes, giống như những đóng góp của ông cho nỗ lực khoa học nói chung, quan tâm đến các vấn đề trong nền tảng của khoa học hơn là giải pháp cho các vấn đề kỹ thuật cụ thể. Ông chủ yếu quan tâm đến các quan niệm về vật chất và chuyển động như là một phần của chương trình chung cho khoa học của ông, cụ thể là, để giải thích tất cả các hiện tượng của tự nhiên về mặt vật chất và chuyển động. Chương trình này, được gọi là triết lý cơ học, trở thành chủ đề chính của khoa học thế kỷ 17.
Descartes đã bác bỏ ý tưởng rằng một phần của vật chất có thể tác động lên một phần khác thông qua không gian trống; thay vào đó, các lực phải được truyền đi bởi một chất vật chất, ether ether, hồi lấp đầy không gian. Mặc dù vật chất có xu hướng di chuyển theo một đường thẳng theo nguyên tắc quán tính, nó không thể chiếm không gian đã bị lấp đầy bởi vật chất khác, vì vậy loại chuyển động duy nhất thực sự có thể xảy ra là một xoáy trong đó mỗi hạt trong vòng chuyển động đồng thời.
Theo Descartes, tất cả các hiện tượng tự nhiên phụ thuộc vào sự va chạm của các hạt nhỏ, và do đó, điều quan trọng là khám phá các quy luật tác động định lượng. Điều này được thực hiện bởi đệ tử của Descartes, nhà vật lý người Hà Lan Christiaan Huygens, người đã xây dựng định luật bảo toàn động lượng và động năng (cái sau chỉ có giá trị đối với va chạm đàn hồi).
Công trình của Sir Isaac Newton đại diện cho đỉnh cao của cuộc cách mạng khoa học vào cuối thế kỷ 17. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) đã giải quyết những vấn đề lớn do cuộc cách mạng khoa học trong cơ học và vũ trụ học đặt ra. Nó cung cấp một cơ sở vật lý cho các định luật của Kepler, thống nhất vật lý thiên thể và mặt đất theo một bộ luật, và thiết lập các vấn đề và phương pháp chi phối phần lớn thiên văn học và vật lý trong hơn một thế kỷ. Bằng khái niệm lực, Newton đã có thể tổng hợp hai thành phần quan trọng của cuộc cách mạng khoa học, triết học cơ học và toán học hóa tự nhiên.
Newton đã có thể rút ra tất cả những kết quả nổi bật này từ ba định luật về chuyển động của mình:
1. Mọi cơ thể tiếp tục ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động theo đường thẳng trừ khi buộc phải thay đổi trạng thái đó bằng lực ấn tượng lên nó;
2. Sự thay đổi của chuyển động tỷ lệ thuận với động lực gây ấn tượng và được thực hiện theo hướng của đường thẳng trong đó lực đó được ấn tượng;
3. Đối với mọi hành động luôn có sự phản đối như nhau: hoặc, hành động tương hỗ của hai cơ thể đối với nhau luôn bằng nhau.
Định luật thứ hai được nhà toán học Thụy Sĩ Leonhard Euler đưa vào dạng hiện đại F = ma (trong đó a là gia tốc) vào năm 1750. Trong hình thức này, rõ ràng tốc độ thay đổi vận tốc tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên một cơ thể và tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó.
Để áp dụng định luật của mình vào thiên văn học, Newton đã phải mở rộng triết lý cơ học vượt ra ngoài giới hạn do Descartes đặt ra. Ông yêu cầu một lực hấp dẫn tác động giữa bất kỳ hai vật thể nào trong vũ trụ, mặc dù ông không thể giải thích làm thế nào lực này có thể được truyền đi.
Bằng các định luật chuyển động của mình và một lực hấp dẫn tỷ lệ với bình phương nghịch đảo của khoảng cách giữa tâm của hai cơ thể, Newton có thể suy ra định luật về chuyển động hành tinh của Kepler. Định luật rơi tự do của Galileo cũng phù hợp với định luật của Newton. Lực tương tự làm cho các vật thể rơi xuống gần bề mặt Trái đất cũng giữ Mặt trăng và các hành tinh trong quỹ đạo của chúng.
Vật lý của Newton đã dẫn đến kết luận rằng hình dạng của Trái đất không phải là hình cầu chính xác mà nên phình ra ở Xích đạo. Việc xác nhận dự đoán này của các đoàn thám hiểm Pháp vào giữa thế kỷ 18 đã giúp thuyết phục hầu hết các nhà khoa học châu Âu thay đổi từ Cartesian sang vật lý Newton. Newton cũng sử dụng hình dạng không phải của Trái đất để giải thích sự suy đoán của các phân vị, sử dụng hành động vi phân của Mặt trăng và Mặt trời trên phình xích đạo để cho thấy trục quay sẽ thay đổi hướng như thế nào.
Quang học
Khoa học quang học trong thế kỷ 17 đã thể hiện triển vọng cơ bản của cuộc cách mạng khoa học bằng cách kết hợp một phương pháp thực nghiệm với phân tích định lượng các hiện tượng. Quang học có nguồn gốc từ Hy Lạp, đặc biệt là trong các tác phẩm của Euclid (khoảng 300 bce), người đã tuyên bố nhiều kết quả trong quang học hình học mà người Hy Lạp đã phát hiện ra, bao gồm cả định luật phản xạ: góc tới bằng góc của sự phản ánh. Vào thế kỷ 13, những người như Roger Bacon, Robert Grosseteste và John Pecham, dựa vào công trình của Arab Ibn al-Haytham (mất năm 1040), đã xem xét nhiều vấn đề quang học, bao gồm cả quang học của cầu vồng. Đó là Kepler, dẫn đầu từ các tác phẩm của các bác sĩ nhãn khoa thế kỷ 13 này, người đã tạo ra giai điệu cho khoa học trong thế kỷ 17. Kepler đã giới thiệu từng điểm phân tích các vấn đề quang học, truy tìm các tia từ mỗi điểm trên vật thể đến một điểm trên ảnh. Giống như triết lý cơ học đang phá vỡ thế giới thành các phần nguyên tử, nên Kepler đã tiếp cận quang học bằng cách phá vỡ thực tế hữu cơ thành thứ mà ông coi là cuối cùng là các đơn vị thực. Ông đã phát triển một lý thuyết hình học của thấu kính, cung cấp tài khoản toán học đầu tiên của kính viễn vọng Galileo.
Descartes đã tìm cách kết hợp các hiện tượng ánh sáng vào triết học cơ học bằng cách chứng minh rằng chúng có thể được giải thích hoàn toàn về mặt vật chất và chuyển động. Sử dụng các phép tương tự cơ học, ông đã có thể rút ra được nhiều tính chất toán học của ánh sáng, bao gồm định luật phản xạ và định luật khúc xạ mới được phát hiện.
Nhiều đóng góp quan trọng nhất cho quang học trong thế kỷ 17 là công trình của Newton, đặc biệt là lý thuyết về màu sắc. Lý thuyết truyền thống coi màu sắc là kết quả của sự biến đổi ánh sáng trắng. Descartes, ví dụ, nghĩ rằng màu sắc là kết quả của sự quay tròn của các hạt tạo thành ánh sáng. Newton làm đảo lộn lý thuyết màu sắc truyền thống bằng cách chứng minh trong một tập hợp thí nghiệm ấn tượng rằng ánh sáng trắng là một hỗn hợp trong đó các chùm ánh sáng màu riêng biệt có thể tách rời nhau. Anh ta liên kết các mức độ khác nhau của sự phản kháng với các tia có màu khác nhau, và theo cách này, anh ta có thể giải thích cách lăng kính tạo ra quang phổ của màu từ ánh sáng trắng.
Phương pháp thí nghiệm của ông được đặc trưng bởi một cách tiếp cận định lượng, vì ông luôn tìm kiếm các biến có thể đo lường và sự phân biệt rõ ràng giữa các kết quả thí nghiệm và giải thích cơ học về những phát hiện đó. Đóng góp quan trọng thứ hai của ông đối với quang học xử lý các hiện tượng giao thoa được gọi là nhẫn của Newton Newton. Mặc dù màu sắc của màng mỏng (ví dụ, dầu trên nước) đã được quan sát trước đây, nhưng không ai cố gắng định lượng các hiện tượng theo bất kỳ cách nào. Newton quan sát các mối quan hệ định lượng giữa độ dày của màng và đường kính của các vòng màu, một sự đều đặn mà ông cố gắng giải thích bằng lý thuyết về sự phù hợp của việc truyền tải dễ dàng và sự phản xạ dễ dàng. Mặc dù thực tế là ông thường quan niệm ánh sáng là hạt, lý thuyết về sự phù hợp của Newton liên quan đến tính tuần hoàn và sự rung động của ether, chất lỏng giả thuyết thấm vào mọi không gian (xem ở trên).
Huygens là nhà tư tưởng quang học vĩ đại thứ hai của thế kỷ 17. Mặc dù ông phê phán nhiều chi tiết trong hệ thống của Descartes, ông đã viết theo truyền thống của người Cartesian, tìm kiếm những giải thích hoàn toàn cơ học về các hiện tượng. Huygens coi ánh sáng là một thứ gì đó của hiện tượng xung, nhưng anh ta phủ nhận rõ ràng tính tuần hoàn của các xung ánh sáng. Ông đã phát triển khái niệm mặt trước sóng, bằng phương pháp mà ông có thể rút ra các định luật phản xạ và khúc xạ từ lý thuyết xung của mình và để giải thích hiện tượng khúc xạ kép được phát hiện gần đây.
