Астрономия в кармане

Труды Иоганна Кеплера об оптических явлениях можно считать началом оптики как науки. В своих работах он изложил геометрическую и физиологическую оптику, описал общую теорию линз, преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения. Также Кеплер впервые выяснил роль человеческого хрусталика, описав причины близорукости и дальнозоркости, а углубленное изучение оптических законов привело Кеплера к схеме телескопической подзорной трубы (телескоп Кеплера).

В память о великом ученом были названы кратеры на Луны и Марсе, сверхновая звезда, орбитальная обсерватория и космический корабль.

Галилео Галилей

Галилей родился в 1564 г. в Пизе и принадлежал к разорившейся флорентийской семье. С ранних лет мальчика влекло к искусству; всю жизнь он увлекался музыкой и рисованием – ими он овладел в совершенстве. В 1581 г. 17-летний Галилей по настоянию отца поступил в Пизанский университет изучать медицину, но страстно увлекался геометрией, и в 1592 г. Галилей получил место в престижном и богатом Падуанском университете, где преподавал астрономию, механику и математику. Узнав об изобретении в Голландии зрительной трубы, Галилей решил сконструировать собственный телескоп. В 1609 г. он собрал первый телескоп и направил его в небо. Вскоре ему удалось построить телескоп, дающий увеличение в 32 раза. Также важно отметить, что термин «телескоп» ввел в науку именно Галилей. С помощью телескопа, который стал главным инструментом всех астрономов, Галилео Галилей разглядел поверхность Луны и открыл горы и кратеры на Луне, а Млечный Путь распался на отдельные скопления звезд. Но что еще более удивительно, Галилею удалось разглядеть целых четыре спутника Юпитера. Во Флоренции Галилей продолжил свои научные исследования, открыв фазы Венеры, пятна на Солнце, а затем и вращение Солнца вокруг своей оси.

Галилей был очень разносторонним человеком, он изобрел гидравлические весы, изучал теорию вероятностей, создал прототип микроскопа, с помощью которого изучал насекомых; также занимался теорией цвета и магнетизма, сопротивлением материалов, оптикой и акустикой. Он был первым, кто опытным путем измерил плотность воздуха. Галилей был даровитым писателем и философом, его определенно можно считать основателем как экспериментальной, так и теоретической физики, и даже Эйнштейн называл Галилея «отцом современной науки». Его можно считать одним из основателей механицизма, ведь именно анализ механического движения лежит в основе его работ. Этот научный подход рассматривает Вселенную как большой механизм, а сложные природные процессы – как комбинации простейших причин, главная из которых – механическое движение.

Как известно, Галилей изучал инерцию и свободное падение, а в своей последней книге сформулировал законы падения: «Скорость нарастает пропорционально времени, а путь – пропорционально квадрату времени». Это опровергало знаменитые утверждения Аристотеля о том, что скорость падения тем больше, чем больше вес тела. Однако с Католической церковью у Галилея дела складывались не так гладко. Дело в том, что абсолютное большинство его работ содержало множество различных утверждений и гипотез, которые полностью противоречили Аристотелю, а именно на трудах Аристотеля строилось средневековое мировозрение. Видя явные опровержения геоцентрической системы мира и ее ошибочность, он решает бороться за истину с Католической церковью. Его книги нарушали запрет на пропаганду «пифагорейской» доктрины, и Галилей был поставлен перед выбором: либо он покается и отречется от своих «заблуждений», либо его постигнет участь Джордано Бруно. Галилей подтвердил, что согласен произнести требуемое от него отречение, а затем был приговорен к тюремному заключению. Остаток жизни он провел под домашним арестом и постоянным надзором инквизициторов. Галилео Галилей умер 8 января 1642 г., на 78-м году жизни, в своей постели. Папа Урбан запретил хоронить Галилея в семейном склепе во Флоренции. Величайший ученый Средневековья был похоронен без почестей, и ставить памятник глава Католической церкви тоже не разрешил. Официально Ватикан реабилитировал Галилео Галилея только в 1992 г.

Среди самых известных учеников Галилея можно выделить Торричелли, который стал физиком-изобретателем, Кастелли, создателя гидрометрии и Борелли, основоположника биомеханики. В память о великом ученом Средневековья были названы кратеры, спутники, астероиды и космический зонд НАСА.

Исаак Ньютон

В Рождественскую ночь 1642 г. в деревушке Вулсторп родился слабый и тихий младенец, которого назвали Исаак. Родственники сначала не крестили младенца, потому что боялись, что недоношенный младенец не выкарабкается. Мать Исаака была вдовой, и рос он без друзей, не участвовал в шумных играх, которые требовали сноровки и физической силы. Еще будучи ребенком, он соорудил своеобразные водяные часы, которые настолько точно отмеряли время, что вскоре вся семья стала ими пользовать. В 1655 гю 12-летнего Ньютона отдали учиться в расположенную неподалеку школу в Грэнтеме, где он жил в доме аптекаря. С первых уроков мальчик показал незаурядные способности. Исаак предпочитал всем другим занятиям стихосложение, чтение книг и конструирование различных механизмов. В юношеские годы Исаак страстно придавался написанию стихов. Окончив образование в школе, Ньютон смог продолжить образование в Кембриджском университете. С этим учебным заведением связаны более 30 лет жизни Ньютона. Основы многих наук давались Ньютону без особых трудностей, но, несмотря на открытия Галилея, естествознание и философию, в Кембридже по-прежнему преподавали по Аристотелю. Сдав экзамены, Исаак получал стипендию, но согласно воспоминаниям соседа по комнате, Ньютон полностью предавался учению и науке, забывая еде и сне, и вероятно, именно такого образа жизни молодой ученый желал для себя. К 23 годам Исаак Ньютон уже считался гениальным математиком, совершившим ряд открытий.

В 1664 г. в Англии началась эпидемия чумы, и Исаак уехал в Вулсторп, взяв с собой все инструменты и лекарства. За три года по официальным данным только в Лондоне умерло около 30 тысяч человек. Но Исаак смог найти выгоду в таком уединении, и за два чумных года Ньютон сделал три своих главных открытия: закон всемирного тяготения, объяснение природы света и методы дифференциального и интегрального исчисления.

Нельзя не сказать, наверное, о самом известном яблоке, которое упало рядом с великим ученым, подтолкнув его к изучению законов падения. Всю жизнь Ньютона вдохновляли великие умы прошлого – Декарт, Галилей и Кеплер, многие его труды основаны именно на их работах. Проводя оптические эксперименты, Ньютон построил смешанный телескоп-рефлектор, которые помимо больших размеров давал 40-кратное увеличение. Слухи о новом инструменте дошли до Лондона, и после демонстрации своего изобретения перед королем Ньютон стал знаменит и в январе 1672 г. был избран членом Королевского общества. Позднее именно с усовершенствованной моделью ньютоновского телескопа были открыты другие галактики, планета Уран и красные смещения. К 1687 г. был издан главный труд Ньютона – «Математические начала натуральной философии», в котором он подытожил все свои труды, сформировав закон всемирного тяготения, который описывал гравитационное взаимодействие, и три закона движения.

Закон всемирного тяготения гласит, что сила гравитационного притяжения F между двумя нематериальными точками с массами m

 и m

, разделенными расстоянием r, действует вдоль соединяющей их прямой, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Три закона движения:

Первый закон Ньютона: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Второй закон Ньютона: «В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей всех приложенных к ней внешних сил».

Третий закон Ньютона: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе – взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны».

Именно эти законы помогли ответить на вопрос о гипотетическом ускорении спутника Земли. Ньютону было известно, что ускорение Луны на орбите равно 0,27 м/с

, а градус ее орбиты в 60 раз больше радиуса Земли. По его расчетам, ускорение низкого спутника, то есть всех объектов на Земле должно превышать ускорение Луны в 60

 = 3600 раз. Воспользовавшись законом всемирного тяготения, Ньютон умножил 0,27 на 3600 и получил знаменитое ускорение свободного падения g, равное 9,8 м/с

.

В 1689 г. Ньютон был впервые избран в Парламент, в 1701 г. – повторно. Исаак выполнял свои парламентские обязанности с той же добросовестностью, с какой относился ко всем делам. Написанная Ньютоном в 1704 г. книга «Оптика», в которой он описал семь цветов радуги как основные цвета спектра, стала основой этой области физики на ближайшую сотню лет. За свой вклад в развитие науки английская королева произвела Ньютона в рыцари. Исаак Ньютон был очень разносторонним человеком – помимо физики, астрономии и математики он занимался алхимией, богословием, оптическими явлениями и теорией эфира (гипотетическая всепроникающая среда). Именно Ньютон придумал делать края монет ребристыми, чтобы мошенники не могли срезать с них кусочки металла. Несмотря на слабое здоровье в детстве, Исаак Ньютон прожил целых 84 года, скончавшись в 1727 г., он не был женат и не оставил после себя потомства, но его ученики и последователь сделали великие открытия во многих областях науки.

Пьер Симон Лаплас

За многочисленные достижения в астрономии, физике и математике Лапласа прозвали французским Ньютоном. Родился Пьер Симон Лаплас в 1749 г. в семье фермера в Нормандии. В 1765 г. Лаплас поступил в университет в городе Кан. Первая работа Лапласа была связана с теорией азартных игр. Осенью 1770 г., отказавшись от карьеры священника и решив посвятить себя науке, Лаплас приехал в Париж. В 1773 г. он был принят в Парижскую академию наук, и в этом же году была опубликована его фундаментальная работа – «О принципе всемирного тяготения и о вековых неравенствах планет, которые от него зависят». Лаплас одним из первых открыто заявлял, что в науке не должно быть Бога, даже если ты веруешь в него. Из-за начавшихся революционных волнений во Франции Лаплас был вынужден бежать из Парижа. В небольшом городке Мелен недалеко от Парижа Пьер Симон написал книгу «Изложение системы мира», в которой собрал все астрономические знания XVIII столетия, не используя ни одной формулы. Но главное – в этой книге Лаплас представил свою гипотезу происхождения Солнечной системы. Он предположил, что Солнечная система рождена из горячей газовой туманности, которая окружала молодое Солнце. По мере охлаждения туманность начала сжиматься, и из-за быстрого вращения центробежные силы стали сравнимы с гравитационными, и туманность сплющилась, превратившись в диск, который начал разбиваться на кольца. Вещество в каждом кольце начало сгущаться, превратившись в протопланету. Эта теория просуществовала более 100 лет, но имела ряд существенных недостатков. Также в своей книге Пьер Симон пришел к выводу, что во Вселенной есть тела с настолько огромной массой, что даже свет не может их покинуть. Такие тела сейчас называют черными дырами. Несмотря на вооруженные перевороты во Франции, Лаплас продолжал много работать, став членом большинства европейских академий, а в 1808 г. Наполеон, будучи императором, пожертвовал Лапласу титул графа империи. После падения Наполеона и реставрации династии Бурбонов Лаплас получил титул маркиза, стал пэром Франции, и был удостоен ордена Почетного легиона высшей степени. В 1827 г. Лаплас заболел и на 77-м году жизни скончался. Его последние слова были: «То, что мы знаем, так ничтожно по сравнению с тем, чего мы не знаем».

Уильям Гершель

В наблюдательной астрономии Уильяма Гершеля можно назвать Колумбом, ведь он первым со своим телескопом вышел за рамки нашей галактики, расширив Солнечную систему и «сдвинув с места» Солнце. Родился Уильям в 1738 г. в Германии в семье музыканта Ганноверской гвардии. С 15 лет он играл в этом же оркестре на скрипке, органе и гобое, последний из которых является самым сложным инструментом. В 1757 г., когда началась Семилетняя война, англо-прусская армия потерпела поражение в битве при Хастенбеке, и Гершель бежал в Англию, за что был обвинен в дезертирстве. Гершель сменил имя на английский манер, быстро выучил английский язык. Музыкальный интерес привел Гершеля к математике, которая привела его к оптике, а оптика – к астрономии. С 35 лет и до конца своей жизни он полностью посвятил себя астрономии. Его наблюдения отически-двойных звезд и многочисленные работы положили основу современной теории двойных звезд. В 1781 г. Уильям Гершель открыл новую планету в Солнечной системе – Уран, за что получил медаль Копли, которая считается старейшей и наиболее престижной наградой Лондонского королевского общества, а в 1782 г. ему был пожалован титул астронома короля.

12-метровый телескоп Гершеля

Собрав десятки усовершенствованных телескопов, самым большим из которых является телескоп с 12-метровым фокусным расстоянием, Гершель изучал объекты глубинного космоса, открыв более 2400 таких объектов, известных как туманности. Кроме Урана Гершель открыл еще четыре объекта Солнечной системы: в 1789 г. два спутника Сатурна, Мимас и Энцелад, в 1787 г. – два спутника Урана, Титания и Оберон. Гершель первым высказал идею эволюции космической материи под действием гравитационных сил. На протяжении почти 40 лет он наблюдал солнечные пятна и регистрировал их количество, формы и размеры. Также Гершель выдвинул гипотезу, что Млечный Путь имеет форму диска, а Солнечная система входит в его состав. Позднее был установлен невероятный факт, что помимо движения всех планет вокруг Солнца само Солнце движется вокруг центра нашей галактики со скоростью около 200—220 км/сек. В 1800 г., изучая солнечные фильтры, Гершель открыл инфракрасное излучение, применение которого впоследствии стало фундаментом в медицине, связанной с тканями, в пастеризации продуктов, охране помещений и приборах ночного видения. Умер великий ученый в 1822 г., прожив 83 года, а на его могильном камне написано: «Сломал засовы Небес».

Камиль Николя Фламмарион

Изучая великих ученых, мы в первую очередь смотрим на их открытия и достижения, а также на то, как мы можем воспользоваться этими достижениями. Камиль Фламмарион был основателем Французского астрономического общества, его наиболее важные научные достижения связаны с наблюдением за двойными и кратными звездами, а также с исследованием Марса. Он написал известную книгу «Планета Марс и условия обитания на ней», в которой собраны все известные наблюдения и которой пользуются многие ученые до сих пор, а также изучал земную атмосферу, климат и вулканы.

Родился Камиль Фламмарион 26 февраля 1842 г. в небогатой семье, в небольшом городке Монтиньи-ле-Руа во Франции. Когда в 1853 г. семья переехала в Париж, Камиль стал учеником гравия, получив навыки рисования. Несмотря на то что высшего образования Фламмарион не получил, с 16 лет он уже работал вычислителем в Парижской обсерватории. В течение 60 лет Камиль Фламмарион составлял и регулярно публиковал ежемесячные карты неба с указанием расположения планет, проводил ежемесячные научные конференции и собрания. Крупные работы Фламмариона выдержали десятки изданий, разошлись в сотнях тысячах экземпляров, переведены абсолютно на все европейские языки и доставили громкую известность автору. Скончался великий французский ученый в 1925 г. на 84-м году жизни, а в память о том вкладе, которой он внес, его именем были названы кратеры на Луне и на Марсе, множество астероидов и целая обсерватория.

Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн – один из величайших мыслителей всех времен, именно с его именем связано завершение формирования классической физики, которое начали Ньютон и Галилей. Несмотря на то что Эйнштейн не раз бывал в крупнейших обсерваториях мира, его «инструментом» были не астрономические трубы, а теоретическое мышление. Идеи, которые дал Эйнштейн науке, освободили ее от устаревших философских доктрин и убеждений.

Родился Альберт Эйнштейн 14 марта 1879 г. в баварском городе Ульме. В детстве будущая гениальность Эйнштейна никак не проявлялась, Альберт был замкнутым и тихим мальчиком, который лишь к семи годам смог повторять короткие фразы. Когда в 12 лет Альберт прочитал случайно попавшуюся книгу по геометрии, он осознал красоту математики. Способности к музыке Альберт унаследовал от матери, а логическое мышление досталось от отца. В школе Эйнштейн открыто высказывал недовольство той системой, в которой он учился и которая выращивала послушное «стадное животное». Его классный наставник говорил, что Альберту лучше покинуть школу, потому что одно его присутствие в классе полностью подрывает уважение к учителям. В 1895 г. в 16-летнем возрасте Альберт покинул гимназию. Он попытался поступить в политехническое училище в Цюрихе, известное своим высоким уровнем преподавания, но из-за провала на экзаменах по истории и иностранным языкам Альберту пришлось повторно сдать экзамены, и уже в 1896 г. он поступил в Политехникум, твердо решив стать преподавателем физики. В студенческие годы Эйнштейн не забывал о музыке, ведь именно в классических шедеврах великих музыкантов он видел ту гармонию, которую искал, строя свои теории. В 1900 г. Эйнштейн сдал экзамены на получение диплома преподавателя физики, но работу получил лишь через два года. 1905 г. для Эйнштейна оказался самым удачным, ведь ему удалось опубликовать пять статей, которые представляли собой шедевры научной мысли. Его гипотезы о световых квантах – элементарных частицах электромагнитного излучения позволили объяснить появление тока при освещении вещества коротковолновым излучением. Несмотря на то что этот эффект был открыт еще в 1886 г., он не укладывался в рамки волновой теории. Именно за эту работу Эйнштейн получил Нобелевскую премию, этой работой было положено начало новой квантовой эпохе в развитии физики.

Знаменитая теория относительности, которая произвела переворот в представлениях о пространстве и времени, была предложена Эйнштейном в 1915 г. Начавшаяся война в Европе не прервала научного творчества ученого, и в 1916 г. он опубликовал «Основы общей теории относительности».