الفيزياء
علم الميكانيكا
خاضت معركة الكوبرنيكية في عالم الميكانيكا وكذلك علم الفلك. وقف النظام البطلمى - الأرسطي أو سقط على شكل متراصة ، واستند إلى فكرة ثبات الأرض فى مركز الكون. أدت إزالة الأرض من المركز إلى تدمير عقيدة الحركة الطبيعية والمكان ، وكانت الحركة الدائرية للأرض غير متوافقة مع الفيزياء الأرسطية.
كانت مساهمات غاليليو في علم الميكانيكا مرتبطة مباشرة بدفاعه عن الكوبرنيكية. على الرغم من التزامه في شبابه بفيزياء الزخم التقليدية ، إلا أن رغبته في الرياضيات بطريقة أرخميدس قادته إلى التخلي عن النهج التقليدي وتطوير أسس فيزياء جديدة كانت قابلة للرياضيات إلى حد كبير ومرتبطة مباشرة بالمشكلات التي تواجه الجديد علم الكونيات. مهتمًا بإيجاد التسارع الطبيعي للجثث المتساقطة ، كان قادرًا على اشتقاق قانون السقوط الحر (المسافة ، s ، تختلف حسب مربع الوقت ، t 2). من خلال الجمع بين هذه النتيجة وشكله البدائي لمبدأ القصور الذاتي ، تمكن من اشتقاق المسار المكافئ لحركة المقذوفات. علاوة على ذلك ، مكنه مبدأ الجمود الخاص به من تلبية الاعتراضات المادية التقليدية على حركة الأرض: نظرًا لأن الجسم المتحرك يميل إلى البقاء في الحركة ، فإن المقذوفات والأشياء الأخرى على سطح الأرض تميل إلى مشاركة حركات الأرض ، والتي ستكون بالتالي غير محسوس لشخص يقف على وجه الأرض.
كانت مساهمات القرن السابع عشر في ميكانيكا الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت ، مثل مساهماته في المسعى العلمي ككل ، أكثر اهتمامًا بالمشكلات في أسس العلم من حل المشاكل التقنية المحددة. كان مهتمًا بشكل أساسي بمفاهيم المادة والحركة كجزء من برنامجه العام للعلوم - أي شرح جميع ظواهر الطبيعة من حيث المادة والحركة. أصبح هذا البرنامج ، المعروف بالفلسفة الميكانيكية ، هو الموضوع المهيمن لعلم القرن السابع عشر.
رفض ديكارت فكرة أن قطعة واحدة من المادة يمكن أن تعمل على أخرى من خلال مساحة فارغة. بدلاً من ذلك ، يجب نشر القوى بمادة مادية ، "الأثير" ، التي تملأ كل الفضاء. على الرغم من أن المادة تميل إلى التحرك في خط مستقيم وفقًا لمبدأ القصور الذاتي ، إلا أنها لا يمكن أن تشغل مساحة مملوءة بالفعل بمواد أخرى ، لذلك فإن النوع الوحيد من الحركة الذي يمكن أن يحدث في الواقع هو دوامة يتحرك فيها كل جسيم في الحلقة في وقت واحد.
وفقًا لديكارت ، تعتمد جميع الظواهر الطبيعية على اصطدام الجسيمات الصغيرة ، وبالتالي من المهم جدًا اكتشاف القوانين الكمية للتأثير. وقد تم ذلك من قبل تلميذ ديكارت ، الفيزيائي الهولندي كريستيان هيجنز ، الذي صاغ قوانين الحفاظ على الزخم والطاقة الحركية (هذا الأخير صالح فقط للتصادم المرن).
يمثل عمل السير إسحاق نيوتن تتويجا للثورة العلمية في نهاية القرن السابع عشر. حلت فلسفته الضخمة Naturalis Principia Mathematica (1687 ؛ المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية) المشكلات الرئيسية التي تطرحها الثورة العلمية في الميكانيكا وعلم الكونيات. لقد وفرت الأساس المادي لقوانين كيبلر ، والفيزياء السماوية والأرضية الموحدة بموجب مجموعة واحدة من القوانين ، وأثبتت المشكلات والأساليب التي سيطرت على الكثير من علم الفلك والفيزياء لأكثر من قرن. من خلال مفهوم القوة ، تمكن نيوتن من تجميع عنصرين مهمين للثورة العلمية ، الفلسفة الميكانيكية ورياضيات الطبيعة.
تمكن نيوتن من استخلاص كل هذه النتائج المدهشة من قوانين الحركة الثلاثة:
1. يستمر كل شخص في حالة الراحة أو الحركة في خط مستقيم إلا إذا كان مجبراً على تغيير تلك الحالة بالقوة التي أعجبت به.
2. يتناسب تغير الحركة مع القوة المحركة المعجزة ويتم في اتجاه الخط المستقيم الذي يتم الإعجاب به.
3. لكل فعل هناك دائما معارضة رد فعل متساوٍ: أو ، فإن الأفعال المتبادلة بين الهيئتين متساوية دائمًا.
تم وضع القانون الثاني في شكله الحديث F = ma (حيث يكون التسارع) من قبل عالم الرياضيات السويسري ليونارد أويلر في عام 1750. في هذا الشكل ، من الواضح أن معدل تغير السرعة يتناسب بشكل مباشر مع القوة التي تعمل على الجسم ويتناسب عكسيا مع كتلته.
من أجل تطبيق قوانينه على علم الفلك ، كان على نيوتن تمديد الفلسفة الميكانيكية إلى ما وراء الحدود التي وضعها ديكارت. افترض أن قوة الجاذبية تعمل بين أي جسمين في الكون ، على الرغم من أنه لم يكن قادرًا على تفسير كيفية انتشار هذه القوة.
من خلال قوانين الحركة وقوة الجاذبية التي تتناسب مع المربع العكسي للمسافة بين مركزي جسمين ، يمكن لنيوتن استنتاج قوانين كبلر لحركة الكواكب. يتوافق قانون جاليليو للسقوط الحر أيضًا مع قوانين نيوتن. نفس القوة التي تتسبب في سقوط الأجسام بالقرب من سطح الأرض تحمل القمر والكواكب في مداراتها.
أدت فيزياء نيوتن إلى استنتاج مفاده أن شكل الأرض ليس كرويًا بدقة ولكن يجب أن ينتفخ عند خط الاستواء. ساعد تأكيد هذا التنبؤ من قبل البعثات الفرنسية في منتصف القرن الثامن عشر على إقناع معظم العلماء الأوروبيين بالتغيير من الديكارتيين إلى الفيزياء النيوتونية. استخدم نيوتن أيضًا الشكل غير الكروي للأرض لشرح بداية الاعتدال ، باستخدام العمل التفاضلي للقمر والشمس على الانتفاخ الاستوائي لإظهار كيف أن محور الدوران سيغير اتجاهه.
بصريات
عبر علم البصريات في القرن السابع عشر عن النظرة الأساسية للثورة العلمية من خلال الجمع بين النهج التجريبي والتحليل الكمي للظواهر. تعود أصول البصريات إلى اليونان ، خاصة في أعمال إقليدس (ج.300 ق.م) ، التي ذكرت العديد من النتائج في البصريات الهندسية التي اكتشفها الإغريق ، بما في ذلك قانون الانعكاس: زاوية الورود تساوي الزاوية التأمل. في القرن الثالث عشر ، اعتبر رجال مثل روجر بيكون وروبرت غروستيست وجون بيشام ، معتمدين على عمل ابن ابن الهيثم العربي (توفي عام 1040) ، العديد من المشاكل البصرية ، بما في ذلك بصريات قوس قزح. كان كيبلر ، الذي أخذ زمام المبادرة من كتابات هؤلاء أخصائيي البصريات في القرن الثالث عشر ، هو الذي حدد نغمة العلم في القرن السابع عشر. قدم كبلر تحليل النقاط الضوئية للمشكلات الضوئية نقطة ، حيث تتبع الأشعة من كل نقطة على الكائن إلى نقطة على الصورة. مثلما كانت الفلسفة الميكانيكية تكسر العالم إلى أجزاء ذرية ، اقترب كيبلر من البصريات من خلال تقسيم الواقع العضوي إلى ما اعتبره وحدات حقيقية في نهاية المطاف. طور نظرية هندسية للعدسات ، حيث قدم أول حساب رياضي لتلسكوب جاليليو.
سعى ديكارت إلى دمج ظاهرة الضوء في الفلسفة الميكانيكية من خلال إثبات أنه يمكن تفسيرها بالكامل من حيث المادة والحركة. باستخدام التشابه الميكانيكي ، كان قادرًا على اشتقاق العديد من خصائص الضوء المعروفة رياضيًا ، بما في ذلك قانون الانعكاس وقانون الانكسار المكتشف حديثًا.
كانت العديد من أهم المساهمات في علم البصريات في القرن السابع عشر هي عمل نيوتن ، وخاصة نظرية الألوان. اعتبرت النظرية التقليدية الألوان ناتجة عن تعديل الضوء الأبيض. على سبيل المثال ، اعتقد ديكارت أن الألوان هي نتيجة دوران الجسيمات التي تشكل الضوء. أزعج نيوتن النظرية التقليدية للألوان من خلال إظهار مجموعة رائعة من التجارب أن الضوء الأبيض عبارة عن خليط يمكن من خلاله فصل أشعة منفصلة من الضوء الملون. لقد ربط درجات مختلفة من قابلية التجدد بأشعة بألوان مختلفة ، وبهذه الطريقة تمكن من شرح الطريقة التي تنتج بها المنشورات أطياف الألوان من الضوء الأبيض.
تميزت طريقته التجريبية بمقاربة كمية ، حيث سعى دائمًا إلى متغيرات قابلة للقياس وتمييز واضح بين النتائج التجريبية والتفسيرات الميكانيكية لتلك النتائج. تعاملت مساهمته الهامة الثانية في البصريات مع ظاهرة التداخل التي أصبحت تسمى "حلقات نيوتن". على الرغم من أن ألوان الأغشية الرقيقة (مثل الزيت على الماء) قد لوحظت سابقًا ، لم يحاول أحد تحديد كمية الظواهر بأي شكل من الأشكال. لاحظ نيوتن العلاقات الكمية بين سمك الفيلم وأقطار حلقات اللون ، وهو انتظام حاول أن يشرحه نظريته حول نوبات النقل السهل ونوبات التأمل السهل. على الرغم من حقيقة أنه تصور بشكل عام للضوء على أنه جسيمات ، فإن نظرية نيوتن للنوبات تتضمن دورية واهتزازات الأثير ، وهي مادة سائلة افتراضية تتخلل كل الفضاء (انظر أعلاه).
كان Huygens ثاني مفكر بصري عظيم في القرن السابع عشر. على الرغم من أنه كان ينتقد العديد من تفاصيل نظام ديكارت ، فقد كتب في التقليد الديكارتي ، بحثًا عن تفسيرات ميكانيكية بحتة للظواهر. اعتبر Huygens الضوء كشيء من ظاهرة النبض ، لكنه نفى بشكل صريح تواتر نبضات الضوء. طور مفهوم جبهة الموجة ، والتي من خلالها تمكن من اشتقاق قوانين الانعكاس والانكسار من نظريته النبضية وشرح ظاهرة الانكسار المزدوج المكتشفة حديثًا.
