MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra fyziky
Historie fyziky ( Galileo Galilei, Archimedes )
Bakalářská práce
Brno 2008
Autor práce:
Roman Lorenc
Vedoucí práce:
Prof. RNDr. Vladislav Navrátil, CSc.
Prohlášení Pr o hl a š uji, ž e j s e m c e l o u b a ka l á ř s kou p r á c i vypra c ova l samos t a t ně . Vš e c hny z dr oj e , pr a me ny a l i t e ra t uru, z ni c hž j s e m p ř i z p r a c ov á n í b a ka l ář s ké p r á ce č e r p al , řádně c it uji a uvá dím v s ez n a mu p ouž i t é l i te r at ur y .
V Br ně dne 15. 4. 2008
… …… …… … …… . Podpis
Poděkování Na tomto místě bych velmi rád poděkoval panu Prof. RNDr. Vladislavu Navrátilovi, CSc. za cenné rady, připomínky a čas, který mi věnoval při zpracování daného tématu.
Anotace Předmětem této bakalářské práce je pokus o nástin života a díla dvou významných osobností historického světa vědy. Práce je rozdělena do dvou hlavních částí. První část je věnována Archimedovi ze Syrakus, druhá Galileo Galileimu. Každá část je dále členěna na menší podkapitoly pro lepší orientaci v textu. Je doplněna obrázky a autentickými texty.
Annotation The subject of this bachelor thesis is an attempt on outline of the life and work of two remarkable figures of the historical world of science. The thesis is divided into two main parts. The first part is devoted to Archimedes of Syracuse and the second one to Galileo Galilei. Each part is subdivided into minor chapters for better orientation in the text and it is complemented with pictures and authentic texts.
Obsah:
1.
Úvod.........................................................................................................6
2. Archimedes ze Syrakus 1.1.
Charakteristika období ……………………………………………. 7
1.2.
Archimedův život …………………………………………………..8
1.3.
Archimedovo dílo …………………………………………………..11 1.3.1. Planetárium a počítání písku …………………………………....14 1.3.2. Archimedes a páka ……………………………………. ……….15 1.3.3. Archimedovy objevy v hydrostatice ………………….. ……….17
2. Galileo Galilei 2.1.
Charakteristika období ………………………………………………19
2.2.
Dětství, mládí, začátky ………………………………………............21
2.3.
Galileo a univerzita v Pise ……………………………………....…..23
2.4.
Padovské období …………………………………………………….24
2.5.
Galileiho objevy v astronomii…..…………………………………...26
2.6.
Galileiho astronomický věstník …………………………………….28
2.7.
Sluneční skvrny ………………………………………………….....30
2.8.
Odsouzení Galileiho ………………………………………………..32
3.9.
Galileiho smrt a odkaz ……………………………………………..35
4.
Závěr..........................................................................................................36
5.
Použitá literatura ………………………………………………………37
1. Úvod Historie je jednou z nejobsáhlejších věd. Jestliže se k ní ještě přidá fyzika, pak se z ní stává opravdu obsáhlá disciplína. Někteří se z historie poučí, jiní nedokáží její změnu vůbec zaznamenat.
V minulosti bylo mnoho objevů a událostí, které poznamenaly lidstvo. Každý nový objev či teorie donutily člověka více či méně změnit způsob svého myšlení a někdy i života. Některým nebylo ve své době dopřáno úspěchu, jiným ano. Ukazuje se ale, že právě ty největší a nejdůležitější objevy a události byly nejdříve odsuzovány a nepřijímány. Avšak některé osobnosti, např. Galileo Galilei, se dokázaly postavit autoritám a přes nepřízeň osudu prosadit. Mnoho z nich bylo nuceno pod hrozbou fyzické likvidace svá nová tvrzení odvolat. Byli i tací, kteří za svým přesvědčením stáli, a zaplatili životem. Myslím, že nelze považovat za zbabělost když někdo pod nátlakem "povolil" a vzdal se svých myšlenek. Každý určitě zná církevní soud, tzv. inkvizici. Bylo by příliš jednoduché myslet, že stačilo odvolat svá tvrzení a souzený měl po starostech. Bohužel tomu tak ve většině případech nebylo.
Je jasné, že v dnešní moderní době není něco takového možné. Žijeme ve světě, který je plný technických vynálezů a pokroku. Je však třeba se na chvíli zastavit a zamyslet nad tím, jak a proč vůbec vznikly některé věci, které jsou pro nás už samozřejmostí.
Touto prací jsem se pokusil o shrnutí života a díla Archimeda ze Syrakus a Galilea Galileiho. Vybral jsem právě tyto dva, protože jejich práce a životy byly poznamenány dobou a prostředím, ve kterém žili. A také proto, jak se dokázali vypořádat s problémy, které jim osud připravil.
2. Archimedes ze Syrakus
Archimedes ze Syrakus Zdroj: http://www.math.nyu.edu/˜crosses/archimedes/pictures
2.1. Charakteristika období
Helénistické období, tj. období, ve kterém žil i Archimedes, se vyznačovalo na rozdíl od starších období dějin celkově jiným dojmem. Změnily se hlavně metody a cíle vědeckého bádání. Lidé v tomto období se mnohem více zajímají o praktické využití
nových vynálezů. Konstruují se nové stroje a do fyziky začíná stále více pronikat mechanika a geometrie.
Atény, které dříve byly centrem vzdělanosti, nyní ztrácely svůj lesk. Do popředí zájmu se dostávala severoegyptská Alexandrie. Zde panovník Ptolemaios I. zakládá vědeckou instituci, Múseion, která byla financována státními penězi. Ptolemaios II. založil nový Múseion, který byl úplně jiný než ten první. Byla to instituce zcela mimořádného významu. Bylo zde mnoho učenců, kteří dostávali pravidelný plat. Byla zde také zřízena ohromná knihovna, zoologická, a také botanická zahrada.
Řecká fyzika se po praktické stránce zabývala dvěma obory, statikou a optikou. Optika byla považována za součást geometrie. Byla to hlavně katoptrika, což byla nauka o odrazu světelných paprsků od geometrických ploch. Méně známá byla dioptrika zabývající se lomem světla, v důsledku neznalosti zákona lomu. Studium zákonu lomu probíhal však často experimentálně, což dokazují dochované záznamy Claudia Ptolemaia, který studoval zákon lomu při přechodu světelného paprsku vzduchem, vodou a sklem. Dalšími výraznými osobnostmi
byli například Euklides, astronom Aristarchos ze
Samu, Hipparchos, Klaudios Ptolemaios, Ktésibius, Hurón a Filón z Byzance.
2.2.
Archimedův život
Syrakusy, místo, kde se Archimedes narodil, leží na východním pobřeží Sicílie a je dnes významným městem a přístavem se 120 000 obyvateli. Ve starověku bylo toto město jedním z největších měst v Evropě a bylo součástí tzv. Velkého Řecka. Snem řeckých panovníků bylo vybudovat velkou nepřemožitelnou západní řeckou říši.
Archimedovo rodiště Zdroj: http://www.math.nyu.edu/˜crosses/archimedes/pictures
Sicílie byla obchodní křižovatkou Středozemního moře, proto se zde také střetávaly zájmy nejrůznějších národů, mj. později také Římanů.
Syrakusy byly založeny řeckými kolonisty z Korinthu kolem roku 735 před naším letopočtem. Dokonce je v dobových záznamech uvedeno i jméno zakladatele, kterým byl Archias. Území Syrakus bylo osídleno již mnohem dříve než sem dorazili Řekové. Podle nálezů z archeologického výzkumu to měl být italský národ Sikulů, po nichž je Sicílie pojmenována. Původní obyvatelstvo bylo Řeky částečně vyhnáno a podrobeno.
Stejně jako ve všech ostatních městech, s výjimkou Sparty, se v Syrakusách střídaly vlády tyranie a demokracie. Tyto změny měly za následek mnoho krvavých střetů. Prvními, nám známými panovníky v 5. století, byli Gelon I. a Hieron I., kteří měli největší zájem o dobyvatelskou politiku a rozšíření vlastního území. Útočili na přilehlé ostrovy a etruská města. Za vlády Hierona I. však město Syrakusy zažívalo kulturní rozkvět. Působil zde například Pindaros nebo Aischylos.
Mocenské výboje pokračovaly i po Hieronově smrti roku 466 s nástupem demokratické vlády. Během peloponéské války se na Sicílii vylodili Athéňané, kteří připluli na pomoc městům Leontýn a Šebesta. Aténskou výpravu vedl známý politik a vojevůdce Alkibiades. Chystal se na zničení města, ale nastaly potíže. Byl náhle odvolán zpět do Atén, kde proti němu bylo vzneseno obvinění. Na pomoc aténskému vojsku připluli Etruskové a na pomoc Syrakusanům Sparťané. Atéňané byli poraženi a mnoho z nich bylo uvězněno ve státním vězení, které Cicero popisoval jako otřesné místo, kde vězni zažívali hrozné věci. Ti zajatci, kteří přežili vězení, byli prodáni do otroctví.
Demokratická vláda, která se chopila moci, byla pro město spíše na škodu proto se moci zmocnil oblíbený vojenský velitel Dionýsos a nechal si udělit roku 405 titul samovládce. Za jeho vlády získaly Syrakusy opět svůj věhlas. Dionýsos svoji obratnou politikou docílil toho, že se vliv Syrakus značně rozšířil. Zval k sobě významné básníky a dramatiky. K jeho nejznámějším návštěvníkům patřil také filozof Platon. Nakonec však Platona nechal prodat do otroctví.
V roce 275 se stal vládcem Syrakus Hieron II., za jehož života došlo k výraznému osamostatnění města. Jeho vláda trvala přes šedesát let a právě během této etapy zde strávil velkou část života i Archimedes.
Je pravděpodobné, že Archimedův otec byl astronomem na dvoře panovníka Hierona. Archimedes nebyl prý příliš spřízněn s královským rodem, jelikož se uvádí, že přežil bez újmy i vyvraždění Hieronova rodu. Není docela jisté kdy se Archimedes narodil. Na základě záznamu byzantského autora Ioannese Tzetzese je však znám věk, ve kterém zemřel. Není však dosud jasné, jak se k této informaci Tzetzes dostal.
Syrakusy se v pozdějších letech dostaly do složité situace, když musely bojovat s Římany, které vedl vojevůdce Marcellus. Ze zpráv se dozvídáme, že Archimedes použil na obranu města své metací stroje. Římané, polekaní neznámými tělesy, se domnívali, že bojují s bohy. Mimo to také Archimedes prý použil vyleštěné štíty jako zrcadla, kterými zapaloval římské lodě. No římské vojáky měla tato metoda značný negativní vliv. Tato zpráva je známa až od druhého století n.l.(Pokus byl skutečně úspěšně proveden roku 1973 řeckým vědcem Ionnisem Sakkasem.)
Archimedovo "zrcadlo" v akci Zdroj: http://www.math.nyu.edu/˜crosses/archimedes/pictures
Nic však nemohlo zabránit dobytí Syrakus, které podlehly díky lsti Marcella. Konec slávy Syrakus je spojován také s Archimedovou smrtí. Prý byl zrovna ponořen do svých geometrický úvah, když se před ním objevil římský voják a vyzval ho, aby s ním šel k Marcellovi. Tato teorie poukazuje na to, že se scéna odehrála venku, avšak z pozdějších výzkumů je doloženo, že se celý děj konal uvnitř nějaké místnosti. Archimedes byl však římským vojákem probodnut. Marcellus prohlásil, po té co se dozvěděl o smrti Archimeda, že tento čin odsuzuje. Měl totiž v plánu využít schopnosti tohoto geniálního vynálezce. Cicero později píše ve svých "Tuskulských Hovorech" o tom jak nalezl Archimedův hrob a připomněl Syrakuským občanům jeho slávu.
2.3. Archimedovo dílo
Archimedes vytvořil 13 spisů, které lze chronologicky seřadit takto [2, s. 24]:
1. O rovnováze neboli těžištích rovinných obrazců, kniha I 2. O kvadratuře paraboly 3. O rovnováze neboli těžištích rovinných obrazců, kniha II. 4. Poselství Eratosthenovi o mechanické metodě řešení geometrických úloh 5. O kouli a válci, kniha I. a II. 6. O spirálách 7. O konoidech a sféroidech 8. O plovoucích tělesech, kniha I. a II. 9. Měření kruhu 10. Počítání písku 11. Kratochvíle 12. Poučky 13. Problém dobytka
- toto časové zařazení je nejisté, protože některá jeho díla, o kterých víme, že existovala, byla zničena.
Jedna věc je však jistá a to, že jeho dílo je promyšlený systémem naplněný celek. Jistou představu o Archimedově práci si lze utvořit jen díky jeho nápadům a popisům, které si pečlivě
zaznamenával.
Svoje
výsledky
a
úvahy
posílal
na
přezkoumání
k Alexandrijským učencům. Zde existuje jistá zajímavost, že i když byl přesvědčen o nesprávnosti svých nápadů, nechal je přepočítat někým jiným, který je měl dokázat. Když byl učenec hotov, Archimédes mu sdělil, že vše je špatně. Ve svých dopisech uváděl své plány a práci, které se chtěl věnovat. Do Alexandrie psal také kvůli tomu, že odtud se mohly jeho nápady šířit dále do světa. Předpokládá se, že se s Alexandrijskými učenci znal a v Egyptě často pobýval. Jedním takovým učencem byl Konon ze Samu, kterého si Archimedes velice vážil. Zabýval se astronomií a matematikou, přepracoval výsledky astronomických pozorování Chaldejců a zkoumal kuželosečky.
Archimedovo dílo nebylo ve starověku nikdy souhrnně vydáno. Některé spisy shořely, jiné byly ztraceny. Malá díla byla studována a komentována především díky své malé matematické náročnosti, protože nebylo mnoho lidí, kteří by rozuměli složitým Archimedovým postupům.
První překlady jeho děl do latiny byly vydány z arabského originálu. Prvním byl traktát "O měření kruhu" , přeložený Hábitem ibn Kurrou. Po zániku západořímské říše se řecké písemnictví zachovávalo v byzantské říši. Díky konstantinopolským učencům se zdařilo zachovat původní řecké Archimedovy originály, které bývaly stále častěji překládány v západní Evropě do latiny. Leo, soluňský arcibiskup, uspořádal v Konstantinopoli souhrn Archimedových rukopisů, v pozdější době označovaných jako Kodex A. Ve stejném městě vznikl také Kodex B, který obsahoval rukopisy o mechanice a rovnováze. Další soubor, zvaný Kodex C byl objeven až v 19. století. Kodex A se sice nezachoval, bylo však pořízeno množství kopií, které byly ceněny a střeženy jako kulturní památky ( Kodex Marcianus v Benátkách, Kodex Laurentianus ve Florencii, Kodex Parisiensis ve Fontanaibleau ).
Vynález knihtisku v 15. století umožnil rozšiřování vědeckých děl s nesmírnou rychlostí. Šlo především o díla Euklida, Apollonia, Klaudia Ptolemaia, Herona, Pappa a Archimeda. První Archimedovo dílo vyšlo tiskem roku 1503 v Benátkách, kde ho pořídil neapolský matematik Luca Gaurico. Obsahuje překlad spisu "Měření kruhu" a "O kvadratuře paraboly". Další vydání, doplněné o traktát "O plovoucích tělesech"
vydal v roce 1543 Niccolo Tartaglia. Dílo, které měl k dispozici i Galileo Galilei. Tartaglia zkoumal řešení kubických rovnic a jako jeden z prvních objevil Cardanovy vzorce. Samostatně vyšlo dílo "O plovoucích tělesech" až roku 1565.
Roku 1544 byl vydán v Basileji Thomasem Venatoriem soubor všech, do té doby známých Archimédových děl. Tento soubor byl psán v řečtině a byl doplněn latinským překladem a Eutokiovýni poznámkami. Roku 1570 vydal Francesco Maurolyco na Sicílii nový latinský překlad Archimédových spisů s názvem Admirandi Archimedis Syracusani Monumenta omnia mathematica.
Teprve až v 17. století se začínají objevovat překlady těchto děl do živých jazyků. Postupně byly objevovány dříve neznámé podrobnosti o ztracených spisech. Problémem stále zůstávalo pojednání "O plovoucích tělesech" , které stále nebylo nalezeno. Ke překvapivé události došlo na přelomu 19. a 20. století. Docent petrohradské univerzity Papadopulos Kerameus objevil palimpsest s matematickým obsahem ( byl to již dříve zmiňovaný Kodex C ). Stalo se tak při jeho studiu v knihovně jeruzalémského kláštera Božího hrobu. Text byl prostudován dánským matematikem Heibergem a bylo zjištěno, že původní text pochází z 10. století. Obsahoval úryvky Archimedových děl, skoro celý text díla "O plovoucích tělesech" a dosud neznámý spis "O metodě", který byl věnován Eratosthenovi. Heiberg zveřejnil svůj objev roku 1907. Tento spis se poté dostal do New Yorku, kde byl roku 1998 vydražen za 2 miliony dolarů.
Archimedova velikost je v tom, jak dokázal své teoretické znalosti využít v technické praxi. Jeho díla patří k významným v celém antickém světě a často bylo v novověku na tyto navazováno. Archimedovy práce obsahovaly jeho vlastní původní výsledky a závěry. Jeho hlavními předměty bádání byla tato témata: obvod a obsah kruhu, obsahy rovinných útvarů ohraničených křivými čarami, objemy těles, povrchy těles, těžiště rovinných útvarů, těžiště těles, problematika tečen, vlastnosti některých posloupností a řad a vyjádření velkých přirozených čísel.
Archimedes byl tzv.přírodním filozofem, tzn., že se nezabýval obecnými vlastnostmi světa, ale vždy se zaměřil na určité fyzikální problémy. Vytvořil statiku jako nauku o rovnováze kapalin i těles. Dokázal spojit matematiku a mechaniku. Zabýval se také optikou a astronomií. Žádné z těchto děl se však nedochovalo. Archimedovi předchůdci
se výhradně zabývali teoretickými problémy. Praxe je nezajímala. Tento postoj bývá odvozován od Platonovy filozofie.
2.3.1. Planetárium a počítání písku
K významným Archimédovým pracím patří také sestrojení planetária. Mnoho lidí, už před Archimedem, se snažilo napodobit pohyb nebeské koule, která se otáčí se svými souhvězdími kolem Země, nějakým mechanickým způsobem. Archimedes však dokázal zkonstruovat stroj, který byl poháněn hydraulicky a napodoboval nezávislý pohyb Slunce, Měsíce a ostatních planet. Byl to už jakýsi model vesmíru, ve kterém se odrážely dosavadní znalosti antického světa. Po dobytí Syrakus se tento vynález dostal do římských rukou. Většina římských autorů pozdější doby, např. Cicero nebo Ovidius tuto konstrukci obdivovali a neváhali ji použít jako nástroj proti ateistům. Zdůvodňovali to tím, že když může člověk vytvořit kopii, tak bůh může stvořit originál. Tento vynález je popsán v díle "O konstrukci sféry", který se ovšem nedochoval.
Jediný, nám dochovaný spis, který líčí Archimeda jako astronoma, se nazývá "Počítání písku". Dílo je věnováno králi Gelonovi II. Tento spis není ani tak astronomický jako aritmetický. Archimedes snažil králi vysvětlit, že pomocí matematiky lze vyjádřit libovolně velké číslo. Řekové zapisovali čísla pomocí znaků své abecedy, která byla odvozena od abecedy fénické. Ustálený zápis velkých čísel byl tehdy označován jako "myriada", což označovalo hodnotu 10 000. Archimedes dospěl jednoduchým trikem k ještě větší hodnotě než byla myriada, totiž k myriádě myriad, tj. číslo s 80 tisíci bilionů nul. Pro takové číslo však nebylo jakékoliv uplatnění, proto zůstalo v pozadí. Spekuluje se spíše o tom, že sám Archimedes byl unášen svoji schopností a přemýšlel, jak vymyslet čísla ještě vyšší. Také se pokusil odhadnout, kolik zrnek písku ze syrakuských pláží by zaplnilo vesmír. Vzhledem k jeho "velkým číslům" to byla hodnota zanedbatelná.
Jeho spis "Počítání písku" začíná slovy:
Někteří se domnívají, králi Gelone, že počet písku je nesčíslný; a to, tvrdím, nejen toho, jenž jest v okolí Syrakus a v ostatní Sicílii, ale i na všeliké zemi ať obydlené či neobydlené. Někteří však nemyslí, že jest neomezený, ale že přece nebyl tak veliký udán,
jenž by převyšoval jeho množství. Pokusím se ti dokázati důkazy geometrickými, že mezi čísly námi jmenovanými převyšují některá nejen počet písku v množství rovném zemi tak vyplněné, ale i v množství rovném vesmíru [2, s. 59].
2.3.2. Archimedes a páka
Už staří Egypťané a Babyloňané používali při svých monumentálních stavbách jednoduché mechanické stroje jako byla páka, kladka, nakloněná rovina nebo kolo na hřídeli. Řekové je používal také, ale zároveň se snažili o matematický výklad účinků těchto strojů. Při stavbě takových zařízení byli hnáni kupředu možností přemoci přírodu a získat tak neomezené možnosti. Až Archimedes podal přesný popis rovnováhy na jednoduchých strojích. Tento výklad založil na principu páky a zároveň zavedl do fyziky další důležitý pojem, těžiště. Archimedes vycházel z těchto hlavních postulátů o rovnováze na páce [2, s. 32]:
1. Stejné tíhy ve stejných vzdálenostech (od bodu opory páky) jsou v rovnováze, nestejné tíhy nejsou 2. páka se naklání ve směru větší tíhy 3. je li ve stavu rovnováhy něco na jedné straně páky přidáno nebo ubráno, rovnováha se naruší a páka se nakloní na stranu větší tíhy 4. jestliže rovné a podobné obrazce splývají, splývají i jejich těžiště 5. jsou li nějaké velikosti v určitých vzdálenostech v rovnováze, jiné velikosti s nimi ekvivalentní budou také v rovnováze v týchž vzdálenostech 6. souměřitelné velikosti jsou v rovnováze ve vzdálenostech nepřímo úměrných tíhám
Archimedes vybudoval na myšlence páky nejen celou statiku, ale řešil také výpočty obsahů a objemů těles, které využil v praktických úlohách. Archimedovi se připisuje asi čtyřicet vynálezů. Od kladkostrojů, šnekového převodu, šroubu na čerpání vody až po válečné stroje. Je však zcela nemožné dokázat, jaké stroje mohou být připisovány přímo Archimedovi. Přes doporučení svých současníků, dokonce i samotného vládce Hierona však Archimedes nezanechal jakékoliv zmínky o svých vynálezech. Není proto ani možné jednoznačně určit, co bylo původní a co převzal od někoho jiného.
V historických pramenech je často uváděno, že namáhavá fyzická práce byla vyhrazena pro otroky. Proto nebyl jakýkoliv zájem na jejím usnadňování. Je ovšem fakt, že ve starověké společnosti existovalo mnoho svobodných řemeslníků, kteří by toto ulehčení uvítali. Mimo to armáda například při stavbě lodí také potřebovala vyspělejší techniku. K neuvěřitelné dokonalosti byla dovedena válečná, útočná i obranná zařízení, protože samotná mechanika byla především zájmem armády. Všechna válečná technika, jako ohromné obléhací stroje , katapulty, škorpiony, želvy, obléhací věže, těžké berany a vrtačky byla připravena k použití i ve velmi nepříznivých podmínkách. Tyto technické vymoženosti využil ve svých výpravách i Alexandr Makedonský.
Archimedova technika byla založena na principu jednoduchých strojů a na setrvačnosti hmoty. Páka, hned po vynálezu ohně, je vynálezem, který se promítal do množství praktických aplikací. Staré Řeky fascinovala také představa převahy člověka nad přírodou. Samotný Archimedes se pro páku nadchnul natolik, že promýšlel i pohnutí samotnou Zemí. Tyto hypotetické myšlenky však měly ve skutečnosti úplně jiný význam. Jde především o filozofický a básnický význam. Možnost pohybovat neomezeně těžkými břemeny se donesla i králi Hieronovi. V Syrakusách byl postaven luxusní koráb, který měl být věnován egyptskému králi Ptolemaiovi. Nastal však problém, jak obrovskou loď dostat na vodu. Nyní přišla Archimedova chvíle. Pomocí pák, kladek, rumpálů a vratidel, kterými mohl pohybovat jeden člověk, v tomto případě sám Hieron, bylo možno loď bez cizí pomoci spustit na vodu. Hieron byl potěšen a Archimedes se mohl těšit z jeho přízně.
Použití kladky bylo známo již před Archimedem, ale konstrukce kladkostroje je připisován právě jemu. Nejde pouze o jednoduchou kladku, ale také o tzv. polyspaston, což byl kladkostroj s pevnou a volnou kladnicí, kde se vytahování uskutečňovalo rumpálem. Pokud měla každá z kladnic tři kladky, šlo o tzv. trispaston. Setkáváme se zde v souvislosti s pákou také se záhadným zařízením zvaným charistion. Není jisté o co šlo, ale patrně o váhy na principu nerovnoramenné páky. Mezi Archimedovy vynálezy patří tak vodní šnek, vodní varhany a planetárium. Vodní šnek je popisován římským technikem Marcem Vitruviem v díle "Deset knih o architektuře". Popisuje ho jako dlouhý dřevěný válec, uvnitř vyplněný vinutou šroubovitou plochou. Je-li spodní konec šroubu ponořen do vody, válec má správný náklon a šroub je uváděn do rotačního pohybu, postupuje voda ke stále vyšším závitům šroubu a je tak čerpána do vyšších
poloh. Toto zařízení bylo používáno v Egyptě k zavlažování polí. Není však opět jisté, zda ho vymyslel Archimedes nebo se s ním seznámil právě v Egyptě. Vodní varhany fungovaly na principu stlačování vzduchu pomocí vodního sloupce. V některých záznamech je tento vynález přisuzován Ktesebiovi.
2.3.3. Archimedovy objevy v hydrostatice
Celá historie objevu Archimedova zákona se váže k příhodě, kterou zaznamenal římský architekt Vitrivius. Když se Hieron stal králem, rozhodl se, že věnuje řeckým bohům v nějaké svatyni zlatý vavřínový věnec jako odměnu za jejich náklonnost. Nechal proto přesně navážit zlato k výrobě. Za nějaký čas výrobce dodal slíbený věnec a vše se zdálo být v pořádku. Zanedlouho však přišlo udání, že ve věnci je mnohem méně zlata než bylo původně v plánu. Zbytek zlata byl nahrazen stříbrem. V této době však nebyla žádná známá metoda, jak tento zločin dokázat. Hieron proto pověřil tímto úkolem Archimeda. Ten si nad tím dlouho lámal hlavu, až konečně při jedné ze svých návštěv lázní objevil něco zvláštního. Zjistil, že když vstupuje do vany, vytéká z ní ven takové množství vody, podle toho, jak se do ní ponořovalo jeho tělo. Na nic nečekal, vyběhl nahý ven a křičel své známé "heuréka". Archimedes použil kus zlata a stříbra, které měly stejnou hmotnost, ponořil je do vody a podle množství vody, které vytěsnily, zjistil jejich objem. Díky tomu mohl určit hustotu zlata a stříbra a tím usvědčit klenotníka. Není však známo, jak tento nepoctivec dopadl.
Metoda však není založena na vztlaku v kapalině, proto Vitriviův popis nevysvětluje jakým způsobem Archimedes došel ke svému geniálnímu závěru. Až v pramenech z pozdější doby, hlavně v arabských a středověkých, je uváděn přesný způsob určování hustoty látek bez zjišťování objemu těchto těles. Stačí totiž použít hydrostatické váhy, zvážit pozorované těleso na vzduchu a pod vodou. Z těchto dvou informací ihned dostáváme poměr hustot tělesa a vody.
Hydrostatické váhy byly obdivovány. Zmiňují se o nich ve svých dílech četní autoři arabského světa, jako např. Hábit ibn Kurra, Al Rází, Al Bírúní, Umar Chajdám, Al Khazíní a další. Určování přesné hustoty látek vlastně tehdy nahrazovala dnešní chemický rozbor.
Traktát "O plovoucích tělesech", složený ze dvou knih, byl dlouho znám pouze z latinského překladu, protože v řeckém originálu existuje stále mnoho nejasností. Archimédes charakterizoval vlastnosti kapalin takto : máme li dvě sousedící části kapaliny v téže hloubce, pak na ně působí stejným tlakem všechna kapalina vertikálně nad nimi, a ta část kapaliny, na niž působí větší boční tlak, ustupuje té, která je vystavena menšímu bočnímu tlaku[2, s. 39].
Toto tvrzení bývá předmětem diskuze, zda Archimédes vůbec znal zákony šíření hydrostatického tlaku v kapalině, který byl objeven až v 17. století Blairem Pascalem. Archimedovy postupy však ukazují na to, že o hydrostatickém tlaku měl správnou představu. Archimédes se také zabýval vznášením těles v kapalině. Napsal: těleso stejně těžké jako kapalina se ponoří do kapaliny tak, že nebude vyčnívat ani se nebude dále potápět[2, s. 39]. Důkaz této věty provádí sporem, při kterém vychází z podmínky, že část tělesa bude nad hladinou. Pak se porovná objem ponořené části tělesa se stejným objemem kapaliny u hladiny a ukáže se, že kapalina pod tělesem by musela být díky vyčnívající části více stlačena a rovnovážný stav by nemohl nastat.
Druhá kniha tohoto traktátu zkoumá podmínky stabilní rovnováhy plovoucích těles. Zabývá se především takovými tělesy, jejichž příčný svislý řez má podobu parabolické úseče. Kniha obsahuje deset značně náročných matematických vět, které není možno z původního zápisu dobře pochopit. V tomto díle také zformuloval podmínku, že metacentrum ( průsečík osy plování s vertikálou ) musí ležet v určité výšce nad těžištěm tělesa.
Zmíněných znalostí využívají inženýři i v dnešní moderní době, například při konstrukci lodí.
3. Galileo Galilei
Galileo Galilei Zdroj: http://w.w.w. wikipedia.com
3.1. Charakteristika období
V historii se za nástup novověku, jako historického období, považuje rok 1492, tedy objevení Ameriky Kryštofem Kolumbem. Jindy se datuje až od buržoazní revoluce v Anglii v roce 1640. Výchozím bodem pro utváření novověkého obrazu ve vědě je učení Mikuláše Koperníka, přístupné od roku 1543 vydáním díla "O kruhových pohybech nebeských těles". Koperník v tomto díle popisuje svoji heliocentrickou teorii světa vysvětlením pohybů Slunce a Země. Své úvahy podložil matematickými výpočty, které byly přijaty i jeho zarytými odpůrci.
Přelom ve fyzikálním myšlení byl provázen vznikem manufaktur a také celkovou změnou společenského života. Lidé se stále více zajímali o mechanické stroje, které by jim ulehčily práci a také ještě více zpříjemnily život. Centra vzdělanosti, kterými byly univerzity, byly ovládány strnulými scholastickými metodami, od kterých se postupně osvobozovaly. Oproti tomu se začaly utvářet zcela odlišné naučné společnosti zvané akademie. Sám Galilei byl členem Academie del Lincei, založené roku 1603. 15 let po jeho smrti vznikla další akademie, zvaná Academia del Cimento. Byla to společnost vědců zabývajících se především praktickými pokusy. Jejími členy byli především Galileiho následovníci. Další taková společnost se utvořila ve Schweinfurtu nad Mohanem roku 1652, která se jmenovala Academia caesereo. V Londýně vznikla roku 1662 Royal Society, jejímž předsedou byl Isaac Newton. Roku 1666 vznikla akademie v Paříži a 1725 v Rusku Petrohradská akademie, založená Petrem Velikým.
Přírodní vědy byly stále více ovlivňovány protischolastickými tendencemi, zejména ve filozofii ( Descartes, Bacon ). Oba dva čerpali ze svého rozumového poznání a ze zkušenosti. Jejich zastáncem byl také J.A. Komenský.
Ve fyzice měla hlavní slovo astronomie, která měla nesmírný význam. Tento její význam výrazně přesahoval rámec přírodních věd. Zasahovala také do filozofie a náboženství. Nedílnou součástí této doby je také církev, která byla součástí života každého člověka. Církev se bála, že díky novým postupům a myšlenkám ztratí v myšlení lidí hlavní význam. Hlavním znakem vědy této epochy je především vyzdvižení experimentu jako potvrzení teorie, což v dřívějších dobách bylo nemyslitelné a dokonce nebezpečné.
3.2. Dětství, mládí, začátky
Galileo Galilei se narodil 12. února 1564 v Pise. Otec Galilea, Vincezo Galilei nebyl bohatý, žil ve Florencii, kde vyučoval hudbu a také si přivydělával obchodováním s plátny a látkami. Napsal např. "Dialog o staré a nové hudbě". Matka Giulia Ammati, která žila až do roku 1620, si nikdy nedokázala získat lásku svých dětí. Pocházela ze slavného rodu Ammatiů, známého již v 13. století. Někteří z tohoto rodu patřili k významným členům tehdejších bohatších řemeslných cechů. Jedním z nich byl také Tommaso di Bonaiuto zvaný "Maestro Galileo". Byl to významný vědec a lékař, který byl dokonce roku 1445 zvolen předsedou tzv. signorie, radou, která řídila florentskou republiku. Traduje se, že právě po něm dostal Galilei toto neobvyklé křestní jméno. Galileo měl tři sourozence. Sestru Virginii a Livii a mladšího bratra Michel Angela. Obchodní záležitosti přinutily Vincenza Galileiho opustit Florencii a přesídlit do Pisy, kde se oženil a založil rodinu. I přes to, že koupil v Pise dům, stále měl chuť vrátit se zpět do Florencie. Proto roku 1575 skončil s obchodováním v Pise a vrátil se s celou svou rodinou do svého rodného města. Jeho syn, kterému bylo v tomto roce právě 11 let, začal studovat ve Florencii. O dětských letech Galilea, které strávil v Pise, se ví málo. Pravděpodobné ale je, že zde strávil svá mladá školní léta a získal zde základní vzdělání.Bez otcova svolení zastával dokonce pozici novice. Ve Florencii ho rodiče zapsali do benediktýnského kláštera ve Vallombrose, kde studoval,jak bylo dříve zvykem tzv. sedm svobodných umění ( gramatiku, rétoriku, dialektiku, aritmetiku aj. ), a také mechaniku. Mladému studentovi se zde zalíbilo a přemýšlel o vstupu do duchovní služby. Když bylo Galileovi 15 let, otec si ho vzal z klášterní školy zpět k sobě. Asi rok a půl se vzdělával doma za asistence svého otce, který ho učil hudbě, literatuře a malířství. Podle některých jeho životopisců byl tak dobrým malířem, že se mohl stát velice známým umělcem. Naopak matematikou se například vůbec nezabýval a neosvojil si ani základy geometrie. Budoucí geniální fyzik se musel ve svých 16 letech rozhodnout, kterému zaměstnání se bude věnovat. Otec ho nabádal k tomu, aby se stal lékařem. Otec byl přesvědčen, že studium medicíny je výnosné a užitečné. Trval na tom, aby se jeho syn zapsal na uměleckou fakultu univerzity v Pise a vybral si jako speciální předmět medicínu. Medicína ho sice vůbec nezajímala, ale kvůli otcovu přání, aby měl jeho syn čestné zaměstnání, Galileo otci vyhověl a roku 1580 začal studovat.
Bohužel ale medicínu neměl rád, proto nenavštěvoval přednášky. Zajímala ho hlavně samostatná práce, geometrie a mechanika. Jeho studentský život neprobíhal zcela běžně. Žil v bídě a často neměl co jíst. První Galileův životopisec Viviani poukazuje na to, že už na studiích v Pise zhotovoval modely strojů a zařízení. Některé z nich dokonce sám vynalézal. Mladý student s nadšením četl Archimédova díla ( "O tělesech plavajících na vodě" ), která byla už v této době přeložena do latiny. Bohužel z důvodu nedostatku prostředků potřebných pro další pobyt v Pise, uvažoval o návratu zpět do Florencie. Po necelých čtyřech letech opustil univerzitu. Proč se tak rozhodl není dosud přesně známo. Snad skutečně kvůli své nechuti vůči medicíně, možná také proto, že mu už dále nevyhovovali strnulé scholastické metody výuky. Ve Florencii se mu podařilo najít výborného učitele matematiky, kterým byl Ostilio Ricci. Učil mladé Florenťany matematiku a také působil na florentské umělecké akademii, která byla tehdy i politickou školou. Vyučoval soukromě mladé aristokraty, včetně synů toskánského velkovévody. Součástí programu akademie byly i povinné matematické disciplíny. Ricci na svých přednáškách vykládal nejen čistě matematické problémy, ale také užíval matematiku při výkladu praktické mechaniky, mj. také v hydraulice. Ricci docházel často do domu Galileiových. Mladý student při jedné z těchto návštěv zaslechl jak se Ricci baví s Galileovým otcem o souvislosti matematiky s jinými obory a byl natolik zaujat, že začal mít stále více dotazů. Otec, který nebyl nadšen tím o co se jeho syn zajímá, ho často odbýval. Byl přesvědčen, že jakákoliv nová činnost by mohla syna rozptylovat od studia lékařství. Díky Riccimu se projevily Galileovy skryté vlohy a schopnosti. Ricciho těšil zájem chlapce o vědu, ale zároveň nechtěl urazit jeho otce. Výsledkem byla domluva, že Ricci bude Galilea vyučovat. Ricci učil Galilea spíše prakticky než teoreticky, což se později ukázalo jako dobrá volba. Zabýval se nejen jednoduchými stroji, ale uvažoval i o složitějších experimentech jako bylo určování těžiště těles, jejich plavání apod. Jelikož se mladý student natolik zaujal studiem, otec se obával o synovu budoucnost lékaře a zakázal Riccimu další vyučování. Galileo se ale nenechal odradit. Začal studovat sám. Za nějakou dobu otec poznal, že je marné dále na syna naléhat. Galileo zůstal doma a zabýval se dalším studiem. Při tom také pracoval jako soukromý učitel bohatších studentů. Za zmínku stojí také příhoda z roku 1583, kdy tehdy devatenáctiletý mladík pozoroval v pisánském dómu houpající se lampu věčného světla na dlouhém závěsu a zjistil, že i když její rozkyv byl stále menší a menší, doba kyvu se neměnila. Toto bylo později pojmenováno jako izochronismus kyvadla. Tato legenda byla poprvé zaznamenána až padesát let po jeho smrti Vincenzem Viviani.
Galileo byl všímavým člověkem a vnímal vše co se kolem něj dělo. Současně se také důkladně seznámil s Euklidovými díly, o kterých měl na univerzitě jen matnou představu. Studoval díla starých matematiků a myslel hlavně na svůj hlavní cíl, který mu vtisknul Ricci, aby využíval a uplatňoval vědu v praxi. Od svého učitele se také naučil určovat hustotu těles a díky němu se ještě více zabral do Archimédových děl. Jeho metody používal při určování polohy těžiště různých útvarů. Dokončil také svoje první vědecké dílo, které nese název " Malé hydrostatické váhy ". Toto dílo mělo čistě praktický účel. Galileo vytvořil několik kopií této práce a pokoušel se ji rozšiřovat. Díky tomu se seznámil s některými učenci této doby. Mezi nimi byl také markýz Ubaldo del Monte, znalec Archimédova díla, který byl autorem knihy: " Učebnice mechaniky ". Ubaldo vyzdvihnul skvělé schopnosti Galilea a
označil ho za
"Archiméda nové doby".
3.3. Galileo a univerzita v Pise
Ubaldo měl v této době významnou funkci generálního inspektora všech pevností a hradeb v toskánském vévodství. I když byl Ubaldo o generaci starší, měl zájem seznámit se s Galileim a později také spřátelit. Del Monteho zajímaly jeho studie o Archimedovi a Galilea zase záležitosti konstrukce hradeb a opevnění. Zanedlouho se mu podařilo prokázat svému mladému příteli službu. Galileo byl nešťastný z toho, že nemá vlastní stálý příjem peněz a že je odkázán na svého starého otce. Proto byl v roce 1584 jmenován, díky podpoře a doporučení jeho mecenáše, profesorem na té stejné univerzitě, kde byl ještě nedávno studentem. I když zaměstnání profesora nebylo po finanční stránce ideální, Galileo byl spokojený, protože zaujímal určité místo ve společnosti a mohl začít vést samostatný život a plně se věnovat vědecké práci. Jeho povinnosti na pisánské univerzitě nebyly náročné. Měl za úkol studentům vysvětlovat Euklidovy teorie, učit je základy geometrie a astronomie. Dále bylo jeho povinností konat astronomická pozorování a zjišťovat polohu planet, aby mohl vytvářet horoskopy. První životopisci tvrdí, že se ukázal jako profesor zarytým odpůrcem Aristotela a jeho učení. Vincenzo Viviani tvrdí, že se Galilei ohrazoval proti tehdejšímu zažitému učení, ale z výzkumu není patrný jakýkoliv vnitřní odpor, který by naznačoval další jeho vývoj. Je příhodné položit si otázku, zda už v tomto raném věku mohl Galileo takto vystupovat. Pravděpodobnější spíše bude, že jeho žák a první životopisec Viviani chtěl svého učitele ukázat v tom nejlepším světle. Galileo otevřeně odmítal některé partie
Aristotelovy fyziky a činil četné pokusy, aby ukázal jak bludné je učení Aristotela, této velké vědecké autority středověku. Galileo jako profesor napsal roku 1590 práci : " O pohybu ". Právě v tomto díle se poprvé pokusil napadnout a vyvrátit staré Aristotelovo učení o pádu těles. Jsou zde na dobu, ve které žil, velmi odvážné výroky. Např.: "Jestliže se rozum a zkušenost v něčem shodují, pro mě není vůbec důležité, jestli se to protiví myšlence většiny"[1,s.72]. Aristoteles ve své fyzice tvrdí, že existují úplně těžká tělesa, která padají dolů a úplně lehká tělesa, která se zvedají vzhůru. Galileo ve svém díle prohlásil, že tělesa mohou být pouze těžká a že se mohou od sebe lišit jen různým stupněm přitažlivosti, svojí hustotou. Dále se zmiňuje o odporu vzduchu u padajících těles. Toto dílo "O pohybu" je však pouze nedokonalým náčrtem pozdější teorie o pádu těles, která přišla až později. V Pise se zachovala pověst, že Galileo ze známé šikmé věže házel různé předměty, aby mohl prozkoumat jejich pád. Později se prokázalo, že experiment z šikmé věže je pouze legendou. To ovšem nic nemění na Galileových závěrech, které mají dalekosáhlý význam. Tímto povznesl pozorování a experiment nad autority a zažité systémy. Svými kolegy z univerzity byl odsouzen a ignorován. Jelikož mladý profesor trval na svých vědeckých názorech a stále nebral ve svých závěrech v potaz Aristotelovo učení, stal se pro něj život v Pise nesnesitelný. Tamní profesoři, zastánci Aristotela, usilovali o vyštvání Galilea z Pisy pryč. Vadilo jim jak se obléká, jak mluví, jeho vysoké ambice. Neměli nejmenší zájem přijmout mladého profesora z "nižší" společenské vrstvy mezi sebe. Nakonec se jim to podařilo. Jediným jeho přítelem na univerzitě se stal pythagorejsky orientovaný filozof Jacopo Mazzoni, který neodsuzoval Galilea ani po jeho ostrých výstupech proti tehdejším postupům ve vědě. Galilei byl stejně jako každý jiný profesor veřejným činitelem, a proto musel přednášet v souladu s aristotelovskou teorií. Už v této době je možné, že si pokládá otázky, kterou jdou za hranice Aristotelových představ.
3.4. Padovské období 16. září 1592 byl Galileo Galilei pozván benátskou vládou do Padovy, aby zde vykonával funkci profesora na tamější univerzitě. Usadil se nejdříve v domku místního faráře, později se však přestěhoval do velkého domu na Borgo dei Vignali s rozsáhlou zahradou. Zřídil si ve svém domě jakýsi penzion, kde ubytovával studenty, čímž si přivydělával. Také měl u svého domu dílnu, která vyráběla drobné přístroje, které kupovali jak studenti tak i armáda. Pisa, která ležela v toskánském velkovévodství měla
úplně jiný charakter než Padova v Benátské republice. Celkově zde bylo svobodnější ovzduší. Hlavně náboženské poměry zde byly úplně jiné, protože Benátská republika byla v opozici proti papežskému státu. Protože Galilei byl uznávaným vědcem nabídli mu na 4 roky vedení katedry matematiky a plat, který byl o něco málo větší než dostával dříve v Pise. Galilea lákala věhlasnost padovské univerzity, o kterou se benátská vláda dobře starala. Tato univerzita založená už roku 1222 byla proslulá hlavně díky vysoké úrovni bohoslovecké a medicinské fakulty. Při medické fakultě byl zřízen anatomický a klinický ústav a první botanická zahrada s léčivými bylinami v Evropě. Přednášky na těchto fakultách navštěvovalo mnoho lidí, hlavně mladí lékaři a studenti z různých koutů země. Dokonce i mladí šlechtici z našich zemí. Galileovi se v Padově líbilo, protože zde bylo mnoho cizích studentů, které doučoval a mohl si tak přivydělat ke svému platu. Nakonec se s radostí do Padovy přestěhoval. Přednášel zde geometrii, mechaniku a astronomii. Brzy si v novém městě získal pověst jednoho z nejlepších profesorů a počet jeho posluchačů stále rostl. Získal si brzy řadu přátel a byl zván na společenské akce, kterými si zvýšil svoji prestiž. K jeho věrným přátelům patřili především Paolo Sarpi a Fulgenzio Micanzio. Oba dva obdivovali Galileův přístup k vědě a rádi s ním diskutovali. Ve svých tvrzeních byl více zdrženlivější než dřív. Nevyjadřoval se ve prospěch Koperníka a nedovoloval ani útoky proti Aristotelovi. Přednášel astronomii podle názorů Aristotela a Ptolemaia, které byly obecně přijaté a napsal dokonce krátké dílo o geocentrické astronomii. První roky svého pobytu se kromě přednášek zabýval také vypracováním nové mechaniky. Úspěšně vyřešil pomocí této mechaniky některé praktické úlohy a lépe zformuloval zlaté pravidlo mechaniky: "To, co se získává na síle, ztrácí se na rychlosti. A protože máme málo sil a mnoho času, dokazuje to, jak jsou stroje užitečné"[1, s. 74]. Toto pravidlo odvodil Galileo ze všeobecného principu, který sám vynalezl a zformuloval ho ve svém díle "Traktát o mechanice". V tomto spise z roku 1594 vysvětluje základy teorie o jednoduchých a složitých strojích na základě svého zlatého pravidla mechaniky. Právě zde už používá pojem moment síly. Tento traktát si získal slávu nejen mezi italskými studenty, ale dostal se i do jiných zemí Evropy. Zanedlouho potom se stalo, že se na nebi objevila nová hvězda. Díky této nové hvězdě vznikly prudké spory. Galilei o této hvězdě promlouval třikrát na svých přednáškách, uskutečněných v prosinci 1604 na Padovské univerzitě. Návštěvníků, které zajímala podstata této nové hvězdy se sešlo podle jeho slov více jak tisíc. Hlavním důvodem bylo to, že astrologové předpovídali nějakou pohromu díky jejímu objevení. Galilei vyslovil hypotézu, že nová hvězda
vůbec není hvězdou, ale má zemskou podstatu a že je to husté nakupení zemských par, které jsou ozářené sluncem. Svoji hypotézu však posuzoval z hlediska tehdy přijatého geocentrického názoru. Vyvodil ze své hypotézy závěr, že nové hvězdy jsou důkazem toho, že pozemská, pominutelná hmota může být součástí věčných a nezměnitelných těles. Opět vystoupil proti tvrzení Aristotela a zpochybnil ostrou hranici mezi pozemským a nebeským. Také tvrdil, že nová hvězda nemá viditelnou paralaxu a že je v mnohem větší vzdálenosti než měsíc. Tímto svým názorem narušil Galilei všeobecně přijaté učení o krystalových sférách, které se otáčejí kolem země.
Už tehdy byl Galilei známý jako výborný učitel, o čemž svědčí i to, že se jeho přednášky šířily v rukopisech. V řadách jeho posluchačů bývali často mladí lidé, protože přednášel italsky, což tenkrát nebylo zvykem. Na všech univerzitách v západní Evropě se přednášelo latinsky, jelikož latina byla pokládána za jazyk vědy a učených lidí. Ve svém volném čase také měl mnoho soukromých hodin, na kterých učil podle sebe a ne podle Aristotela. Roku 1600 vydal malou italsky psanou brožuru s názvem: "Otáčení geometrickým a vojenským kružidlem", ve které se pojednává a souměrném kružidle, které sám vynalezl. Bylo jednoduché. Mělo dvě ramena, dělenou stupnici a bylo spojeno kloubem. Po několika měsících se však objevil latinský překlad od Balthasara Capriho, který tvrdil, že je toto kružidlo jeho vynálezem. Galileo ho napadl s tím, že v tomto překladu jsou závažné chyby a objevení tohoto vynálezu připisoval nadále sobě. Celý problém skončil až u soudu, kde bylo rozhodnuto ve prospěch Galilea. Vydaný latinský překlad byl označen za padělek a musel být zničen.
3.5.Galileiho objevy v astronomii
Zprávy o nových přístrojích na pozorování vzdálených předmětů, které se objevily kolem roku 1608 se dostali i ke Galileovi. On sám popsal takový přístroj jako zařízení, díky kterému si myslíme, že je možno velmi vzdálené předměty pozorovat tak přesně jakoby byly blízko nám. S tímto přístrojem bylo provedeno mnoho experimentů, ale někteří nebyli stále přesvědčeni o jeho hodnověrnosti. Předpokládá se, že ačkoliv Galilei dalekohled nevynalezl, zdokonalil ho tak,že byl schopen zvětšovat předměty až třicetinásobně. Takový dalekohled byl dlouhý 1245 mm. Jako objektiv sloužila vypuklá čočka s průměrem 53,5 mm, okulár měl průměr 25 mm. Tento dalekohled byl jedním z nejlepších Galileových dalekohledů. Zachoval se až do dnešní doby, vystaven
v muzeu ve Florencii. Všechny jeho astronomické objevy byly vykonány právě tímto dalekohledem. S pozorováním měsíce začal pravděpodobně v srpnu 1609, kdy objevil na povrchu Měsíce hory a několik tmavých skvrn, které považoval za moře. Když důkladně prozkoumal měsíc, zaujala ho skutečnost, že na povrchu Měsíce, jako na Zemi, jsou také vysoké hory, pohoří, moře a údolí. Také si nejdřív myslel, že i na Měsíci existuje voda a atmosférický obal. Na přelomu let 1609 a 1610 prozkoumal také další různé nebeské objekty včetně mléčné dráhy. Aristoteles ve svých úvahách považoval mléčnou dráhu za atmosférický jev. Galilei si však hned všimnul, že záření mléčné dráhy způsobují hvězdy. Z tohoto pozorování vyplýval závěr o kosmické povaze mléčné dráhy. Začátkem ledna začal pozorovat planetu Jupiter a objevil v jejím okolí zajímavé skutečnosti. Tato pozorování prováděl pravidelně od 7. ledna 1610. Toho dne uviděl v blízkosti Jupitera tři jasné hvězdičky, dvě byly na východ a třetí na západ. Následující den opět zaměřil svůj dalekohled znovu a zjistil změnu polohy těchto malých hvězd. Všechny tři byly na západ od planety a vzdálenost mezi nimi byla menší než při dřívějších pozorování. 9. ledna viděl pouze dvě z těchto hvězd a obě byly na východ od Jupitera. 13. ledna viděl už čtyři hvězdičky, které pozoroval ještě 15., 19., 20., 21., 22. a 26. ledna zjistil neočekávanou věc. Potvrdil existenci čtyř družic Jupiteru. Rozhodl se je pojmenovat "hvězdy Mediciho" a zasvětil svůj objev toskánskému vévodovi Cosimovi II. Medicejskému.
Galileiho dalekohledy
Zdrojhttp://britannica/eb/article- 8443/galileo
3.6. Galileiho Astronomický věstník
V březnu roku 1610 vydal Galileo Galilei latinsky psané dílo menšího rozsahu s názvem Astronomický věstník. Vyšel v nákladu 550 kusů, což bylo na tuto dobu neobvyklé. Kniha byla svým obsahem velice působivá a vyprodána byla během několika málo dní. Názvy hvězd například Mediciho hvězdy se zalíbilo dalším vysoce postaveným osobám. Dokonce francouzský král Jindřich IV. rozkázal, aby bylo oznámeno Galileimu, že jakmile objeví novou hvězdu a pojmenuje ji jeho jménem, dostane velkou odměnu. Tyto objevy byly často ztotožňovány s objevením Ameriky a psalo se, že toto století pomohlo objevit "nové nebe". Z Galilea se stal za krátkou dobu nejslavnější učenec Evropy a jeho jméno bylo oslavováno. Nejen že přímo ukazoval v dalekohledu nebeská tělesa náhodným hostům a spoluobčanům, ale také rozesílal exempláře svého vynálezu na tehdejší evropské královské dvory a setkával se s velkým ohlasem a děkovnými dopisy. Díky pojmenování svého objevu podle toskánského vévody, obdržel čestný titul "prvního matematika a filozofa". Navíc ještě získal místo profesora na univerzitě v Pise a byl osvobozen od povinných přednášek a administrativních činností. Po předání svého dalekohledu benátskému dóžemu mu byl zvýšen plat a jeho výše měla zůstat stejná až do jeho smrti. V roce 1610 se ale vrátil do Florencie, kde měl mnohem méně povinností a mohl se plně věnovat pozorování oblohy a vědecké práci. Myšlenky, které vyslovil ve svém věstníku absolutně ignorovaly Aristotelovy názory. Galileovy poznámky o podstatě Měsíce, o jeho horách a pohořích a o měření jejich výšky, ukazují na to, že vycházel z teorií M. Koperníka a G. Bruna. Čtenáři si po přečtení věstníku mohli vysvětlit myšlenku o tom jak Galilei na základě svého pozorování ztotožňuje Měsíc se Zemí. Pro církev byly tyto myšlenky kacířské, kvůli neshodě s Aristotelovým učením o rozdělení světa na pozemský a nebeský. Svým dalekohledem zpozoroval na Měsíci popelavé světlo na měsíci. Tuto skutečnost vysvětloval celkem správně tím, že tmavá část na povrchu Měsíce je osvětlena světlem ze Slunce, které se odráží od zemského povrchu. Tento závěr má blízko k vysvětlení Koperníkovu. Galilei ho užívá proto, aby dokázal tezi, že i Země, podobně jako jiné planety, se jeví jako světlo. Napsal, že na základě přírodovědeckých důkazů může tvrdit, že Země je planeta a vyniká nad Měsícem intenzitou svého světla. Tento závěr nepřímo potvrzoval Koperníkovu myšlenku o Zemi jako jedné z planet, která obíhá
kolem Slunce. Učenci, kteří věstník četli tak tuto skutečnost chápali. Proto jedni toto dílo vítali a druzí je zatracovali jako kacířský spis, který odporuje církevní tradici a Aristotelovské fyzice. Když Galilei hovořil o družicích Jupiteru, otevřeně se prohlásil za Koperníkova stoupence. V astronomickém věstníku je tento závěr o pohybu Země kolem Slunce popsán takto: " I když z pozorování čtyř planet Mediciho, které jsem nedávno objevil není možné spočítat za jak dlouho se otočí kolem Jupitera, přesto je možné učinit dva závěry:
1. Protože se pohybují v úplně stejných vzdálenostech jednou za Jupiterem a jindy ho předbíhají, a protože jsou od něj jednou na západ a jednou na východ a provází Jupiter i tehdy když se k nám přibližuje nebo se od nás vzdaluje, nemůžeme pochybovat o tom, že se otáčejí kolem Jupitera a spolu s ním se otočí kolem centra světa za 12 roků[1, s. 82].
2. Tyto planety se otáčí v různých kruzích, protože jsem nezpozoroval, že by se dvě z nich, když jsou v nevelkých vzdálenostech od Jupiteru, kryly. A jindy se mi zase zdálo, že se někdy dvě, tři nebo dokonce všechny čtyři z těchto družic úplně kryjí. Dále jsem si povšimnul toho, že bližší planety se otáčejí rychleji než vzdálenější, protože ty první vidíme často na východě i když den předtím je bylo možné vidět na západě. Z tohoto všeho získáváme přesvědčivý důkaz proti těm, kteří se sice smiřují s pohybem planet kolem Slunce podle Koperníka, ale nesouhlasí s tím, že se Měsíc otočí spolu se Zemí kolem Slunce za jeden rok a proto zavrhují tuto světovou soustavu! Ale teď už neexistuje jen jedna planeta, která se otočí kolem jiné a spolu s ní kolem Slunce, ale jsou čtyři, které putují kolem Jupitera a spolu s ním kolem Slunce[1, s. 82].
Tento důležitý objev poukázal na to jakým směrem se Galilei ubírá. Všechny jeho objevy zjištěné dalekohledem vysvětloval podle Koperníka, i když věděl, že další přívrženec Koperníka, Giordano Bruno, trpěl právě kvůli této teorii. Roku 1610 učinil ve Florencii Galilei další objev když uviděl fáze Venuše. O tom, že tato planeta má nějaké fáze věděl, proto nebyl příliš překvapen. V dopise z 11. prosince 1610, toskánskému vyslanci na dvoře německého císaře Juliovi z Medici, napsal: "Na vlastní oči jsem viděl to, o čem jsem byl už dávno přesvědčený"[1, s. 82]. Galilei nejdříve kvůli opatrnosti zápis o tomto zašifroval a sestavil latinskou frázi, vyjadřující podstatu tohoto objevu. Fráze zněla: "Matka lásky následuje Cintii"[1, s. 82]. Tato věta se zdála většině
nejasná, ale učenci – současníci Galilea – mu dobře rozuměli. Proti názorům popsaným v Astronomickém věstníku začaly v tehdejším tisku prudké výhrady. Německý astrolog Martin
Chorki
napsal
brožuru
s názvem:
"Krátký
článek,
namířený
proti
Astronomickému věstníku, který byl nedávno rozeslaný všem filozofům a matematikům". Tento článek je dílem astrologa, který nevěřil v Galileovu vědu ani jeho dalekohledu, protože tvrdil, že to co díky němu vidíme je pouhá iluze. Tvrdil, že Jupiterovy družice si Galilei vymyslel za účelem získání zlata a uznání. Dále se proti němu postavili Kolombo a Francesco Sicci. Naopak pro jeho práci se nadchnul Jan Keller, který se pokusil o sestavení tabulek o pohybu těchto hvězd. Bohužel marně, jelikož jeho závěry byly nepřesné. I Galileo nezahálel a pokračoval ve své práci. 23. března 1611 odcestoval do Říma, kde se chtěl zbavit narčení, že obhajuje nepravdivé myšlenky. V Římě sídlilo tzv. Římské kolegium, řízené jezuity. Mezi nimi byly mnozí učenci, jako například Chrisoph Schlüssel, který byl členem kalendářní komise a podílel se na reformě kalendáře v roce 1582. Nazývali ho Euklidem 16. století. I učení jezuité prováděli mnohá pozorování a měření. Jejich záznamy a náčrty se dochovaly a byly zaneseny do Galilových děl, vydaných v Miláně. Roku 1611 se Galileo vrátil do rodné Florenci a dostal se do vědeckého sporu o plavání těles. Napsal v roce 1612 speciální traktát "Úvaha o tělesech stojících a plavajících ve vodě". Ve svém díle zdůvodňuje Archimédův zákon čistě matematicky. Poté následuje polemická část, ve které diskutuje s Francescem Buonamicem, který nesouhlasí s Archimédovou teorií, kvůli rozporu z Aristotelovými myšlenkami. Galilei jasně popírá důvody Buonamica a tvrdí, že není možné pochybovat o správnosti jedné teorie jen když není v souladu s jinou. Nejenže dokázal neomylně platnost Archimédova zákona, ale také zdůvodnil nesprávnost tvrzení, že plavání těles a jejich ponoření závisí na jejich tvaru, které pronesl Aristoteles. Galilei tak vítězně ukončil boj mezi učenci-novátory a učenci-scholastiky. Tímto vítězstvím si však vytvořil řadu nepřátel. Katolická církev všemožně podporovala "starou teorii", takže útok na ni byl brán jako útok proti církvi samotné a proti všeobecně přijatému názoru na svět. Začal boj o novou vědu, o Koperníkův světonázor.
3.7. Sluneční skvrny
Na sklonku roku 1610 učinil Galileo Galilei ještě jeden objev. Spatřil na slunečním kotouči tmavé skvrny. Nebyl ovšem jediný, kdo učinil tento objev. Mezi dalšími byl například anglický matematik Hariot, holandský astronom Jan Fabricius a jezuita Christoph Scheiner. Fabricius jako první seznámil svět se svým objevem v díle: "Rozprava o skvrnách, které byly zpozorované na Slunci o jejich zdánlivém přemísťování spolu se Sluncem." V tomto spisu tvrdí, že poprvé viděl skvrnu na Slunci 9. března 1611. Ta však po několika dnech zmizela na západním okraji sluneční plochy a za dva týdny se objevila na východním okraji. Z tohoto došel Fabricius k názoru, že se skvrna pohybuje po povrchu Slunce, ale brzy zjistil, že pohyb skvrn je zdánlivý, jelikož se pohybují díky rotaci Slunce kolem své vlastní osy. Existuje důkaz, že Galilei ukazoval v říjnu 1610 sluneční skvrny svým známým v Padově, Benátkách a dokonce i v Římě v sadu kardinála Bandiniho. Galileo ve svých spisech píše o skvrnách jako o hmotě, která souvisí s povrchem Slunce. Roku 1613 vyšla latinsky psaná kniha "Historie a důkazy o existenci slunečních skvrn", která způsobila značný rozruch. Kniha byla opatřena velmi přesnými výpočty a tabulkami. V knize bylo popsáno co všechno zjistil o slunečních skvrnách. Vysvětlil jejich pohyb a pomocí výpočtů zjistil, že skvrny musí být buď velmi blízko u povrchu Slunce nebo přímo součástí jeho povrchu. Tak se také mj. dokázalo, že skvrny nejsou malé planetky jak tvrdil Scheiner. Spor mezi Galileim a Scheinerem o to, kdo první objevil sluneční skvrny, vyvrcholil nejen ostrou polemikou mezi jimi samotnými, ale také s jezuitským řádem. Byl ostře kritizován, dominikán Caccini označoval matematiku jako nástroj ďábla a vyslovil přání, aby byly matematici vyhnáni ze všech křesťanských států. Projev nenávisti tohoto mnicha zapůsobil na veřejnost. Dokonce i na toskánském dvoře začali pochybovat o učení Galilea. 5. března 16 byl vydán dekret o zákazu Koperníkova učení, který měl vážné důsledky i pro Galilea. Roku 1632 po dlouhé úvaze Galilei uveřejnil své dílo: "Dialogy o dvou nejdůležitějších světových představách – Ptolemáiově a Koperníkově". Toto dílo bylo manifestem nové doby a symbolem boje za novou Koperníkovu světovou soustavu. Dílo bylo psané latinsky a stalo se vzorem další vědecké práce. Galilei, aby se vyhnul konfliktu s církví, jako důvod jejího vzniku uvedl potvrzení zákazu Koperníkova učení. Dílo má formu úvahy, kde tři společníci diskutují geocentrický a heliocentrický světonázor. I když se autor nepřiklání k žádnému z nich, čtenář přesto poznal, že převaha ve sporu patří Koperníkově teorii. Tvrdí, že všechny planety jsou stejné jako naše Země a dále také poukazuje na to, že tmavé skvrny na Slunci stále mění svůj tvar. Konečně se mohl ohradit proti Aristotelovi.
Pokládal Zemi a ostatní planety za dokonalé kvůli změnám, které na nich probíhají. Galilei polemizuje ze zastaralým světonázorem a podává přesné vysvětlení Koperníkovy teorie. 3.8. Odsouzení Galileiho
Když se odpůrci Galilea seznámili s jeho knihou, bylo jim hned jasné, co sledoval svoji poslušností k církvi. Pro porušení inkvizičního dekretu mu hrozil trest upálení na hranici. Papež Urban VIII. se cítil podveden, jelikož Galileovy "Dialogy" nebyly vydány ve Florencii, jak papež nařídil. Na konci této knihy mělo být několik poznámek od papeže, ve kterých bylo jasně psáno, že Galilei je sám přesvědčen o nesprávnosti Koperníkova učení.
Přední strana prvního vydání Galileových Dialogů Zdrojhttp://britannica/eb/article- 8443/galileo
V létě roku 1632 se vztah papeže a Galilea výrazně zhoršil. V září bylo nařízeno florentskému inkvizitorovi, aby vyřídil Galileimu, že se má dostavit v říjnu k výslechu na generální komisariát Svatého oficia. Galileo byl touto změnou zmatený. Jakmile obdržel 1.října předvolání, snažil se tomuto výslechu vyhnout. Požádal dokonce o
pomoc i kardinála Francesca Barberiniho. Snažil se dosáhnout zbavení poslušnosti. Odjezd do Říma několikrát odložil. Jedním z důvodů byl také jeho údajný špatný zdravotní stav, který si kvůli papeži nechal ověřit třemi lékaři. Začal soud v Římě, kam byl Galileo povolán před inkviziční tribunál. V této době už sedmdesátiletý stařec byl nemocný a neměl mnoho sil. Žádal o odročení, ale bylo mu oznámeno, pokud se nedostaví, bude přiveden v řetězech a pod dozorem. Papež považoval všechny průtahy za zbytečné a vyhrožoval vysláním dvou lékařů, na Galileovy náklady, aby se přesvědčil o jeho skutečném zdravotním stavu. Toskánský velkovévoda, který si nepřál nic jiného než uchovat vřelý vztah k Římu, Galilea přemlouval. Galileo se poddal. Sepsal závěť a odjel 19. ledna 1633 a 13. února do Říma přijel. Znovu byl ale zdržen. Ne však vlastní vinou, ale z důvodu morové epidemie musel zůstat v karanténě na hranicích mezi Toskánskem a papežským státem. Dostal úřední příkaz ubytovat se v sídle Svatého oficia, ale toskánský velvyslanec Niccolini dosáhl pro svého krajana jisté úlevy. Mohl se ubytovat v jeho rezidenci. Toto gesto bylo pro Galilea významné. Sám nebyl po duševní stránce úplně v pořádku a toto pozvání mu jistě ulevilo již v tak napjaté situaci. S Niccolinim, se kterým se znal už dlouhá léta, probíral současnou situaci a snažili se nalézt nějaké východisko. Galileo byl již dva měsíce v Římě, ale připadalo mu, že se nic nového kolem jeho záležitosti s výslechem nestalo. Požádal o audienci u papeže, ale byl odmítnut. Snažil se také Niccolini, který připravoval "půdu" pro Galileův proces. První výslech se konal 12. dubna 1633 v paláci oficia. Zahájil ho generální komisař Vincenzo Maculano de Firenzuola. Galileo byl vystaven urážkám a vyhrožovali mu mučením, což bylo běžným postupem při výslechu. Tribunál ani tak nezajímal obsah jeho "Dialogů", jako spíše okolnosti, za jakých byly vydávány. Po výslechu byl vsazen do vězení a nucen dodržovat slib mlčenlivosti. Galileo byl s výslechem spokojen, protože na vše odpověděl a také uvedl, že jeho kniha vyvrací Koperníkovu teorii. Myslel, že má vyhráno, ale generální komisař dosáhl soukromého rozhovoru a vynutil si Galileovo přiznání. V druhém výslechu už byl zatlačen do kouta. Poslední výslech se konal 30. dubna, ale podle důkazů byl už předem znám výsledek. Tento výslech neprobíhal tak hladce jako ty první dva. Maculano dostal svolení použít v nutném případě i mučení. Není jisté zda k mučení došlo či nikoliv, protože Galileo by nemusel tyto praktiky přežít, což by nebylo nejlepší vizitkou inkvizičního tribunálu. Slíbil, že už nebude dále pochybovat a že jediná a správná je teorie geocentrická, tedy, že Slunce obíhá kolem Země. Je jasné, že jeho přiznání nebylo věrohodné, ale hlavním cílem tribunálu bylo dosáhnout formálního přiznání. 22. června 1633 se konal
závěrečný ceremoniál v síni dominikánského kláštera Santa Maria sopra Minerva, kde byly předneseny jednotlivé body Galileovy obžaloby. Byl obviněn z porušení církevních zákonů a odsouzen na doživotí. Byl mu předložen dokument, podle kterého se zavazoval, že nikdy už nebude psát o ničem co by mohlo vést k obvinění z kacířství. Také se zavazoval k udání každého, kdo by se pokusil sympatizovat za zakázaným učením. Po podpisu mu bylo zrušeno vězení, ale dostal zákaz vycestovat z města a přijímat jakékoliv návštěvy. Církevní dílo bylo dokonáno. Vzpoura proti církvi byla zažehnána a nic nebránilo církvi dále vykonávat dozor nad vším a rozhodovat o pravdě. Galilei se však nevzdával. V protestantském Holandsku v Leidenu vyšlo jeho poslední dílo "Rozhovory a matematické důkazy, které se týkají dvou nových věd mechaniky a pohybu v prostoru". Tyto rozhovory mají stejnou povahu jako "Dialogy". Francouzský učenec Lagrange napsal výbornou charakteristiku na toto dílo. Galilei byl považován za zakladatele nové mechaniky.
Galileo Galilei před inkvizičním soudem Zdrojhttp://britannica/eb/article- 8443/galileo
3.9. Galileiho smrt a odkaz
Několik málo dnů po svém odvolání Galileo opustil vězení a vrátil se do paláce toskánského velvyslance. Nežilo se mu špatně. Avšak zanedlouho požádal papeže , zda by si nemohl svůj trest odpykat ve Florencii. Papež věděl, že k tomu dojde, ale nechtěl činit velké ústupky proto přijal kompromis. Nad Galileem měl vykonávat dozor biskup Ascanio Piccolomini, který ho měl docela v oblibě. Až po necelých pěti letech se mohl navrátit do svého domu. Roku 1637 Galilei oslepl a i když byl vlastně vězněm inkvizice, nevzdal se. Dále debatoval se svými žáky a nabádal je k novým výzkumům. 8. ledna 1642 zemřel v přítomnosti svého syna Vincenza a svých nejbližších žáků Vivaniho a Toricelliho.
Galileiho ostatky byly uchovány v chrámu Santa Croce. Toskánský velkovévoda měl v plánu postavit Galileovi pomník. Papež Urban VIII. však tento plán odmítl. Prohlásil, že stavba takového památníku by vyvolala přílišný rozruch. Až teprve 8. června 1734 Svaté oficium povolilo tento pomník postavit. Jeho epitaf však musel být předem touto radou schválen. Roku 1737 byl pomník vyzdoben sochami a zůstal v nezměněné podobě až do současnosti.
Zásluhou Galilea zaznamenala tehdejší doba výrazný pokrok a také vnesl do vědy rozum, který byl dříve zastírán strnulým postojem středověku. Oproti jinému, postavil svá tvrzení na skutečných důkazech. Díky tomu je právem považován za významného.
4. Závěr Jak Galileo Galileo tak i Archimédes ze Syrakus byli ve své době nepochopeni. Avšak vývoj, který v každém směru lidské činnosti míří nezadržitelně vpřed, měnil pohledy na svět a do jisté míry také ovlivnil jejich životy. Jejich činnost měla a stále má nedocenitelný význam. A to jak po stránce teoretické i praktické. Oba však byli poznamenáni nedůvěrou a pochybami své doby, která se snažila, mnohdy pochybným způsobem vnutit své myšlenky. Právě odvaha a chuť něco změnit jim pomohla k úspěchům, kterých dosáhli. Na jejich práci navazovalo množství učenců a vědců, např. Helmholtz, Kant, Leibnitz a další. Díky nim nabývala věda na popularitě a jejich odkaz přetrvává do dnešní doby. Právě proto jim právem patří nezastupitelné místo v dějinách lidstva.
Úkolem této práce bylo shrnout díla a životy Archimeda ze Syrakus a Galilea Galileiho. Bylo vytvořeno mnoho děl zabývajících se touto historickou tématikou. Bohužel se ukazuje, že čím hlouběji do minulosti jdeme, tím méně věrohodných informací lze získat. Proto se jistě setkáváme s některými informacemi, které mohou jiné popírat. Předností této práce je její obecnost, stručnost, rozsah a přehledné dělení do kapitol. Myslím, že by mohla posloužit jako pomůcka žákům základních škol při studiu fyziky právě při studiu dějů, vynálezů a faktů, týkajících se především Archimeda ze Syrakus a Galilea Galileiho.
5. Použitá literatura
[ 1 ] Baev, K. L.: L Tvorcovia novej astronomie Koperník, Bruno, Kepler, Galilei. Bratislava, 1949. Sign: 2-0245.973
[ 2 ] Bečvář, J.: 1947- jk01011293 aut vyd.
Archimedes : největší vědec starověku / 1.
Praha : Prometheus, 2005. 72 s., [8] s. obr. příl. : il.ISBN 8071962732
[ 3 ] Namer, É.:Případ Galilei . -- 1. vyd.. -- Praha : Mladá fronta, 1982. -- 196 s.. Sign: PK-0093.769
[ 4 ] Smolka, J.: 1929- jk01120134 aut Galileo Galilei : legenda moderní vědy / 1. vyd. Praha : Prometheus, 2000. 60 s., [8] s. obr. příl. : portrét.ISBN 807196171X
[ 5 ] Tůmová, Jana. Dis.: Historie fyziky od počátku této vědy až po Newtona 1992. 180 l. : il.
[ 6 ] Kagan, V. F.: Archimedes : stručný nástin života a díla / : Orbis, 1953. 38 s.
[ 7 ] Laue, von M.: Dějiny fyziky, Praha: Orbis, 1959, 169 s.
Praha
