Fizyka
Mechanika
Bitwa o kopernikanizm toczyła się zarówno w dziedzinie mechaniki, jak i astronomii. System ptolemejsko-arystotelesowski stał lub upadł jako monolit i opierał się na idei ziemskiej stabilności w centrum kosmosu. Usunięcie Ziemi z centrum zniszczyło doktrynę naturalnego ruchu i miejsca, a ruch kołowy Ziemi był niezgodny z fizyką arystotelesowską.
Wkład Galileusza w naukę mechaniki był bezpośrednio związany z jego obroną Kopernika. Chociaż w młodości stosował tradycyjną fizykę dynamiki, jego pragnienie matematyki w stylu Archimedesa skłoniło go do porzucenia tradycyjnego podejścia i opracowania podstaw nowej fizyki, która była zarówno wysoce matematyczna, jak i bezpośrednio związana z problemami, przed którymi stoi nowa kosmologia. Wczasy w znalezieniu naturalne przyspieszenie spadania ciał, był w stanie wyprowadzić prawo swobodnego spadania (odległość, s, zmienia się z kwadratem czasu, t 2). Łącząc ten wynik z podstawową formą zasady bezwładności, był w stanie wyprowadzić paraboliczną ścieżkę ruchu pocisku. Co więcej, jego zasada bezwładności pozwoliła mu sprostać tradycyjnym fizycznym sprzeciwom wobec ruchu Ziemi: ponieważ poruszające się ciało ma tendencję do pozostawania w ruchu, pociski i inne obiekty na powierzchni ziemi będą miały tendencję do dzielenia się ruchami Ziemi, które w ten sposób będą niezauważalny dla kogoś stojącego na Ziemi.
XVII-wieczny wkład w mechanikę francuskiego filozofa René Descartesa, podobnie jak jego wkład w przedsięwzięcie naukowe jako całość, bardziej dotyczył problemów leżących u podstaw nauki niż rozwiązywania konkretnych problemów technicznych. Zajmował się głównie koncepcjami materii i ruchu w ramach swojego ogólnego programu naukowego - mianowicie wyjaśnianiem wszystkich zjawisk natury w kategoriach materii i ruchu. Ten program, znany jako filozofia mechaniczna, stał się dominującym tematem nauki XVII wieku.
Kartezjusz odrzucił ideę, że jeden kawałek materii może oddziaływać na inny w pustej przestrzeni; zamiast tego siły muszą być propagowane przez substancję materialną, „eter”, który wypełnia całą przestrzeń. Chociaż materia ma tendencję do przemieszczania się w linii prostej zgodnie z zasadą bezwładności, nie może zajmować przestrzeni już wypełnionej inną materią, więc jedynym rodzajem ruchu, który może faktycznie nastąpić, jest wir, w którym każda cząstka w pierścieniu porusza się jednocześnie.
Według Kartezjusza wszystkie zjawiska naturalne zależą od zderzeń małych cząstek, dlatego bardzo ważne jest odkrycie ilościowych praw uderzenia. Dokonał tego uczeń Kartezjusza, holenderski fizyk Christiaan Huygens, który sformułował prawa zachowania pędu i energii kinetycznej (ta ostatnia obowiązuje tylko w przypadku zderzeń sprężystych).
Praca Sir Isaaca Newtona stanowi kulminację rewolucji naukowej pod koniec XVII wieku. Jego monumentalne Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Matematyczne zasady filozofii naturalnej) rozwiązały główne problemy związane z rewolucją naukową w mechanice i kosmologii. Stanowił on fizyczną podstawę praw Keplera, zunifikował fizykę niebieską i ziemską na podstawie jednego zestawu praw oraz ustalił problemy i metody, które dominowały w dużej mierze w astronomii i fizyce przez ponad sto lat. Dzięki koncepcji siły Newton był w stanie zsyntetyzować dwa ważne elementy rewolucji naukowej, filozofię mechaniczną i matematykę przyrody.
Newton był w stanie czerpać wszystkie uderzające wyniki z trzech zasad ruchu:
1. Każde ciało pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu w linii prostej, chyba że jest zmuszone do zmiany tego stanu pod działaniem na nie wywieranej siły;
2. Zmiana ruchu jest proporcjonalna do wywieranej siły napędowej i odbywa się w kierunku linii prostej, w której wywierana jest siła;
3. Każdemu działaniu zawsze przeciwstawia się równa reakcja: lub wzajemne działania dwóch ciał na siebie są zawsze równe.
Drugie prawo zostało wprowadzone w nowoczesną formę F = ma (gdzie a jest przyspieszeniem) przez szwajcarskiego matematyka Leonharda Eulera w 1750 roku. W tej formie jasne jest, że szybkość zmiany prędkości jest wprost proporcjonalna do siły działającej na ciało i odwrotnie proporcjonalne do jego masy.
Aby zastosować swoje prawa do astronomii, Newton musiał rozszerzyć mechanikę filozofii poza granice wyznaczone przez Kartezjusza. Postulował siłę grawitacji działającą między dowolnymi dwoma obiektami we wszechświecie, mimo że nie był w stanie wyjaśnić, w jaki sposób można ją propagować.
Za pomocą swoich praw ruchu i siły grawitacji proporcjonalnej do odwrotnego kwadratu odległości między środkami dwóch ciał Newton mógł wydedukować prawa ruchu planet Keplera. Prawo swobodnego spadania Galileusza jest również zgodne z prawami Newtona. Ta sama siła, która powoduje, że przedmioty spadają w pobliżu powierzchni Ziemi, również utrzymuje Księżyc i planety na ich orbitach.
Fizyka Newtona doprowadziła do wniosku, że kształt Ziemi nie jest dokładnie kulisty, ale powinien wybrzuszać się na równiku. Potwierdzenie tej prognozy przez francuskie wyprawy w połowie XVIII wieku pomogło przekonać większości europejskich naukowców do zmiany fizyki kartezjańskiej na fizykę newtonowską. Newton wykorzystał również niesferyczny kształt Ziemi, aby wyjaśnić precesję równonocy, wykorzystując różnicowe działanie Księżyca i Słońca na wybrzuszenie równikowe, aby pokazać, w jaki sposób oś obrotu zmieni swój kierunek.
Optyka
Nauka optyki w XVII wieku wyraziła fundamentalne spojrzenie na rewolucję naukową, łącząc eksperymentalne podejście z ilościową analizą zjawisk. Optyka wywodzi się z Grecji, zwłaszcza w pracach Euclida (ok. 300 pne), który stwierdził wiele wyników odkrytych przez Greków optyki geometrycznej, w tym prawo odbicia: kąt padania jest równy kątowi refleksji. W XIII wieku tacy ludzie jak Roger Bacon, Robert Grosseteste i John Pecham, opierając się na pracy Araba Ibn al-Haythama (zm. Ok. 1040), rozważali liczne problemy optyczne, w tym optykę tęczy. To Kepler, kierując się pismami tych XIII-wiecznych optyków, nadał ton nauce w XVII wieku. Kepler wprowadził analizę problemów optycznych punkt po punkcie, śledząc promienie z każdego punktu na obiekcie do punktu na obrazie. Tak jak filozofia mechaniczna rozbijała świat na części atomowe, tak Kepler podszedł do optyki, dzieląc rzeczywistość organiczną na coś, co uważał za ostatecznie rzeczywiste jednostki. Opracował geometryczną teorię soczewek, dostarczając pierwszego rachunku matematycznego teleskopu Galileusza.
Kartezjusz starał się włączyć zjawiska światła do filozofii mechanicznej, pokazując, że można je całkowicie wyjaśnić w kategoriach materii i ruchu. Korzystając z analogii mechanicznych, był w stanie wyprowadzić matematycznie wiele znanych właściwości światła, w tym prawo odbicia i nowo odkryte prawo załamania światła.
Wiele najważniejszych wkładów w optykę w XVII wieku stanowiło dzieło Newtona, zwłaszcza teoria kolorów. Tradycyjna teoria uważała kolory za wynik modyfikacji białego światła. Na przykład Kartezjusz myślał, że kolory są wynikiem spinu cząstek, które tworzą światło. Newton zdenerwował tradycyjną teorię kolorów, pokazując w imponującym zestawie eksperymentów, że białe światło jest mieszaniną, z której można rozdzielić oddzielne wiązki barwnego światła. Związał różne stopnie odbijalności z promieniami o różnych kolorach i w ten sposób był w stanie wyjaśnić, w jaki sposób pryzmaty wytwarzają widma kolorów z białego światła.
Jego metoda eksperymentalna charakteryzowała się podejściem ilościowym, ponieważ zawsze szukał mierzalnych zmiennych i wyraźnego rozróżnienia między wynikami eksperymentalnymi a mechanicznymi wyjaśnieniami tych wyników. Jego drugi ważny wkład w optykę dotyczył zjawisk interferencyjnych, które nazwano „pierścieniami Newtona”. Chociaż wcześniej zaobserwowano kolory cienkich warstw (np. Olej na wodzie), nikt nie próbował w żaden sposób oszacować tego zjawiska. Newton zaobserwował ilościowe zależności między grubością filmu a średnicami pierścieni koloru, regularność, którą starał się wyjaśnić swoją teorią napadów łatwej transmisji i napadów łatwego odbicia. Pomimo faktu, że ogólnie uważał on światło za cząstki, teoria uderzeń Newtona obejmuje okresowość i wibracje eteru, hipotetycznej płynnej substancji przenikającej całą przestrzeń (patrz wyżej).
Huygens był drugim wielkim myślicielem optycznym XVII wieku. Chociaż krytykował wiele szczegółów systemu Kartezjusza, pisał w tradycji kartezjańskiej, szukając czysto mechanicznych wyjaśnień zjawisk. Huygens uważał światło za zjawisko pulsacyjne, ale wyraźnie zaprzeczał okresowości impulsów świetlnych. Rozwinął koncepcję frontu falowego, dzięki któremu był w stanie wyprowadzić prawa odbicia i załamania ze swojej teorii pulsu oraz wyjaśnić niedawno odkryte zjawisko podwójnego załamania.
