Fysik
Mekanik
Striden för kopernikanismen utkämpades inom såväl mekanik som astronomi. Det Ptolemaiska – Aristoteliska systemet stod eller föll som en monolit, och det vilade på tanken om jordens fixitet i mitten av kosmos. Att ta bort jorden från centrum förstörde doktrinen om naturlig rörelse och plats, och jordens cirkulära rörelse var oförenlig med den aristoteliska fysiken.
Galileos bidrag till mekanikens vetenskap relaterade direkt till hans försvar av kopernikanismen. Även om han i sin ungdom höll sig till den traditionella drivfysiken, ledde hans önskan att matematisera på det sätt som Archimedes gjorde att han övergav det traditionella tillvägagångssättet och utvecklade grunden för en ny fysik som både var mycket matematisk och direkt relaterad till problemen som den nya står inför kosmologi. Intresserad av att hitta den naturliga accelerationen av fallande kroppar kunde han härleda lagen om fritt fall (avståndet, s, varierar som tidens kvadrat, t 2). Genom att kombinera detta resultat med sin rudimentära form av tröghetsprincipen kunde han härleda projektilrörelsens paraboliska väg. Dessutom gjorde hans tröghetsprincip honom möjlighet att möta de traditionella fysiska invändningarna mot jordens rörelse: eftersom en kropp i rörelse tenderar att förbli i rörelse, kommer projektiler och andra föremål på jordytan att ha en tendens att dela jordens rörelser, som således kommer att vara omöjlig för någon som står på jorden.
1600-talets bidrag till mekanik hos den franska filosofen René Descartes, liksom hans bidrag till den vetenskapliga strävan som helhet, var mer upptagna med problem i vetenskapens grunder än med lösningen av specifika tekniska problem. Han var huvudsakligen upptagen av föreställningarna om materie och rörelse som en del av sitt allmänna vetenskapsprogram - nämligen att förklara alla naturfenomen i fråga om materie och rörelse. Detta program, känd som den mekaniska filosofin, blev det dominerande temat för 1600-talets vetenskap.
Descartes avvisade idén att ett ämne kunde agera på ett annat genom tomt utrymme; istället måste krafter spridas av en materiell substans, "etern", som fyller allt utrymme. Även om materien tenderar att röra sig i en rak linje i enlighet med tröghetsprincipen, kan den inte uppta utrymme som redan fyllts av annan materia, så den enda typen av rörelse som faktiskt kan uppstå är en virvel där varje partikel i en ring rör sig samtidigt.
Enligt Descartes är alla naturfenomen beroende av små partiklarnas kollisioner, och därför är det av stor vikt att upptäcka de kvantitativa lagarna om påverkan. Detta gjordes av Descartes lärjunge, den holländska fysikern Christiaan Huygens, som formulerade lagarna för bevarande av fart och av kinetisk energi (den senare gäller endast för elastiska kollisioner).
Sir Isaac Newtons verk representerar kulminationen på den vetenskapliga revolutionen i slutet av 1600-talet. Hans monumentala Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Matematiska principer för naturfilosofi) löste de stora problemen som den vetenskapliga revolutionen inom mekanik och kosmologi innebar. Det gav en fysisk grund för Keplers lagar, enad himmel- och markfysik under en uppsättning lagar och etablerade de problem och metoder som dominerade mycket av astronomi och fysik under över ett sekel. Genom kraftbegreppet kunde Newton syntetisera två viktiga komponenter i den vetenskapliga revolutionen, den mekaniska filosofin och matematiseringen av naturen.
Newton kunde härleda alla dessa slående resultat från sina tre rörelseregler:
1. Varje kropp fortsätter i sitt tillstånd av vila eller rörelse i en rak linje om den inte är tvungen att ändra det tillståndet med kraft imponerad på det;
2. Förändringsrörelsen är proportionell mot den imponerade motivkraften och görs i riktning mot den raka linjen där kraften imponeras;
3. För varje handling är det alltid motstånd mot en lika reaktion: eller, de ömsesidiga handlingarna från två organ på varandra är alltid lika.
Den andra lagen infördes i sin moderna form F = ma (där a är acceleration) av den schweiziska matematikern Leonhard Euler 1750. I denna form är det tydligt att hastigheten på hastighetsförändring är direkt proportionell mot kraften som verkar på en kropp och omvänt proportionell mot dess massa.
För att tillämpa sina lagar på astronomi, Newton var tvungen att utvidga den mekaniska filosofin utöver de gränser som fastställts av Descartes. Han postulerade en gravitationskraft som verkade mellan två föremål i universum, även om han inte kunde förklara hur denna kraft kunde förökas.
Med hjälp av hans rörelselagor och en gravitationskraft som är proportionell mot det omvända kvadratet av avståndet mellan två kroppers centra, kunde Newton härleda Keplers lagar om planetrörelse. Galileos lag om fritt fall överensstämmer också med Newtons lagar. Samma kraft som får föremål att falla nära jordens yta håller också månen och planeterna i sina banor.
Newtons fysik ledde till slutsatsen att jordens form inte är exakt sfärisk utan bör bula vid ekvatorn. Bekräftelsen av denna förutsägelse av franska expeditioner i mitten av 1700-talet hjälpte övertala de flesta europeiska forskare att byta från kartesisk till newtonsk fysik. Newton använde också den icke-sfäriska formen på jorden för att förklara jämviktenes förekomst med hjälp av månens och solens differentiella verkan på ekvatorialbukten för att visa hur rotationsaxeln skulle ändra dess riktning.
Optik
Optikvetenskapen på 1600-talet uttryckte den grundläggande synen på den vetenskapliga revolutionen genom att kombinera en experimentell metod med en kvantitativ analys av fenomen. Optiken hade sitt ursprung i Grekland, särskilt i verken av Euclid (ca 300 f.Kr.), som sade många av resultaten i geometrisk optik som grekerna hade upptäckt, inklusive reflektionslagen: infallsvinkeln är lika med vinkeln av reflektion. Under 1200-talet betraktade sådana män som Roger Bacon, Robert Grosseteste och John Pecham, som förlitade sig på arabiska Ibn al-Haythams arbete (död ca 1040), många optiska problem, inklusive regnbågens optik. Det var Kepler som tog sin ledning från skrifterna från dessa optiker från 1200-talet, som satte ton för vetenskapen på 1600-talet. Kepler introducerade punkt för punktanalys av optiska problem och spårade strålar från varje punkt på objektet till en punkt på bilden. Precis som den mekaniska filosofin bröt världen i atomdelar, närmade sig Kepler optiken genom att bryta den organiska verkligheten till vad han ansåg vara till slut verkliga enheter. Han utvecklade en geometrisk teori om linser och gav den första matematiska redogörelsen för Galileos teleskop.
Descartes försökte införliva ljusfenomenen i mekanisk filosofi genom att visa att de helt kan förklaras i fråga om materie och rörelse. Med hjälp av mekaniska analogier kunde han härleda många av de kända egenskaperna hos ljus, inklusive reflektionslagen och den nyupptäckta brytningslagen.
Många av de viktigaste bidragen till optiken på 1600-talet var Newtons arbete, särskilt teorin om färger. Traditionell teori ansåg färger vara resultatet av modifieringen av vitt ljus. Descartes trodde till exempel att färger var resultatet av snurret av de partiklar som utgör ljus. Newton upprörde den traditionella färgteorin genom att i en imponerande uppsättning experiment demonstrera att vitt ljus är en blandning där separata strålar med färgat ljus kan separeras. Han förknippade olika grader av fräschhet med strålar i olika färger, och på detta sätt kunde han förklara hur prismor producerar spektra av färger från vitt ljus.
Hans experimentella metod kännetecknades av ett kvantitativt tillvägagångssätt, eftersom han alltid sökte mätbara variabler och en tydlig åtskillnad mellan experimentella fynd och mekaniska förklaringar av dessa fynd. Hans andra viktiga bidrag till optiken handlade om störningsfenomen som kom att kallas "Newtons ringar." Även om färgerna på tunna filmer (t.ex. olja på vatten) tidigare hade observerats, hade ingen försökt kvantifiera fenomenen på något sätt. Newton observerade kvantitativa förhållanden mellan filmens tjocklek och diametrarna för färgringarna, en regelbundenhet som han försökte förklara med sin teori om passformer för enkel överföring och passformer för lätt reflektion. Trots det faktum att han vanligtvis tänkte på ljus som partikelformigt, involverar Newtons passande teori periodicitet och vibrationer av eter, det hypotetiska vätskeämnet genomsyrar allt utrymme (se ovan).
Huygens var 1600-talets andra stora optiska tänkare. Även om han var kritisk till många av detaljerna i Descartes system, skrev han i den kartesiska traditionen och sökte rent mekaniska förklaringar av fenomen. Huygens betraktade ljus som något av ett pulsfenomen, men han förnekade uttryckligen periodiciteten hos ljuspulser. Han utvecklade konceptet vågfronten, med vilken han kunde härleda lagarna för reflektion och brytning från sin pulsteori och förklara det nyligen upptäckta fenomenet dubbel brytning.
