Под средневековьем обычно понимают период от заката античной культуры (в V веке) до эпохи Возрождения, что составляет около 10 столетий. В истории Европы этот период называют не иначе как "мрачный", имея при этом в виду общий упадок цивилизации, крушение Римской империи, нашествие варваров, проникновение религии во все сферы духовной культуры. Но усиление роли религии в жизни общества является скорее не причиной "мрака", а его следствием и, более того, средством защиты человечества от деградации. Возникшее в I веке христианство, а позднее и ислам, создавали согласие в обществе, являлись мощным стабилизирующим фактором. Церкви и монастыри обеспечивали необходимый уровень грамотности и образования. Чтение и переписывание ученых книг было обязательным занятием в монастырях. Там создавались значительные по объему монастырские библиотеки, сохранявшие научное наследие. Монастыри обменивались рукописными книгами, ученые монахи не только комментировали тексты древних рукописей, но и обобщали знания, собирали воедино труды ученых различных научных школ и направлений. Религиозное воспитание предполагало высокую нравственность, формирование идеалов добра и справедливости.
Наука Византии
Христианство было порождено развратом Римской империи и царящей там несправедливостью. Возникшее среди простолюдинов, христианство сравнительно быстро овладело умами образованных передовых государственных деятелей. Константин Великий издал в 313 году Миланский эдикт о веротерпимости, по которому христиане получили возможность открыто исповедовать свою веру. Отказавшись от язычества, император перенес столицу из Рима в Византию. Вскоре, в 325 году Римская империи была разделена на две части: западную и восточную, со столицами Римом и Византией. Каждой частью бывшей единой империи правил свой император. Позже Византия была переименована в честь Константина Великого в Константинополь. Западная Римская империя прекратила свое существование в 476 году н.э., когда войсками германского племени скиров был свергнут последний ее император Ромул Августул. Восточная Римская империя - Византия существовала еще около тысячи лет.
Христианская церковь уже в III веке представляла собой централизованную систему с верховным управлением и являлась мощной и влиятельной политической организацией, ставшей со времен Константина оплотом государственной власти. Византия существовала как христианская империя, единственно способная сохранить наследие античности. Константинополь был последней крепостью цивилизации. В библиотеках его монастырей хранились поэмы Гомера, труды Аристотеля. В середине IX века под началом епископа Льва (нач. IX века - 869 г.), прозванного Математиком, в Магнавском дворце была открыта высшая школа. В Магнавской школе собирались хранившиеся в монастырях старинные книги. Монах Фотий составил сборник с пересказами и комментариями 280 античных рукописей. За свою ученость Фотий был удостоен сана патриарха, а император Василий поручил ему воспитание сына. Лев Математик в своих трудах по механике и математике впервые использовал буквы как математические символы, подойдя тем самым вплотную к основанию алгебры. Математические знания использовались византийцами на практике, в частности при постройке выдающегося сооружения - храма Св. Софии в Константинополе. Архитектура храма, его мозаика свидетельствуют о расцвете искусств и совершенстве техники Византии в VI веке.
Обширные торговые связи Византии достигали Китая, Индии, Цейлона. Любознательные византийские путешественники добывали знания по географии, зоологии, истории мало известных в Европе стран. К таким исследователям относится Косма Индиковлефт - автор "Христианской топографии" (VI век). В области космологии наибольшее влияние имела птолемеевская система мира, хотя были попытки возвращения к более ранним представлениям о плоской форме Земли. Химические познания использовались в ремесленном производстве, в фармакологии. В целом же о научных и технических достижениях Византии мы знаем очень мало. Это объясняется теми разгромами, грабежами, истреблением памятников науки и культуры, которые стали следствием нашествия внешних врагов Византии.
Наука в странах арабского Востока
Народы, жившие на восточных окраинах Римской империи, противились принятию христианства, которое отождествлялось с враждебным им правительством империи. На этом фоне возник ислам, возвышение которого на арабском Востоке было внезапным и стремительным. Арабский халифат - арабо-мусульманское государство - возник под руководством Мухаммеда - религиозного и политического лидера. Наивысшего развития халифат достиг в IX веке уже после смерти Мухаммеда. В его состав входили территории Аравийского полуострова, современных Ирана, Ирака, Египта, Сирии, части Закавказья, Средней Азии, Северной Африки, Пиринеев. Арабская культура во многом восприняла достижения античного мира. Багдадские халифы покровительствовали наукам: земледелие требовало развития геодезии, математики, военные походы и торговля стимулировали развитие географии, астрономии. На арабский язык были переведены сочинения греческих ученых, в частности Аристотеля, Птолемея, Архимеда. На арабский переводились и персидские, и индийские книги. Арабские ученые в целом восприняли и систематизировали знания античной цивилизации, придав им более рациональный характер. Прежде всего, это касается математики и астрономии.
Астрономия всегда занимала видное место в философских построениях. Арабы без изменений приняли теорию Птолемея, основной труд которого они перевели под названием "Альмагест". Не внеся изменения в теоретические построения Птолемея, арабы существенно обогатили астрономию обширными наблюдениями, самыми точными для того времени. Выдающийся астроном и математик Ал-Батани в 910 г. в "Книге по астрономии" уточнил данные Птолемея. Им введено понятие "синус" ("sinus"), составлены таблицы тригонометрических функций. Начиная с Х века для астрономических наблюдений арабские астрономы использовали секстант, радиус которого составлял 17 м.
Одной из вершин средневековой астрономии являются исследования среднеазиатского ученого и государственного деятеля Улугбека (1394-1449). Его астрономическая обсерватория, построенная в 1429 г., была оборудована уникальными приборами. В своем главном труде "Новые астрономические таблицы" Улугбек изложил теоретические основы астрономии, указал положение 1018 звезд, привел таблицы движения планет, отличавшиеся высокой точностью.
Астрономия служила стимулом к развитию математики, оставаясь важной сферой применения математических методов. Операции над числами стали более доступными после восприятия арабами в VIII веке позиционного принципа записи чисел, при котором значение каждой цифры определялось ее местом влево от конца цифрового ряда. Числовое значение увеличивалось в десять раз при перемещении цифры на одно место. Этот принцип появился у индусов в V веке, а в Европу он попал под названием арабской цифровой системы в XII веке. Слово "сифр" (отсюда - "цифра") по-арабски означало "нуль". Существенное развитие у арабов получила алгебра как метод оперирования с неизвестными величинами, и тригонометрия, используемая арабами в астрономии и геодезии.
Крупнейшим математиком арабского Востока был Ал-Хорезми (787-850). Именно благодаря сочинениям Ал-Хорезми в арабском мире распространилась индийская позиционная система записи чисел. Сохранился его трактат "Краткая книга об исчислении ал-джебры и ал-мукабалы". "Ал-джебр" и "ал-мукабала" означали две простейшие алгебраические операции при решении уравнений. От термина "ал-джебр" и возникло название раздела математики "алгебра". Имя Ал-Хорезми в латинизированной форме "Algorithmus", дало термин "алгоритм", означавший вначале систему десятичной позиционной арифметики.
В математических сочинениях Омара Хайяма (1040-1123) расширено понятие числа и на положительные иррациональные числа, изложено решение алгебраических уравнений до третьей степени включительно. Интересно отметить, что еще в прошлом веке исторически знали двух Хайямов: поэта Омара Хайяма, автора знаменитых философских четверостиший, и математика Омара Ал-Кайями. Оказалось, что это один и тот же человек. Хайям писал стихи на языке фарси, а научные работы - по-арабски. Он обладал необычайной памятью, мог запомнить наизусть целые книги. Хайям возглавлял астрономическую обсерваторию, разработал проект весьма точного календаря, отличавшегося от григорианского.
Важный шаг арабскими учеными был сделан в развитии опытного естествознания. Крупнейшим естествоиспытателем стал великий хорезмийский ученый-энциклопедист Ал-Бируни (973 - ок. 1050). Он сконструировал множество экспериментальных приборов, призывал прибегать к опыту и проверять результаты исследований опытным путем. Бируни написал около 150 трудов по истории, геодезии, лингвистике, математике. Он допускал возможность движения планет вокруг Солнца, указал на причину лунных фаз. Бируни занимал должность советника шаха, руководил академией. Вокруг него собрались замечательные ученые, среди которых выделялся Абу Али Ибн Сина (латинизированное имя Авиценна) (около 980-1037) - ученый, поэт, философ, врач.
Важнейшие достижения были получены арабами в области оптики. Широкое распространение глазных болезней в пустынях и тропиках породило интерес к исследованию человеческого глаза. Строение глаза было впервые описано Галеном (130-201 годы н.э.), но в теории зрения Гален придерживался идей Платона. Арабский ученый Ибн Ал-Хайтан (965-1020), известный на Западе как Альхазен, выдающийся астроном, физик и математик, написал семитомный труд "Оптика" - наиболее фундаментальный в этой области в средневековье. Он включает сведения о формировании зрительного восприятия, о свойствах зрения, в нем рассмотрена теория отражений зеркалами различной формы, теория преломления света.
Большой интерес представляют труды арабских алхимиков, содержащие, наряду с фантастическими гипотезами, рациональные выводы и рецепты из области химической технологии, описание свойств ряда химических соединений, примеры их использования, в частности в медицине. Спирт, которые арабские алхимики научились производить, использовался только как антисептик. Среди арабских алхимиков наибольшую известность получили Джабир Ибн-Хаян (ок. 721 - ок. 815) (латинизированное имя Гебер) и Ар-Рази (865-925). Арабскими алхимиками изобретены и описаны важнейшие для проведения химических экспериментов приспособления и оборудования: мензурки, колбы, тигли, горелки, шпатели и многое другое. И все же алхимия для арабов была прежде всего средством, с помощью которого они пытались отыскать способ изготовления золота и эликсир жизни и молодости.
Большое практическое значение для арабов имела география. Благодаря огромной территории халифата арабами заложены основы географических представлений об Азии и Северной Африке. Первой из известных арабских книг по географии является "Книга путей и государств", написанная в IX веке Ибн Хордаубеком. Книги по географии создавались на основе многолетних путешествий, рассказов купцов, донесений чиновников. Географические познания арабов обобщены в многотомном "Словаре стран", изданном в 1224 г.
Западноевропейская наука
Западная Римская империя была практически разрушена нашествиями варваров. Единство и порядок церкви в значительной степени обеспечивали основу для существования власти на территории империи. Более того, усилия церкви были направлены на обращение в христианство варваров, появлявшихся в пределах империи. В центры научных знаний превращались монастыри. В 529 году Бенедикт Нурсийский основал католический монастырь близ Неаполя по образцу христианских монастырей в Малой Азии, Сирии, Египте. Монахи-бенедиктинцы были обязаны заниматься наукой. При монастырях и церквях, начиная с VI века, существовали школы, обеспечивающие необходимый для священнослужителей уровень образования. Но школы давали и элементы светского образования, в частности, грамматика, риторика и диалектика составляли так называемый "тривиум" (три пути знания). Отсюда возник термин "тривиальный". Позднее в школах стали преподавать арифметику, геометрию, астрономию и музыку, составившие "квадривиум" (четыре пути познания). Эти семь дисциплин назывались семью свободными искусствами. Обучение в школах при монастырях не имело возрастного ценза: дети и взрослые учились вместе, по единой программе. Преподававшие в монастырских школах ученые монахи достигали порой значительных результатов во всех областях научных знаний. В VI-VII веках их сочинения носили обобщающий, компилятивный характер. Начиная с X века, появляются сочинения практической направленности. К числу таких сочинений можно отнести "Записки о различных ремеслах" монаха Теофила (X век), где описаны практически все области технической деятельности того времени.
Монастырские школы стали со временем расширять сферы своей деятельности. К преподаванию в них стали привлекаться ученые-иностранцы. В первой половине XI века из монастырских школ возникают университеты, но уже как светские учебные заведения. Слово "университет" означает совокупность, общность (лат. universitas - совокупность). Любопытно, что слово "декан" (лат. decanum), означающее "старший над десятью монахами в монастыре", прямо указывает на происхождение университетов от монастырских школ.
Образцом для организации университетов стал Болонский университет, созданный в 1119 году. В 1150 году был основан Парижский университет. Вышедшая в 1167 году из Парижского университета группа студентов обосновалась в Оксфордской монастырской школе, основав затем Оксфордский университет. Выпускники Оксфорда составили ядро Кембриджского университета (1209 г.). Таким образом, Парижский университет стал родоначальником двух английских университетов. Преподавание в университетах велось на латыни. В XII веке появились и государственные университеты в Испании, Португалии, Польше, Чехии, находившиеся на содержании королевства. Прием в средневековые университеты был практически неограничен. Главным видом занятий являлись лекции и дискуссии. Как правило, в средневековых университетах организовывалось три факультета: богословский, юридический и медицинский. Если был четвертый - "артистический" факультет (это название по смыслу близко современному "гуманитарный"), то он выполнял роль школы, в которой изучались семь свободных искусств.
Начиная с XII-XIII веков западноевропейская наука обогатилась значительным числом переводов с арабского и греческого на латынь. Наряду с сочинениями Платона, Аристотеля, Евклида, Архимеда, Птолемея стали доступными и сочинения арабских ученых. Начинают развиваться естественные науки, математика. Выдающийся вклад в развитие математики внес Леонардо Пизанский (Фибоначчи) (1180-1240), написавший математический трактат "Книгу абака", которая на долгие годы стала классическим образцом изложения математики с использованием арабской алгебры и индийского исчисления. Его книга "Практическая геометрия" обобщала данные планиметрии и стереометрии. В "Книге о квадратах" изложены методы решения неопределенных квадратных уравнений.
Широкое распространение в Европе получил трактат Вителлин (ок 1225 - ок. 1281) "Перспектива", в котором изложены открытия в области оптики, в частности дано объяснение возникновения радуги преломлением на каплях воды. Знаменитый францисканский монах Роджер Бэкон (1214- 1292) большое значение придавал эксперименту в естествознании. Его труд "Об опытной работе" в значительной части посвящен проблемам эксперимента в физике и оптике. Бэкон считал скорость света конечной и высказал в догадку о том, что свет не поток частиц, а представляет собой распространение движения, что близко по смыслу к волновой гипотезе.
Глубиной разработки вопросов математики, физики, механики отличаются труды английского математика из Оксфорда Томаса Брадвердина (1290-1349). Важнейшей в его работах является постановка вопроса о дискретных и непрерывных величинах. В трактате "О пропорциях" Томас Брадвердин сделал первую попытку систематизировать научные идеи на математической основе. В Парижском университете глубоко изучались проблемы движения. Большой вклад в развитие идей в этом направлении внесли ученые университета Жан Буридан (1297-1357), Альберт Саксонский (1316-1390), Никола Орем (ок. 1323-1382).
Так же, как и в других странах, в Западной Европе трудились алхимики, основные усилия которых были направлены на отыскание "философского камня", способного превращать неблагородные металлы в золото. С неизменным рвением алхимики искали и "эликсир молодости" (от арабского "ал-иксир" - сухое вещество, превращающее металлы в золото). Подобные попытки давали, тем не менее, реальные практические результаты, в основном касающиеся проведения химических реакций с кислотами, щелочами, солями. В XII веке европейские алхимики получили путем перегонки винный спирт, используемый ими как химический реактив, горючее вещество, растворитель.
Бурно развивающиеся с начала XII века дипломатия и торговля способствовали накоплению географических знаний. Первым западноевропейским справочником-путеводителем, содержавшим различные сведения об азиатских странах, была книга венецианского путешественника Марко Поло (ок. 1254-1324). Марко Поло в течение четырех лет (1271-1275) совершил путешествие на Дальний Восток, достиг Пекина, острова Суматра. В своей "Книге о разнообразии мира" он описал виденные им страны, дворы великого хана монголов и китайского императора, города, быт, нравы народов далеких стран. Книга Марко Поло послужила развитию геодезии и картографии.
Средневековая наука и технические достижения
Великие технические изобретения, сделанные в средневековье, оказали огромное влияние на все области экономики и культуры, в том числе и на развитие науки. Среди таких изобретений наиболее значимыми стали водяная и ветряная мельницы, морской компас, порох, очки, бумага, механические часы. Почти все эти изобретения пришли в Европу с Востока.
Водяная мельница и водяной двигатель описаны Витрувием, но только в средние века они стали широко использоваться. Идея водяного привода (двигателя) была реализована вначале для перемалывания зерна (собственно для построения мельниц), но затем и для выполнения других работ, например в суконном производстве, для вытягивания проволоки, для толчения руды. Использование изначально вращательного движения колеса с горизонтальной осью вращения для осуществления поступательного движения или вращения в других плоскостях потребовало применения механизмов, преобразующих движение. Для этого были придуманы зубчатое зацепление цевочного (пальцевого) типа и коленчатый рычаг. Ветряные мельницы появились в Европе в начале XII века, но широкое распространение получили с XV века. Для изготовления механизмов водяных и ветряных мельниц, их сборки требовалась высокая квалификация мастеров, которые должны были обладать обширными знаниями не только в механике, но и в кузнечном деле, и в гидротехнике и аэродинамике (в современной терминологии).
Механические часы появились в средневековой Европе прежде всего как часы башенные, служащие для указания на время богослужения. До изобретения механических часов для этого использовался колокол, в который бил часовой, определявший время по песочным часам - каждый час. Поэтому термины "часы" и "часовой" имеют одинаковое происхождение. Механические часы на башне Вестминстерского аббатства появились в 1288 г. Позже механические башенные часы стали использоваться во Франции, Италии, германских государствах. Существует мнение, что механические часы изобрели мельничные мастера, развивая идею о непрерывном и периодическом движении мельничного привода. Главной задачей при создании часового механизма было обеспечение точности хода или постоянства скорости вращения зубчатых колес. Для изготовления часов требовалась высокая точность обработки деталей, высокая точность сборки, подбор материала деталей. Разработка часовых механизмов была невозможна без технических знаний, проведения математических расчетов. Измерение времени имеет прямую связь и с астрономией. Таким образом, часовое дело соединило механику, астрономию, математику в решении практической задачи измерения времени.
Компас как устройство, использующее ориентацию естественного магнита в определенную сторону, изобретен в Китае. Китайцы приписывали способность ориентации естественных магнитов воздействию звезд. В I-III веках компас стал применяться в Китае как "указатель Юга". Как попал компас в Европу до сих пор не известно. Начало его применения европейцами в мореплавании относится к XII веку. Применение компаса на судах явилось важной предпосылкой географических открытий. Свойство компаса впервые обстоятельно представил французский ученый Пьер да Марикур (Петр Перегрин). Он описал в связи с этим и свойства магнитов, и явление магнитной индукции. Компас стал первой действующей научной моделью, на основе которой развивалось учение о притяжениях, вплоть до великой теории Ньютона.
Порох использовался в Китае уже в VI веке при изготовлении ракет, фейерверков. Над открытием секрета пороха, а именно как приготовить смесь, сгорающую без воздуха, трудились многие европейские алхимики. Но удача улыбнулась фрайбургскому монаху Бертольду Шварцу. Порох стал играть важную роль в военном деле с XIV века только после изобретения пушки, родоначальницей которой явилась "огненная труба" византийцев. Вскоре за пушкой появились ружья и мушкеты. Изобретение пороха имело не только военные последствия. Изготовление пороха и его взрыв, полет снаряда из пушки выдвинуло вопросы научного, теоретического характера. Это прежде всего изучение процессов горения и взрыва, вопросов, связанных с выделением и передачей тепла, вопросов точной механики и технологии, связанных с изготовлением орудийных стволов, вопросов баллистики. Пушка, таким образом, организовала не только военные полигоны, но и обширные полигоны для научных исследований.
Бумага была нужна науке как воздух. Изобретенная в Китае во II веке, она появилась в VI-VII веках в Японии, Индии, Средней Азии, в VIII веке - на арабском Востоке. В Европу бумага попала через арабов в XII веке. В Испании, впервые в Европе, в начале XII века было организовано производство бумаги сначала из хлопка, затем из более дешевого сырья - из тряпья и отходов текстильного производства. Вслед за бумагой, ставшей несравненно более дешевым писчим материалом, чем пергамент, появилось и печатание. Предшественницей книгопечатания была ксилография (от греч. "xylon" - срубленное дерево и "grapho" - пишу), то есть гравирование на дереве. По гравюрам на дереве можно было тиражировать печатные тексты. Китайские мастера изобрели подвижный шрифт в начале XI века, но в Европе он появился лишь в XV веке. Роль книгопечатания в научном прогрессе и распространении знаний трудно переоценить.
Очки были изобретены в Италии. По одним сведениям это изобретение относится к 1299 г. и принадлежит Сильвино Армати. Другие полагают, что очки появились в Италии не раньше 1350 г. Существует мнение, что успехи просвещения в эпоху Возрождения были достигнуты во многом благодаря изобретению очков. Очковые линзы стали основой при создании таких оптических инструментов, как микроскоп и телескоп.
Общая характеристика средневековой науки
Средневековая наука развивалась в сложных экономических и политических условиях. Античные традиции в наибольшей степени сохранялись в Византии, чье научное наследие в основном бесследно исчезло. К XV веку оказался разрушенным мусульманский мир, потерявший свою интеллектуальную силу. Но к этому времени на сравнительно высокий интеллектуальный уровень поднялась Западная Европа, прошедшая путь от крушения Западной Римской империи до начала Возрождения.
Основными чертами средневековой науки можно считать следующие:
· В средние века не было значительных прорывов в науке. Однако упадок античной цивилизации не стал катастрофой. Новая цивилизация обрела механизмы передачи научных знаний. Мусульманская и христианская (европейская) культуры сохранили письменные памятники древних ученых. Античная наука создала такой высокий интеллектуальный потенциал, такой объем знаний, который позволил науке вначале выжить, а затем начать новый подъем.
· Возникшие мировые религии - христианство и ислам - явились естественной реакцией на деградацию и упадок античного мира. На протяжении многих веков, особенно в раннее средневековье, церковь имела монополию на ученость и образование. Церковные школы и монастыри обеспечивали обучение, сохранение знаний и подготовку духовенства. Из церковных школ выросли первые европейские университеты. Наряду с подготовкой духовенства университеты давали и светские знания.
· В средние века Европой восприняты и разработаны важнейшие технические достижения, оказавшие могучее влияние на дальнейшее развитие науки. К ним относятся прежде всего водяной и ветряной двигатели, механические часы, компас, порох, бумага, очки, обработка металлов, крашение) появляются первые знания в области химии.