Физические концепции Cредневековьяи Возрождения
Социокультурные особенности развития науки в эпоху Средневековья
Внутренние (непроизводительный рабский труд, презрениесвободных граждан к труду, восстание рабов и т.д.) и внешние (нашествиеварваров) причины привели к распаду Римское государство. Античная цивилизацияпогибла, многие культурные и научные достижения были утрачены. Организованнойсилой сохранилось христианская церковь, сумевшая быстро приспособиться кпроисшедшим изменениям. Становление нового, феодального уклада во многомосуществлялось с опорой на христианство. Римская эпоха мало что дала теоретическойнауке, но она оставила богатый опыт в военном, техническом и административномделе, который, на ряду с латинской грамотой, осваивался завоевателями.Постепенно создавались школы, колледжи, университеты, попавшие под влияниецеркви. В монастырях оказались сосредоточенными труды древних авторов.Колледжи, монастыри и университеты превращались в центры новойзападноевропейской культуры. В это время на Ближнем Востоке на основе исламабыло создано на Аравийском полуострове сильное арабское государство, быстрозавоевавшее Иран, Египет, страны Среднего Востока, юг Пиринейского полуострова.Поскольку основной задачей арабов было совершенствование военного дела, сборданей и разнообразных податей, то производством, торговлей занималисьпредставители коренных народов. И хотя арабский язык стал государственнымязыком, завоеватели сохраняли культуру завоеванных народов. На арабский языкбыли переведены труды античных авторов. Стали создаваться университеты вКордове (755 г.), Багдаде (795 г.), Каире (972 г.). Для сравнения образованиеуниверситетов в Европе: в Монпелье (1180 г.) Винченце (1205 г.), Ареццо (1215г.), Падуе (1222 г.), Тулузе (1229 г.), Гренобле (1339 г.), Праге (1348 г.),Флоренции (1349 г.), Кракове (1368 г.). Важно подчеркнуть, что влияние ислама варабских университетах было слабее, чем христианства в западно-европейскихуниверситетах. Таким образом, арабы в VII- XI вв. были звеном, связывающимвосточную и западную культуру. Многие труды античных авторов на латинский языкпереводились с арабского языка. Тот факт, что в качестве языка культурногообщения на Арабском Востоке использовался живой разговорный язык, а не мертвыйлатинский (как в Европе), был важным культурным фактором. Кроме того,распространение среди арабов суфизма, обязывавшего мусульман исповедовать триобязательных догмата — веру в Аллаха, в его пророков и загробный суд, — давалобольше свободы для решения проблем естествознания, благодаря чему на АрабскомВостоке могли развиваться научные представления, в основе которых лежало научноенаследие античности. Начавшись с комментариев трудов античных авторов (преждевсего в области механики и оптики), физические учения приобреталисамостоятельный вид. Наиболее значительными фигурами среди арабских ученых былиИбн Сина, аль-Бируни и Ибн Рушд.
Основные физические цели Средневековья
Аль-Бируни изобрел «конический прибор»,позволявший определять плотность металлов и других веществ, причем с весьмавысокой точностью.[1](Вклад аль-Бируни в развитие астрономии описан в разделе «Концепцииастрономии».)
Ибн Рушд, известный в Европе под именем Аверроэс, данкомментарий к «Физике» Аристотеля. В античной механике проблемыразличия между кинематикой и динамикой не существовало. В античной механикематематической формулировки скорости движения не было, ибо само представление овозможности количественной оценки качественной определенности отсутствовало(Аристотель эти категории считал принципиально различными). Одни интерпретаторыАристотеля полагали, что движение надо рассматривать лишь как чистоеперемещение. Ибн Рушд настаивал на необходимости описывать движение с учетомвызвавших его причин.
В области физических учений Ибн Сины (980-1037),которого в Европе называли Авиценной, связано с проблемой движения брошенноготела. По данной проблеме он разработал собственную концепцию, суть которойзаключается в признании того, что движимое получает склонность от движителя. ПоИбн Сине, существуют три вида склонностей: психическая (связанная с жизнью),естественная и противоестественная (насильственная). Естественная склонностьприсуща свободно падающим телам. Противоестественная склонность (илиприложенная сила) присуща противоестественно движущимся телам, причем еедействие зависит о величины веса тела, которому она сообщена. Ибн Синаутверждал, что противоестественная склонность ощущается как сопротивлениенасильственной попытке остановить естественное движение или перевести один видпротивоестественного движения в другой. Если насильственное движение снарядавызвано действующей в пустоте силе, то оно должно силой, то оно должносохраняться, не уничтожаясь и не прерываясь. Если же сила существует в теле, тоона должна либо оставаться в нем, либо исчезнуть. Но если она остается, то движениебудет продолжаться непрерывно. Признание действия зависимостипротивоестественной склонности от величины веса тела, которому она сообщена,было шагом к количественной оценке склонности.[2]Аристотелевские представления о роли воздуха в передаче движения Ибн Синой былиотвергнуты. Таким образом, Ибн Сина полагал, что в теле может быть только одна«склонность». Веком позже аль- Баркат утверждал возможностьодновременного существования в одном теле разных «склонностей» — присвободном падении тяжелого тела источник естественной склонности находится всамом теле и поэтому может непрерывно действовать, пока тело не достигнетсвоего естественного места.
В XIII веке к анализу данной проблемы обратился ФомаАквинский, который отрицал возможность передачи телу самостоятельнойспособности движения. У. Окхэм проблему брошенного тела свел к чистокинематической задаче, снимая вопрос об источнике движения, а Ж.Буридан, выявивпротиворечия аристотельской трактовки проблемы, формирует физическоепредставление о зависимости напора от скорости перемещения и «количестваматерии», заключенного в движущемся теле, солидаризировавшись сконцепцией аль-Барката.
Достижения в области оптики эпохи средневековьясвязаны прежде всего с именами аль-Хайсама, известного в Европе как Альхазен.Он создал капитальный труд «Сокровище оптики», оказавший большоевлияние на развитие этой области физики. Он впервые дал анатомическое описаниеглаза и разработал концепцию, в соответствии с которой зрение вызываетсялучами, приходящими в глаз от объектов, а изображение формируется внутрихрусталика прежде, чем достигнет оптического нерва. Рассматривая свет как потокчастиц, Альхазен отражение света трактует как механическое явление. Установив,что нормаль к поверхности зеркала, падающий и отраженный лучи находятся в однойплоскости, он усовершенствовал формулировку закона отражения. В Западной Европеоптические исследования начинаются в XIII веке. Р.Гросетет разрабатываетгеометрическую теорию происхождения радуги как эффекта преломления света вкаплях воды и концепцию прямолинейного распространения света и звука на основепредставления их как волн — отражение света рассматривалось по аналогии с эхом.Несомненным достижением было и изобретение в XIII веке очков, но оно неосновывалось на каких-либо теоретических разработках. К достижениям следуетотнести и исследования магнетизма П. де Марикура (Перегрина), который высказалмысль о том, что стрелка компаса поворачивается не к Полярной звезде (какдумали древние китайцы), а к полюсу.
При оценке результатов развития физическихпредставлений в эпоху средневековья большинство историков науки исходит изтого, что за это время ни в одной из областей физики не было разработано ниодной последовательной физической теории, ни эффективных экспериментныхметодов. Теоретические построения отличались абстрактностью. Техническиедостижения не основывались на теоретических разработках, теория и практикаразобщены. Новая физика существовала лишь в потенции — в отдельных, не всегдаотчетливых догадках, идеях. Но религиозные предрассудки (как христианства, таки ислама) не дает возможности им раскрыться. Умственная деятельность остаетсяеще подчиненной религиозным догматам. В физике отсутствовали развитыеколичественные оценки. Однако развитие деловой жизни требовало качественныхрасчетов все больше и больше. Феодальная система хозяйства обнаруживалапризнаки разложения. Зарождавшиеся новые экономические отношения способствовалитехническому прогрессу главным образом за счет рационализации труда. Медленное,но постепенно ускоряющееся развитие техники и научных запросов готовил почвудля возникновения новой общественно-экономической формации. Можно сказать. чтонаука развивалась вслед за развитием зарождающегося капитализма, усиливая своевлияние на этот процесс.
Эпоха Возрождения
Влияние потребностей практики и инженерии на развитиефизики
Развитие новых общественных отношений в XV-XVI вв.сопровождалось усилением интереса к экспериментальному и математическомуестествознанию. Изменения в технических приемах опережало их теоретическоеосмысление. В XVI веке изобретаются гидравлические насосы, плотины, пресс длячеканки монет, вязальная машина и т.д. Эти технические изобретениядемонстрировали, с одной стороны, роль инженерии, а с другой — ставили передестествознанием новые проблемы, требовавшие физического эксперимента (проблематрения в машинах, проблема надежности инженерных сооружений и т.д.). Такимобразом, материальные потребности капиталистического экономического развитиявели к совершенствованию технических приемов (в горном и военном деле,мореплавании и т.д.). Это обусловливало использование новых материалов ипроцессов, что, в свою очередь ставило проблемы, которые существовавшая ранеенаука разрешить не могла. Развивавшееся мореплавание раздвигало горизонтпрежнего опыта и усиливало потребность в его расширении и обогащении. Сочетаниесоциально-экономических и технических факторов вызывало сдвиг в сознании,усиливало потребность в выработке новой философии, отрицавшей роль авторитета(как религиозных доктрин, так и античных учений) и утверждавшей приоритетнаучного доказательства. Под воздействием происходящих изменений схоластикапостепенно сдает свои позиции, идет процесс накопления знаний о свойствахреальных объектов. В рамках физического знания наибольшее развитие получаютмеханика и оптика.
Экспериментальные физические исследования Леонардо даВинчи
Экспериментальные исследования данного времени взначительной мере связываются с именем Леонардо да Винчи. Исследователи его творчестваполагают, что ничего существенно нового в развитие теоретической механики он невнес. Его сила заключалась в разнообразной экспериментальной деятельности. Приэтом важны оказывались не столько результаты экспериментов, сколько саманацеленность на эксперимент как главный источник знания и технику постановкиэксперимента. Важные эксперименты были поставлены им по проблемам падения тел,влиянию движения тела на силу удара, испытанию на разрыв, трению тел. В областиисследования трения между твердыми поверхностями ему принадлежит заслугавыведения из поставленных им экспериментов закона трения, гласившего:«Каждым тяжелым телом побеждается сопротивление трения весу, равноечетвертой части этого веса». Открытие этого закона было важным вкладом вразвитие экспериментальной механики. Историки науки совершенно справедливосклонны важность открытия этого закона усматривать прежде всего в том, чтовпервые закон был открыт в результате физического эксперимента — и в этомсмысле Леонардо значительно опережал свое время не столько результатамиисследования, сколько пониманием задач, возникавших под влиянием бурногоразвития техники. Сама постановка подобных экспериментов, демонстрировавшая ихогромные возможности, стимулировала интерес к экспериментальной физике.
Противопоставив схоластике опытное знание, Леонардо,таким образом, заложил основы экспериментального метода естествознания,открывающего широкие перспективы для использования математики. «Мудростьесть дело опыта» и “Нет достоверности в науках, не использующихматематики" — эти провозглашенные им принципы являются двумя сторонами егометода. И в этом смысле Леонардо справедливо рассматривается как предшественниксовременного естествознания.
Использование своего метода позволило Леонардосформулировать важные положения. Аристотельская физика исходила из того, чтодвижение для своего сохранения требует силы. Леонардо в противоположность этомусвидетельствует, что всякое движение стремится к своему сохранению, т.е.движущееся тело движется до тех пор, пока в нем сохраняется сила его движения.Это утверждение уже означало существенное продвижение в понимании природыдвижения от аристотельских положений к открытию закона инерции — Леонардоустанавливает факт существования инерции, инерционного движения. Причинойдвижения является сила, причиной силы выступает движение. Сила рождается привнезапном увеличении тела (так при выстреле из пушки выталкивается ядро), атакже путем скручивания и сгибания тел вопреки их естественному состоянию (наэтом основано движение баллисты, лука). По мнению академика С.И. Вавилова,Леонардо является зачинателем фотометрии как точкой измерительной науки.Многочисленные опытные наблюдения Леонардо имели принципиально важное значениедля последующих теоретических разработок (принцип суперпозиции, телескопическийэффект и т.д.), но они не были использованы в полной мере его современниками.Тот факт, что его записи велись зашифрованным способом, а также то, что врамках потребностей практики того времени многие его замыслы не могли быть реализованы,определили невостребованность его идей. Дж.Бернал охарактеризовал судьбу идейЛеонардо: «Изучение бесчисленного множества механических аппаратов,предложенных и обрисованных Леонардо, начиная от прокатных станов до подвижныхземлеройных машин, раскрывает другой аспект трагедии его гения. Он могизобретать машины чуть ли не для любой цели и рисовать их несравненно хорошо,однако почти ни одна из них и ни одна из наиболее важных не смогла бы работать,даже если бы он сумел найти достаточно денег, чтобы их сделать. Безколичественного знания статики и динамики, без использования первичногодвигателя вроде паровой машины инженер эпохи Возрождения фактически не мог дажевыйти за пределы, установленные традиционной практикой. Заслуга его заключаетсяне столько в том, что он сделал для развития машин, сколько во внушенииобразованному миру идеи о том, что действия природы могут быть объяснены спомощью механики.»[3]
Влияние гелиоцентрической концепции Н.Коперника наразвитие физики
Исследования в области механики в эпоху Возрождениябыли связаны прежде всего с астрономией. Дело в том, что невозможно развиватьмеханику без учета закономерностей движения небесных светил, постоянноповторявшихся веками в астрономических наблюдениях, и в том, что развиватьастрономию вне механики движения этих небесных светил было нельзя. Именноастрономии было суждено осуществить переворот в античном стиле мышления. И этотпереворот был осуществлен Н.Коперником, поставившим проблему соответствиямежду сущностью движения и его восприятием. В основу решения проблемы онпроложил тезис, который в настоящее время называют «принципомотносительности восприятия». Суть его заключается в том, что всякоевидимое изменение положения происходит вследствие движения либо наблюдаемогопредмета, либо наблюдателя, или вследствие неодинакового перемещения их обоих(поскольку при равном перемещении наблюдаемого и наблюдателя в одну сторонудвижение будет незаметно). Описательная астрономия к этому времени накопиладостаточно наблюдений и располагала достаточно точными математическимиметодами, позволяющими проверять гипотезы с помощью вычислений.
Основной замысел Коперника заключался в том, чтобыпостроить механическую модель Солнечной системы, согласующуюся с наблюдениями идающую целостное представление о Вселенной. Поскольку движение Земли на видимойкартине сферы неподвижных звезд никак не отражалось, Коперник представил, чтоданная сфера по сравнению с размерами орбиты Земли бесконечно велика — Земляотносится к Вселенной как атом к телу. Ситуацию с кажимостью вращения Вселеннойвокруг Земли для наблюдателя, находящегося на Земле, он сравнивает саналогичной ситуацией, когда наблюдателю, находящемуся на корабле, кажется, чтоон находится в состоянии покоя, а все находящиеся вне корабля движется.
Таким образом, критический дух, внесенный Коперником вастрономию, позволил ему отвергнуть точку зрения здравого смысла но то, чтоказалось само собой разумеющимся, а именно тот факт, что Земля неподвижна, авокруг нее движутся небесные светила. В его труде «Об обращении небесныхсфер» высказана мысль о необходимости отличать гипотезы, отражающиеподлинную действительность, от ложных гипотез. Именно это позволило Коперникуне только обосновать гелиоцентрическую систему, но и научный метод построения ипроверки гипотез. (Об астрономическом смысле системы Коперника см. раздел«Концепции астрономии»).
Гелиоцентрическая концепция Коперника явилась важнойнаучно-исследовательской программой, поставившей целый ряд проблем. Преждевсего обнаружилась необходимость проверить данную концепцию на предмет еесоответствия фактам, т.е. надо было установить соответствие результатовнаблюдения тем положениям, которые выдвигала концепция. Для этого надо былоиметь усовершенствованную наблюдательную и вычислительную технику — ее надобыло создавать, ибо традиционные наблюдения невооруженным глазом с помощьювизиров, угломеров невысокой точности и т.д. и обычная арифметическая техника(без десятичных дробей и логарифмов) не соответствовали данной задаче. Крометого, необходимо было выявить физические причины движения небесных тел.Традиционная статика решение этой задачи не обеспечивала, поэтому возниклапотребность в развитии динамики и соответствующего математического аппарата.Надо было также опровергнуть выдвигавшиеся против гелиоцентрической концепциивозражения, особенно возражения против вращения Земли (в числе ее противниковбыли Ф.Бекон, Тихо Браге). Но прежде всего важно было обеспечить прочноевхождение данной концепции в науку, чему сопротивлялась церковь. Этому взначительной мере способствовал Д.Бруно. В своих диалогах «Пир напепле» и «О бесконечности Вселенной в мирах» средневековымпредставлениям о конечной Вселенной он противопоставил концепцию бесконечной Вселенной.
Коперник придерживался аристотелевской концепцииотносительно отличия «естественного» движения Земли инасильственных" движений на ее поверхности. Бруно исходит из того, что несуществует деления движений на «естественные» и «насильственные»- все находящиеся на Земле тела относятся к одной механической системе, все онидвижутся вместе с Землей. В противном случае было бы невозможно, например,подпрыгнуть и после этого вернуться на прежнее место. Аристотелевскиефизические возражения против существования пустоты также были отвергнуты Бруно- он исходил из того, что движение в бесконечном пустом космосе не имеетникаких препятствий. В силу бесконечности космоса, по Бруно, у него не можетбыть центра, центром может быть признана любая точка космоса.
Заключая краткий обзор развития физических концепцийэпохи Возрождения, можно сказать, что в это время была сокрушенааристотелевская физическая картина мира, поставлена задача выработки отражающейреальные свойства действительности физической концепции, а потребноститехнического прогресса привели к созданию основ физического эксперимента.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованыматериалы с сайта www.5ballov.ru