Эпоха европейского Возрождения охватывает в основном период XV-XVI веков. Важной чертой эпохи Возрождения явился переход к новому мышлению, основным содержанием которого стал гуманизм. Гуманисты выступали за создание нового уклада жизни, за возврат к духовным ценностям античного мира. В памятниках греческой культуры гуманисты искали прежде всего стороны, связанные с ценностями искусства, - благородство чувств, красоту, изящество. В эпоху Возрождения блестящее развитие получает литература и изобразительное искусство - живопись, скульптура. С этой эпохой связаны великие имена Леонардо да Винчи (1452- 1519), Уильяма Шекспира (1564-1616), Мигеля де Сервантеса Сааведра (1547-1616) и многих других выдающихся деятелей культуры.
Леонардо да Винчи
Искусство проникло во все сферы человеческой деятельности. Огромное влияние оказало искусство и на развитие науки. Если в античном мире наука была философична, созерцательна, то в эпоху Возрождения она становится активной, творческой. Изобретатель, мастер, художник, архитектор и, наконец, ученый - профессии в эпоху Возрождения часто неразделимые. В наивысшей степени эти грани человеческой деятельности соединились в творчестве Леонардо да Винчи. С раннего детства Леонардо проявил огромное влечение к живописи и талант художника. Отец Леонардо да Винчи, нотариус по профессии, отдал его на обучение к известному живописцу Вероккио. Имя великого художника Леонардо да Винчи известно любому образованному человеку. Такие его полотна, как "Тайная вечеря", портрет Моны Лизы ("Джоконда"), стали шедеврами изобразительного искусства. Изобретательская и научная деятельность Леонардо да Винчи оставалась долгие годы неизвестной. Только в конце XVIII века началось изучение трудных для понимания рукописей Леонардо. Эти рукописи написаны особым способом - так, что их можно читать только в зеркале. В настоящее время историки техники насчитывают сотни изобретений Леонардо да Винчи, найденных в его записных тетрадях. Наиболее часто эти изобретения изображены в виде чертежей с короткими ремарками. Наиболее известными изобретениями Леонардо да Винчи стали приспособления для передачи движения (например, цепная передача, ременная передача), роликовые опоры, "карданное" зацепление, различного рода станки (молотобойный станок, станок для нанесения насечек на инструменты), приспособления для чеканки монет, ткацкие машины, музыкальные инструменты, паровая пушка.
Много изобретений Леонардо да Винчи сделал в области гидравлики. Он принимал участие в организации мелиорационных работ, в устройстве гидросооружений, проектировал отвод русла реки Арно у Пизанского моста. Леонардо разработал механизмы, сходные по устройству с современными землечерпалками, усовершенствовал конструкцию шлюзов. При создании своих изобретений Леонардо да Винчи неизбежно сталкивался с вопросами научного характера, в частности в его работах отражены проблемы нахождения центра тяжести, условий равновесия. В этих проблемах Леонардо движется от частного к общему, от техники к науке.
Леонардо был искусным музыкантом и певцом, но и здесь его привлекала научная сторона. Он сделал ряд ценных наблюдений по теоретической акустике. Так, например, при игре на лютне он заметил явление резонанса. Вот что он пишет: "Удар колокола вызывает ответный звук и небольшое колебание в другом подобном ему колоколе, а звучащая струна лютни вызывает похожий звук и небольшое дрожание у соответствующей струны другой лютни: в этом ты можешь убедиться, положив соломинку на струну, соответствующую звучащей струне". Леонардо было известно, что звук распространяется через жидкие и твердые тела, при этом распространение в твердом теле вызывает меньшие потери звука. Леонардо да Винчи выдвинул универсальную физическую концепцию волнового движения. По этой концепции свет, звук, запах, магнетизм и даже мысль распространяются волнами.
Много размышлял Леонардо да Винчи и над проблемой полета, над механизмом летания птицы. Биографы Леонардо рассказывают, что он имел обыкновение посещать рынки, где продавались птицы. Купив птицу, Леонардо тотчас отпускал ее и, сколько хватало возможности, следил за тем, как она летит, - так он изучал механизм полета и пытался воссоздать его в рисунках и чертежах. Несомненно, мечтой Леонардо был полет человека. Он спроектировал в 1490 г., а возможно и построил, модель летательного аппарата с крыльями, как у летучей мыши. Аппарат должен был использовать мускульные усилия рук и ног. Леонардо понимал существование подъемной силы крыла, думал о полете с помощью ветра (парящем полете). Самый ранний дошедший до нас проект парашюта принадлежит Леонардо да Винчи. Он пишет: "Если человек имеет шатер из полотна шириной 12 локтей и 12 локтей в высоту, то он может прыгать с любой высоты без вреда для себя". Цитата из его рукописей: "...винтовой аппарат, который, если его вращать с большой скоростью, ввинчивается в воздух и поднимается вверх" несомненно может рассматриваться как проект геликоптера. Проектам летательных аппаратов Леонардо да Винчи посвятил почти четверть века своей жизни, возможно поэтому современники считали его не то магом, не то слегка сумасшедшим.
Большинство проектов и идей Леонардо остались невоплощенными. И причина здесь не только в недостатке средств и времени на реализацию столь многочисленных идей. Эти идеи шли к нему скорее от искусства, чем от науки. Без количественных и фундаментальных знаний статики, динамики, математики (алгебра, которая только начинала развиваться в то время, была Леонардо почти незнакома) была невозможна "техническая экспертиза" идей. Многие из них принципиально нереализуемы, другие же для реализации требуют аппарата математических и физических исследований, тогда не существовавшего. Не избежал Леонардо и глубоких заблуждений. Так, в частности, он считал, что изображения предметов как бы "присутствуют" во всех точках пространства. Доказательством этого он считал возможность получения изображений с помощью малых отверстий. Сколько отверстий, столько может быть получено и изображений, то есть каждая точка пространства (отверстие) дает изображение предметов, поэтому мы их и видим. Такое представление о зрении перекликается с концепциями Платона и Лукреция, по которым глаз воспринимает оболочки предметов.
Великой заслугой Леонардо является обращение к природе, с одной стороны, как к источнику технических идей и, с другой стороны, доказательство возможности объяснять природу техникой. Леонардо да Винчи одним из первых применил в науке эксперимент. В его записках содержится много пометок о взаимоотношениях между теорией и практикой. Вот примеры его метких высказываний: "Опыт никогда не обманывает", "Не слушай учение тех мыслителей, доводы которых не подтверждаются опытом", "Те, которые отдаются практике без науки, похожи на моряка, отправляющегося в путь без руля и без компаса и никогда не знающего наверное, куда он плывет. Практика всегда должна быть на хорошем знании".
Существуют различные суждения о влиянии Леонардо да Винчи на развитие науки. Одни считают, что это влияние не было значительным, поскольку он не оставил никакой научной школы, а рукописи научных трудов Леонардо долгое время оставались неизвестными. По мнению других, его идеи были известны в научной среде. Об этом, в частности, свидетельствуют труды итальянских ученых XVI века Николо Тарталья (1499-1552), Иеронима Кардана (1501-1576), Джована Бенедетти (1530-1590), в которых эти идеи содержатся, хотя и без ссылки на Леонардо да Винчи.
Научно-технические достижения эпохи Возрождения
Технические достижения средневековья расширили экспериментальную базу естественных наук, поставили ряд научных задач, решенных в эпоху Возрождения. С появлением огнестрельного оружия возникла задача анализа движения снарядов, в частности, определение угла наклона ствола орудия для достижения наибольшей дальности полета снаряда. Тарталья скорее догадался, чем математически обосновал, что этот угол должен быть равен 45 градусам. В своем труде "Проблемы и различные изобретения" (1546) впервые, в противоположность Аристотелю Н. Тарталья утверждает, что траектория снаряда всегда является криволинейной и не содержит прямолинейного участка. О языке этого сочинения следует сказать особо. Это живой язык, которым в его произведении беседуют и простолюдины, и важные господа, и специалисты. Эту форму, рожденную эпохой искусства, использовал позднее Галилей.
Великим соперником Тарталья называют Иеронима Кардана. Работы Кардана в противоположность работам Тартальи были академичными, написанными на строгой латыни. Труды Кардана "О тонкости" и "О разнообразии вещей" представляют собой своеобразную энциклопедию естественных наук XVI века. В них приведены самые разнообразные сведения, от космологии и до суеверий: конструкции механизмов, описание алхимических опытов, приемы гаданий, рассуждения о пользе знаний и многое другое. Ценность работ Иеронима Кардана - в конкретности постановки задач, в методичности изложения.
Заметный вклад в механику внес ученик Тартальи Джованни Баттиста Бенедетти. В пространном предисловии к своей первой научной работе он привел математическое доказательство следующего утверждения: "Два тела одинаковой формы и одинакового рода, равные или не равные между собой, в одной и той же среде проходят равные расстояния за равное время". Это утверждение было воспринято и развито впоследствии Галилеем. В главном труде Бенедетти "Различные математические и физические рассуждения" (1585) излагаются основы арифметики и алгебры, вопросы механики, учение о перспективе и пропорциях, сформулирован "гидростатический парадокс" (одинаковое давление на дно сосудов независимо от их формы при равенстве высот находящейся в них жидкости).
Замечательным, самобытным механиком и математиком своего времени был голландский ученый Симон Стевин (1548-1620). Сочинения Стевина были построены по такому же методическому принципу, что и сочинения Архимеда и Евклида, - на основе постулатов и аксиом. Будучи первоклассным математиком, Стевин применял математические, чаще всего геометрические методы к решению физических задач. Одной из таких задач является определение условий равновесия на наклонной плоскости. Доказательство закона равновесия Стевин основывает на рассмотрении равновесия замкнутой цепочки типа четок, наброшенной на прямоугольную призму, имеющую две плоскости с различными углами наклона. В сочинении Стевина "О равновесии тел" дан рисунок такой призмы с подписью "Чудо не есть чудо". Это надо было понимать так: смотри на рисунок, и ты увидишь чудо - четыре шара уравновешиваются двумя, но это не чудо, а закон природы, по которому на наклонной плоскости малой силой можно удержать большую тяжесть. Не будь так, осуществлялось бы вечное движение, которое невозможно (как правильно полагал Стевин, но это не было всеобщей точкой зрения, ведь еще много лет не оставлялись попытки изобрести вечный двигатель). Из условия равновесия цепочки Стевин вывел правила сложения сил и разложения их на ортогональные составляющие. Значительное внимание Стевин уделял гидростатике. Он получил доказательство закона Архимеда, опытным путем доказал существование гидростатического парадокса. Замечательно сочинение Стевина по фортификации "Новый способ защиты крепостей и укреплений при помощи шлюзов" (1618). Интересно, что Стевин построил ветряную повозку, использующую парус. Повозка развивала значительную скорость - до 34 км/час, при первом испытании на ней находилось 28 пассажиров. Повозка воспринималась как чудо. Сочинения Стевина не получили широкого распространения отчасти потому, что будучи убежденным в преимуществах голландского языка при рассмотрении научных вопросов, Стевин пользовался только им. Переводы трудов Стевина появились значительно позже их публикации на голландском языке.
В области оптики примечательны имена Франчески Мавролика (1494-1575) и Джована Баттисты Порты (1543- 1615). Боязнь предрассудков, царивших в средневековой оптике, удержало Мавролика от издания своих работ по оптике. Они были изданы лишь посмертно. В трактате Мавролика интересны в первую очередь объяснение круглых отражений Солнца в отверстиях произвольной формы, уточнение представлений об оптике глаза. По Мавролику, хрусталик работает как линза, строящая изображение на сетчатке. Отсюда последовало объяснение причин дальнозоркости и близорукости свойствами хрусталика. Мавролик впервые указал на семь цветов в радуге (по Вителию их три). Им показано, что лучи не изменяют своего направления при прохождении через плоскопараллельную пластинку, что лучи, проходящие через призму, дают такие же цвета, что и в радуге.
Джован Баттиста Порта был современником Галилея, но по своему мировоззрению он принадлежит эпохе Возрождения. Порта родился в Неаполе в богатой семье, получил хорошее образование, много путешествовал. Он был плодотворным писателем, но самым примечательным его сочинением стала "Натуральная магия" в 20 книгах, пользовавшаяся огромным успехом у читателей. Книга была переведена на английский, французский, испанский, арабский языки. Содержание "Магии" весьма своеобразно. Там даны сведения по оптике, как приготовить фейерверки, духи, лекарства, как разводить животных, уроки кулинарии, косметики, описаны алхимические опыты, опыты по пневматике... Среди этой пестрой смеси содержатся и действительно значимые открытия, сделанные автором "Магии". Это прежде всего применение камеры-обскуры для получения и проецирования рисунков ("волшебный фонарь"). Принцип камеры-обскуры Порта использует для объяснения процесса зрительного восприятия. Впервые в "Магии" сделана попытка описать подзорную трубу типа телескопа с параболическим зеркалом и линзой. Магнетизм, как нечто таинственное, весьма интересовал Порту. В "Магии" он описал свои блестящие опыты по магнетизму. Среди них опыт с железными опилками. Опилки, помещенные в пакет, под воздействием естественного магнита приобретают магнитные свойства. Рассыпанные и перемешанные, а затем вновь собранные в пакет, они теряют эти свойства. Опыт с железными опилками, ориентирующимися по силовым магнитным линиям у полюсов магнита, описанный Портой, является первой демонстрацией действия магнитного поля. В "Магии" описаны также опыты по отражению звука и света от сферических зеркал, трубчатый телефон и другие опыты. Порта называет свою "Магию" "натуральной", подчеркивая тем самым, что посредством знаний, опыта, можно раскрыть тайны природы, ее "магию".
Замечательного английского ученого Вильяма Гильберта (1544-1603) называют "отцом науки об электричестве и магнетизме". Гильберт по профессии был врачом (состоял придворным врачом королевы Елизаветы Английской). Это не помешало ему заниматься "магнитной философией", практическим направлением которой было улучшение компаса, столь необходимого англичанам, стремящимся в то время к господству на море. В своем знаменитом сочинении "О магните" Гильберт описывает ставшие классическими опыты с магнитной стрелкой. Он показывает, что всякий магнит имеет полюсы, что свойства полюсов взаимопротивоположны, разноименные полюсы притягиваются, одноименные отталкиваются, что нельзя, разламывая магнит, получить один полюс. Гильберт предположил, что наша Земля - большой круглый магнит и что географические полюса совпадают с магнитными. Для доказательства своего предположения Гильберт изготовил из естественного магнита шар. Приближая к шару легкую магнитную стрелку, Гильберт мог наглядно демонстрировать поведение этой стрелки при ее перемещении по поверхности шара, то есть как бы в различных точках земной поверхности. Значение опытов Гильберта с шаровым магнитом - имитатором магнитных свойств Земли - выходит за обычные рамки технического эксперимента и приобретает мировоззренческий смысл. В условиях лаборатории, возможно впервые, исследовалось явление космического масштаба.
Со времен Фалеса и до Гильберта знания об электрических явлениях не слишком продвинулись вперед и ограничивались сведениями о свойствах натертого янтаря притягивать некоторые легкие предметы. Гильберт расширил перечень материалов, обладающих свойством притяжения при натирании (сапфир, алмаз, аметист, стекло, сера и др.). Гильберт установил, что под воздействием пламени приобретенное свойство притягивать теряется. Многочисленные эксперименты по электричеству привели Гильберта к попытке создать теорию электромагнитного притяжения, но эта попытка оказалась неудачной. Он, по существу, вернулся к представлению древних философов о стихиях. По Гильберту, первичными элементами являются вода и земля. Свойствам притяжения обладают тела, происходящие от воды. Объяснение явления дано Гильбертом в стиле античных философов.
Коперниковская революция
Идея об устройстве мира с расположением в его центре Солнца родилась еще в античном мире и в наиболее законченной форме была сформулирована Аристархом Самосским. Эта идея в общем никогда не забывалась, но рассматривалась вначале как абсурдная, противоречащая опыту наблюдений за видимым движением планет, Солнца и Луны, а потом, в эпоху религии, и как еретичная, поскольку церковью была принята аристотелево-птолемеевская модель устройства мира.
Великие географические открытия, развитие астрономии, с одной стороны, и свободный дух эпохи Возрождения - с другой, привели к революционному перевороту в воззрении на устройство мира. Геоцентрическая система устройства мира Птолемея с Землей в центре Вселенной, продержавшаяся в науке более 13 веков, рухнула, и начало этому крушению положила гелиоцентрическая теория Николая Коперника (1473-1543). Великий реформатор астрономии родился в Торуни на Висле 19 февраля 1473 года в семье крупного купца. Воспитанием Коперника занимался его дядя, поскольку Николай в девятилетнем возрасте лишился отца. Богатый и влиятельный дядя, занимавший должность каноника, дал Копернику прекрасное образование. Три года он учился в Ягеллонском университете в Кракове, затем в течение десяти лет совершенствовал свое образование в Италии. Там он знакомится с произведениями великих творцов Возрождения, изучает живопись, астрономию, математику, философию, греческий язык. В Падуе он занимается юриспруденцией, изучает, наконец, то, что явилось предметом его стажировки в Италии, - каноническое право. В 1503 году Коперник получил диплом доктора права, в 1505 году вернулся на родину, стал каноником Вармейской епархии, и с тех пор жил и работал в Вармии безвыездно. К гелиоцентрической модели устройства мира Коперник пришел скорее от искусства, от чувства гармонии, чем от науки. Коперник, движимый интуитивными убеждениями в простоте, разумности природы, осознавал громоздкость системы Птолемея. Нагромождение эпициклов, сложность расчетов, их надуманный характер - все это порождало сомнения. Концептуальное изложение своей системы устройства мира Коперник дал в 1515 г. в рукописном труде "Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям". С этим трудом были знакомы лишь близкие друзья Коперника. Накануне своего 60-летия он закончил знаменитый труд "О вращениях небесных сфер", в котором на основе выдвигаемых доказательств сформулировал новую систему устройства мира. Коперник не решился сразу же опубликовать это сочинение, опасаясь непонимания со стороны большинства ученых-схоластов, а также обвинений со стороны церкви. Сочинение было издано только в 1543 г. в Нюрнберге. Публикации добился молодой профессор Виттенбергского университета Ретикус, который с 1539 г. в течение двух лет изучал рукопись книги Коперника. Коперник уступил настойчивости Ретикуса и согласился на публикацию книги, посвятив ее Папе Павлу III. Предисловие-посвящение написано в очень осторожных выражениях. Так, в частности, Коперник пишет: "Если кто-нибудь из моих противников противопоставит моему учению слова Священного Писания, я отвергаю такие нападения. Математические истины могут обсуждаться только математиками". Первый биограф Коперника Гассенди утверждает, что автор увидел свою книгу, вышедшую из печати, лишь за несколько часов до своей смерти. По примеру Птолемея и Евклида Коперник разделил свое сочинение на отдельные "книги":
· В первой книге приводятся аргументы Коперника о движении Земли и ее месте во Вселенной. Здесь же рассматривается вся Солнечная система в целом и излагается новое учение. Заканчивается первая книга трактатом по тригонометрии.
· Во второй книге содержатся элементы сферической астрономии и приводится каталог 1025 звезд.
· Третья книга трактует о видимом движении Солнца.
· В четвертой излагается теория движения Луны и ее затмений.
· В пятой и шестой книгах рассматривается видимое движение планет и объясняется с точки зрения новой теории неправильность и запутанность описания этих движений.
Сущность гелиоцентрической системы изложена, таким образом, в первой книге. Обоснование такой системы имело, по существу, эстетический характер, свойственный эпохе искусства. Коперник считал движение планет равномерным и круговым. И то и другое, как мы знаем, неверно, но соответствует представлению Коперника о мировой гармонии, ибо другое допущение является "недостойным совершенства создания".
Коперник так описывает устройство мира: "Я думаю, что никто не сомневается, что небо неподвижных звезд - самое отдаленное. Древние философы распределяли планеты по продолжительности их обращения, следуя правилу, что при равной скорости для всех планет наиболее отдаленные должны казаться нам движущимися всех медленнее, как то доказывается в оптике Евклида. Они полагали, что Луна ближе к нам, чем все планеты, так как Луна совершает обращение в кратчайшее время... Сатурн должен быть самой дальней планетой, ибо он для своего обращения употребляет наибольшее время. Ниже его ставили Юпитер. Потом - Марс. Относительно Венеры и Меркурия мнения были различные...".
В своем учении Коперник представляет "порядок небесных кругов" следующим образом: "Первая и высшая, заключающая в себе все остальные, есть сфера неподвижных звезд. Она включает в себя и все остальные, потому, что неподвижна как место Вселенной, по отношению к которому определяется положение всех остальных светил, в совокупности взятых. Под этой сферой неподвижных звезд находится сфера Сатурна, совершающего обращение в 30 лет. Далее следует Юпитер, обращающийся в 12 лет. Потом Марс, совершающий свое обращение в 2 года. Четвертой по порядку следует Земля, делающая свой оборот за 1 год вместе с орбитой Луны... Пятое место занимает Венера, которая совершает обращение в 9 месяцев, и на шестом месте Меркурий, делающий свой оборот в 88 дней. В середине этих орбит находится Солнце, ибо может ли прекрасный этот светоч быть помещен в столь великолепной храмине в другом, лучшем месте, откуда он мог бы все освещать собой? Поэтому не напрасно назвали Солнце душой Вселенной, а иные - Правителем Мира, Трисмегист называет его "видимым Богом", а в "Электре" Софокла оно выступает как "Всевидящее". И, таким образом, Солнце, как бы восседая на царском престоле, управляет вращающимся около него семейством светил... Земля оплодотворяется Солнцем и носит в себе плод в течение целого года. Таким образом, в этом расположении мы находим удивительную соразмерность мира и определенную гармоничную связь между движением и величиной орбит, которую иным способом нельзя обнаружить". Столь длинную цитату трудно оборвать. В ней раскрыта и сама идея устройства Вселенной по Копернику, и его научная позиция, идущая от веры в мировую гармонию, характерную для эпохи Возрождения - эпохи искусства. В 1616 году произведение Коперника было внесено католической церковью в "Индекс запрещенных книг". Запрет был снят только спустя более 200 лет. На обелиске в честь Николая Коперника на его родине в Польше надпись: "Остановившему Солнце, сдвинувшему Землю".
Общая характеристика развития естествознания в эпоху Возрождения
· Естественные науки в эпоху Возрождения создали новый метод мышления - свободный от догм и схоластики, благодаря чему возникли предпосылки для выдвижения науки на передовые позиции в культуре.
· Дух искусства в эпоху Возрождения, объединив различные сферы человеческой деятельности, наложил отпечаток и на характер научных исследований. Это объединение нашло свое отражение и в универсальной деятельности выдающихся представителей эпохи, и в литературном стиле научных трактатов, и в характере технических проектов, не подкрепленных научным обоснованием, и в эклектичности научных сочинений.
· В ряде направлений, среди которых исследования по оптике, электричеству, магнетизму, механике, наука стала на порог великих перемен.
· Величайшим достижением эпохи Возрождения стала гениальная идея Коперника о гелиоцентрической системе мира, основанная на описательной астрономии. В теории Коперника наряду с научными воззрениями провозглашались гипотезы, имеющие эстетический смысл и характерные для эпохи искусства. Идея Коперника о рядовом месте Земли во Вселенной потрясла мировоззрение эпохи, усилила критический дух, столь необходимый для становления науки.