Горяев М.А.
Ушумеров, вавилонян и египтян по отдельным вопросам физики были определенныеценные знания, которые, однако, производят впечатление чего-то случайного,несистематического. К числу первых наук следует отнести астрономию иматематику, которые зародились в Вавилонии, Египте, Индии и Китае. Это былосвязано с развитием материальной культуры. Астрономия обеспечила созданиекалендаря, измерение времени, что было необходимо для земледелия, предсказанияпогоды. Математика также возникла в связи с развитием хозяйственной жизни,решением практических задач (расчетов при обмене, измерение земельных участкови т.д.). Но это были зачаточные познания, и науки как системы знаний еще несуществовало.
1. Натурфилософия и зарождение наук
Важныйэтап становления наук — установление строгой связи явлений с логическимидоказательствами — возникновение древней философии. Это происходило почтиодновременно в Индии, Китае и Древней Греции. Последняя оказала определяющеевлияние на развитие мирового естествознания. Наличие обширного комплекса знанийи технических навыков, высокий общий культурный уровень, а также отточенный натонких философских и математических исследованиях язык создали в Греции в 6 векедо н.э., т.е. в период расцвета греческого государства, почву для начала работпо описанию, упорядочению и объяснению явлений природы. Само слово физикапроисходит от греческого — природа.
Родоначальникамигреческой науки были представители Ионической школы и, прежде всего, ФалесМилетский (624-547 г.г. до н.э.). Они выдвинули идею о материальной первоосновевсех вещей и явлений, например, о воде, воздухе, огне и т.п. Одновременноразвивалось и идеалистическое направление Пифагором (580-500 г.г. до н.э.) иего школой, которая приписывала божественную роль числам, управляющими миром.Дальнейшее развитие философии связывается с отказом от праматерии и появлениемконцепции элементов, атомистики. Ярким представителем этого направления былДемокрит (460-370 г.г. до н.э.).
Античныеученые стремились дать цельную картину мира, объясняя все явления на основенебольшого числа «начал». При этом отсутствие строго установленныхфактов компенсировалось догадками, вымыслом, логическими спекуляциями. Этипервые этапы научного мышления, развития естествознания получили названиенатуральной философии.
Первыерезультаты систематизации знаний о природе — труды Аристотеля.
Аристотель(384 — 322 г. до н.э.) — древнегреческий ученый и философ. Родился в Стагире насевере Греции в семье придворного врача македонских царей. В 367-347 г. до н.э.учился в Академии Платона в Афинах. После смерти Платона он отправился поГреции, в 343-335 г. до н.э. был воспитателем Александра Македонского.Последний очень ценил Аристотеля: “Я чту Аристотеля наравне со своим отцом,т.к. если отцу я обязан жизнью, то Аристотелю обязан всем, что дает ей цену”. В335 г. до н.э. Аристотель вернулся в Афины и основал там при всестороннейподдержке венценосного покровителя школу «Ликей», которой руководил втечение 12 лет. После смерти Александра Македонского школа была закрыта,Аристотель покинул Афины и вскоре умер.
Исследованияотносятся к области механики, акустики, оптики. В основе мира по Аристотелю — геоцентрическая система. Физика Аристотеля основана на целесообразностиприроды, содержала отдельные правильные положения, но не принимала ряд идейпредшественников (гелиоцентризм, атомизм и др.). Учение Аристотеля былоканонизировано церковью и тормозило до 16 века развитие естествознания.
Аристотельнаписал ряд натурфилософских работ («Физика», «О небе»,«О возникновении и уничтожении», «Метеорология»,«Механические проблемы», «Метафизика» и др.), которыесистематизируют все естественнонаучные знания того времени. В них он изложилсвои представления о движении и природе. Первичными качествами материи считалдве пары противоположностей: «теплое — холодное» и «сухое — влажное», основными элементами или стихиями — землю, воздух, воду и огонь.Наиболее совершенным считал пятый элемент — эфир. Аристотель пытался основатьфизику на наблюдении и эксперименте, однако стремился охватить и объяснить все.По традиции философов того времени в своих работах он стремился создатьзаконченную научную картину замкнутого и ограниченного мира.
Особыйинтерес представляет учение о движении, которое по Аристотелю есть любоеколичественное и качественное изменение, благодаря которому явлениереализуется. Это учение господствовало в физике до эпохи Возрождения, и,несмотря на выявленные существенные ошибки и заблуждения, ряд принципиальныхпредставлений остался незыблимым до сегодняшнего дня. Большой заслугойАристотелевой кинематики была формулировка точного правила сложенияперемещений. К данным современной науки близко стоят его исследования постатике: равновесие рычагов, действие весов и блоков.
Чегоне хватало аристотелевой физике — это аналитической обработки, критичности иосторожности при обобщении. Современная физика относится к данным экспериментас критической осторожностью, а аристотелева наука — с наивным простодушием.Неудачи Аристотеля определяются недостаточностью его методов исследования.
2. Физика эллинистической эпохи
ПтолемейI (основатель египетской династии Птолемеев) после смерти АлександраМакедонского и закрытия школы Аристотеля призвал к своему двору ученикаАристотеля Деметрия Фалерского и поручил ему создать школу по образцу Ликея — Александрийский музей. При Птолемее П (с 285 г. до н.э.) Музей стал большимкультурным и научно-образовательным центром, где ученые жили на государственныйсчет, были две большие библиотеки (к 48 г. до н.э. — 700 тыс. томов). Все этопривлекало в Александрию большое количество ученых со всего мира, и тамразвивались систематические научные исследования конкретных явлений природы.
Длительноевремя в Александрии учился и работал Архимед.
Архимед(287 — 212 г. до н.э.) — математик, физик и астроном. Родился в Сиракузах(Сицилия) в семье известного астронома Фидия.
Автормногих изобретений: винтов, блоков, военных метательных машин и т.п. Разработалнаучные основы статики: ввел понятие центра тяжести и момента сил, вывел законырычага, правило сложения параллельных сил, основал гидростатику. Дошедшие донас труды «О равновесии плоских фигур» и «О плавающихтелах». Учился и работал в Александрии. Погиб при защите Сиракуз.
Архимедсоздал ряд замечательных механических изобретений: винты, полиспаст и др. Оченьмного военных изобретений использовалось при защите Сиракуз от римлян. НоАрхимед подчинялся общей тенденции и пренебрежительно относился к прикладнымобластям знания и технике, поскольку в то время ремесленничество считалосьвторосортным занятием для свободного человека.
Архимедвошел в историю, прежде всего, как основатель статики и гидростатики. Егопервый научный труд — исследование центров тяжести. Архимед в отличие от Аристотелявыводит условие равновесия из постулатов, полученных из непосредственных опытовс рычагами. Подход Архимеда к решению физических проблем основан на простых, нострогих геометрических доказательствах, так что его можно считатьродоначальником математической физики. Общеизвестен гидростатический законАрхимеда, который был сформулирован им также на основе опытных данных. Однако,экспериментальным методом он пользовался, веря в непогрешимость одной лишьматематики.
Дляалександрийской механики характерен интерес к изучению простых механизмов,сжатого воздуха, там были проведены также работы по созданию боевых машин, чтобыло обобщено в «Механике» Филона (~ 250 г. до н.э.). Но эту работузатмил Герон, который создал двухтомный труд по пневматике, а также свою«Механику» — своеобразную энциклопедию античной техники.
ГеронАлександрийский (вероятно, 1-2 век н.э.) — древнегреческий ученый и инженер.Преподавал в Александрии.
В«Механике» подробно описаны простые (ворот, клин, рычаг, блок и винт)и более сложные механизмы. В двухтомнике «Пневматика» описанымеханизмы с использованием нагретого или сжатого воздуха и пара, в«Диопртре» — устройства для измерения углов и пройденного пути, в«Катоптрике» выдвинул идею о кратчайшем пути светового луча приотражении.
Математическиеработы являются энциклопедией античной прикладной математики: Герон дал точныеи приближенные формулы расчета различных фигур (формула Герона для определенияплощади треугольника по трем сторонам), правила численного решения квадратныхуравнений и приближенного извлечения квадратных и кубических корней и др.
Механикастала приниматься как наука о простых машинах, к которым в основном относилисьпять: ворот, рычаг, блок, клин и винт. Грекам были известны простые механизмы,зубчатые передачи, гидростатика, применения сифонов, сжимаемость воздуха,движущая сила пара. Известно изобретение Героном эолопила — модели первоймодели паровой турбины. Они владели и техническими знаниями, и научнымпониманием, чтобы создать индустриальные машины. Однако этого не делалось, авсе ограничивалось лишь различными механическими «фокусами»,игрушками для развлечения, приспособлениями для усиления религиозного суевериянарода и единичными примерами военного применения, т.е. общество еще не созрелодо серийного претворения знаний в технику.
Другаязаслуга александрийской науки — толчок оптическим исследованиям. Оптикасуществовала еще у философов классического периода (с 6 в. до н.э.), но ониинтересовались лишь физиологическими, а не физическими проблемами.
Гениальныйгеометр Евклид создал первый трактат по оптике, который по существусоответствует современным представлениям геометрической оптики, основанным напрямолинейном распространении света.
Евклид(~330 — 275 г. до н.э.) — древнегреческий математик.
Авторпервого дошедшего до нас трактата по математике («Начала»), создательгеометрии, которая носит его имя и на ней основывается вся классическая физика.В трактатах «Оптика» и «Катоптрика» изложены основыгеометрической оптики на базе законов отражения и прямолинейногораспространения света.
Нооптика Евклида скорее успехи геометрии, а не физики. В частности, в исходныхпостулатах о прямолинейном распространении света он следует теории зренияПлатона о том, что лучи света испускаются глазами. Как математик Евклидсистематизировал математические знания своих предшественников и изложил это всвоих «Началах», которые составили основу так называемой евклидовойгеометрии.
Вдухе евклидовой традиции написан и другой античный трактат — «Оптика»Птолемея.
ПтолемейКлавдий (2 век н.э.) — древнегреческий астроном, географ, оптик.
Автортрактата «Великое математическое построение астрономии в XIIIкнигах», бывшей более тысячелетия энциклопедией астрономии. Завершилпостроение геоцентрической системы мира. Исследовал астрономическую рефракцию,преломление света.
Великийастроном не ограничился рассмотрением лишь геометрической оптики, он обсуждал ифизические процессы, особенно в исследованиях по преломлению света. Ксожалению, полученный им закон преломления оказался неверным, но при этом былипроведены специально и тщательно поставленные эксперименты. Другой важный вкладПтолемея в оптику — исследование астрономической рефракции. В«Катоптрике» Герона впервые сформулирован по существу принцип Ферма оминимальности оптического пути. Однако это сделано на основе чистогеометрических соображений.
Восновном же имя Птолемея связано с его астрономическими исследованиями,известной птолемеевой геоцентрической системой строения мира. Следует сказать,что уже в древнегреческой астрономии были две разные точки зрения на строениемира: геоцентрическая и гелиоцентрическая. Еще пифагорейцы высказали гипотезу одвижении Земли, а Архимедом сопоставлялись эти две системы. Однако большинствоантичных астрономов придерживалось геоцентрических взглядов, и из-за авторитетаАристотеля эта идея превалировала в древнем мире.
Развитиеастрономии и попытки объяснить движение небесных тел вызвало развитие механикикак науки о движении. В птолемеевой системе движение небесных тел описывается ввиде сложной комбинации простых круговых движений. При этом возникалпринципиальный вопрос, что же реально: видимое движение тел или простыекруговые движения? И натурфилософия сходилась к выводу, что не дело астрономиирешать, каково движение в действительности, а ее задача состоит лишь в умениивычислять положение и движение небесных тел.
Всвязи с развитием астрономии вставал вопрос об относительности механическогодвижения. И хотя этот вопрос не получил окончательного разрешения, но первыемодели и представления, которые использовались при обсуждении таких задач,возникли именно в эти времена и широко использовались в дальнейшем (Коперником,Галилеем и др.), например, классическая модель о впечатлении человека,находящегося внутри плывущего корабля.
Взаключение следует сказать, что в античности произошли два этапа становлениянауки: 1 — развитие натурфилософии (науке о природе вещей с отказом отмифических и религиозных представлений); 2 — формирование конкретных наук.Последнее, прежде всего, относится к математике и астрономии, а также частичнок физике: появляются зачатки механики (учение о равновесии тел и жидкостей) иоптики. Физика античного периода оперировала рядом различных и порой неясныхэкспериментальных фактов, но на базе которых рациональное мышление иматематическая культура греков все же сумели создать основы физики. Однако,становления физики, как науки в современном понимании, в античном мире еще непроизошло, т.е. экспериментальной физики как таковой в древней Греции не было.В силу господствующего положения «чистых» наук — философии иматематики существовало пренебрежение к эмпирическому исследованию. Поэтомупримеров постановки специальных экспериментов для изучения тех или иных явленийприроды, подтверждения или опровержения физических идей практически не было.
Необходимоотметить ряд обстоятельств, способствовавших зарождению физики. Хотя основныедостижения античной физики связаны с именами выдающихся ученых (Аристотель,Архимед, Евклид, Птолемей), но эти успехи определяются и тем, что в античноммире были созданы первые научные и образовательные центры: Ликей иАлександрийский музей. Еще один важный, несмотря на кажущуюся еговторостепенность, фактор, обусловивший развитие физики в древнем мире, — этоблагосклонное отношение к науке властьпридержащих. И Ликей, и Александрийскиймузей созданы были и существовали при всесторонней поддержке тогдашнихправителей. И эта поддержка носила не только альтруистический характер. Далеемы увидим, что так было почти всегда на протяжении истории развития государстви науки. Это связано в значительной мере с тем, что физика обеспечиваетнаиболее эффективное развитие производительных сил, а в особенностиобороноспособности и военной мощи государства.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта lscore.lspace.etu.ru/