Античный и средневековый период

Античный период охватывает древнегреческую (V–III вв. до н. э.) с центром в Афинах и эллинскую цивилизацию (III в. до н. э. — VI в. н. э.) с центрами в Александрии и Риме.

Древняя Греция в силу целого ряда причин оставила глубокий след в истории развития человеческой цивилизации, начиная с Фалеса (625–547 гг. до н. э.) и заканчивая Аристотелем.

В течение этого периода вырабатываются общие точки зрения на окружающий мир, ставятся вопросы о природе материи и духа, о развитии материального мира и законах его развития, о строении Вселенной, о природе пространства и времени, природе движения, природе света и т. д.

Возникают такие мощные натурфилософские концепции, как атомистика Демокрита и натурфилософия Аристотеля.

Ученые Древней Греции были философами-энциклопедистами. Среди тех, кто внес наиболее заметный вклад в становление естествознания, укажем следующих.

Фалес — первый достоверно известный греческий ученый, создавший первую школу естествознания. От него ведут начало, в частности, наши сведения по электричеству и магнетизму.

Анаксимандр (610–540 гг. до н.э.) дал первую формулировку закона сохранения материи, первоначальную идею об эволюции всего живого: “Человек произошел от рыбы и вышел из воды на сушу”. С именем Анаксимандра связано самое раннее сочинение о природе, написанное прозой, а не стихами, которое так и называется — “О природе”.

Гераклит (544–483 гг. до н. э.) сформулировал идею о саморазвитии природы. “Этот космос не создал никакой бог или человек, но всегда он есть, был и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим.

Жизнь природы — непрерывный процесс движения, в нем всякая вещь переходит в свою противоположность, и это есть источник развития”. Гераклит также написал сочинение “О природе”.

Анаксагор (500–428 гг. до н. э.) дал картину образования космических тел. Он объяснил возникновение всех небесных тел из первичного, хаотичного смешения частиц вещества в результате их вихревого вращения. Позже, в средние века эта идея нашла развитие в трудах И. Канта и П. С. Лапласа.

Демокрит (460 – ок. 370 гг. до н. э.) и Аристотель, по сути, обобщили античную натурфилософию и сформулировали две принципиально различные концепции взглядов на окружающий нас мир, которые включали такие вопросы, как возникновение мира и Вселенной, строение Вселенной, строение материи и развитие материального мира, изучение законов движения.

Демокрит изложил свои взгляды в капитальном труде “Великое строение мира”, а Аристотель — в сочинениях “Физика”, “О космосе”, “Описание животных” и др. Ниже приводятся взгляды Демокрита и Аристотеля по указанным вопросам.

Демокрит считал, что мир материален, причем материя вечна и неуничтожима, ее никто не создал. “Выделяясь из беспредельного, несется множество разнообразных тел в Великую пустоту; собравшись, они образуют единый вихрь, в котором они, кружась, разделяются, а, сплетаясь, движутся вместе, образуя шарообразные соединения, которые воспламеняются и образуют звезды”.

Вся Вселенная бесконечна и имеет множество миров.

Демокрит говорил, что материя состоит из атомов и пустоты, атомы находятся в постоянном движении, атомы вечны, неизменны, неделимы и отличаются друг от друга лишь величиной и формой. Это так называемая корпускулярная концепция строения материи.

Движение присуще материи. Звук, теплота, свет — это субстанции, которые излучаются телами в виде частиц-корпускул.

Точка зрения Аристотеля на мироздание следующая: Вселенная конечна во времени и пространстве. В центре Вселенной — Земля, вокруг которой вращаются сферы, на которых находятся Луна, Солнце, планеты, на самой далекой сфере — звезды небосвода.

Это так называемая геоцентрическая система мира. В дальнейшем (IIв. н.э.) эту систему развил Птолемей (ок. 90–160 гг.), и она вошла в науку как система Аристотеля–Птолемея.

Под движением он понимал общее изменение. Основными формами движения являются: возникновение и уничтожение (качественное изменение), рост и убыль (количественное изменение) и наконец — механическое перемещение.

Аристотель первым стал рассматривать движение тел в пространстве и времени. “Движутся вещи во времени и пространстве” (“Физика”). Он ввел понятие естественного (круговое движение планет, свободное падение тел) и насильственного движения. Аристотель считал, что свет передается через некую среду — эфир в виде волн.

Из краткого перечня видно, что древние греки выдвинули целый ряд глубоких мировоззренческих идей и концепций. Именно древним философам принадлежат такие идеи, как идея о материи, идея о неуничтожимости материи и движения, идея о всеобщей причинности, идея об относительности механического движения.

А в числе важнейших концепций выдвинуты концепция атомизма, концепция эволюционного развития, концепция самоорганизации и саморазвития в природе. Указанные концепции, всесторонне обоснованные в дальнейшем на совершенно ином научном уровне, служат одними из фундаментальных основ современного естествознания.

Эллинский(эллинистический) период (III в. до н. э. — VI в. н. э.) обычно подразделяется на два этапа: александрийский (III в. дo н. э. — I в. н. э.) и древнеримский (I–IV вв. н. э.) Первый, александрийский, этап связывается прежде всего с такими выдающимися учеными, как Евклид (III в. до н. э.) и Архимед (ок. 287–212 гг. до н. э.).

В эллинский период полностью оформилась в самостоятельную науку астрономия (Аристарх Самосский (конец IV — начало III вв. до н. э.), Эратосфен (ок. 276–194 гг. до н. э.), Гиппарх (ок. 180–125 гг. до н. э.), Птолемей).

С именем александрийского ученого Евклида прежде всего связан его выдающийся вклад в математику. В своих “Началах” он обобщил все, что было сделано до него в области математики.

Он создал настолько совершенную систему геометрии, что она почти в неизменном виде просуществовала многие столетия.

В “Началах” изложены также два основных закона геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света и закон отражения. Таким образом, Евклида можно считать основоположником геометрической оптики.

Другим выдающимся ученым был Архимед. Прославился он как математик, механик, гидравлик, оптик, военный инженер.

В математике он решил задачу вычисления площади круга, а также объемов цилиндра, шара и конуса. В математике применяется знаменитая “архимедова” величина (пи).

В механике Архимед большое внимание уделял проблеме рычага. Он ввел понятие центра тяжести тел и создал теорию способов нахождения центра тяжести многих тел и фигур.

Архимед по праву считается родоначальником гидростатики. В сочинении “О плавающих телах” он развил теорию равновесия плавающих тел, в основе которой лежит закон, носящий его имя.

Архимед также занимался оптическими исследованиями. Он рассматривал увеличение и уменьшение изображений в выпуклых и вогнутых зеркалах. Он также экспериментально изучал с помощью сконструированного им устройства явление преломления света в воде.

Известно, что Архимед был также талантливым изобретателем и инженером. Он изобрел винт для поднятия воды (архимедов винт), червячную передачу, широко используемую в современной технике в редукторах. Он создал водоподъемные машины для орошения полей, использовал блоки и винты для поднятия тяжелых грузов.

После Архимеда в Александрии жил и работал Герон (I в. до н. э.) — знаменитый конструктор различных механических устройств, действующих при помощи сжатого или нагретого воздуха или водяного пара.

Особый интерес представляют результаты изучения им реактивного действия пара. Герон построил нечто вроде реактивного двигателя, имевшего название “эолопил” (шар, вращающийся силой пара — прообраз нынешней паровой турбины).

В его сочинении “Механика” описаны свойства простых механизмов: ворота, рычага, блока, клина, винта, зубчатых передач, а также более сложных устройств. Это — фактически энциклопедия античной техники.

С именем Герона связан также дальнейший этап в развитии оптики. В частности, он сделал заметный вклад в теорию оптических инструментов.

Второй, древнеримский, период связан с успехами в естествознании Тита Лукреция Кара (99–55 гг. до н. э.), Марка Витрувия Поллиона (2-я половина I в. до н. э.) и Клавдия Птолемея (ок. 87–165 г. н. э.).

Взгляды Лукреция Кара содержатся в поэтическом естественно-научном энциклопедическом сочинении “О природе вещей”. В этом труде Лукреций, по сути, формулирует закон сохранения материи. Здесь он также предвосхищает формулировку закона сохранения энергии.

Большое внимание в сочинении Витрувия уделяется вопросам акустики. Впервые распространение звука представляется им как волновой процесс. Витрувий также продолжил разработку законов музыкальной гармонии, начатых Пифагором в VIII в. до н. э.

Заканчивая исторический обзор работ этого периода, остановимся на сочинениях александрийского ученого Клавдия Птолемея.

Самое крупное его сочинение — “Великое математическое построение астрономии в 13 книгах” — дошло до нас в арабском переводе под названием “Альмагест”. В нем систематизированы и обобщены все предыдущие знания астрономов. И на этой основе Птолемей завершил так называемую геоцентрическую теорию мироздания (систему мира Аристотеля–Птолемея).

Кроме “Альмагеста” известно еще одно сочинение Птолемея — “Оптика”, в котором он изложил теорию зрения, теорию зеркальных отражений, подробно описал явления отражения и преломления света.

Заключая античный период, отметим, что в древности были получены также первые сведения об электрических и магнитных явлениях. Однако взгляды на природу оптических и электромагнитных явлений продолжали оставаться примитивными и далекими от их научных объяснений еще долгие годы.

Средневековый период. Под Средневековьем обычно понимают примерно тысячелетний период от распада Римской империи (VI в. н. э.) до эпохи Возрождения (XIV–XV вв.). Постепенно центр развитой цивилизации из Рима переместился в Византию, а затем в страны арабского Востока Арабский халифат с центром в Багдаде и в Среднюю Азию с центрами в Самарканде и Бухаре.

К этому времени высокий уровень цивилизации сложился также в Индии и Китае. В Китае, например, уже в III в. был открыт порох и изобретен компас.

Культура арабского Востока во многом восприняла достижения античного мира. В VIII–IX вв. на арабский язык были переведены важнейшие труды античных ученых Аристотеля, Архимеда. В странах Арабского халифата появляются университеты, причем значительно раньше, чем в Европе.

Арабские ученые в целом восприняли и систематизировали знания античных натурфилософов. В области астрономии за основу они взяли систему Аристотеля–Птолемея, переведя основной труд последнего автора под названием “Альмагест”. В области физических исследований в Средневековье получили дальнейшее развитие главным образом оптика и механика.

Наиболее значительные работы по оптике были выполнены арабским ученым Ибн аль-Хайсамом (Альхазеном) (965 – ок. 1039 г.).

В семитомном сочинении “Сокровище оптики” он исследовал преломление света и отражение света зеркалами, разработал теорию зрения и формирования зрительного восприятия. Интересно отметить, что Альхазен высказал предположение о том, что свет распространяется с конечной скоростью.

В средние века, несмотря на общий научный застой, было много сделано в области механических и технических изобретений. Среди них наиболее значимыми были создание водяных и ветряных мельниц.

Изобретение компаса привлекло внимание к изучению магнитных явлений, природы сил магнитного взаимодействия. Изобретение пороха стимулировало изучение процессов горения, взрыва и теплопередачи, а также механических вопросов баллистики.

К ХII–ХIII столетиям в результате нашествий монголов с Востока и Крестовых походов с Запада постепенно происходит перестройка политической карты стран арабского Востока, и центры мировой цивилизации снова стали перемещаться в европейские страны — Италию, Францию, Англию.

В XII–XIII столетиях в Западной Европе появилось значительное число переводов научных трудов с арабского языка на латынь. В результате в Европе стали известны многие открытия и изобретения, полученные на Востоке, в том числе в Индии и Китае, а также труды древнегреческих ученых.

Освоение этих знаний привело к прогрессивным изменениям, особенно это коснулось быстрого развития техники.

В XII столетии в Европе были изобретены механические часы (пока что без маятника). Возникла целая отрасль производства — производство часовых механизмов. В XIII в. Италии были изобретены очки, а использование линз стало основой при создании многих оптических инструментов, в том числе микроскопа и телескопа.

В XIV в. начинает развиваться огнестрельная артиллерия, переходит на новый уровень вся военная техника. В XIII в. начался процесс пересмотра всех основных установок и доктрин средневековой схоластики, касающихся учений об окружающей действительности.

Особую роль в этом отношении сыграл средневековый английский ученый Роджер Бэкон (ок. 1214 – после 1294 г.). Он был философом, математиком, физиком-оптиком, астрономом.

Р. Бэкон явился одним из первых представителей научного эмпиризма и провозгласил единственным источником познания опыт, став провозвестником принципиально нового направления в естествознании — экспериментального естествознания. В этом отношении он был фактическим предшественником Г. Галилея.

Примером всестороннего развития личности может служить жизнь Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.), который был одновременно и художником, и ученым, и архитектором, и изобретателем-инженером.

В области физики Леонардо да Винчи выдвинул универсальную физическую концепцию волнового движения. По этой концепции, свет, звук, запах, магнетизм распространяются волнами.

В области технических изобретений наиболее известными являются его приспособления для передачи механического движения: цепная и ременная передача, роликовая опора, “карданные” зацепления и ряд других.

Многие идеи Леонардо да Винчи в области механики были развиты его последователями Николо Тарталья (1500–1576 гг.), Джеронимо Карданом (1501–1576 гг.), Джованни Бенедетти (1530–1590 гг.).