Глава 2. этапы развития естествознания
2.1. Ступени развития знания
Взаимодействие естественной магии с естествознанием. ô Связь традиционного знания с ритуалами, обрядами, табу. ô Магия и религия: преемственность и противостояние. ô Религия и естествознание: от противостояния к взаимной терпимости. ô. Специфика восточной преднауки. Отсутствие условий для перехода к научному этапу. ô Письменность. Её значение для развития естествознания.
До сих пор, говоря о донаучном и преднаучном этапах развития естествознания, мы не уточняли, в какую форму облекались существующие в них условия и элементы научного знания. Пришло время сказать об этом. Очевидно, что на этих этапах, то знание, которое можно было бы назвать естественным, должно было соответствовать данному мировоззрению и принимать соответствующие исторические формы. Предельно схематизируя это, можно выделить две формы функционирования естественного знания. На донаучном этапе - магия, на преднаучном - религия, точнее, схоластика.
От ранних цивилизаций, возникших на берегах Тигра, Евфрата и Нила (Вавилон, Ассирия, Египет), не осталось никаких свидетельств о достижениях в области физических знаний, за исключением знания овеществленного в архитектурных сооружениях и бытовых изделиях. Возводя различного рода сооружения, изготавливая предметы быта и оружие, люди использовали определенные результаты многочисленных физических наблюдений, технических опытов, их обобщений. Можно сказать, что существовали определенные эмпирические физические знания, но не было системы физических знаний.
Физические представления в Древнем Китае появились на основе различных форм технической деятельности, в процессе которых вырабатывались разнообразные технологические рецепты. Естественно, что, прежде всего, развивались механические знания. Так, китайцы имели представления о силе (то, что заставляет двигаться), противодействии (то, что останавливает движение), рычаге, блоке, сравнении весов (сопоставлении с эталоном). В области оптики китайцы имели представление об образовании обратного изображения в «camera obscura». Уже в VI веке до н. э. они знали явления магнетизма - притяжения железа магнитом, на основе чего был создан компас. В области акустики им были известны законы гармонии, явления резонанса. Но это были еще эмпирические представления, не имевшие теоретического объяснения.
В Древней Индии основу натурфилософских представлений составляло учение о пяти элементах - земле, воде, огне, воздухе и эфире. Существовала также догадка об атомном строении вещества. Были разработаны своеобразные представления о таких свойствах материи, как тяжесть, текучесть, вязкость, упругость, о движении и вызывающих его причинах. К VI в. до н. э. физические представления обнаруживают тенденцию перехода в своеобразные теоретические построения (в оптике, акустике)[10].
2.1.1. «Естественная магия»
Чтобы отличать магию, о которой говорится здесь, от её современного «коммерческого» варианта, назовём её «естественной магией». Она является обусловленным, закономерным и позитивным явлением в человеческой истории. На донаучном этапе развития естествознания просто не могло существовать знания, в иной альтернативной форме. Сведения о мире могли быть непротиворечиво соединены, обладать объяснительным и прагматическим статусом только в пределах естественной магии. Как известно, атрибуты магии призваны сверхъестественным образом воздействовать на мир. В основе ритуалов, видимо, лежит ложное причинно-следственное увязывание последовательных или параллельных явлений. Естественная магия могла зародиться только в среде первобытного сознания с его верой в возможность непосредственного магического воздействия на природу, которая исходит из чувства сопричастности с ней.
Естественная магия стремилась натурализовать человека, включить его действия в природные процессы. Именно она породила столь актуальное в современном естествознании представление о взаимодействии всех вещей, некий прообраз современной экологии. Естественная магия явно проявила себя в естествознании средневековья. Её элементы легли в основу алхимии, астрологии, герметизма. Влияние естественной магии особенно бурно проявилось в эпоху Возрождения расцветом магического натурализма. Только эти факты уже показывают, насколько значима историческая роль естественной магии в становлении научного естествознания. Следует отметить, что естественная магия не до конца растворилась в схоластике и научном естествознании. Она существует и сейчас, как способ освоения действительности сохранившимися первобытными обществами.
Можно сказать, что естественная магия явилась ответом человека, его интеллектуальной реакцией на окружающее многообразие событий. Поначалу он, наблюдая и анализируя смерть, галлюцинации, сновидения пришёл к идее души, а затем развил это в учение о духах. Представьте себе, что вы живёте в мире, который, как вы вдруг осознали, состоит из духовных существ, населяющих все предметы и явления. Они везде и они, как и люди в своих взаимоотношениях, способны или мешать, или помогать. Каким образом можно наладить оптимальные взаимоотношения с этим одушевлённым миром?
Очевидно, что теоретизировать по поводу этого мира бессмысленно. Познание может носить только практический характер. Кроме того, оно должно быть стереотипным и традиционным. Алгоритм несколько раз удачно проведенных действий не должен забываться. Практической реализацией этих требований являются обряды, ритуалы, табу. В них закрепляется традиционное практическое знание, необходимое для выживания. Мировоззренческий и познавательный аспекты бытия не говоря уж об экономических и социальных неразрывно соединены в пределах этих сакральных действий. Никакого разделения представлений о том, как устроен мир и знанием об этом устройстве не существует. Это мировоззренческое единство разрушалось по мере дальнейшей эволюции знаний.
2.1.2. Магия и религия
Как мифологическое сознание заменяется религиозным, как донаучный этап развития естествознания сменяется преднаучным, так и естественная магия сменяется религией. Однако в религии, мы говорим, конечно, о монотеизме, мировоззренческий и познавательный аспекты разводятся. На первое место выходит мировоззренческий аспект, основанный на догматах веры. Единство знания и мировоззрения разрушено или, иначе, знание узурпировано верой. Они перестают соотноситься в качестве равных долей. Натурализму естественной магии противопоставлен рационализм религии.
Тем не менее, между верой и знанием в пределах религии изначально существует раскол. Схоластика выступает в качестве познавательного прикладного аспекта религии, подчиняющего, соединяющего и перерабатывающего всё знание, возникающее на преднаучном уровне. Развод веры и знания, равно как и возникновение схоластики создавали предпосылки для развития естествознания. Возникала принципиальная возможность, вывести знание за пределы веры, сделать его научным.
Преемственность религии по отношению к магии заключается в принятии и развитии ритуалов, обрядов и моральных запретов. В то же время из них удаляется всё практическое знание. Эти атрибуты в религии становятся значимыми сами по себе, как внешние формы реализации веры, как способ осуществления связи со сверхъестественным существом. Кроме того, из воспринятых религией сакральных форм магии беспощадно удаляется сама возможность мысли о том, что человек способен через некие практические действия оказать непосредственное действие на природу. Религия вводит посредника - Бога во взаимоотношения человека с окружающим, исключая возможность непосредственного влияния человека на мир. Такой подход вполне понятен. Допустить такую возможность означало бы признать за человеком функции Бога.
Религия испытывает родовую неприязнь по отношению к эмпирическому знанию. Развитие преднаучного естествознания в форме схоластики не случайно. Схоластика предельно рационализирует знание, вычищая из него эмпирические намёки. Появление последних в поздней схоластике свидетельствует о кризисе. Такое увлечение метафизикой объяснимо. Догмы – это не упрямые факты. Достаточно их принять и можно логически вывести что угодно.
Сказанное отнюдь не умаляет значения схоластики в развитии естествознания. Ещё в начале ХХ века Пьером Дюгемом были проведены исследования и на их основании выдвинута идея о непрерывности перехода от схоластического мышления средних веков к науке XVII века. Эта идея получила развитие в истории науки в результате исследований в области восприятия и методологии, характерных для эпохи средневековья, а также традиций преподавания аристотелевской логики в университетах эпохи Возрождения. Например, в XVI веке курсы логики и натуральной философии блестяще читались иезуитами в их знаменитых коллегиях[11].
Таким образом, схоластика была тем преднаучным состоянием естествознания, где постепенно формировались основы науки.
2.1.3. Религия и естествознание
Знание научное и знание религиозное несовместимы, так как их познавательные установки совершенно противоположны. Можно привести много примеров, подтверждающих этот тезис. Противоположность проявляется во всём: в процедурах познания, в отношении к исследованию, к его эмпирическим и теоретическим основаниям, в трактовке истины и т. д. Но попробуем выделить наиболее простое и общее различие религии и естествознания. Полагаю, что его можно выразить следующим тезисом: в научном естествознании не существует абсолютной истины. Любая истина только результат, который преодолевается. В религии есть абсолютная истина, которая не может быть ни преодолена, ни отменена, ни при каких условиях - это Бог.
Однако даже такое радикальное противоречие не прерывает глубокой исторической связи естествознания и религии. Примером может служить схоластика, о роли которой в формировании естественнонаучного знания мы говорили выше.
Проблему противостояния науки и религии сегодня вряд ли можно назвать актуальной. Все «великие битвы» между ними остались в истории, и граница определилась. Преимущество на стороне науки. Но оно не абсолютно. Естественнонаучный опыт не в состоянии полностью заменить мировоззрение и вот здесь религия едва ли не на равных начинает конкурировать с естествознанием. Научная картина мира не в состоянии удовлетворить все умы. В ней много пробелов. Она не гарантирует ни душевного спокойствия, ни веры в абсолют. Кроме того, наука - это такая сфера деятельности, которая в силу интеллектуальной сложности не может быть делом многих. Попытка популярно представить научное мировидение также имеет свои пределы, выход за границы которых недопустим.
В то же время, несмотря на все недостатки, научное естествознание практически доказало свое преимущество перед умозрительной религией. Техника красноречивее любых слов характеризует её возможности. Ситуация изменилась. Если в эпоху теоцентризма знание подчинялось диктату догм религии, то теперь религия «подгоняет» свои догмы под фундаментальные научные открытия.
Для многих людей подход, в котором совмещаются авторитет религии, и возможности научного естествознания, является наиболее приемлемой формой мировоззрения. Он позволяет удовлетворить несколько крайне необходимых для любого человека потребностей. Первая из них - это потребность в вере, проистекающая из естественной психологической установки строить свои отношения с окружающим на каком-то прочном основании. Это основание даёт религия. Вторая - это потребность в понимании. Человек не может существовать в непонятном необжитом мире. Наука через технологии превращает труднодоступную для понимания ткань мироздания в элементарную фактуру быта. В итоге формируется современный вариант мировоззрения, который удовлетворяет потребность в вере и потребность в понимании.
В этом процессе чувствуется определённая закономерность и, очевидно, к данному синтезу следует относиться спокойно, поскольку современное соотношение позиций науки и религии таково, что никакой речи о совершенно неприемлемом для науки идеологическом диктате быть не может. В то же время, вероятно, религия как-то по-своему способна заполнить духовные пустоты, которые неизбежно образуются в миропонимании при научном освоении действительности.
2.1.4. Специфика восточной преднауки
В своё время восточная преднаука не смогла преодолеть рубеж, отделяющий её от науки. Не смогла она этого сделать во многом из-за отсутствия относящихся к преднауке предпосылок психологического, экономического, социального, культурного характера. Ретроспективный взгляд на историю даёт возможность определить, почему соответствующие предпосылки не возникли на Востоке.
Древние восточные царства представляли собой централизованные государства, в которых религиозная и светская власть были сосредоточены, иногда формально, в руках царя, фараона и т. д. Экономика чаще всего представляла собой орошаемое земледелие и скотоводство. По сути дела, экономика этих государств была одним большим хозяйством номинально принадлежащим одному человеку. Контроль и учёт в нём требовал содержания огромной армии чиновников. Подчинение этой огромной массы людей единоначалию требовало как содержание мощного репрессивного аппарата, так и многочисленных жрецов, обеспечивающих идеологическую монолитность общества.
Какие элементы науки могли развиться в данных условиях? Очевидно, только те, которые не могли повлиять на устойчивость существующих мировоззренческих, социальных и экономических отношений. То есть изначально развитие естествознания ставилось под полный контроль государства. Этот тотальный контроль был крайне необходим, так как власть, основанная в виде пирамиды, устойчива, когда она монолитна. В таких условиях могли развиваться только те научные элементы в астрономии, геометрии, арифметике, которые можно было вписать в нормы существующих мировоззренческих и социокультурных отношений. Можно констатировать, что в таких обществах отсутствовали такие важные для выхода за пределы преднауки социокультурные импульсы, как разнообразие и свобода.
Разумеется, это ни коей мере не говорит об ущербности восточного стиля мышления, но указывает на то, какую роль в формировании облика данной культуры играет комплекс условий, который начинается с совокупности условий ландшафта и климата и заканчивается условиями социокультурного характера. Их воздействие оказывается достаточным, чтобы определить характер взаимоотношений человека с окружающим миром на уровне естественнопознавательного отношения. Оказалось, что комплекс условий развития знания, сформировавшийся на Востоке, сыграл весьма негативную роль в формировании структур научного естествознания. Социокультурные факторы выступили в роли цензора, определившего будущее восточной преднауки. Несмотря на долгую историю развития познания и накопленные знания, восточная преднаука так и не смогла преодолеть барьер практицизма, уничтожившего в конечном счёте потенциал поступательного движения вперёд.
2.1.5. Письменность
Трудно переоценить значение изобретения письменности для развития культуры в целом и естествознания в частности. Это означало, что создан механизм накопления и сохранения информации, без которого говорить о развитии естествознания бессмысленно. Только с возникновением письменности появилась возможность продолжить процесс идеализации, начатый естественным языком, вплоть до создания специальных языков науки.
Под письменностью понимается совокупность письменных средств общения, включающих графику, алфавит и орфографию какого-либо языка, или группы языков, объединённых одним алфавитом, например, английская, арабская, русская. Письмо представляет знаковую систему фиксации речи, позволяющей с помощью графических элементов передавать речевую информацию на расстоянии и закреплять её во времени.
Существует четыре основных типа письма - идеографический, словесно-слоговый, силлабический и алфавитный. Родоначальником всех современных видов алфавитного письма является древнесемитское (финикийское) письмо, существовавшее во 2 половине 2 тысячелетия до н. э. Его происхождение точно не установлено. Предположительно, оно возникло из финикийского (прото-библского) силлабического письма.
Письменность раннеисторического периода состояла из конкретных изображений. В результате убыстрения письма эти изображения упрощались и постепенно превратились в абстрактные знаки, соответствующие отдельным словам, затем слогам и, наконец, отдельным звукам. Были алфавиты только из согласных и гласных. Текст был поделён на слова и предложения, появились цифры. Возникли надписи, высеченные на памятниках, книжный шрифт, бытовые и рукописные шрифты. Все они были только прописными. Писали сверху вниз, справа налево, зигзагом, а также слева направо.
Клинопись, предположительно возникшая у шумеров, служила вавилонянам. Персы, ассирийцы и хетты переняли этот шрифт, сохранив, однако, свой язык. До нас дошли надписи на камне, вырезанные из камня печати, оттиски крупных печатей на строительных кирпичах и множество глиняных дощечек с клинописными текстами.
Иероглифы, ранний изобразительный шрифт египтян, включал до 500 знаков, соответствовавших слогам и отдельным звукам. Иероглифы вырезали на камне, изображали на стенах и различных предметах или на папирусе. Так как иероглифы писали тростниковыми палочками или трубчатыми перьями и чернилами, они постепенно превратились в курсив (куррере - бежать). Строки писались сверху вниз, справа налево и наоборот.
Иератический шрифт образовался на основе иероглифов. В результате быстрого написания изображения были очень упрощены и изменены.
Демотический шрифт - последующая ступень обобщения. Первоначальные иероглифы - знаки совершенно видоизменились. Ныне мы можем расшифровать и прочитать почти все виды египетского письма.
Финикийский шрифт состоит из 22 знаков, соответствующих согласным звукам. Гласные звуки произносились, но не писались. Направление письма справа налево. Возникновение этого вида письма не выяснено. Знаки финикийского письма целиком были переняты греками.
Греческий алфавит, как и финикийский, состоит из заглавных букв. Знаки, обозначавшие финикийские согласные, чуждые греческой фонетике, греки использовали для обозначения гласных звуков. В 5 веке до н. э. возник ионический шрифт - самая совершенная система знаков с геометрическими элементами. Германское руническое письмо на развитие буквенного алфавита влияния не оказало.
Латинский алфавит основан на греческом с добавлением знаков для отсутствовавших в греческом языке звуков. Законченность формы знаков демонстрирует высеченная на камне надпись прямым капитальным шрифтом - прописными знаками антиквы, а так же оттиски с печатей - гротесковая форма знаков (без засечек). Знаки были только прописные. Еще не было междусловных пробелов, писали слева направо. С этого времени латинский шрифт распространяется по всему миру. Дальнейшее развитие антиквы - изменение ее формы в духе времени.
Шрифт Рустика («крестьянский») писался пером в наклонном положении. Буквы писались быстрее, теснее, и поэтому шрифт отличался тонкими прямыми вертикальными штрихами и жирными засечками-серифами (прописной шрифт).
Фрактура - придворный шрифт времен императора Максимилиана. Для этого шрифта характерны хоботообразные завитки элементов прописных букв и спиральные росчерки в духе рукописных шрифтов[12].
2.2. Естественнонаучные аспекты античной
натурфилософии
Евклидова геометрия – первая стандартная научная теория. ô Древнегреческие атомисты: атомистическое учение Левкиппа, Демокрита, Эпикура. ôМеханика Архимеда: статика, гидростатика, баллистика. ô Становление античной астрономии: Аристарх Самосский (идея гелиоцентризма). Гиппарх: его вклад в развитие астрономии. Птолемей: геоцентрическая система (Альмагест).
В свете современных историко-научных исследований считается, что основы теоретического физического знания закладывались в эпоху античности в Древней Греции и других странах Средиземноморья. Государственное устройство типа рабовладельческой демократии, относительная терпимость к выбору религиозных верований позволяли обсуждать проблемы естествознания и осуществлять разграничение науки и религии при решении этих проблем. Это способствовало появлению сначала различных натурфилософских концепций на основе наблюдений и экспериментов, затем разработке теоретических физических концепций.
Из-за низкого уровня техники, существовавшей недооценки количественных расчетов и отстраненности потребностей рабовладельческого производства от достижений науки, эксперимент в эпоху античности не стал ни методом систематической проверки получаемых знаний, ни основным источником знаний эмпирических. Но постепенно на смену мифологическим объяснениям явлений действительности стали приходить попытки их научного обоснования. Основной вопрос, занимавший мыслителей в это время, был вопрос о соотношении единого и многого (иначе говоря, вопрос о том из какого начала образовалось окружающее нас многообразие вещей).
2.2.1. Евклидова геометрия - первая стандартная
научная теория
Евклид, древнегреческий математик. Сведения о времени и месте его рождения до нас не дошли, однако известно, что Евклид жил в Александрии и расцвет его деятельности приходится на время царствования в Египте Птолемея I Сотера. Известно также, что Евклид был моложе учеников Платона, но старше Архимеда, так как, с одной стороны, был платоником и хорошо знал философию Платона (именно поэтому он закончил «Начала» изложением так называемых платоновых тел, то есть пяти правильных многогранников), а с другой стороны, его имя упоминается в первом из двух писем Архимеда к Досифею «О шаре и цилиндре». С именем Евклида связывают становление александрийской математики (геометрической алгебры) как науки.
Прокл в комментариях к первой книге «Начал» приводит известный анекдот о вопросе, который будто бы задал Птолемей Евклиду: «Нет ли в геометрии более краткого пути, чем (тот, который изложен) в «Началах»? На что Евклид якобы ответил, что «в геометрии не существует царской дороги» (аналогичный анекдот рассказывается также об Александре и ученике Евдокса Менехме, так что он принадлежит, видимо, к числу «бродячих сюжетов»).
Из дошедших до нас сочинений Евклида наиболее знамениты «Начала», состоящие из 15 книг. В 1-й книге формулируются исходные положения геометрии, а также содержатся основополагающие теоремы планиметрии, среди которых теорема о сумме углов треугольника и теорема Пифагора. Во 2-й книге излагаются основы геометрической алгебры. 3-я книга посвящена свойствам круга, его касательных и хорд. В 4-й книге рассматриваются правильные многоугольники, причем построение правильного пятнадцатиугольника принадлежит, видимо, самому Евклиду. Книга 5-я и 6-я посвящены теории отношений и ее применению к решению алгебраических задач. Книга 7-я, 8-я и 9-я посвящены теории целых и рациональных чисел, разработанной пифагорейцами не позднее V в. до н. э. Эти три книги написаны, по-видимому, на основе не дошедших до нас сочинений Архита. В книге 10-й рассматриваются квадратичные иррациональности и излагаются результаты, полученные Теэтетом. В книге 11-й рассматриваются основы стереометрии. В 12-й книге с помощью метода исчерпывания Евдокса доказываются теоремы, относящиеся к площади круга и объему шара, выводятся отношения объемов пирамид, конусов, призм и цилиндров. В основу 13-й книги легли результаты, полученные Теэтетом в области правильных многогранников. Книги 14-я и 15-я не принадлежат Евклиду, они были написаны позднее: 14-я во 2 в. до н. э., а 15-я в 6 в.
Вторым после «Начал» сочинением Евклида обычно называют «Данные», представляющие собой введение в геометрический анализ. Ему также принадлежат «Явления», посвященные элементарной сферической астрономии и такие фундаментальные исследования, как «Оптика» и «Диоптрика». В своей оптике он исходил из пифагорейской теории, согласно которой лучи света - прямые линии, простирающиеся от глаза к воспринимаемому предмету. Небольшой трактат «Сечения канона» содержит десять задач о музыкальных интервалах, сборник задач по делению площадей фигур «О делениях» дошел до нас в арабском переводе. Изложение во всех этих сочинениях, как и в «Началах», подчинено строгой логике, причем теоремы выводятся из корректно сформулированных физических гипотез и математических посылок. В «Началах» Евклида завершена античная математика, как стройная наука, исходящая из определений, постулатов и аксиом. Математика Евклида - вершина древнегреческой дедуктивной науки. Она резко отличается от ближневосточной математики с её практической ограниченностью. Много произведений Евклида утеряно, об их существовании в прошлом нам известно только по ссылкам в сочинениях других авторов[13].
2.2.2. Древнегреческий атомизм
Левкипп выдвинул основные принципы атомистической философии. Он утверждал о существовании бесчисленных постоянно движущихся элементов - атомов, имеющих бесконечное множество форм, так как видел в вещах постоянное возникновение и изменение. Левкипп, возможно впервые в античной философии, допускает существование пустоты.
Демокрит имел взгляды на сущность бытия, тождественные взглядам Левкиппа и развил идеи об атомах и пустоте в логическую, последовательную систему. Согласно Демокриту, Вселенная - это движущаяся материя, атомы веществ и пустота. Пустота так же реальна, как и бытие. Вечно движущиеся атомы, соединяясь, создают все вещи, их разъединение приводит к гибели и разрушению последних. Категория пустоты, небытия дала возможность объяснить возникновение и изменение вещей. Понятие пустоты привело к понятию пространственной бесконечности. Атомы характеризуются формой, порядком, положением и величиной. Демокрит утверждает, что атомы сами по себе неизменны, были, есть и будут постоянно теми же самыми. Концепция атомизма содержит, таким образом, представление о несотворимости и неуничтожимости материи.
Атомы, по Демокриту, бесконечны, если речь идёт об их величине, числе и различии форм. По сути, он, таким образом, формулирует принцип бесконечности материи. Качественно новым в античном мышлении является Демокритово понимание бесконечности, неуничтожимости и несотворимости Вселенной, убеждённость в существовании бесконечного множества миров, которые возникают и гибнут и наш мир лишь один из многих, сотворённых атомами. Демокрит новым для античности способом решает проблему движения. Движение присуще атомам в естественном состоянии в пустоте. Оно передаётся столкновением, всегда есть и является источником любого развития. Основываясь на атомистическом учении, Демокрит понимает причинность как абсолютную необходимость. Развитие Вселенной, порядок мира, все, в сущности, определено механическим движением атомов. Поэтому в его системе нет места объективному существованию случайности. «Случайность», по Демокриту, объясняется незнанием причин определенного явления[14].
Выдающийся мыслитель эллинистического периода Эпикур (342-271 до н. э.) продолжил и в какой-то степени развил атомистическое учение Левкиппа и Демокрита. Дополнительно к таким свойствам атомов, как величина, форма и положение в пространстве он приписывает ещё одно свойство - тяжесть. В отличие от Демокрита, который приписывает атомам только прямолинейное движение, он признаёт закономерным и отклонение от него. Несмотря на кажущуюся простоту такого добавления к свойствам, это ведёт к серьёзным последствиям. Во-первых, возникает соответствующее современному взгляду представление о хаотическом движении частиц вещества. Во-вторых, исключается, столь характерный для Демокрита, абсолютный детерминизм в объяснении причинно-следственных явлений. Эпикур принимает случайность как объективность, не исключая, одновременно, причинного объяснения, которое представляет собой постижение внутренней причинной взаимосвязи явлений, основанной на соотношении свободы и необходимости[15].
2.2.3. Механика Архимеда[16]
Эпоха эллинизма характеризовалась наибольшим вкладом в развитие физики со стороны механики. Потребности в создании различного рода технических устройств (строительных, военных и т. д.) выдвигали на первый план вопросы статики.
Архимед, создав теорию рычага, заложил основы статики. Строительная и военная техника основывались на рычаге, позволявшем перемещать в пространстве тела большого веса при относительно небольших усилиях. Проблема рычага явилась обобщением эмпирически освоенных приемов его использования в разных областях деятельности. В своих трудах «О равновесии плоских тел и центрах тяжести плоских фигур» и не дошедшем до нас «О весах» Архимед изложил основные постулаты теории рычага:
1. Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на неравных же длинах не уравновешиваются, но перевешивает тяжесть на большей длине.
2. Если при равновесии тяжестей на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-то прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к которой было прибавлено.
3. Точно так же, если от одной из тяжестей будет отнято что-нибудь, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, от которой не было отнято.
4. Если две величины уравновешиваются на каких-нибудь длинах, то на тех же самых длинах будут уравновешиваться и равные им.
Исходя из этих, многократно проверенных на практике, постулатов, Архимед формулирует закон рычага в виде следующих теорем:
1. Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах, обратно пропорциональных тяжестям.
2. Если величины несоизмеримы, то они точно так же уравновесятся на рычагах, которые обратно пропорциональны этим величинам.
Дав определение центру тяжести тела как расположенной внутри его точки, при подвешивании за которую оно останется в покое и сохранит первоначальное положение, Архимед определил центры тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции и других фигур.
Архимед явился также основоположником и гидростатики, законов плавающих тел. Этому был посвящен его труд «О плавающих телах». Гидростатика использовалась при определении плотности тел путем взвешивания их в воде и при определении грузоподъемности корабля. Логическая схема обоснования законов гидростатики отличалась от схемы обоснования закона рычага.
Вначале Архимед формулирует предположение о внутренней структуре жидкости, а затем формулирует ряд теоретических следствий, вытекающих из данного предположения. Архимед исходит из того, что поверхность всякой неподвижно установившейся жидкости будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли. Жидкость по своей природе такова, что из её частиц, расположенных на одинаковом уровне и прилежащих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными, следовательно, каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся над ней по отвесу, если только жидкость не заключена в каком-нибудь сосуде и не сдавливается еще чем-то другим. Следствия из этой гипотезы, выводимые математически, таковы:
1. Тело, равнотяжелое с жидкостью, будучи опущено в эту жидкость, погружается так, что никакая его часть не выступает над поверхностью жидкости, и не будет двигаться вниз.
2. Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, не погружается целиком и некоторая его часть остается над поверхностью жидкости.
3. Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, погружается настолько, чтобы объем жидкости, соответствующий погруженной части тела, имел вес, равный весу всего тела.
4. Тело, более легкое, чем жидкость, опущенное в эту жидкость силою, будет выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела.
5. Тело, более тяжелое, чем жидкость, опущенное в эту жидкость, будет погружаться, пока не дойдет до самого низа, и в жидкости станет легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела.
В более кратком виде закон Архимеда формулируется следующим образом:
· на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.
Данный закон оказался справедливым и для газа. Одним из первых случаев практического применения данного закона была проверка состава короны, изготовленной для сиракузского царя Гиерона. На основе того, что короной вытеснялось большее количество воды, чем золотым слитком Архимед установил, что корона состоит не из чистого золота, а из сплава[17].
2.2.4. Становление астрономии
Гиппарх из Никеи (190 - 125 гг. до н. э.) выдающийся древнегреческий астроном, которому также часто приписывают реформирование астрологии. Вёл первые систематические астрономические наблюдения. Наблюдение новой звезды (134 г. до н. э.) побудило его к созданию звёздного каталога, который был использован впоследствии Птолемеем. Этот каталог содержит положения 850 звёзд, разделённых по степени яркости на 6 звёздных величин. Путём сравнения найденных им точек расположения звёзд с теми, которые были обозначены в других каталогах, Гиппарх открыл явление прецессии равноденствий.
Он исследовал видимое движение Солнца и Луны и составил таблицы этого движения. Рассчитал аномалии солнечного движения и объяснил их тем, что Солнце проходит эксцентрический путь вокруг Земли. Он также вычислил с большой точностью наклонение эклиптики; определил с ошибкой менее 5% расстояние от Земли до Луны и неточно - от Земли до Солнца; вычислил продолжительность тропического года как равную 365 суткам 5 ч 55 мин (истинная продолжительность - 365 суток 5 ч 48 мин 46 с) и продолжительность синодического месяца, получив значение 29 суток 12 ч 44 мин 2.5 с, которая лишь на 1 с меньше истинного; разработал теорию затмений; ввёл географические координаты - широту и долготу; заложил основы тригонометрии, в частности, разделив окружность на 360°, поделённых, в свою очередь, на минуты и секунды; изобрёл новые инструменты. Он повысил точность наблюдений, применив крест нитей для наведения на светило в угломерных инструментах - секстантах и квадрантах. Сочинения Гиппарха до нас не дошли, кроме комментариев к астрологической поэме Арата. Сведения о работах Гиппарха приведены в сочинении К. Птолемея «Альмагест».
Гиппарха называют отцом научной астрономии. Большинство своих исследований он провел в Александрийской обсерватории, построенной на острове Самос. Гиппарх первым установил наклон плоскости лунной орбиты к плоскости эклиптики - примерно 5°. Он же открыл, что Узлы Луны непрерывно перемещаются с востока на запад, совершая полный оборот за 18.6 лет. Также он обнаружил, что линия апсид лунной орбиты подвижна и полный оборот совершает за 8.85 г. (цикл Лилит).
Гиппарх и другие астрономы древности уделяли много внимания наблюдениям движений планет. Наблюдаемое с Земли движение планет довольно сложно: скорость планеты то увеличивается, то уменьшается, временами она и вовсе останавливается, после чего начинает двигаться в обратном направлении. При этом планета иногда описывает на небе петли. Эта сложность, как сейчас мы знаем, является результатом того, что наблюдения ведутся с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца.
Гиппарх же, считавший Землю неподвижной, полагал наблюдаемое движение планет реальными. В объяснении движения планет он следовал теории эпициклов. Теория эпициклов давала с известным приближением чисто формальное, геометрическое представление о движении планет[18].
Первая гелиоцентрическая система. Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому то