Глава I зарождение физических знаний в период античности и средневековья

Целенаправленное накопление и развитие знаний, которое можно было бы охарактеризовать термином «наука», имело место уже в древнем Египте и Вавилоне. Наука египтян и вавилонян носила сугубо практический характер и выросла из потребностей хозяйственной и строительной практики. Потребности землемерных работ обусловили развитие геометрии у египтян. Высокого уровня достигли также вавилонская математика и астрономия. Большим достижением шумеро-вавилонской математики было создание позиционной системы, в которой значение цифры зависит от места, которое она занимает в многозначном числе. Вавилонянам уже была известна теорема Пифагора, они могли вычислять квадраты чисел и квадратные корни, кубы и кубические корни, умели решать системы линейных уравнений и квадратные уравнения. Из наблюдений смены дня и ночи, смены времен года возникла астрономия. При строительных работах использовались простейшие механизмы: рычаги, катки, наклонные плоскости; наблюдение за их действием приводило к развитию основ механики. В основном практические задачи требовали познания условий равновесия, поэтому наибольшее развитие получили знания в области статики.

Н

Натурфилософия Древней Греции

есмотря на определенные успехи науки Древнего Востока, подлинной родиной современной науки стала Древняя Греция. Именно здесь возникла теоретическая наука, не сводящаяся к сумме практических рецептов, целью которой стало создание научной картины мира. Греческим происхождением объясняются названия многих наук (математика, механика, физика, биология, география) и научных терминов (масса, атом, электрон, изотоп и др.). О высоком уровне развития древнегреческой науки свидетельствует целое созвездие имен древнегреческих ученых, дошедших до наших дней: Фалес, Гераклит, Пифагор, Демокрит, Левкипп, Сократ, Платон, Аристотель, Эпикур, Архимед, Евклид, Птолемей – и это отнюдь не полный список. Первые ученые стали называться философами, т.е. «любителями мудрости». Появились профессии ученого и учителя. В Греции возникли первые в мире учебно-научные учреждения – предшественники современных университетов. Таковыми были Академия Платона и лицей Аристотеля. Александрийский музей был предшественником современных научно-исследовательских институтов. Здесь зародилась научная информация в виде научных сочинений, лекций, диспутов и переписки ученых. Следует отметить, что многие научные концепции, зародившиеся в Древней Греции, оказали существенное влияние на последующее развитие науки вообще и физики в частности.

Спецификой древнегреческой философии, особенно в начальный период ее развития, являлось стремление понять сущность природы, космоса, мира в целом. Не случайно первых греческих философов – представителей милетской школы Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена, а позднее – пифагорейцев, Гераклита, Эмпедокла называли физиками (от греч. physis – природа). Древнегреческая философия уходила корнями в мифологию, а греческая мифология была религией природы, и одним из важнейших вопросов в ней был вопрос о происхождении мира. Но между мифологией и философией было существенное различие. Мифы повествовали о том, кто из олимпийских богов породил все сущее, а философия ставила вопрос о том, из чего оно произошло. Ранние мыслители занимались поисками некоторого первоначала, из которого все произошло. У Фалеса это – вода, у Анаксимена – воздух, у Гераклита – огонь.

Таким образом, уже первые греческие философы ищут рациональное объяснение происхождения и сущности мира, отказываясь от мифологического образа «порождения». На место мифологического порождения у философов становится причина.

Для ранних натурфилософов характерна стихийная диалектика мышления. Они рассматривают космос как непрерывно изменяющееся целое. Особенно значителен вклад в развитие диалектического научного мировоззрения Гераклита Эфесского, сформулировавшего идею о том, что все в природе существует и в то же время не существует, так как все непрерывно изменяется: «Все течет, все изменяется», «Нельзя дважды войти в одну и ту же реку». В утверждениях Гераклита в явном виде содержатся идеи о несотворимости и неуничтожимости материи и движения, о всеобщей причинности: «... мир ... не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим ...».

Безусловно, во взглядах древних греков на природу было много наивного и ошибочного. Но много было и верных идей, из которых развились современные научные представления. Так, Пифагор Самосский был, по-видимому, первым, кто высказал гипотезу о сферичности Земли. Вероятно, здесь сыграли роль наблюдения за горизонтом во время морских путешествий, а также наблюдения лунных затмений (тень Земли, падающая на Луну, свидетельствует о сферичности Земли). Пифагорейцы разработали и первую модель строения Вселенной, в которой предполагалось движение Земли – так называемую пироцентрическую систему мира. Согласно этой модели, в центре Вселенной располагается некий центральный огонь, вокруг которого обращаются все небесные тела, включая Землю, Солнце, Луну и остальные пять известных тогда планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Солнечное излучение обусловлено отражением от Солнца света центрального огня, невидимого с Земли, так как Земля всегда ориентирована в пространстве таким образом, что центральный огонь можно наблюдать лишь с необитаемой стороны земного шара. В дальнейшем Аристарх Самосский исключил центральный огонь и, поместив в центре Вселенной Солнце, построил первую гелиоцентрическую систему.

В эллинистический период (после Аристотеля) также встречается точка зрения о сферичности формы Земли. Так, Архимед считал Землю шаром, а поверхность жидкости, находящейся в равновесии в поле земного тяготения – сферической: «Поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли». Архимед доказывал это утверждение, опираясь на представление о сферичности Земли и на разработанные им же теоремы гидростатики. Вывод об астрономических воззрениях Архимеда становится очевидным из того, что он использовал в своих трудах систему мира Аристарха, согласно которой «...неподвижные звёзды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается вокруг Солнца по окружности круга, расположенного между Солнцем и неподвижными звездами».