Натурфилософия Средневековья
Со второй половины VIII века научное лидерство переместилось из Европы на Ближний Восток. Важную роль в истории науки и культуры сыграли арабы, объединившиеся в VII веке в сильное воинственное государство под знаменем новой религии – ислама. Арабы были связующим звеном между восточной и западной культурой, между античной и средневековой наукой. Развитая торговля давала богатый материал для математических задач, путешествия стимулировали развитие астрономии и географии, развитие ремесла способствовало становлению экспериментального искусства.
В IX веке кроме птолемеевского «Альмагеста» на арабский язык были переведены «Начала» Евклида и сочинения Аристотеля. Таким образом, античные греко-римские научные знания приобрели известность в исламском мире. В трудах арабских ученых получили дальнейшее развитие астрономия и математика. В истории науки этого периода остались имена астронома Мухаммеда аль-Баттани, математика Хорезми, математика и астронома Ибн-Юнаса, достигшего заметных успехов в тригонометрии и осуществившего ряд ценных наблюдений лунных и солнечных затмений, астронома и физика Бируни, Хайсама, известного своими работами в области оптики.
Хорезмиец аль-Хорезми был автором трактатов по арифметике и алгебре. Алгебраический трактат Хорезми «Аль-Джабар» дал название новому разделу математики – алгебра. Из арифметического трактата Хорезми Европа познакомилась с употреблением нуля, арабскими цифрами, арифметическими действиями с целыми числами и дробями. В алгебраическом трактате Хорезми решались линейные и квадратные уравнения.
Крупнейшим ученым средневекового Востока был другой уроженец Хорезма – Бируни. Он смог определить плотности многих металлов и других веществ на основе измерений объема воды, вытесняемой телом. Бируни принадлежит также целый ряд весьма точных астрономических и географических измерений. Во время путешествия в Индию он разработал метод определения радиуса Земли, основная идея которого и сегодня содержится в ряде учебников по астрономии. Как известно, широта местности равна углу , который составляет направление на Полярную звезду с плоскостью горизонта. Измеряя длину дуги l на поверхности Земли между двумя пунктами, лежащими на одном меридиане, можно вычислить радиус Земли R, используя соотношение
.
По измерениям Бируни, радиус Земли оказался равным примерно 6490 км, что очень близко к современному значению 6380 км. Бируни высказывал мысль о движении Земли вокруг Солнца и считал геоцентрическую теорию неверной.
Крупным физиком был современник Бируни египтянин Ибн аль-Хайсам, известный в Европе под именем Алхазена. Работы Алхазена посвящены физике, астрономии, математике, медицине и философии. Наибольший интерес представляют его оптические исследования, изложенные в трактате, переведенном на латынь в XII веке и распространявшемся в рукописном варианте до первого печатного издания в 1572 году. Алхазен разработал теорию зрения, описал анатомическое строение глаза, предположив, что приемником изображения является хрусталик. Точка зрения Хайсама господствовала до XVII в., когда было выяснено, что изображение появляется на сетчатке. С помощью опытов Хайсам доказал несостоятельность представлений древнегреческих ученых (Платона, Евклида) о свете как о лучах, исходящих из глаза и «ощупывающих» предметы. Согласно Алхазену, «естественный свет и цветные лучи влияют на глаз» и «зрительный образ получается при помощи лучей, которые испускаются видимыми телами и попадают в глаз».
Он исследовал многие задачи геометрической оптики; в частности, занимался изучением преломления света и показал экспериментально, что угол преломления не пропорционален углу падения. Хотя Хайсам не нашел точной формулировки закона преломления, он существенно дополнил результаты Птолемея, показав, что падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча. Наконец, в одном из трактатов Хайсама высказано предположение о конечной скорости распространения света.
Дальнейшее развитие на Востоке получила астрономия. Сооружались обсерватории, велись наблюдения за небесными светилами. Крупным астрономом был внук Тамерлана Улугбек. Он построил в Самарканде обсерваторию, снабдил её совершенными по тому времени инструментами. Им были составлены каталог звезд и таблица движения планет.
С X века начинают развиваться экономические и культурные связи Европы и Ближнего Востока. Большую роль в этих связях сыграли крестовые походы, доставившие европейцам новые сведения: экономические, технические и культурные. Появляются первые университеты: в Испании, где арабами уже был организован университет в Кордове, в Италии, в Париже, в Англии. Предпосылкой будущего расцвета науки послужило развитие техники. Восточное экспериментальное естествознание вместе с такими изобретениями, как механические часы, очки, порох, бумага, перенесенными в Европу арабами, сыграло огромную роль в развитии европейской цивилизации. Немалую роль в развитии европейского естествознания сыграл компас, история которого начинается еще в Древнем Китае. В XII веке появляются латинские переводы «Начал» Евклида, трудов Архимеда, Птолемея, Аристотеля, других греческих авторов. Тогда же появились переводы Хорезми и Хайсама.
Большую роль в подъеме европейской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.), которые стали открываться, начиная с XII века. Университеты первоначально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда изучались дисциплины математического и естественнонаучного направления, а само обучение носило систематический характер.
В XIII веке было положено начало становлению и развитию экспериментального метода в естественнонаучных исследованиях. Группой ученых Парижского университета во главе с Иорданом Неморарием (вторая половина XIII века) был достигнут значительный прогресс в разработке статики Архимеда. Они развили античное учение о равновесии простых механизмов и нашли решение задачи о равновесии тела на наклонной плоскости.
Одним из наиболее ярких борцов за научное мировоззрение был монах Роджер Бэкон. Он родился в Англии, учился в Оксфордском и Парижском университетах. Бэкон неоднократно подвергался гонениям со стороны церкви по обвинению в ереси. Он резко выступал против всеобщего преклонения перед трудами Аристотеля, вдобавок искаженными невежественными переводчиками. Бэкон знал действие камеры-обскуры, увеличивающее действие выпуклых линз; установил, что вогнутые сферические зеркала фокусируют параллельные пучки лучей в точку, лежащую между центром и вершиной зеркала. Он сделал шаг вперед в объяснении явления радуги, проведя аналогию с преломлением света в каплях росы и водяных брызгах.
Интересную фигуру в средневековой физике представляет Пьер де Марикур по прозванию Перегрин, написавший в 1269 г. трактат «Послание о магните». В книге автор указывает, по каким признакам можно выбрать хороший «магнитный камень», как распознать полюса магнита. Он дает инструкцию опыта, показывающего, что разноименные полюса магнита притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Марикур описывает свойство плавающего магнита ориентироваться вдоль меридиана, указывая направление на север к Полярной звезде, и отмечает, что «на самом деле он поворачивается не к упомянутой звезде, а к полюсу ...». Далее Перегрин указывает, что если целый продолговатый магнит разломить на две части, то получится два магнита, каждый с двумя полюсами. Сочинение Пьера де Марикура представляет собой видную веху в ранней истории магнетизма.
XIV век отмечен началом использования математических методов в естественнонаучных исследованиях. Лидерство переходит к группе ученых Оксфордского университета, наиболее яркой фигурой среди которых был Томас Брадвардин. Его перу принадлежит трактат «О пропорциях», который является первой попыткой создать завершенную математическую теорию окружающего мира.
Таким образом, несмотря на засилье раннехристианской идеологии, естественнонаучные исследования продолжались и в эпоху Средневековья. Вместе с тем научные исследования той эпохи ограничивались в основном изучением отдельных частных объектов и явлений и так или иначе укладывались в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, разработанные еще в период античности (главным образом, в схему мироздания Аристотеля).