
- •Механика в истории науки и общества Оглавление
- •1. Предыстория человечества
- •1.1. Основные этапы антропогенеза
- •1.1.1 Биологическая эволюция пречеловека
- •1.1.2. Социально-культурная эволюция
- •1.2. Неолитическая революция
- •1.2.1. Территориальная экспансия и переход к оседлости
- •1.2.2. Культивация и одомашнивание
- •1.3. Изобретения и открытия каменного века
- •1.3.1. Орудия и технологии палеолита
- •1.3.2. Техника и изделия мезолита
- •2. Древние цивилизации
- •2.1. От бронзового века к железному
- •2.1.1. Бронзовый век
- •2.1.2. Железный век
- •2.2. Цивилизации Месопотамии
- •2.2.1. Шумер
- •2.2.2. Ассирия
- •2.2.3. Вавилон – «пуп неба и земли»
- •2.2.4. Строительство и архитектура
- •2.3. Древний Египет
- •2.3.1. Пирамиды, обелиски, колонны
- •2.3.2. Наука и техника
- •2.3.3. Хеттское царство
- •2.4. Древний Китай
- •2.4.1. Философия
- •2.4.2. Государственность
- •2.4.3. Наука
- •2.4.4. Техника и технология
- •2.5. Цивилизации Индии, Европы и Америки
- •2.5.1. Культура Древней Индии
- •2.5.2. Культура Древней Европы
- •2.5.3. Цивилизации доколумбовой Америки
- •2.5.4. Итоги Древнего Мира
- •3. Начало Античного мира
- •3.1. Образование древнегреческого этноса
- •3.1.1. Ранняя Греция
- •3.1.2. Архаическая Греция
- •3.1.3. Афины и Спарта
- •3.2. Рождение Античной науки
- •3.2.1. Фалес – первый мудрец и ученый
- •3.2.2. Философия Фалеса
- •3.2.3. Ученики и последователи
- •3.3. Пифагор и его братство
- •3.3.1. Образование братства
- •3.3.2. Мистика чисел
- •3.3.3. Геометрия
- •3.3.4. Музыка и астрономия
- •3.3.5. Знаменитые пифагорейцы
- •Классический период (эпоха демократии)
- •4.1. Чудеса света в Древней Греции
- •4.1.1. Артемисион
- •4.1.2. Зевс Олимпийский
- •4.1.3. Колосс Родосский
- •4.1.4. Галикарнасский мавзолей
- •4.1.5. Фаросский маяк
- •4.2. Атомисты и софисты
- •4.2.1. Школа элеатов
- •4.2.2. Зарождение атомистики
- •4.2.3. Софисты – учителя мудрости
- •4.3. Великие философы Античности
- •4.3.1. Судьба Сократа
- •4.3.2. Платон и его Академия
- •4.3.3. Жизнь Аристотеля
- •4.3.4. Труды и идеи
- •4.4 Последователи великих философов
- •4.4.1. Евдокс Знаменитый
- •4.4.2. Триада и эпициклы Менехма и эпициклы Гераклида
- •4.4.3. “Начала” Евклида
- •Эпоха эллинизма
- •5.1 Александрийский Мусейон
- •5.1.1. Александрия
- •5.1.2. Библиотека
- •5.1.3. Образование и спорт
- •5.2. Выдающиеся александрийцы
- •5.2.1. Ученые Мусейона
- •5.2.2. Эратосфен – “измеривший Землю”
- •5.3 Архимед Великомудрый
- •5.3.1. Время Архимеда
- •5.3.2. Архимед – инженер
- •5.3.3. Архимед – физик и механик
- •5.3.4. Архимед – математик
- •5.3.5. “Эфод” – путь к интегрированию
- •5.4. После Архимеда
- •5.4.1. «Конические сечения» Аполлония
- •5.4.2. Эпигоны
- •5.4.3. Инженеры Александрии
- •5.4.4. Герон-механик
- •5.5. Рождение научной астрономии
- •5.5.1. Аристарх – “Коперник Античности”
- •5.5.2. Прецессия по Гиппарху
- •5.5.3. Птолемеева система Мироздания
- •6. Римская империя и ее закат
- •6.1. Зодчество и архитектура
- •6.1.1. Особенности римской истории и культуры
- •6.1.2. «Архитектура» Витрувия
- •6.1.3. Гражданское строительство
- •6.2. Военная и гражданская техника
- •6.2.1. Военные машины
- •6.2.2. Гражданские изобретения
- •6.3. Наука и образование
- •6.3.2. Алхимия
- •6.3.3. Образование
- •6.4. Последние ученые Античности
- •6.4.1. Гален – первый фармаколог
- •6.4.2. Рождение Диофантова анализа
- •6.4.3. Гипатия – мученица науки
- •Итоги Античности
- •7. Образование и наука Средневековья
- •7.1. Крушение Античного мира и становление христианства
- •7.1.1. От Рима к Византии
- •7.1.2. Формирование христианской идеологии
- •7.1.3. Вехи Средневековья
- •7.2. Система образования
- •7.2.1. Христианская мифология
- •7.2.2. Христианские школы
- •7.2.3. Марциан Капелла
- •7.2.4. Последний римлянин
- •7.2.5. Европейское просвещение
- •7.3. Становление науки в средневековой Европе
- •7.3.1. Критика античной механики
- •7.3.2. Концепции ранних схоластов
- •7.3.3. Первые мыслители и ученые
- •7.3.4. Начало европейской математики и физики
- •8. Средневековые революции
- •8.1. Тенденции европейского Средневековья
- •8.1.1. Новации Средневековья
- •8.1.2. Революция в военном деле
- •8.1.3. Корабельная революция
- •8.2. Начало энергетики
- •8.2.1. Водяное колесо
- •8.2.2. Ветряные мельницы
- •8.3. Города, зодчество, ремесленничество
- •8.3.1. Городская революция
- •8.3.2. Часы в Древнем и Античном мире
- •8.3.3. Часы и механизмы Средневековья
- •8.4. Арабское Средневековье
- •8.4.1. Мусульманский Ренессанс
- •8.4.2. Роторные и рычажные машины
- •8.4.3. Рождение алгебры
- •8.4.4. Тригонометрия и астрономия
- •8.4.5. Итоги Средневековья
- •9. Итальянское Возрождение
- •9.1. Вехи европейского Возрождения
- •9.1.1. Особенности европейского развития
- •9.1.2.Компас и книга рычаги европоцентризма
- •9.1.3. Последние птолемеевцы
- •9.1.4. Математики Возрождения
- •9.2. Механика и искусство
- •9.2.1. Купол Брунеллески
- •9.2.2. Альберти – теоретик зодчества
- •9.2.3. Леонардо да Винчи – художник и изобретатель
- •9.3. Тайны кубического уравнения
- •9.3.1. Пачиоли – монах-математик
- •9.3.2. Ферро и Тарталья
- •9.3.3. Формулы Кардано
- •10. Новая астрономия и начало естествознания
- •10.1 Астрономический ренессанс
- •10.1.1. Кузанец ─ глашатай бесконечной Вселенной
- •10.1.2. Коперник – монах-революционер
- •10.1.3. Бруно – мученик науки
- •10.1.4. Браге в Ураниборге
- •10.2. Кеплер – первый теоретик Возрождения
- •10.2.2. Физико-математические и юридические проблемы
- •10.3. Галилей – родоначальник естествознания
- •10.3.1. Начало экспериментальной механики
- •10.3.2. Рождение телескопа
- •10.3.3. Отношения с церковью
- •10.3.4. Последние годы и свершения
- •10.3.5. Ученики и последователи
- •10.4. Лунные законы Кассини
- •10.4.1. От астрологии к астрономии
- •10.4.2. Овалы Кассини
- •11. Французский ренессанс
- •11.1. Начало французской науки
- •11.1.1. Виет – «отец алгебры»
- •11.1.2 Символика и теоремы
- •11.2. Кружок Мерсенна
- •11.2.1. Французские колледжи
- •11.2.2. «Ученый секретарь Европы»
- •11.3. Декарт и картезианство
- •11.3.1. Ранние поиски и интересы
- •11.3.2. Нидерландское затворничество
- •11.3.3. Научное наследие
- •11.4. Ферма и Роберваль ─ предтечи математического анализа
- •11.4.1. Начало теории экстремумов
- •11.4.2. Открытие вариационного принципа
- •11.4.3. Теория чисел
- •11.4.4. Роберваль – начало пути
- •11.4.5. Математические результаты
- •11.5. Паскаль – между наукой и верой
- •11.5.1. Детство вундеркинда
- •11.5.2. Годы расцвета
- •11.5.3. Религиозные устремления
- •11.5.4. Итоги Возрождения
- •12. Реформация в Голландии и Германии
- •12.1. Голландское Возрождение
- •12.1.2. Всходы голландской науки
- •12.2. Гюйгенс – гордость Голландии
- •12.2.1 Становление ученого
- •12.2.2. Маятниковые часы
- •12.2.3. Физические и технические задачи
- •12.2.4. Признание коллег и Академий
- •12.3. Возрождение и Реформация в Германии
- •12.3.1. Магдебургские полушария
- •12.3.2. Лейбниц – юрист и дипломат
- •12.3.3. Открытие математического анализа
- •12.3.4. Завершающие шаги
- •12.3.5. Итоги Возрождения и Реформации
- •13. Английская Реформация
- •13.1. Начало Нового времени
- •13.1.1. Бэкон – «лорд-канцлер науки»
- •13.1.2. Бойль – исследователь воздуха
- •13.2.1. Становление учёного
- •13.2.2. Английская наука до Ньютона
- •13.2.3. Начало карьеры
- •13.2.4. Идеи о силах тяготения
- •13.3 Главный теоретик Мироздания
- •13.3.1. Молодые годы
- •13.3.2. Оптика и математика
- •13.3.3. Соперничество с Гуком
- •13.3.4. Рождение классической механики
- •13.3.5. Общественная деятельность
- •13.4 Наблюдательная астрономия в Англии
- •13.4.1 Наблюдения и измерения в Солнечной системе
- •13.4.2 . Рождение звездной астрономии
- •14. Академии наук в век Просвящения
- •14.1. Огосударствление науки
- •14.1.1. Научные школы Античности и Возрождения
- •14.1.2. Парижская Академия – центр европейской науки
- •14.1.3. Предыстория российской науки
- •14.1.4. Петербургская Академия и ее члены
- •14.2. Ломоносов – провозвестник российского Возрождения.
- •14.2.1. Годы учебы и странствий
- •14.2.2. Начало научного и поэтического творчества
- •14.2.3. Ученый европейского уровня
- •14.2.4. Последние годы академика
- •14.3. Династия Бернулли
- •14.3.1. Якоб – первенец династии
- •14.3.2. Иоганн – злой гений династии
- •14.3.3. Даниил – творец гидродинамики
- •14.4. «Ce diable b'homme» Euler – «Этот диавол» Эйлер
- •14.4.1. Начало пути
- •14.4.2. Первый петербургский период
- •14.4.3. Разработка математических моделей механики
- •14.4.4. Математик от Бога
- •15. Математизация и специализация механики
- •15.1. Французская школа механики
- •15.1.1. Клеро – пионер небесной механики
- •15.1.2. Механики – Вариньона и Даламбера
- •15.1.3. Лагранж –гений аналитической механики
- •15.1.4 «Французский Ньютон» – Лаплас
- •15.2 Наука и образование в Европе XIX века
- •15.2.1 Зарождение научно-инженерного образования во Франции
- •15.3.4 Cтупени и стимулы развития научного мышления
3.3.4. Музыка и астрономия
Обращаясь к сфере музыкальных исследований пифагорейцев заметим, что в Древней Греции музыка занимала очень важное место, причем не только в среде аристократии, но и в среднем классе. В древнегреческих гимназиях музыка была одним из обязательных учебных предметов, и среди пифагорейцев также было много музыкантов. Естественно, они не могли не включить музыку в сферу своих философских построений. Сам Пифагор, будучи музыкантом и любителем музыки, сумел обнаружить, что при одновременном звучании двух струн лиры их созвучие консонансно, т.е. приятно для слуха в тех случаях, если при одинаковом натяжении их длины l1 и l2 соотносятся как 1:2, 2:3, 3:4. Впоследствии эти интервалы получили латинские названия – октава, квинта, кварта. Заметив это, он предложил “формулу благозвучия” – l1/l2 = n/n+1, где n – целое число, причем чем оно меньше, тем аккорд благозвучнее. Это открытие поразило Пифагора – красота созвучия поддавалась числовой оценке, иначе говоря “Красота есть число!”. Знаменитый немецкий физик А.Зоммерфельд предложил назвать дату открытия этой формулы (522 г. до н.э.) началом математической физики.
Будучи большими поклонниками пропорций, пифагорейцы решили самый благозвучный консонанс 1:2 – октаву – разделить на две благозвучные части, отвечающие простейшим отношениям – квинте и кварте. Из них первая есть среднее арифметическое основного ω1 и октавного ω2 = 2ω1 тонов т.е. ω3 = (ω1+ω2)/2, а второе – их среднее гармоническое, равное ω4 = 2ω1ω2/(ω1+ω2). Нетрудно показать, что октава относится к квинте, как кварта к основному тону. На этой основе пифагорейцами была построена т.н. «пифагорова гамма», и ее основной элемент – тетрахорд – 4-струнный звукоряд в пределах кварты – стал основой древнегреческой музыки. Позднее образовалось 3 различных тетрахорда – дорийский, фригийский и лидийский, – применявшиеся в соответствующих областях ойкумены. Со временем выявилось главное несовершенство пифагоровой диатонической гаммы – ее неравномерность, – и в XVIII в. немецкий органист А. Веркмейстер построил другую, равномерно темперированную гамму, применяемую в настоящее время. В ней последовательность полутонов образует геометрическую прогрессию, так что любую мелодию можно исполнять в разных тональностях. Однако при этом несколько искажаются идеальные диатонические интервалы (кварта, квинта и др.), что замечают слушатели с тонким музыкальным слухом. Помимо акустики Пифагор интересовался и вопросами оптики, полагая, что видимые предметы испускают “световые корпускулы”, которые, попадая в глаз, делают их видимыми. Обсуждал также вопросы отражения световых корпускул плоскими и неплоскими зеркалами.
Интересные соображения были у Пифагора и его последователей в астрономии. Исходя из своей умозрительной доктрины о высшем совершенстве Вселенной (для которой Пифагор ввел специальный термин “космос”, означавший порядок и совершенство) он полагал, что траектории небесных светил есть окружности, а сами светила есть шары. Он первый пришел к выводу, что Утренняя и Вечерняя звезда есть одно и то же светило – планета Венера. Много усилий Пифагор затратил на расчет соотношения периодов обращения Луны и Солнца, полагая, что это есть рациональное число, а его последователи пытались найти дробь, выражающую отношение длины окружности к диаметру. Пифагор считал, что в центре космоса находится сферическая Земля, вокруг которой вращаются сферы Луны, Солнца и сфера звезд с планетами. Каждая сфера при своем вращении издает звуковой тон, совокупность которых образует “музыку небесных сфер”. При этом сфера Луны издает ноту «си», сфера Солнца – ноту «ре», сфера Марса – «до», Меркурия – «ми», Сатурна – «фа», Юпитера – «соль», Венеры – «ля». Однако люди не слышат этих звуков, т.к. с рождения привыкли к ним и не замечают. Аналогичное соответствие пифагорейцы установили между 7-ю нотами музыкальной гаммы и 7-ю цветами радуги (от ноты «до» для красного цвета и до ноты «си» для фиолетового).
Пифагорейская идея о музыке небесных сфер оказалась весьма живучей и популярной (особенно в Средние века) и имела много почитателей. Наиболее известными из них были Платон и даже Кеплер, который в своем сочинении “Гармония мира” пишет: “Небесные движения есть не что иное, как ни на миг не прекращающаяся многоголосая музыка”. При этом он утверждает, что Сатурн и Нептун “поют” басом, Марс – тенором, Земля и Венера – альтом, а Меркурий – дискантом. Но это была уже “лебединая песня” небесных сфер. Тем не менее некоторая аналогия этой идеи возродилась в XX в. при анализе спектров излучений атомных оболочек в теории Н. Бора.
Философия и личность Пифагора оказали огромное влияние на становление греческой и мировой науки, хотя и породили мистические ответвления, существующие вплоть до настоящего времени (нумерология). Созданный им союз (братство) стал первой в истории научной школой и прообразом будущих Академий наук. Разумеется, в союзе не обошлось без перегибов, связанных с тотальным засекречиванием его жизни, с сокрытием полученных результатов. Как при жизни Пифагора, так и после его смерти эти результаты носили устный характер, из-за чего до нас не дошло ни одного собственноручного сочинения Пифагора. Первая книга о пифагорейской математике была написана Филолаем через 80 лет после смерти Пифагора. Впав в крайнюю нужду автор в конце концов продал свое сочинение за огромные деньги (за 100 мин, т.е. за 40 кг серебра) знаменитому философу Платону. Изучив пифагорейскую математику, Платон стал ее активно пропагандировать и использовать в собственных философских построениях. Основная же информация о Пифагоре и его братстве дошла до нас через трактаты “Свода Аристотеля”, а также через фрагменты сочинений античных авторов.
Общей чертой философии Пифагора и его школы являлся примат рационального мышления и рассуждения над мифологическим (хотя и сам Пифагор и его последователи отнюдь не были безбожниками). Можно сказать, что Пифагор впервые обнаружил возможность познания и понимания явлений природы посредством математики. При этом он отделил математику от физики, считая, что она изучает не сами физические объекты, а их идеализированные свойства, задаваемые числами, линиями и фигурами. Сам он был не столько математиком, сколько философом, перенявшим и развившим дедуктивный метод Фалеса. Он первый провозгласил, что природа подчинена скрытым закономерностям, которые можно обнаружить с помощью математики. Здесь он предвосхитил знаменитое высказывание Галилея, что “Книга Природы написана на языке математики”.
Последние годы жизни Пифагора известны плохо. Рост популярности его братства обострил отношения Пифагора с властями Кротона, и он вынужден был на склоне лет переселиться в Метапонт, где и скончался в возрасте 70 лет. Члены его братства после смерти Учителя все более отдалялись от кротонской аристократии, постепенно теряя ее доверие и превращаясь в некую тайную секту. Кончилось это тем, что во время одного из тайных собраний братства жители города подожгли дом, где оно происходило и в огне погиб цвет пифагорейцев. Спасшиеся же члены братства рассеялись по городам Италии, где, благодаря высокому образовательному уровню, стали входить в органы городского управления, успешно конкурируя с местными чиновниками. В результате последние также инициировали волну антипифагорейских настроений в обществе, вынудившую многих пифагорейцев перебраться в Грецию.
Сам Пифагор удостоился чести быть первым нецарствующим человеком, портрет и имя которого были выгравированы на денежных монетах (Абдеры, 430 г. до н.э.). Пифагору, его учению и его братству посвящено огромное количество литературы, а Геродот называл его “величайшим эллинским мудрецом”. Имя Пифагора присвоено одному из кратеров на видимой стороне Луны.