Нові тенденції в розумінні механіки

Загальне пожвавлення суспільного життя в період пізнього середньовіччя можна пояснити істотними змінами, що відбулися. У сфері виробничої діяльності завдяки активнішому і ширшому засто­суванню у виробництві нових конструктивно-технічних елементів, технологічних прийомів і відповідних технічних знань надбанням багатьох країн стали такі великі відкриття і винаходи, як порох, папір, книгодрукування, компас. Відкриття хомуту, використання тяглової сили зробили переворот у сільському жилі. Винахід жорсткого рульо­вого управління (1180 р.) зробив можливим плавання на далекі відстані. Досвід експлуатації механізму млинів допомагав розвитку і створенню складових передаточних механізмів. Механізм млинів, так би мовити, об’єднав дві лінії розвитку технічних знань: одну, що йшла від п’ята “простих машин” стародавності, і другу, що йшла від механічних автоматів Герона. Млини дісталися в спадщину середньовіччю від Римської імперії, а вітряки прийшли зі Сходу. У X ст. вони потрапляють до Іспанії, а з XII ст. починають поступово

поширюватися по Західній Європі. Спочатку млини використовували за своїм прямим призначенням — для помелу зерна. Але потім з’являються млини сукновальні, для виготовлення прядива тощо.

Механіка в Західній Європі розвивалася за двома різними на­прямками, які майже не перехрещувалися. Механічні знання розви­вали практики, які будували мости, різні споруди, млини, військові знаряддя та ін. Завдяки їм розвивається практична механіка. Механіку як теоретичне знання розглядали в основному в університетах. Між вченими-схоластами і практиками-інженерами не було реального зв’язку, кожний із них працював для себе, без урахування досвіду і знаннь інших .

Одним із перших механіків-теоретиків Західної Європи XII— XIII ст. був Іоан Нелюра, якому приписують три трактати про вагу, де розглядаються закони рівноваги важеля. До XIII ст. належить трактат “Про відношення ватів”, автор якого узагальнив вчення про важіль, користувався поняттям моменту, вирішував завдання про рівновагу твердого тіла на похилій площині при різних кутах нахилу. У середині XIV ст. проблемами механіки займався Альберт Саксон­ський. Він викладав в університеті й одночасно розвивав теоретич­но-схоластичні погляди на механіку. Альберт Саксонський був прихильником так званої теорії імпульсу, яка виникла як результат вирішення питання про сутність механізму передачі руху.

У XIV ст. виявляється тенденція подолання властивого антич­ності протиставлення “природного” і “штучного”, згідно з яким відокремлювали науку і технічні знання. Древні вважали, що фізика розглядає “природу” речей, їх сутність, властивості, рух, а отже, як вони існують самі собою. Механіка вважалася мистецтвом, за допо­могою якого можна створювати інструменти для здійснення таких дій, які не є природними. Отже, механіка розглядалася не як пізнан­ня природи, а як її “омана”, як винахід того, що в самій природі не існує, як засіб “обдурити” прщюду.

Переосмислення природи в середньовіччі поступово приводило до висновку про те, що світ є лише машиною в руках Бога-механіка. А розмивання меж між фізикою як пізнанням природи і механікою як мистецтвом “омани” природи створювало одну з передумов появи експерименту. Відтоді як винайдені людиною інструменти почали розглядати не як штучні, а як тотожні з природою, з’явилася можли­вість розуміння сутності експеримензу як засобу пізнання природи. До цього часу будь-який експеримент розглядався як певна технічна , хитрість, тому його результат (так само, як різні фокуси або чудеса) до наукового пізнання відношення не мали. Історії науки відомий факт невизнання навіть у XVI ст. телескопів як засобів дізнання

природи і нетфийняття як аргументй в науковому диспуті посилання на результати спостереження за світилами за допомогою телескопів.

Поступове розмивання межі між пізнанням природи і “мистец­твом її омани” у середньовіччі заклало основи для зміни статусу механіки, поступового перетворення її в подальшому на природничу науку.

Дослідний напрямок розгляду фізичних явищ

У спадщину від античності середньовічна фізика одержала пошу­ки діючої сили, причин руху. В обговоренні проблеми руху увага концентрувалася на питанні, що зростає пропорційно зростанню рушійної сили: тривалість руху чи його швидкість. При розгляді руху середньовічні вчені виходили з головних положень перипатетичної фізики, але суттєво переглянули її категоріально-понятійний апарат: поняття порожнечі, нескінченності (уводиться поняття актуальної нескінченності), нескінченного руху по прямій, вічного двигуна та ія.

Хоча в пізньому середньовіччі фізика залишається схоластичною, але поряд із цим поступово пропонуються нові підходи до розгляду проблем, вдосконалюються методи дослідження тощо. Так, працями аль-Хазіні та інших арабських вчених було набагато піднесено техніку вимірювання різних фізичних величин. Аль-Хазіні в трактаті “Книга про терези мудрості” (1121—1122) досить точно описав методи визна­чення питомої ваги різних тіл. Він відкрив її залежність від темпе­ратури і вказав на справджуваність закону Архімеда для повітря. Аль- Хазіні упровадив поняття про кількість речовини і висловив думку, що вага тіла пропорційна до кількості речовини в ньому. Одним із перших вивченням геометрії руху займався Герард Брюссельський (XII—XIII ст.). У трактаті “Про рух” вій вводить поняття рівномір­ності руху, хоча швидкість у нього збігається з рухом.

Поряд із коментаторством як домінуючим напрямком у фізиці пізнього середньовіччя поступово сформувалися самостійні галузі розвитку знання. До них належать оптика і магнетизм.

Перші спроби оптичних досліджень на латинському Заході зробив англійський вчений Роберт Гроссетет (1168—1258). У трактаті “Про райдугу” він намагався розібратися в геометричній теорії поход­ження райдуги як ефекту заломлення світла в краплях води. Досить цікавою була його спроба дати уявлення про прямолінійне розход­ження світла і звуку на основі поширення хвиль або поштовхів.

Роджер Бекон (1214—1294), учень Гроссетета, вихованець Окс­фордського університету був провісником нової експериментальної науки. Хоча його вчення не набуло широкого поширення, воно свідчило про те, що в науці намітився новий етап розвитку. Р. Бекон глибоко вивчив античні й арабські рукописи. Зокрема, він продовжив оптичні дослідження аль-Хазіщ* але не залишився на рівні арабської оптики, а провів цілий ряд самостійних досліджень. Р. Бекон вважав, що швидкість світла має обмеженість (величина скінченна), а також припускав, що світло — це не випромінювання часток, а поширення руху. Цю ще не досить ясну здогадку певною мірою можна вважати передвісником хвильової теорії світла. Р. Бекон досяг особливо поміт­них результатів у галузі геометричної оптики: він відкрив явище сферичної аберації. А саме: досліджуючи дію сферичних дзеркал, він помітив, що промені, відбиті дзеркалами, не збираються в одній точці. Р. Бекон багато уваги приділяв вивченню фізіології зору, вико­нав перші вимірювання фокусних відстаней лінз і вперше запропо­нував використовувати окуляри. Цікаві досліди вчений виконав при вивченні запалювальної здатності дзеркал і довів, що найбільшу здатність мають параболічні дзеркала. Думки Р. Бекона з приводу виникнення райдуги при заломленні світла в дощових краплях набули розвитку в працях інших дослідників і сприяли створенню теорії райдуги.

Дуже поширеним у середні віки був трактат з оптики Еразма Вітеллія (1272 р.). Він, так само як і Гроссетет, займався вивченням райдуги і першим помітив, що її не можна пояснювати тільки простим відбиттям світла з водяних крапель, а треба зважати на заломлення в них сонячних променів. Напрям світлового променя в дощовій краплі, який веде до утворення райдуги, описав німецький монах Дітріх Фрейбурзький (1311—1378). Заслуговує на увагу його праця “Про райдугу і прикладені промені”, в якій він дав теорію райдуги, ураховуючи відбиття світла по внутрішній поверхні сфери. Дітрих Фрейбурзький першим одержав спектр при заломленні світла в шестигранних кристалах.

Магнетизм — це розділ фізики, який має суто середньовічне походження. Незважаючи на те що здатність магніту показувати напрям була відома ще в Китаї з 276 р. до н.е., ні в Західній Європі, ні на Близькому Сході до другої половини XII ст. вона навіть не згадується. Одна з перших згадок про використання магнітної голки в мореплавстві є в працях Уільяма Оккама (1285—1349). Цей прилад, як вважають, використовувався моряками Італії, які вели торгівлю зі Сходом. Він описаний арабським вченим аль-Кабаяні, який мандру­вав у 1242 р. із Триполі до Олександрії і бачив, як ним користувався капітан. У посудину з водою опускали пробку з голкою, а потім до поверхні води наближали магніт. Плавуча стрілка поверталася за

магнітом. Така техніка була вдосконалена в ХІП—XIV ст., що у мистецтві мореплавства спричинило справжній переворот: нерухома стрілка рози вітрів була замінена рухомою. До 1380 р. компас із рухомою розою набув загального поширення.

Такою самою раптовою як винахід компаса була поява першого трактату про магнетизм, мета якого .«— описати вічний двигун. ІГєр де Марикур (Перегрій) у своєму трактаті, описав характерні риси магніту (колір, вагу, здатність притягати і складну структуру пухирів), навів три експериментальних методи визначення полярності магніту, а також довів відштовхування однойменних і притягування різно­йменних полюсів. У трактаті Перегріла описано технічне викорис­тання властивостей магніту; графометр, за допомогою якого можна визначиш азимут Сонця і зірок, що знаходяться на обрії, і компас із віссю, яка обертається.

Поширення астрономічних знань Сходу в Західній Європі

Заняття астрономією залишалися в центрі уваги освічених людей Сходу. Особливу значущість набули два видатних астрономічних центри: Мерагинський і Самаркандський.

У XIII ст. після завоювання Багдаду монголами 1256 р. правитель Хулагу-хан звів для Насір ад-Дін ат-Тусі Мерагинську обсерваторію, що стала центром вченості, Де зосереджувалася майже вся наука .Сходу. Інструменти, якими користувалися астрономи цієї обсервато­рії, були кращими навіть від тих, що використовували в Європі у пізніші часи. Ат-Тусі написав керівництво з астрономії, в якому замі­нив птолемеїв еквант новою комбінацією сфер. Астрономи, що працювали в Меразі, виправили деякі астрономічні таблиці, створили так звані Ільханські таблиці для обчислення положення планет, зоря­ний каталог та ін.

На межі XIV—-XV ст. центром східної вченості був Самарканд. Видатний узбецький правитель, політичний діяч і вчений Улуг-Бек (1394—1449) при своєму дворі та обсерваторії в Самарканді зібрав понад сто вчених і організував систематичні астрономічні спостере­ження, обчислення математичних таблиць, які тривалий час залиша­лися неперевершеними. У зоряному каталозі, який було складено під керівнищвом Улуг-Бека, з великою точністю розраховано положення зірок.

У західноєвропейській науці астрономія розглядалася як одна з математичних дисциплін. Вважалося, що тільки власними силами астрономія не здатна виявити причини небесних рухів, які вона вивчає, і тому повинна звертатися до засад фізики (арістотелевої програми) і математики (птолемеєвої програми). Наприкінці XIII ст. у Парижі було відкинуто астрономічну систему Арістотеля, а загаль­новживаною стала система Птолемея, яка тривалий час залишалася на положенні лише “математичної гіпотези”.

Хоча астрономію й вважали математичною дисципліною, але за європейською середньовічною традицією чітко розрізняли математику і астрономію. Математика мала справу з ідеальними об’єктами і тому виходила з визначених і точних понять. Астрономія на відміну від неї давала лише приблизне знання і не мала претензій на матема­тичну точність своїх результатів, оскільки її об’єкти стосувалися світу матеріального. Вимірювання як метод, що використовувався астро­номією, також вважалося приблизним і тому середньовічні мислителі піддавали сумніву навіть точність обчислення планетних таблиць.

На цей час в Європі небагато вчених займалися практичною астрономією, серед них — Альберт Великий, Роджер Бекон, Уекко д’Асколі, які разом з іншими галузями знання цікавилися й астро­номією. На початку XII ст. з’являються переклади праць арабських і грецьких астрономів. Знайомство Європи з арабською астрономією поширилося завдяки діяльності Альфонса X (1223—1284), короля Ліону і Кастилії. Він зібрав групу вчених у Толедо, язсі займалися обчисленням нових астрономічних таблиць, відомих як Альфонсові.