Фізичні концепції C редневековья і Відродження

Соціокультурні особливості розвитку науки в епоху Середньовіччя

Внутрішні (непродуктивна рабська праця, презирство вільних громадян до праці, повстання рабів і т.д.) і зовнішні (навала варварів) причини призвели до розпаду Римська держава. Антична цивілізація загинула, багато культурних і наукові досягнення були втрачені. Організованої силою збереглася християнська церква, що зуміла швидко пристосуватися до тим, що сталося змін. Становлення нового, феодального укладу багато в чому здійснювалося з опорою на християнство. Римська епоха мало що дала теоретичній науці, але вона лишила багатий досвід у військовому, технічне та адміністративне справі, який, на ряду з латинською грамотою, освоювався завойовниками. Поступово створювалися школи, коледжі, університети, що потрапили під вплив церкви. У монастирях виявилися зосередженими праці древніх авторів. Коледжі, монастирі й університети перетворювалися в центри нової західноєвропейської культури. У цей час на Близькому Сході на основі ісламу було створено на Аравійському півострові сильна арабська держава, швидко завоювало Іран, Єгипет, країни Середнього Сходу, південь Пірінейского півострова. Оскільки основною задачею арабів було удосконалювання військової справи, збір данини і різноманітних податей, то виробництвом, торгівлею займалися представники корінних народів. І хоча арабська мова стала державною мовою, завойовники зберігали культуру завойованих народів. На арабську мову були переведені праці античних авторів. Стали створюватися університети в Кордові (755 р.), Багдаді (795 р.), Каїрі (972 р.). Для порівняння освіта університетів у Європі: у Монпельє (1180 р.) Вінченці (1205 р.), Ареццо (1215 р.), Падуї (1222 р.), Тулузі (1229 р.), Греноблі (1339 р.), Празі (1348 р.), Флоренції (1349 р.), Кракові (1368 р.). Важливо підкреслити, що вплив ісламу в арабських університетах було слабшим, ніж християнства в західно-європейських університетах. Таким чином, араби в VII-XI ст. були ланкою, що зв'язує східну і західну культуру. Багато праці античних авторів на латинську мову перекладалися з арабської мови. Той факт, що в якості мови культурного спілкування на Арабському Сході використовувався жива розмовна мова, а не мертвий латинський (як у Європі), був важливим культурним чинником. Крім того, поширення серед арабів суфізму, що зобов'язував мусульман сповідати три обов'язкові догмата - віру в Аллаха, у його пророків і загробний суд, - давало більше свободи для вирішення проблем природознавства, завдяки чому на Арабському Сході могли розвиватися наукові уявлення, в основі яких лежало наукову спадщину античності. Почавши з коментарів праць античних авторів (насамперед в області механіки і оптики), фізичні навчання набували самостійний вид. Найбільш значними фігурами серед арабських учених були Ібн Сіна, аль-Біруні і Аверроес.

Основні фізичні цілі Середньовіччя

Аль-Біруні винайшов "конічний прилад", дозволяв визначати щільність металів та інших речовин, причому з вельми високою точністю. [1] (Вклад аль-Біруні у розвиток астрономії описаний в розділі "Концепції астрономії".)

Аверроес, відомий в Європі під ім'ям Аверроес, дан коментар до "Фізики" Аристотеля. В античній механіці проблеми відмінності між кінематикою і динамікою не існувало. В античній механіці математичної формулювання швидкості руху не було, тому що саме уявлення про можливості кількісної оцінки якісної визначеності було відсутнє (Аристотель ці категорії вважав принципово різноманітними). Одні інтерпретатори Аристотеля думали, що рух треба розглядати лише як чисте переміщення. Аверроес наполягав на необхідності описувати рух з урахуванням що викликали його причин.

В області фізичних навчань Ібн Сини (980-1037), якого в Європі називали Авіценною, пов'язане з проблемою руху кинутого тіла. По даній проблемі він розробив власну концепцію, суть якої полягає у визнанні того, що рухоме одержує схильність від рушія. За Ібн Синьо, існують три види схильностей: психічна (пов'язана з життям), природна і протиприродна (насильницька). Природна схильність властива вільно падаючим тіл. Протиприродна схильність (або прикладена сила) властива протиприродно рухомих тіл, причому її дію залежить про величини ваги тіла, якому вона повідомлена. Ібн Сіна стверджував, що протиприродна схильність відчувається як опір насильницькій спробі зупинити природний рух або перекласти один вид протиприродного руху в інший. Якщо насильницьке рух снаряда викликано діючій в пустоті силі, то воно має силою, то воно повинне зберігатися, не знищуючи і не перериваючись. Якщо ж сила існує в тілі, то вона повинна або залишатися в ньому, або зникнути. Але якщо вона залишається, то рух буде продовжуватися безупинно. Визнання дії залежності протиприродною схильності від розміру ваги тіла, якому вона повідомлена, було кроком до кількісної оцінки схильності. [2] Арістотелівські уявлення про роль повітря в передачі руху Ібн Сіною були відкинуті. Таким чином, Ібн Сіна вважав, що в тілі може бути тільки одна "схильність". Століттям пізніше аль - Баркат стверджував можливість одночасного існування в одному тілі різних "схильностей" - При вільному падінні важкого тіла джерело природної схильності знаходиться в самому тілі і тому може безупинно діяти, поки тіло не досягне свого природного місця.

У XIII столітті до аналізу даної проблеми звернувся Хома Аквінський, який заперечував можливість передачі тілу самостійної здатності руху. У. Окхем проблему кинутого тіла звів до чисто кінематичної задачі, знімаючи питання про джерело руху, а Ж. Буридан, виявивши протиріччя арістотельской трактування проблеми, формує фізичне уявлення про залежність напору від швидкості переміщення і "кількості матерії ", укладеного в рухомому тілі, солідаризувалися з концепцією аль-Баркат.

Досягнення в галузі оптики епохи середньовіччя пов'язані насамперед з іменами аль-Хайсама, відомого в Європі як Альхазен. Він створив капітальну працю "Скарб оптики", що зробив великий вплив на розвиток цієї галузі фізики. Він уперше дав анатомічний опис ока і розробив концепцію, відповідно до якої зір викликається променями, що приходять в око від об'єктів, а зображення формується усередині кришталика колись, чим досягне оптичного нерва. Розглядаючи світло як потік частинок, Альхазен віддзеркалення світла трактує як механічне явище. Встановивши, що нормаль до поверхні дзеркала, що падає і відбитий промені знаходяться в одній площині, він удосконалив формулювання закону відображення. У Західній Європі оптичні дослідження починаються в XIII столітті. Р. Гросетет розробляє геометричну теорію походження райдуги як ефекту переломлення світла в краплях води і концепцію прямолінійного поширення світла і звуку на основі уявлення їх як хвиль - відбиток світла розглядалося за аналогією з луною. Безсумнівним досягненням було і винахід у XIII столітті очок, але воно не грунтувалося на яких-небудь теоретичних розробках. До досягнень варто віднести і дослідження магнетизму П. де Марікура (Перегрін), який висловив думка про те, що стрілка компаса повертається не до Полярної зірки (як думали древні китайці), а до полюса.

При оцінці результатів розвитку фізичних уявлень в епоху середньовіччя більшість істориків науки виходить з того, що за цей час у жодній з галузей фізики не було розроблено ні однієї послідовної фізичної теорії, ні ефективних експеріментних методів. Теоретичні побудови відрізнялися абстрактністю. Технічні досягнення не грунтувалися на теоретичних розробках, теорія і практика роз'єднані. Нова фізика існувала лише в потенції - в окремих, не завжди чітких догадках, ідеях. Але релігійні забобони (як християнства, так і ісламу) не дає можливості їм розкритися. Розумова діяльність залишається ще підпорядкованої релігійним догматам. У фізиці були відсутні розвинені кількісні оцінки. Проте розвиток ділового життя потребувало якісних розрахунків все більше і більше. Феодальна система господарства виявляла ознаки розкладання. Зароджуються нові економічні відносини сприяли технічному прогресу головним чином за рахунок раціоналізації праці. Повільне, але поступово прискорюють розвиток техніки і наукових запитів готував грунт для виникнення нової суспільно-економічної формації. Можна сказати. що наука розвивалася слідом за розвитком капіталізму що зароджується, посилюючи своє вплив на цей процес.

Епоха Відродження

Вплив потреб практики та інженерії на розвиток фізики

Розвиток нових суспільних відносин в XV-XVI ст. супроводжувалося посиленням інтересу до експериментального та математичного природознавства. Зміни в технічних прийомах випереджав їх теоретичне осмислення. У XVI столітті винаходяться гідравлічні насоси, греблі, прес для карбування монет, в'язальні машини і т.д. Ці технічні винаходи демонстрували, з одного боку, роль інженерії, а з іншого - ставили перед природознавством нові проблеми, які вимагали фізичного експерименту (проблема тертя в машинах, проблема надійності інженерних споруд і т.д.). Таким чином, матеріальні потреби капіталістичного економічного розвитку вели до вдосконалення технічних прийомів (в гірському і військовій справі, мореплаванні і т.д.). Це зумовлювало використання нових матеріалів і процесів, що, у свою чергу ставило проблеми, що існувала раніше наука дозволити не могла. Розвивалося мореплавство розсовувало горизонт колишнього досвіду і посилювало потреба в його розширенні і збагачення. Поєднання соціально-економічних і технічних факторів викликало зсув у свідомості, посилювало потребу у виробленні нової філософії, що заперечувала роль авторитету (як релігійних доктрин, так і античних навчань) і стверджувала пріоритет наукового доказу. Під впливом змін, що відбуваються схоластика поступово здає свої позиції, йде процес накопичення знань про властивості реальних об'єктів. У рамках фізичного знання найбільший розвиток отримують механіка і оптика.

Експериментальні фізичні дослідження Леонардо да Вінчі

Експериментальні дослідження даного часу в значною мірою зв'язуються з ім'ям Леонардо да Вінчі. Дослідники його творчості вважають, що нічого істотно нового у розвиток теоретичної механіки він не вніс. Його сила полягала в різноманітній експериментальної діяльності. При цьому важливі виявлялися не стільки результати експериментів, скільки сама націленість на експеримент як головне джерело знання і техніку постановки експерименту. Важливі експерименти були поставлені їм з проблем падіння тіл, впливу руху тіла на силу удару, випробування на розрив, тертя тел. У галузі дослідження тертя між твердими поверхнями йому належить заслуга виведення з поставлених ним експериментів закону тертя, яка твердила: "Кожним важким тілом перемагається опір тертя вазі, рівне четвертої частини цієї ваги ". Відкриття цього закону було важливим внеском у розвиток експериментальної механіки. Історики науки цілком справедливо схильні важливість відкриття цього закону вбачати перш за все в тому, що вперше закон був відкритий в результаті фізичного експерименту - і в цьому сенсі Леонардо значно випереджав свій час не стільки результатами дослідження, скільки розумінням завдань, що виникали під впливом бурхливого розвитку техніки. Сама постановка подібних експериментів, що демонструвала їх величезні можливості, стимулювала інтерес до експериментальної фізики.

Протиставивши схоластиці дослідне знання, Леонардо, таким чином, заклав основи експериментального методу природознавства, що відкриває широкі перспективи для використання математики. "Мудрість є справа досвіду "і" Ні достовірності в науках, що не використовують математики "- ці проголошені ним принципи є двома сторонами його методу. І в цьому сенсі Леонардо справедливо розглядається як попередник сучасного природознавства.

Використання свого методу дозволило Леонардо сформулювати важливі положення. Арістотельская фізика виходила з того, що рух для свого збереження потребує сили. Леонардо в противагу цьому свідчить, що всякий рух прагне до свого збереження, тобто рухоме тіло рухається до тих пір, поки в ньому зберігається сила його руху. Це твердження вже означало істотне просування в розумінні природи руху від арістотельскіх положень до відкриття закону інерції - Леонардо встановлює факт існування інерцією, інерційного руху. Причиною руху є сила, причиною сили виступає рух. Сила народжується при раптовому збільшення тіла (так при пострілі з гармати виштовхується ядро), а також шляхом скручування і згин тел всупереч їх природного стану (на цьому засноване рух баллісти, цибулі). На думку академіка С.І. Вавілова, Леонардо є зачинателем фотометрії як точкою вимірювальної науки. Численні досвідчені спостереження Леонардо мали принципово важливе значення для подальших теоретичних розробок (принцип суперпозиції, телескопічний ефект і т.д.), але вони не були використані повною мірою його сучасниками. Той факт, що його записи велися зашифрованих способом, а також те, що в рамках потреб практики того часу, чимало його задумів не могли бути реалізовані, визначили незатребуваність його ідей. Дж.Бернал охарактеризував долю ідей Леонардо: "Вивчення незліченної безлічі механічних апаратів, запропонованих і змальованих Леонардо, починаючи від прокатних станів до рухомих землерийних машин, розкриває інший аспект трагедії його генія. Він міг винаходити машини мало не для будь-якої мети і малювати їх незрівнянно добре, проте майже ні одна з них і ні одна з найбільш важливих не змогла б працювати, навіть якби він зумів знайти достатньо грошей, щоб їх зробити. Без кількісного знання статики і динаміки, без використання первинного двигуна на зразок парової машини інженер епохи Відродження фактично не міг навіть вийти за межі, встановлені традиційною практикою. Заслуга його полягає не стільки в тому, що він зробив для розвитку машин, скільки у вселенні освіченій світу ідеї про те, що дії природи можуть бути пояснені за допомогою механіки. "[3]

Вплив геліоцентричної концепції Н. Коперника на розвиток фізики

Дослідження в області механіки в епоху Відродження були пов'язані насамперед з астрономією. Справа в тому, що неможливо розвивати механіку без урахування закономірностей руху небесних світил, постійно повторювався століттями в астрономічних спостереженнях, і в тому, що розвивати астрономію поза механіки руху цих небесних світил було не можна. Саме астрономії було призначено здійснити переворот в античному стилі мислення. І цей переворот був здійснений Н. Коперником, які поставили проблему відповідності між сутністю руху та його сприйняттям. В основу вирішення проблеми він проклав теза, яку нині називають "принципом відносності сприйняття ". Суть його полягає в тому, що всяке видиме зміна положення відбувається внаслідок руху або контрольованого предмета, або спостерігача, або внаслідок неоднакового переміщення їх обох (оскільки при рівному переміщення контрольованого і спостерігача в один бік рух буде непомітно). Описова астрономія до цього часу накопичила достатньо спостережень і мала у своєму розпорядженні досить точними математичними методами, що дозволяють перевіряти гіпотези за допомогою обчислень.

Основний задум Коперника полягав у тому, щоб побудувати механічну модель Сонячної системи, з урахуванням спостереженнями і дає цілісне уявлення про Всесвіт. Оскільки рух Землі на видимій картині сфери нерухомих зірок ніяк не позначалося, Коперник уявив, що дана сфера в порівнянні з розмірами орбіти Землі нескінченно велику - Земля відноситься до Всесвіту як атом до тіла. Ситуацію з уявленість обертання Всесвіту навколо Землі для спостерігача, що знаходиться на Землі, він порівнює з аналогічною ситуацією, коли спостерігачеві, що знаходиться на кораблі, здається, що він перебуває у стані спокою, а все що знаходяться поза кораблем рухається.

Таким чином, критичний дух, внесений Коперником в астрономію, дозволив йому відкинути точку зору здорового глузду але те, що здавалося само собою зрозумілим, а саме той факт, що Земля нерухома, а навколо неї рухаються небесні світила. У його праці "Про обертання небесних сфер "висловлено думку про необхідність відрізняти гіпотези, що відображають справжню дійсність, від помилкових гіпотез. Саме це дозволило Коперника не тільки обгрунтувати геліоцентричну систему, але і науковий метод побудови і перевірки гіпотез. (Про астрономічному сенсі системи Коперника див. розділ "Концепції астрономії ").

Геліоцентрична концепція Коперника стала важливою науково-дослідницькою програмою, яка поставила цілий ряд проблем. Перш всього виявилася необхідність перевірити дану концепцію на предмет її відповідності фактам, тобто треба було встановити відповідність результатів спостереження тим положенням, які висувала концепція. Для цього треба було мати вдосконалену наглядову і обчислювальну техніку - її треба було створювати, бо традиційні спостереження неозброєним оком за допомогою візирів, кутомір невисокої точності і т.д. і звичайна арифметична техніка (без десяткових дробів і логарифмів) не відповідали даної задачі. Крім того, необхідно було виявити фізичні причини руху небесних тіл. Традиційна статика рішення цього завдання не забезпечувала, тому виникла потреба в розвитку динаміки та відповідного математичного апарату. Треба було також спростувати висувалися проти геліоцентричної концепції заперечення, особливо заперечення проти обертання Землі (в числі її супротивників були Ф. Бекон, Тихо Браге). Але перш за все важливо було забезпечити міцне входження даної концепції в науку, чому опиралася церква. Цьому значною мірою сприяв Д. Бруно. У своїх діалогах "Бенкет на попелі "і" Про нескінченність Всесвіту в світах "середньовічним уявленням про кінцеву Всесвіту він протиставив концепцію нескінченної Всесвіту.

Коперник дотримувався арістотелівської концепції насильницьких "рухів на її поверхні. Бруно виходить з того, що не існує поділу рухів на "природні" і "насильницькі" - Все що знаходяться на Землі тіла відносяться до однієї механічної системі, всі вони рухаються разом із Землею. В іншому випадку було б неможливо, наприклад, підстрибнути і після цього повернутися на колишнє місце. Арістотелівські фізичні заперечення проти існування порожнечі також були відкинуті Бруно - Він виходив з того, що рух у нескінченному порожньому космосі не має ніяких перешкод. У силу нескінченності космосу, за Бруно, у нього не може бути центру, центром може бути визнана будь-яка точка космосу.

Укладаючи короткий огляд розвитку фізичних концепцій епохи Відродження, можна сказати, що в цей час була розгромлена аристотелівська фізична картина світу, поставлено завдання вироблення відображає реальні властивості дійсності фізичної концепції, а потреби технічного прогресу призвели до створення основ фізичного експерименту.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.5ballov.ru

[1] Інформація про пристрій "конічного приладу". див: Дорфман Я.Г. Ціт.соч. С.93.

[2] Див: Дорфман Я.Г. Цит. Соч. С.100.

[3] Бернал Дж. Наука в історії суспільства. М., 1956.С.215.