Фізичні концепції епохи античності
1. Специфіка перших систем теоретичного фізичного
знання
У світлі сучасних історико-наукових досліджень
вважається, що основи теоретичного фізичного знання закладалися в епоху
античності в Древній Греції та інших країнах Середземномор'я. Державне
пристрій типу рабовласницької демократії, відносна терпимість до вибору
релігійних вірувань дозволяли обговорювати проблеми природознавства і
здійснювати розмежування науки і релігії при вирішенні цих проблем. Це
сприяло появі спочатку різних натурфілософські концепцій на основі
спостережень і експериментів, потім розробці теоретичних фізичних
концепцій. У силу низького рівня розвитку техніки, яка існувала недооцінки кількісних розрахунків і
відстороненості потреб рабовласницького виробництва від досягнень
науки, експеримент в епоху античності не став ні методом сісетематіческой
перевірки отриманих знань, ні основним джерелом емпіричних знань. Але
поступово на зміну міфологічним поясненням явищ дійсності стали
приходити спроби їх наукового обгрунтування.
Основне питання, що займав мислителів у цей час був
питання про співвідношення єдиного і багато чого (інакше кажучи, з якого початку
утворилося оточує нас безліч речей).
Фалес, який висловив думку про те, що всі речі відбулися
з води, по суті зробив революційний переворот у світогляді, що означав
відмова від міфологічного пояснення явищ дійсності на користь
уявлень про них як перетворення речовин. Значення цього перевороту в
культурі суспільства важко переоцінити, бо по суті своїй сучасні уявлення
про дійсність укладаються в цю парадигму (зрозуміло в
конкретизованим вигляді). Слідом за Фалесом цим шляхом пішли Геракліт,
який висловив ідею про вогонь, як першооснови всього існуючого, Анаксимандр --
апейрон, Анаксагор - гомеомеріях, Анаксимен - повітрі. Емпедокл - чотирьох
стихіях (вогні, повітрі, воді і землі). Таким чином, іонійські
натурфілософські концепції стверджували ідею про дійсність як безперервному
процесі перетворення матеріальних елементів (газоподібних, рідких, твердих).
Картина світу, побудована на основі даних концепцій,
не потребувала божественне втручання, але її слабкістю був чисто
описовий характер, що не допускав кількісних змін. Дана картина
була доповнена Піфагором, які зробили ідею пояснення явищ реальності на основі
математичної закономірності. Але в області фізичних явищ дослідне пізнання
підмінялася містикою чисел. Ідеалом пізнання піфагорійців було пасивне
споглядання, а не активний експеримент. Разом з тим для розвитку фізичних концепцій
була важлива встановлена піфагорійцями можливість операцій з фізичними
величинами зведенням їх до мірою і кількістю, що розширювало можливості людини в
перетворенні природи. Таким чином, безсумнівно зміцнювалася ідея про
природному характері розвитку дійсності, яка набувала все більш
конкретні обриси і вилилася в атомістичну концепцію, яка зіграла величезну
роль у розвитку науки.
2. Концепція атомістики
Попередні концепції не допускали існування
порожнечі. А раз на світі все заповнено, то рух неможливо - цей принцип
затверджувався Парменід і обгрунтовувався Законом Елейський (5 ст. до н.е.).
Атомістична концепція, початок якої було покладено Левкіппа і Демокрітом,
виходила з визнання порожнечі і рухаються в ній атомів - незліченних
неподільних частинок (що відрізняються один від одного величиною і формою), різні
поєднання яких утворюють безліч навколишніх речей. Окрім визнання порожнечі
для атомістичної концепції характерно також визнання принципів збереження
матерії (ніщо не може виникнути з
нічого) і збереження форм матерії (природа все розкладає на тіла на марноту
нічого не перекладає, тобто в природі постійно повторюються одні й ті ж форми
матерії). Наявність порожнечі (вакууму) було необхідно для існування руху,
бо в заповненому світі речей рухатися
нікуди. Епікур, на відміну від Демокріта, випромінював із панування необхідності
у світі атомів, привніс в Атомістика ідею випадкового відхилення атомів від
закономірних траєкторій, завдяки чому вони можуть стикатися і утворювати
тіла. Оскільки в поясненнях Демокріта і Епікура відсутні уявлення про
взаємне тяжінні атомів, то поєднання їх у цілісність при утворенні
речей зумовлювалося наявністю у атомів гачки. Лукрецій Кар (1 ст до н.е.) вибірковість
атомів при об'єднанні в тіла пояснювалося на основі принципу "подібний
прагне до подібного ". У поемі" Про природу речей "Лукрецій в
поетичній формі виклав основні положення атомістичної концепції. Важливою
є ідея про обмін тел своїми "закінчення" - своєрідному
прообразі дальнодействующіх сили тяжіння. Ідея атомістики виявилася настільки
плідною, що проіснувала до теперішнього часу.
Концепція атомістики в період античності не могла
спиратися на експериментальне доказ існування атомів. Вона
спиралася на факти спостереження типу "ступени палаців поступово
стираються "," запахи переносяться "," поблизу моря одяг
зволожується "і т.д., що дозволило припустити існування невидимих часток,
з яких складається все різноманіття речей.
3. Фізичне вчення Платона
Своєрідне фізичне вчення викладено Платоном в
діалозі "Тімей". Запозичавши в своїх попередників уявлення про
чотирьох видах матерії (землі, воді, повітрі та вогні), він зображує їх
взаімопревращаемимі. Ці види матерії є проявом первинної матерії.
Частки (свого роду молекули) різних видів матерії розрізняються геометричній
фігурою і розмірами. Платон, спираючись на розроблену Теетет геометрію
правильних багатогранників, пояснював властивість видів матерії - твердість,
плавкість, воздухообразность, огнеобразность - геометрією багатогранників. З
п'яти видів правильних багатогранників тільки у тетраедра, октаедра і ікосаедра
всі грані однакові - вони являють собою рівносторонній трикутник,
кожен з яких може бути розбитий на шість прямокутних рівнобедрених
трикутників. У Додекаедр п'ятикутні межі на однакові трикутники НЕ
розділяються. Куб і Додекаедр не можуть перетворюватися в такі фігури, у тому числі
і одна в одну. Оскільки з існуючих видів матерії самою стійкою і
найменше рухомим є Земля, то їй відповідає чотирикутна
площину куба як найбільш забезпечує цю стійкість. Властивість інших
видів матерії забезпечуються відповідними многогранниками.
4. Арістотельская фізика
Фізичне вчення Арістотеля відрізнялося від
відповідних Демокріта і Платона своєї "антіатомістічностью".
Вважаючи досвід джерелом знань, Арістотель виступав у своїй "Фізики"
проти різдва чуттєво сприймаються тіл на основі недоступних
спостереження атомів. Відкидає він і існування пустоти. Досвід свідчить про
тому, що чим щільніше середу, тим більше вона чинить опір руху. У
нескінченно розрідженому просторі опору руху немає, тому
рух тіл було б у ньому нескінченним, що неможливо. Фізичний світ
Аристотеля базується на принципі природності: кожне тіло знає своє місце.
Природний рух виникає тоді, коли тіло прагне зайняти своє
природне місце (падаючий камінь прагне вниз, до землі, іскри летять вгору,
до небесних вогнів і т.д.). Тобто всі тіла в силу ваги або легкості прагнуть до
центру світу або від нього. Так, у повітрі дерево прагне до центру, а у воді --
від нього. В інших випадках, коли немає природних причин руху, воно може
здійснюватися лише насильно, тобто під дією зовнішніх сил. Таким
чином, природний рух можливо під дією тяжкості, у всіх
інших випадках - під дією сили. Живі істоти у своєму русі реалізують
своє природне призначення (птахи літають, плавають риби і т.д.).
Для пояснення всього існуючого Аристотель
використовував чотири типи почав (причин): матеріальну причину (матерію - те, з
чого щось виникає); формальну причину (форму - те, що в пасивної
матерії існує як можливість, перетворює в дійсність), рушійну
причину (дія - те, що рухає), цільову причину (мета - те, заради чого
що-небудь здійснюється). Матеріальна причина була виділена представниками
мілетської школи (Фалесом, Гераклітом тощо), Формальна причина - Платоном,
рушійною причиною займалися Анаксагор і Емпедокл (у першу дію
викликалося Нусом, у другій - ворожнечею і дружбою). Родоначальником цільової
причини Аристотель вважав себе. За словами Д. Бернал, "ця теорія була
бичем для науки в силу того, що вона забезпечувала легкий спосіб пояснення
будь-якого явища за допомогою постулюванні відповідної мети для нього, не
намагаючись виявити те, як воно діє ". [1]
Джерелом всякого руху Аристотель вважав
нерухомий перводвигатель (бога) або первоформу (що є, по суті, планом
світу). Рух розумілося Аристотелем як перехід чого-небудь з можливості в
дійсність, при цьому він розрізняв такі пологи руху, як якісне
(зміна), кількісне (збільшення та зменшення), переміщення (рух у
просторі), виникнення та знищення. Для Аристотеля навколишній світ
складався з чуттєво сприймаються взаімопревращающіхся елементарних якостей
- Тепле, холодне, вологе і сухе, які утворюють основні елементи світу:
землю (холодну і суху), воду (холодну і вологу), повітря (тепле і вологе),
вогонь (теплий і сухий). Таке пояснення не свідчило про сутнісному
розумінні законів руху неживої матерії, тобто не вносило в пізнання
світу, власне, фізичного змісту. Тому фізичну концепцію Аристотеля
часто називають феноменологічної. Відмовившись від атомістичної концепції,
Аристотель не міг об'єктивно сприяти прогресу у розвитку цієї
плідної фізичної ідеї. Але його безсумнівною заслугою було створення
раціональною, всеосяжної, цілісної, впорядкованої на основі його логіки
системи знань, що зробила величезний вплив на розвиток арабської та європейської
середньовічної думки.
Статика і гідростатика Архімеда (III-II ст. до н.е.)
Епоха еллінізму характеризувалася найбільшим внеском у
розвиток фізики з боку механіки. Потреби у створенні різного роду
технічних пристроїв (будівельних, військових і т.д.) висували на перший план
питання статики. Архімед, створивши теорію важеля, заклав основи статики.
Будівельна і військова техніка грунтувалася на важелі, що дозволяє переміщатися в
просторі тіла великої ваги при відносно невеликих зусиллях. Проблема
важеля стала узагальненням емпірично освоєних прийомів його використання в
різних областях діяльності. У своїх працях "Про рівновагу плоских тіл і
центрах тяжкості плоских фігур "і не дійшли до нас" Про вагах "
Архімед виклав основні постулати теорії важеля:
-Рівні ваги на рівних довжинах врівноважуються, на
нерівних ж довжина не врівноважуються, але переважує тягар на більшій
довжині.
-Якщо при рівновазі ваг на яких-небудь довжинах до
однією з важких речей буде щось додадуть, то вони не будуть врівноважуватися, але
переважить та тяжкість, до якої було додано.
-Точно так само, якщо від однієї з важких речей буде відібране
що-небудь, то вони не будуть врівноважуватися, але переважить та тяжкість, від
якої не було втрачено.
-Якщо дві величини врівноважуються на яких-небудь
довжинах, то на тих же самих довжинах будуть врівноважуватися і рівні їм.
Виходячи з цих, багаторазово перевірених на практиці,
постулатів, Архімед формулює закон важеля у вигляді наступних теорем:
- співмірні величини врівноважуються на довжині,
назад пропорційних тяжкістю.
- Якщо величини несумірні, то вони точно так само
зрівноважаться на важелях, які обернено пропорційні цим величинам.
Давши визначення центру ваги тіла як розташованої
всередині його точки, при підвішуванні за яку воно залишиться в спокої і збереже
початкове положення, Архімед визначив центри тяжіння трикутника,
паралелограма, трапеції і інших фігур.
Архімед з'явився також засновником і Паскаля,
законів плаваючих тел. Цьому була присвячена його праця "Про плаваючих
тілах ". гідростатика використовувалася при визначенні щільності тел шляхом
зважування їх у воді і при визначенні вантажопідйомності корабля. Логічна
схема обгрунтування законів гідростатики відрізнялася від схеми обгрунтування закону важеля.
Спочатку Архімед формулює припущення про внутрішню структуру рідини, а
потім формулює ряд теоретичних наслідків, що випливають з даного
припущення. Архімед виходить з того, що поверхня всякої нерухомо
усталеною рідини буде мати форму кулі, центр якого співпадає з
центром Землі, і що рідина за своєю природою така, що з її частинок,
розташованих на однаковому рівні і прилеглих один до одного, менш здавлені
виштовхуються більш здавленим і що кожна з її частинок здавлюється
рідиною, що знаходиться над нею по схилу, якщо тільки рідина не укладена в
якому-небудь посудині і не здавлюється ще чимось іншим. Наслідки з цієї
гіпотези, що виводяться математично, такі:
- Тіло, равнотяжелое з рідиною, будучи опущено в цю
рідина, занурюється так, що ніяка їх частина не виступає над поверхнею
рідини, і не буде рухатися вниз.
- Тіло, легше, ніж рідина, будучи опущено в
цю рідину, не розчиняється повністю і певна його частина залишається над поверхнею
рідини.
- Тіло, легше, ніж рідина, будучи опущено в
цю рідину, занурюється настільки, щоб обсяг рідини, що відповідає
зануреною частини тіла, мав вагу, рівний вагою всього тіла.
- Тіло, легше, ніж рідина, опущена в цю рідину
силою, буде виштовхувати вгору з силою, рівною тому вазі, на який
рідина, що має рівний обсяг з тілом, буде важче цього тіла.
- Тіло, більш важкий, ніж рідина, опущена в цю
рідина, буде занурюватися, поки не дійде до самого низу, і в рідині стане
легше на величину ваги рідини в обсязі, що дорівнює обсягу навантаженого тіла.
У більш стислому вигляді закон Архімеда формулюється в
наступному вигляді: на всяке тіло, занурена в рідину, діє виштовхуюча
сила, спрямована вгору і рівна вазі витисненою їм рідини. Цей закон
виявився справедливим і для газу. Одним з перших випадків практичного застосування даного закону була
перевірка складу корони, виготовленої для Сіракузького царя Гієрона. На основі
того, що короною витіснялася більшу кількість води, ніж золотим злитком
Архімед встановив, що корона складається не з чистого золота, а зі сплаву.
6. Оптика Евкліда і Птолемея
В епоху античності в області оптики перш за все
необхідно відзначити роботу по геометричній оптиці і перспективу. До їх числа
відносяться "Оптика" і "Катоптрика" Евкліда (III ст. до н.е.).
Евклід в області оптики спирався на розроблену концепцію атомісти
зорових променів, згідно з якою від речей відокремлюються образи, що викликають в оці
зорові відчуття. Він геометрично вивів закони перспективи з чотирнадцяти
вихідних положень, які були результатом оптичних спостережень. Найбільш
Найважливіші з них:
- Промені, що виходять з ока, поширюються
прямолінійно і розходяться в нескінченність.
- Фігура, охоплювана сукупністю зорових променів,
є конус, вершина якого розташована в оці, а основа - на поверхні
видимих предметів.
- бачимо ті предмети, на які падають зорові
промені, і невидимі ті, на які зорові промені не падають.
- Предмети, видимі під великими кутами, здаються
більше, видимі під меншими кутами здаються менше, а видимі під рівними
кутами здаються однаковими.
- Предмети, видимі під великими кутами. розрізняються
більш чітко.
- Всі промені володіють однаковою швидкістю.
- Луч є пряма лінія, середні дільниці якої
з'єднують кінці.
- Все, що мабуть, мабуть в прямолінійній напрямку. [2]
Зорові промені розглядаються як лінії
поширення світла. Евкліда вперше формулюється закон розповсюдження
світла, що є основою геометричної оптики. Архімед в концепцію
"променів зору" ввів поправки, основа?? ные на вплив величини зіниці
на результат вимірювання. Герон Олександрійський чітко розрізняє оптику (вчення про
баченні, про природу світла), діоптріку (вчення про візуванні, візирних
інструментах) і Катоптрика (вчення про відображення). Розглядаючи віддзеркалення світла
від дзеркала він довів, що при рівності кута падіння та кута відбиття сума
довжин шляхів, які проходить падаючий промінь від ока до дзеркала і відбитий промінь
від дзеркала до об'єкту, є найменшим відстанню з усіх можливих.
Найбільш повне дослідження заломлення світла
здійснено Птолемеєм в його "Оптиці", де описані результати
експериментування з заломлення світла в склі і воді, зведені у таблиці,
які були досить точні для свого часу. Він прагнув виявити причину
того, що при відображенні кути падіння та відображення рівні, а при ламанні кути
падіння нерівні кутах заломлення. Він порахував кут заломлення
пропорційним куті падіння. Закон заломлення повинен був ще чекати свого
відкриття Снелліусом в XVII столітті.
7. Роль фізичних концепцій античності в розвитку фізики
Оцінюючи значення фізичних концепцій античності,
важливо мати на увазі, що не всі з них дійшла до нас. Але і що дійшло дозволяє
зробити висновок про те, що коріння сучасної фізики йдуть в античну фізику.
Античні фізичні концепції містили постановку багатьох фундаментальних
фізичних проблем. визначили зміст фізичних досліджень на
протягом багатьох наступних століть. Багато фізичні концепції античності
виявили свою "живучість". Так, арістотельская фізика зберігала
свій вплив до середини XVII століття, фізичне вчення Платона - до середини XIX
століття, атомістична концепція Демокріта і Епікура - до XX століття. Прийнято
вважати, що фізика Нового часу як свою значної частини містить
фундаментально перероблені фізичні концепції античності. З приводу оцінки
рівня розвитку фізичного експерименту за часів античності існують
різні точки зору. Одна виходить з того, що цей рівень в цілому був завжди
невисокий, інша, навпаки, визнає цей рівень досить високим,
(відповідним зразкам експерименту Нового часу і обмеженого лише
можливостями античної техніки), за втраченими з катастрофою античної
цивілізації. В останньому випадку європейській науці рівень розвитку експерименту
довелося відновлювати заново. Звідси випливає, що роль теоретичних.
фізичних концепцій і фізичного експерименту античності у розвитку
європейської науки різні. В усякому разі, цілком очевидно, що в
результаті ударів варварів постраждали перш за все ті досягнення античної
культури і науки, які залежали від "широкої матеріальної організації". [3]
При оцінці науки періоду античності все ж неможливо
відволіктися від того соціокультурного контексту, в рамках якого вона
розвивалася. Наука все-таки дійсна розвивалася переважно вельми заможними
людьми, причому не для цілей безпосереднього практичного застосування --
рабовласницький спосіб виробництва не міг не робити свого впливу на
характер науки. Але головне значення античної культури в тому, що вона несла саму
ідею природничих наук, яка пережила час політичної могутності
античної цивілізації і яка надала найпотужніше вплив на характер розвитку
європейської культури.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://www.5ballov.ru
[1]
Бернал Дж. Наука в історії суспільства. М., 1956.
С.119.
[2]
Цит. по: Дорфман Я.Г. Ціт.соч.С.77.
[3]
Див про це: Бернал Дж. Наука в історії суспільства.
М., 1956.
