Развитие науки в древние века

Наиболее распространено представление о том, что колыбелью науки является античная цивилизация, созданная древними греками и римлянами и просуществовавшая сVIII в.до н. э. до V в. н. э. Этому историческому периоду соответствует натурфилософский периодразвития науки.

Предпосылками рационализации древнегреческой культуры, произошедшей в период греческой колонизации побережий Средиземного и Черного морей, явились: развитие производительных сил, связанное с производством железных орудий труда, разделение труда, развитие товарно-денежных отношений и переход к развитому рабовладельческому обществу с появлением у свободных граждан досуга; множественность взаимодействующих городов-государств с демократическим политическим устройством; распространение публичных дискуссий, требовавших умения убедительно отстаивать свое мнение; индивидуализация духовногомира личности и формирование общественного мнения, поощрявшего личные достижения; использование фонематической, буквенной системы письменности.

Натурфилософский период развития естествознания отличался умозрительным рассмотрением природы, для которого характерны абстрактность и отвлеченность от конкретных фактов. Древнегреческие философы наблюдали природу и ставили своей задачей ее логически непротиворечивое объяснение. Но вопросов природе в виде экспериментов они незадавали. Каждый ученый, который являлся и философом, стремился представить всемироздание в целом, не беспокоясь об отсутствии достаточного фактического материала о явлениях природы. Это проявилось, в частности, в древнегреческой концепции космоса, длякоторой к тому же характерен налет прежних мифологических представлений о мире. Космоцентризм – важнейшая характеристика древнегреческой натурфилософии.

Умозрительность натурфилософских представлений связана с особенностями общественного устройства: с одной стороны, рабовладельческий строй способствует появлениюсоциальных групп, представители которых не заняты постоянной производительной деятельностью и могут посвящать свое время решению проблем мироздания, но, с другой стороны, в таком обществе практическая деятельность (физический труд) – удел рабов, а не свободных граждан, которыми являлись философы.

Первым этапом развития науки считают ионийский этап, в рамках которого произошлозарождение натурфилософского познания мира, характеризующегося неразделенностьюестественно-научного и философского отражения действительности. Натурфилософия, как предшественница науки, зародилась в греческих колониях, расположенных в Малой Азии. Здесь, в городе Милете, вVII–VIвв. до н. э. сложилась школа, представители которой сформулировали фундаментальную проблему – проблему первоначала, единой субстанции многообразного мира, а также предложили идею логического математического доказательства.

Основатель милетской школы, Фалес (ок. 625–547 гг. до н. э.), считал что субстанцией,из которой возникают и в которую превращаются все вещи, является вода. Ему приписывают и доказательство нескольких теорем (круг делится диаметром пополам; в равнобедренном треугольнике углы при основании равны; при пересечении двух прямых образуемые ими вертикальные углы равны; два треугольника равны, если два угла и одна сторона одного из них равны двум углам и соответствующей стороне другого).

Ученик Фалеса Анаксимандр источником происхождения всего сущего полагал некое бесконечное начало – апейрон, которому присуще непрерывное движение. Апейрон в результате вихреобразного процесса разделяется на физические противоположности горячего и холодного, влажного и сухого и т. д., взаимодействие которых порождает шарообразный космос, в центре космоса в виде цилиндра покоится Земля, образованная из твердых и холодных частиц, а из легких и горячих – небо и звезды. Он положил начало теории небесных сфер, говорил о бесчисленности возникающих и гибнущих миров, составил первую географическую карту и небесный глобус, соорудил первые в Греции солнечные часы и астрономические инструменты.

Анаксимен, ученик Анаксимандра, первоначалом всего считал воздух, путем сгущения или разрежения которого возникают все вещи. Вслед за Анаксимандром он говорил обесчисленных мирах. Он первым указал на различие между неподвижными звездами ипланетами, выдвинул гипотезу, объясняющую затмения Солнца и Луны, а также фазы Луны. Анаксимен впервые вводит понятие взаимного отношения праматерии и движения. Воздух, как начальная субстанция, согласно его взглядам, «постоянно колеблется, ибо если бы он не двигался, то и не менялся бы настолько, насколько он изменяется». В определенном смыслеон укрепил и завершил тенденцию стихийного древнегреческого материализма поисковестественных причин явлении и вещей.

Вслед за философами милетской школы проблему первоосновы бытия рассматривал философ-диалектик Гераклит Эфесский. По его представлениям, первоначало всего сущего – мировой огонь. Путем сгущения из огня возникают все вещи, путем разряжения – в него возвращаются. В центре его учения – идея непрерывного изменения и становления («все течет, все меняется»; «в одну и ту же реку нельзя войти дважды»), идея пребывания противоположностей в вечной борьбе («раздор есть отец всего») и существования в космосе скрытой гармонии – Логоса, всеобщей меры, воплощением которой и является вечно меняющийся огонь.

Воззрения Анаксагора, последнего философа ионийского этапа, сформировались под воздействием натурфилософии Милетской школы. Он проводил принцип «из ничего ничего не возникает». Начальное состояние мира, согласно Анаксагору, представляло собой неподвижную бесформенную смесь, состоявшую из бесчисленного множества частиц (“семян”) всевозможных веществ – “гомеомерий”, то есть подобочастных. Эта первичная смесь была приведена в круговое движение «чистым несмешанным Умом». Так как подобное стремится к подобному, сходные частицы стали образовывать отдельные скопления – так возник мир вещей. Вещество делимо до бесконечности, «в мире нет наименьшего», поэтому процесс обособления никогда не может быть полным. Анаксагор считал Солнце раскаленной глыбой и первым высказал предположение о том, что Луна светит отраженным светом, получаемым от Солнца, а также о том, что при лунных затмениях Луна попадает в тень Земли. Считал, что Луна похожа на Землю: на ней есть горы и долины и она обитаема. Переезд Анаксагора в Афины связан с глубокими историко-культурными последствиями: он символизировалперенесение ионийской учености на аттическую почву. Анаксагора можно считать основоположником афинской философской школы, давшей впоследствии миру многих блестящих мыслителей.

Наряду с милетской школой огромное влияние на дальнейшее развитие научной мысли оказал возникший в западной греческой колонии Кротоне в концеVI в. до н. э.Пифагорейский союз. Согласно его основоположнику Пифагору (прозвище, означающее “убеждающий речью”, 570–496 гг. до н. э.), первоосновой мира является не какая-либо материальная субстанция, а число, являющееся божественным началом. «Все есть число», и исследование числовых отношений важно не из утилитарных, практических соображений, а как религиозный ритуал, очищающий человека и сближающий его с богами. Мир целостен и гармоничен в силу лежащих в его основе количественных соотношений, познав которые можно познать и мир. Вклад пифагореизма в развитие науки заключается именно в осмыслении и утверждении категории количества, в утверждении математики как средства познания устройства мира. Космос у пифагорейцев символически выражался тетрактидой (“четверицей”) – суммой первых четырех чисел: 1 + 2 + 3 + 4 = 10, содержащей основные музыкальные интервалы – октаву (2 : 1), квинту (3 : 2) и кварту (4 : 3). Единица была основой числа и одновременно в качестве точки она являлась образующей геометрических объектов: двойка символизировала линию, тройка – плоскость (треугольник), четверка – пространственный объем (пирамиду). Шар считался самой прекрасной (совершенной) из пространственных фигур, и круг – из плоских. Пифагор первым указал на шарообразность Земли. Из исследованного музыкального сходства отношений Пифагор извлек свое учение о «гармонии сфер», которогопридерживались многие великие мыслители и ученые античности, в том числе Евдокс, Гиппарх, Аристотельи Птолемей. Мир пифагорейцевпрерывен (дискретен), в нем возможно движение, и началом мира, наряду с числом, была принятапустота. Именно в пустом пространстве они двигали точку, чтобы образовалась линия, затем двигали линию, чтобы образовалась плоскость.

Пифагорейская школа сыграла роль и в накоплении эмпирических биологических знаний. Пифагореец Алкмеон Кротонский первым начал анатомировать трупы животных в научных целях. Считал, что мозг является органом ощущений и мышления, получающим информацию от органов чувств по нервам. Он полагал, что болезни развиваются при нарушении равновесия в нем стихий – горячего и холодного, сухого и влажного и т. д.

Большой вклад в развитие древнегреческой натурфилософии внесла Элейская школафизиков-логиков. Родоначальником этой школы был Ксенофан из Элей (580–485 гг. до н. э., по другим данным, ок. 570–470 гг.), который считал Богом всю Вселенную в целом, но не в чувственном ее восприятии, а в формально-логическом осмыслении. Ключом к пониманию Ксенофаном бытия (Бога, Космоса, Сущего, Универсума) является геометрическая сфера, поверхность которой хотя и ограничена в пространстве, но, вместе с тем, и бесконечна. Предложенное Ксенофаномсоединение противоположностей– конечного и бесконечного,движения и покоя – порождает парадоксальную ситуацию. Спекулируя на предельно широкихпонятиях “сущего” и “несущего”, то есть бытия и ничего, Ксенофан порождает некоторую языковую форму, предтечу формальной логики. В качестве материального начала (первоэлементов) Ксенофан полагал землю и воду.

Близкими к этим мыслям были идеи Парменида (540–470 гг. до н. э.). Парменид доказывал, что бытие не могло возникнуть ни из бытия (поскольку ему не предшествовало никакое другое бытие), ни из небытия (поскольку небытие – это ничто); значит, бытие вечно и должно существовать всегда или никогда. Он был уверен в том, что изменения в природе невозможны, и относил видимые изменения за счет иллюзорности наших чувств. Парменид и его школа первыми вскрыли противоречие между двумя картинами мира в сознании человека; одна из них – это та, которая получена посредством органов чувств, через наблюдение, другая – та, которая получена с помощью разума, логики, рационального мышления. Особую известность получили так называемые апории (затруднения) Зенона (490–430 гг. до н. э.), в которых он путем логических умозаключений приходит к выводам, противоречащим чувственному опыту. Например, апория “стрела”. Все, что находится в равном самому себе пространстве, покоится, так как движение может быть только откуда-то куда-то. Выпущенная из лука стрела в каждый момент времени находится в равном себе пространстве, и, следовательно, в эти моменты времени она покоится. Но тогда она покоится в течение всего времени, пока летит. Таким образом, движущаяся стрела на самом деле никуда не летит и все время только покоится.

Афинский этапразвития натурфилософии (V–IVвв. до н. э.) связан с деятельностью многих выдающихся философов. На этом этапе сформировались основы учения, сыгравшего огромную роль в развитии естествознания –атомизма. Основоположниками этого учения считают Левкиппа (ок. 500–440 гг. до н. э.) и его ученика Демокрита (ок. 470/460–400 гг. до н. э.). Согласно представлениям этих философов, реально существует как бытие, так и небытие. Основа бытия дискретна, представлена далее неделимыми частицами (корпускулами) материи – атомами. Небытие – пустота, бесконечное пространство, в котором непрерывно движутся атомы. Атомы различаются по форме и размерам, они вечны и неизменны, возникающие в результате их соединения вещи – преходящи и изменчивы. Выдвинутая этимифилософами идея атомизма, существования элементарных неделимых единиц материи, оказаласьвесьма плодотворной и, оказав огромное влияние на развитие классической естественной науки, не утратила своего значения до сих пор.

Платон (427–347 гг. до н. э.), выдающийся мыслитель Древней Греции, соединил учения Гераклита, Пифагора и Сократа: о чувственно воспринимаемом он рассуждал по Гераклиту,об умопостигаемом – по Пифагору, а об общественном – по Сократу. При этом он отрицалатомизм Демокрита. По Платону, мир чувственных вещей не есть мир истинно сущего. Подлинная сущность чувственных вещей, их причины – бестелесные формы, постигаемые умом. Эти причины (формы, основы, первоначала) вещей он называл видами, или идеями. Платоновские идеи существуют не субъективно в нашем сознании, а объективно, то есть они являются реальным бытием вещей, истинным их существованием, в то время как сами материальные вещи по-настоящему не существуют.

Евдокс Книдский (ок. 408–355 гг. до н. э.), младший современник Платона, был астрономом, геометром, географом, врачом. Он разработал общую теорию пропорций и способ операций с бесконечно малыми величинами, так называемый метод исчерпывания (предшественник современного интегрального исчисления). В географии он известен как автор не дошедшей до нас книги «Объезд земли». Ученый первым спроецировал на земную поверхность небесные тропики и “арктический круг”. Он же ввел понятие “климат” (от греч. клима – наклон) для определения широты места. Однако наиболее важной для математической астрономии стала теория планетных движений Евдокса, так называемая гипотеза гомоцентрических (очерченных вокруг общего центра) сфер, развитая Аристотелем. Чтобы исправить погрешности календаря, Евдокс первым предложил один раз в четыре года вводить високосный год.

Многие историки считают, что отцом науки является ученик Платона – Аристотель(384–322 гг. до н. э.). С именем Аристотеля связывают первую научную революцию, в результате которой сформировались нормы и образцы построения научного знания. Он является основоположником формальной логики, то есть учения о доказательстве – главном инструменте выведения и теоретической систематизации знания. Аристотеля считают основателем физики как системы знаний о природе. Его сочинения охватывают все отрасли современного ему знания. Аристотель создал первую всеобщую систему материального мира, так называемую “лестницу природы”, выделив следующие ступени: неорганический (минеральный) мир, растения, животные, человек. Он разработал первое учение о движении и его причинах – механику.

Его «Первая философия» (позднее названая «Метафизикой») содержит учение обосновных принципах бытия: возможности и осуществлении формы и материи, действующей причине и цели. Идеи (формы, эйдосы) – внутренние движущие силы вещей, неотделимые от них. Источник движения и изменчивого бытия – вечный и неподвижный “ум”, “нус” (перводвигатель). Согласно Аристотелю, «природа не терпит пустоты», то есть мир континуален. Первоматерия – хаотическое, пассивное начало, лишенное всяких свойств и качеств. Соединяясь с простейшими формами – некими идеальными моделирующими началами, – материя образует первоэлементы, из которых состоят все вещи. Простейшие формы – теплое, холодное, сухое, влажное. Соединяясь с первоматерией, они образуют четыре первоэлемента: теплое и сухое дают во взаимодействии с материей огонь, теплое и влажное – воздух, холодное и влажное – воду, холодное и сухое – землю.

При этом мир состоит из соподчиненных уровней, каждый из которых имеет своизакономерности. В центре Вселенной находится элемент земли, он образует нашу планету, которая неподвижна и сферична. Вокруг Земли распределена вода, затем воздух и огонь.Огонь простирается до Луны, первого небесного тела. Выше Луны находится подчиняющийсядругим, неземным законам, надлунный божественный мир, в котором все тела состоят изнеизменного эфира. В этом мире существует лишь один вид движения – равномерноенепрерывное круговое движение, которое осуществляют небесные тела, прикрепленные к“сделанным” из эфира сферам. Он выделял вращающиеся сферы Луны, Меркурия, Венеры,Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и неподвижную сферу звезд. Божественный перводвигатель,“нус”, находится за сферой неподвижных звезд.

В отличие от небесных, земные движения несовершенны, они изменчивы, имеютначало и конец. Естественное движение – движение тела к своему месту: тела, состоящие изэлементов земли, стремятся вниз, из элементов воздуха и огня – вверх. Эти движения нетребуют приложения силы. Прочие движения, включая равномерные и прямолинейные,насильственные, то есть для своего осуществления требуют приложения силы.

Что касается биологических знаний, то на афинском этапе идет как формирование умозрительных представлений о сущности и происхождении живых существ, так и накопление и осмысление эмпирических, опытных знаний, биология и медицина начинают освобождаться от религии, магии и мистицизма. Так, Эмпедокл (ок. 490–430 гг. до н. э.) высказывал представления о том, что живые существа возникли из неживой материи (четырех стихий) под действием двух сил – Любви и Вражды. Сначала образовались отдельные органы и части тела, которые, влекомые силой Любви, беспорядочно соединялись. Большинство получившихся сочетаний оказалось не приспособленным к жизни и погибло велением Вражды.Немногие существа, которые случайно оказались устроены так, что могли осуществлять все жизненные функции, стали размножаться и дожили до наших дней.

Современник Демокрита Гиппократ (ок. 460–370 гг. до н. э.) и его ученики считали,что медицина должна основываться не на умозрительных схемах, а на накоплении медицинскогоопыта путем тщательного изучения больного. Согласно Гиппократу, причины болезней естественны: это внешние факторы, возраст, образ жизни больного, его наследственность. Он ввел в медицину принцип индивидуального подхода, создал учение о четырех темпераментах, связанных с преобладанием в теле человека одной из четырех жидкостей тела (крови, слизи, желтой или черной желчи).

Огромный вклад в развитие биологии внес Аристотель, изучивший образ жизни, внешний вид, а зачастую и строение более пятисот видов животных. Он заложил основы научной классификации животных, руководствуясь не их утилитарной значимостью для человека, а сходством строения и отправления жизненных функций. Всех животных он разделил на бескровных (к ним он причислил, по современной классификации, моллюсков и членистоногих) и кровяных, которых он подразделял на яйцеродных и живородящих. Губок, медуз и асцидий он считал промежуточной ступенью между растениями и животными.

Эллинистический этап, начавшийся в конце IV в. до н. э., реализовывался в условиях новой волны греческой колонизации, начавшейся с завоевания Александром Македонским огромных территорий, простиравшихся до Индии, Амударьи и Нубии. Греческая экспансия,сопровождавшаяся активным строительством городов по греческим канонам, в которыхселились представители разных народностей, идеи Александра Македонского об отсутствии различий между греками и варварами, о единстве всего человечества, привела к созданиюкачественно новой культуры, представлявшей широкий синтез греческих и восточных культурно-духовных традиций. Обмен сельскохозяйственными и ремесленными знаниями вел к росту избыточного продукта, натуральное хозяйство повсеместно вытеснялось товарно-денежными отношениями, развивалась международная торговля, изменялась социальная структура общества, в котором все большую роль играли люди, занимавшиеся организационным, умственным трудом. Все это повышало актуальность выяснения объективных особенностей устройства мира и способствовало выделению из недр натурфилософии конкретных наук.

Усложнение деятельности человечества, развитие градо- и кораблестроения, торговли стимулировало интенсивное развитие математики. Начало качественно нового этапа развития этой науки связано с трудами основоположника александрийской математической школы,Евклида (III в. до н. э.). Он создал тринадцатитомный труд «Начала», в котором систематически изложил все достижения древнегреческой математики. Изложение математических знаний носило дедуктивный, аксиоматизированный характер: сложное теоретическое знание выводилось логическим путем из небольшого числа самоочевидных, не требующих доказательств положений – аксиом. «Начала» Евклида на тысячелетия стали образцом построения научной теории.

Идеи атомизма развивал Эпикур (324–270 гг. до н. э.). Он высказал мысль, что причиной движения атомов могут быть внутренние свойства самих атомов. В противовес элеатам Эпикур учил, что все чувственное – истинное, так как всякое ощущение исходит из реально существующего. Эпикуру также принадлежитпринцип концептуального релятивизма: для объяснения одного и того же природного явления может существовать несколько теорий; любая теория верна, если она не противоречит чувственному опыту.

В астрономии, наряду с развитием идей геоцентризма, стали появляться и другие взгляды. Так, Аристарх Самосский (320 – ок. 250 гг. до н. э.) первым высказал идею гелиоцентризма: он утверждал, что Земля движется вокруг неподвижного Солнца, находящегося вцентре сферы неподвижных звезд. В его сохранившемся сочинении «О величине и расстоянииСолнца и Луны» дается остроумный способ определения расстояния от Солнца и Луны доЗемли посредством угла, составленного линиями зрения от глаза к Солнцу и Луне в тотмомент, когда Луна наполовину освещена.

Важным достижением эллинистического естествознания было определение размеров земного шара Эратосфеном (ок. 275–195 гг. до н. э.). Эратосфен измерил в Александрииугловое расстояние Солнца от зенита, оказавшееся в момент измерения равным 7°52' (то естьпримерно 1/50 окружности), а его помощник провел наблюдение положения Солнца в другомгороде, Сиене, расположенном на том же меридиане, что и Александрия. В Сиене Солнцеоказалось почти в зените. Приняв расстояние от Александрии до Сиены равным 5 000 стадий,Эратосфен определил длину окружности Земного шара в 250 000 стадий. Этот результаточень близок к современному, учитывая, что длина греческой стадии нам известна в широкихпределах – от 155 до 180 м.

Наибольшего развития из трех составных частей механики (статики, кинематики,динамики) достигла статика и гидростатика, огромную роль в развитии которых сыгралАрхимед (ок. 287–212 гг. до н. э.). Сочинения Архимеда, как и сочинения Евклида, носилиабстрактный, аксиоматизированный характер. Он ввел понятие “центр тяжести”, теоретическидоказал закон простого рычага, и закон гидростатики, носящий его имя. Работы Архимеда имели огромное практическое значение. Всем известны легенды о сооруженных Архимедомтехнических устройствах, которые использовались защитниками его родных Сиракуз во времяосады города римлянами.

На этом этапе продолжается накопление эмпирических биолого-медицинских знаний. Так, представитель александрийской школы врачевания Герофил, развивавший траволечение,применение диет и лечебной физкультуры, используя метод анатомирования и вивисекции,изучал строение и функции нервной и кровеносной систем, установил различие вен и артерий.Он дал подробное описание анатомии внутренних органов, заложил основы сравнительной анатомии человека и животных.

Древнеримский этап, длившийся с I по V в. н. э., характеризуется дальнейшим развитием теоретических и эмпирических достижений эллинистического естествознания. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (96–55 гг. н. э.) в своей знаменитой поэме «О природе вещей» излагал учение Эпикура о возникновении мира и его развитии, выражал представления о материальной основе всех происходящих в мире событий, о бесконечности мироздания и его непрерывном развитии. Более того, он нарисовал картину развития человека от дикого до современного состояния, высказав предположение о том, что нужда заставляла людей делать важнейшие открытия. В историческом развитии человечества он первым выделил три эпохи в зависимости от материала, из которого изготавливались орудия труда: каменный, бронзовый и железный века.

Вершиной космологии древности стала созданная в этот период александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (ок. 90–168 гг. н. э.) универсальная математизированная теория астрономических явлений. Эта теория была изложена в тринадцати томах, дошедших до нас в арабском переводе под названием «Альмагест» – «Величайшее». Эта теория была геоцентрической, она объясняла различия и неравномерности в наблюдаемом движении Солнца, Луны и планет, исходя из аристотелевских принципов центрального положения во Вселенной неподвижной сферической Земли и равномерного непрерывного кругового движения небесных тел. Согласно его представлениям, вокруг Земли находятся вращающиеся окружности – деференты, центр которых – эсцентрик, смещен относительно центра Земли. По деферентам движутся центры меньших окружностей – эпициклов. По эпицикламравномерно движутся планеты. Из-за наложения двух круговых движений – деферента и эпицикла –наблюдаемое с земли движение планет представляется петлеобразным и неравномерным. Эта теория позволила с высокой точностью предвычислять сложные движения планет и на четырнадцать столетий стала основой представлений о Вселенной.