KSE_Zhulanov_A_L

впоследствии станет предметом механики. Все движения, совершающиеся в подлунном мире, делятся им на два вида: естественные (самопроизвольные) и насильственные (вынужденные действием внешних сил). Круговое движение небесных сфер рассматривалось им как вечное и божественное.

По Аристотелю, четыре первоэлемента, составляющие основу природы (земля, вода, воздух и огонь), обладают «естественными местами». Любое тело, предоставленное самому себе, самопроизвольно, без какой-либо внешней силы «стремится» к своему естественному месту: камень и вода – вниз, к центру Земли, которая состоит из элементов земли и воды, пар и дым – вверх, в атмосферу, состоящую из огня и воздуха. Естественное место как бы притягивает тела к себе, побуждая их к движению. Это, конечно, наивное, умозрительное объяснение. Наибольший интерес для Аристотеля представляют насильственные движения. Например, почему стрела продолжает двигаться после того, как ее выпустили из лука? При объяснении насильственных движений Аристотель прибегает к обобщениям, почерпнутым из наблюдений. Исходя из житейского опыта, свидетельствующего о том, что чем большая сила воздействует на тело, тем большую скорость оно приобретает, он формулирует закон, согласно которому скорость движения пропорциональна действующей силе. Поскольку античная наука еще не открыла такие фундаментальные явления, свойственные механическому движению, как трение и инерция, то из этого закона следует, что постоянная сила должна производить равномерное (то есть совершающееся с постоянной скоростью) прямолинейное движение. Это противоречит современной механике, согласно которой при постоянной массе тела и постоянной действующей силе скорость движения пропорциональна как силе, так и времени ее действия, и такое движение является неравномерным (равноускоренным или равнозамедленным). Если же внешняя сила равна нулю, то есть отсутствует, тело будет сохранять свое состояние (покоя или равномерного прямолинейного движения). Согласно Аристотелю, оно должно было бы только покоиться.

Другой его закон: скорость свободного падения тела пропорциональна его весу. Из него следует, что тяжелые тела должны падать быстрее легких. По-видимому, для Аристотеля роль движущей силы играет вес тела, и согласно первому закону, чем больше вес тела, тем выше скорость свободного падения.

31

Ошибочность обоих законов будет установлена в 17 в. Более того, с преодоления этих заблуждений Аристотеля и начался новый этап развития физики, открытый Галилеем. Однако бесспорная заслуга Аристотеля состоит в том, что он исследует природу движения, опираясь на наблюдения, а не только на умозрительные представления, как это было у его предшественников, хотя преодолеть полностью натурфилософский подход ему не удалость. Для этого надо было от наблюдений перейти к экспериментам, с чего и начал новую науку Галилей.

Значительное развитие получили ботаника и зоология. Друг и преемник Аристотеля по руководству Ликеем Теофраст написал свыше двухсот книг по естествознанию, дав первую классификацию растений. Аристотель оставил ряд трактатов по зоологии («О происхождении животных», «О частях животных», «О движении животных»), составил анатомические альбомы, дал первую научную классификацию животных.

Медицина считалась не столько наукой, сколько искусством (греч. techne – ремесло, искусство). Ведущими были две школы: Косская, из которой вышел Гиппократ (5 в.), и Кротонская, где работал пифагореец Алкмеон. Он первым в истории науки доказал, что душевная жизнь человека является функцией его головного мозга. В медицине при объяснении сущности болезней, психических и физиологических процессов сказывалось сильное влияние натурфилософии. Например, Гиппократ разделил людей на четыре группы по типу темперамента. В качестве основания классификации он взял следующий признак. Если в организме преобладает кровь, значит, темперамент сангвинический, лимфа (слизь) – флегматический, желтая желчь – холерический, черная желчь – меланхолический. Гиппократ считал, что здоровье – это следствие правильного соотношения количества соков, болезнь – результат нарушения надлежащей пропорции.

«Свод Гиппократа» насчитывал от 50 до 70 трактатов. В них он дал описание различных болезней, их причин, способов лечения, обсуждал гигиенические проблемы, изучал влияние природной среды и даже политического строя государства на здоровье населения. В «Клятве» сформулированы принципы врачебной этики: непричинение вреда пациенту, сохранение врачебной тайны, касающейся не только состояния здоровья, но и частной жизни

32

людей, запрет врачу на те лечебные действия, которым он не обучен (т.е. запрет на эксперименты над больным) и др.

Завершает античную медицину римский врач Гален (2 в. н. э.). «Свод Галена» насчитывал до сотни трудов, ныне известных в большинстве по названиям («Анатомические процессы», «Руководство по медицине», «Комментарий к Гиппократу и др.). Трудами Галена пользовались медики Средневековья вплоть до 16-17 вв.

Наука Средних веков. Средние века в истории Западной Европы – период с конца 5 в. (крушения Западной Римской империи) до 17 в. В социальной области - это период становления и господства феодальных общественных отношений, в духовной области – безраздельное господство христианства, которое сформировалось на востоке Римской империи в 1–2 вв., а затем в 4 в., стало официальной государственной религией Римской империи. В 11 в. оно организационно и идейно разделилось на католичество (Запад) и православие (Восток).

На территории Европы образовалось несколько варварских государств, ведших непрерывные войны, поэтому с 5 по 10 в. не только о развитии, но и о существовании науки не могло быть и речи. Элементарная грамотность сохранялась благодаря монастырям и богослужебной деятельности. Ситуация стала меняться с формированием устойчивых политических организмов в Италии, Франции, Англии, Германии и др. Появился спрос на образованных людей для выполнения государственных функций и, как следствие, в 12 в. начинают создаваться университеты и вместе с ними возрождаться наука (квадривиум и тривиум). Однако, находясь под духовным диктатом религии, лишенная свободы мышления, она имела догматический и схоластический характер. Это выражалось в безусловном следовании церковным догматам и теориям, заимствованным из древнегреческой науки и признанным католической церковью соответствующими Священному писанию: в астрономии – геоцентрическая система мира Аристотеля - Птолемея, в физике – учение Аристотеля, в медицине – Галена. Основным видом научной деятельности было комментаторство. Составлялись обширные комментарии к сочинениям античных авторов, комментарии к комментариям и т. д. Объем фолиантов становился все больше, однако это не прибавляло нового знания. Положение стало меняться в 13 в. с появлением Оксфордской школы философии

33

(Р. Гроссетест, Р. Бэкон, У. Оккам). Ее представители не только провозгласили лозунг опытного познания природы, но и начали такое познание, правда, понимая под опытом пока еще не эксперимент, а наблюдение природных явлений с использованием некоторых, хотя еще очень примитивных, инструментов. Так появился ряд трактатов, в которых дано описание различных явлений («О тепле Солнца», «О кометах», «О радуге» и др.). Чтобы обезопасить себя от обвинений в ереси, они обосновали принцип двойственной истины, то есть идею о том, что познание природы человеком не противоречит истинам Священного писания: познание Бога может идти двумя путями – путем веры и путем познания природы, являющейся творением Бога. Несмотря на это, им редко удавалось избежать церковного осуждения и тюремного заключения за свои научные идеи. Эта группа философов-натуралистов подготовила духовную почву для следующих поколений ученых-естествоиспытателей, деятельность которых станет общественно необходимой в следующую историческую эпоху, связанную с развитием промышленности, торговли, военного дела.

В целом же в Средние века наряду с официальной наукой, допускаемой церковью, широкое распространение получили магия и астрология, общей чертой которых была идея сверхъестественной, мистической связи между явлениями. Сама идея связи явлений – мысль глубокая и продуктивная, но задача естествознания - поиск объективных связей в природе, а не их измышление из головы. В 4 в. возникает алхимия, которая ставит задачей объяснить на основе общего принципа превращение одних веществ в другие и на этой основе открыть приемы изготовления некоторых веществ (золота, эликсира долголетия, универсального растворителя). Однако подход к решению этих задач имел чисто умозрительный, натурфилософский характер (поиск чудодейственного «философского камня»). Поэтому прав П. Таннери, авторитетный историк науки, который утверждал, что в Европе «в средние века науки в собственном смысле этого слова еще не существовало».

Более благополучной для науки была ситуация на Востоке, в Индии, Китае и странах арабоязычной культуры. О развитии индийской науки мало известно, но достоверными являются факты изобретения числа нуль и, благодаря этому, десятичной позиционной системы записи чисел. Это изобретение позволило впоследствии разработать простые алгоритмы выполнения четырех

34

арифметических действий, которые (особенно, деление) при прежних архаических системах записи чисел, например, римской, требовали для своего выполнения сложных приемов. Десятичная система была усовершенствована учеными арабского Востока. У них она была заимствована европейцами, но в широкое употребление в Европе вошла не ранее 15 в.

Главным достижением науки на Востоке, бесспорно, является создание в 9 в. Мохаммедом аль-Хорезмиалгебры как науки о решении уравнений. Трактат назывался «Альджебр и альмукабала» по названиям двух основных действий: переноса членов уравнения из одной части в другую (джебр) и уничтожения одинаковых членов (мукабала). Как видно, название первого действия дало название и самой науке. Этот математик продвинул дело Диофанта, но вместе с тем и отступил назад, поскольку алгебраическая символика, свойственная и теории Диофанта, и современной алгебре, им не использовалась. Она будет создана в 17 в. Декартом и другими учеными. С достижениями арабской математики европейцев познакомил в начале 13 в. Леонардо Пизанский (Фибоначчи).

Можно отметить некоторый вклад узбекского ученого 15 в. Улугбека (внука Тамерлана) в астрономию (создание уточненной таблицы движения планет) и тригонометрию, созданную для нужд астрономии греками Менелаем и Птолемеем.

В медицине значительное наследие оставил Авиценна (ибнСина) в виде трактата «Канон (правило) врачебной науки» (11 в.), в котором он соединил наследие древнегреческой и восточной медицины.

В целом, заслугой арабоязычной науки является то, что она восприняла достижения древнегреческой науки, развила их в некоторых отношениях и затем передала новоевропейской культуре в тот период, когда там созрели предпосылки научного прогресса.

Классическое естествознание. В 15-16 вв. начинаются глубокие сдвиги в жизни средневекового общества, обусловленные, прежде всего, изменением характера общественного производства и перемещением центра общественной жизни в города: на смену ремесленному производству приходит мануфактура с ее разделением труда. Следствием этого стало создание машин, многократно увеличившим производительность труда, развитие торговли, образование национального и международного рынков. Рост производства потребовал обильных источников сырья, поисков

35

новых земель, что привело к географическим открытиям. Эти глубокие изменения в экономической сфере дали толчок развитию естествознания и математики, ибо без научных знаний нельзя создавать машины, огнестрельное оружие, совершать морские путешествия и т. п. Научная революция, положившая начало классическому естествознанию, как теперь называют период его развития с конца 15 в. до конца 19 в., произошла в 17 в. Ее главными деятелями были Галилей, Кеплер, Декарт, Гюйгенс, Ньютон, Лейбниц. Предпосылки этой революции сложились в эпоху Возрождения (14 - 16 вв.), которая создала необходимую духовную атмосферу в виде идеологии гуманизма (идеалы свободы личности, свободы творчества). В этот период работали также выдающиеся ученые: в механике - Леонардо да Винчи, в физике – Уильям Гильберт, в астрономии - Николай Коперник, Тихо де Браге, в математике - ДжеронимоКардано, Франсуа Виет, в биологии - Андрей Везалий, Мигель Сервет, Уильям Гарвей и др. Прологом научной революции стал коперниканский переворот в астрономии. Поэтому с астрономии и следует начать изложение истории классического естествознания.

Астрономия. Общественный интерес к астрономии в Средние века поддерживался католической церковью, нуждавшейся в точном календаре для определения дат христианских праздников, и астрологами. Для составления гороскопа необходимо было знать положение светил в момент рождения человека, то есть по современному состоянию светил восстановить прошлую картину их взаимного расположения, а это можно было сделать только с помощью астрономии. Таким образом, «мнимая наука спасала настоящую» (П. Таннери). Геоцентрическая система мира Птолемея, на основании которой производились расчеты, обнаруживала все более свою несостоятельность, что побуждало астрономов искать ее усовершенствования. В 13 в. были составлены более точные таблицы движения планет – «Альфонсовы таблицы», однако кардинально изменить ситуацию они не могли. Юлианский календарь, использовавшийся с 45 г. до н. э., с каждым столетием все больше расходился с видимым движением Солнца, поэтому в 15 в. встала проблема его реформы. Немецкие астрономы Георгий Пейрбах и Региомонтан (Иоганн Мюллер) в середине 15 в. произвели новые астрономические наблюдения и разработали новые методы расчетов. В 1582 г. Папой Григорием XIII был введен новый календарь (новый

36

стиль). Однако все эти усовершенствования не затрагивали существа дела – общего представления об устройстве Вселенной, т.е. системы мира.

Автором новой системы мира стал польский астроном Николай Коперник. Получив разностороннее образование в Италии (философия, математика, медицина, юриспруденция), он в 1506 г. возвратился в Польшу и занялся разработкой системы, идею которой выдвинул Аристарх Самосский. В 1543 г., незадолго до своей кончины, он опубликовал книгу «Об обращении небесных сфер», в которой дал обоснование гелиоцентрической системы мира. Предложенные им новые правила вычисления астрономических таблиц позволили разработать теорию движения Солнца, Луны, планет, причем эта теория, в отличие от Птолемеевой, основывалась на единых общих принципах. Теория Коперника легко объяснила попятные (петлеобразные) движения планет тем простым фактом, что и Земля, и другие планеты совершают движение вокруг Солнца, а суточное вращение небосвода – суточным вращением Земли вокруг своей оси.

Однако в его теории, как и в античных системах мира, еще сильно было влияние натурфилософии пифагорейцев: мир оставался конечным, ограниченным сферой неподвижных звезд, центром которой теперь было Солнце, а не Земля, сохранялась идея равномерных круговых движений светил. Несмотря на это, теория Коперника – величайшее достижение науки, знаменующее революцию в познании мира, освобождение науки от церковного авторитета. Суть его вклада в науку была выражена эпитафией, помещенной на памятнике в его родном городе Торне: «Остановившему Солнце, двинувшему Землю».

Теорию Коперника развил итальянский натурфилософ Джордано Бруно. В книге «О бесконечности Вселенной и мирах» он сделал ряд логических выводов из нее. Поскольку Солнце – это звезда, значит, каждая звезда может иметь, подобно Солнцу, планетные системы, т.е. быть центром собственного мира. Некоторые планеты могут быть населены разумными существами. Так как звезд бесконечно много, Вселенная бесконечна, следовательно, ни единого центра Вселенной, ни ограничивающего ее купола не существует. Эти выводы решительно расходились с религиозной картиной мира, поэтому инквизиция под надуманным предлогом обвинила Бруно в ереси и осудила на смертную казнь: он был сожжен 17.02.1600 г. на

37

площади Цветов в Риме. Спустя двести с лишним лет здесь был установлен памятник этому герою и мученику науки.

Значительный вклад в становление современной астрономии внес Г. Галилей. Изобретя телескоп с 30-кратным увеличением, он стал наблюдать космические окрестности. Галилей обнаружил моря, горы и кратеры на Луне, черные пятна на Солнце, по которым установил его вращение, 4 спутника Юпитера, установил, что Млечный путь - это огромное множество звезд. По Аристотелю, Солнце и Луна – представители надлунного мира, следовательно, совершенные тела, а по Галилею, они далеки от совершенства. Он обнаружил фундаментальный факт: вращение Меркурия вокруг Солнца, а не Земли, что подрывало геоцентрическую картину мира. Но главным достижением Галилея была книга «Диалог о двух главнейших системах мира – Птолемеевой и Коперниковой», изданная в 1632 г. В ней он проводил сравнительный анализ этих систем мира, и анализ свидетельствовал в пользу теории Коперника. А надо напомнить, что еще в 1616 г. инквизиция, поняв, наконец, мировоззренческий смысл книги Коперника, правда через 73 г. после ее опубликования, внесла ее в Индекс запрещенных книг, то есть книг, противоречащих христианскому вероучению. Было начато судебное преследование автора, которому под угрозой обвинения в ереси и сожжения на костре было предложено публично отречься от своего детища. Суд состоялся в 1633 г. При большом скоплении народа облаченный в рубище коленопреклоненный Галилей, 69летний больной полуслепой старик, зачитал составленную отцамиинквизиторами клятву, в которой не только отрекался от своей книги, но и обязывался доносить инквизиции о всяком, кто изучает или распространяет учение Коперника. Однако легенда гласит, что когда он покидал место судилища, то, якобы, сказал: «А все-таки она (то есть Земля) вертится».

Большое значение для развития астрономии имели исследования датского астронома Тихо де Браге, проводившего с помощью сконструированных им довольно точных инструментов наблюдения за движением Марса. Собранные им факты, дополненные исследованиями И. Кеплера, послужили последнему основанием для открытия в начале 17 в. математических законов движения планет. Законы Кеплера гласят:

38

-планеты вращаются вокруг центрального тела по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится центральное тело;

-радиус-вектор планеты (отрезок, соединяющий центральное тело с планетой) за равные промежутки времени описывает равные площади;

-квадраты периодов обращения планет относятся как кубы их средних расстояний от центрального тела.

Эти законы кардинально изменили астрономические представления, разрушив пифагорейские натурфилософские догмы. Вместо круговых движений, к комбинациям которых пытались свести видимые движения светил все предшествующие ученые, появились эллиптические орбиты. Они сразу сделали ненужными сложные конструкции из эпициклов и деферентов. Второй закон установил неравномерность планетных движений: по мере удаления планеты от Солнца ее скорость уменьшается. Так пал постулат равномерных движений планет. Но особенно важным для производства расчетов стал третий закон: он позволил определить средние расстояния планет от центрального тела по периодам их обращения, то есть решить задачу, которую Птолемей считал неразрешимой.

Таким образом, новая система мира стала безусловным достижением науки. Но встал вопрос: какая сила удерживает планеты на их орбитах? Бесспорно, что это должна быть некая центростремительная сила, исходящая от Солнца. Кеплер был склонен считать, что это сила магнитного притяжения, которое было тогда уже известно. Однако расчеты показывали, что эта сила недостаточна для того, чтобы удерживать, например, Землю на околосолнечной орбите. Р. Декарт предложил натурфилософскую гипотезу – теорию вихрей: Вселенная заполнена упругой жидкостью

– эфиром («небеса – жидкие», – писал Декарт), в этой жидкости образуются вихреобразные (круговые) движения разных радиусов, причем каждый вихрь несет с собой какое-нибудь небесное тело (планету, комету и т. д.). Концепция вихрей получила широкое распространение на европейском континенте. На ее основе сформировалась новая натурфилософская картина мира – картезианская метафизика, которая благодаря высокому научному авторитету Декарта просуществовала на континенте весь 17 в. На основе теории вихрей пытались объяснять планетные движения Х.

39

Гюйгенс и Г.В. Лейбниц, однако безуспешно. Картезианская метафизика, в конечном счете, оказалась несостоятельной.

Проблема, имевшая не только астрономический, но и физический характер, была решена Ньютоном, открывшим закон всемирного тяготения. Оказалось, что законы Кеплера и закон всемирного тяготения логически взаимосвязаны: из закона Ньютона можно вывести законы Кеплера. На основе закона всемирного тяготения была создана небесная механика, начало которой положил сам Ньютон, а всесторонне развил ее в конце 18 в. французский математик и астроном П. Лаплас, создав тем самым новый «Альмагест». Небесная механика нашла множество применений: при расчетах календаря, при составлении таблиц движения планет для целей определения координат географических объектов и навигации. Она позволяет дать точный прогноз солнечных и лунных затмений и т. д.

Блестящим опытным подтверждением небесной механики стало открытие в 1846 г. новой планеты, расположенной за Ураном и своим притяжением вносившей возмущение в траекторию его движения. Координаты неизвестной планеты были вычислены на основе небесной механики У. Леверье и Д.К. Адамсом, а сама планета, названная впоследствии Нептуном, была в указанном месте обнаружена И.Г. Галле.

Классическая механика. Но главным достижением науки 17 в. стало создание классической механики, которая на двести лет определила облик всего естествознания. Его руководящим принципом стал механицизм: все явления природы рассматривались как машины разной степени сложности, а все процессы сводились к пространственным перемещениям частиц вещества (абсолютно твердых, непроницаемых корпускул), происходящим под действием внешних сил(атомистическая научная программа). Для объяснения тех явлений, которые не могли быть поняты в рамках корпускулярного подхода, использовалась континуальная программа. Для ее реализации в науку вводились гипотетические «материи» – флюиды, своего рода невесомые жидкости, способные переливаться из одного тела в другое: теплород для объяснения тепловых явлений, эфир – для световых, электрические (положительная и отрицательная) и магнитная жидкости, а также особое вещество с отрицательной массой для объяснения горючести веществ – флогистон. В итоге в

40