Доклассический период развития естествознания: период античной математической физики

   Архимед был величайшим изобретателем-механиком, причем многие его изобретения использовались в военных целях. Во время второй Пунической войны Архимед возглавлял оборону Сиракуз, осаждаемых римлянами. По легенде, описанной Лукианом (родившимся около 125года до н.э.), Архимеду удалось во время осады Сиракуз при помощи зеркал зажечь римские корабли, сфокусировав излучение Солнца. По поводу возможности зажечь корабли сфокусированным солнечным излучением возникли многочисленные споры. Последние эксперименты. Проведенные гречиским физиком Саккосом в 1973г. показывают, что в принципе такая возможность существует.

   «Архимед построил для обороны Сиракуз металлические машины. Плутарх указывает, что эти машины позволяли «в римлян сыпать стреляя и камни до 500кг.». Другие машины «захватывали суда, поднимали их в воздух и затем кормою погружали в воду». Римляне в страхе обращались в бегство. «Что же, придется нам прекратить войну против Геометра», -грустно шутил римский полководец Марцал, отводя войска и флот от стен Сиракуз. Ворота города открыло предательство. Архимед был убит римским воином. Плутарх так описывает последние минуты великого ученого: «Архимед занимался рассмотрением какой-то геометрической фигуры, напрягши ум, был так занят, что не слышал шума в городе вследствие занятия его римскими войсками. Вдруг предстал перед ним воин и велел Архимеду немедленно следовать за ним. Архимед не пожелал этого исполнить, прежде, нежели решить задачу, которой был занят. Воин в гневе обнажил меч и убил Архимеда. Архимед сказал воину перед смертью: «Не трогай моих чертежей!». Архимед был погребен Марцеллом с большими почестями»» [1].

   «Архимед — основатель статики и гидростатики. Хотя его изложение носит геометрический характер и основано на постулатах, полученных из не описанных им опытов, ясно, однако, что у него имелись навыки в проведении точных экспериментов. Архимед сам описывает один из таких экспериментов — установленный им способ измерения кажущегося углового диаметра Солнца: "Итак, укрепив длинную линейку на вертикальной подставке, расположенной в месте, откуда виден восход Солнца, поставим на линейке вертикально небольшой точеный цилиндр. Когда Солнце близко к горизонту и на него можно смотреть, линейка поворачивается в сторону Солнца и глаз располагается на краю линейки. При этом цилиндр, находясь между Солнцем и глазом, закрывает все Солнце. Затем постепенно перемещают цилиндр от глаза, пока Солнце не начнет слегка показываться со всех сторон цилиндра; на этом месте цилиндр закрепляется".» [1].

     В трудах Архимеда, может быть, впервые наука использовалась для решения технических задач. Изготовленный Архимедом планетарий считался вершиной точной механики. В качестве трофея он был перенесен в Рим. 

   «Яркими представителями Александрийской школы были Ктесибий, Филон и Герон. Для александрийской механики характерен интерес к изучению и применению сжатого воздуха (пневматика). Работ представителей этой школы, посвященных непосредственно механике твердого тела, не так много. В книге "Механика" Филона, написанной приблизительно в 250 г. до н. э., дошедшей до нас в хорошем состоянии, несмотря на некоторые позднейшие изменения, внесенные в нее арабами, рассматриваются некоторые вопросы теории рычага. В книге "Механика" Герона, дошедшей до нас полностью лишь в арабском переводе, Герон подробно рассматривает простые механизмы (ворот, рычаг, блок, клин, винт), зубчатые передачи и другие более сложные механизмы. "Механика" Герона — своеобразная энциклопедия античной техники — написана в популярной форме, и ею могли пользоваться с практической целью механики и ремесленники.

   Что Герон был популяризатором, не вызывает сомнения, да он и сам не делает из этого тайны. Поэтому его труды  свидетельствуют не столько о  талантах автора, сколько о техническом  уровне, достигнутом греками эллинистического периода. Им были известны простые механизмы, зубчатые передачи, гидростатика, самые разнообразные применения сифонов, сжимаемость воздуха, движущая сила пара. Таким образом, греки уже владели и техническими знаниями, и научным пониманием, достаточными для того, чтобы создать индустриальные машины и предвосхитить XVIII век.

   А что же они вместо этого делали? Придумывали механические фокусы и  конструировали игрушки для развлечений  во время празднеств, изобретали приспособления, создающие "магические" эффекты  при религиозных богослужениях для усиления суеверия народных масс, изготовляли орудия и катапульты. Такую направленность науки и техники александрийской школы можно лишь частично объяснить такими объективными причинами, как отсутствие в одном и том же месте энергии и сырья (особенно железа и топлива).» [2].

   «В античном мире Наука возникает как обособленная сфера духовной культуры. Появляется особая группа людей, специализирующихся на получении новых знаний, знания становятся системными, теоретическими и рациональными. Наука направлена на решение благоустройства и комфорта жизни людей, а так же впервые в качестве заказчиков на проведение научных исследований выступают военные.» [3]. 
 
 
 
 
 

3. Становление астрономии:

геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея. 

   «Одним из самих высокообразованных людей своего времени был греческий ученый Клавдий Птоломей. Большую часть жизни Птоломей провел в Александрии, входившей к тому времени, как и вся Древняя греция, в состав Римской империи.

   Главным сочинением Птоломея стала «Математическая система» («Тринадцать книг математического построения»), дошедшая до нас в арабском переводе под названием «Альмагест». В этой книге обобщены и систематизированы все предыдущие знания античных астрономов, разработана математическая основа, описавшая видимое, кажущееся движения Луны, Солнца и пяти известных тогда планет – Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Теория строилась на оксиомах движения и теории пространства Платона и Аристотеля, согласно которым Земля шарообразна, неподвижна и находится в центре небесного свода (Мира), небосвод именует сферическую форму и вращается, как твердая сфера, вокруг Земли, совершая один оборот за сутки. Планеты, включая Луну, и Солнце, также вращаются впереди Земли по круговым орбитам с постоянной скоростью. Небесные сферы предполагались вращающимися жидкими телами. Небесная твердь, или небо «неподвижных звезд», находится за орбитами планет. Далее – «небо вод» (из него идет дождь), еще далее – «перводвигатель». На самом краю – «обиталище блаженных душ».

   Птолемей доказывает неподвижность Земли. В основу доказательства положен Арестотелев принцип движения: тело более тяжелое падает быстрее чем легкое. Отсюда, по Птолемею, следует, что вследствие своей огромной массы Земля опередила бы при движении все тела, находящиеся на ней, и сама «выпала бы из неба».

   Описанная система устройства мира не могла  объяснить, почему планеты на самом  деле движутся с переменной скоростью  и почему изменяется направления  их движения на противоположное, то есть существует «попятное движение». Основываясь на геоцентрической системе, Птолемей ввел искусную математическую модель движения планет. Он предположил, что по окружности вокруг земли, так называемому деференту, движется не сама планета, а центр другой окружности, которую Птолемей называл эпициклом, то есть центром эпицикла движется по дифференту. Идея объяснения петлеобразного движения планет композицией (наложением) двух круговых движений принадлежит Гиппарху (IIв. до н.э.). Птолемей поставил эту идею на математическую основу и усложнил саму конструкцию введением дополнительных окружностей, описывающих сложные движения планет. Таких окружностей приходилось вводить до сорока. Система Птолемея была весьма громоздка, но позволяла достаточно точно вычислять положения планет и признавалась наукой в течение более чем 13 веков.

   В «Альмагесте» Птолемей приводит каталог  более 1000 звезд, разделенных на класс  по видимому блеску и цвету. В числовых пропорциях, наблюдаемых в музыке и акустике, Птолемей (как до него Пифагор и Платон, а после него Кеплер) видел указание на существование универсальных математических структур, связывающих природу с музыкой.

   Кроме «Альмагеста», известно «Оптика» и  «Курс географии» Птолемея. В «Оптике» изложены теория зрения, теория зеркальных отражений, описаны явления преломления и эксперимент по определению зависимости угла преломления от угла падения. Для проведения этого эксперимента Птолемей разработал специальный прибор, состоящий из подвижных линеек, закрепленных на оси вращения в центре круга. Круг погружался в воду до диаметра, линейки визуально совмещались с падающими и преломленными лучами. На круге располагалась шкала в градусах, по которой определялись углы падения и преломления. Птолемею так и не удалось найти формулу, связывающую эти углы. С эффектом преломления Птолемей столкнулся, наблюдая звезды. Он впервые обнаружил и исследовал атмосферную рефракцию – искривление хода лучей при прохождении через атмосферу. Птолемей считал, что, изучив преломление, можно решить вопрос и о влиянии рефракции на астрономические наблюдения.

   В античной науке сформирована обоснованная концепция устройства мира (Арестотелево-Птоломеевская  система), продержавшаяся практическими  неизменной более 13 веков.» [1].  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Заключение

   Существенное  развитие науки в античном мире стало возможным благодаря изобретению писчего материала -  пергамента, формирование библиотек, крупнейшей из которых стала Александрийская, а так же возникла традиция научных школ. Как междисциплинарная наука формируется математика, используемая при решении как научных, так и прикладных задач.

   Развитие  античных государств сопровождалось совершенствованием техники. Промышленным способом производится железо, медь, серебро, золото. В римский  период разработана стеклодувная техника, производство стекла. Одной из наиболее развитых отраслей производства было строительное дело, стимулирующее в свою очередь развитие механики. В античных городах достигнут высокий уровень благоустройства и комфорта. Была налажена система водоснабжения, особенно совершенная в римских городах.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Список  литературы.

1. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. /Учебник для вузов/М. ПЕРСЕ.2002г.
2. Концепция современного естествознания уч. Пособие/под редакцией профессора Самыгина С.И./ Ростов н/Д. Феникс.2004г. 5-е издание.
3. Основы естественнонаучных знаний для юристов/Учебник для вузов по курсу «Концепция современного естествознания»/ под редакцией д.ю.н. профессор Россинской Е.Р./М. НОРМА-ИНФРА-М. 1999г.