Валерий Савченко - Начала современного естествознания: концепции и принципы

Архимед (ок. 287–212 гг. до н. э.) широко известен как автор ряда необыкновенно глубоких и оригинальных работ по математике. Его работы состоят из расчетов площадей фигур, ограниченных кривыми, и объемов тел, ограниченных произвольными поверхностями, поэтому Архимеда можно по справедливости считать отцом интегрального исчисления, возникшего на 2000 лет позже. Говорят, будто важнейшим своим открытием Архимед считал доказательство, что объемы шара и описанного вокруг него цилиндра относятся между собой как 2:3. Архимед просил своих друзей поместить это доказательство на его могильной плите (спустя сто лет Цицерон нашел могилу Архимеда по шару, вписанному в цилиндр, изображенному на могильной плите). Архимед указал границы для числа р, указав, что оно меньше 3 и 1/7, но больше 3 и 10/71 и многое другое. Особо известны его закон плавучести тел, а также выражение: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Первый перевод трудов Архимеда был сделан в 1543 г. — в год выхода основополагающего труда Николая Коперника «Об обращении небесных сфер», совершившего революционный переворот в миропонимании.

Античный Рим возник как город Рим в 754/753 г. до н. э., но уже к середине III в. до н. э. Рим подчинил себе весь Апеннинский полуостров, а в дальнейшем превратился в могущественную средиземноморскую державу — Римскую империю, включающую в себя западную и юго-восточные части Европы, Малую Азию, побережье Северной Африки, Сирию, Палестину. В западных областях (границах) Римская империя закончила свое существование в 476 г. н. э., тогда как в восточных границах, как Византия, просуществовала еще около 1000 лет (о естествознании Византии см. раздел 1.7).

Характерная черта римской науки, основные достижения которой приходятся на первые века новой эры, — изложение научных вопросов в форме поэм (Лукреций, Вергилий, Авиен, Марк Аврелий) и многотомных энциклопедий (Варрон, Герон Александрийский, Гален, Витрувий, Цельс, Плиний Старший, Сенека, Страбон). В этом разделе будут освещены только наиболее значительные произведения римских ученых.

«О природе вещей» Лукреция Кара. Указанная поэма — единственное полностью сохранившееся незавершенное Лукрецием (96–55) произведение, излагающее материалистическое философское учение Эпикура о возникновении мира и его развитии. Кратко изложим представления о пространстве, времени, материи и движении атомов.

Пространство и материя — два единственных начала мироздания. Пространство однородно, в нем нет центра Вселенной (абсолютно современная точка зрения); последняя бесконечна и не имеет границ. Бесконечна и материя. Пустое пространство имеет определенное место, если оно окружено материей, но и материя занимает определенное место, если оно ограничено пустотой — пустота и материя (заполненное пространство) сменяют друг друга. Время не является самостоятельным началом сущего, оно не существует отдельно от пространства и материи (почти эйнштейновское воззрение на пространство, время, материю):

Также и времени нет самого по себе, но предметы Сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось, Что происходит теперь и что вопоследует позже. И неизбежно признать, что никем ощущаться не может Время само по себе, вне движения тел и покоя… Материя наделена свойством дискретности, ее атомы не только различаются по форме и положению, как у Демокрита, но и весом, который (и в этом причина) заставляет их падать в мировом пространстве, но не по строго параллельным направлениям, а, согласно Эпикуру, испытывая спонтанные (неупорядоченные) отклонения в движении. О существовании спонтанных отклонений Лукреций судит по наблюдаемой картине беспорядочного движения пылинок в солнечном луче, а затем объясняет движение пылинок ударами менее крупных тел, последние движутся под влиянием еще меньших тел, и такая иерархия продолжается вплоть до атомов (точная современная, по Эйнштейну, точка зрения на объяснение явления броуновского движения). Идея спонтанного отклонения была введена, чтобы избежать абсолютного фатализма («лучше следовать мифу о богах, чем быть рабом физиком», как выразился Эпикур), абсолютизации каких-либо научных положений, которые возникали в разные исторические эпохи, пока не привели окончательно к понятиям относительности.

Представляет также глубокий интерес высказанная Эпикуром и изложенная Лукрецием идея об изотахии (одинаковой скорости элементарных движений) и связанный с ней вывод о дискретности пространства — времени, также идея о том, что «…атом будет иметь движение с быстротой мысли…» и др., как получившие, так и не получившие разрешение пока и в современной физике.

Система мира Птолемея. Важнейшим событием в космологии и естествознании в эпоху Древнего Рима было создание во II в. н. э. системы мира александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (около 90-168 гг.). Эта система была изложена им в 13-томном труде, который назывался либо «Математическая система», либо «Великое построение», но дошедшем до европейцев в переводе с арабского под названием «Альмагест».

Система мира Птолемея превосходно объясняла известные в то время неправильности в движениях Солнца, Луны и планет, оставаясь только математической схемой, описывающей видимые движения небесных тел, светил и позволяющей определять их положения на небе в будущие моменты. Затруднений в объяснении неравномерностей в движениях Солнца и Луны было много, хотя часть их объяснил Гиппарх (кстати, он же с большой точностью определил продолжительность тропического года, расстояние от Земли до "Луны в 59–60 земных радиусов, размеры Луны, указал, что центр Земли не вполне совпадает с центром орбиты Солнца, так что расстояние между ними не всегда одинаково). Движение же планет оказалось настолько сложным, что это оказалось недоступным в теоретических изысканиях Гиппарха. Но во время жизни Птолемея наблюдательных данных уже было достаточно, чтобы исправить теорию движения Солнца и Луны. Приступая к грандиозной проблеме, Птолемей не отказался от сложившихся античных физических представлений о строении Вселенной. В частности, не отказался он от центрального положения Земли, хотя, как уже указывалось ранее, Пифагор в VI в., а Аристарх Самосский в Ш в до н. э. выдвинули и обосновывали идею о центральном положении Солнца во Вселенной.

Гипотеза о движении Земли вокруг Солнца напрямую связана с гипотезой об относительности движения. Вот Аристарх это представление имел, утверждая, что Земля движется вокруг Солнца, в то время как непосредственное восприятие свидетельствует о движении Солнца вокруг Земли. Понимали это и поэты. Так, великий римский поэт Вергилий (I в. до н. э.) вложил в уста одного из своих героев в поэме «Энеида» знаменательную фразу (которую впоследствии цитировал Коперник): «В море из порта идем, и отходят и земли и грады». То есть мысль об относительности движения висела в воздухе.