Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

Арабы начали культивировать и экспериментальную науку. Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни (Бируни) производил точные определения плотностей металлов и других веществ с помощью изготовленного им «конического прибора». «Конический прибор» Бируни представлял собой сосуд, суживающийся кверху и оканчивающийся Цилиндрической шейкой. Посредине шейки было проделано небольшое круглое отверстие, к которому была припаяна изогнутая трубка соответствующего размера. В сосуд наливали воду. Куски металла, плотность которого определялась, опускали в сосуд, из которого через изогнутую трубку выливалась вода в объеме, равном объему исследуемого металла. Шейка была достаточно узкой («шириной с мизинец»), чтобы «подъем воды был заметен и при опускании того, что по объему равно зерну проса». Сама же трубка после ряда опытов была заменена желобком, чтобы вода по нему стекала без задержки. По измерениям Бируни плотность золота, переведенная на современные единицы измерения, равна 19,5, ртути -13,56.

При сравнении с современными данными результаты Бируни оказываются весьма точными. К сожалению, они стали известны в Европе очень поздно. Русский консул в Америке Н.Ханыков в 1857 г. нашел рукопись аль-Хазини под названием «Книга о весах мудрости» В этой книге приведены извлечения из книги Бируни «Об отношениях между металлами и драгоценными камнями в объеме», содержащие описание прибора Бируни и полученные им результаты.

Сам аль-Хазини продолжал исследования, начатые Бируни, с помощью специально сконструированных им весов, которые он назвал «весами мудрости».

Замечательны практические указания, приведенные Бируни о воде, применяемой при определениях плотности. Он указывает на необходимость пользоваться водой из одного и того же источника, в одних и тех же условиях «в связи с воздействием на ее свойства четырех времен года и зависимостью ее от состояния воздуха». Таким образом, Бируни знал, что плотность воды зависит от содержания в ней примесей и от температуры.

Бируни производил также точные астрономические и географические измерения. Он определил угол наклона эклиптики к экватору и установил его вековые изменения. Для 1020 г. его измерения дали значение 23°34'0" Современные вычисления дают для 1020 г. значение 23°34'45". Во время путешествия в Индию Бируни разработал метод определения радиуса Земли По его измерениям, радиус Земли оказался равным 1081,66 фарсаха, т. е. около 6490 км.

Бируни наблюдал и описал изменение цвета Луны при лунных затмениях, явление солнечной короны при полных затмениях Солнца. Он высказал мысль о движении Земли вокруг Солнца и считал геоцентрическую теорию весьма уязвимой. Им было написано обширное сочинение об Индии и переведены на санскритский язык «Начала» Евклида и «Альмагест» Птолемея.

Приведем краткие биографические сведения об этом выдающемся ученом средневекового Востока. Бируни родился 4 сентября 973 г. в главном городе Хорезма Кяте и вырос в среде ремесленников, к которой, возможно, принадлежали и его родители. Тяга к знаниям у него появилась весьма рано, и он уже в юности был тесно связан с научными кругами древнего Хорезма. По его собственному свидетельству, в возрасте 21—22 лет он «производил астрономические измерения при помощи круга, имевшего в диаметре 15 локтей, и других необходимых для этого инструментов». В это время в Хорезме произошел государственный переворот, плохо отразившийся на судьбе Бируни, который вынужден был уехать из Хорезма, проведя на чужбине около десяти лет. По возвращении Бируни становится одним из государственных деятелей Хорезма. Вероятно, в эти годы он проводил измерения плотностей металлов и драгоценных камней. Тогда же он начинает обширную переписку со знаменитым ученым древнего Хорезма Ибн Синой (Авиценной, 980—1037), с которым он обсуждает ряд естественнонаучных вопросов и физику Аристотеля. Бируни резко критикует многие утверждения Аристотеля, тогда как Ибн Сина выступает в роли защитника Аристотеля.

В 1017 г. властитель Хорасана и Афганистана Махмуд завоевал Хорезм, и Бируни вместе с другими пленными был отправлен в Газни, где прожил 13 лет. Несмотря на тяжелые условия, Бируни продолжал научную работу, написав ряд трудов по географии и астрономии, в том числе и знаменитую «Индию».

К моменту окончания «Индии» положение Бируни изменилось. На прес тол взошел сын Махмуда Масуд. Он благосклонно относился к Бируни и покровительствовал ему. Ученый по святил Масуду большое сочинение по астрономии и сферической триго нометрии, известное под название «Канон Масуда». Им были написаны также «Минералогия», «Книга о лечебных веществах». Умер Бируни 13 декабря 1048 г. (по другим сведе ниям, в 1050 или 1051 г.). По словам известного советского востоковед И.Ю.Крачковского, Бируни был энциклопедистом, охватившим весь круг современных ему наук, в первую очередь математико-физических и почти в такой же мере естественноисторических.

Крупным физиком был современник Бируни египтянин Ибн аль-Хайсам (965—1039), известный в Европе под именем Алхазена. Его основные исследования относятся к оптике. Алхазен развивает научное наследие древних, производя собственные эксперименты и конструируя для них приборы. Он разработал теорию зрения, описал анатомическое строение глаза и высказал предположение, что приемником изображения является хрусталик. Точка зрения Алхазена господствовала до XVII в., когда было выяснено, что изображение появляется на сетчатке.

Отметим, что Алхазен был первым ученым, знавшим действие камер-обскуры, которую он использовал как астрономический прибор для получения изображения Солнца и Луны. Алхазен рассматривал действие, плоских, сферических, цилиндрических и конических зеркал. Он поставил задачу определения положения отражающей точки цилиндрического зеркала по данным положениям источника света и глаза Математически задача Алхазена формулируется так: по данным двум внешним точкам и окружности, расположенным в одной плоскости определить такую точку окружности, чтобы прямые, соединяющие ее с заданными точками, образовывали равные углы с радиусом, проведенным к искомой точке.

Задача сводится к уравнению четвертой степени. Алхазен решил ее геометрически. В дальнейшем задачу Алхазена решали такие крупные ученые XVII в., как Гюйгенс и учитель Ньютона Барроу.

Алхазен занимался исследованием преломления света. Он разработал метод измерения углов преломления и показал экспериментально, что угол преломления не пропорционален углу падения. Хотя Алхазен не нашел точной формулировки закона преломления, он существенно дополнил результаты Птолемея, показав, что падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча. Алхазену было известно увеличивающее действие плоско-выпуклой линзы, понятие угла зрения, его зависимость от расстояния до предмета. По продолжительности сумерек он определил высоту атмосферы, считая ее однородной.