Возникновение науки. Первые научные программы

Идеи сначала Платона, а потом Аристотеля на некоторое время отвлекают внимание мудрецов от представлений Левкиппа-Демокрита. Но в после аристотелевский период их атомистика оживает в трудах Эпикура (3 в. до н.э.). К этому времени уже достаточно далеко зашел кризис рабовладельческого государства, распадается империя Александра Македонского, в философии центр интересов переходит с натурфилософских представлений на этические проблемы. Уроженец острова Самос, Эпикур основал в Афинах школу в своем саду, где и излагал свои философские мысли. Его философская система получила широкую известность прежде всего за счет утверждения, что целью жизни должно быть отсутствие страданий. А чтобы не было страданий жизнь должна быть основана на разуме и справедливости, при этом будет уничтожен страх смерти, а значит и связанные с этим страхом религиозные представления. Эпикур заявляет, что смерть не имеет к нам никакого отношения, так как когда мы существуем, смерть еще не существует, а когда смерть присутствует, тогда мы не существуем. Эпикур развивает атомистические идеи Демокрита, наделяя атомы новыми важными характеристиками. Сохранились лишь обрывки его работ, посвященных атомизму, поэтому историки обычно для описания его научных представлений используют сохранившиеся предания и легенды. Во времена Эпикура общественная жизнь складывалась таким образом, что многие противопоставляли стихии войн и междоусобиц свободомыслие и спокойное изучение природы. Среди римских последователей и хранителей идей Эпикура - великий поэт и мыслитель Лукреций Кар (1 в. до н.э.). Практически в полном объеме сохранилось главное сочинение Лукреция - поэма "О природе вещей". Интересно, что об этой поэме в Европе ничего не знали в течение многих веков. Ее первое издание состоялось лишь в 1473 году.

Поэма состоит из шести книг и представляет собой рассказ автора некоему собеседнику. Одна из заслуг Лукреция состоит в том, что он ввел в философский оборот слово "материя". Лукреций - оригинальный толкователь атомистического материализма Эпикура. Как и Эпикур, он стремился создать философию, которая дала бы человеку трудно достижимую невозмутимость и безмятежность существования. Поэтому, как и Эпикур, Лукреций был сторонником атомистического материализма, признавая, что все в мире состоит из атомов. Атомы - это первоначала. Ничто не родится из ничего, все вещи возникают из атомов, которые вечны. Все миры возникают из движения потока бесчисленных, невидимых и неосязаемых атомов. Причина движения атомов и всего мироздания - естественная необходимость. Помимо того, что из атомов состоят тела, из них же состоят и души. В отличие от атомов, образующих тело, атомы души более мелкие, круглые, гладкие и подвижные. Сцепление атомов существует лишь до того, пока существует связь атомов тела. Со смертью человека разлетаются, рассеиваются также и атомы души. Популяризируя Эпикура, Лукреций утверждает существования множественности миров, а также то, что боги неспособны влиять на человеческую жизнь. Лукреций не отрицает полностью существования богов, но отводит им пустые промежутки между мирами, где боги ведут блаженное существование. Они не могут ни помогать, ни вредить, ни угрожать, ни манить людей обещаниями своего покровительства, ибо природа возникла не в результате творения богов и управляется не ими, а необходимостью.

Таким образом, можно говорить, что в поэме Лукреция представлена наиболее полная картина мира древних атомистов. Остановимся еще раз на представлениях древнего атомизма о пространстве, времени, материи и движении.

Пустое пространство и материя - два единственных начала мироздания. Вселенная бесконечна, пространство однородно. Лукреций развивает интересную мысль о взаимной связи бесконечности пространства и бесконечности материи. Это позволяет ему утверждать, что возможность выделения материи определяется тем, что эта материя окружена пустотой. «… Дальше природа блюдет, чтоб вещей совокупность предела

Ставить себе не могла: пустоту она делает гранью

Телу, а тело она ограждать пустоту принуждает,

Чередованьем таким заставляя быть все бесконечным…»

Время не является самостоятельным началом и не существует независимо от пространства. Самостоятельное существование пространства и не самостоятельность существования времени - важная и наиболее характерная черт механической картины мира, окончательно сложившейся лишь к 18 веку. Движение тел создает течение времени, одно мгновение отличается от другого иным пространственным расположением атомов.

«… Также и времени нет самого по себе, но предметы

Сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось,

Что происходит теперь и что воспоследствует позже.

И неизбежно признать, что никем ощущаться не может

Время само по себе, не движения тел и покоя».

Учение о материи, развертывающееся на страницах поэмы Лукреция содержит ряд весомых аргументов в защиту дискретности вещества. Основной аргумент - конечное число сочетаний атомов. Если бы материя была бесконечно дробима, то в каждом рассматриваемом теле бесконечное число его бесконечных элементов могло бы образовывать бесконечное число их сочетаний. Тогда природа не смогла бы возвращаться к одним и тем же сочетаниям. Но природа все время возвращается к тем же формам, поэтому приходится признать существование некоторых далее неделимых элементов - атомов.

Атомы Эпикура и Лукреция, в отличие от атомов Демокрита, обладают не только формой и положением, но и весом. Именно вес заставляет атомы падать в мировом пространстве. Таким образом, движение атомов определяет макроскопическая закономерность. Если бы все атомы с абсолютной точностью подчинялись этой закономерности, то есть падали вниз по строго параллельным траекториям, они не обладали бы микроскопическим бытием. Эпикур и Лукреций присваивают атомам беспорядочность движения.

«… Я бы желал, чтобы ты был осведомлен здесь точно так же

Что, уносясь в пустоте, в направлении книзу отвесном,

Собственным весом тела изначальные в некое время

В месте неведомом нам начинают слегка отклоняться,

Так что едва и назвать отклонением это возможно.

Если же, как капли дождя, они вниз продолжали бы падать

Не отклоняясь ничуть на пути в пустоте необъятной,

То никаких бы ни встреч, ни толчков у начал не рождалось,

И ничего никогда породить не могла бы природа…»

Лукреций рисует картинку беспорядочного движения пылинок в солнечном луче, пронизывающем темную комнату и затем объясняет такое движение ударами менее крупных тел (прообраз броуновского движения):

«…Первоначала вещей сначала движутся сами,

Следом за ними тела из малейшего их сочетанья,

Близкие, как бы сказать, по силам к началам первичным,

Скрыто от них получая толчки, начинают стремиться

Сами к движенью, затем понуждая тела покрупнее.

Так, исходя из начал, движение мал-помалу

Наших касается чувств и становится видимым также

Нам и в пылинках оно, что движутся в солнечном свете

Хоть незаметны толчки, от которых оно происходит…»

В атомистике Лукреция и Демокрит также не было представления о спонтанных отклонениях движений атомов от прямых линий. Отметим, что современная наука именно спонтанные нарушения считает основой специфических особенностей элементарных частиц.

Большой интерес представляет высказанная Эпикуром идея «исотахии» - одинаковой скорости элементарных движений. Атомы движутся, когда им ничего не мешает, с одинаковой и очень большой скоростью. Эпикур приравнивает эту скорость к быстроте мысли. Он утверждает, что и после столкновений атомов их скорость не слишком уменьшается. Когда мы рассматриваем движение тела, то отдельных движений не воспринимаем, а наблюдаем лишь совокупный результат. Если теперь попытаться уменьшить интервал времени, в течение которого мы наблюдаем движение, и перейти за пределы непосредственного ощущения, то мы и будем иметь пред собой отдельные элементарные движения атомов, воспринимаемые только мыслью. Такие элементарные движения были названы «кинемами». Эпикур идет и дальше. Он задается вопросом: как же могут получаться движения с разной скоростью из «исотахических» кинем? Это из современной теории мы знаем, что макроскопическое положение и смещение тела определяется пространственным распределением его частиц. Конечно, такой вывод Эпикур сделать не мог. Однако он первым разграничивает микроскопический мир дискретных «исотахических» кинем и макроскопический мир непрерывных движений. Вслед за Эпикуром Лукреций также различает микроскопическую скорость движения атомов и макроскопическую скорость больших скоплений, в которых отдельные движения вообще несущественны. Он описывает в своей поэме перемещения стада овец и легионов.

«…Часто по склону холма густорунные овцы пасутся,

Медленно идя туда, куда их на пастбище тучном

Свежая манит трава, сверкая алмазной росою;

Сытые прыгают там и резвятся, бодаясь, ягнята,

Все это издали нам представляется слившимся вместе….

Также, когда, побежав, легионы могучие быстро

Всюду по полю снуют, представляя примерную битву….

Но на высоких горах непременно есть место, откуда

Кажется это пятном, неподвижно сверкающим в поле…»

Историков часто интересует вопрос: существовал в античной механике хотя бы намек на немеханическую природу кинем? Существовало ли у них хотя бы самое завуалированное представление о перемещении атома как о его регенерации, т.е. исчезновении в одной пространственной клетке и возникновении в другой. Многие исследователи сходятся во мнении, что подобное сомнение впервые возникло как раз у Эпикура и Лукреция. Комментатор Аристотеля Александр Афродиссийский пишет : «Утверждая, что и величина, и движение, и время состоят из неделимых частиц, они утверждают также, что движущееся тело движется на всем протяжении величины, состоящей из неделимых частей, а на каждом из входящих в нее неделимых частей движенья нет, а есть только результат движения». Это значит, что атом, занимающий элементарную ячейку пространства, не движется в соседнюю ячейку, а исчезает в первой и появляется во второй в течение элементарной длительности. Результат совпадает с результатом движения из ячейки в ячейку со скоростью, равной частному от деления элементарного расстояния на элементарную длительность.

В одном из писем Эпикура высказывается представление о макроскопическом слиянии отдельных дискретных изображений в непрерывно движущийся образ. У Лукреция есть аналогичное представление, которое напоминает схему движения, возникающего на экране при быстрой смене кадров. Речь идет о возможном механизме зрения: непрерывно движущийся образ формируется в результате сливающихся дискретных впечатлений об исчезающих и появляющихся образах.

«… Лишь первый исчез, как сейчас же в ином положеньи

Новый родится за ним, а нам кажется - двинулся первый».

Ну а вопрос о механизме превращения дискретных элементарных движений в непрерывные движения - вопрос современной науки.

Основные положения атомистической программы воспроизводятся во многих современных книгах по философии и истории науки в виде принципов Демокрита. Вот эти принципы:

1. Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть разрушено. Все изменения происходят благодаря соединению и разложению частей.

2. Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью.

3. Не существует ничего, кроме атомов и пустого пространства все другое только воззрение.

4. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме. В вечном падении через бесконечное пространство большие, которые падают скорее, ударяются о меньшие, возникающие из этого боковые движения и вихри служат началом образования мира. Бесчисленные миры образуются и снова исчезают: одни рядом с другими, и одни после других.

5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке, качественного различия между атомами не существует. В атоме нет никаких внутренних состояний, они действуют друг на друга только путем давления и удара.

6. Душа состоит из тонких, гладких и круглых атомов, подобных атомам огня. Эти атомы наиболее подвижны, и движения их, проникающие в тело, производят все жизненные явления.

Физические идеи средневековья и Ренессанса

В первые века нашей эры обостряются противоречия, свойственные рабовладельческому строю. Римское государство в 5 веке распадается, а на смену рабовладельческому строю приходит феодальный уклад. С этого времени господствующей религией становится христианство. В результате, древняя культура практически гибнет. Запрещается чтение книг, занятие математикой и философией, знания о природе в целом ряде вопросов возвращается к догреческим представлениям (землю считали плоской, покрытой хрустальным небосводом в несколько этажей).

Однако на Востоке, в Китае и Индии, переход к феодализму происходил раньше, чем в Западной Европе. Это, естественно сказалось и на развитии науки.

Арабские и среднеазиатские ученые внесли существенный вклад в астрономию, развили механику, разработав теорию движущей силы, основали новую математику. Целая плеяда великих умов творила в средние века в Индии и Китае. Это и Аль-Хорезми (8 - 9 в.в.) - родоначальник алгебры, и Аль-Бируни (9 - 10 в.в.) - провел точные географические и астрономические измерения (угол наклона эклиптики к экватору , радиус Земли - 6490 км). Он рассмотрел гипотезу о движении Земли вокруг Солнца; он утверждал одинаковую огненную природу Солнца и звёзд, в отличие от тёмных тел -- планет, подвижность звёзд и огромные их размеры по сравнению с Землёй, идею тяготения. Аль-Бируни создал первую модель Земли (глобус), смог с помощью математических расчетов доказать, что Земля круглая и на другой части земли есть материк (Америка) и там живут люди (позднее его труды по астрономии использовал Галилео Галилей, как основу и смог полностью доказать форму Земли-шар). Аль-Бируни проводил наблюдения на построенном стенном квадранте радиусом 7,5 м, выполняя их с точностью до 2?. Он описал изменение окраски Луны при лунных затмениях и солнечную корону при солнечных затмениях. Как исследователь, Аль-Бируни подчеркивал необходимость тщательной проверки знания опытом, противопоставляя экспериментальное знание умозрительному. С этих позиций он критиковал аристотелевскую концепцию «естественного места» и аргументацию против существования пустоты. Помимо своего родного хорезмийского языка, Аль-Бируни владел арабским, персидским, греческим, латинским, турецким, сирийским языками, а также ивритом, санскритом и хинди. Эти знания способствовали выработке им принципов перевода естественнонаучной терминологии с одного языка на другой.

Это и знаменитый астроном Улугбек (14 - 15 в. в.). Астрономия была основным интересом Улугбека в науке. В 1428 году было завершено строительство обсерватории Улугбека, главным инструментом которой был стенной квадрантт с радиусом 40 метров и с рабочей частью от 20° до 80°, которому не было равных в мире. Сотрудниками Улугбека были такие выдающиеся астрономы, как Кази-заде ар-Руми, ал-Каши, ал-Кушчи. В обсерватории Улугбека к 1437 году был составлен Гурганский зидж -- каталог звёздного неба, в котором были описаны 1018 звёзд. Там же была определена длина звёздного года: 365 дней 6 часов 10? 8? (с погрешностью +58?).

К этому времени в Европе возникают и вырастают города, расширяются культурные связи между государствами. Появляются первые университеты: в 12 в. - в Болонье, в 13 в. - в Париже, затем в других европейских государствах. В этих университетах обучались, в основном, на 4-х факультетах: богословском, юридическом, медицинском, подготовительном, где изучали семь основных искусств: риторику, грамматику, арифметику, диалектику, геометрию, астрономию, музыку.

Преподавание в этих университетах было пронизано схоластикой - религиозно-философским учением, основой которого стала физика и философия Аристотеля. Широкое распространение в средние века получили алхимия и астрология. Надо заметить, что они накопили значительный экспериментальный материал, однако все эти добытые знания тонули в болоте мистики.

Однако, в период господства схоластики происходят и прогрессивные изменения, которые и вызвали научную революцию: в 12 веке из Китая в Европу приходит компас; 13 век - развитие стекольного производства, очки; 11-12 в.в. - бумага и первый печатный станок; 14 век - развитие огнестрельной артиллерии. Постепенно начинает восстанавливаться процесс развития естествознания, начатый в древности.

В области механики следует отметить работы, относящиеся к кинематике. В 14 веке ученые начинают задумываться над законами равноускоренного движения (течение «номиналистов»). Они вводят понятие средней скорости, оперируют понятиями мгновенной скорости и ускорения. Конечно, определения этих понятий еще далеки от истины. Например, мгновенная скорость определена как скорость, с которой стало бы двигаться тело, если бы с этого момента его движение было равномерным. Но они уже догадываются, что путь, пройденный телом при равноускоренном движении без начальной скорости за известный промежуток времени равен пути, который пройдет это же тело за то же время с постоянной скоростью, равной средней скорости равноускоренного движения. Получила дальнейшее развитие теория «движущей силы» («импетус»). Эта теория является перекидным мостиком от динамики Аристотеля к динамике Галилея. В ней получает дальнейшее развитие процесс раздвоения понятия силы, начавшийся еще в древности: с одной стороны, как чего-то внешнего по отношению к движущемуся телу (то, что впоследствии Ньютон и стал называть силой); с другой стороны, как чего-то находящегося в самом движущемся теле (что Декарт позднее назовет количеством движения).

Средневековье явилось переходом от аристотелевской концепции мира к первым наброскам механической картины мира. Его нельзя считать простым возрождением античных представлений, хотя 14-16 века и считают эпохой Возрождения. Наука этой эпохи по-новому переосмыслила и соединила идеи античных программ, и в этом смысле она является новой. Ее новые черты не сводились к наблюдениям, обобщениям и методам описания, которых не было до 14 века. Необходимо отметить, что изменилась сама роль науки в обществе, изменилось отношение к науке, вообще стиль мышления людей.

Исторически эпоху Возрождения условно делят на два периода: кватроченто - 15 в. и квинквеченто - 16 в.. Но, поскольку провозвестниками Возрождения стали великие итальянские художники, писатели и мыслители, проявившие интерес к античному наследию, то к Возрождению относят также и 14 век - треченто. Именно в эпоху Ренессанса (14-16 в.в.) были созданы предпосылки мощного технического и интеллектуального подъема, который не только возродил античное наследство, но и создал принципиально новую культуру и науку.

Сочетание художественных, инженерно-технических и естественно-научных интересов стало отличительной чертой исследований многих представителей Ренессанса. Среди них - величайший гений кватроченто - Леонардо да Винчи (1452-1519г.г.)

Исходное понятие научного мировоззрения Леонардо да Винчи - понятие причины, так как все происходящее в мире однозначно определяется причиной. «…Постигни причину и тебе не нужен опыт» - утверждает ученый. Но, с другой стороны, постигнуть причину можно только экспериментальным путем, и Леонардо пытается наметить основные принципы экспериментального метода исследований.

Научные исследования Леонардо да Винчи касались множества вопросов, стоявших перед наукой того времени и были тесно связаны с решением тех или иных технических проблем. Ему принадлежат многие изобретения: ламповое стекло, парашют, паровая пушка. От Леонардо осталось большое количество заметок и проектов. Состоя на службе у миланского герцога, Леонардо да Винчи сооружал крепости, осушал болота в долине реки По, снабжал столицу водой и руководил постройкой зданий в Милане. В строительных работах он пользовался различными машинами, которые нередко изобретал и строил сам. Эти занятия регулярно наталкивали Леонардо на проблемы механики. На страницах его записной книжки не раз появляется чертеж двусторонней наклонной плоскости с двумя грузами, связанными веревкой, переброшенной через блок. Рассматривая различные случаи равновесия грузов, Леонардо приблизился к понятию момента силы. По его мнению, сила вообще рождается двояким способом: «… во-первых, при внезапном увеличении редкого тела в плотном, во-вторых, сила создается в телах скрученных и согнутых вопреки их естественному состоянию…». Наблюдательность и острота физического мышления позволили ученому сделать интересные наблюдения и сформулировать ряд положений и задач. Например, он фиксирует важное свойство звуковых и водяных волн распространяться, не мешая друг другу (принцип суперпозиции).

Для науки Леонардо характерно распространение законов, управляющих надлунным миром на подлунный мир, что важно для преодоления аристотелевского разграничения относительных движений идеальных тел в надлунном мире и абсолютных движений в подлунном мире. Леонардо да Винчи рассуждает об однородности Вселенной и отсутствии в ней центра, об относительности и взаимности движений всех тел Вселенной. «… Земля не в центре солнечного круга и не в центре мира, а в центре стихий своих и близких и с нею соединенных, и кто стал бы на Луне, когда она вместе с Солнцем под нами, тому эта наша Земля со стихией воды представлялась бы играющей роль ту же, что Луна по отношению к нам…».

Литература

1. В.С.Барашенков. Существуют ли границы науки. М., 2012.

2. Е.Д.Бляхер, Л.М.Волынская. “Картина мира” и механизмы познания. Душанбе, 1976.

3. Б. Г. Кузнецов. Пути физической мысли. М., Наука, 2008

4. Л.В.Окунь. Физика элементарных частиц. М., Наука, 2004.

5. М.Планк. Единство физической картины мира. М., 2006.

6. А.Пуанкаре. О науке. М., 2003.

7. Б.И.Спасский. История физики. Т.1,2. М., 1964.

8. Р.Я.Штейнман. Философские проблемы современного естествознания. М., 2012.

9. Философский словарь Владимира Соловьёва. Ростов н/Д, Феникс, 2007.

10. Интернет-ресурсы.

Размещено на Allbest.ru