הפיזיקה של אריסטו

הפיזיקה של אריסטו

אריסטו טען שהיסודות הקלאסיים שמהם מורכבת הארץ שונים מאלו המצויים בשמים או בחלל. הוא גם טען שדינמיקה נקבעת בעיקר על פי המאפיינים והטבע של החומרים שמהם מורכב הגוף הנע.

היסודות

אריסטו האמין כי קיימים ארבעה יסודות עיקריים או תרכובות מהם בנוי הארץ. אדמה, אוויר, מים ואש. הוא גם האמין שהשמים וכל חלקיק של חומר ביקום נוצר מיסוד חמישי שלו הוא קרא אתר שהיה חסר משקל כביכול, ושלא ניתן להשמידו. אתר היה ידוע גם בשם "קווינטאסנס" – מילולית "חומר חמישי".
היסודות הכבדים כדוגמת ברזל ומתכות אחרות נחשבו כמורכבים בעיקר מהיסוד אדמה, עם כמות מצומצמת של חומר מהיסודות האחרים. חפצים אחרים, כבדים פחות או דחוסים פחות נחשבים כמכילים פחות מיסוד האדמה, ומורכבים מתערובת גדולה יותר של יסודות אחרים.
בני האדם עוצבו עם כל החומרים, למעט אתר, אבל הכמות היחסית של כל יסוד הייתה ייחודית לכל אדם, ואין כמות תקנית מכל אחד בגוף האדם.

דינמיקה

אריסטו האמין שכל אחד מארבעת היסודות הארציים שואף לחפש את היסודות האחרים ולחבור עימם, ושחיפוש זה של יסודות דומים חייב להיבלם או להיעצר, שכן הדבר טבעי כמו ששני מגנטים דוחים האחד את השני, או כמו גשם היורד מהעננים. למשל, מכיוון שעשן הוא בעיקר אוויר הוא עולה על מנת לפגוש באוויר שבשמים. הוא גם טען שחפצים וחומר יכולים לנוע רק כל עוד צורה כלשהי של אנרגיה דוחפת אותם בכיוון מסוים. בשל כך, אם יסולקו כל הכוחות המופעלים על פני הארץ, כדוגמת השלכת אבנים, דבר לא יזוז. ברעיון זה יש פגמים שניתן היה להבחין בהם, אפילו כבר בתקופה שבה נוסחה התפיסה. רבים שאלו כיצד חפץ כגון חץ ממשיך לנוע קדימה גם אחרי שהכוח המקורי שהניע אותו, המיתר ששוחרר, נשאר מאחור. אריסטו העלה את ההשערה שחיצים מייצרים סוג של ריק מאחוריהם שמאלץ אותם לנוע קדימה, השערה שעלתה בקנה אחד עם ההסבר שלו לתנועה כפעולת גומלין בין החפץ הנע לתווך שבתוכו הוא נע. מכיוון שתנועת האוויר הסוערת מסביב לחץ הנע מסובכת מאוד, ועדיין איננה מובנת במלואה, כל אי התאמה בין ההשערה לתצפית טואטאה מתחת לשטיח.
מכיוון שאריסטו מיקם את התווך במרכז תאורית התנועה שלו, הוא לא היה מוכן לקבל את רעיון החלל הריק שהיה לב התורה האטומיסטית של דמוקריטוס. חלל הוא מקום ריק מחומר, ומכיוון שאריסטו עמד על דעתו שתנועה דורשת תווך, הוא הגיע למסקנה שרעיון החלל אינו מתקבל על הדעת. אריסטו האמין שיש יחס הפוך בין מהירות התנועה של גוף לבין צפיפות התווך בו הוא נע. ככל שהתווך קלוש יותר כך התנועה בו מהירה יותר. אריסטו הסיק מכך שאם גוף נע בריק, הוא ינוע במהירות אינסופית, ולכן ימלא מידית כל חלל ריק מיד ברגע שהריק נוצר.

כבידה

התאוריה של אריסטו לגבי כבידה גרסה שכל הגופים נעים לעבר מקומם הטבעי. לטענת אריסטו המקום הטבעי של גופים מסוימים הוא מרכז הארץ, ולכן הם נופלים כלפיו. לגופים אחרים, מקום טבעי זה הוא הספירות השמימיות, משום כך גזים, וקיטור לדוגמה, מתרחקים ממרכז הארץ כלפי השמים והירח. ההנחה הייתה כי מהירות תנועה זו היא יחסית למסה של הגוף.

ביקורת בימי הביניים

במהלך ימי הביניים היה הפילוסוף היווני יואנס פילופונוס (Ιωάννης ὁ Φιλόπονος‏ 570-490) הראשון שמתח ביקורת על תאורית הכבידה של אריסטו וניסה לתקנה. אחריו הגיע הפיזיקאי המוסלמי ג'עפר מוחמד אבן מוסה אבן שאכיר (أحمد بن موسى بن شاكر 873-803) מקבוצת בנו מוסה (بنو موسى, כינויים של שלושה פיזיקאים מוסלמים) שכתב את "התנועה האסטרלית" ו"כוח המשיכה", בהם גילה כי קיים כוח של משיכה בין גרמי השמים, ובכך קדם לחוק ניוטון על הכבידה האוניברסלית. 
גם איבן אל-היית'ם (1039-965) דן בתאוריה של משיכה בין מסות, ונראה כי היה ער לסדר הגודל של התאוצה בשל כבידה. הוא גילה כי גרמי השמים "פועלים על פי חוקי הפיזיקה". אבו ריהאן בירוני (ابوریحان محمد بن احمد بیرونی, 973-1048) היה הראשון שהבין שתאוצה קשורה לתנועה בלתי אחידה, חלק מהחוק השני של ניוטון. במהלך הוויכוח שניהל עם אבן סינא, מתח בירוני ביקורת על התורה האריסטוטלית על הכבידה משום שכפרה בקיומם של תופעות ציפה או כבידה בכיפת השמים ובשל הרעיון שהתנועה המעגלית היא תכונת יסוד של גרמי השמים.
ב-1121 הציע עבד אל-רחמן אל-חזיני (عبدالرحمن الخزيني, מת ב-1130) בספרו "ספר האיזון של החוכמה" כי כבידה והאנרגיה הפוטנציאלית של הכבידה של גוף משתנים בהתאם למרחק הגוף ממרכז הארץ. אבו אל-ברכאת היבת אללה אבן מלכא אל-בגדאדי (1165-1080) כתב מסה ביקורתית על הפיזיקה האריסטוטלית שכותרתה "אל-מוטאבר", שבה הוא שלל את הרעיון של אריסטו על פיו כוח קבוע יוצר תנועה אחידה, כיוון שקלט שכוח המופעל באופן רציף מייצר תאוצה, חוק יסודי של המכניקה הקלאסית שהקדים את החוק השני של ניוטון. כמו ניוטון, הוא תיאר תאוצה כקצב השינוי במהירות.
במאה ה-14 פיתח ז'אן בורידן את תורת האימפטוס המבוסס על תורת ה"מאייל" של אבן סינא והעבודה של יואנס פילופונוס כתחליף לתורת התנועה של אריסטו. תורת האימפטוס הייתה חלוצה בפיתוח המושגים התמדה ותנע של המכניקה הקלאסית.
במאה ה-16 דן אל-בירנג'נדי (מת 1528) באפשרות שכדור הארץ סובב סביב צירו. בניתוח שערך בשאלה מה עשוי להתרחש אם כדור הארץ מסתובב סביב צירו, הוא פיתח השערה דומה לרעיון של גלילאו גליליי של "התמדה מעגלית" שאותה תיאר בניסוי הבא:
אבן קטנה או גדולה תיפול לארץ לאורך הקו האנכי למישור של קו האופק, עובדה זו מוכחת בניסוי. ואנך זה רחוק מנקודת ההשקה של כדור הארץ והאופק המשוער. נקודה זו נעה עם תנועת כדור הארץ ולא יהיה הבדל במקום הנפילה של שני האבנים.