Физическая Наука: исторический обзор от истоков до нового времени часть II

в любом учебнике физики. Поразительна также большая точность измерения, особенно при некоторых углах падения (40°, 50°, 60°). Большинство историков считает, однако, основываясь главным образом на подозрительной регулярности вторых разностей полученных значений, что Птолемей несколько изменил экспериментальные результаты, чтобы они соответствовали ожидаемому им закону преломления, не совпадающему с известным нам законом. Открытие этого закона, относится лишь к XVII веку. Последователи Птолемея считали отношение угла падения к углу преломления величиной постоянной, тогда как сам Птолемей отмечал зависимость этого отношения от угла падения.

Весьма ценным вкладом Птолемея в оптику было также тщательное исследование астрономической рефракции: он установил, что в результате ее кажущееся положение звезд выше истинного (посему на горизонте бывают видны звезды, которые еще не взошли или, наоборот, которые уже зашли).

Список использованной литературы:

1. Веселовский И.Н. Архимед.- М., 1957.

2. Глебкин В.В. Наука в контексте культуры. - М., 1994.

Григорьян А.Т. Механика от античности до наших дней.- М., 1974.

4. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с древнейших времен до конца ХУ111 в.).- М., 1974.

5. Зверкина Г.А. О трактате Герона Александрийского "О диоптре". - Историко-математические ия, 6(41), 2001.

6. Льоцци М. История физики. - М., 1970.

8. Ришард Собесяк. Шеренга великих физиков. - М., 1973.

9. Семушкин А.В. Эмпедокл. - М., 1985.

10. Советский энциклопедический словарь. - М., 1980.

11. Спасский Б.И. История физики.- М., 1977.

© В.Г. Кушнер, 2015

УДК: 53

В.Г. Кушнер

к.и.н., доцент кафедры истории Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики

г. Москва, Российская Федерация

ФИЗИЧЕСКАЯ НАУКА: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОТ ИСТОКОВ ДО НОВОГО ВРЕМЕНИ

ЧАСТЬ II

Аннотация

В данной статье предпринят обзорный научный экскурс в историю физики от её зарождения до конца средневековья, когда она организационно развивалась в рамках философии. Авторы выделили этапы этого процесса и на основе анализа конкретных достижений исторических персоналий приходят к выводу, как произошла трансформация физики от мифологических представлений до утверждения незыблемости научного эксперимента.

Ключевые слова

Физика, природа, философия, религия, мифология, астрономия, модели мироустройства, элементы

физики, эксперимент.

В средневековый период на развитие физики большое влияние оказали арабы [4, с. 148]. После первоначального периода презрительного недоверия к греческой культуре (им приписывают сожжение Александрийской библиотеки в 640 г.) примерно с 750 г. наступил период увлечения ею. На первом этапе ассимиляции, продолжавшемся немногим более столетия, труды греческих ученых были переведены на арабский с греческого и сирийского языков. В это же время в новых столицах — Дамаске и Багдаде — были основаны школы, но образцу александрийской. После этого началось самостоятельное развитие арабской науки, интересы которой в первую очередь были направлены в область теологических проблем, а затем уже

в область естественнонаучных. Греческое происхождение науки естественным образом толкало арабских физиков к исследованию проблем механики и оптики. Однако, действительно серьезного прогресса они достигли лишь в оптике. В общей механике арабы следовали Аристотелю и не внесли в нее особых новшеств. Вместе с тем следует отметить, что в Xв. они обогатили своим участием гидростатику. Так, астроном Аль-Наиризи (по латыни - Анариций, умер в 922г.) написал трактат об атмосферных явлениях. Его современник Аль-Рази (умер в 923 г.), из Багдада ввел в употребление гидростатические весы для определения удельного веса, что особенно интересовало арабских физиков и привело к введению «рейтера» в точных весах.

Широко известный математик и астроном Аль-Бируни (973-1048гг.) определил с замечательной точностью удельные веса 18 драгоценных камней и металлов. К тому же он объяснил действие артезианских колодцев, связав их действие с принципом сообщающихся сосудов (на Западе тогда артезианские колодцы еще не были известны, так как они появились там лишь в 1126г).

Аль-Хазини (между 1115 и 1121гг.) написал замечательный трактат - по сути «курс» средневековой физики, - в который вошли таблицы удельных весов твердых и жидких тел, описания опытов по взвешиванию воздуха, наблюдения явления капиллярности, описание применения ареометра для измерения плотности жидкости [1, с. 150].

Еще до Аль-Хазини в арабском мире начался упадок физики, столь же быстрый, как и ее взлет. Но контакты с арабами и расцвет экономической деятельности к тому времени привели к интеллектуальному пробуждению в Испании, Лотарингии, Франции, Шотландии. В Италии были созданы первые учреждения, служащие для распространения и расширения знаний,— университеты. В 1100 г. университет в Болонье уже достиг славы. К этому времени приобрел известность и Парижский университет.

По образцу университетов Парижа и Болоньи были созданы университеты в Падуе (1222 г.), Оксфорде (1229 г.), Кембридже, Неаполе, Риме и т. д.

Примерно между 1125 и 1280 гг. в Испании и Италии были переведены труды Аристотеля, Евклида и Птолемея, одностороннее изучение которых привело к развитию схоластики. В это время труды Архимеда и Герона почти наверняка еще не были известны, так что все изучение механики было основано на трудах Аристотеля и «Проблемах механики», которые также приписывались Аристотелю.

Пьер Дюэм (1861—1918) на основе изучения многочисленных рукописей, хранящихся в библиотеках Франции, в первую очередь в Национальной библиотеке в Париже, приписывает в своих объемистых и весьма глубоких работах этим первым университетам и школам заслугу не только в сохранении и освоении достижений классической физики, но и в создании фундамента современной физики, которая, по его мнению, диалектически развилась из аристотелевой физики. К сожалению, ценнейшие рукописи французских библиотек еще не опубликованы, так что полный их обзор невозможен. Тем не менее некоторые доводы Дюэма спорны и его антигалилеева позиция представляется не всегда достаточно обоснованной.

Самым ярким арабским физиком, несомненно, являлся Ибн Аль- Хайтан (на Западе больше известен как Альхазен) [7, с. 91]. Он жил и работал в Египте одновременно с Аль-Бируни и умер в Каире в 1039г. По всеобщему мнению, это был наиболее крупный физик средневековья. Помимо всего прочего, он был астрономом, математиком, научным комментатором Аристотеля и Галена.

Общеизвестно, что одной из заслуг Галена (жил между 130 и 201 гг.) являлся взгляд на глаз как один из органов чувств человеческого организма: он описал его строение и выяснил функции зрительного нерва. В теории зрения Гален в основном придерживался идей Платона, но, с одной стороны, придавал большое значение внешнему флюиду, исходящему из Солнца, а с другой, уточнил, что «свет очей», вырабатываемый мозгом, идет по оптическому нерву к сетчатой оболочке, рассеивается в стекловидном теле глаза и вновь собирается на хрусталике, который, по Галену, есть орган восприятия. Короче говоря, с этого времени в механизме зрения начинает играть роль строение органа чувств - глаза.

Альхазен принял без изменения анатомическое описание глаза, данное Галеном, но отбросил как совершенно излишнюю вещь «свет очей». В своем первом фундаментальном постулате он утверждает:

«Естественный свет и цветовые лучи воздействуют на глаза».

Это положение он подтверждает наблюдением, что глаза испытывают боль при попадании на них солнечного света, прямого или отраженного от зеркала, приводя также другие примеры ослепления. Под естественным светом (lux per se) Альхазен понимает белый солнечный свет, а под цветовыми лучами - свет, отраженный от цветных предметов.

Затем с помощью ряда грамотно поставленных физико-физиологических опытов он показывает несостоятельность представления о свете, исходящем из глаз и ощупывающем тела. В главе IV своего труда он описывает анатомическое строение глаза, заимствовав его у Галена, и далее заявляет:

«Зрительный образ получается с помощью лучей, испускаемых видимыми телами и попадающих в глаз» [3, с. 105].

Здесь речь идет уже не о световых лучах Евклида, а, так сказать, об обращенных световых лучах, которые идут не от глаза к предмету, а от предмета к глазу. Но не это является главным открытием Альхазена. У Евклида, как и у всех греческих физиков, зрение рассматривалось как глобальное явление; считалось, что ощущение воспринимает разом, в едином процессе образ всего наблюдаемого тела, потому ли, что внешняя «оболочка» тела, отделившись, проникает в зрачок, или же потому, что «свет очей» ощупывает его одновременно со всех сторон. Альхазен же с гениальной интуицией разложил этот глобальный процесс на бесконечное множество элементарных процессов: он полагал, что каждой точке наблюдаемого предмета соответствует некоторая воспринимающая точка глаза. Но чтобы объяснить отсутствие избранных направлений наблюдения предмета, нужно предположить, что из каждой точки предмета выходит бесконечное число лучей и в зрачок тоже попадает бесконечное число лучей. Но как же тогда одной точке предмета может соответствовать лишь одна воспринимающая точка? Альхазен преодолел эту трудность, приняв что из всех лучей, проникающих в глаз, действенным является лишь луч, перпендикулярный всем глазным оболочкам, которые он считал концентрическими. Поэтому на переднюю поверхность хрусталика, который, по Альхазену, и есть орган чувства, действуют те лучи, которые, исходя из любой точки наблюдаемого предмета, проходят через геометрический центр глаза. Таким образом, Альхазен устанавливает точное соответствие между точками предмета и точками восприятия на внешней поверхности хрусталика и приходит к выводу:

«Зрительный образ получается с помощью пирамиды, вершина которой находится в глазу, а основание - на видимом теле».

Как видим, данное положение кардинально отличается от утверждения Евклида: явно тот же классический закон перспективы, но физика явления здесь существенно изменена; посему, несмотря на серьезные недостатки этого постулата, он представляет собой громадный шаг вперед.

Почему же Альхазен не продолжил световые лучи за центр глаза до сетчатой оболочки, сделав ее местом образования изображения? Ему нетрудно было дойти до постановки этой проблемы: он знал нервное строение сетчатки, а оптику, обладающему его проницательностью, должно было казаться странным наличие свойства ощущения у столь прозрачной среды, как хрусталик. Но поставив проблему, он тотчас же вынужден был отказаться от ее решения, испуганный ее следствиями. Действительно, если лучи пересекаются в центре глаза, то на сетчатке они образуют перевернутое изображение. Но видел ли кто-нибудь когда-нибудь мир перевернутым?

Альхазен знал по опыту, а не только на основе элементарных геометрических рассуждений, что на сетчатке изображения должны получаться перевернутыми. Действительно, несколькими страницами дальше после приведенного отрывка он описывает опыт с «камерой-обскурой», чтобы доказать, что лучи, исходящие от разных тел, могут пересекаться, не испытывая изменений. Он помещает различные свечи перед стенкой темной камеры с отверстием и, глядя на поверхность, наблюдает свет от всех этих свечей.

«...и если накрыть какую-либо свечу, то исчезает также соответствующий свет на рассматриваемой стене, а если снять колпак со свечи, то возвращается и свет. И в этом можно убедиться в любой момент. Значит, если бы лучи света перемешивались в воздухе, то они перемешивались бы и в плоскости отверстия, оставались бы перемешанными после отверстия, и различить их было бы невозможно. Но мы видим, что это не так, значит, лучи света не перемешиваются».

Достаточно первого чтения этого интереснейшего отрывка, чтобы убедиться, что Альхазен многократно и аккуратно ставил опыты с камерой- обскурой. Поэтому он обязательно должен был наблюдать перевертывание изображения, хотя в приведенной цитате он об этом не упоминает.

Альхазен же, выдвинув свою теорию зрения и чувствуя ее недостаточность, многократно видоизменял ее, приспосабливая для объяснения результатов увеличивавшихся оптических экспериментов.

Вторая книга Альхазена исследует свойства зрения. Изучению оптических иллюзий, обманов зрения или галлюцинаций (в понимании переводчиков) всецело посвящена третья книга.

Четвертая, пятая и шестая книги главное внимание уделяют экспериментальному и геометрическому рассмотрению плоских, сферических, цилиндрических и конических зеркал. Именно в пятой книге сформулирована знаменитая задача о сферическом зеркале, получившая название задачи Альхазена: при заданном положении зеркала, светящейся точки и глаза найти точку зеркала, в которой происходит отражение.

Много сил потратили математики для решения сей злополучной задачи на протяжении ряда последующих столетий. И только Гюйгенс (в 1676г.) первым указал на ее простое геометрическое решение, а спустя век (в 1776г.) Кестнер дал впервые аналитическую постановку этой задачи.

И наконец, Леонардо да Винчи после многочисленных попыток пришел к «конструктивному» решению сей многотрудной задачи с помощью построенного им механического прибора (не так давно была реанимирована его модель, которая находится сейчас в Институте механики Неаполитанского университета).

Завершающая, седьмая, книга оптики Альхазена анализирует проблемы преломления света. Для этого ученый усовершенствовал прибор Птолемея, что, однако, не позволило ему найти точный закон преломления. Тем не менее, Альхазен ввел новое понятие (разложение скорости брошенного тела на две составляющие - перпендикулярную и параллельную поверхности площадки), которое привело Декарта к открытию правильного закона преломления.

Наше научное повествование по этому периоду будет неполноценным, если мы не упомянем такую уникальную личность как Роджер Бэкон (1214-1294гг.) - провозвестника эмпирической науки, одного из самых великих ученых средневековья, ведущего представителя оксфордской школы, естествоиспытателя и алхимика с мировой славой, удостоенного за свои обширные познания почетного звания «doctor mirabilis» [8, с. 102; 6, с. 13-15].

Свое обширное творческое наследие потомкам он изложил в сочинении

«Opus majus» («Большой труд»). Увлекшись оптикой, Бэкон точно чертит ход световых лучей и вычисляет, что высота радуги равна 42°. Он также приходит к парадоксальному выводу, что цвета радуги представляют собой субъективное явление, вызванное влажностью нашего глаза.

Вся его жизнь и творчество окутаны легендой. Ему приписывают самые разнообразные изобретения: порох, линзы, подзорную трубу, компас, паровую машину, самолет и многое другое.

Действительно, произведения Бэкона носят энциклопедический характер: они охватывают проблемы математики, оптики, физиологии, геологии, лингвистики и т.п. Ученый подчеркивал определяющее значение эмпирических (экспериментальных) знаний и практическую ценность научных исследований. Он разработал теорию преломления света в выпуклых стеклах, предугадал изобретение линз, микроскопа и телескопа. Одним из первых в Европе Бэкон писал о магнитной игле, изготовлении пороха, предлагал реформу календаря; он также предвидел возможность многих технических изобретений (корабля без парусов, летательной машины, механических средств передвижения и т.д.). Энциклопедист выступил и в качестве реформатора науки: выдвинутая им программа созидания науки на математических методах мотивации и опытах прокладывала светлый путь современной мысли. Достойным продолжателем сей великолепной перспективы стал в эпоху Возрождения Галилео Галилей.

Список использованной литературы:

1. Аль - Хазини. Книга весов мудрости./ В кн.: Из истории физико-математических наук на средневековом Востоке. - М., 1983.

2. Григорьян А.Т. Механика от античности до наших дней. - М., 1974.

3. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с древнейших времен до конца ХУ111 в.). - М., 1974.

4. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. 2-е изд., испр. и доп. - М.,1982.

5. Лауэ М. История физики. - М., 1956.

6. Ришард Собесяк. Шеренга великих физиков. - М., 1973.

7. Спасский Б.И. История физики. - М., 1977.

© В.Г. Кушнер, 2015

УДК: 53

В.Г. Кушнер

к.и.н., доцент кафедры истории Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики

г. Москва, Российская Федерация

ФИЗИЧЕСКАЯ НАУКА: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОТ ИСТОКОВ ДО НОВОГО ВРЕМЕНИ

ЧАСТЬ III

Аннотация

В данной статье предпринят обзорный научный экскурс в историю физики от её зарождения до конца средневековья, когда она организационно развивалась в рамках философии. Авторы выделили этапы этого процесса и на основе анализа конкретных достижений исторических персоналий приходят к выводу, как произошла трансформация физики от мифологических представлений до утверждения незыблемости научного эксперимента.

Ключевые слова

Физика, природа, философия, религия, мифология, астрономия, модели мироустройства, элементы

физики, эксперимент.

На третьем этапе своего становления (эпоха Возрождения, Х1У-ХУ1вв.) физика получила мощный импульс своего ускорения. Это было связано с тем, что Ренессанс сам по себе утверждал идеал гармоничной и раскрепощенной человеческой личности, с одной стороны, ощущение цельности и стройной закономерности мироздания, с другой [9, с. 240-241].

В сей период творил гениальный итальянский художник, инженер, ученый, один из выдающихся представителей науки и искусства Возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519).

Не случайно 1952 год ООН объявляла Годом его имени.

Будучи незнатного происхождения, свою «фамилию» Леонардо получил от названия небольшого городка Винчи, в котором благополучно появился на свет. Посему же он не получил систематического образования, о чем с юмором говорил: » Хотя я и не умею...цитировать авторов, я буду цитировать гораздо более достойную вещь - опыт, наставника из наставников».

В историю Леонардо да Винчи вошел прежде всего как гениальный художник. Однако это занятие не помешало ему стать превосходным ученым. Он обстоятельно занимался математикой, механикой (называя ее «раем» математических наук), физикой, астрономией, геологией, ботаникой, анатомией физиологией человека и животных.

Леонардо выступал твердым сторонником использования экспериментального метода в механике: с его помощью он старался определить коэффициент трения, сопротивление всевозможных материалов, определить особенности падения тел и траектории снарядов.

Серьезный вклад внес ученый в гидравлику и гидростатику: он спроектировал аналогичные современным землечерпалки; придумал механические средства прорытия каналов и обеспечения их судоходности за счет усовершенствования шлюзов. Несомненно, Леонардо знал принцип сообщающихся сосудов для жидкостей различной плотности и основной закон гидростатики, известный теперь под названием «закона Паскаля»: согласно Дюэму, данный закон стал известен французскому философу от Леонардо через Джовани Баттисту Бенедетти и Марино Мерсенна. Да Винчи разработал самую универсальную физическую концепцию («движение есть причина всего живого»), при помощи которой создал теорию движения волн на море. Более того, он утверждал, что свет, звук, цвет, запах, магнетизм и даже мысль распространяются волнами.

Новаторский характер носили попытки Леонардо по образу и подобию полета птиц построить летательные аппараты для людей [6, с. 45].

Он хорошо усвоил, что давление воздуха на нижнюю поверхность крыльев создает силу, которую теперь называют подъемной. Далее воздухостроитель исследовал анатомию летательных органов, сопротивление воздуха и динамическую роль центра тяжести для движения. В итоге в 1490г. в Милане Леонардо спроектировал, а возможно, и построил первую модель летательного аппарата: она имела крылья, как у летучей мыши, и с помощью мускульной силы своих рук и ног человек должен был полететь. Однако