Antiikin tiede
Kehitys tieteenaloittain > Fysiikka > Materiateoriat

Antiikin maailmassa maailmankaikkeus jaettiin ympäröivään maalliseen ja ylempään avaruudelliseen luontoon. Tämän vuoksi oli luontevaa, että molemmille luonnoille oli oma tieteensä, koska näillä kahdella valtakunnalla ei uskottu olevan yhteisiä luonnonlakeja. Ympäröivää maailmasta tuli fysiikan tutkimuskenttä ja tähtitieteilijät keskittyivät suuntaamaan katseensa taivaalle. Jako on peräisin esisokraatikoilta ja se säilyi elinvoimaisena erittäin pitkään.
Antiikin fysiikkaa kytkeytyi klassisten alkuaineiden sekä muutoksen pohdinnan ympärille. Aristoteles näki, että luonto oli jatkuvassa muutoksessa ja liike oli yksi muutoksen ilmenemismuoto. Fysiikka oli lähinnä metafyysistä pohdiskelua. Nykyfysiikan muutamat käsitteet sieltä peräisin. Atomioppi on näistä parhaiten menestynyt. Valon luonteen ja kulun tutkiminen johti alallaan merkittäviin tuloksiin. Myös ääntä tutkittiin optiikan ja mekaniikan ohella, vaikka kaksi jälkimmäistä olivatkin ehdottomasti tutkimuksen päävirtauksia. Sähkövarauksesta ja magnetismista tehtiin myös ensimmäiset havainnot. Näin ollen antiikin fysiikka kattoi samat päätutkimusalueet kuin nykyäänkin.
Tieteen alkutaipaleella esisokraatikkoja pohditutti maailmankaikkeuden rakenne. Thaleen mukaan kaikkeuden perusta oli vesi. Hänen mukaansa Maa oli litteä kuin pannukakku ja kellui äärettömässä meressä kuin tukkipuu. Vesi ei voinut kuitenkaan olla alkuperuste, koska se ei voinut synnyttää vastakohtaansa tulta, kuten Anaksimandros huomautti. Thales yritti myös vastata liikkeen syihin liittyviin probleemoihin. Hän kappaleissa olevat sielut saivat aikaan liikkeen. Näin hän päätyi väitteeseen, että ”kaikkeus on täynnä jumalia”.
Thaleen aikalaisen Anaksimandros Miletoslaisen mielestä kaikkeus rakentui apeirōn (ääretön) -nimisestä materiasta, joka sisälsi kaiken vastakohtineen (kylmä–kuuma, kuiva–märkä, jne.). Teorian mukaan ominaisuuksien välillä on jatkuva jännite ja jos jostakin ominaisuudesta tulee vallitseva, maailma tuhoutuu ja syntyy myöhemmin uudelleen. Tuulta, salamointia ja sadetta hän piti näiden vastakohtaominaisuuksien ilmentyminä. Hän ajatteli myös, että Maa olisi litteä levy, joka kellui avaruuden tyhjyydessä. Anaksimenes palasi Thaleen jalanjäljille, mutta väitti ilman olevan kaiken perusta. Hänen ajatustansa uhkasi vastaava ristiriita kuin Thaleenkin, mutta Anaksimenes otti huomioon muutoksen, jota hän kuvasi tiivistymisenä ja ohentumisena. Näin ollen hän selitti nesteen syntyvän ilman tiivistymisestä ja tulen ilman ohentumisesta. Hänelle eri aineet olivat siis lähinnä ilman eri tiheyksiä. Herakleitos Efesoslainen taas ajatteli kaiken olevaisen olevan peräisin tulesta. Hänet muistetaan parhaiten jatkuvan muutoksen kannattajana. Anaksimandroksen tapaan hän katsoi maailman olevan neljän substanssin jatkuvan taistelun taistelukenttä. Yhteistä ajattelijoille oli, että he olivat monisteja eli uskoivat maailmankaikkeuden rakentuvan yhdestä tietystä aineesta. Miletoslaisten alkuainekäsitykset syntetisoi seuraavalla vuosisadalla Empedokles, jonka mukaan kaikkeuden perusta ei ollut vain joku tulesta, vedestä, maasta tai ilmasta, vaan nämä jokainen olivat niitä. Hän oli ensimmäinen pluralistista maailmanrakennetta ehdottanut luonnonfilosofi. Tämä synteesi ratkaisi aiempiin teorioihin liittyneitä ongelmia, jotka koskivat aineiden muuttumista muiksi aineiksi ja itse muutosta. Uuden teorian perusteella itse alkuaineet pysyivät muuttumattomina, mutta alkuaineiden seokset sitä vastoin olivat jatkuvan muutoksen kourissa.
Pluralistisen materiateorian ohessa Leukippos ja Demokritos kehittivät noin 425 eaa. atomiopin, jonka mukaan maailmankaikkeus koostui pienistä hiukkasista eli atomeista ja tyhjiöstä. Leukippos oli noin neljännesvuosisata aiemmin linjannut tieteen filosofian perusteita esittämällä ensimmäisenä, että kaikkeen on olemassa luonnollinen syy. Leukippoksen ja Demokritoksen atomioppia koskevat kirjoitukset ovat hävinneet muutamaa lainauksia lukuun ottamatta, mutta Aristoteleen kommenttien ansiosta teoriasta tiedetään varsin hyvin. Heidän mukaansa atomit ovat ikuisia eli ne eivät tuhoudu koskaan eikä niitä ole koskaan luotu. Tämän perusteella he katsoivat maailmankaikkeuden olevan ikuinen. Atomeja oli erilaisia ja niiden vaihteleviin ominaisuuksiin kuuluivat koko, muoto ja kiinteys. Listaan kuului mahdollisesti myös paino. Atomistien käyttämä tyhjiön käsite oli muihin teorioihin verrattuna ainutlaatuinen. Platon ei pitänyt atomistien kehittämästä mekanistisesta liikkeen tulkinnasta, mutta kehitti atomioppia määräten niille vain tietyt muodot. Atomien muodot olivat hänen mukaansa samat kuin Platonin kappaleet. Hän yhdisti lisäksi atomiopin Empledokeen materia teoriaan ehdottamalla, että kunkin muotoista atomia vastasi tietty alkuaine. Viidennen eli dodekaedrin hän katsoi olevan eetteriatomin muoto, jota löytyi ainoastaan täysin muuttumattomasta avaruudesta.