Файл: Тесты с ответами по естествознанию.doc

Выдающихся успехов в эту эпоху достигли астрономия, физика, математика, механика, благодаря Евклиду (Ш век до н. э.), Эпикуру (324-270 гг. до н. э.), Архимеду (287-212 гг. до н. э.), Эратосфену (около 275-195 гг. до я. э.), Аполлонию Пергскому (262-(?) гг. до н. э.), Аристарху Самосскому (III век до н. э.) и Гиппарху (около 180-190-125 гг. до н. э.).

«Начала» Евклида, пожалуй, самое распространенное научное сочинение в мире, состоящее из 13 книг, позднее дополненное еще двумя книгами, из которых последняя, 15-я, появилась в VI в. нашей эры. Возможно, что в «Началах» нет ничего нового, что не было бы известно предшественникам Евклида. К Евклиду можно смело отнести слова французского математика, физика и философа Бле-за Паскаля: «Пусть не говорят, что я не дал ничего нового; расположение предмета у меня новое». И то правда. Новое расположение содержания в «Началах» до сегодняшнего дня поражает ученых своей целесообразностью. В своем произведении Евклид дал образец дедуктивного метода, правила и теоремы которого, если не учитывать мелких погрешностей, доказаны путем чисто логических умозаключений при помощи системы определений, постулатов и аксиом. О самом авторе «Начал» почти не сохранилось никаких сведений, даже дат рождения и смерти, разве только то, что он жил в эпоху царей Египта Птолемеев I и II (IV-III вв. до н. э.). Прокл (410-485 гг.), античный философ, приводит не очень достоверное, но весьма существенное для характеристики того времени сообщение, будто бы Евклид на вопрос Птолемея I, нет ли проще пути к изучению геометрии, чем «Начала», гордо ответил, что «в геометрии нет отдельной дороги для царей».

Важным достижением эллинистического естествознания было определение размеров земного шара, выполненное Эратосфеном. По крайней мере, в историю науки Эратосфен вошел как ученый, впервые обосновавший правильный метод определения размеров Земли. Его суть такова. Эратосфен измерил в Александрии расстояние Солнца от зенита, оказавшееся в момент измерения равным 7°52' (т. е. примерно 1/50 окружности), а его помощник провел наблюдение положения Солнца в другом городе — Сиене — расположенном на том же меридиане, что и Александрия. В Сиене Солнце оказалось почти в зените. Приняв расстояние от Александрии до Сиены равным 5000 стадий, Эратосфен определил длину окружности Земного шара в 250000 стадий. Этот результат очень близок к современному, учитывая, что длина греческой стадии нам известна в широких пределах — от 155 до 180 м.

В эту эпоху Аполлоний Пергский разрабатывает теорию равномерного кругового движения небесных тел вокруг неподвижной Земли, которая заменила систему вращающихся сфер Евдокса, усложненную Аристотелем.

К III в. до н. э. относится деятельность Аристарха Самосского — основоположника идеи движения Земли вокруг Солнца. В результате выполненных им определении расстояния от Земли до Солнца, в единицах расстояния до Луны, он установил, что диаметр Солнца в 6-7 раз превосходит диаметр Земли, а объем, следовательно, в 200-250 раз. Так Аристарх Самосский установил, что крупнейшим телом во Вселенной является Солнце, а потому Солнце расположено в центре Вселенной. Аристарх также высказал мнение, что расстояния от Земли до звезд чрезвычайно велики в сравнении с расстоянием от Земли до Солнца. Это стало известно благодаря упоминанию о нем в труде «Исчисление песчинок» («Псаммит») великого математика и механика древности Архимеда.

Архимед (ок. 287-212 гг. до н. э.) широко известен как автор ряда необыкновенно глубоких и оригинальных работ по математике. Его работы состоят из расчетов площадей фигур, ограниченных кривыми, и объемов тел, ограниченных произвольными поверхностями, поэтому Архимеда можно по справедливости считать отцом интегрального исчисления, возникшего на 2000 лет позже. Говорят, будто важнейшим своим открытием Архимед считал доказательство, что объемы шара и описанного вокруг него цилиндра относятся между собой как 2:3. Архимед просил своих друзей поместить это доказательство на его могильной плите (спустя сто лет Цицерон нашел могилу Архимеда по шару, вписанному в цилиндр, изображенному на могильной плите). Архимед указал границы для числа р, указав, что оно меньше 3 и 1/7, но больше 3 и 10/71 и многое другое. Особо известны его закон плавучести тел, а также выражение: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Первый перевод трудов Архимеда был сделан в 1543 г. — в год выхода основополагающего труда Николая Коперника «Об обращении небесных сфер», совершившего революционный переворот в миропонимании.

2.4. Античный Рим

Античный Рим возник как город Рим в 754/753 г. до н. э., но уже к середине III в. до н. э. Рим подчинил себе весь Апеннинский полуостров, а в дальнейшем превратился в могущественную средиземноморскую державу — Римскую империю, включающую в себя западную и юго-восточные части Европы, Малую Азию, побережье Северной Африки, Сирию, Палестину. В западных областях (границах) Римская империя закончила свое существование в 476 г. н. э., тогда как в восточных границах, как Византия, просуществовала еще около 1000 лет (о естествознании Византии см. раздел 1.7).

Характерная черта римской науки, основные достижения которой приходятся на первые века новой эры, — изложение научных вопросов в форме поэм (Лукреций, Вергилий, Авиен, Марк Аврелий) и многотомных энциклопедий (Варрон, Герон Александрийский, Гален, Витрувий, Цельс, Плиний Старший, Сенека, Страбон). В этом разделе будут освещены только наиболее значительные произведения римских ученых.

«О природе вещей» Лукреция Кара. Указанная поэма — единственное полностью сохранившееся незавершенное Лукрецием (96-55) произведение, излагающее материалистическое философское учение Эпикура о возникновении мира и его развитии. Кратко изложим представления о пространстве, времени, материи и движении атомов.

Пространство и материя — два единственных начала мироздания. Пространство однородно, в нем нет центра Вселенной (абсолютно современная точка зрения); последняя бесконечна и не имеет границ. Бесконечна и материя. Пустое пространство имеет определенное место, если оно окружено материей, но и материя занимает определенное место, если оно ограничено пустотой — пустота и материя (заполненное пространство) сменяют друг друга. Время не является самостоятельным началом сущего, оно не существует отдельно от пространства и материи (почти эйнштейновское воззрение на пространство, время, материю):

Также и времени нет самого по себе, но предметы Сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось, Что происходит теперь и что вопоследует позже. И неизбежно признать, что никем ощущаться не может Время само по себе, вне движения тел и покоя... Материя наделена свойством дискретности, ее атомы не только различаются по форме и положению, как у Демокрита, но и весом, который (и в этом причина) заставляет их падать в мировом пространстве, но не по строго параллельным направлениям, а, согласно Эпикуру, испытывая спонтанные (неупорядоченные) отклонения в движении. О существовании спонтанных отклонений Лукреций судит по наблюдаемой картине беспорядочного движения пылинок в солнечном луче, а затем объясняет движение пылинок ударами менее крупных тел, последние движутся под влиянием еще меньших тел, и такая иерархия продолжается вплоть до атомов (точная современная, по Эйнштейну, точка зрения на объяснение явления броуновского движения). Идея спонтанного отклонения была введена, чтобы избежать абсолютного фатализма («лучше следовать мифу о богах, чем быть рабом физиком», как выразился Эпикур), абсолютизации каких-либо научных положений, которые возникали в разные исторические эпохи, пока не привели окончательно к понятиям относительности.

Представляет также глубокий интерес высказанная Эпикуром и изложенная Лукрецием идея об изотахии (одинаковой скорости элементарных движений) и связанный с ней вывод о дискретности пространства — времени, также идея о том, что «...атом будет иметь движение с быстротой мысли...» и др., как получившие, так и не получившие разрешение пока и в современной физике.

Система мира Птолемея. Важнейшим событием в космологии и естествознании в эпоху Древнего Рима было создание во II в. н. э. системы мира александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (около 90-168 гг.). Эта система была изложена им в 13-томном труде, который назывался либо «Математическая система», либо «Великое построение», но дошедшем до европейцев в переводе с арабского под названием «Альмагест».

Система мира Птолемея превосходно объясняла известные в то время неправильности в движениях Солнца, Луны и планет, оставаясь только математической схемой, описывающей видимые движения небесных тел, светил и позволяющей определять их положения на небе в будущие моменты. Затруднений в объяснении неравномерностей в движениях Солнца и Луны было много, хотя часть их объяснил Гиппарх (кстати, он же с большой точностью определил продолжительность тропического года, расстояние от Земли до "Луны в 59-60 земных радиусов, размеры Луны, указал, что центр Земли не вполне совпадает с центром орбиты Солнца, так что расстояние между ними не всегда одинаково). Движение же планет оказалось настолько сложным, что это оказалось недоступным в теоретических изысканиях Гиппарха. Но во время жизни Птолемея наблюдательных данных уже было достаточно, чтобы исправить теорию движения Солнца и Луны. Приступая к грандиозной проблеме, Птолемей не отказался от сложившихся античных физических представлений о строении Вселенной. В частности, не отказался он от центрального положения Земли, хотя, как уже указывалось ранее, Пифагор в VI в., а Аристарх Самосский в Ш в до н. э. выдвинули и обосновывали идею о центральном положении Солнца во Вселенной.

Гипотеза о движении Земли вокруг Солнца напрямую связана с гипотезой об относительности движения. Вот Аристарх это представление имел, утверждая, что Земля движется вокруг Солнца, в то время как непосредственное восприятие свидетельствует о движении Солнца вокруг Земли. Понимали это и поэты. Так, великий римский поэт Вергилий (I в. до н. э.) вложил в уста одного из своих героев в поэме «Энеида» знаменательную фразу (которую впоследствии цитировал Коперник): «В море из порта идем, и отходят и земли и грады». То есть мысль об относительности движения висела в воздухе.

Птолемей также допускал, что сложность видимых движений небесных тел и светил могла бы быть объяснена движением самой Земли. Существование якобы движения Земли Птолемей опровергал аргументами физики своего времени: считалось, что при движении Земли все находящееся на ней было бы «смыто» — сброшено с ее поверхности, а предметы, расположенные над Землей (облака, птицы), отставали бы от нее (здесь отражается пагубность чистого умозрения, не подтверждаемого опытом). Форму Земли Птолемей принял шарообразной, безоговорочно признавая в этом вопросе авторитет Аристотеля. При разработке математической теории движения он опирался на работы Аполлония Пергского, который ввел понятия эксцентрика, эпицикла и деферента, придерживаясь гипотезы о равномерном движении небесных тел вокруг неподвижной Земли. Эксцентрик — это круг, центр которого не совпадает с положением наблюдателя, находящегося на Земле. Предполагая равномерное движение светила по эксцентрику, Аполлонии мог объяснить известные в его время неравномерности в движениях Солнца, Луны и планет. Эпицикл — это круг, центр которого движется по другому кругу — деференту. У Аполлония планеты движутся равномерно по эпициклу, а Земля находится в центре деферента.

Птолемей усложнил ситуацию, подробности которой мы здесь опускаем. Система Птолемея явилась исторически завершением греко-эллинистической, а вместе с тем и древнеримской космологии. Забытая в раннее средневековье (но просуществовавшая 1375 лет!), она потом, как и односторонне толкуемая философия Аристотеля, была научной опорой схоластики позднего средневековья в ее борьбе против возрождения творческих начал античной науки и против развития правильных представлений об устройстве Вселенной.

Птолемея следует упомянуть и как великого астролога, оставившего после себя известное «Четырехкнижие», настольную книгу астрологов многих последующих веков, и как географа, написавшего сочинение «География», в котором он обосновал методы научного картографирования и приложил к нему 27 карт, в совокупности изображавших все известные тогда части земного шара - от Канарских островов до Китая.

Достижения в механике тех лет были подытожены в трудах Герона Александрийского «Механика»; в математике — в сочинении Диофанта «Арифметика», написанном предположительно в III веке, дошедшем до нас в шести томах из предполагаемых тринадцати, и в «Математическом собрании» из восьми книг последнего из великих греческих и римских геометров Паппа Александрийского (III—IV век), в котором, помимо математики, излагаются вопросы астрономии и механики; в географии — в 17-томном сочинении Страбона «География», в котором содержались исчерпывающие сведения о всех известных тогда странах и народах; в области ботаники — Теофрас-том, учеником и последователем Аристотеля; в области анатомии, физиологии и медицины — Герофилом из Хал-кедона, учеником Теофраста, и Эрасистратом (ок. 340-ок. 250 до н. э.), о которых известно из трудов великого римского врача и естествоиспытателя Галена (129-201 (?)).

Последним из древнеримских ученых и первым из схоластов раннего европейского средневековья принято считать Северина Боэция (ок. 480-524) (его называют «последний римлянин и первый схоласт»).

Упадок античной науки. В первые века нашей эры греческий и римский рабовладельческий строй, диктовавший запросы науке, естествознанию начал приходить в упадок. Римская империя в V веке н. э. распалась под действием внешних и внутренних сил — восстаний рабов, бедноты, покоренных народов и нападений варварских племен. На смену пришел феодализм, формирование которого было связано со значительными потрясениями во всех сферах общественной жизни, в том числе в сфере науки и культуры.

По существу, начал формироваться новый тип сознания, новый тип культуры, новый тип иного мышления, духовного освоения мира человеком. Изменились запросы общества, поменялись человеческие и духовные ценности. Новую основу общества составляло монотеическое религиозное сознание, в котором аа первом плане — не познание мира и получение нового знания, а переживание, прочувствование мира и вера во всемогущество Бога, в существо, которое создало мир и постоянно творит его своей волей и активностью. Вмешательство божественных, потусторонних сил может проявиться неожиданно во времени и пространстве (части света, мира), являя собой чудо, неподвластное, недоступное, непознаваемое человеком. Естествознание, а с ним и мировоззрение, лишаются предмета познания, реальных целей и задач. В сознание на многие сотни лет восшествует иррационализм и мистицизм. С VI века в истории западноевропейской культуры начался период «темных веков» (об этом этапе рассказано в п. 2.10).

2.5. Античный Китай

Очерк истории раннего естествознания будет неполным, если не упомянуть о догадках, мифах и космологии древних китайцев и индийцев. В древнем Китае мифология развивалась слабо. Китайцы оказались для этого слишком практичными людьми. Однако и древний Китай не избежал влияния мифологических воззрений. Так, общеизвестный миф о возникновении (космогонии) Вселенной записан в книге «Хуайнань-цзы», созданной во II в. до н. э. Он повествует о том, что в глубокой древности, когда еще не было ни неба, ни земли, мир представлял собой мрачный, бесформенный хаос. Из этого мрака постепенно выделились два великих духа Инь и Ян, которые с огромным усилием начали упорядочивать мир. Впоследствии Инь и Ян разделились и установилось восемь главных направлений в пространстве. Дух Ян стал управлять небом, дух Инь - землей. Так был создан наш мир.

В другом мифе упорядочение хаоса и организация мироздания связываются с деятельностью сверхъестественного по способностям человека по имени Паньгу, зародившегося внутри космического яйца — естественного порождения хаоса. Оказавшись в первобытном мраке, Паньгу раскалывает его на землю и небо и поднимает последнее над первой.