Естествознание эллинистически-римского периода
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Естествознание эллинистически-римского периода





Эпоха эллинизма начинается со дня смерти Александра Македонского - 10 июня 323 г. до н.э. (за 12,5 лет царствования и непрерывных завоевательных походов создал грандиозную монархию, протянувшуюся от Македонии до Индии и от Амударьи до нубийских пустынь). Эпоха эллинизма охватывает 1 тыс. лет (от ІV в. до н.э. до V в. н.э.) и характеризуется значительным расширением территорий.

В следствие появилась качественно новая культура - греческо-восточная, развиваются конкретные науки, прежде всего математика и астрономия. В эпоху эллинизма окончательно сложилась первая научная картина мира.

Эллинистический тип культуры сформировался как результат экспансии на Восток – колонисты переносили в новые условия, новые страны, новым народам греческий образ жизни.

Александр Македонский отрицал различие между греками и варварами и вел на завоеванных территориях интенсивное градостроительство.

Новые города строились по греческим канонам. В центре города располагалась площадь, окруженная общественными зданиями и храмами. От площади отходили широкие прямые улицы. В каждом городе существовали стадион, театр, гимназии и др. Города заселялись в основном греками (ветеранами войн, греческими переселенцами) и были опорой власти. Обычно города закладывались на реках или торговых путях, что создавало предпосылки для их постепенного превращения в крупные торговые и экономические центры.

Одним из крупных городов была Александрия (заложенная Александром Македонским в дельте Нила, на месте рыбацкой деревушки) - торговый, ремесленный, политический, культурный и научный центр Востока

Гордостью Александрии была знаменитая библиотека, основанная в середине III в. до н.э.; она насчитывала свыше 700 тыс. папирусных свитков, в которых были собраны все основные сочинения античной эпохи. Александрийская библиотека являлась частью Музея (храма муз), в котором размещались астрономическая обсерватория, зоологический и ботанический сад, помещения для жизни и работы ученых, приезжавших сюда из разных стран.



Пользовались признанием и уважением культурная интеллигенция, профессионально и творчески занимающаяся умственным, организационным трудом.

Значительно изменился духовный мир человека; ускорился процесс его дифференциации. На смену строгому индивидуализму полисной эпохи пришла интимно-личностная, эмоционально окрашенная, полная теплоты, переживания и сердечности индивидуальность эпохи эллинизма. Наряду с новеллами и романами, насыщенными трагическими мотивами, существовала утонченная любовная поэзия, комедии. Создавались грандиозные архитектурные сооружения, реалистические и совершенные живописные полотна.

В этих условиях вопросы объективного устройства мира, законов природы от философии переходят к конкретным наукам.

Наибольшего развития получила математика.

Уже в V— IV вв. до н.э. были разработаны геометрическая алгебра, теория делимости целых чисел и теория пропорций (Архит), метод «исчерпывания» Евдокса (как прообраз теории пределов), теория отношений Евдокса и др.

Эпоха эллинизма поставила перед математикой ряд новых задач, связанных с запросами мореплавания (равновесие и устойчивость плавающих тел), совершенствованием геодезии и картографии, разработкой точных астрономических измерений и вычислений, уточнением календаря, требованиями военной и строительной техники, в частности гидротехнических сооружений, и др. Математики эллинистической эпохи справились с этими задачами.

Новый этап в развитии математики связан с деятельностью александрийской математической школы. У ее истоков стоял Евклид. В своем основном труде «Начала», состоявшем из 13 книг, Евклид изложил все достижения древнегреческой математики в систематизированной аксиоматической форме.

ü В 1-4 книгах «Начал» излагалась геометрия на плоскости;

ü в 5-6 — теория отношений Евдокса;

ü в 7-9 — теория целых и рациональных чисел, в основе своей разработанная еще пифагорейцами;

ü в 10 — свойства квадратичных иррациональностей;

ü в 11 — основы стереометрии;

ü в 12 — метод исчерпывания Евдокса, в частности доказываются теоремы, относящиеся к площади круга и объему шара и др.;

ü в 13 книге рассматривались свойства пяти правильных многогранников, в которых Платон видел идеальные геометрические образы, выражающие структурные отношения Космоса.

Изложение математических знаний носило дедуктивный характер, теории выводились из небольшого числа аксиом.

Универсальной ученостью отличался Эратосфен, у которого есть работы не только по математике, но и по астрономии, географии, истории, философии и филологии. (Особенно известны его работы по определению размеров земного шара, по географии). В математике Эратосфен известен своими исследованиями целочисленных пропорций, открытием «решетки Эратосфена» (способ выделения простых чисел из любого конечного числа нечетных чисел, начиная с трех).

В Александрии сложился как математик Архимед. Среди математических работ Архимеда особенно важны работы, связанные с определением площадей и объемов методом «исчерпывания», центров тяжести, развитием методов приближенного измерения величин, изучением трансцендентных кривых и др.

В александрийской школе творил Никомед, известный открытием алгебраической кривой конхоиды, которую он применял для решения задач удвоения куба и трисекции угла.

Величайшим математиком древности был Аполлоний Пергский. В своем основном сочинении «Конические сечения» им была разработана законченная теория кривых второго порядка — эллипса, параболы и гиперболы. Он дал теорию конических сечений в такой исчерпывающей форме, что никто из последующих математиков (вплоть до Нового времени) к ней добавить ничего не смог. Непосредственно подошел к основам аналитической и даже проективной геометрии, предложил метод описания неравномерных периодических движений как результат сложения более простых — равномерных круговых движений. Это стало важнейшей предпосылкой создания геоцентрической системы Клавдием Птолемеем.

Величайшим алгебраистом был Диофант Александрийский, который разработал широкое алгебраическое исчисление, в котором систематически исследовались алгебраические символы, правила решения уравнений, приемы решения некоторых квадратных и кубических уравнений, неопределенных уравнений с несколькими неизвестными, использовались правила действий с отрицательными числами и др.

Кроме математики шло активное развитие теоретической и прикладной механики (статика, кинематика, динамика). Наибольшего развития достигла статика (и гидростатика), основоположником которой был Архимед. Архимеду принадлежит установление понятия центра тяжести тел. Кроме того, он теоретически доказал закон простого рычага (на основе ряда постулатов), сформулировал правило сложения параллельных сил. В гидростатике Архимед открыл закон и теоретически его доказал.

Аристотелевское учение о движении с его идеей неподвижности Земли перечеркнуло идею относительности.

Главная проблема динамики состояла в объяснении основного закона механики Аристотеля. Согласно этому закону, скорость движения тела пропорциональна приложенной к нему силе. Но отсюда следовало, что при прекращении действия силы на тело оно должно сразу остановиться. Однако во многих случаях этого не происходило.

Для объяснения этих явлений в VI в. возникла «теория импетуса». Ее родоначальник – Филопон полагал, что движущемуся телу движущее тело сообщает некую «движущую силу», которая продолжает некоторое время двигать это тело, пока вся не израсходуется. (Эта идея позднее сыграла важную роль в становлении классической механики)

Наряду с теоретической механикой получила развитие и прикладная механика - создание разного рода механизмов и машин. Развитие прикладной механики определили следующие факторы:

o производственная деятельность, строительство и гидростроительство (создание сложных блоков, лебедок, зубчатой передачи, архимедова винта и т.д.);

o военное дело - создание метательной артиллерии и новых типов военных судов;

o театральная техника, одним из элементов которой были подъемные сценические устройства.

В III в. до н.э. возникла пневматика (использование давления воздуха для создания разного рода механических устройств). Основателем этой отрасли считают Ктесибия, жившего и работавшего в Александрии. Он изобрел:

ü двухцилиндровый водяной насос, снабженный всасываемыми и наполнительными клапанами;

ü водяной орган, управление которого осуществлялось с помощью сжатого воздуха;

ü водяные часы;

ü военные метательные машины, использовавших силу сжатого воздуха, и т.п.

Известным изобретателем механизмов был Герон Александрийский - изобретатель сифонов и автоматов: он проводил опыты с нагретым воздухом и паром. Используя реактивное действие струи пара, Герон построил прообраз реактивного двигателя. Но массового применения изобретения Герона не нашли, они остались в истории как замечательные и искусные игрушки.

Развитие астрономии

Оно шло по пути накопления эмпирических наблюдательных данных и разработки теоретическихимоделей структуры Космоса.

Натурфилософы VI—V вв. до н.э. имели приблизительные представления об организации Вселенной, оперировали недостаточными наблюдательными данными, и поэтому их модели Космоса носили умозрительный характер. Только в V в. до н.э. пифагорейцами было осознано различие между звездами и планетами и установлено существование пяти планет.

Пифагорейцу Филолаю принадлежит одна из первых моделей Вселенной. В центре Вселенной находится огонь - Гестия, вокруг которого вращается сферическая Земля. Центральный огонь невидим для нас потому, что между Землей и Гестией расположена Антиземля (Антихтон) - темное тело, подобное Земле. Солнце - шар, прозрачный, как стекло, получает свой свет и тепло от Гестии. Все остальные планеты вращаются вокруг нее.

В V в. до н.э. началось интенсивное развитие наблюдательной астрономии. Было обнаружено неравенство четырех времен года; измерен наклон эклиптики (круг, вдоль которого движутся Солнце, Луна и планеты) к небесному экватору (около 24°); создан лунно-солнечный календарь; установлено, что планеты движутся по небу по необычайно сложным траекториям, которые включают в себя нерегулярные колебательные движения, попятное петлеобразное движение и др. Одновременно в недрах математики и философии созревали теоретические предпосылки моделирования астрономических явлений, создания математических моделей Вселенной.

Метод гомоцентрических сфер. Был разработан Евдоксом Книдским. Свое полное и завершенное воплощение метод гомоцентрических сфер нашел в космологии Аристотеля. В основе этого подхода лежит представление о том, что Космос состоит из определенного количества вращающихся сфер, имеющих общий центр, совпадающий с центром земного шара. Самая дальняя сфера – это сфера неподвижных звезд, совершающая оборот вокруг мировой оси в течение суток. Для Солнца, Луны и пяти планет существуют отдельные независимые системы сфер. Каждая сфера вращается вокруг своей оси, однако направление этой оси и скорость вращения у разных сфер различны. Ось внутренней сферы жестко связана с двумя точками следующей по порядку сферы и др. Любая сфера увлекает следующую за ней сферу и участвует в движении всей системы сфер данного небесного тела. Само небесное тело крепится к экватору самой внутренней из сфер данной системы. Для Луны и Солнца Евдокс предлагал системы из трех сфер, а для каждой планеты - из четырех.

Совершенствование метода гомоцентрических сфер состояло в добавлении нескольких новых дополнительных сфер в систему каждого небесного тела.

В модели древнегреческого астронома Калиппа было 34 сферы.

Еще более усложнилась эта модель в космологии Аристотеля, поскольку он пытался создать единую систему движения всех небесных тел, единый физический Космос на основе принципа отсутствия пустоты. В его модели Вселенной сферы различных планет передают свое движение друг другу, вследствие чего теряется независимость движения каждого отдельного светила (планеты). Чтобы сохранить независимость движения каждой планеты, Аристотель вынужден был добавлять к каждой системе сфер дополнительные сферы, компенсирующие вращательный эффект первых. В результате в аристотелевской модели количество основных и компенсирующих сфер достигает 55-ти.

Концепция гомоцентрических сфер не получила развития в после аристотелевскую эпоху из-за ее принципиального недостатка. Античные астрономы зафиксировали факт изменения яркости планет при их движении по небесному своду и сделали правильный вывод, что это свидетельствует об изменении расстояний планет от Земли. В концепции же гомоцентрических сфер расстояние от любой планеты до Земли постоянно.

В результате возникла потребность в поиске новых теоретических моделей описания движений небесных тел.

Одно из направлений поиска было связано с идеями и теориями античного гелиоцентризма (Гераклид Понтийский, Аристарх Самосский), однако они вступили в противоречие с принципами античной механики (не знавшей закона инерции), с общими мировоззренческими представлениями о центральном положении Земли, человека во Вселенной (антропоцентризм) и пр.

Эпициклы и деференты. Гиппарх впервые использовал в астрономии предложенный Аполлонием Пергским геометрический метод описания неравномерных периодических движений как результата сложения более простых – равномерных круговых. Неравномерное периодическое движение можно описать с помощью кругового, используя теорию эпициклов (движение небесных тел происходит равномерно по круговой орбите - эпициклу, центр которого совершает равномерное вращение вокруг Земли по круговой орбите — деференту), и (или) теорию эксцентриков (небесные тела равномерно движутся по окружности, центр которой не совпадает с центром Земли).

В древнегреческой астрономии использовались обе эти теории. Уже Аполлоний и Гиппарх знали, что обе теории могут приводить к одинаковым результатам. Гиппарх привлекал для описания движения Солнца и Луны теорию эксцентриков. Он определил положение центров эксцентриков для Солнца и Луны, впервые в истории астрономии разработал метод и составил таблицы для предвычисления моментов затмения (с точностью до 1—2 ч).

Появившаяся в 134 г. до н.э. новая звезда в созвездии Скорпиона навела Гиппарха на мысль, что изменения происходят и в мире звезд. Чтобы в будущем легче было замечать подобные изменения, Гиппарх составил каталог положений на небесной сфере 850-ти звезд, разбив все звезды на шесть классов и назвав самые яркие звездами первой величины. Сравнивая свои результаты с измерениями координат звезд, выполненными за полтора века до него в Александрии (Аристиллом и Тимохарисом), он обнаружил, что все звезды, отмеченные в его каталоге, как бы сместились по долготе, т.е. вдоль эклиптики, к востоку от начала отсчета долгот — точки весеннего равноденствия (пересечение эклиптики и экватора). Иначе говоря, долготы звезд возросли.

Гиппарх нашел этому явлению объяснение. Учитывая принцип относительности, он заключил, что сама точка весеннего равноденствия отступает в обратном направлении. Таким образом, экватор как бы перемещается вдоль эклиптики, не меняя своего наклона к ней. В результате Солнце, в своем годовом движении с запада на восток, каждый раз встречает точку весеннего равноденствия немного раньше, не доходя до того места, откуда оно год назад начинало свой путь по эклиптике (предварение равноденствия, или прецессия). Гиппарх точно оценил ее значение (46,8" в год, по современным данным - 50,3"). Открытие прецессии показало сложность понятия «год» и позволило Гиппарху установить, что солнечный и звездный годы различаются на 15 минут (по современным данным, около 20 минут).









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.