Тема 2. Исторические этапы развития естествознания

Развитие астрономических знаний определялось потребностями совершенствования счета времени.

Переход от лунного календаря к солнечному стал возможным при отделении наблюдений за интервалами времени от их привязки к биологическим ритмам (связанным с человеком и домашними животными), и выделении некоторых вне биологических природных «систем отсчета» для измерения интервалов времени.

Созданы первые теории движения Луны и планет. Эти теории не требовали тригонометрических расчетов и носили линейный характер.

Теория движения Луны позволяла предсказывать:

• суточное движение Луны
• дату и время новолуния или полнолуния и др.
• время и величину лунных затмений
• определять положение планет на небе
• даты прохождения главных точек планетных орбит (первая видимость утром, утреннее стояние, вечернее стояние, последняя видимость вечером и др.)

Развитие астрономических знаний переплеталось с целями и задачами астрологии,

Астрология — уходящая своими корнями в магию деятельность, состоящая в предсказании будущего (судеб людей, событий разного рода) по поведению, расположению небесных тел (звезд, планет и др.).

Астрология строилась на религиозном убеждении, что небесные тела – всесильные божества и оказывают решающее влияние на судьбы людей и народов. Основа астрологии – представление о всеобщей причинной связи вещей и их повторяемости — всякий раз, когда на небе будет наблюдаться одно и то же событие, на Земле последуют одни и те же следствия.

г) математические знания

Развитие математических знаний шло благодаря развитию земледелия, строительного дела, гончарного производства.

Основная особенность и исторический недостаток древневосточной математики — ее алгоритмический характер. Математики Древнего Востока даже не пытались доказывать истинность тех вычислительных формул, которые они использовали для решения конкретных практических задач. Потому и обучение математике состояло в механическом заучивании способов решения типовых задач. Вместе с тем у древних вавилонян уже складывались отдельные предпосылки становления математического доказательства. Они состояли в процедуре сведения сложных математических задач к простым (типовым) задачам, а также в таком подборе задач, который позволял осуществлять проверку правильности решения.

Математические знания развивались в следующих направлениях:

1. расширяются пределы считаемых предметов, появляются словесные обозначения для чисел свыше 100 единиц — сначала до 1000, а затем до 10 000 и далее;
2. образуются позиционные системы счисления благодаря совершенствованию умения считать не единицами, а сразу некоторым набором единиц (4, 5, чаще всего 10);
3. формируются простейшие геометрические абстракции - прямой линии, угла, объема и др.;
4. зарождаются древнейшие математические науки — арифметика и геометрия.

3. Становление естественнонаучных воззрений в древнегреческой культуре.

Греческая наука была умозрительным исследованием (само слово теория в переводе с греческого означает умозрение), мало связанным с практическими задачами. В этом Древняя Греция и не нуждалась, поскольку все тяжелые работы выполняли рабы. Ориентация на практическое использование научных результатов считалась не только излишней, но даже неприличной, и такая наука признавалась низменной.

Античная натурфилософия

Незнание природы – великая неблагодарность.

Одним из выдающихся достижений античной цивилизации стала натурфилософия (философия природы, целостное учение об окружающем мире) – первая историческая форма научного знания.

Древнейшая, известная нам, научная школа, еще являвшая собой смесь математики, астрономии, философии, магии и мифологии была основана в конце VI в. до н.э. мудрецом Пифагором в Кротоне (Италия). Пифагорейский союз просуществовал более 150 лет и дал огромный толчок не только науке, но и политической жизни.

Пифагор (около 540-500 до н.э.) – математик и геометр, философ, целитель.

«Все есть число» - утверждал Пифагор, считая, что мир можно познать с помощью «божественной» математической логики. И не только познать, а даже овладеть тайнами реинкарнации – переселения душ. Несмотря на мистическую оболочку, на счету у Пифагора доказательства положений египетской и вавилонской математики (включая знаменитую теорему), теория пропорций, теория музыкальной гармонии, теория чисел. Важным было заключение, что за качественным разнообразием вещей стоит их количественное единство. В области астрономии пифагорейцы научились различать на небе 5 планет, первыми высказали идеи шарообразности Земли и центрального положения Солнца в нашей планетной системе. После смерти Пифагора его ученики открыли несоизмеримость диагонали и стороны квадрата, равной единице (√ 2), что повергло их в шок, ибо разрушало ставшую для них привычной теорию числовой гармонии мира.

Объявленное пифагорейцами основой мира Число было нематериальным. Возник извечный спор о приоритете материи либо идеи в мироустройстве. С той поры идет с переменным успехом непримиримая борьба материалистов и идеалистов. В Элладе их философские программы можно условно назвать «атомистической» и «математической». Математические, идеалистические взгляды Пифагора оказали огромное влияние на его последователя – Платона.

Платон (428-348 до н.э.) – выдающийся древнегреческий ученый, считавший, что все компоненты Вселенной упорядочил Бог. Материя была для Платона лишь проекцией мира идей, все чувственные предметы – порождениями определенных идей, их тенями. Что же касается материальных тел, в том числе и живых, то по Платону они сочетают в себе в разных пропорциях четыре компонента: огонь, воду, землю и воздух.

Большое значение Платон придавал математике, с помощью которой можно было приблизиться к пониманию идеального нематериального мира.

Академия, созданная Платоном, просуществовала почти тысячелетие. Среди учеников Платона наибольшую славу приобрел Аристотель.

Аристотель (384-322 до н.э.) – величайший древнегреческий ученый, философ. Его ум позволял ему даже не соглашаться с учителем по многим вопросом, произнося «Платон мне друг, но истина дороже! ». В первую очередь это касалось невозможности отрыва идеи от реальной вещи. Мир един – утверждал он. Любая вещь состоит из материи (пассивное начало) и формы (активное начало). Форма форм – Бог, движущее начало мира. Неопределенная хаотичная субстанция – первоматерия – приобретает свойства благодаря простейшим формам-антагонистам – теплому, сухому, холодному и влажному. Парное сочетание этих форм дает четыре стихии-первоэлемента – огонь (Т+С), воздух (Т+В), воду (Х+В) и землю (Х+С).

В «надлунном» космическом мире властвует пятая, неизменная и непревращаемая стихия – эфир (ибо «природа не терпит пустоты», что противоречило атомистической модели). Заложил Аристотель и начала механики, а так же придумал первую в истории систематику животных, исследуя их анатомию и морфологию.

Теофраст (372-287 до н.э.) – ученик Аристотеля. Главной его заслугой была систематизация в 18 томах всей античной философии от Фалеса до Платона. Кроме того, он и сам создал ряд трудов по биологии, минералогии, физике, психологии, философии. Наиболее значительны его ботанические работы, в которых он классифицировал и систематизировал известный ему растительный мир по морфологическим, географическим и медицинским свойствам. Теофраст вместе с Аристотелем могут считаться одними из первых ученых-ботаников.

Теперь рассмотрим атомистическую программу.

Подавляющее большинство античных стихийных материалистов придерживались гилозоизма (от «гиле» – материя и «зое» – жизнь) – то есть, всей материи присуща способность к ощущению, восприятию.

Фалес (624-546 до н.э.) – древнегреческий философ, математик, астроном, физик, путешественник и купец, один из Семи мудрецов Греции. Сформулировал понятие субстанции или стихии, как основы материального мира. Считал первородной стихией воду, из которой получаются все остальные. Первым начал исследовать электрические явления (он обнаружил, что камень янтарь – «электрон» по-гречески – в результате трения приобретает свойства притягивать легкие тела, а так же изучал свойства магнита). Его мировоззрение сформировались в результате знакомства со знаниями жрецов Египта. Именно благодаря этим знаниям он смог предсказать солнечное затмение 28 мая 585 г. до н.э., умел измерять расстояния до недоступных предметов. Основал в Милете философскую школу. Среди непосредственных учеников Фалеса Милетского наиболее известны Анаксимандр и Анаксимен.

Анаксимандр (около 610-546 до н.э.) был автором философского сочинения «О природе». Первовеществом он считал уже не воду, а «апейрон», породивший воздух и воду. Предками человека считал рыб, что подразумевало эволюцию.

Анаксимен (около 588-525 до н.э.) – древнегреческий философ. Первоначальной стихией называл воздух, являвшийся по его представлениям источником не только всех остальных стихий (разреженный воздух по Анаксимену – огонь и небесные светила, сгустившийся – вода и даже земля), жизни, но и психических, духовных явлений.

Гераклит (554-483 до н.э.), в отличие от предшественников, основой всего сущего считал стихию огня – природа изменчива так же, как изменчив и непостоянен огонь. Гераклит утверждал, что мир существует извечно, не будучи созданным богами или людьми. Его основу составляет умирающий (становящийся водой и землей) и возрождающийся (в виде покидающего воду огненного смерча) огонь. Таким образом, огонь объединяет Вселенную и вечно перетекает из одной формы в другую. Развитие извечно существующего мира, согласно Гераклиту, является результатом непрерывной борьбы противоположных начал. Таким образом, Гераклит обогатил античное научное знание следующими идеями:

- единство и вечность Вселенной;

- закономерность явлений;

- вечное движение;

- единство жизни природы и жизни духа.

Эмпедокл (493-433 до н.э.) – развил учение Гераклита о единстве и борьбе противоположностей. Все многообразие мира он считал порождением взаимодействия через любовь и вражду четырех стихий: огня, эфира (воздуха), воды и земли. Важной следует считать и догадку Эмпедокла об эволюции живых существ – отдельно возникшие органы случайно соединяются и выживают существа наиболее гармонично сложившиеся. Эмпедокл так же интересовался медициной, был активным политиком.

Анаксагор (500-428 до н.э.) не только ученым, но и видный государственный деятель. Представлял движущей силой Вселенной ум – некую тончайшую материальную субстанцию. Каждая из частиц материи могла делиться до бесконечности. Это был первый шаг к знанию о структурной организованности мира и атомистическим представлениям, развитых в виде атомистического материализма Левкиппом и Демокритом.

Левкипп (около 500-440 до н.э.) – ученик Зенона Элейского, выдвинул идею атомного строения материи. Некоторые считают, что труды писались им в соавторстве с учеником – Демокритом из Абдер во Фракии.

Демокрит (460-370 гг. до н.э.) считал, что в основе материального мира лежат мельчайшие неделимые, подвижные, различные по форме (но строго геометрически совершенные) частицы – атомы. Благодаря их разнообразию и сложным сочетаниям достигается все многообразие мира. Вторым первоначалом мира считалась пустота.

Эпикур (около 341-271 до н.э.) – автор трактата «О природе», в 306 г. до н.э. основал в Афинах не уступавшую Академии Платона философскую школу «Сад Эпикура», где обучал своей системе философии. В качестве учеников допускались женщины и даже рабы. Философию Эпикур подразделял на три направления – физику, изучавшую природу, канонику, занимавшуюся законами познания, и этику, связанную с поведением, взаимоотношениями людей и поиском смысла жизни и счастья. Знание законов природы, по его мнению, освобождает от суеверий, страха смерти и всякого рода религий.

Тит Лукреций Кар (96-55 до н.э.) – римский поэт и философ, написал поэму «О природе вещей», в которой он пропагандировал и развивал идеи Демокрита и Эпикура. Лукреций выделил несколько эпох становления человечества, впоследствии названных каменным, бронзовым и железным веками. Красочно описаны в поэме и разнообразные природные явления, и их причины. Основные же естественнонаучные положения его произведения таковы:

· в мире нет ничего, кроме пустоты и извечной движущейся материи, состоящей из неделимых, различных по форме атомов;

· Вселенная бесконечна и состоит из бесконечного множества возникающих, развивающихся и гибнущих миров;

· жизнь существует как на Земле, так и в других мирах;

· «из ничего не творится ничто по божественной воле»;

· живые существа не сотворены, а возникли естественным путем, через стадии уродливых превращений вплоть до жизнестойкой формы.

Вернемся из Древнего Рима в конец IV в. до н.э., к концу эпохи Александра Македонского, создавшего за двенадцать лет невиданную по масштабам империю, ознаменовавшую начало эпохи эллинизма. Развивались торговля, экономика, культура и наука. В дельте Нила был заложен первый в истории мегаполис – город Александрия (к 1 в. до н.э. его население достигло миллиона человек) с храмом муз – Музеем, включавшим обсерваторию, зоологический и ботанический сады, помещения для работы ученых всего мира и библиотеку в 700.000 папирусных свитков. Музей Александрии был прообразом современных академических научных учреждений и академгородков. Александрия прославлена именами множества выдающихся ученых.

Евклид (около 300 до н.э.) – стоял у истоков Александрийской математической школы. Тринадцатитомный труд «Начала» излагал все математические достижения, включая теорию чисел, геометрию на плоскости, стереометрию. «Начала» лежат даже в основе современного школьного курса геометрии.

Эратосфен (276-194 до н.э.) – ученый-энциклопедист, проявил себя в математике, географии, истории, филологии, музыке, философии и астрономии. Первым измерил длину меридиана.

Архимед (287-212 до н.э.) – этот великий ученый, советник царя Гиерона II. Вычислил значение числа π (отношение длины окружности к диаметру), открыл, что сфера занимает 2/3 объема цилиндра того же диаметра, открыл несколько фундаментальных законов геометрии, механики, изобрел архимедов винт, архимедово колесо (для подъема воды), катапульту. Его знание законов рычага позволило ему говорить: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю! » - иначе говоря, большие массы можно было двигать малой силой.

Знаменитый выкрик Архимеда «Эврика! » (Нашел! ) связано с открытием способа измерения объема сложных тел, сделанным в ванной (Гиерон поставил Архимеду задачу определить, из чистого ли золота сделана его новая корона).

Клавдий Птолемей (83-161 н.э.) – александрийский географ, математик, музыкант и астроном. Известны его труды «География» и «Альмагест», обосновывавшие сложную геоцентрическую систему мира. Согласно последней, светила движутся по эпициклам, а центры эпициклов – уже по окружности-дифференту вокруг неподвижной Земли. Несмотря на ошибочность, теория Птолемея позволяла весьма точно вычислять движения Солнца, Луны и планет.

В эллинистическую эпоху развивались не только математика и механика. Значительные шаги сделали биология и медицина.

Гиппократ (460-356 до н.э.) – ученый-врач.

Он первым выделил медицину из натурфилософии в качестве самостоятельной науки, считая жизнь процессом взаимодействия четырех жидкостей тела – крови, слизи, и черной и белой желчи. «Лечить надо не болезнь, а больного» - говорил первый медик, имея в виду, что все назначения должны быть индивидуальны для каждого человека.

Клавдий Гален (129-199 н.э.) – написал свыше 250 работ. Главным объектом его исследований была «запретная тема» (вскрывать трупы было запрещено под страхом смерти) – анатомия человека и животных. Созданная Галеном терминология используется до сих пор, велико значение познаний о функциях спинного мозга, верно оцененное лишь в XIX в.

Плиний Старший (23-79 н.э.). Из обширного наследия этого римского администратора и писателя-энциклопедиста, до нас дошла его «Естественная история» в 37 томах, собравшая более 20000 фактов и основанная на собственных наблюдениях, рассказах и данных 400 других авторов.

В первых веках новой эры античная наука стала постепенно приходить в упадок, не будучи востребованной утратившей передовые позиции, дряхлеющей рабовладельческой системой. Сменялись вехи истории. Начиналась эпоха Средневековья.

4. Естествознание в эпохи Средневековья и Возрождения

4.1. Наука Средневековья характеризуется господством схоластики и теологии в Западной Европе и спорадическими открытиями у арабоязычных народов. Наука на Западе стала придатком теологии (астрология, алхимия, магия, кабалистика чисел). Прогресс техники на Западе совершался крайне медленно. Техника почти не нуждалась в систематическом изучении природы, а потому и не оказывала заметного влияния на развитие естественнонаучных знаний. Но и в это время, хотя и замедленно, шло накопление новых фактов, подготовивших переход к следующему периоду.

Средневековое сознание было ориентировано, прежде всего, на межличностные отношения, на эмоциональную сторону жизни. Любая вещь воспринималась с точки зрения ее полезности, без учета ее объективных связей с миром. Точно так же и человек характеризовался не по своим объективным чертам – талант, деловитость, ум и т.д., а через социально-иерархические ценности – власть, авторитет, богатство, престиж. Знание же рассматривалось всего лишь как побочный продукт духовно-религиозной деятельности.

Но, поскольку производство нового знания – историческая необходимость, то и в крайне консервативном средневековом обществе наука продолжала развиваться.

Процесс распада римского государства под влиянием внешних и внутренних сил в V в. нашей эры привел к смене рабовладельческого строя на феодализм. Переход к нему сопровождается глубокими потрясениями в хозяйственной и культурной жизни: замирает торговля, замедляется развитие науки.

На Востоке, в Китае и Индии этот переход произошел раньше, чем на Западе, поэтому эти страны опережали западные страны и в экономическом отношении, и в развитии науки.

В VII веке обширные территории Ближнего и Среднего Востока объединились в Арабский Халифат с единой, централизованной политической системой и растущей экономикой. Это, как и начавшийся между объединенными народами обмен знаниями, стало прекрасной предпосылкой для развития науки. К IX веку на арабский язык были переведены все основные труды античных ученых, знания на Востоке ценились очень высоко. Арабская наука достигла более значительных успехов, чем европейская, поскольку не была столь жестко связана с религиозными воззрениями.

Еще в начале нашей эры арабы заимствовали из Индии и развили десятичную систему счисления. Арабские ученые совершенствовали вычисления уравнений, вычисляли корни, суммировали арифметические прогрессии. Необычайное развитие получили физика и астрономия. Широко применялось на практике понятие удельного веса. Обсуждалась проблема существования пустоты в природе, характер и механизм передачи движения, кинематика применялась при анализе и описании движения небесных тел. Вершиной наблюдательной астрономии стали исследования великого Улугбека. Большинство ученых арабского Востока были универсалами-энциклопедистами.

Аль-Хорезми Мухаммед бен Муса (787-850) – среднеазиатский ученый, написал математический трактат «Книга о восстановлении и противопоставлении», из которого об алгебре узнали уже в XI веке европейские ученые. Кроме математики прославил свое имя трудами по географии и астрономии.

Аль-Фараби Абу Наср ибн Мухаммед (870-950) – один из крупнейших философов и ученых-энциклопедистов арабского Востока. Разработал учение о несотворенности мира и вечности материи. При этом он отрицал бессмертие индивидуальной души. Отстаивал познаваемость мира. В сфере его интересов были религия, космогония, общественное устройство, и даже музыка, которой он посвятил отдельную книгу.

Аль-Бируни Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед (973-1050) – среднеазиатский ученый-энциклопедист из Хорезма. Бируни первым среди ученых Востока заговорил о гелиоцентрической системе мира, известен трудами по минералогии, географии, истории Индии, физике, медицине.

Абу Али ибн Сина (Авиценна, 980-1037) – великий медик, ученый, философ, музыкант, политик. Был врачом и везирем (первым министром) при разных правителях в Средней Азии и Иране. В своих трактатах «Книга исцеления» и «Книга указаний и наставлений» изложил свои философские, естественнонаучные и музыкальные воззрения. Кроме прочего, сформулировал в своих трудах физическую теорию импетуса на триста лет раньше француза Жана Буридана. Настоящей медицинской энциклопедией стал «Канон врачебной науки» в пяти частях, собравший воедино врачебные знания античности, индийских и среднеазиатских ученых, и использовавшийся сотни лет медиками Европы и Азии. Многие положения «Канона» до сих пор не утратили своего практического значения.

Аль Бируни (973 - 1048) производил точные определения плотностей металлов и других веществ с помощью " конического прибора", который он сам сконструировал. По его измерениям плотность золота равнялась 19, 5, а ртути - 13, 6.

Бируни производил точные астрономические и географические измерения. Он определил угол наклона эклиптики к экватору и установил его вековые изменения. Для 1020 г. его измерения дали значение 23°34'0". Он точно так же определил радиус Земли.

Бируни также считал уязвимой геоцентрическую систему мира и высказал мысль о движении Земли вокруг Солнца.

В то время, как Бируни размышлял о гелиоцентрической системе мира, переводил труды Птолемея, в Европе господствовали представления о Земле, как о плоской лепешке, накрытой хрустальным колпаком и опоясанной океаном.

Омар Хайям (1048-1132 или 1123) – уже в 25 лет создал наиболее значительное произведение в области алгебры – «Трактат о доказательствах», посвященный в основном решению кубических уравнений. Вёл математические изыскания не только в области, алгебры, но и в области геометрии. Хайям был не только математиком, но и выдающимся физиком, минералогом, философом, астрономом, астрологом, метеорологом, врачом и, наконец, великим поэтом, создавшим бессмертные «Рубайи».

Ибн Рушд (1126-1198) – философ, судья и придворный врач, живший в Андалусии и Марокко. Интерпретировал труды Аристотеля в духе материализма и пантеизма (божественности природы), считал мир вечным, но расположенном в конечном пространстве. Методологически он отделял философский (научный) путь познания, от теологического, говоря, что природа независима от Аллаха, не влияющего на частности мирового процесса. Этим он опровергал популярного мусульманского теолога, философа и мистика Мухаммеда аль-Газали (1058-1111). Научный (логико-доказательный) путь и религиозный (чувственно-эмоциональный) объединяла «Теория двух истин».

Улугбек Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (1411-1449) – любимый внук создателя империи, завоевателя и жестокого властителя Тимура (Тамерлана). Создал «Новые астрономические таблицы» с основными положениями астрономии и каталогом 1018 звезд, планетными таблицами. Результатами наблюдений и вычислений Улугбека в течение столетий пользовались европейские ученые. Астрономическая обсерватория Улугбека в Самарканде – один из выдающихся культурных памятников мира. Поныне сохранилась часть гигантского двойного квадранта – крупнейшего угломерного прибора того времени, вообще же это была совершеннейшая в мире для своего времени и наиболее оснащенная астролябиями, армиллярными сферами, азимутальным кругом обсерватория.

Аль-Хорезми (ок. 780 - 850) был автором арифметики и трактата по алгебре. В его алгебраическом трактате решаются линейные и квадратные уравнения. Европейцы познакомились из его арифметики с индийской позиционной системой чисел и употреблением нуля, арабскими цифрами, арифметическими действиями с целыми числами и дробями. Труды Аристотеля и Птолемея пришли в Европу в арабских переводах.

Все, что видим мы – видимость только одна

Далеко от поверхности мира до дна

Полагай несущественным явное в мире,

Ибо тайная сущность вещей – не видна.

Омар Хайям

Новым словом в истории образования Средневековья стали университеты. Возникновение таких светских учебных заведений стало возможным только в эпоху развитого средневековья, когда, благодаря успехам агрономии и ряду изобретений возросло сельскохозяйственное производство (трехпольная система, колесный плуг), расширились ремесло и торговля, начали поощряться облегчающее физический труд изобретательство (кривошип, маховик) и инженерное дело. В каждом из них было четыре факультета: подготовительный или философский (факультет свободных искусств, где обучали основам грамматике, риторике, диалектике, математике, астрономии и музыке), медицинский, юридический и высший, но непопулярный – теологический.

В средневековой науке сформировалось три традиции познания:

- Схоластическая традиция, опирающаяся на простейшую логику, предание и умозрение, и ставившую основным вопросом соответствие реального бытия понятиям разума. В основу традиции легли принципы античного платонизма, истолкованные в духе христианства. Главные ее достижения лежат в областях теологии и космологии, в которых предмет познания реально не представлен и разум остается единственным средством анализа предмета на основе умозаключений.

Представители:

Вильям Оккам (1285-1349) – английский философ-схоласт, автор трудов «Распорядок», «Свод всей логики», «Об истолковании». В своих трудах подчеркивал значение научного знания. Особо известно в современном естествознании правило «бритвы Оккама», звучащее так: «не умножай число сущностей сверх необходимого». Иначе говоря, несводимые к опытному и интуитивному знанию понятия должны удаляться из науки. В 1327 году Оккам был отлучен папой римским от католической церкви за противостояние учению Фомы Аквинского.