История на древногръцката физика

В древни времена систематичното изучаване на основните природни закони не представляваше огромна загриженост. Тревогата останала жива. Науката, каквато е съществувала по това време, се състоеше главно от селското стопанство и в крайна сметка инженеринг за подобряване на ежедневието на растящите общества. Плаването на кораб, например, използва влачене на въздуха, същия принцип, който поддържа самолетът на височина. Древните са били в състояние да разберат как да конструират и експлоатират ветроходни кораби без точни правила за този принцип.

Древните са известни може би най-добре за своите астрономия, което продължава да ни влияе силно и днес. Те редовно наблюдаваха небесата, за които се смяташе, че са божествена царство със Земята в нейния център. Със сигурност беше очевидно за всички, че слънцето, луната и звездите се движат по небето по редовен начин, и не е ясно дали някой документиран мислител на древния свят е мислил да постави под въпрос този геоцентрик гледна точка. Независимо от това, хората започнаха да идентифицират съзвездия на небесата и използваха тези знаци на Зодиака за определяне на календари и сезони.

Математиката се развива първо в Близкия изток, въпреки че точният произход варира в зависимост от това кой историк говори. Почти сигурно е, че произходът на математиката е за просто водене на записи в търговията и правителството.

Египет постигна дълбок напредък в развитието на основна геометрия, поради необходимостта от ясно дефиниране на земеделска територия след годишното наводнение на Нил. Геометрията бързо намери приложение и в астрономията.

Тъй като Гръцката цивилизация възникна обаче, най-накрая дойде достатъчно стабилност - въпреки факта, че все още има чести войни - за да възниква интелектуална аристокрация, интелигенция, която е била в състояние да се посвети на системното изучаване на тях има значение. Евклид и Питагор са само няколко от имената, които резонират през вековете в развитието на математиката от този период.

Във физическите науки имаше и разработки. Левцип (V в. Пр.н.е.) отказа да приеме древните свръхестествени обяснения на природата и обяви категорично, че всяко събитие има естествена причина. Неговият ученик Демокрит продължи да продължи тази концепция. Двамата бяха привърженици на концепцията, че цялата материя се състои от малки частици, които бяха толкова малки, че не можеха да се разпаднат. Тези частици бяха наречени атоми, от гръцка дума за „неделим“. Щеше да е две хилядолетия преди атомистичните възгледи да получат подкрепа и още по-дълго, преди да има доказателства в подкрепа на спекулации.

Докато наставникът му Платон (и му наставник, Сократ) бяха много по-загрижени за моралната философия, философията на Аристотел (384 - 322 г. пр.н.е.) имаше по-светски основи. Той популяризира концепцията, че наблюдението на физическите явления в крайна сметка може да доведе до откриването на природните закони, които управляват тези явления, макар и за разлика от Левцип и Демокрит, Аристотел е вярвал, че тези природни закони в крайна сметка са били божествени в природата.

Той беше естествена философия, наблюдателна наука, основана на разума, но без експерименти. Той с право е критикуван за липса на строгост (ако не и откровена небрежност) в своите наблюдения. За един възмутителен пример той заявява, че мъжете имат повече зъби от жените, което със сигурност не е вярно.

Все пак това беше стъпка в правилната посока.

Един от интересите на Аристотел беше движението на обекти:

• Защо скала пада, докато димът се издига?
• Защо водата тече надолу, докато пламъците танцуват във въздуха?
• Защо планетите се движат по небето?

Той обясни това, като каза, че цялата материя е съставена от пет елемента:

• пожар
• Земя
• Въздух
• вода
• Етер (божествено вещество на небесата)

Четирите елемента на този свят се обменят и се свързват един с друг, докато Етер е бил съвсем различен вид субстанция. Всеки от тези светски елементи имаше естествени области. Например, ние съществуваме там, където земното царство (земята под краката ни) се среща с Въздушната сфера (въздухът около нас и нагоре толкова високо, колкото можем да видим).

Естественото състояние на обектите, за Аристотел, е било в покой, на място, което е в баланс с елементите, от които са съставени. Следователно движението на обекти беше опит от обекта да достигне естественото си състояние. Скала пада, защото земното царство е надолу. Водата тече надолу, защото нейната естествена сфера се намира под царството на Земята. Димът се издига, защото се състои от въздух и огън, като по този начин се опитва да достигне до царството на високия Огън, поради което пламъците се простират нагоре.

Няма опит от Аристотел да опише математически реалността, която наблюдава. Въпреки че формализира Логиката, той смята математиката и естествения свят за фундаментално несвързани. Според него математиката се занимаваше с непроменящи се обекти, на които липсваше реалност, докато естествената му философия се фокусира върху промяна на обектите със собствена реалност.

В допълнение към тази работа върху тласъка или движението на обектите, Аристотел направи обширни проучвания в други области:

• създаде система за класификация, разделяща животни с подобни характеристики на „родове“.
• изучавал в своята работа Метеорология природата не само на метеорологичните модели, но и на геологията и естествената история.
• формализира математическата система, наречена Логика.
• обширна философска работа за естеството на отношението на човека към божественото, както и етични съображения

Работата на Аристотел е преоткрита от учени през Средновековието и той е обявен за най-великия мислител на древния свят. Неговите възгледи се превърнаха във философска основа на католическата църква (в случаите, когато това не се случи пряко) противоречат на Библията) и през следващите векове наблюдения, които не отговарят на Аристотел, са били осъждани като a еретик. Това е един от най-големите ирони, че такъв привърженик на науката за наблюдение ще бъде използван за възпрепятстване на подобна работа в бъдеще.

Архимед (287 - 212 г. пр.н.е.) е най-известен с класическата история за това как е открил принципите на плътност и плаваемост, докато се е къпел, т.е. веднага го кара да тича из улиците на Сиракуза голи да крещят "Еврика!" (което грубо се превежда като „намерих то!"). В допълнение, той е известен с много други значими подвизи:

• очертаха математическите принципи на лоста, една от най-старите машини
• създадоха сложни системи за макари, за които се смята, че са успели да придвижат кораб в пълен размер, като се изтеглят на едно въже
• дефинира концепцията за центъра на тежестта
• създаде полето на статиката, използвайки гръцката геометрия, за да намери равновесни състояния за обекти, които биха били данъчни за съвременните физици
• известен с това, че е изградил много изобретения, включително „воден винт“ за напояване и военни машини, които помогнаха на Сиракуза срещу Рим през Първата пуническа война. Някои го приписват с измислянето на одометъра през това време, макар това да не е доказано.

Може би най-голямото постижение на Архимед обаче беше да примири голямата грешка на Аристотел при разделянето на математиката и природата. Като първи математически физик той показа, че подробната математика може да се прилага с творчество и въображение както за теоретични, така и за практически резултати.

Хипарх (190 - 120 г. пр.н.е.) е роден в Турция, въпреки че е бил грък. Той е считан от мнозина за най-големия наблюдателен астроном на древна Гърция. С разработените от него тригонометрични таблици той прилага строго геометрията при изучаването на астрономията и успя да прогнозира слънчеви затъмнения. Той също изучава движението на слънцето и луната, като изчислява с по-голяма точност от всеки преди него тяхното разстояние, размер и паралакс. За да му помогне в тази работа, той подобри много от инструментите, използвани в наблюденията с невъоръжено око на онова време. Използваната математика показва, че Хипарх може би е изучавал вавилонската математика и е бил отговорен за пренасянето на някои от тези знания в Гърция.

Счита се, че Хипарх е написал четиринадесет книги, но единственото, което остава пряко, е коментар към популярна астрономическа поема. Историите разказват за Хипарх, който е изчислил обиколката на Земята, но това е в някакъв спор.

Последният голям астроном на древния свят беше Клавдий Птолемей (известен като Птолемей към потомството). През II в. Пр. Н. Е. Той пише резюме на древната астрономия (заимствано силно от Хипарх - това е основният ни източник за познаване на Хипарх), който стана известен навсякъде Арабия като Almagest (най-великия). Той формално очерта геоцентричния модел на Вселената, описвайки поредица от концентрични кръгове и сфери, по които се движат други планети. Комбинациите трябваше да бъдат изключително сложни, за да се отчетат наблюдаваните движения, но работата му беше достатъчно адекватен, че в продължение на четиринадесет века се разглежда като цялостно изявление за небето движение.

С падането на Рим обаче стабилността, която подкрепя подобни иновации, изчезна в европейския свят. Голяма част от знанията, получени от древния свят, са загубени през тъмните векове. Например от 150-те реномирани аристотелевски произведения днес съществуват само 30, а някои от тях са малко повече от бележките от лекции. В тази епоха откриването на знанието ще лежи на Изток: на Китай и Близкия изток.