Картина мира античных философов

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Из истории человечества известно, что космологические представления (космология - наука о строении, происхождении и эволюции Вселенной как целого), наиболее были развиты в древних цивилизациях - в Египте, Китае, Индии, Греции. В Европе наука о космосе берет свое начало в Древней Греции, куда, в свою очередь, знания пришли из Египта, Вавилона и Древней Индии [4].

Одним из первых дошедших до нас космологических взглядов является высказывание поэта Гесиода (725-650 гг. до н. э.). В его поэме «Теогония» говорится, что весь мир и бессмертные боги возникли одновременно из вечного, бесконечного, темного хаоса: богиня земли- Гея; могучая, созидающая и преобразующая сила - Любовь (Эрос); вечный мрак - Эреб; вечная ночь -Ньюкта; вечный свет - Эфир; бесконечно-голубое небо - Уран и т. д

Таким образом, было определено первичное состояние Вселенной-хаос (хаотичность, бессистемность, аморфность). Затем последовало преобразование, упорядоченность, появилась системность, разумность, справедливость ит. д.

Возникновение европейской науки принято связывать с милетской школой (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен). Представители этой школы впервые сформулировали наиболее фундаментальную проблему - проблему первоначала, из которого возникают все вещи и в которое они со временем превращаются.

На уровне чувственного восприятия люди осознают, что окружающий мир представляет собой многообразие самых разнообразных вещей. Естест-вознание начинается тогда, когда сознание человека поднимается до уровня выработки высокой абстракции субстанции, позволяющей сформулировать вопрос, существует ли за многообразием вещей некое единое начало.

Стр. 13

Основатель милетской школы естествоиспытатель-философ, математик, экономист, политик Фалес (625-547 гг. до н. э.) из Милета (греческая колония на западе Малой Азии) выделил четыре материальные сущности: землю, воду, воздух и огонь, что соответствует по современным представлениям четырем агрегатным состояниям вещества. Из этих сущностей главной, первоначальной Фалес считал воду¹, Земля, по Фалесу, плавает в Океане, имея форму круглой плиты диаметром 8 000 км.

Продолжателем идей милетской школы был ученик Фалеса Анаксимандр (610-546 гг. до н. э.), который развил представления учителя. Источником всего сущего он считал нечто вечное, бесконечное начало - апейрон (т. е. «беспредельное»). По Анаксимандру, четыре стихии образуются из апейрона, находящегося в вечном движении, и весь мир периодически зарождается и возвращается в первовещество. Впервые было выдвинуто утверждение, что Земля никем и ничем не поддерживается и что таких миров, как Земля, существует множество. По своей форме Земля представлялась в виде цилиндра, на торце которого и располагалось человечество. Сферическую форму Земли, предполагается, ввел и обосновал Пифагор.

Гераклит из Эфеса (544-470 г.г. до н.э.) - один из самых глубоких мыслителей Греции, оказавший огромное влияние на развитие науки и философии. С милетскими учеными его связывала проблема субстанции, первоосновы бытия. По его мнению, мир един, не создан ни богами, ни людьми, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим.

Другая важнейшая идея в учении Гераклита - идея безостановочной изменчивости вещей, их текучести. В мире все изменчиво, «все течет», т. е. происходит постоянное изменение, преобразование, движение, ведущее к созданию новых форм (независимо от того, какими эти формы являются более сложными или простыми, прогрессивными или регрессивными).

¹ Вода является основой я первопричиной существования как живого, так и неживого. «Посади зерно в землю - ничего не вырастет, а если полить водой, то появится росток, а затем и колос. Все живое без воды - ничто», - примерно такие слова приписывают Фалесу.

Стр. 14

Развитие древнегреческой астрономии шло по пути как накопления эмпирических наблюдений, так и разработки теоретических моделей структуры, организации космоса. Первые натурфилософы (VI-V вв. до н.э.) имели весьма слабые представления об устройстве Вселенной. Только пифагорейцами было осознано различие между звездами и планетами («блуждающие светила»). Под Вселенной ученые понимали Солнечную систему, в которой было известно 5 видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Исходя из принципа «Мир таков, каким я его вижу», они полагали, что Вселенная устроена следующим образом: в центре находится Земля (шар в пустом пространстве), вокруг которой вращаются Луна, Солнце и пять указанных выше планет. Над ними - купол неба в виде хрустальной сферы с прикрепленными к ней звездами. Такая модель называется геоцентрической.

Одной из первых моделей мира была модель Пифагора (570-500 гг. до н. э.), которая имела подробную математическую проработку и отличалась музыкальностью.

По Пифагору, в центре мира находится шарообразная Земля, никем и ничем не поддерживаемая. Каждая планета, Солнце, Луна расположены на своих сферах, которые вместе с планетами вращаются вокруг Земли. При вращении с определенным периодом (частотой) у каждой планеты возникает звучание, образующее так называемую «гармонию сфер», или звучание «небесного органа», которое, по преданию, слышал сам Пифагор. Расстояния между сферами, т. е. отличия радиусов сфер, соответствуют тонам и полутонам. За один тон было взято расстояние до Луны, соответственно расстояние до Солнца было равно четырем тонам, до сферы неподвижных звезд - семи тонам. Конечно, значения расстояний до планет были неточными. Так, расстояние до Луны (20 000 км) было определено в 20 раз меньше, чем на самом деле. Но музыкальность, а точнее октава, в Солнечной системе действительно существует.

В основе музыки, т. е. приятного звучания звуков и интервалов, лежит гамма. Октава - это интервал, через который частота или период звуковых колебаний изменяется в 2 раза. Так, нота ля малой октавы имеет частоту колебаний 220 Гц, нота ля 1-й октавы - 440 Гц, 2-й октавы - 880 Гц и т. д. (имеем показательную функцию 2ⁿ).

Стр. 15

Пифагор пытался получить математическую формулу радиусов сфер движения материи, но не успел. Октава в Солнечной системе была открыта немецким астрономом И. Д. Тициусом в 1766 г. и носит название закона планетных расстояний:

r_n =0,4+ 0,3*2ⁿ а. е.,

где n = 0,1,2,3...;

а. е. - астрономическая единица, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца.

Другой особенностью музыкальности (гармонии) мира, по мнению Пифагора, является наличие аккордов (резонансов) у планет и их спутников.Для «правильного» звучания тех или иных аккордов необходимо определенное соотношение участвующих в них звуков (частот или периодов). Эти соотношения должны соответствовать целочисленному ряду чисел: 1:2:3:4:5... Так, возможны следующие парные отношения: 1:1-прима; 1:2-октава;2: 3-квинта; 3:4-кварта;4: 5-терция и т. д.

При наблюдении за движением планет (известных ранее пяти и девяти в настоящее время) были действительно обнаружены парные резонансы (аккорды) между всеми планетами и их спутниками. Так, Луна и Земля находятся в резонансе 1:1 (прима), имея собственный (спиновый) период 24 ч у Земли и орбитальный период у Луны. В таком же резонансе находятся крупные спутники Юпитера и Сатурна. В резонансе 2: 3 (квинта) находится Меркурий по отношению к Солнцу. За два оборота вокруг Солнца Меркурий делает три оборота вокруг собственной оси. В соотношении 4: 5 (терция) с Солнцем находится Венера.

Резонансные отношения, как показали современные исследования, наблюдаются как между планетами и их спутниками, так и между спутниками крупных планет.

Наиболее важными для Солнечной системы являются чисто орбитальные резонансы между большими планетами, благодаря которым и объясняется устойчивость самой системы. Так, Нептун и Плутон имеют орбитальные резонансы 2: 3, Уран и Нептун -1:2, Юпитер и Сатурн -2:5.

Проблема механической устойчивости Солнечной системы решается с учетом резонансов. В частности, взаимные возмущения планет-гигантов Юпитера и Сатурна носят периодический характер (900 лет). Самое мощное возмущение в системе планет проявляется раз в 10 000 лет (парад планет), когда планеты располагаются на самом близком расстоянии друг к другу. В это время гравитационное возмущение достигает наибольшего значения. Но поскольку Солнечная система является открытой, то часть энергии возмущения выбрасывается в открытый космос и система в течение следующих 10 000 лет сохраняет устойчивое существование.

Стр. 16

Античный философ Демокрит (460-370 гг. до н. э.), один из основателей атомизма, говорил, что во Вселенной таких миров, как наш, и в то же время разнообразных существует бесконечное множество. Эти миры постоянно меняются, эволюционируют (рождаются, расцветают, умирают).

Демокрит высказал ряд совершенно правильных, по тем временам гениальных, догадок: что Солнце намного больше Земли, что Луна светит отраженным светом, что Млечный Путь - скопление огромного числа звезд.

Платон (427-347 гг. до н. э.) создал теорию космоса как целостного организма, живого, разумного, одушевленного. Космос - это совершенное творение высшего разума, и он должен иметь совершенную, т. е. сферическую, форму. В космосе все должно быть идеальным, в том числе и движение небесных тел. Поскольку видимые траектории движения планет являются неравномерными и некруговыми, Платон предложил разложить их на простые составляющие, т. е. круговые. С такой задачей позднее справился математик и астроном Птоломей.

Ученик Платона Аристотель (384-322 гг. до н. э.) пошел значительно дальше учителя в исследовании устройства мироздания, впервые создав действительно универсальную картину мира. В ней были объединены, систематизированы и развиты все ранее существовавшие знания о природе (физике), т. е. рассматривались учения о структуре, движении и свойствах окружающего нас мира. В трактате «О небе» была изложена космологическая картина Вселенной.

Под Вселенной понималась совокупность всей материи и всего пространства. Пространство - вместилище, заполняемое материей. Вселенная представлялась конечной сферой, за пределами которой нет ничего материального, а значит, нет и пространства. Аристотель, определив время как меру движения материи (движения нет без физического тела), впервые высказал предположение о взаимосвязи материи, пространства и времени. За пределами Вселенной, где нет ни материи, ни пространства, находится нематериальный (духовный) божественный мир.

Стр. 17

В такой шарообразной Вселенной должна существовать равноудаленная от периферии точка, т. е. центр Вселенной. Что находится в этом центре - Земля или Солнце? Аристотель рассмотрел оба случая, но так как инструментальная техника тех времен не соответствовала поставленной задаче, то в центре Вселенной осталась Земля (геоцентрическая модель только укрепила свои позиции). Суть опыта заключалась в следующем.

Пусть в центре Вселенной находится Солнце. На сфере неподвижных звезд из точки Т₁ выбирают две звезды и определяют угловое расстояние между ними (). Через полгода, когда Земля окажется на другом конце диаметра своей орбиты (в точке Т₂), снова определяют угловое расстояние между этими же звездами (). Так как в точке Т₂ Земля находится дальше от звезд М₁М₂, то угол должен быть меньше угла . На практике эти углы оказались равны () (рис. 1).

Рис. 1. К выбору Аристотелем геоцентрической системы мира

Причина очень проста. Поскольку расстояние да звезд в сотни тысяч раз больше, чем диаметр орбиты, то изменения угла наблюдения составляют менее чем одна угловая секунда. Измерение таких малых величин смогли осуществить только в XIX в.

Таким образом, по Аристотелю, в центре Вселенной находится Земля, на которой властвуют четыре стихии, в небе движутся Солнце, Луна и планеты, расположенные на своих сферах. Самая большая - это сфера неподвижных звезд, которая служит границей материальной Вселенной. Весь материальный мир делится на две части: мир подлунный (все, что ниже Луны) и мир надлунный (Луна и выше). В подлунном мире действуют земные стихии, тела обладают «тяжестью», их движения имеют начало и конец. В надлунном мире тела не имеют «тяжести», находятся в бесконечном, равномерном круговом движении.

Стр. 18

Физическая и космологическая картина мира Аристотеля была практически единственной физической теорией вплоть до XVII в. Научное наследие ученого состоит из многочисленных работ по логике, философии, естествознанию, психологии, истории, эстетике, политике и т. д.

Идею геоцентризма значительно развил великий математик и астроном Птоломей (87-165 гг. н. э.). Полностью приняв идею Платона и Аристотеля о круговом движении небесных светил, Птоломей математически описал его. Кажущее петлеобразное движение планет Птоломей представил как состоящее из двух круговых движений: по деференту и эпициклу. Деферент -главная окружность каждой планеты. По деференту движется центр эпицикла. При сложении двух вращательных движений имеем замкнутую саму на себя спираль. Радиус эпицикла и скорость движения по нему определялись методом подбора. Вначале построения и расчеты движения известных небесных тел: Солнца, Луны и пяти планет - позволили составить схему, состоящую из 13 кругов (рис.2). Математические уравнения движения планет давали возможность определять координаты тел для последующих моментов времени. Имея не очень удовлетворительные результаты, Птоломей усовершенствовал схему. На место эпицикла он помещал центр второго эпицикла, который вращался по первому эпициклу. Если и в этом случае точность была недостаточной, то добавлялся третий эпицикл, четвертый и т. д. Угловые скорости, радиусы эпициклов подбирались, чтобы расчетные координаты местонахождения планет соответствовали наблюдаемым.

Такие усовершенствования схемы делались самим Птолемеем, а затем и его учениками. Схема становилась все более сложной и громоздкой, пока не достигла 112 кругов.

Несмотря на сложность, схема Птоломея позволяла вычислять лунные и солнечные затмения, положения планет на звездном небе. Данной схемой человечество пользовалось более 1300 лет, пока не появилась система Коперника.

На закономерный вопрос, почему неверная по своей физической сути схема Птоломея давала правильный результат, ответ находим в высшей математике. По сути, Птоломей использовал математический метод, позднее получивший название гармонического анализа (ряды Фурье), который позволял вычислять значение функции с любой степенью точности.

Стр. 19

Схема Птолемея была использована в путешествиях Колумба, Васко да Гама, Америго Веспуччи.

Николай Коперник (1473-1543), современник Леонардо да Винчи, Рафаэля, Микеланджело, положил в основу своей системы мира эстетический принцип красоты и простоты. Он использовал идею гелиоцентризма Аристарха Самосского (Ш в. до н. э.), в основе которой было вращение Земли вокруг оси, центральное положение Солнца внутри планетной системы и вращение Луны вокруг Земли.

Рис. 2. Система Птоломея (упрощенный вариант из 13 кругов)

Схема Коперника позволила определить относительные масштабы Солнечной системы. За единицу он принял расстояние от Земли до Солнца - астрономическую единицу. Оставалось определить размер астрономической единицы.

Основной труд Н. Коперника был напечатан в 1543 г., когда он был уже при смерти. Началась революция в естествознании, так как произошла полная смена физической картины мира.

Одним из основателей естествознания является Галилео Галилей (1564-1642). Даже краткое описание его вклада в развитие естествознания показывает, что наступает эпоха становления классического естествознания.

Стр. 20

Во-первых, Галилей разработал метод научного исследования, включающий четыре фазы: наблюдение («чувственный опыт»), создание рабочей гипотезы («аксиомы»), вывод законов природы («математическое развитие») и опытную проверку как критерий правильности сделанных выводов. В настоящее время этот метод ученые называют знаменитой триадой: эксперимент - теория - практика. Кроме того, Галилей одним из первых начал применять математику как язык описания физических явлений. Таким образом, с именем Галилея в физике и астрономии связано начало новой эры - эры опытных проверок и экспериментальных доказательств теоретических выводов науки.

Во-вторых, Галилею мы обязаны построением науки о движении- кинематики (наклонная плоскость, свободное падение тел, ускорение свободного падения, равноускоренное движение, математический маятник и т. д.).

В-третьих, Галилей впервые в истории человечества взглянул на небо вооруженным глазом - с помощью зрительной трубы, названной впоследствии телескопом. Построив телескоп («труба Галилея») с увеличением 32^х, он сделал ряд астрономических открытий, подтверждающих концепцию Коперника о гелиоцентричности Солнечной системы. Галилеем было установлено, что Венера, как и Луна, светит отраженным светом, открыты четыре спутника Юпитера. При исследовании Луны Галилей установил, что на ее поверхности есть горы, определил их высоту и изобразил лунный ландшафт.

В-четвертых, предметом пристальных наблюдений Галилея стал Млечный Путь. Все споры философов о туманности Млечного Пути были сняты. Он оказался громадным количеством отдельных звезд. Рассматривая то, что астрономы называли туманными звездами, Галилей обнаружил, что они, как и Млечный Путь, состоят из большого числа звезд (речь идет о других галактиках).

В-пятых, Галилей впервые сформулировал принцип относительности, который, позднее был использован в теориях Ньютона и Эйнштейна.

Вторая, после Аристотеля, научная революция завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества- Исаака Ньютона (1643-1727). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. В него входят создание дифференциального и интегрального исчисления (одновременно с Г. В. Лейбницем), важные астрономические наблюдения, сделанные с помощью изобретенного И. Ньютоном телескопа-рефлектора. Он внес большой вклад в оптику, исследовав и объяснив явления дисперсии света.

Стр. 21

С именем ученого связано открытие (или окончательная формулировка) основных законов динамики - знаменитых трех законов Ньютона, легших в основание классической физики.

Современная космология - наука о строении, происхождении и эволюции Вселенной - имеет как теоретический, так и экспериментальный фундамент. Экспериментальную основу образуют данные, накопленные в течение многих веков при наблюдении звездного неба. Теоретическая же основа космологии появилась лишь в 1666 г., когда И. Ньютон открыл закон всемирного тяготения, похоронив тем самым древнюю идею о взаимном стремлении тел друг к другу (любви), основанную на антропорфности и таинственности. Появление теории гравитации после открытия закона всемирного тяготения и послужило теоретической основой научной космологии.

Не будет преувеличением сказать, что 28 апреля 1686 г. - одна из важнейших дат в истории человечества. В этот день И. Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию-механику земных и небесных процессов, которая в систематической форме была изложена в книге «Математические начала натуральной философии», вышедшей в следующем году.

Лишь после появления теории гравитации стало возможным применять научный подход к решению проблем строения и эволюции Вселенной как целого, единого физического объекта.

Занимаясь проблемами космологии, любой ученый должен ответить на многие вопросы. Наиболее важные из них можно разбить на две группы:

1. Как изменяется Вселенная во времени? Будет ли мир существовать вечно? Существовал ли он всегда в прошлом?

2. Как организована Вселенная в пространстве? Есть ли у нее границы и центр?

Данные вопросы тесным образом связаны с такими важнейшими философскими понятиями, как пространство и время.

Отвечая на эти вопросы, И. Ньютон создал стройную научную теорию строения Вселенной, которая господствовала более 200 лет. Кратко отметим главные черты картины мира И. Ньютона:

1. Стержнем его научного построения являлся принцип материального единства мира, т. е. положение о том, что все земное и небесное развивается по единым законам Природы. Отметим, что в современном построении картины мира это положение осталось практически неизменным.

Стр. 22

2. Физическая картина мира И. Ньютона опиралась на абсолютные философские категории: пространство и время, т. е. независимые друг от друга материи (вспомним Аристотеля, у которого эти категории были взаимосвязанными).

Таким образом, И. Ньютон, опираясь на вышеприведенные положения и применив теорию тяготения, пришел к выводу, что Вселенная бесконечна, стационарна и вечна. Так, теория тяготения предполагает бесконечность Вселенной, в противном случае все материальные объекты должны слиться в одно тело. Бесконечность Вселенной автоматически снимает вопрос о ее границах и центре.

Рассуждая далее, ученый приходит к выводу, что материя в бесконечном пространстве под действием закона всемирного тяготения собирается в бесконечное множество больших масс, удаленных друг от друга на большие расстояния. Эти большие массы могут находиться бесконечно долго в уравновешенном (стационарном) состоянии, т. е. Вселенная вечна по отношению к будущему. Относительно прошлого И. Ньютон полагал, что Вселенная имеет свое начало во времени, так как мир был создан могущественным творцом, т. е. Богом.

Дата добавления: 2014-11-29