L4. Античная астрономия (продолжение), средневековье, эпоха Ренессанса

ГОДНЫЙ КОНСПЕКТ
Конспект прочитан, исправлен и одобрен к публикации лектором курса Коцюбой В.И.
В прошлый раз мы остановились на античной астрономии эпохи эллинизма, в частности, на учении Аристарха Самосского.
Аристарх Самосский
Он смог впервые оценить расстояние от Земли до Луны и Солнца. Когда ровно половина Луны оказывается затемнена, он вычислял угол между линиями Луна-Солнце и Земля-Солнце. Зная, по лунным затмениям, примерное соотношение диаметров Луны и Земли (1/3), он по синусу угла нашел отношение расстояний Земля-Луна и Земля-Солнце (1/19).
Схема задачи Аристарха
Поскольку видимые угловые размеры дисков Солнца и Луны примерно одинаковы, Аристарх сделал вывод, что диаметр Солнца должен быть в 19 раз больше диаметра Луны.
Отсюда Аристарх получил, что объём Солнца должен быть примерно в 250 раз больше размеров Земли. Это ошибочный результат, но он тем не менее показывал, что Солнце значительно больше Земли. Полученный результат заставляет Аристарха задуматься — а не вращаются ли планеты вокруг Солнца? Аристарх предложил гелиоцентрическую модель. Почему же ее не приняли? Это важно знать, чтобы понимать, почему гелиоцентризм возродился так поздно, уже в 15-м веке у Коперника.
Гелиоцентрическая модель была подвергнута критике на основании следующих аргументов:
Отсутствие звёздного параллакса
Если Земля вращается вокруг Солнца — должен наблюдаться звёздный параллакс. Почему не видим, что Звёзды изменяют положение относитлеьно друг друга по мере того, как Земля путешествует вокруг Солнца? А это должно происходить, если Земля движется по орбите.
Аристарх нашёл этому решение, и оно верное. Он сказал, что расстояние от орбиты Земли до небесного свода столь велико, что его можно сравнить с отношением микроскопической точки в центре сферы к поверхности сферы. Иными словами, параллакс не наблюдается, потому что орбита Земли микроскопически мала сравнительно с расстоянием от нее до видимых звезд. Почему данный аргумент не был принят? Эти расстояния казались чудовищными, невероятно большими, в это мало верилось. Кроме того, были ещё аргументы:
Неравномерность годичного движения Солнца по эклиптике
Невозможность с помощью теории Аристарха объяснять неравномерность годичного движения Солнца по эклиптике (более быстрое зимой и более медленное летом). Если Земля равномерно движется по круговой орбите вокруг Солнца, таких неравномерностей не должно быть.
Модель Аристарха встречала и другие контраргументы. Если Земля движется, то наблюдались бы следствия такого движения:несовпадение начальной и конечной точек движения вертикально брошенных тел и т.п. И в целом идея гелиоцентризма вступала в противоречие с авторитетной для античности физикой Аристотеля, согласно которой все тяжелые тела, т.е. Земля, должны находиться в центре космоса.
Гиппарх Никейский
Гиппарх Никейский
Самый известный астороном эпохи эллинизма - Гиппарх. Он вводит эксцентры для объяснения неравномерности годового движения Солнца, первым замечает явление прецессии (предварение равнодействий, смещение с течением времени точек осеннего и весеннего равнодействий на линии эклиптики), разработал теорию движения Луны. К сожалению, труды Гиппарха не сохранились. Но они послужили фундаментом для учения самого известного астронома античности.
Клавдий Птолемей
Клавдий Птолемей
Птолемей написал книгу, которая в историю науки вошла под арабским названием Альмагест. Книга состоит из 13 разделов. Подобно Эвклиду, Птолемей в Альмагесте собрал и систематизировал все знания, доступные античности в области астрономии. Птолемею удалось усовершенствовать модель Гиппарха, интегрировать модель Апполония с эпициклами.
Самостоятельно разработал теорию планет. Его учение давало достаточно точные результаты. Долготы апогея для Марса от современных значений отличаются примерно на 5°. Учитывая, что у него не было телескопа, это просто отличный результат. Система Птолемея позволяла очень точно вести астрономические расчёты — в этом было её несравненное преимущество.
Но какой ценой вышло это решение? Птолемей увидел, что античные астрономические аксиомы — движение должно быть круговым и равномерным — не применимы для точного описания планет. Что же вышло у Птолемея?
У Птолемея в его моделях движения планет, центры эпициклов (орбит) планет вращаются по деферентам (большим кругам) не вокруг точки в центре Земли, а вокруг другой точки, не имеющей физического смысла. При этом движение центров эпициклов планет является равномерным только из особой точки экванта, которая не совпадает с центром больших кругов (деферентов), по которым движутся центры эпициклов. Таким образом, реально движение центров эпициклов планет не является равномерным, а только кажется таким из особой точки, также не имеющей никакого физического смысла. В итоге, Птолемей расходился и с физикой Аристотеля, полагающей Землю в центре мира, и с античными астрономическими аксиомами, согласно которым движение небесных тел должно быть реально круговым и равномерным или комбинацией таких движений.
Модель движения планет Птолемея
Также модель Птолемея не позволяла вычислять расстояния между планетами и Землей, она работала только с отношениями радиуса эпицикла и радиуса деферента планеты, не давая числовых значений для радиусов деферентов. И самое важное то, астрономия Птолемей была математической, в отличие от физической астрономии Аристотеля, она не объясняла физических причин движения небесных тел, не рассматривала, из чего устроены физические тела. Уже в античности возникла серьезная проблема согласования физической и математической астрономии, которые приходили к разным выводам. Эту проблема старалась решить средневековая астрономия вплоть до Коперника в эпоху Ренессанса.
Диофант
Диофант Александрийский
От его имени появилось выражение_"диофантовы уравнения", так как он начинает заниматься неопределенными уравнениями (с несколькими неизвестными). Издал свой учебник, сохранившийся до наших лет. Примечательно то, что разрабатывал математику на базе алгебры, а не геометрии, что принципиально отличало от предшествующей античной математики.
Естествознание эпохи средневековья
Мировоззрение средневековья содержит ряд положений, которые обеспечили развитие естествознания в Новое время. Что это за положения?
Десакрализация природы
Эпоха Средневековья — эпоха, когда в культуре начинают доминировать монотеистические религии, например, христианство. В христианском мировоззрении Бог — один. И Бог является Творцом мира. А это значит, природа больше — не нечто божественное, поэтому изучать её больше не опасно. Тем самым снимается барьер для экспериментального изучения природы. Для античного обыденного сознания природа выше человека. С точки зрения средневекового сознания, человек, совершеннее, выше природы, она — творение Бога, она — не божественна, она — дом и подспорье человеку.
Поскольку природа — творение разумного Бога, то, как и творение обладающих разумом людей (корабли, машины, дома), природа устроена рационально, так как создана разумным существом. Значит, природа познаваема для разума человека. Не случайно сформировалось учение, что Бог дал две книги человеку: одна — это "Природа", в которой показал Божественное могущество и разум, а вторая — "Писание", где указал, как жить человеку.
Средневековый человек начал рассматривать природу, как единую систему, ведь у неё один Творец. И, значит, существуют некие универсальные законы, которым подчиняется природа: то, что верно в Египте, верно и в Греции.
Но почему эти предпосылки для развития естествознания не сработали сразу? Тому можно указать три причины:
1.Особенности античного образования, которые унаследовало средневековье. Римское образование не предполагало систематическое изучение природы в рамках высшего образования. И это создавало барьер для развития естествознания.
2.В средневековом мировоззрении изучение природы не являлось приоритетным. Если в античности человек, желая понять себя, что он такое, зачем он существует, в чём смысл его жизни, обращался к природе, желая найти ответы, то в средневековье подчёркивалось, что человек, будучи образом Бога, обращаясь к природе, не сможет найти ответы на эти вопросы, так как природа менее совершенна, чем он. Человек обладает разумом, а природа нет, он стремится к совершенству, чтобы стать подобным Богу, а природа такой цели себе поставить не может. Чтобы познать себя, человеку нужно познавать Бога — первообраз, абсолютно совершенное существо. Поэтому, люди, сильные разумом, обращались к познанию Бога. Природа не изгонялась из предметов познания, ведь творение свидетельствует о Боге, но такое познание не считалась чем-то важным. Считалось, что жизнь на Земле — лишь начальный подготовительный этап существования человека. Задача человека виделась в том, чтобы подготовить себя к вечной жизни с Богом. Для этого нужно было прежде всего исправить самого себя, избавиться от нравственных пороков, и потому нравственные задачи выдвигались на первый план. Поэтому изучение природы не было приоритетной задачей для средневекового человека.
3.Множество войн, нашествий и катаклизмов по всему миру. Средневековые общества на западе пережили нашествие варваров, западный Рим пал, что уничтожило практически все наследие античности. Восточная цивилизация (Византия и др.) переживали множество войн. Очагами образованности, благодаря которым хоть какие-то знания античности сохранились в это сложное время, были монастыри. Они сохранили письменность, занния об астрономии, культуре, науке. Монахи иногда даже писали книги по физике. Монастыри, в основном, обеспечили развитие агротехники в средневековье, что сказалось на развитие благосостояния, которое обеспечило возможность появления впоследствии университетов.
Иоанн Филопон (V-VI вв.)
С позиций средневекового мировоззрения критиковал многие тезисы Аристотеля. Об этой критике известно из текстов Симпликия, последователя Аристотеля в 6 веке.
Критика тезиса о вечности мира
У Аристотеля: мир существует вечно.
Иоанн замечает, что Аристотель не признаёт актуальной бесконечности, но при этом считает, что мир существовал вечно. Но тогда, к настоящему моменту времени, Небесный свод совершает бесконечное количество оборотов вокруг Земли, а это противоречит убеждениям Аристотеля. Филопон критикует Аристотеля, потому что, с точки зрения средневекового мировоззрения, вечный только Бог — только Бог обладает актуальной бесконечностью.
Деление на подлунный и надлунный мир
Аристотель делит мир на надлунный и подлунный: в надлунном мире инчего никогда не меняется, там всё происходит, как было всегда. В подлунном мире всё меняется, всё нестабильно и конечно.
По Филопону, граница между изменяемостью и вечностью проходит не между какими-то частями космоса, а между космосом в целом и Богом. И потому на небе может быть то же, что и на Земле: холод и тепло и т.д.
Симпликий, основной оппонент Филопона, с возмущением замечает, что по утверждению Филопона, светлячок имеет такой же свет, что и Солнце из надлунного мира. На аргумент Аристотеля, что Солнце состоит из эфира, потому его цвет отличается от цвета земного огня, Филопон отвечает, что цвет огня зависит от природы топлива. Поэтому Солнце имеет особенный цвет не потому, что это свечение эфира, а потому что там просто горит другое вещество.
Симпликий указывал, что люди до сих пор не заметили изменений на небе, небо не стареет. Филопон отвечал, что из ненаблюдаемости изменений нельзя сделать вывод, что это существует вечно. Например, от того, что мы не видим изменений в горе Олимп, нельзя сделать вывод, что Олимп существует вечно.
Критика теории естественных мест
По Аристотелю, пространство анизотропно, тела стремятся к своим естественным местам, чем больше в теле элементов земли, тем более тело стремится к центру Земли, чем больше огня, тем больше он стремится на периферию подлунного мира. Филопон приводит контрпримеры из наблюдения за природой: воздух распространяется не в каком-то выдленном направлении, а там, где у него есть возможность распространиться, например, под землёй или над землёй. Филопон постулирует, что движения тел вызываются внешними факторами, тем, что на них действует какая-то сила.
Филопон находит ахиллесову пяту в динамике Аристотеля: метательное движение. Когда мы бросаем камень, какая сила его движет? Аристотель объясняет, что бросая камень, мы приводим в действие среду, среда увлекает тело, поэтому тело движется неестественно, а потом оно начинает двигаться естественно, по своей природе, к своему естественному месту.
Филопон приводит контрпримеры. Он предлагает альтернативу: теория импетуса. Именно Филопон придал этой теории законченный аргументированный вид. Нужно использовать понятие вложенной силы. Когда мы бросаем камень, мы вкладываем в него силу, поэтому он движется под действием этой силы. Когда импетус расходуется, камень начинает двигаться вниз к своему естественному месту.
Появление университетов
В 11-м веке произошло важное для развития естествознания событие: на базе монастырских школ в Европе (как это было в Париже, Оксфорде) стали образовываться университеты. В них система образования уже включала в себя изучение природы. Обучение в университетах предполагало две стадии:
1.Факультет искусств (философский факультет). На этой стадии изучалась наука в широком смысле. В том числе, арифметика, геометрия, музыка и астрономия. Также изучалась натурфилософия, в рамках которой обсуждалась проблематика устройства природы. С этого момента естествознание институциализируется.
2.Для получения специального высшего образования на других фаультетах (это вторая стадия обучения) человек теперь должен был иметь базовое образование, включающее изучение природы. По мнению современного английского историка науки Гранта, этот момент сыграл важную роль в подготовке для развития естествознания Нового времени.
Ещё важны были переводы. Они осуществлялись по двум каналам: во многих областях Европы до тех пор присутствовал языковой барьер, так как большинство античных текстов были написаны на греческом, который мало кто знал. Первый канал: греческие труды переводились в арабском мире сначала на сирийский, потом на арабский, и наконец, на латынь. Так, Аристотель стал известен сначала в Испании, а затем — во Франции.
Второй канал переводов — Сицилия. На ней жило много греков. (Италия и Сициллия когда-то были греческими) и они переводили всё на латынь. Это дало то, то в результате в 13 веке в университетах уже хорошо стали изучать Аристотеля, познакомились с его физикой, а это было очень выдающимся достижением в естествознании (даже с учётом минусов его теории). Также, особенно в Англии, удалось познакомиться с достижениями античных математиков: Архимед, Эвклид, Апполоний.
В Западной Европе формируется два центра развития и изучения естествознания: Оксфорд и Парижский университет.
Оксфорд
Первый ректор Оксфорда, Роберт Гроссетест
Первый ректор Оксфорда, Роберт Гроссетест, пишет трактат о природе света. Он считает, что свет играет ключевую роль в формировании мира, а сам мир получился из расширяющейся сферы света. Гроссетест начинает работать с понятием бесконечности в математике.
Второй ректор Оксфорда, Роджер Бэкон
Второй важный представитель средневекого естествознания из Оксфорда, Роджер Бэкон, францискианец. Он пишет Opus Magnus, в котором подчёркивает, что математика — это врата и ключ к другим наукам. При этом Бэкон — последовательный эмпирист. По его мнению, только опыт может дать нам познание реальности. Есть опыт чувственный (познание мира) и духовный (познание Бога). Почему Бэкон делает акцент на эмпиризме.
Главное, чему учили на философском факультете:
Правильно формировать свои мысли в виде тезисов
Правильно строить аргументацию
Правильно спорить
Экзамен — это диспут, спор. Выносился тезис, человек должен был уметь его доказать или оспорить, приводя аргументы. Минус заключался в том, что все эти споры постепенно переводили систему ценностей таким образом, что главным оказывалась не Истина, а победа. Тратилось много времени и сил для достижения победы, а не поиска Истины.
Образ мрачного средневековья был создан в эпоху Ренессанса, чтобы облагородить себя по сравнению с предшественником. Согласно этому образу, в Средневековье не было ни любознательности, ни разума. Но если посмотреть на достижения Средневековье, как говорит историк Люсьен Февр, на трактаты, архитектуру, искусство и те технолоогические новшества, которые ввело средневековье, для современного человека они могут показаться мелкими, но эти новшества (водяные мельницы, хомут и т.п.) модернизировали сельское хозяйство и промышленность того времени.
Важной заслугой Оксфорда является появление ученых - Мертонских калькуляторов (Мертон — колледж в Оксфорде). Один из них — Томас Брадвардин. Возникает понятие квантификации качеств, они стремятся отношения между явления, изменения качеств выразить с помощью числа, работают с бесконечными рядами, рассуждают о природе континуума, обсуждают парадоксы, связанные с понятием бесконечности.
Парижский университет
Здесь увлекались теорией Аристотеля и её развитием, критикой.
Жан Буридан
Жан Буридан
Важный представитель центра естествозанния в Париже, обсуждает вопрос о вращении Земли. После длительного анализа, применения теории импетуса, он приходит к выводу, что Земля вращаться не может, так как это противоречит теории импетуса. Сторонники вращения Земли говорят, что Земля увлекает за собой атмосферу — поэтому камень, брошенный вверх, упадёт в ту же точку.
Жан Буридан говорит — нет! Камень получил импетус, который не повзолит камню увлечься движением атмосферы, камень должен упасть уже в другую точку, если Земля вращается, а этого не происходит. Таким образом вращение Земли отвергается на основе физических аргументов.
Младший современник Жана Буридана, Николай Орем, известный математик, приходит к идее относительности движения. Орем критикует и идеи Буридана, ссылаясь на сложное относитлеьное движение: камень может участвовать в движении среды и Земли и потому попадает в ту же самую точку.
Вывод Орема: с помощью наблюдений мы вообще не можем установить, что относительно чего движется.
Орем полагает, что ответ о вращении Земли можно найти, обратившись к Священному Писанию. В нем есть фраза, что Земля не подвижится. Во времена Орема эту фразу на Западе интерпертировали в духе Аристотеля, то есть, что эта фраза подтверждает правоту Аристотеля, физика которого тогда преподавалась. Но по-гречески там стоит: Вселенная не подвижится. А слово "Вселенная" означало заселенную территорию. Вселенная - это люди, "не подвижится" - означало: будут непоколебимыми в вере. По латыни "Вселенная" перевели как Orbis terrae (круг земли) и стали на Западе понимать как синоним Земли как планеты. И отсюда так стали понимать и фразу о Вселенной, потому что это соответствовало физике Аристотеля.
Эпоха Ренессанса
Ренессанс отличает эклектизм — некритическое соединение элементов разных учений. Знаменем Ренессанса стал гуманизм, но этот термин имеет разные значения. Одно значение — гуманизм, это проявление человечности, любовь к человеку, нравственные качества.
Цицерон, который ввел этот термин, говорил, что гуманизм есть нравственность плюс образованность.
Для Ренессанса гуманизм имеет другое значение — это антропоцентризм. Человек — это центр мироздания, которому Бог вверил мир. И задача человека — получить власть над миром. Поэтому эпоха Ренессанса всячески превозносит человека, чем эта эпоха отличается от Средневековья.
Для Средневековья жизнь на Земле — только школа на пути к другой жизни, вечной. Для Ренессанса земная жизнь — это главное. Отсюда стремление реализовать себя именно в этой жизни: в творчестве, искусстве. Для человека Ренессанса характерно стремление выдвинуть свое "Я". Отсюда феномен авторства, которого не знало Средневековье, деятели которого не ставили целью прославить именно себя, а рассматривали свою деятельность как служение.
В эпоху Ренессанса становятся популярными пантеистические учения: Бог разлит везде по всему миру, выражаясь наиболее явно в людском гении, ставящем себя выше нравственных правил.
Но есть и обратная сторона Ренессанса — если каждый человек считает, что он — центр Вселенной, возникает война самолюбий, презрение нравственности, умереть собственной смертью в эпоху Ренессанса становится редкостью.
Ренессанс не любил университеты. Он любит вольные кружки. Произведения эпохи Ренессанса — не трактаты, где последовательно развивается мысль, а множество несвязанных полезных скомканных мыслей, не обязательно соединённых логически. Ренессанс индивидуалистичен, человек не связывает себя, берет из разных традиций, что ему нравится, и ему не важно, как это связано логически. Сочинения авторов Ренессанса - смесь разных тем.
В эпоху Ренессанса появляется Николай Коперник.