Натурфилософский этап естествознания

Изучение и наблюдение природы породило науку.

Цицерон Марк Туллий

Натурфилософский этап,связанный с греческой и римскойцивилизациями, был подготовлен ближневосточной и среднеземноморской (минойская, микенская) цивилизациями. Несмотря на огромные заслуги науки Древнего Востока, подлинной родиной современной науки стала Древняя Греция. Именно здесь возникла теоретическая наука, разрабатывающая научные представления о мире, не сводящиеся к сумме практических рецептов, именно здесь развивался научный метод. Вавилонская и египетская наука, возникли из потребностей практики. Что касается теоретического мышления египтян и вавилонян, то оно не выходило за рамки анимизма и мифологии; монополия на объяснение тайн принадлежала жрецам. Древние греки сумели возвыситься над этим уровнем и поставить задачу понимания природы без привлечения таинственных, божественных сил, такой, какова она есть.

Если египетский или вавилонский писец, формулируя правило вычисления, писал: «поступай так», не поясняя, почему надо «поступать так», то греческий ученый требовал доказательства

Отправной точкой первого этапа можно считать работы Фалеса Милетского (около 624—547 гг. до н. э.), заложившие основы для философии и естествознания. Другие представители Ионийской школы: Анаксимандр (около 610—546 гг. до н. э.) и Анаксимен (около 585-525 гг. до н. э.) выдвинули идею о материальной первооснове всех вещей, об их развитии из этой первоосновы. Фалес Милетский занимался астрономией, мог предсказывать солнечные затмения, создал первую «теорию Земли» (Океан – всем прародитель; Земля – плавает на воде), ему принадлежит идея абстрактного Бога (Бог – то, у чего нет ни начала, ни конца; Бог – это ум космоса; Бог древнее всего, ибо он не сотворен).

В дальнейшем ученик и родственник Фалеса Анаксимандр изобрел астрономические инструменты (солнечные часы), первым в Элладе начертил географическую карту мира и разработал систематическую космологию (570 г. до н.э.), в которой использовались понятия «беспредельного» времени, преобразования вещей, тепла, холода и др. Позже друг Анаксимандра Анаксимен из Милета постулирует изменение и преобразование первоматерии (545 г. до н.э.),Ксенофан вводит понятие человеческого прогресса, философский монотеизм, скептицизм в отношении антропоморфных божеств (520 г. до н.э.), Анаксагор вводит понятие вселенского разума – Ноос (460 г. до н.э.).

Уже в 430 г. до н.э. Демокрит разрабатывает атомистическое учение. Он утверждал, что: «Найти одно научное доказательство для меня значит больше, чем овладеть всем персидский Царством». По его представлениям, началом Вселенной являются атомы и пустота. Атомы представляют собой некие тела, невидимые из-за малой величины и неделимые из-за твердости. Они движутся в пустоте бесконечное время, а когда приближаются друг к другу или зацепляются друг за друга, то образуется вода, воздух, огонь, растения или человек. Разные тела могут состоять из одних и тех же атомов. Представления Демокрита о Вселенной были весьма прогрессивными для своего времени. Он считал, что мир неодушевлен и управляется некоей бессознательной природой; что миров бесчисленное множество, они различны по величине, появляются из пустоты и превращаются в пустоту; что движение вечно.

Таким образом, некоторые теоретические основы современного естествознания были созданы уже на натурфилософском этапе. Большинство ключевых терминов современного естествознания были придуманы древними греками, в настоящее время греческий алфавит активно используется для символического описания природных явлений.

В течение натурфилософского этапа были заложены не только основы космологии и теории Земли, но и многих естественных и гуманитарных наук. В конце 400-х гг. до н.э. Гиппократ закладывает основы античной медицины,

Платонпишет знаменитые «Диалоги» и создает Академию в Афинах (399-374 гг. до н.э.), Аристотель пишет «Метафизику» и другие знаменитые работы («Категории», «О небе», «Метереологика», «Физика»), создает гелиоцентрическую систему устройства мира (270 г. до н.э.),

Академия Платона и лицей Аристотеля были первыми в мире учебно-научными учреждениями, предшественниками современной высшей школы. Постепенно в Древней Греции появились специалисты и более узкого профиля: инженеры, врачи, астрономы, математики, географы и историки, а также научные учреждения типа Александрийского музея, предшественника современных научно-исследовательских институтов. Вместе с тем здесь зародилась научная информация в виде научных сочинений, лекций, диспутов и переписки ученых.

Аристотель стал основоположником одной из важнейших научно-философских школ древности, получившей наименование перипатетической. Она была названа так потому, что Аристотель имел обыкновение прогуливаться со своими учениками по саду Ликея, обсуждая с ними те или иные вопросы (peripateo — гуляю, прогуливаюсь). Наиболее значительными учениками Аристотеля считаются: Феофраст из Эреса (на острове Лесбос), Евдем Родосский, Аристоксен Тарентский, Дикеарх Мессинский. Все они были самостоятельными учеными, сохранявшими общий дух основоположника школы, по в отдельных вопросах не останавливавшимися перед существенными отклонениями от взглядов своего учителя.

Аристотель был крестным отцом физической науки. Название его книги, посвященной исследованию природы («физика»), стало названием физической науки. Сам Аристотель в начале своей книги определяет цели и задачи этой науки следующим образом: «Так как научное знание возникает при всех иссследованиях, которые простираются на начала, причины или элементы путем их познания (ведь мы тогда уверены в познании всякой вещи, когда узнаем ее первые причины, первые начала и разлагаем ее вплоть до элементов), то ясно, что и в науке о природе надо определить прежде всего то, что относится к началам».(

(Аристотель, физика. — М.: Соцэкгиз, 1936, с. 5.)

Почти одновременно с материалистическими представлениями ионийцев возникло идеалистическое направление в философии, развитое Пифагором (около 580—500 гг. до н. э.) и его учениками

Евклид (жил в III в. до н. э.) подытожил и систематизировал математические знания своих предшественников, из коих его учителем был знаменитый ученый Евдокс Книдский. «Начала» Евклида представляют собой изложение той геометрии, которая известна и поныне под названием евклидовой геометрии. Она описывает метрические свойства пространства, которое современная наука называет евклидовым пространством. Евклидово пространство является ареной физических явлений классической физики, основы которой были заложены Галилеем и Ньютоном.

Это пространство пустое, безграничное, изотропное, имеющее три измерения. Евклид придал математическую определенность атомистической идее пустого пространства, в котором движутся атомы. Простейшим геометрическим объектом у Евклида является точка, которую он определяет как то, что не имеет частей. Другими словами, точка — это неделимый атом пространства.

Бесконечность пространства характеризуется тремя постулатами:

1. «От всякой точки до всякой точки можно провести прямую линию».

2. «Ограниченную прямую можно непрерывно продолжить по прямой».

3. «Из всякого центра и всяким раствором может быть описан круг».

Евклид заложил основы геометрической оптики, изложенные им в сочинениях «Оптика» и «Катоптрика». Основное понятие геометрической оптики — прямолинейный световой луч. Евклид принимает, что световой луч исходит из глаза (теория зрительных лучей), что для геометрических построений не имеет существенного значения. Он знает закон отражения и фокусирующее действие вогнутого сферического зеркала, хотя точного положения фокуса определить ещё не может. Во всяком случае в истории физики имя Евклида как основателя геометрической оптики не заняло надлежащее место.

Архимедразвивает начала классической механики и математики (240 г. до н.э.), первые его труды были посвящены механике. Интересно отметить, что Архимед в своих математических работах нередко опирается на механику. Он использует принцип рычага при решении ряда геометрических задач. Вообще говоря, Архимед был представителем математической физики, вернее, физической математики.

Принцип рычага и учение о центре тяжести являются важнейшими (наряду с законом Архимеда) научными достижениями Архимеда в области механики. Он был одним из крупнейших инженеров своего времени, конструктором машин и механических аппаратов. Он изобрел машину для поливки полей («улитку»), водоподъемный винт и особенно успешно разрабатывал конструкции военных машин. Это был первый ученый, уделявший много внимания и сил военным задачам. К этому его побуждало политическое положение Сиракуз. Архимеду было 23 года, когда началась 1-я Пуническая война между Римом и Карфагеном, и 69 лет, когда началась 2-я Пуническая война, во время которой он и погиб (212 г. до н. э.). В сочинении Архимеда впервые в истории науки сопоставляются две системы мира; геоцентрическая и гелиоцентрическая. Архимед указывает, что «большинство астрономов называют миром шар, заключающийся между центрами Солнца и Земли».

Архимед сообщает далее, что Аристарх Самосский предполагает мир гораздо большим. «Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается вокруг Солнца по окружности круга, расположенного посередине между Солнцем и неподвижными звездами...»

Архимед—вершина научной мысли древнего мира. Последующие ученые — Герон Александрийский (1—11 вв. до н. э.), Папп Александрийский (III в н. э.) — мало что прибавили к наследию Архимеда, и их труды по механике носят компилятивный характер.

Со времен Герона и Паппа механику стали принимать как науку о простых машинах, из которых основными считались пять; ворот, рычаг, блок, клин и винт. Последние две машины основаны на свойствах наклонной плоскости, закон действия которой не был известен ни самому Архимеду, ни последующим древним и средневековым авторам.

Геронпрославился как изобретатель остроумных автоматов и эолипила, первого теплового двигателя, представляющего по своей сути модель первой паровой турбины. Правда, эолипил Герона никакой полезной работы не производил и оставался забавной игрушкой. Это показывает, что преждевременные открытия не получают развития до тех пор, пока не созреют условия для их освоения и разработки. История теплового двигателя началась только в XVII в. после открытия атмосферного давления. Любопытно, что многие автоматы Герона по существу были основаны на действии атмосферного давления, хотя сам Герон, конечно, никакого представления о давлении воздуха не имел и действие широко применяемого им сифона объяснял неразрывностью водяной струи.

Следует отметить также, что Герон Александрийский впервые обосновал закон отражения света принципом наименьшего времени: световой луч отражается от зеркала таким образом, что световой путь, соединяющий источник света, зеркало и приемную точку, требует для своего прохождения наименьшего времени. Так началась история важного для оптики вариационного принципа Ферма — Гамильтона...

Гиппарх из Никеи по наблюдениям звезд составляет первый в Европе звездный каталог и вносит важный вклад в совершенствование календаря (130 г. до н.э.). После завоевания Греции Римом в 146 г. до н.э. Лукреций (60 г. до н.э.), Цицерон (45-44 гг. до н.э.), Овидий (8 г. до н.э.) продолжают развитие традиций греческой науки. В знаменитой работе «О природе вещей» Тит Лукреций Кар дает предельно полную на тот момент картину представлений о природе. Согласно этим представлениям природу составляют две вещи: тела и пустота. Первоначала вещей просты и плотны. От начал (атомов) начинается движение и передается все более крупным телам. Изменения материи влекут за собой и перемены в вещах. Проблему пространства и времени Лукреций трактует так: «Если же пространства иль места, что мы пустотой называем, не было бы вовсе, тела не могли бы нигде находиться и не могли б никуда двигаться различно… Также и времени нет самого по себе, но предметы сами ведут к ощущению того, что в веках совершилось, что происходит теперь и что последует позже. И неизбежно признать, что никем ощущаться не может время само по себе, вне движения тел и покоя». В дальнейшем Птолемей закладывает основы классической астрономии (140 г. н.э.), Гален совершает открытия в медицине. Однако течением времени натурфилософия теряет своих последователей по причине сообщенной Анаксименом: «чем больше ты станешь узнавать нового, тем больше будет возникать у тебя неясных вопросов», что определило закат натурфилософского периода и переход к религиозному этапу развития человеческой мысли. В 391 г. запрещение императором Феодосием всех языческих культов в Римской империи означало превращение христианства в государственную религию, а смерть Прокла (последнего крупного философа Др. Греции) в 485 г. можно считать завершением натурфилософского этапа развития естествознания.

В целом в этот период начинает формироваться стиль современного научного мышления, включающего любознательность, стремление к нововведениям, критику, глубокий интерес к проблемам жизни и смерти, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам в качестве базовых составляющих, а также поиск неких универсалий (идей, законов, абсолютов, начал и т.д.), дающих рациональное понимание всего окружающего мира. Крайне важной для развития науки в последующем оказалась также борьба двух течений в натурфилософии: платонического идеализма (идея –природа) и материализма Гераклита, Демокрита, Эпикура (элемент – природа), ставшая своеобразным вечным двигателем развития научного мышления и формирования способности к интуиции, озарению, предвидению, ведущей к научным открытиям.