Античные философы

Первой научной программой античности стала математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Плато­ном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежа­ло представление, что мир (Космос) — это упорядоченное выраже­ние целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Та­ким образом, в математической программе в основе мира лежат количественные отношения действительности. Этот подход позво­лил увидеть за миром разнообразных качественно различных пред­метов их количественное единство. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н.э. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли.

Дальнейшее развитие естествознание получило в античной ато­мистике Демокрита — учении о дискретном строении материи, со­гласно которому весь мир состоит из пустоты и различающихся между собой атомов, находящихся в вечном движении и взаимо­действии. Эти идеи составили вторую научную программу антично­сти — атомистическую программу Левкиппа—Демокрита. В рамках атомистической программы было сделано несколько очень важных предположений. Среди них — идея пустоты, лежащая в основе концепции бесконечного пространства. Именно так рождается представление Демокрита, хотя и не поддержанное другими мысли­телями, что мир в целом — это беспредельная пустота со множест­вом самостоятельных замкнутых миров-сфер. Эти миры образова­лись в результате вихревого кругообразного столкновения атомов. В этих вихрях крупные и тяжелые атомы скапливались в центре, а маленькие и легкие вытеснялись на окраины. Из первых возникла земля, из вторых — небо. В каждом замкнутом мире в центре нахо­дится земля, на окраине — звезды. Число миров бесконечно, мно­гие из них могут быть населены. Эти миры возникают и гибнут. Когда одни находятся в расцвете, другие только рождаются или уже гибнут.

Современник Демокрита Эмпедокл, первым высказавший идею о несотворимости и неуничтожимости материи, объяснил причину затмений Солнца, догадался, что свет распространяется с большой скоростью, которую мы не в состоянии замечать. Он попытался объяснить происхождение животных. По его мнению, сначала поя­вились отдельные органы животных, которые в процессе случайных сочетаний стали порождать разнообразные живые существа. Несо­ответствующие друг другу объединения органов неизбежно погиба­ли, а выживали только те, в которых объединившиеся органы слу­чайно оказались взаимно подходящими.

Свое высшее развитие древнегреческая натурфилософия полу­чила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало ос­новой третьей, континуальной программы античной науки. Основ­ными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уде­лил вопросу движения физических тел, положив тем самым начало изучению механического движения и формированию понятий ме­ханики (скорость, сила и т.д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несо­вершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. Аристотель считал, что у каждого тела есть предназначенное ему в соответствии с его природой место, которое это тело и стремится занять. Движе­ние тел к своему месту — это естественное движение, оно происхо­дит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи. Все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель — Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкае­мому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах евро­пейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

Представление о физическом взаимодействии Аристотеля тесно связано с его концепцией движения. Поэтому взаимодействие по­нимается им как действие движущего на движимое, т.е. односто­роннее воздействие одного тела на другое. Это прямо противоречит хорошо известному сегодня третьему закону Ньютона, утверждаю­щему, что действие всегда равно противодействию.

Для определения положения в пространстве необходимо задать три координаты — широту, долготу и высоту. Это означает, что простран­ство трехмерно. Птолемей в своем главном труде "Альмагест" уделил особое внимание размерности пространства, утверждая, что в приро­де не может быть более трех пространственных измерений.

Евклид построил геометрию трехмерного пространства, известную в научном обиходе как евклидова геометрия.

Учение Аристотеля о пространстве и времени исходит из поня­тия непрерывности. Поэтому пространство для него — это протя­женность тел, а время — их длительность. Пространство и время Аристотеля существуют только вместе с материей, поэтому его кон­цепция пространства и времени может быть названа относительной. Он отрицает существование пустоты,

Концепция причинно-следственных связей Аристотеля строится на понятиях целесообразности и конечной причины. Для него ход любого процесса определяется его результатом. Мыслитель воспри­нимает природу как единый живой организм, все части которого взаимосвязаны, и одно происходит ради другого. Так, дождь идет не потому, что сложились соответствующие метеорологические ус­ловия, а для, того, что мог расти хлеб. Такой подход называется телеологизмом. Он не отрицает существование случайностей, но они носят второстепенный характер, происходят по недосмотру природы.

Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, по­скольку основывалась на идее, что в центре мира находится наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.

Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблю­даемое движение планет (они движутся по очень сложным траекто­риям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с пред­полагаемым их движением по круговым орбитам, как этого требо­вала геоцентрическая модель мира. Решением этой проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома Клавдия Птолемея (I—II вв. н.э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли на­ходится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, дви­жется центр меньшей окружности, которая называется эпициклом.

Классические представления (Ньютон и др. до Эйнштейна)

Для определения поло­жения в пространстве Рене Декарт (1596—1650) ввел прямоуголь­ную систему координат ("декартовы координаты"). Физи­ческий мир Декарта состоит из двух сущностей: материи (простой "протяженности, наделенной формой") и движения. У него "при­рода не терпит пустоты" (Аристотель), у него протяженность запол­нена "тонкой материей", которую Бог наделил непрерывным дви­жением. весь Космос заполнен мате­рией, он не однороден, так как в нем есть центр и периферия, верх и низ. Именно по отношению к ним мы разделяем движения на естественные и насильственные.

Декартово представление о флюидах, заполняющих пространство, господствовало в науке XIX и частично XX вв., оказав существенное влияние на развитие таких разделов физики, как оптика и электри­чество. Вес, как и любая сила, у Декарта является свойством движе­ния тонкой материи, отождествляемой с пространством. Поэтому ме­ханицизм Декарта сводит силы к свойствам пространства.

Вершиной классического естествознания стало творчество И. Нью­тона. Именно Ньютон в своей знаменитой книге «Математические начала натуральной философии» ввел господствовавшие в науке до начала XX в. понятия пространства и времени, известные как абсо­лютное пространство и абсолютное время. Раскрывая сущность пространства и времени Ньютон предложил различать два типа этих понятий: абсолютные (истинные, математические) и относи­тельные (кажущиеся, обыденные) пространство и время.

Абсолютное пространство предстает как универсальное вместилище всего существующего в мире. Оно безотносительно к чему бы то ни было внешнему, всегда остается одинаковым и не­подвижным. Его можно попытаться представить в виде гигантского «черного ящика», в который можно поместить или убрать из него любые материальные тела.

Относительное пространство есть мера или какая-либо ограни­ченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению ее относительно некоторых тел и в обыденной жиз­ни принимается за пространство неподвижное.

Абсолютное время предстает как универсальная длительность любых процессов во Вселенной. Оно само по себе, без всякого от­ношения к чему-либо внешнему протекает равномерно. Абсолют­ное время можно представить в образе гигантской реки, которая будет течь, даже если не будет никаких материальных тел.

Относительное время есть или точная, или изменчивая, пости­гаемая чувствами внешняя мера продолжительности. Она употреб­ляется в обыденной жизни вместо истинного математического вре­мени. Это — минута, час, день, месяц, год.

С точки зрения этой концепции абсолютные пространство, время и материя представляют три независимые друг от друга сущности.

Исаак Ньютон открыл новые свойства пространства, изучая движение перемещающихся тел. Он рассматривал простран­ство как субстанцию, способную динамически действовать на мате­риальные тела. Модель пространства, предложенная Ньютоном,— это модель независимо существующей субстанции, в которой могут пе­ремещаться материальные тела и частицы света. Поэтому каждый объект обладает в пространстве определенным положением и ориен­тацией, а расстояние между двумя событиями точно определено, даже если эти события произошли в разные моменты времени. Определить положение тела в пространстве можно только относительно системы каких-то объектов, поэтому имеет смысл говорить о скорости объек­та в пространстве, поскольку ощущается лишь неравномерное дви­жение (а не движение с постоянной скоростью). Ньютон в своих "Математических началах натуральной философии" (1687) перевел на математический язык сугубо обыденные ощущения, записав за­коны движения так, что они определяются только ускорением.

Таким образом, все равномерные движения у Ньютона относи­тельны, а ускоренные — абсолютны. Причины, вызывающие уско­ренные движения, он назвал силами. Силы пропорциональны ускорению тел с коэффициентом М, называемым инертной массой. Если этот закон Ньютона прочесть справа налево, то из него следует, что при равномерном движении системы ее составные части не испытывают силового воздействия. Это значит, что равномерное движение нельзя механическими средствами отличить от другого та­кого же состояния, следовательно, и пространство само по себе не оказывает силового воздействия на движущиеся тела. Механика Нью­тона позволяет наблюдать в пространстве только ускоренные движе­ния. Ускорение приводит к возникновению сил инерции. Таковы, на­пример, давление ног человека, направленное вниз при кратковре­менной остановке лифта, движущегося в направлении вверх, или центробежная сила на вращающейся карусели. Ньютон приписывал появление сил инерции пространству, в котором происходит ускоре­ние, доказывающее реальность существования его пространства.

Некоторые философы и ученые, не соглашаясь с Ньютоном, выступили с критикой его взглядов. Среди них был давний науч­ный соперник Ньютона Г. Лейбниц. Он предложил реляционную концепцию пространства и времени, отказывающую им в самостоя­тельном, независимом от материи существовании. Лейбниц рассмат­ривал пространство как порядок сосуществования тел, а время — как порядок отношения и последовательность событий. Иными слова­ми, он говорил о неразрывной связи материи с пространством и временем.

Однако взгляды Лейбница не смогли переубедить ученых, уве­ренных в правоте Ньютона. Сформулированные им законы движе­ния и закон всемирного тяготения, ставшие основой классической Механики, основывались на понятиях абсолютного пространства и Времени. Поэтому на некоторые недостатки идей Ньютона предло­жили не обращать внимания.

После создания теории электромагнетизма Максвелла в XIX веке появилась возможность использовать оптические явления — распространение световых сигналов — для измерения скорости движения в простран­стве. Это движение можно было определить по его перемещению от­носительно эфира — некоей жидкости, заполняющей пространство. Пространство заполнено эфиром, пустоты нет. Теория Максвелла предсказывала, что свет распространяется в эфире с постоянной скоростью, зависящей от "упругости" эфира. Тогда скорость света, измеренная наблюдателем, должна быть разной в зависимости от того, в каком направлении свет распространяется — по течению в эфире или против. Но опыт, проведенный в 1887 г. Альбертом Майкельсоном (1 852—1931) и Эдвардом Морли (1838—1923), показал, что эффекта, связанного с эфиром, нет, т.е. и нет самого эфира.