Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона Калюжный Дмитрий

Купцы и наука

Обычно начатки научных исследований появляются там, где сформировалось уже организованное жреческое сословие, имеющее достаточно времени и возможностей для занятий этим делом. Однако первые шаги часто оказываются и последними вследствие того, что добытые научные теории, слившись неразрывно с религиозными положениями, застывают вместе с ними, превратившись в безжизненные догмы.

Однако наряду со жреческим знанием начинает вырабатываться и знание светское, независимое от церкви. Недостаток ресурсов и необходимость управления огромной империей должны были сильно содействовать развитию византийского мореходства, а оно в свою очередь подтолкнуло торговлю и задало необычайно быстрый темп колонизации побережий Черного и Средиземного морей. Важнейшая роль в этом колонизационном процессе выпала на долю Милета: этому малоазиатскому городу выпала роль одного из главных посреднических центров.

Из-за определенной религиозной неустроенности ранней Византии здесь успело развиться разное знание; оно стало костенеть лишь по мере установления единой религиозной доктрины. Так же произошло и у арабов: все их успехи приходятся на период формирования мусульманства. То же самое можно наблюдать и в Западной Европе, с тем лишь отличием, что после периода «закостенения» наступило «раскрепощение»: для купца и промышленника было важно получить нужный научный результат, а как он соотносится с догматами церкви – вопрос второй. Деньги оказались важнее Бога.

Первоначальным византийским торговцам в силу своей профессии приходилось много чего видеть и учитывать в своих путешествиях. Они наблюдали массу самых различных бытовых укладов, обычаев, верований и т. д., и это заставляло их освобождаться от многих традиционных представлений о мире. От разных народов они перенимали полезные для себя знания и аккумулировали их.

Это были совсем другие люди, нежели традиционные хранители знания – духовенство, которое обычно его монополизировали. Купцы, конечно, тоже далеко не всем ими узнанным делились с окружающими, но все же их знание было доступнее для многих.

Из систематизации разнообразных, полученных со всех концов земли сведений и родилась византийская наука и научное мировоззрение. Родиной новых идей была как раз Малая Азия (главным образом Милет), где торговля пустила наиболее крепкие и разветвленные корни. Лишь позже приоритет перешел к александрийцам.

Главные же противники рационального научного миропонимания, сторонники мистицизма и теософских спекуляций группировались на территориях, где хозяйственную основу составляло земледелие. Эти учения представляли собой своеобразную переработку старых религиозных верований, слегка приведенных в соответствие с изменившимися общественными условиями. Туманная теософская мистика была полной противоположностью логической прозрачности и рациональной ясности теорий, созданных в торговых городах.

Древняя физика является почти исключительно физикой византийцев. Появление физики – это преодоление религиозно-мистических воззрений и приход к мысли о естественной закономерности явлений. Но при обсуждении заслуг византийцев в области физики не следует забывать, что мы здесь имеем дело с началом науки, иначе наше суждение будет ошибочным. Между их физикой и нашей – целая пропасть, не столько по материалу, сколько по способу его обработки. И все же замечательно, что уже в эллинский период мы находим все специальные отделы физики разработанными до известной степени или, по крайней мере, намеченными.

На первом месте стояли рассуждения об общих свойствах материи. Затем, механика и оптика. Далее, акустика и учение о теплоте. Относительно магнетизма и электричества им известен был, по крайней мере, факт притяжения магнитной руды и натертого янтаря.

Только метод исследования у них совсем не тот, который мы ныне называем физическим в собственном смысле слова.

Освоение больших пространств, вид звездного неба, смена времен года, атмосферные явления, вся совокупность загадочной жизни органической природы стимулировали ранних византийцев искать объяснения для всех явлений природы и пытаться открыть между ними закономерную связь.

К своей цели они стремились двояким путем. Либо старались дать общие законы, из которых с логической последовательностью может быть выведена естественная закономерность явлений, – это метод натурфилософии, сохранившийся вплоть до XVI века и получивший название аристотелевской физики. Либо пытались уяснить свойства сложных явлений при помощи математической дедукции, приняв за исходную точку простые и не требующие доказательств положения, – таков метод математической физики, главным представителем которого принято считать Архимеда.

В основе теоретических построений лежали различные наблюдения. Но если для астрономии этого было вполне достаточно, то для правильного понимания физических закономерностей нужно было развивать экспериментальные методы. Изучая физические явления, эллины никогда не думали о надежном способе их воспроизведения, не давали себе труда проверить свои выводы новыми наблюдениями и не пробовали расчленять сложные явления посредством опытов с целью найти основание для своих объяснений. Короче говоря, опытное исследование – вот что отделяет физику Нового времени, возникшую в XVII веке, от ее предшественницы.

Итак, первыми физиками были византийские натурфилософы, которые пытались разрешить старую проблему о происхождении мира и о совершающихся в нем изменениях не за счет привлечения сверхъестественных сил, а пользуясь рациональными объяснениями. Это был правильный путь. Но попытка доискаться начала всех вещей и тем самым получить ответы на все вопросы, была ошибочной, хотя и очень привлекательной. Невзирая на многочисленные неудачи, даже и в наши дни еще есть желающие получить все ответы, найдя первоэлементы и первоосновы и построив все остальное с помощью логических построений. Для науки эта заманчивая цель принесла с одной стороны пользу, возбуждая живой интерес к природе, но с другой – и вред.

Византийцы времен эллинов выдвинули столько различных гипотез, что почти исчерпали все мыслимые теории для объяснения Вселенной, так что наши современные гипотезы можно признать лишь продолжением (или повторением) их трудов.

Сегодня многие историки науки, как плохой ученик, зная ответ, пытается подогнать под него ход решения, тщатся реконструировать путь науки как борьбы «правильного» научного направления с различными «ошибочными». А ведь это просто глупость. В те времена все идеи были одинаково умозрительными, и преимущество определялось авторитетностью того, кто ее высказывал, или авторитетностью ссылок, которыми обосновывал свои взгляды высказывающий. Отсюда и такое огромное количество трудов Аристотеля, Архимеда, Платона и прочих: многие приписывали им свои собственные мысли, а потом их комментировали, да так и остались в истории науки под видом «комментаторов» какого-либо «классика».

Наука всегда аристократична. Древность не имела понятия о популярной физике. Для массы людей Земля, вопреки Пифагору, всегда оставалась неподвижным плоским диском; Аристарх не раскрывал хрустального небосвода для охлоса, и старые божества природы не были низвергнуты со своих алтарей физическими силами. Там, где народ приходит в соприкосновение с умственным величием, он видит одно чудесное, и суеверное предание превращает в его глазах физика в колдуна, философа – в прорицателя.

Массы ищут в науке чудес или развлечения. Хитрые и бессовестные люди умеют обращать такие ожидания в свою пользу и увлекают толпу тем легче, чем менее ей известен истинный облик науки. Так мало-помалу из слабых начатков наук развились астрология и астрономия; химия и алхимия. Даже магия превратилась в систематическую «науку»!.. Мнимые науки достигли, правда, полного своего расцвета только в Средние века.

Идеал физики заключается в сочетании опытного исследования, математики и стиля мышления. Взаимодействием этих трех факторов и обусловливаются ее успехи в последние столетия. Там, где тот или другой метод преобладает над остальными, в развитии всегда рано или поздно замечается застой. Но когда эти три фактора соединяются в должном соотношении в одном человеке, появляется гений, начинающий новую эпоху в истории науки.

Первоначальная византийская физика

Как правило, историю науки начинают с Фалеса Милетского, – потому что в традиционной датировке раньше него нет имени ни одного ученого. Однако до нас не дошло сочинений ни Фалеса, ни его учеников, а все сведения о нем почерпнуты из позднейших источников. Согласно Аристотелю (чьих трудов в подлиннике тоже нет), Фалес знал о способности магнитов притягивать железо. Другие утверждают даже, что ему было известно притяжение янтаря при трении. Этим, собственно, и ограничиваются наши сведения о физических познаниях Фалеса.

Преемником Фалеса считается Анаксимен Милетский. Ему приписывается выделение (в уме своем) единого первоначального вещества, которое превращается во все другие вещества и из которого все развивается. Эта идея тем интереснее, что в скором времени возникло противоположное учение Пифагора Самосского. Считается, что его философская школа представляла собою тайный союз. Все наши сведения о нем заимствованы из позднейших источников, ненадежны, смутны и содержат много сказочных примесей.

Судя по тому, что дошло до нас, учение пифагорейцев трактовало не столько первоначальное вещество, сколько распределение вещей в природе, их число и меру. Аристотель, который всегда приводил мнения предшественников, говорит, что пифагорейцы искали и думали найти аналогию всего существующего и происходящего скорее в числах, чем в огне, земле или воде; они пришли к заключению, что элементы чисел тождественны с началами вещей. Эта основная мысль заставляла их искать всюду числовые законы и распределять все согласно последним, но в то же время она побуждала их приписывать известные свойства (совершенство, несовершенство, бесконечность и конечность) самим числам.

Так пришли они к тому мистическому числовому учению, которое впоследствии в соединении с астрологией продержалось до позднего Средневековья, да и сегодня достаточно модно. Пифагорейцы имеют перед физикой меньше заслуг, чем этого можно было ожидать, судя по их математической направленности.

Только один физический закон неоспоримо принадлежит школе Пифагора, хотя и здесь способ открытия его искажен баснями. Проходя мимо кузницы, где несколько рабочих ковали железо, Пифагор подметил, что молоты издают гармонические тоны, именно: октаву, квинту и кварту. Войдя в кузницу, он убедился, что различие тонов зависит от различного веса молотков, именно: самый легкий имел 1/2, следующий 2/3 и, наконец, последний 3/4 веса наиболее тяжелого молота. По возвращении домой Пифагор подвесил четыре шнура равной толщины и к ним привязал гири сходных весовых отношений. Шнуры эти при ударах давали те же музыкальные интервалы, как и молоты, и Пифагор мог, таким образом, свести гармонические интервалы к числовым отношениям.

Что Пифагор занимался всем этим – не подлежит сомнению, так как гармонические отношения играют у пифагорейцев выдающуюся роль. Но описание, конечно, неверно. Во-первых, наковальня, как и колокол, при ударах различными молотами издает постоянно один и тот же тон; во-вторых, струны издают указанные выше тоны, когда их длины, а не натягивающие их гири находятся в указанном выше отношении. Впрочем, есть прямые указания, что пифагорейцы верно определили связь между гармоническими интервалами и длинами струн. Зато Пифагора упрекают в том, что он признавал созвучиями только октаву, квинту и кварту, отвергнув столь приятно звучащую терцию из-за большой сложности ее числового отношения.

Первая рукопись из среды самих пифагорейцев принадлежит Филолаю. К сожалению, от нее уцелели лишь отрывки, подлинность которых притом довольно сомнительна. Из этих отрывков можно тем не менее составить довольно ясное представление о системе мира пифагорейцев. Они считали, что земля шарообразна, но выводили это из требований геометрической гармонии. В центре Вселенной пифагорейцы поместили чистейшее из всех веществ – огонь, а вокруг него заставили вращаться на гармонических расстояниях Землю, Противоземлю, Луну, Солнце, Меркурия, Венеру, Марса, Юпитера, Сатурна и сферу неподвижных звезд. Так как обитаемая половина Земли была постоянно отвращена от центрального огня и Противоземли, то последние оставались невидимыми для людей. Солнце же и Луна отражали им образ центрального пламени.

Следующий великий философ – Анаксагор из Клазомен (в Лидии) считается учителем Перикла, Еврипида, Сократа. Говорят, что жители Лампсаки, где он умер, поставили в честь его памятник с надписью: «Здесь покоится Анаксагор, который достиг крайнего предела истины, познав устройство Вселенной».

От его главного сочинения «О природе» до нас дошло лишь несколько отрывков. Он не признавал превращения вещества при видоизменении предметов, объясняя эти видоизменения соединением и разъединением мельчайших, невидимых глазу частиц материи. Их существует бесконечное множество, и все они – непреходящие и неизменные первоначальные вещества, отличающиеся друг от друга по форме, цвету и вкусу. При этом Анаксагор считал обманчивыми наши чувства. Цвета тел – только наше ощущение; чтобы выразить это как можно резче, он провозгласил парадокс: «снег черен».

Эмпедокл из Агригента, молодой современник Анаксагора, отчасти разделял его взгляды. В книге (тоже «О природе») он пишет:

«Безумцы полагают, что может возникнуть что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа что-либо существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешения и разъединения сочетанного. Только невежды называют это рождением и смертью».

В основу мира Эмпедокл не кладет, однако, бесконечного множества первичных веществ, а лишь четыре стихии или «корня»: землю, воду, воздух и огонь. Движение стихий обусловливается двумя противоположными силами, любовью и враждой:

«То все стремится к слиянию воедино силой любви, то единое расторгается непримиримой враждой».

О жизни Эмпедокла известно мало. В позднейших источниках сообщают, будто он увлекался ролью чудотворца и пророка, любил расхаживать в одежде жреца. Он появлялся в золотом поясе и дельфийской короне, окруженный многочисленной толпой слушателей. Легенда сообщает, что Эмпедокл хладнокровно бросился в пылающее жерло Этны, дабы прослыть божеством, существом бессмертным. Но тут же добавлено, что гора извергла назад железные сандалии философа, показав этим, что исчезло мнимое божество.

Демокрит Абдерский и его учитель Лейкипп обыкновенно упоминаются вместе. Якобы Лейкипп создал атомистическую теорию мира, которую окончательно разработал Демокрит. Согласно этому учению, Вселенная состоит из пустого пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц – атомов, отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему очертанию, положению и распределению. Тела возникают и исчезают лишь путем сочетания и разъединения атомов, так как из ничего не может произойти ничего, и ничто существующее не может исчезнуть. Движение атомов обусловливается не влиянием какой-либо внешней, независимой от них силы, а действием силы, присущей им самим от века; все атомы находятся в состоянии постоянного падения в бесконечном пространстве. При этом движении крупные атомы падают быстрее мелких, наталкиваются на них и производят боковые движения, или вихри, при посредстве которых атомы сплачиваются в тела. Эти вихри лежат в основе образования Вселенной.

Что касается спорного вопроса о пустоте пространства, то Демокрит (по словам Аристотеля) приводит в его пользу такие доказательства: возможность движения в пространстве, возможность разрежения и сгущения тел и рост тел, происходящий благодаря проникновению пищи в скважины тела. Наконец, в доказательство приводится неправильное наблюдение, будто стакан, наполненный золой, вмещает в себя воды меньше объема, не занятого золою.

Демокрит говорит определенно, что зрение обусловливается падением на поверхность глаза мелких атомов, исходящих от светящегося предмета; он полагает, что предметы дают постоянно изображения, применяющиеся к окружающему воздуху и проникающие в душу через поры органов чувств. Теория истечения света пользовалась этой мыслью до новейшего времени для объяснения обращения изображений при зеркальном отражении.

Демокриту приписывают следующие обоснования его атомистической теории. Мокрая тряпка, становится сухой: очевидно, бывшие в ее порах частицы воды улетели. Открыв флакон духов, мы ощущаем запах: очевидно, частицы, выделяющиеся из флакона, долетают до нашего носа. Кусочек краски, брошенный в воду, равномерно окрашивает ее: очевидно, частицы краски перемешиваются с частицами воды. Дуновение ветра можно объяснить как обстрел атомами воздуха. Различие агрегатных состояний есть различие в степени взаимной связанности атомов тел. Все эти аргументы и сейчас излагаются в учебниках физики.

От многочисленных сочинений Демокрита до нас дошли лишь незначительные отрывки.

Физические теории Платона (изложенные в диалоге «Тимей») не слишком интересны. Согласно им, земля покоится в центре Вселенной, планеты следуют друг за другом в расстояниях, соответствующих гармоническим отношениям тонов, элементы огня имеют форму тетраэдров, элементы воздуха – октаэдров, воды – икосаэдров, а элементы земли – кубов. Этим элементам соответствуют четыре области. Ниже всех лежит наиболее тяжелая стихия – земля; затем следуют вода, воздух и огонь. Каждая стихия стремится занять свое место, и тела следуют движению преобладающего в них начала: камень падает на землю, огненные пары поднимаются вверх.

Современник Платона пифагореец Архит считается первым, применившим математику к решению механических задач и механику – к решению геометрических построений. За это его, кстати, осуждал Платон. Архиту приписывают изобретение блока, винта и автомата (летающего голубя). Более подробных сведений о его механических работах, к сожалению, до нас не дошло.

Время Аристотеля

Теперь переходим к Аристотелю.

Вот что рассказывают о нем начиная со Средних веков.

Родился он в Стагире, городе северной Греции, у Стримонского залива. В детстве вместе с отцом (врачом Никомахом) переселился в Пеллу, ко двору македонского царя Аминта, и здесь познакомился с будущим царем Филиппом, расположение которого оказалось для него впоследствии столь полезным. Когда Никомах умер, оставив сыну значительное состояние, ученая слава Платона увлекла 17-летнего юношу, и он отправился учиться в Афины.

В Афинах Аристотель оставался 20 лет, до смерти Платона, с которым он находился в постоянном общении. Затем пробыл некоторое время при дворе своего бывшего слушателя, атарнейского владетеля Гермия, и женился на его приемной дочери Пифии, после того как Атарней был захвачен персами, а царь изменнически убит.

Из Митилен, куда спасся Аристотель, его вскоре вызвал македонский царь Филипп, желавший поручить ему воспитание своего 14-летнего сына Александра. Если судить по словам последнего: «Я чту Аристотеля наравне со своим отцом, так как если я отцу обязан жизнью, то Аристотелю обязан всем, что дает ей цену», – между знаменитым учителем и великим учеником должны были существовать весьма хорошие отношения.

После того, как Александр взошел на престол, Аристотель оставался в Македонии еще три года, до первого похода Александра в Персию, вернулся в Афины и уже здесь, в Ликейоне, основал свою знаменитую философскую школу, которая получила название перипатетической, вероятно, по тенистым аллеям (перипатос), где Аристотель любил читать свои лекции.

Тут он тринадцать лет излагал свое учение перед многочисленной толпой ревностных слушателей. Затем антимакедонокая партия в Афинах возвела на него обвинение в оскорблении богов, и Аристотель добровольно покинул город, «желая избавить сограждан от вторичного преступления против философии», по словам Сократа. Аристотель поселился в Халкиде на о. Эвбее и здесь вскоре умер.

В главе «История часов» мы несколько раз отмечали, что даже имена изобретателей механических часов не сохранились, не говоря уж об их биографиях. Доходит до того, что неизвестно толком, в чем заключались изобретения механика Герберта, имевшего могущественных учеников, королей и даже одного императорора Священной Римской империи (Оттона), и ставшего впоследствии римским папой. А ведь это было в XIII–XIV веках! Но вот в историях древних греков мы вдруг обнаруживаем, что целая плеяда ученых имеет разработанные биографии, с указанием даже их родителей и мелких бытовых подробностей. Все это наводит на мысль, что эти биографии сочинялись одновременно или по одному шаблону в какой-то непродолжительный период, – можно предположить, что не ранее XVI века, поскольку в некоторых случаях древним мыслителям приписывают труды и изобретения, которые не могли появиться раньше этого времени.

Об Аристотеле же добавляют еще, что он был небольшого роста, худощав и отличался некоторой внешней изысканностью. Значительное состояние и содействие могущественного ученика (Александра) дали ему возможность собрать значительную библиотеку, которую впоследствии Птолемей Филадельф купил для александрийского музея, но подлинные рукописи Аристотеля так и не попали в нее, а оказались в Риме, где через 400 лет после написания, говорят, были изданы. Но что же это значит? Максимум, что могли сделать в Древнем Риме, так это переписать их, за неимением типографий. Но на каком языке? Если на латыни, то это уже не подлинные рукописи, а перевод. Тем не менее считается, что так дошли до нас научные сочинения Аристотеля.

Иначе говоря, доказательства, что известные тексты с именем Аристотеля на обложке принадлежат перу действительно жившего ученого с таким именем, отсутствуют. Просто в некоторый момент эти рукописи были приложены к написанной неизвестно кем биографии. Но как бы то ни было, рассмотрим теории Аристотеля, из физических сочинений которого известны следующие: 1) «Физика», 2) «О небе», 3) «О метеорологии», 4) «О рождении и разрушении», 5) «Механические проблемы» и еще ряд мелких естественно-научных статей.

Природа есть совокупность физических тел, состоящих из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или изменения. Всякое движение предполагает пространство и время. Пространство сплошь заполнено материей; следовательно, не существует ни пустого пространства, ни мельчайших неделимых частиц материи или атомов. В пустом пространстве, как в простом отрицании материи, невозможно ни определение, ни различие места; движение же предполагает различие места; значит, в пустом пространстве движение немыслимо.

Если мы будем искать начала чувственных, то есть осязаемых вещей, то найдем не более четырех противоположностей, доступных ощущению и невыводимых из каких-либо других начал: тепло и холод, сухость и влажность. Они представляют собою первоначальные качества материи. Так как противоположности не могут быть соединены, то из попарного сочетания их получаются четыре основных вещества, именно: жаркий и сухой огонь, жаркий и влажный воздух (при этом нет различия между парами и воздухом), холодная и влажная вода, холодная и сухая земля. Четыре вещества эти содержатся во всех телах либо в действительности, либо потенциально и могут быть выделены из всех тел. Сами они неспособны разлагаться на другие вещества, ибо они есть стихии или начала. Эти начала по природе своей легки или тяжелы. Земля абсолютно тяжелая, огонь – абсолютно легкая стихия, воздух и вода относительно легки или тяжелы, смотря по их сочетанию с другими началами.

Все тела стремятся вниз к земле или вверх к небу и двигаются в этом направлении до тех пор, пока сопротивление другого тела не остановит их движения. Естественные прямолинейные движения тяжелых и легких тел неравномерны, конечны и потому несовершенны. Совершенным же может быть названо только круговое движение, продолжающееся равномерно и однообразно во веки веков. Для осуществления этого совершеннейшего движения в природе находится еще пятое начало, которому круговое движение так же свойственно, как прямолинейное – земным телам. Это эфир, из которого состоит небо. Сфера неподвижных звезд, которая по природе своей движется равномерно вечные времена, состоит из чистого эфира. Планеты уже смешаны с земными составными частями, потому-то их движениям недостает строгой правильности.

Земля, состоящая из более тяжелого начала, не может двигаться, а должна покоиться в центре Вселенной. Она шарообразна. Выпуклость земной поверхности очевидна уже из того, что при путешествиях к северу или югу звезды поднимаются или опускаются над горизонтом; шаровидность Земли доказана еще тем, что земная тень при лунных затмениях всегда кругла. Кроме того, Земля должна иметь вид шара в силу естественных причин, так как все тела равномерно стремятся к ее центру, как к средоточию Вселенной. Окружность Земли, по Аристотелю, составляет 400 000 стадий, или около 9970 географических миль (почти вдвое больше действительной). Как он пришел к этой цифре – неизвестно.

Аристотель знает, что свободно падающие тела падают с постепенно возрастающей скоростью, но закон ускорения ему, разумеется, неизвестен. Он предполагает, что скорости различных тел при падении соответствуют их тяжести: тело, которое вдвое тяжелее другого, и падает вдвое скорее.

Аристотель затрудняется в объяснении насильственных движений тел. Его удивляет, например, почему движение брошенного тела продолжается после того, как оно отделилось от бросившей его руки. В конце концов, он приходит к заключению, что брошенное тело оставляет после себя пустое пространство, в которое и устремляется воздух, сообщая телу новый толчок. Объяснение это снова приводит к вопросу: что же заставляет брошенное тело наконец остановиться?

Из простых машин Аристотель правильно объясняет действие рычага: «Большим плечом рычага можно приподнять больший груз, потому что большее плечо производит большее движение»; или «Сила, приложенная на большем расстоянии от точки опоры, легче двигает груз, так как она описывает больший круг». В этих положениях дано не только доказательство закона рычага, но и намечен закон сохранения силы. Он утверждает, что тела, у которых произведения весов на скорости равны, обнаруживают равное действие. К сожалению, отрадное впечатление, произведенное верным определением действия рычага, испорчено пространным исследованием, в котором Аристотель, не довольствуясь этими доказательствами, старается объяснить загадочность этого действия столь же загадочными свойствами круга.

Причем закон рычага – лучшая часть аристотелевской механики. Почти все остальное испорчено несчастной гипотезой абсолютно тяжелых и абсолютно легких начал, причем механика жидких тел пострадала больше механики твердых тел. Из гипотезы следует, что вода не может быть тяжелой по отношению к земле, а воздух – к воде и что, следовательно, вода не может производить давления на землю, а воздух – на воду. Вот почему Аристотель для объяснения явлений присасывания должен изобрести отвращение природы от пустого пространства, horror vacui, несмотря на то, что ему известна тяжесть воздуха и что он даже пробовал его взвешивать.

Акустические и оптические явления рассматриваются им при описании органов чувств. Рядом со множеством темных и неверных данных, рядом с пустым набором слов здесь встречается много точных наблюдений, много глубоких и верных мыслей, так что заслуги Аристотеля в этих областях следует поставить гораздо выше, чем в области механики. Звук происходит не вследствие того, что звучащее тело своим давлением сообщает воздуху известную форму, как думают некоторые, а оттого, что оно определенным образом приводит воздух в движение. Воздух при этом сжимается и растягивается и ударами звучащего тела проталкивается все далее и далее, отчего звук и распространяется во всех направлениях:

«Не всякое тело дает при толчке звук; полые же тела звучат потому, что вслед за первым толчком они производят ряд других вследствие отскакивания, так как частицы, приведенные в движение, оторваться не могут. Ни воздух, ни вода (когда звук распространяется через последнюю) не являются причиной звука; для образования последнего необходим удар твердых тел друг о друга и о воздух. Воздух сам по себе беззвучен вследствие подвижности своих частиц, но если это передвижение встречает препятствие, то движение воздуха становится звуком. Воздух замкнут в полостях уха в состоянии неподвижности для того, чтобы можно было резко ощущать тончайшие различия движений». «Эхо возникает, когда воздух встречает на пути своего движения стену и отбрасывается назад подобно мячу».

При исследовании зрения Аристотель восстает против теории зрительных лучей, исходящих из глаза: «Если бы видение зависело от света, исходящего из глаза, как из фонаря, то почему бы нам не видеть в темноте? Предполагать, что свет гаснет, когда по выходе из глаза попадает в темноту, – бессмыслица».

Прежние философы, присваивавшие каждому органу чувств особое начало, присвоили глазу огонь. Разделяя это воззрение в общем, Аристотель полагает, что по отношению к глазу следовало бы огонь заменить водой:

«Орган зрения состоит из воды; орган, воспринимающий звуки, – из воздуха; орган обоняния – из огня; орган, служащий для осязания, – из земли; вкус есть род осязания. Глаз состоит из воды, но зрение зависит не от жидкого его состояния, а от прозрачности. Это свойство вода разделяет с воздухом, но она воспринимает и сохраняет образы лучше воздуха; вот почему зрачок и глаз состоят из воды. Душа находится не на поверхности глаза, но внутри; поэтому необходимо, чтобы внутренняя часть глаза была прозрачна и доступна свету».

Цвета, по Аристотелю, не представляют чего-нибудь абсолютно видимого, они только присущи видимым предметам и происходят вследствие того, что свет наблюдается сквозь темное, а свет и тьма смешиваются между собою. Так, солнечный свет, видимый сквозь туман, кажется красным, а радуга происходит оттого, что солнце, отражаясь в более темных облаках, дает все цвета.

Теплоту Аристотель рассматривает как основное качество, присущее прежде всего огню как стихии, но вместе с ним и всем телам. Так как огонь по своей природе постоянно стремится кверху, то этим объясняется испарение воды, плавание тел и т. д.

Одна из характерных черт философии Аристотеля (и этим объясняется сила ее влияния на научное сознание Средневековья) – ярко выраженная замкнутость и законченность. Ограничив круг своей Вселенной, Аристотель двигался в этом кругу совершенно уверенно и категорично. Его система носила явственную печать того убеждения, что все необходимое и достаточное для решения теоретических вопросов в ней уже дано.

Характерна для его физики также тенденция к чисто качественному мышлению. Категории «материи», «формы» и «движения» аристотелева учения о природе с самого начала исключают любую возможность количественной математической обработки. Все многочисленные попытки такого рода, предпринимавшиеся в конце Средневековья, оказались совершенно бесплодными.

Наконец, отметим, что учение Аристотеля формировалось достаточно долго, не в течение жизни одного человека.

Историки науки отмечают, что непосредственные последователи Аристотеля Евдем и Теофраст (написавший историю философской физики от Фалеса до Аристотеля в 18 книгах, не дошедших до нас) пытались развивать его учение. Но позднее это уже не повторялось, и школа перипатетиков порождала одних рабских истолкователей великого мыслителя. А в Средние века Аристотель владычествовал над умами. Оставим это на совести историков.

Историки науки различают два научных подхода: натурфилософский и математический. Один в их глазах «плохой», а другой – «хороший». Натурфилософ Аристотель оставил потомству почти одни только физические заблуждения, а величайшего из древних математиков, Архимеда, нельзя упрекнуть ни в одном промахе. Поэтому Архимеда любят называть первым физиком, и это можно было бы допустить, если бы в науке был важен лишь только результат; при требовании же от физика еще и физического метода исследований такое название окажется неправильным.

Архимед был в такой же мере математиком, как Аристотель философом. Архимед и в самом деле сделал несколько физических опытов и передал потомству ряд физических наблюдений, дотоле неизвестных, но в своих исследованиях он ни разу не обратился сознательно к наблюдению как физическому методу, и, как мы позже увидим, во всех его исследованиях преобладает математический интерес. Он сам рассматривал свои физические работы лишь как приложение математики.

Эллинские философы развивали синкретическое, то есть не разделенное знание. Но по мере накопления материала неизбежно должен был наступить этап разделения. Появились те, кто занимался преимущественно математикой, и те, кто занимался преимущественно астрономией. Евдокс ввел математику в астрономию; Архит первым приложил ее к механике, а александриец Евклид первым из математиков разработал, по крайней мере, одну часть физики (оптику) совершенно независимо от философии.

Приход математики в физику делает ее более определенной. Не одна механика получает прочные основы в трудах Архимеда, оптика тоже становится на твердую почву благодаря Евклиду и Птолемею, определившим чисто математическим путем ход световых лучей. Практические нужды оказывают благотворное влияние на развитие науки. Механики, подобные Герону, сооружают механические снаряды и описывают их научным образом.

Этот период характеризуется и сменой места научного центра. Им теперь стала Александрия.

Александрийская ученость

Евклид, представитель математической школы в Александрии, оставил по себе, сверх знаменитых геометрических книг, несколько сочинений по физике, относительно которых существует сомнение, вполне ли они подложны или же только снабжены позднейшими прибавлениями. Из них «Гармоника» представляет незначительный интерес, зато «Оптика», трактат по теории перспективы (скенографии), а еще более «Катоптрика»[24] сделались краеугольными камнями соответствующих отделов физики, хотя не были чужды ошибок.

В своей «Оптике» Евклид придерживался учения Платона о зрительных лучах, исходящих из глаза. С другой стороны, он дает верное определение зависимости кажущейся величины предмета от угла зрения, хотя и здесь впадает в ошибку, полагая, что величина обусловливается исключительно углом зрения. Относящиеся сюда положения евклидовой «Оптики» следующие: лучи, выходящие из глаза, распространяются по прямым линиям на некотором расстоянии друг от друга. Фигура, описываемая зрительными лучами, имеет форму конуса, вершина которого лежит в глазу, а основание – на границе видимого предмета. Предметы, рассматриваемые под одинаковым углом зрения, кажутся равными по величине.

«Катоптрика» Евклида не сохранилась, приписываемый этому автору текст был, по-видимому, позднейшей компиляцией. Она заключает в себе следующее основное положение: если зеркало лежит в горизонтальной плоскости, на которой отвесно стоит предмет, то для линий, проведенных между глазом и зеркалом, с одной стороны, между предметом и зеркалом – с другой, получается то же отношение, которое существует между высотами глаза и предмета. Из этого положения вытекает закон отражения: зеркала плоские, выпуклые и вогнутые отражают падающие лучи под равными углами, причем изображение и предмет лежат в плоскости, перпендикулярной к плоскости зеркала. Для сферических зеркал Евклид справедливо доказывает еще, что лучи, отражающиеся от вогнутых зеркал, могут быть сходящимися и расходящимися, от выпуклых же – только расходящимися. Евклид формулирует ошибочную теорему: фокус вогнутого зеркала находится или в центре его шаровой поверхности, или между этим центром и зеркалом.

Евклида можно признать основоположником учения о прямолинейном распространении света и законов отражения, двух существенных положений геометрической оптики, ведь его законы отражения превратили все проблемы отражения лучей в чисто математические задачи. Для Евклида оптика представляла только математический интерес, поэтому для него было не очень важно, идет ли луч света из глаза к предмету или же наоборот.

Вероятно, затем это сочинение было оттеснено на второй план более объемной «Катоптрикой» Архимеда (также утерянной), содержавшей строгое изложение всех достижений греческой геометрической оптики.

Перейдем же к Архимеду. Его биография, как и некоторых других ученых той поры, подробно прописана.

Считается, что он был другом и родственником царя Гиерона, правившего Сиракузами, но принимал участие в общественных делах лишь своими физическими познаниями и своей изобретательностью. Научные исследования поглощали его до такой степени, что ему приходилось напоминать про еду и питье и силой отправлять в купальню, где он во время растираний продолжал чертить геометрические фигуры на песке.

А вот сказка из книг Витрувия: царь Гиерон хотел пожертвовать в храм золотой венец и велел отвесить мастеру надлежащее количество золота. Мастер представил венец, но ходили слухи, будто он заменил часть золота серебром. Архимед, которому царь поручил расследовать это дело, долго думал над решением вопроса, пока наконец оно не возникло в его уме внезапно в то время, как он сидел в ванне. Вне себя от радости он выскочил из воды и раздетый побежал по улицам Сиракуз, повторяя знаменитое «эврика» («нашел») согражданам, смотревшим на него с понятным удивлением.

Оказывается, Архимед додумался опустить в сосуд, наполненный водой, слиток золота, равный по весу венцу, и нашел, что он вытесняет воды меньше, нежели последний. При повторении опыта со слитком серебра получилось обратное. Таким путем не только был доказан обман вообще, но и удалось определить, сколько именно золота было заменено серебром.

Об Архимеде рассказывают вообще много чудес. Такова басня о корабле, над которым в течение полугода трудилось 300 рабочих и который, будучи обложен свинцовыми листами для защиты от червей, оказался настолько тяжелым, что не мог быть снят со стапелей. Архимед при помощи своих машин легко стащил его в море один. Другой большой военный корабль был приведен им к берегу посредством рычагов, канатов и блоков. Ему приписывают фразу, сказанную Гиерону: «Дай мне точку опоры, и я подниму землю».

Рассказывают, что, когда Сиракузы подверглись преследованию римлян, он создал ряд машин. При их помощи на римлян, осаждавших город, сыпался такой град стрел и камней, что войско бежало, лишь завидев на вершине стены канат или столб. Осаждавшим с моря приходилось еще хуже: как только они приближались к стене, сверху спускалась железная лапа (крюк на цепи, прикрепленный к столбу), хватала корабль за носовую часть и держала его отвесно, пока экипаж и вооружение не сваливались в море, а затем бросала, причем корабль мгновенно тонул. Подобные сказки рассказывает Плутарх, а за ним Ливий и Полибий. Все это наглядное доказательство того, до какой степени ненаучно и некритически писались тексты в Средние века.

Еще одна общеизвестная басня возникла, по-видимому, в XII веке. Она приписывает Архимеду сожжение неприятельского флота посредством вогнутых зеркал, которыми он с высоты стен собирал солнечные лучи и направлял на римские корабли. Многие физики старались найти какое-нибудь разумное основание для этого предания, но безуспешно. Еще в XVII веке патер Кирхер считал такую вещь возможной, потому что ему самому удалось получить значительное повышение температуры на расстоянии 30 метров комбинацией из пяти плоских зеркал. Бюффону удалось зажечь доску, намазанную дегтем, на расстоянии 100 метров при помощи установки 168 зеркал. Однако по отношению к флоту подобный эксперимент не имел бы успеха уже потому, что корабль в случае подобной опасности не остался бы неподвижным на месте. Возможно, что в основу этого мифа легли рассказы о позднейшем применении в морских сражениях сосудов с горящей зажигательной смесью (нефтью).

Даже в XV веке зеркала стоили огромных денег. Обычные плоские зеркала из стекла. Делать сферические, да еще с заданным заранее фокусом не могли. Металлические в традиционное время Архимеда тоже были бы слишком дороги, и та же неразрешимая задача: как задать изделию нужную сферичность?

Родного города Архимеду, однако, отстоять не удалось, были у него зеркала или нет. Мало того, при занятии Сиракуз он попался на глаза какому-то римскому солдату и был убит. Но на этом чудеса не кончаются. Оказывается, сиракузяне о таком знаменитом земляке ничего не знали, пока им не рассказал о нем приехавший на остров через 137 лет после его смерти квестор Цицерон. Ему пришлось лично разыскать и указать неблагодарным потомкам могилу гения. Достойное завершение сказок об Архимеде.

Основные сочинения Архимеда, относящиеся к физике – «О равновесии плоскостей» и «О плавающих телах».

Трактат «О равновесии плоскостей» исходит из принятого положения, что равные по весу величины, действующие на одинаковых расстояниях, находятся в равновесии. Отсюда вытекает другое положение: если две равные по весу величины не имеют общего центра тяжести, то центр тяжести величины, полученный от сложения обеих, будет лежать посередине прямой, соединяющей центры тяжести обеих величин. При помощи этих положений Архимед доказывает справедливость закона рычага. Именно: если к рычагу привешены два груза, то на основании второго положения можно разделить каждый груз на 2, 4, 8 равных частей и привесить их попарно в равных расстояниях от первоначальных точек привеса, не нарушая действия. Если же первоначальные два груза имеют массу обратно пропорциональную их расстояниям от точки опоры рычага, то отдельные части грузов могут быть распределены по обоим плечам рычага таким образом, что на обоих будет находиться равное число грузов на попарно равных расстояниях, откуда следует, что система находится и, следовательно, раньше должна была находиться в равновесии. Это доказательство возбуждало много возражений, но тем не менее оно очень долго не заменялось каким-либо другим, более строгим.

Сочинение «О плавающих телах» основано на положениях, что жидкость во всех частях однородна и непрерывна и что во всякой жидкости менее сжатая часть смещается другой, более сжатой; наконец, что всякая часть жидкости претерпевает давление от лежащей отвесно над нею жидкости. Отсюда выводится, что поверхность покоящейся жидкости должна иметь сферическую форму, концентрическую с поверхностью земли; что тело, которое легче жидкости, погружается в нее до тех пор, пока вес тела не сравняется с весом вытесненной жидкости. Что тело, насильственно погруженное в жидкость, всплывает с силою, равной избытку веса жидкости над весом тела. И наконец, что тело более тяжелое, чем жидкость, погружается в нее совсем и теряет вес, равный весу вытесненной жидкости. Вслед за этим наиболее знаменитым из своих положений Архимед высказывает новую гипотезу: «Все тела, вытесняемые жидкостью кверху, двигаются по отвесной линии, проходящей через их центр тяжести».

По свидетельству Плутарха, сам Архимед считал свои практические изобретения ничтожными по сравнению с теоретическими работами. В дошедших до нас сочинениях он следует чисто математическому методу; ко всем физическим основам относится как к простым гипотезам, никогда не объясняя, каким образом он пришел к ним. Архимеду приписывали 40 механических изобретений, большинство которых осталось неизвестным, так как сам он о них не упоминает. А известны: зажигательное зеркало, водоподъемный винт, бесконечный винт, полиспаст[25] и чрезвычайно сложный планетарий. Последний якобы наглядно представлял движение планет вокруг Земли, причем простым поворотом рукоятки Солнце, Луна и планеты приводились в движение вокруг Земли, вращаясь сравнительно правильно, с соблюдением всех соотношений периодов, и получалось даже затмение Солнца Луной.

А видел планетарий тот самый Цицерон, который после ознакомления с этим механизмом пришел к убеждению, что Архимед обладал гением, почти несовместимым с человеческой природой. Кроме Цицерона никто этого планетария не видел, а мы и в XXI веке не знаем такого механизма, чтобы простым поворотом рукоятки можно было воспроизвести движение планет.

Архимед не основал никакой школы и имел весьма мало непосредственных преемников. В глазах современников он был каким-то божеством, которому поклонялись, но по следам которого никто не решался идти. И тут можно согласиться со словами Плутарха:

«Во всей геометрии нельзя найти теорем более трудных и глубоких, чем те, которые Архимед решает самым простым и наглядным образом. Одни приписывают эту ясность его гениальному уму, другие – упорной работе, при которой самые трудные вещи делаются легкими. На взгляд, кажется, невозможно придумать объяснения ни для одной из теорем Архимеда, но, когда прочтешь данное им решение, кажется, будто найти его ничего не стоило, до того оно легко и просто».

Еще двое знаменитых механиков – Ктесибий и его ученик Герон жили в Александрии. Оба успешно занимались физическими исследованиями и интересовались наукой не только с теоретической, но и с практической стороны. Ктесибию приписывают изобретение духового ружья и нагнетательного насоса. Его водяные часы замечательны тем, что при описании их впервые упоминается о зубчатых колесах. Система колес приводилась в движение корабликом, плавающим на поднимающейся поверхности воды, и роняла камешки в металлический тазик, указывая число часов. Собственно водяные часы, конечно, не были изобретением Ктесибия. Витрувий, якобы со слов Герона, описывает еще и водяной орган Ктесибия, но так сбивчиво, что нет возможности уяснить себе его механизм.

Герон тоже занимался изготовлением водяных часов, но прославился главным образом пневматическими машинами, которые он подробно описывает в своем сочинении «Пневматика». К таким машинам принадлежит геронов фонтан, геронов шар, паровой волчок и эолипил, который он приводил в движение то паром, то нагретым воздухом. Из этого ясно, что Герон знал о расширении воздуха и искусно умел пользоваться его упругостью, однако нигде не заметно, чтобы он подвинул вперед механику газов. Важнее в теоретическом отношении его сочинение «О домкрате», действие которого он выводит из закона рычага. Его математические сочинения погибли, в том числе и «Начала механики».

Трактат Герона «Катоптрика», ранее принимавшийся за сочинение Птолемея, содержит ряд новых моментов по сравнению с одноименными работами Евклида и Архимеда. В нем Герон обосновывает прямолинейность световых лучей бесконечно большой скоростью их распространения. Он приводит доказательство закона отражения, основываясь на предположении, что путь, проходимый светом, должен быть наименьшим из всех возможных; это частный случай принципа, обычно связываемого с именем Ферма.

Вслед за законом отражения Герон рассматривает различные типы зеркал, особое внимание уделяя цилиндрическим зеркалам. В заключение в трактате приводятся примеры применения зеркал, в том числе для театральных представлений. В другом трактате – «О диоптре», Герон описывает универсальный визирный инструмент диоптру (как назвал его автор), сочетавший функции позднейших теодолита и секстанта. Наводка диоптры осуществлялась путем вращения вокруг двух осей, вертикальной и горизонтальной. Для более точной установки служил микрометрический винт, впервые описанный именно в этом сочинении. А это автоматически делает его более поздним произведением, так как изготовление столь тонкого устройства еще долго было невозможным.

Со времен Герона все ученые стали разделять оптику на катоптрику, то есть науку об отражении, и диоптрику, науку об изменении направления световых лучей при попадании в прозрачные среды, например воду или стекло, или, как мы теперь говорим, о преломлении. Явление преломления еще не рассматривалось Героном.

Другое сочинение Герона – «О строении метательных снарядов», употреблявшихся в его время, написано не в научном тоне, а популярно, для понимания широкими массами.

Филону Византийскому приписывают сочинение о строении баллист и катапульт. Из его трактата о механике, посвященного тем же вопросам, что и сочинения Герона, уцелело только несколько цитат, приведенных Паппом.

Клеомед, в общем, мало известный писатель. Он интересен тем, что в его сочинении мы находим замечательные оптические наблюдения, связанные, по всей вероятности, с его астрономическими исследованиями. Он не только знает, что луч при переходе из менее плотной среды в более плотную и наоборот преломляется, но и что в первом случае отклоненный луч приближается к перпендикуляру, а во втором удаляется от него. Он описывает следующий опыт: нужно встать так, чтобы кольцо, положенное на дно сосуда, скрылось за его краями; затем, не изменяя положения глаз, достаточно налить в сосуд воды, чтобы все кольцо стало видным. Из этого опыта Клеомед выводит, что вследствие преломления лучей мы видим солнце, уже зашедшее за горизонт.

Клавдий Птолемей – фигура легендарная. Его авторитет может конкурировать только с авторитетом Аристотеля. Византийцы, арабы, жители Западной Европы относились к нему с одинаковым уважением, и, когда его авторитет начал колебаться, римская церковь старалась отстоять его всем своим могуществом.

Своей громкой славой Птоломей был обязан обширному астрономическому труду «Великое математическое построение в астрономии», в тринадцати книгах которого содержатся все достижения византийской астрономии. Император Фридрих II, король Сицилии (1194–1250), почитатель арабской учености, приказал перевести это сочинение с арабского на латинский язык, и хотя позднее оно было переведено прямо с греческого, но при этом сохранило арабское название «Альмагест». Для того чтобы согласовать видимое движение планет, Птолемею пришлось создать такие сложные теории их движения, что он сам, как бы извиняясь, замечает: «Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение». Эта-то сложность и была в конце концов причиной падения системы мира Птолемея. Правда, сегодня есть мнение, что ее творцом был Гиппарх.

Как в «Альмагесте» Птолемея собраны все современные ему астрономические знания, так в его трактате по оптике – все оптические знания, причем считается, что Птолемей дополнил их самостоятельными исследованиями. В начале XVII века об «Оптике» упоминают как об общеизвестной книге. Затем она исчезает из обращения, и только в 1800 году Лаплас открывает ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. В ней разбирается теория зрения, отражение света, теория плоских и сферических зеркал и, наконец, преломление света. Интереснее и важнее прочих последняя часть. Птолемей, правда, не знает закона преломления, считая углы падения и преломления пропорциональными в одинаковых средах, но все же довольно точно измеряет углы, образуемые падающим и преломленным лучом с перпендикуляром для воздуха и воды, воздуха и стекла, стекла и воды.

Вопреки Аристотелю, Птолемей, подобно Евклиду, считает, что лучи исходят из глаза. По-видимому, спор об этом предмете должен был казаться ему бесцельным, тем более что математическая форма оптических законов остается неизменной, будут ли прямолинейные световые лучи исходить из глаза или из предмета.

Но были те, кому этот вопрос был важен. Например, Дамиан, сын Гелиодора Ларисского, говорит в своей «Оптике»:

«Очертание наших глаз – не имеющих полой структуры и не похожих на другие органы, приспособленные для восприятия извне, – а также их сферическая поверхность доказывают, что свет исходит из них. Дальнейшими доказательствами служит блеск глаз и способность некоторых людей видеть ночью без наружного освещения».

Или: «Распространение глазного и солнечного света до крайних пределов небосвода происходит мгновенно. Подобно тому, как мы видим солнце, затемненное облаком, в самый момент удаления облака, так же мгновенно видим небо, когда поднимаем глаза наши кверху».

Законы преломления представляли для Птолемея особый интерес, так как он заметил, что место светил изменяется вследствие преломления лучей в воздухе. Хотя он не измерял астрономической рефракции, но все же видел ясно, что она в зените равна нулю и постепенно возрастает по направлению к горизонту. В преломлении он полагал причину того, что околополюсные звезды описывают с виду не настоящие, а сплющенные круги вокруг полюсов.

В его трактате о гармонических звуках содержится мало нового и важного в физическом отношении, хотя эти книги весьма ценны для понимания греческой музыки.

Папп, один из последних александрийских математиков, оставил в своих восьми книгах «Математического сборника» замечательные работы по механике. О том, что математические исследования по вопросу о центре тяжести тел не прекратились окончательно после Архимеда, видно из закона, который изложен Паппом в седьмой книге сборника как самостоятельное его исследование. Закон этот впоследствии был вновь открыт Гульденом и назван его именем. Фигуры, описываемые вращением линии или площади вокруг данной оси, находятся в сложном отношении к вращающимся фигурам и путям, описываемым их центрами тяжести.

В восьмой книге Папп впервые различает пять так называемых основных машин – рычаг, клин, винт, блок и ворот – и приводит рисунок полиспаста. Ему не удается вывести действия наклонной плоскости из закона рычага главным образом потому, что он не умеет отличить действия трения от действия тяжести. Но при тогдашнем положении науки о движении этих сведений и нельзя было иметь. Исходя из того факта, что нужна уже некоторая сила, чтобы двигать тело по горизонтальной плоскости, и что сила эта должна возрастать по мере увеличения наклона последней, Папп старается вычислить, насколько сила, двигающая тело по наклонной плоскости, должна быть больше силы, двигающей его по горизонтальной. Он обошел бы эти затруднения, если бы задался вопросом: какая часть веса тела нужна для того, чтобы удержать тело на наклонной плоскости? В этой форме, однако, вопрос поставил позднее Кардан, не найдя, впрочем, точного решения.

Мы можем отнести Паппа ко временам царствования византийского императора Феодосия I на основании показаний византийского лексикографа Свиды (X век).

О Прокле (412–485)[26] сообщают, что он, подобно Архимеду, сжег римские корабли при осаде Константинополя посредством вогнутых зеркал. Из других его достижений – попытки научными доводами объяснить влияние небесных светил на судьбу живых существ.

Антемий, строитель знаменитого византийского собора в Константинополе (VI век), доказывает, что зажигательные зеркала воспламеняют предметы только вследствие способности собирать множество солнечных лучей в одну точку; и далее, что лучи, выходящие из одной точки, соединяются снова в одну точку лишь при условии эллиптической формы зеркальной поверхности. Он не верил, чтобы Архимед мог зажечь римский флот при помощи сферического зеркала, но пробовал зажигать отдаленные предметы сложной системой плоских зеркал. О Прокле, который был почти его современником, он не упоминает.

Про Антемия рассказывают, будто бы он поставил в своем погребе паровые котлы и посредством труб подвел пар под дом ненавистного ему соседа, римлянина Зенона. Встряска была такой сильной, что Зенон подумал, будто его дом рушится от землетрясения.

Два слова о так называемой римской науке. Сами историки отмечали, что среди ее представителей не было людей Рима. И они ее определяют как науку эпохи Римской империи, созданную учеными, писавшими на греческом языке; римлян же среди них не было. Чем же она отличается от византийской науки?

Средневековая византийская физика

Нас не удивляет, что в Византии VI–X веков работам по физике эллинского периода уделяли большое внимание: ведь эти работы именно тогда и появились. В это время в физику включали всю совокупность знаний о природе, а именно собственно физику, географию, зоологию, ботанику, минералогию и медицину.

Историки сообщают, что сведения по естествознанию византийцы черпали из книг, в частности из трудов Аристотеля. Но вдруг оказывается, что этот интерес к трудам классика требовал их новых изданий; что последовательность расположения книг внутри отдельных произведений нередко была нарушена, а места их перепутаны; что смысл ряда текстов был затемнен, и по содержанию списки тоже не совпадали; что в Византии делались краткие резюме основных идей Аристотеля, и эти резюме хоть и придерживались текста оригиналов, но часто дополнялись новым материалом, выдержками из работ более поздних ученых, высказывавшихся на эту же тему… По свидетельству Симпликия, тексты аристотелевой «Физики», оставшиеся от двух его ближайших учеников – Феофраста и Евдема, значительно отличались друг от друга.

Все это означает, что в Византии труды Аристотеля не только редактировались, но, по сути, создавались заново.

До нас дошли комментарии Фемистия, Симпликия, Иоанна Филопона, Олимпиодора к Аристотелю и к сочинениям других «древних». Эти комментарии имеют неоценимое значение; они во многом облегчают понимание науки, особенно наиболее трудных мест из Аристотеля и других. А что значит, разъяснить трудные для понимания места? Это значит, написать свою работу на данную тему.

Каждый из названных авторов по-разному подходил к решению стоящих перед ним задач. Самыми знаменитыми комментаторами произведений Аристотеля были ученики Аммония, профессора Александрийской школы, – Симпликий и Иоанн Филопон. Их отличала всесторонняя и глубокая образованность, самостоятельность в решении физических проблем и ясность мышления. При этом Симпликий не выходил в своих комментариях за рамки неоплатонической традиции. Иоанн Филопон был христианином, но несмотря на это, по некоторым теологическим вопросам высказывал мнения, существенно расходившиеся с догматами христианского вероучения. В споре с язычником-неоплатоником Олимпиодором Иоанн Филопон отрицал вечность Вселенной и доказывал идентичность природы небесных тел и предметов подлунного мира.

Фемистий же неотступно следовал за Аристотелем. Как и его кумир, он считал воздух, окружающий брошенное тело, одновременно и движущимся, и приводящим в движение. Напротив, Симпликию такое объяснение казалось искусственным. Он предположил, что бросающий снаряд сообщает движение ему, а не воздуху. Тем не менее Симпликий не решался отказаться от гипотезы Аристотеля.

Эту концепцию и ряд других положений натурфилософии Аристотеля подвергал критике Иоанн Филопон. Он утверждал, что бросающий камень передает некую внутреннюю силу, поддерживающую в течение определенного времени движение камню, а не воздуху, который ничего не привносит в движение, а если привносит, то очень мало. Характеризуя эту силу, Иоанн Филопон представлял ее бестелесной и не имеющей ничего общего ни с воздухом, ни с какой другой средой. От ее величины зависит скорость бросаемого предмета. Сопротивление среды, в которой он летит, может только уменьшить его скорость, которая будет максимальной в пустоте. В средневековых латинских текстах сила, которая сообщается движущемуся телу, называлась импетус (импульс, напор, натиск, стремление вперед). Идея импетуса являлась предвосхищением понятий импульса и кинетической энергии.

Вполне возможно, что Иоанн Филопон проводил какие-то опыты с падением предметов в различных средах. Экспериментировал и Симпликий. Изучая поднятый Аристотелем вопрос об изменении веса тела по мере приближения его к «естественному» месту, он на основании своих опытов отрицал разницу между пустым бурдюком и бурдюком, наполненным воздухом. Аристотель же считал вес надутого бурдюка больше, чем пустого, ненадутого.

Большой интерес к проблемам механики проявляли математики Евтокий, Анфимий из Тралл и Исидор Милетский, которым были известны не только труды Архимеда, но и работы Герона, в частности его «Механика». Свое знание законов механики, творчески усвоенных, последние применили при строительстве храма св. Софии.

Познания византийцев в области оптики – науки о зрении, катоптрики – теории отражения лучей от зеркальных поверхностей и диоптрики – учения об оптических измерениях, основывались на трудах Аристотеля, Евклида, Герона, Птолемея.

Трактат Евклида «Оптика», излагающий теорию перспективы, был обработан и переиздан Феоном Александрийским. Закономерности отражения параболических зеркал были сформулированы в работе Анфимия из Тралл «О зажигательных зеркалах». По-новому подошел к решению вопроса о прямолинейном прохождении световых лучей Олимпиодор. В отличие от Герона, который в своей «Катоптрике» установил зависимость прямолинейности световых лучей от бесконечно большой скорости их распространения, более поздний византийский философ доказывал целесообразность устройства всего в природе, которая, по его словам, не терпит никаких излишеств. Это имело бы место, если для прохождения света она выбрала бы не самый короткий путь.

Таким образом, в христианской Византии были подвергнуты критике отдельные положения эллинских ученых и высказаны некоторые верные догадки по ряду вопросов физики. Но теория этих дисциплин развивалась медленно. Византийцев, полагают историки, больше интересовала практическая сторона дела, они старались применить достижения своих предшественников к решению насущных технических проблем, а в области теории всего лишь пытались осмысливать идеи, высказанные древними.

Ученые из числа ортодоксальных христиан стали рассматривать физику как вспомогательную науку, находящуюся на службе религиозной метафизики. У них был и свой взгляд на природу. Если для эллинов природа – реальная действительность, то для христиан она – творение Бога, Его символ, воплощение Его идей. Во всех явлениях природы они видели действие божественного промысла, иллюстрацию религиозных и моральных истин.

Однако наличие двух систем понимания природы – эллинской и христианской (аллегорическо-дидактической) не могло не привести к появлению синтезированной из их элементов идеи. И она появилась в Византии в труде Михаила Пселла «Всеобщее наставление» и в монодии, написанной им для утешения пострадавших от землетрясения в сентябре 1063 года. Хотя он считал Бога творцом видимого мира, природа выступает у него в ином качестве, она предстает отдельной от создавшего ее Творца, существующей самостоятельно, независимо от Него. Она живет и действует, подчиняясь лишь закономерностям, которые были ей даны при сотворении и которые могут быть познаны человеком. Природа у Пселла является объектом самостоятельного рассмотрения. Он стремится дать рациональное объяснение природным явлениям окружающего мира.

Пселл, рассказывая о различных природных явлениях, указывает на первопричину и непосредственную причину, вызвавшие их. Оставаясь человеком своего времени, под первопричиной он подразумевал Бога, а в своем объяснении причинной связи явлений природы пытался совместить законы «Физики» Аристотеля с действиями божественного промысла. В труде «Всеобщее наставление», трактате по метеорологии, комментарии к «Физике» Аристотеля и других работах много внимания он уделял разработке физических проблем. Им были собраны и обработаны сведения о материи, движении, цвете, эхо, дожде, громе, молнии и т. п.

Византийцы высказывали огромный интерес к самым разнообразным проявлениям природы; не только ученые, но и историки, и агиографы, и авторы богословских трудов считали своим долгом рассказать об атмосферных явлениях, землетрясениях и других стихийных бедствиях, вскрыть их сущность и причины.

О грозных атмосферных явлениях, падающих звездах, блуждающих огнях, кометах писал патриарх Никифор. Он считал их наказанием Творца за оскорбления, нанесенные ему иконоборцами. Одновременно он критиковал, называя искусниками людей, которые пытались дать этому естественно-научные объяснения.

Анна Комнина сравнивала с физическими явлениями те или иные события царствования своего отца. Так, повествуя о прибытии Алексея I в Фессалонику, она сравнивает направившихся ему навстречу жителей окрестных регионов с тяжелыми телами, которые стремятся к центру. Иоанн Дамаскин в «Источнике знаний» рассуждает о происхождении термальных вод. Патриарх Фотий в «Библиотеке» также касается физических вопросов и прежде всего фиксирует свое внимание на природе землетрясений. Симеон Сиф в «Общем обзоре начал естествознания» поместил данные о субстанции неба и земли, материи и форме, месте и времени, душе и духе и пяти чувствах. Евстратий Никейский в своих сочинениях также останавливается на вопросах происхождения дождя, снега, града, грома, молнии, землетрясений, термальных вод.

Рассказывая о природных явлениях, византийцы большое внимание уделяли их описанию, а не изучению закономерностей. Понятие об эксперименте было им чуждо. Все спорные вопросы решались умозрительно. Основным источником их знаний об окружающем мире были не сама природа или наблюдения за ее явлениями, а книги, прежде всего труды Аристотеля и его комментаторов: Олимпиодора, Прокла, Иоанна Филопона и других.

Долгое время обсуждался вопрос о причинах землетрясений. Ортодоксы считали их божьей карой за грехи человечества. Ученые же стояли на точке зрения Аристотеля, разработавшего теорию, согласно которой землетрясения вызываются воздухом, скопившимся в трещинах Земли. А патриарх Фотий полагал, что они порождаются избытком воды в недрах Земли, а не обилием воздуха и не грехами. Впрочем, это не мешало ему в других сочинениях трактовать землетрясение как чудо.

По мнению Михаила Пселла, землетрясения порождает Бог, однако непосредственная их причина – исходящий из недр Земли воздух, который из-за большой ее твердости уплотняется и под давлением устремляется наружу, что и вызывает сотрясение Земли. Также и Симеон Сиф, и Евстратий Никейский первоначально указывают сверхъестественную причину землетрясений, утверждая, что без божественного позволения в природе ничего не происходит, а потом вспоминают и причину физического порядка.

Естественными причинами объясняет Евстратий Никейский и происхождение термальных вод. Он категорически отвергает мнение Ефрема Сирина, считавшего их источником Ад, на том основании, что если бы вода вытекала из ада, то она была бы вредоносной и несла бы смерть и разрушение. В действительности же она обладает терапевтическими и даже целебными свойствами.

Евстратий Никейский придерживался концепции, согласно которой тело Земли пронизывают воздушные, огненные и водяные жилы, по которым соответственно струятся воздух, огонь и вода. Огненные протоки, расположенные поблизости от водяных, нагревают иногда до кипения текущую в них воду, которая в таком состоянии появляется на поверхности. Воздушные жилы, прилегающие к водоносным, наоборот, охлаждают в них воду, и она, становясь холодной, изливается из источников. По обычаю, эту концепцию также приписывали Аристотелю.

Используя собственные наблюдения, решают византийские ученые вопросы солености морской воды. Так, Симеон Сиф объясняет причины этой солености постоянными, происходящими с поверхности моря испарениями, которые делают ее более плотной, а в результате вода приобретает соленый вкус. Данное явление он сравнивает с выделением соленого пота организмом человека, несмотря на то что он потребляет только пресную воду. Теоретические положения для таких выводов опять же без всяких оснований приписывают Аристотелю. Впрочем, Симеон Сиф ссылается и на вмешательство божественного промысла, якобы по воле которого вода, становясь соленой, не подвергается гниению и не издает зловония.

Размышляли византийские мыслители и о том, почему при грозе человек сначала видит свет и только спустя некоторое время слышит звук. Михаил Пселл пытался объяснить данное явление естественными причинами: глаз улавливает свет раньше, чем ухо – звук, потому что глаз имеет выпуклую форму, а ухо – полую. Симеон Сиф дал более рациональное объяснение: звуку для распространения требуется время, а свет в нем не нуждается.

Представленные в работах Михаила Пселла, Симеона Сифа и Евстратия Никейского концепции физического строения окружающего мира во многом отличаются от библейских представлений об устройстве мироздания, а в своих существенных чертах совпадают с работой «О возникновении и уничтожении», опять же приписываемой Аристотелю.

Все работы этих ученых, посвященные рассмотрению физических явлений окружающего мира, свидетельствуют о попытке согласовать эллинское учение с христианским вероучением, а христианскую доктрину – с принципами эллинского миросозерцания. Однако и рационализм, зародившийся в науке во второй половине XI века, был ограничен. Принималось лишь то, что не вступало в явные противоречия с догмами христианства.

В палеологовский период, после латинского господства, в Византии продолжалось развитие научной мысли. Упомянем одного из ученых этого времени, Феодора Метохита. Он, говорят, уже видел ущербность идей, приписываемых Аристотелю, – хотя на самом-то деле он подвергал критике некое канонизированное учение прошедшего периода, что и логичнее и вернее. Метохит обвинял аристотелизм в недооценке математики. Анализируя сочинения адепта Аристотеля Хумны, Метохит показывал, что его мышление в сфере физики, хотя и свидетельствует о некоторых заимствованиях у Платона, тем не менее статично и целиком покоится на качественной физике Аристотеля. Метохит упрекает своего противника в незнании Платона, в упущении одной из важнейших его посылок – количественного аспекта теории элементов, что в конечном счете является следствием недооценки значения математики.

Эта идея Метохита была своего рода провозвестницей научной революции XVII века, значительно расширившей применение математических методов в изучении физического мира.

Но надо иметь в виду, что многого из византийской науки мы не знаем, потому что немало книг (иногда вместе с учеными) было вывезено в XIII–XV веках в Западную Европу, и там они были использованы без ссылки на первоисточник.