Физика арабского средневековья

Арабы в средние века создали огромную империю. В начальный период ее становления господствовало презрительное недоверие к греческой культуре. Но с середины 8 века наступает пересмотр этого отношения. На первых этапах ассимиляции культур на арабский язык с греческого и сирийского были переведены труды греческих ученых. В этот же период основываются школы по образцу греческих в новых столицах - Дамаске и Багдаде, где началось самостоятельное развитие арабской науки. Здесь наряду с изучением теологических проблем развивались и естественнонаучные исследования.

Вследствие своих греческих корней интерес арабских ученых в основном был обращен к исследованиям в области механики и оптики. В механике арабы следовали Аристотелю и не внесли значительных новых идей в эту область, за исключением гидростатики. Здесь в 10 веке были введены в употребление гидростатические весы для определения удельного веса, а также объяснено действие артезианских колодцев на основе принципа сообщающихся сосудов.

Следует отметить заслуги Мухаммеда ибн Ахмеда аль-Бируни (973-1048), который проводил эксперименты по определению удельных весов с помощью специального отливного сосуда. Бируни был энциклопедистом, широко известны его исследования по астрономии и географии, в частности, определение угла наклона эклептики к экватору, радиуса Земли и т.п. Также широко известна работа среднеазиатского ученого 12 века Аль Хазини "Книга о весах мудрости", в которой подробно описаны применение закона Архимеда и специально сконструированные весы. При этом обсуждается закон Архимеда для воздуха, зависимость удельного веса воды от температуры, пропорциональность веса количеству вещества, содержащегося в теле.

Наиболее ярким арабским физиком-оптиком был Альхазен, работавший в Египте в начале 11 века.

Альхазен (Ибн Аль-Хайтан, Абу Али Хайсама) (965-1039) - арабский физик, астроном, математик, медик, философ. Родился в Басре. Жил и работал в Каире.

Основные результаты оптических исследований изложены в трактате, переведенном в 12 веке на латинский язык, где выдвинул свою теорию зрения, описал работы с камерой-обскурой и по отражению в зеркалах различных видов, высказал идею о конечности скорости света.

В своей теории зрения Альхазен основывался на анатомическом описании глаза, известном по античным исследованиям. Но он отказался от представлений древнегреческих ученых, что световые лучи испускаются глазом. Несостоятельность этого он показывает с помощью ряда опытов физико-физиологического характера, например, ослеплением при попадании на глаза солнечного света. По Альхазену зрительный образ формируется при воздействии на глаз естественного света и цветовых лучей. Под естественным светом он понимает белый солнечный свет, а под цветовыми лучами - свет, отраженный от цветных предметов.

Главное же принципиальное открытие Альхазена состоит в утверждении того, что каждой точке наблюдаемого предмета соответствует некоторая воспринимающая точка глаза. Если у всех греческих физиков зрение рассматривается как ощущение образа, восприятие всего наблюдаемого тела разом, то по Альхазену из каждой точки предмета исходит бесконечное число лучей и в зрачок тоже попадает бесконечное число лучей. При этом Альхазен основывает свои суждения не только на геометрических построениях, но и на базе описанных им опытов с камерой-обскурой. Помимо работ по теории зрения известны труды Альхазена по экспериментальному и геометрическому рассмотрению плоских, сферических, цилиндрических и конических зеркал, а также исследования по преломлению света.

Фундаментальные работы по оптике Альхазена были в 12 веке переведены на латинский язык и распространялись в рукописи, но широкой известности в средние века не имели. В большей степени был известен трактат по оптике Эразма Вителлия, вышедший в 70-е годы 13 века и где по существу излагались представления Евклида, Птолемея и Альхазена.

Эпоха Возрождения (ХV - ХVI вв.)

Физика как наука того времени

В 11-12 веках после периода упадка наблюдается развитие экономической деятельности в Западной Европе. Благодаря этому и контактам с арабским миром происходит интеллектуальное пробуждение в Испании, Лотарингии, Франции, Шотландии. В эпоху Возрождения появляется новый подход к исследованию, в полной мере начинает развиваться экспериментальный метод - предпосылка для создания классической физики, которая зарождается с конца 16 века. Ведущая роль здесь принадлежит Галилею.

Совершенные открытия

ХV в.

Исследование свободного падения и движения тела, брошенного горизонтально, удара тел, расширение понятия момента сил, определение центра тяжести тетраэдра, изобретение ряда механизмов для преобразования и передачи движений - конусный шарикоподшипник, цепные и ременные передачи, двойное соединение (теперь названное “кардановым”) и др. (Леонардо да Винчи).

Зарождение динамики (выяснение природы инерции, установление факта, что действие равно противодействию и противоположно ему). Изучение механизма трения и его влияния на условия равновесия, определение коэффициентов трения и установление закона трения, открытие существования сопротивления среды и подъемной силы (Леонардо да Винчи).

Исследование отражения звука и формулирование принципа независимости распространения звуковых волн от различных источников (Леонардо да Винчи).

Леонардо да Винчи исследует законы зрения, описывает камеру-обскуру, выполняет графическое построение хода лучей в линзах.

 

Н. Кузанский изобретает первый гигрометр (из шерсти). В 1664 Ф. да Поппи конструирует гигрометр из пергаментной бумаги, в1781 гигрометр из китового уса - Ж. Делюк, в 1783 волосяной гигрометр - Х. де Соссюр.

 

Леонардо да Винчи высказал идею о невозможности вечного двигателя.

ок. 1490

Леонардо да Винчи открывает явление капиллярности, наблюдая поднятие жидкостей в узких трубках.в.

Н. Кузанский развивает мысли о том, что движение является основой всего сущего, неподвижного центра во Вселенной нет (идея относительного движения), последняя бесконечна, Земля и все небесные тела созданы из одной и той же первоматерии.

 

Дж. Фракасторо применил линзы для увеличения видимых размеров предметов.

 

Вышел в свет труд Н. Коперника “О вращении небесных сфер”, содержащий изложение гелиоцентрической системы мира, отражающей истинную картину мироздания и приведшей к революционным преобразованиям в мировоззрении и естествознании.

ХVI в.

Ф. Мавролик написал (1567) трактат “Просвещающее о свете” (опубликован в 1611, посмертно). В нем рассмотрены прямолинейное распространение свеча, отражение и преломление света, явление радуги, анатомия глаза, механизм зрения. Мавролик объяснил дефекты зрения (дальнозоркость и близорукость) и действие очков, показал, что выпуклые линзы являются собирательными, а вогнутые - рассеивающими, что при прохождении пластинки с плоскопараллельными гранями световые лучи не изменяют направления распространения, а лишь смещаются параллельно самим себе; первый указал на семь цветов радуги (а не на три, каксчитали до него долгое время) и начал исследовать преломление света в призмах.

 

Вышел всвет трактат Дж Порты “Естественная магия”, содержащий ряд новых наблюдений, в частности получение прямых изображений при помощи вогнутых зеркал, применение камеры-обскуры для выполнения рисунков и для проектирования их (идея проекционного фонаря), для объяснения теории зрения, некоторые данные о магнетизме.

 

Н. Монардес наблюдает флюоресценцию.

 

Открытие Г. Галилеем изохронности колебаний маятника.

 

Опубликован диалог Дж. Бруно “О бесконечности, Вселенной и мирах”, где высказана идея о бесконечности Вселенной, о существовании в ней, кроме солнечной, других планетных систем, о возможности открытия новых планет в нашей солнечной системе, о вращении Солнца и звезд вокруг оси, идея о единстве законов природы.

 

Опубликован трактат Дж. Бенедетти “Различные математические и физические рассуждения”, где содержатся принцип инерции, применяемый для объяснения ускорения движения тела, догадка о центробежной силе, доказательство гидростатического парадокса.

 

Вышел в свет трактат С. Стевина “Начала статики”, в котором излагается принцип невозможности вечного двигателя, дано оригинальное доказательство условия равновесия тела на наклонной плоскости, открыт закон сложения сил (параллелограмм сил) и разложения силы на две составляющие, перпендикулярные друг другу, сформулирован для частного случая принцип возможных перемещений. В этой работе статика древних получила свое завершение.

ХVI в. (конец)

Изобретение зрительной трубы голландскими мастерами (ее появление связывают с именем Захария Янсена, 1590). Быстрое распространение коротких зрительных труб, состоящих из выпуклой и вогнутой линз, началось примерно в 1608.

 

Появилась итальянская модель микроскопа. В 1604 микроскоп построил Захария Янсен. В 1610 - 14 микроскопы конструирует Г. Галилей.

 

Г. Галилей изобрел термоскоп, являющийся прообразом термометра (впервые описан в 1620 Ф. Бэконом).