Античні уявлення фізики: як стародавні мислителі формували наукові основи
- Ігор Сальниченко
- 12 січ.
- Читати 9 хв
Античні уявлення фізики відіграли ключову роль у формуванні перших уявлень про фізичні явища та природу. Сьогоднішня фізика, як наука, бере свій початок у допитливості мислителів Давньої Греції та Риму, які ставили запитання про світобудову, природу руху, будову матерії та космос. У цій статті ми розглянемо, як античні філософи, включно з Лукрецієм, пояснювали фізичні явища та заклали основи для подальших наукових відкриттів [1; 2].
Античні концепції матерії
Основи стихійної теорії: від космічних сил до пояснення природи
Вступ до вчення про чотири елементи
Вчення про чотири стихії — землю, воду, повітря і вогонь — є одним із найвідоміших у античній фізиці. Його розробив давньогрецький філософ Емпедокл (бл. 495–435 рр. до н.е.), який прагнув пояснити різноманітність природних явищ через поєднання й роз’єднання цих елементів [3, с. 87]. Стихії, за Емпедоклом, незмінні та вічні, проте саме їхня взаємодія народжує різні об’єкти — від мінералів і рослин до людини й космосу.
Космічні сили Любові та Ворожнечі
Особливе місце у вченні про стихії посідають дві космічні сили — Любов (Philotes) і Ворожнеча (Neikos). Перша об’єднує елементи й сприяє гармонійному змішуванню, а друга роз’єднує їх, створюючи хаос і відокремлені середовища. Баланс цих двох сил дає змогу пояснити, чому у природі з’являється різноманіття форм: при перевазі Любові виникає цілісність і єдність, при наростанні Ворожнечі — руйнування і розпад структури.
Поєднання стихій та формування світу
Згідно з поглядами Емпедокла, всі процеси у Всесвіті можна звести до циклу «збирання» та «розпаду» чотирьох елементів під впливом Любові та Ворожнечі. У моменти цілковитого панування Любові утворюється єдина космічна «куля», де всі стихії зливаються в одне ціле. За абсолютного торжества Ворожнечі відбувається зворотний процес — повне розшарування та розділення на незалежні стихії. Ці цикли, на думку Емпедокла, повторюються вічно й забезпечують нескінченну зміну станів світу.
Значення для сучасного розуміння природи
Ідея пошуку «першоелементів», з яких складається світ, і сьогодні лишається актуальною — у сучасній фізиці це прагнення відбите у вивченні фундаментальних частинок і полів. Уявлення про сили, що об’єднують і роз’єднують матерію, натякає на сучасні концепції фундаментальних взаємодій (гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка). Попри те що вчення про чотири стихії більше не використовується як наукова модель, його філософський зміст був важливим для становлення раціонального підходу до пояснення природних явищ.
Вчення про чотири стихії Емпедокла зіграло значну роль у формуванні античної філософії природи. Воно базувалося на ідеї, що вся матерія виникає через різні комбінації незмінних елементів і перебуває під впливом двох протилежних сил — Любові та Ворожнечі. Хоча сучасна наука спростувала буквальне розуміння цих уявлень, їхній внесок у розвиток теоретичної думки та пояснення явищ природи важко переоцінити [3, с. 87].
Атомізм Демокріта та продовження ідей Лукреція
Античне вчення про неподільні частинки отримало свій початок у працях давньогрецького філософа Демокріта (бл. 460–370 рр. до н.е.) та його вчителя Левкіппа. Вони висунули ідею, що всі речі складаються з атомів — найдрібніших, неподільних утворень, які безперервно рухаються у порожнечі. Ця концепція пояснювала безліч природних явищ, адже виникнення різних форм матерії розглядалося як наслідок зіткнення й поєднання атомів. Важливо, що раціоналістичний характер атомізму відкидав втручання богів у природні процеси, наголошуючи на самодостатності законів природи [4, с. 45].
Тіт Лукрецій Кар (бл. 99–55 рр. до н.е.) розвинув ці погляди у своєму поетичному трактаті «Про природу речей», описавши нескінченний рух атомів та їхню здатність до «косих відхилень». Завдяки цим відхиленням, як стверджував Лукрецій, виникають непередбачувані зіткнення частинок, що пояснює як випадковість у природі, так і свободу волі. Хоча чимало деталей античного атомізму згодом змінилося під впливом новочасних відкриттів, ідея про існування найдрібніших «цеглинок» світу та їхній постійний рух стала основою для сучасної науки — від класичної механіки до квантової фізики [4, с. 98].
У другій книзі «Про природу речей» Лукрецій так пояснює суть «косих відхилень» атомів:
«Ще, якби всі атоми, падучи крізь порожнечу, завжди прямолінійно рухалися,
мов краплі дощу, то вони б ніколи не зійшлися, не зіштовхнулися й нічого не створили.
Щоб уникнути цього, природа їх трохи відхиляє від прямої, але саме цього відхилення,
хоч яким би воно було незначним, досить, аби спричинити зіткнення»
(Тіт Лукрецій Кар, Про природу речей, кн. II, пер. І. П. Ковальова)
Таким чином, Лукрецій розглядав випадкове відхилення як необхідну умову будь-якого творчого процесу у світі: без нього атоми б «розминалися», а отже, не могли б утворювати нові структури. Саме ця ідея, відома як clinamen, є одним із найцікавіших внесків Лукреція в історію філософії, адже вона пояснює непередбачуваність та множинність форм, які виникають у природі, без звернення до божественного втручання чи містики.
Уявлення про рух і закони природи
Фізика Арістотеля
Фізика Арістотеля була заснована на ідеї, що будь-яке тіло рухається, лише поки його штовхає певна сила. На думку Арістотеля (384–322 рр. до н.е.), існує «природний рух», який веде всі речі до їхнього належного місця в космосі (наприклад, важкі тіла спрямовуються до уявного центру Всесвіту), та «примусовий рух», що виникає від зовнішнього впливу. У трактаті «Фізика» [5, с. 201] він стверджував, що коли ця зовнішня сила перестає діяти, тіло зупиняється, оскільки втрачає «рушійну» підтримку.
Таке бачення відрізняється від сучасного розуміння інерції, за яким тіло рухається постійно без додаткових впливів, якщо на нього не діють інші сили. Проте арістотелівська модель, побудована на спостереженні щоденного досвіду (де рухомі об’єкти, як правило, швидко зупиняються), стала основою наукових дискусій на тисячоліття вперед і вплинула на уявлення про світ у середньовічній Європі.
Зрештою, погляди Арістотеля почали переглядатися лише зі становленням експериментальної науки у XVII столітті, коли італійський астроном і фізик Галілео Галілей показав, що у відсутності тертя чи інших опорних сил тіло збереже свій рух. Попри це, значення ідей Арістотеля залишається в історії науки надзвичайно важливим, адже вони заклали логічну схему, за якою можна було пояснювати рух і взаємодію тіл, а також привчили мислителів до пошуку універсальних принципів природи [3, с. 90].
Лукрецій про рух
Римський поет і філософ Тіт Лукрецій Кар (бл. 99–55 рр. до н.е.) розвинув традицію атомізму, розпочату Демокрітом. Він вважав, що атоми перебувають у постійному русі у порожнечі й утворюють нескінченну кількість комбінацій. Зіткнення між атомами, на думку Лукреція, пояснюють походження як неживих об’єктів, так і живих організмів [4, с. 215]. Філософ стверджував, що рух обумовлений природними законами, а не божественним втручанням чи спеціальною рушійною силою, як це уявлялося в арістотелівській фізиці.
Саме вчення про «косі відхилення» (clinamen) атомів стало оригінальним поясненням випадковості у природі, оскільки без цих відхилень атоми рухалися б виключно прямими лініями й ніколи б не зіштовхувалися. Завдяки цій ідеї Лукрецій заклав основу для натуралістичного підходу до розуміння явищ і проклав шлях до механістичноїтрадиції у філософії, що остаточно сформувалася у Новий час [6].
Уявлення про космос
Геоцентрична модель
Згідно з уявленнями Платона (бл. 427–347 рр. до н.е.) та Арістотеля (384–322 рр. до н.е.), Земля перебуває в центрі Всесвіту, а навколо неї обертаються всі небесні тіла. Ця концепція лягла в основу птолемеївської космології, викладеної у праці Клавдія Птолемея (бл. 100–170 рр. н.е.) «Альмагест». Упродовж майже півтори тисячі років геоцентрична система була панівною в античній і середньовічній науці, відповідаючи спостереженням про явне нерухоме положення Землі. Ситуація почала змінюватися у XVI–XVII століттях, коли Миколай Коперник, Галілей та інші мислителі висунули і підтвердили ідею геліоцентричної будови світу. Попри це, концепція геоцентризму відіграла визначальну роль у формуванні ранньої астрономії та зберігала свій авторитет до епохи наукової революції [7].
Лукрецій про безмежність Всесвіту
Римський поет і філософ Тіт Лукрецій Кар заперечував ідею замкненого Всесвіту, стверджуючи, що космос є безмежним і простягається далеко за межі нашого спостережуваного світу. Він уважав, що за відомим нам простором існують інші світи, утворені з тих самих атомів, які перебувають у вічному русі. Такі погляди випередили уявлення багатьох пізніших мислителів і в чомусь перегукуються з модерними теоріями про множинність світів у космосі [4, с. 278; 8].
У «Про природу речей» («De rerum natura») Лукрецій так висловлює своє переконання про нескінченність простору:
«Адже ніщо не може спинити й зупинити Всесвіт зовні;
не знайдеться сили, що могла б обмежити простір довкола,
а відтак воістину безмежним для атомів він є і залишається»
(Тіт Лукрецій Кар, Про природу речей, кн. I, пер. І. П. Ковальова)
Цей уривок підкреслює, що ніяка сила не може обмежити космос «ззовні», тож якщо простір не має краю, то й матерія мусить бути нескінченною, постійно даючи підстави для зародження нових світів. З погляду сучасної науки, такі міркування можна порівняти з гіпотезами про мультивсесвіт, де припускається існування безлічі паралельних світів. Хоча теорії Лукреція вже давно зазнали перегляду та суттєвих доповнень, саме його натуралістичне мислення і віра в логічне пояснення природи відкрили дорогу до ширшого наукового дослідження космосу.
Архімед: місток між математикою та фізикою
Серед античних мислителів, чиї праці вплинули на розвиток природознавства, особливе місце посідає Архімед (бл. 287–212 рр. до н.е.). Він прославився не лише завдяки математичним досягненням, а й завдяки фундаментальним відкриттям у галузі механіки та гідростатики. У його часи, коли ідеї фізики ще часто межували з філософією, Архімед уже застосовував строгі математичні методи для дослідження реальних фізичних явищ.
«Закон Архімеда» та внесок у гідростатику
Найвідомішим відкриттям Архімеда є закон виштовхувальної сили, згідно з яким на тіло, занурене у рідину, діє сила, що дорівнює вазі витісненої ним рідини. Це давало можливість науково пояснити плавання суден, поведінку різних тіл у воді й навіть визначати об’єм нерегулярних об’єктів. Легенда про корону царя Гієрона розповідає, що правитель Сиракуз доручив Архімеду перевірити, чи його нова корона справді виготовлена з чистого золота, адже підозрював, що ювелір підмішав дешевший метал. Архімед ніяк не міг вигадати, як визначити об’єм корони, не пошкодивши її, доки одного разу, приймаючи ванну, зауважив, що рівень води піднімається, коли він занурюється. Тоді він зрозумів, що можна виміряти, скільки води витісняє корона, і так дізнатися про її щільність. Від радості він вистрибнув з ванни й вигукнув своє знамените «Еврика!» (з грецької — «Знайшов!»). За цією легендою, розв’язавши задачу, Архімед довів, що корона не була цілком золотою.
Практичні винаходи і точні обчислення
На відміну від багатьох теоретиків свого часу, Архімед поєднував абстрактну математику з прикладним застосуванням. Окрім розробки концепції виштовхувальної сили, йому приписують винахід архімедового гвинта для підйому води, а також низку механічних пристроїв, зокрема «кішка Архімеда» (особливий кран для захисту Сиракуз). Навіть у військовій техніці — на кшталт дзеркал, що могли фокусувати сонячне проміння, — легенди приписували Архімеду неабиякі інженерні рішення.
Математична спадщина і вплив на Галілея
Особлива цінність робіт Архімеда полягає в тому, що їх було написано грецькою мовою, але дійшли вони до наступних поколінь переважно через пізніші копії. Проте навіть у такому вигляді його твори на кшталт «Про рівновагу площин» чи «Про плаваючі тіла» стали базисом для майбутніх досліджень. Зокрема, Галілео Галілей спирався на вчення Архімеда, коли розробляв дослідницькі методи для вивчення прискорення, вільного падіння та маятника. Саме геометричний підхід Архімеда допоміг Галілеєві остаточно сформувати принципи механіки, перевірені експериментами.
Античні уявлення фізики: значення для сучасної науки
Хоча чимало античних теорій із часом спростували або переосмислили, саме ці ранні раціональні уявлення заклали основу для формування наукового підходу. Демокріт, Лукрецій, Арістотель, Архімед та інші мислителі допомогли людству вийти за межі міфологічного погляду на світ і перейти до логічного та спостережливого вивчення природи. Ідеї про атомарну будову, причинність та закони руху стали філософським підґрунтям, на якому згодом постали класична і квантова фізика [3; 5; 8].
Особливо показовим є внесок Архімеда (бл. 287–212 рр. до н.е.), який завдяки «Закону Архімеда» заклав основи гідростатики та вплинув на подальший розвиток механіки. Його твори написані грецькою мовою, однак навіть у пізніших копіях збереглися точність і раціональність мислення античного вченого. Галілео Галілей, захоплений математичним стилем Архімеда, саме на його працях опановував геометричний підхід до аналізу руху та законів природи.
Багато видатних фізиків нової доби читали або принаймні ознайомлювалися з античними працями. Миколай Коперник вивчав космологічні ідеї Платона й Арістотеля, щоби критично оцінити птолемеївську модель. Галілей звертався до Арістотеля, щоб експериментально спростувати його концепцію руху, водночас він захоплювався математичною точністю Архімеда. Ісаак Ньютон уважно досліджував давні теорії руху й на їхній основі сформулював свої закони механіки, а Вернер Гайзенберґ бачив у працях досократиків витоки тих ідей, які пізніше лягли в основу квантових флуктуацій. Така неперервність демонструє: навіть якщо античні моделі були частково хибними, вони надихали подальші покоління дослідників на глибше осмислення природи та надавали їм багатий філософський контекст для нових відкриттів.
Джерела:
1. Корман Ю. Історія античної філософії: Навчальний посібник / Ю. Корман. — Київ: Либідь, 2017. — 348 с.
2. Лукрецій Тіт Кар. Про природу речей / Переклад з латини та коментарі І. П. Ковальова. — Харків: Фоліо, 2014. — 412 с.
3. Іванов С. М. Антична філософія природи: Навчальний посібник / С. М. Іванов. — Львів: Світ, 2019. — 290 с.
4. Бажан О. В. Основи атомізму у філософії Лукреція // Наукові записки з історії науки і техніки. — 2018. — № 3. — С. 87–120.
5. Арістотель. Фізика: Переклад з давньогрецької / Арістотель; за ред. О. Ткаченко. — Київ: Наукова думка, 2015. — 512 с.
6. Britannica. Ancient Greek Physics. URL: https://www.britannica.com/science/ancient-Greek-physics (дата звернення: 11.01.2025).
7. Історія науки: Від античності до наших днів. URL: https://www.historyofscience.com (дата звернення: 11.01.2025).
8. Hankinson R. J. The Philosophy of Nature in Antiquity. — Cambridge: Cambridge University Press, 2016. — 380 p.
9. Heath T. The Works of Archimedes. — Dover Publications, 1953. — 253 p.
Comentários