Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

• Название: Курс истории физики
• Автор: Кудрявцев Степанович
• Издательство: Просвещение
• Жанр: Физика
• Год: 1982

Курс истории физики предназначен для студентов педагогических институтов. В нём изложена история мировой физики от древности до наших дней. Книга состоит из трёх частей. В первой освещена история становления физической науки, заканчивающейся Ньютоном. Последняя, третья часть посвящена истории становления квантовой, релятивисткой и ядерной физики.

---

Мистика чисел оказалась очень живучей. Она фигурирует в религиозных воззрениях, в магии, астрологии, в идеалистических системах. Вместе с тем в идее пифагорейцев о важности числовых отношений в природе имеется и рациональное зерно: количественный анализ, математические соотношения сегодня составляют основу научного описания природы. Первый пример такого описания дали сами пифагорейцы, открыв, что длины струн, звучания которых дают гармонические интервалы, относятся как простые целые числа (2:1, 3:2, 4:3). Важнейшей заслугой пифагорейцев является представление о шарообразности Земли и о ее движении.

Пифагорейцы выдвинули так называемую пироцентрическую систему, в которой Земля, Солнце, Луна и планеты движутся вокруг центрального огня. Считая десять священным числом, пифагорейцы ввели десять подвижных сфер, вращающихся вокруг центрального огня. Так как древние знали лишь пять планет, кроме Земли, то пифагорейцам для получения священного числа десять пришлось ввести дополнительное небесное тело «проти-воземлю» (предвзятая догма приводила к ложным гипотезам).

Таким образом, сферы Земли и противоземли, Солнца, Луны, пяти планет и неподвижных звезд вращались вокруг центрального огня. Расстояния этих сфер от центра, по учению пифагорейцев, подчиняются простым числовым соотношениям. Вращающиеся сферы издают неслышимые гармонические звуки (музыка сфер).

В дальнейшем Аристарх Самосский выбросил центральный огонь и противоземлю и, поместив в центре Вселенной Солнце, построил первую модель гелиоцентрической системы. По-видимому, эта модель не была известна Копернику. В посвящении к своей книге он ссылается на учение о движении сфер вокруг центрального огня, изложенное пифагорейцем филолаем.

Отметим, что наука Древней Греции с самого начала опиралась на знания, добытые в странах Древнего Востока. Но также с самого начала проявились в этой науке новые черты. Мыслитель Древней Греции стремился обсуждать проблему, логически обосновать то или иное положение. Эта черта особенно ярко проявилась в воззрениях последующих ученых: известных из истории философии элеатов, атомистов и Аристотеля.

Таким образом, уже на первом этапе возникновения науки были поставлены глубокие вопросы о строении и происхождении мира, о причине движения, о роли количественных отношений в природе и т. д. Пытаясь ответить на эти вопросы, ионийцы, пифагорейцы и элеаты положили начало теоретическому анализу природы, разработке научной картины мира. В этих первых попытках много наивного, фантастического, ложного, еще отсутствует проверка гипотез и представлений опытом и математическим анализом. Но уже высказана четкая идея о вечности материи, о развитии мира в силу естественных причин, построены первые модели Вселенной. На смену религиозным и мифическим представлениям о возникновении и строении мира пришла наука.

Возникнивение атомистики

Идея первичной материи (праматерии) ионийцев была очень привлекательной и неоднократно в той или иной форме возрождалась в физике. Однако всякий раз возникала трудность объяснения разнообразия вещей и происхождения изменений в мире. Элеаты обошли эту трудность допущением однородности и неизменности мира. Они, таким образом, сняли этот трудный вопрос и объяснили разнообразие мира и движения иллюзией, вызванной обманом чувств. Однако такой ответ находился в резком противоречии с повседневным опытом и не мог удержаться в науке. По существу он был враждебен науке, по самой своей природе призванной выдвигать вопросы и искать на них ответы.

Пытливое мышление древних греков отказалось от этой идеи элеатов, равно как и от идеи праматерии, и выдвинуло концепцию элементов, из которых построена Вселенная. Впервые эта концепция была выдвинута Эмпедоклом (около 490—430 гг. до н. э.), жившим в городе Акраганте (Агригенте) на острове Сицилия, «Эмпедокл, — говорил греческий философ и историк науки Тесь фраст, — предполагает четыре материальных элемента, а именно: огонь, воздух, воду и землю; эти элементы, будучи вечными, изменяются по числу и величине путем соединения и разделения. Существуют два начала в современном смысле этого слова, при помощи которых элементы приводятся в движение; эти начала— Любовь и Вражда, ибо элементы должны подвергаться двоякому движению, а именно: то соединению путем Любви, то разделению путем Вражды».

Таким образом, все разнообразие вещей, по Эмпедоклу, обусловлено сочетанием четырех различных элементов, а причиной изменения в природе является действие притягательных и отталкивательных сил, которые у Эмпедокла носят названия — Любовь и Вражда.

Чрезвычайно существенно, что Эмпедокл со всей ясностью утверждал всеобщее начало сохранения. Его элементы вечны и неразрушимы: «они остаются сами собой», «если бы они совсем погибли и их не было бы более, как бы возникла Вселенная? Откуда она бы явилась?»—спрашивает Эмпедокл. Они не могут и исчезнуть, «нет пространства, не наполненного ими». Вечность элементов и, следовательно, Вселенной обусловлена всеобщим началом сохранения: «Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться». С этого принципа Эмпедокла и начинается история законов сохранения, играющих такую фундаментальную роль в современной физике.

С V в. до н. э. центр греческой науки переместился в Афины. Здесь появились учителя мудрости — первые научные школы. В Афинах высокого уровня достигли искусство, литература. В эпоху Перикла был создан знаменитый Акрополь, великим скульптором фидием воздвигнуты статуи, греческий драматург Софокл писал трагедии, ставившиеся на сцене греческого театра, Аристофан сочинял комедии. В Афины приезжали выдающиеся представители греческой науки. Здесь учил математик Гиппократ, философ и физик Анаксагор (около 500—428 гг. до н. э.), создавший учение о «семенах» всех вещей и движущем начале «нус» (дух), сообщившем элементам материи вращательное движение, в результате которого образовалась Земля и все вещи.

Анаксагор учил, что Луна, Солнце, планеты и звезды, которым египтяне и греки приписывали божественную природу, являются раскаленными камнями.

За это смелое учение о материальности небесных светил он подвергся изгнанию из Афин и окончил свою жизнь в Малой Азии.

Анаксагор был современником основателей атомистики Левкиппа и Демокрита (около 460—370 гг. до н. э.).

Демокрит был родом из фракийского города Абдера. Сохранились сведения о том, что он много путешествовал, был в Египте, Вавилоне, Персии, написал множество произведений по различным отраслям науки: математике, физике, философии и др. Но его сочинения не дошли до нашего времени, и о них мы знаем только из книг других авторов, по фрагментам, приведенным этими авторами. Тем не менее основные положения теории Демокрита воспроизводятся во многих современных книгах по физике и философии почти одними и теми же словами. Вот эти принципы Демокрита:

1. Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть разрушено. Все изменения происходят благодаря соединению и разложению частей.

2. Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью.

3. Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все другое только воззрение.

4. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме. В вечном падении через бесконечное пространство большие, которые падают скорее, ударяются о меньшие; возникающие из этого боковые движения и вихри служат началом образования мира. Бесчисленные миры образуются и снова исчезают одни рядом с другими и одни после других.

5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия между атомами не существует. В атоме нет никаких «внутренних состояний»; они действуют друг на друга только путем давления и удара.

6. Душа состоит из тонких, гладких и круглых атомов, подобных атомам огня. Эти атомы наиболее подвижны, и движения их, проникающие в тело, производят все жизненные явления.

Атомное учение, пройдя через века, выдержало ожесточенную борьбу с идеализмом и поповщиной (еще Платон приказывал своим ученикам истреблять сочинения Демокрита) и, развиваясь, стало основой всего современного естествознания.

В учении атомистов играет существенную роль принцип сохранения, который, как мы видим, был уже у ионийцев. Новым моментом является допущение пустоты. Ни у ионийцев, ни у пифагорейцев, ни у элеа-тов пустоте нет места. С точки зрения элеатов, пустота— это небытие, а небытия нет, и его даже мыслить нельзя. У пифагорейцев мировое пространство заполнено «пустым и холодным эфиром». Эфир принимает и Анаксагор, с которым Демокрит встречался в Афинах, но, по-видимому, во взглядах с ним решительно разошелся. В системе Демокрита нет места для какого-то «разума», производящего движение частиц, движение атомов вечно и не нуждается в особом начале. Движущиеся в пустом бесконечном пространстве атомы, сталкиваясь друг с другом, производят все веши и бесчисленные миры. Пустое бесконечное пространство Демокрита — это совершенно новый элемент картины мира, и его появление вызвано успехами геометрии.