Механика раннего средневековья

Марио Льоцци

Механика у арабов

У арабов, создавших огромную империю, после первого периода презрительного недоверия к греческой культуре (им приписывают сожжение Александрийской библиотеки в 640 г.) примерно с 750 г. наступил период увлечения ею. На первом этапе ассимиляции, продолжавшемся немногим более столетия, труды греческих ученых были переведены на арабский с греческого и сирийского языков. В это же время в новых столицах — Дамаске и Багдаде — были основаны школы по образцу александрийской. После этого началось самостоятельное развитие арабской науки, интересы которой в первую очередь были направлены в область теологических проблем, а затем уже в область естественнонаучных.

Греческое происхождение науки естественным образом толкало арабских физиков к исследованию проблем механики и оптики — тех двух разделов физики, которые с успехом были развиты в Греции. Но, по-настоящему серьезным прогресс арабской науки был лишь в оптике.

В общей механике арабы следовали Аристотелю и не внесли в нее сколько-нибудь значительных изменений. Не питаемое новыми идеями искусство арабских механиков, как и в Александрии, растрачивалось на создание игрушек, автоматов, часов с колесами и гирями. В X веке мусульманский мир внес некоторый вклад в гидростатику. Астроном Аль-Наиризи (в латинском написании — Анариций, ум. в 922 г.) написал трактат об атмосферных явлениях. Его современник Аль-Рази (ум.. в 923 г.), живший в Багдаде, ввел в употребление гидростатические весы для определения удельного веса, что особенно интересовало арабских физиков и привело к введению "рейтера" в точных весах.

В частности, известный математик и астроном Аль-Бируни (973—1048) определил с замечательной точностью удельные веса 18 драгоценных камней и металлов. Кроме того, он объяснил действие артезианских колодцев, связав его с принципом сообщающихся сосудов; следует сказать, что на Западе артезианские колодцы еще не были известны, они появились там лишь в 1126 г. в Лилье (Артуа).

Аль-Хазини, деятельность которого развертывалась между 1115 и 1121 гг., написал замечательный трактат — "курс" средневековой физики, в который вошли таблицы удельных весов твердых и жидких тел, описания опытов по взвешиванию воздуха, наблюдения явления капиллярности, описание применения ареометра для измерения плотности жидкости. Однако влияние его на развитие западной физики весьма сомнительно.

Университеты

Еще до Аль-Хазини в арабском мире начался упадок физики, столь же быстрый, как и ее взлет. Но контакты с арабами и расцвет ; экономической деятельности к тому времени привели к интеллектуальному пробуждению в Испании, Лотарингии, Франции, Шотландии. В Италии были созданы первые учреждения, служащие для распространения и расши¬рения знаний,— университеты. В 1100 г. университет в Болонье уже достиг славы. К этому времени приобрел известность и Парижский университет.

По образцу университетов Парижа и Болоньи были созданы университеты в Падуе (1222 г.), Оксфорде (1229 г.), Кембридже, Неаполе, Риме и т. д. Примерно между 1125 и 1280 гг. в Испании и Италии были переведены труды Аристотеля, Евклида и Птолемея, одностороннее изучение которых привело к развитию схоластики. В это время труды Архимеда и Герона почти наверняка еще не были известны, так что все изучение механики было основано на трудах Аристотеля и "Проблемах механики", которые также приписывались Аристотелю.

Первые школы механики на западе

Следует признать, что влияние этого периода на последующих физиков все еще спорно и, во всяком случае, его вклад в современную физику весьма незначителен.

Первый существенный успех связан с именем Иордана Неморария, о личности которого почти ничего не известно: мы не знаем ни его национальности, ни даже времени жизни (обычно его относят к периоду между XI и ХШ веками). В библиотеках Франции были найдены различные труды по статике, приписываемые Иордану, для которых характерно систематическое применение понятия gravitas secundum situm, т. е. изменения силы тяжести тела в зависимости от его положения. Иными словами, Иордан заметил, что сила, с которой тело давит на горизонтальную плоскость, на которую оно опирается, уменьшается, если эту плоскость наклонить, и чем больше она наклонена, тем эта сила меньше. Здесь впервые появляется понятие о составляющей силы тяжести тела в определенном направлении. Этот принцип приводит Иордана к принципу виртуальных работ, который сформулирован в таком виде; если определенный груз может быть поднят на определенную высоту, то груз, в k раз больший, можно поднять на высоту, в k раз меньшую.

Другой Иордан, быть может ученик первого, ввел понятие статического момента, которое было еще у Архимеда, и рассмотрел его применение к равновесию коленчатого рычага и к наклонной плоскости. Заметим, что в изданной в 1565 г. брошюре Тартальи этому второму Иордану приписывается установление точного условия равновесия тела, опирающегося на наклонную плоскость. Интересно, что Тарталья привел это положение как свое собственное в 1546 г. в труде "Проблемы и различные изобретения".

В XIII веке начались особенно усиленные продолжавшиеся в течение всего последующего XIV века долгие и скучные схоластические споры о физике Аристотеля и о критических замечаниях Филопона. Главными действующими лицами здесь были Альберт Великий (1206—1280), Фома Аквинский (1226—1274), Уильям Оккам (1280—1347), Иоанн Буридан (1297—1358). Ценность их трудов прежде всего в том, что они широко распространили аристотелеву физику со всеми ее достоинствами и недостатками.

Из фактов, представляющих особый физический интерес, отметим, что Альберт Саксонский, преподававший в Сорбонне с 1350 по 1361 г., предпринял попытку классифицировать движения, различая движения поступательное и вращательное (для последнего дано точное определение угловой скорости), равномерное и переменное. В его время и с его участием было создано понятие движения uniformiter difformis, или, как мы его теперь называем, равномерно-переменного движения.

Наибольший вклад в изучение равномерно-переменного движения в период средневековья внес Никола Орезм (ок. 1328—1388). Применив впервые в истории науки графическое представление движения, соответствующее современному методу координат, он установил закон, используемый, и сейчас и связывающий для равномерно-переменного движения пройденный движущимся телом путь со временем, затраченным на его прохождение.

Одновременно с Парижской школой развертывалась деятельность в. Оксфорде, где, по-видимому, Уильям Гейтсбери (начало XIV века) ввел понятие ускорения, а Уильям Коллингем сформулировал общий закон нечетных чисел, характеризующий равномерно-переменное движение.

Позднейшим последователем Оксфордской школы был Доменико Сото (1494—1560), который в комментарии к Аристотелю без какого-либо обоснования принимает, что движение падающего тела является равномерно-переменным, и дает для пройденного падающим телом пути закон, совпадающий) с современным.