Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17 в.). 1 страница

Севастопольский национальный технический университет

 

 

На правах рукописи

 

Кафедра физики

 

Конспект лекций по курсу

 

 

«История физики»

 

 

для студентов специальности «Физика биологических систем»

 

Подготовил доцент, к.ф.-м.н. Леонтович А.Л.

 

 

Севастополь

2002 г.

ЛЕКЦИЯ 1

 

1.1. ВВЕДЕНИЕ.

Мыслители прошлого считали, что мудрость отличается от обычного ума тем, что рассматривает явления во времени, в его развитии, в эволюции. Неплохо бы проследить эволюцию от самого ее истока, от того “ Большого взрыва “, давшего начало времени, пространству и атомам. Но, увы, глобальная теория эволюции еще не создана. Много загадок таится еще в истории развития жизни, в происхождении видов и родов, но одно ясно бесспорно: “ человек есть часть природы “ и историю “ можно разделить на историю природы и историю людей. Однако обе эти стороны неразрывно связаны; и до тех пор, пока существуют люди, история природы и история людей взаимно обусловливают друг друга” (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. т. 42. С.92.). История же людей ничтожно коротка в сравнении с историей Земли. От наших первобытных предков, от первого человекообразного, взявшего в руку палку, нас отделяет около миллиона лет; от первой земной тверди – земной коры – несколько миллиардов. В природе мы появились совсем недавно. Мы самые молодые ее обитатели, младенцы среди других видов и родов, других форм жизни. Заметим попутно, что наши представления о “ дне рождения “ на Земле жизни неоднократно менялись, и каждый раз в сторону увеличения ее возраста (как, впрочем и возраста самой планеты).Сравнительно недавно мы считали, что жизнь на Земле воникла около 2 млрд лет назад, потом ее “ состарили “ еще на один миллиард лет. Тот геологический период, в котором живем сейчас мы, называют антропогенным. В нем появился человек, силы которого приравниваются к силам геологических процессов. Впрочем, по поводу времени нашего появления на Земле нет полного единогласия. Наш возраст определяется и тремя, и пятью, и даже десятью миллионами лет.

Некоторые исторические и литературные памятники оставляют место для сомнений и в возрасте нашей цивилизации. Так, в текстах древнекитайского и древнеиндийского эпосов описывается “чудодейственная” даже для наших времен техника, принципы ее действия, детали и материалы для ее создания. Исследователь древних текстов И. Лисевич считает, что они указывают на посещение Земли представителями инопланетных цивилизаций. Однако все это догадки, предположения, вызванные тем же, чем и поиски внеземных цивилизаций: сопротивлением человечества своему одиночеству во Вселенной. Вернемся к фактам, на сегодня доказанным, и будем считать, что живем мы на Земле около 3 млн лет. Около 600 тыс лет существует наша культура (со времени появления первых наскальных рисунков), примерно 15 тыс лет назад мы стали освещаться факелами и масляными лампами, потом изобрели колесо. А вот современной техники достигли не скоро – нашей технической цивилизации немногим более 280 лет. Причем, уровень человеческих знаний позволял осуществить промышленную революцию и в более ранние исторические эпохи. Многие механические устройства или принципы их действия, появившиеся в Европе 16 – 17 столетиях, были известны раньше в Древней Греции и в Китае. Известны были, например, принцип действия паровой машины, порох и все с ним связанное, технология литья металлов, механические часы и многие другие открытия и изобретения. В средневековом Китае наука имела организованный характер, государство субсидировало различные экспедиции, издание сельскохозяйственных и медицинских энциклопедий в более широких масштабах, чем в Греции и во всей Европе, здесь проводилось экспериментирование. Однако это не позволило совершить тот качественный скачок, ту промышленную революцию, которая совершилась позднее в Европе. Тем не менее, интересно сопоставить изобретения и производственные методы, заимствованные Западом у Китая (в скобках указано приблизительное отставание в столетиях): цепной насос с четырехугольными клапанами (15); дробильная мельница с бегунами (13); дробильная мельница с бегунами, приводимая в движение водой (9); воздуходувные мехи для металлургических целей, приводимые в движение водой (11); ветряное колесо и веялка (14); поршневые воздуходувные мехи (14); цепной ткацкий станок (4); машины для обработки шелка (3 – 13); тачка (9 – 10); использование парусов (11); ящичная мельница (12); эффективная сбруя для упряжки животных: шлея (8), ярмо (6); арбалет – оружие воина (13); бумажный змей (12); волчок, приводимый в движение шнуром (14); “колесо жизни”, приводимое в движение поднимающимся горячим воздухом (движущиеся картины, наблюдаемые через щель вращающегося цилиндра) (10); глубокое бурение (11); получение чугуна (10 – 12); карданная подвеска (8 – 9); многоарочные мосты (7); висячие мосты на железных цепях (10 – 13); ворота шлюзов (7 – 17); принципы мореходного конструирования (10); ахтерштевень и руль (4); порох (5 – 6); применение пороха для военных целей (4); магнитный компас (11); магнитный компас со стрелкой (4); применение магнитного компаса в мореплавании (2); бумага (10); печатание путем изготовления клише (6); печатание подвижными литерами (4); печатание подвижными металлическими литерами (1); фарфор (11 – 13). Изобретения и производственные методы, заимствованные Китаем у Запада: винт (14); нагнетательный насос для жидкостей (18); коленчатый вал (3); часовой механизм (3). Качественному скачку отчасти мешал существовавший в древнекитайской цивилизации принцип природопользования, выразить который можно различием двух терминов: “вей” и “ву вей”. Первый означает приложение силы и уверенность в том, что все вещи, животные и люди сделают то, что им прикажут. “Ву вей” же – противоположное: извлекать пользу из природы вещей без вмешательства. Принцип невмешательства наиболее полно выражается во фразе: “Производство без владения, действие без самоутверждения, развитие без господства”. Даже когда древнее азиатское общество уступило место “бюрократическому феодализму”, концепция “ву вей” не потеряла силы. Общество такого типа поощряло наблюдательное отношение к природе. В нем человек старался использовать содержащиеся в природе источники энергии, до минимума сводя свое вмешательство в природные механизмы. Конечно, принцип невмешательства при всей его позитивности (развитии естествознания, эмпирических наблюдений и открытии природных закономерностей) не способствовал объединению науки и практики, активному преобразованию природы.

На заре своего развития человек воспринимал природу чувственно, острее осознавая себя частью ее – ценности гораздо большей. Это осознание было необходимо для сохранения всего биологического вида. Осознание себя частью природы и развитое чувство самосохранения определяли и меру человеческой активности по отношению к внешнему миру. С развитием же разума, орудий труда и производства взаимоотношения человека с природой изменяются: уменьшается степень непосредственного ее ощущения, осознанности себя ее частью и увеличивается человеческая активность. Увеличивается разрыв между теоретическим, абстрагирующимся разумом (наукой, техникой) и чувственным восприятием природы.

С момента возникновения культуры человек проявлял любопытство к миру, в котором он живет, и страстно желал объяснить его. Объяснения принимали различные формы (мифологические, религиозные или связанные с волшебством) и обычно охватывали все и вся от начала до конца. Примерно 500 лет тому назад человеческое любопытство вступило на путь детального экспериментирования с природой. Это было начало науки в той форме, в какой мы знаем ее сегодня. Вместо того, чтобы устанавливать сразу всю истину и объяснять целиком всю Вселенную, ее возникновение и нынешнее состояние, наука стала пытаться найти отдельные истины малого масштаба, касающиеся некоторых поддающихся определению и должным образом выделенных групп явлений. Наука стала развиваться только тогда, когда люди стали удерживать себя от общих вопросов, таких, как: «из чего состоит материя? Как возникла Вселенная? В чем сущность жизни?» Они стали задавать вопросы частного характера, например: «Как падает предмет? Как вода течет по трубе?» и т.д. Вместо того чтобы задавать общие вопросы и получать частные ответы, они задавали частные вопросы и находили общие ответы. Остается великим чудом то, что этот процесс продолжал развиваться: вопросы, на которые мог быть получен ответ, постепенно становились все более и более универсальными. Как сказал однажды Эйнштейн, «самый непостижимый факт заключается в том, что природа постигаема». Действительно, сегодня можно дать достаточно определенный ответ на вопрос, из чего состоит материя. Начинает возникать понимание сущности жизни и происхождения Вселенной. Только бесконечный извилистый путь сквозь пестроту экспериментов могли позволить научным методам стать более проникающими, научным выводам стать более фундаментальными.

Как часть нашей культуры, наука имеет много общего с искусством. Новые формы и идеи создаются, чтобы выразить отношение человека к окружению. Однако влияние науки на общество, на нашу жизнь и мышление сейчас много больше и в положительном, и в отрицательном смысле; в прошлом бывало, что такое же влияние имело искусство. Наука –уникальный продукт нашего времени. Наука отличается от современных художественных творений своим коллективным характером. Научное достижение может быть результатом работы и отдельной личности, но его значение зависит исключительно от его роли как части единого здания, воздвигнутого коллективными усилиями прошлых и настоящих поколений ученых. Эти усилия прикладываются учеными всего мира; характер вклада не отражает их национального, расового или географического происхождения. Наука – подлинно универсальное заняти людей: одинаковые вопросы задают все люди, занятые наукой; одинаковую радость проникновения испытывают они, когда обнаруживают новые более глубокие связи в природе. Выборы проблем, направления исследований на переднем крае фундаментальной науки много меньше зависят от экономических, социальных и политических нужд и побуждений, чем полагает большинство людей: они определяются главным образом техническими возможностями выполнения наблюдений и внутренней логикой самой фундаментальной науки. Наука подобна дереву, ствол которого образуют фундаментальные науки, более старые в основании, более новые, менее известные у вершины, где происходит рост и проникновение в новые области. Ветви представляют собой прикладные направления. Нижние, самые большие, соответствуют прикладным наукам, развившимся из старых фундаментальных наук; более высокие и меньшие являются побегами более современных фундаментальных исследований. Верхушка ствола, передний край фундаментальных исследований, пока не дает никаких ветвей. Применяя эту модель к физическим наукам, мы должны поместить классическую физику, электродинамику и физику теплоты в нижней части ствола вместе с широко раскинувшимися ветвями, символизирующими обширные приложения этих направлений. Выше по стволу надо расположить атомную физику с ее такими хорошо развитыми ветвями, как химия, материаловедение, электроника и оптика. Еще выше расположена ядерная физика с ее молодыми ветвями, символизирующими науку о радиоактивности, метод меченых атомов, геологию и астрофизические приложения. На вершине, где пока нет ветвей, помещаются современная физика частиц и космология. Все части и все стороны науки едины. Наука не может развиваться, если она не преследует целей чистого знания и проникновения в законы природы. Она не будет существовать, если ее не использовать широко и мудро для блага человечества, а не в качестве орудия господства одной группировки над другой. Существование людей зависит от любознательности и сострадания. Любознательность без сострадания бесчеловечна; сострадание без любознательности бесплодно.

1.2.ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ В РАЗВИТИИ ФИЗИКИ.

«Ничто не может заменить непосредственного обращения к первоисточникам, возможно более частого общения с творчеством создателей науки». П.Ланжевен.

Удивительна и многогранна, впечатляюще насыщена яркими событиями и сложна биография физики. Столетиями эволюционировали физические знания: от первых интуитивных и наивных идей о дискретной природе материи до современных представлений об элементарных и субэлементарных частицах. И прежде чем стать наукой переднего края, физика прошла долгий и сложный путь развития. Родившись как наука о природе, физика по мере накопления эмпирического материала, его обобщения и теоретического осмысления, в процессе дифференциации научного знания и выделения из него отдельных наук превратилась в научную дисциплину о свойствах и строении материи и формах ее движения, изучающую наиболее общие, фундаментальные закономерности явлений в мире.

Современная физика представляет собой сложную структуру, где все подразделения тесно связаны между собой благодаря глубокой внутренней взаимосвязи, существующей между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют. Физика являлась и является ведущей наукой естествознания, в то же время она создала фундамент для всех его областей. Физические методы исследования приобрели решающее значение во всех естественных науках. На стыке их с физикой возникло множество смежных дисциплин: астрофизика, биофизика, химическая физика, математическая физика и др. Физика широко использует аппарат математики – своего рода адекватный язык, на котором записываются физические законы, представляющие собой фундаментальные соотношения между измеримыми физическими величинами. Физика – теоретическая основа техники. В свою очередь, развитие техники способствовало созданию новых методов физического исследования. В единой сегодня системе «наука – техника – производство» науке принадлежит ведущая роль. Именно физика внесла наиболее существенный вклад в научно – технический прогресс и революционизировала не только саму науку, но и способ производства.

Знания по истории физики являются неотъемлемой частью общего физического образования. Эти знания можно получить при изучении общей и теоретической физики. Однако, важную роль может и должно сыграть ознакомление студентов с оригинальными работами классиков физической науки. Только читая первоисточники можно почувствовать «дух» развивающегося естествознания, ощутить глубину и оригинальность мышления ученых прошлого.

Одной из важных проблем в истории науки является ее периодизация. В «памяти» физики немало событий и фактов, оказавших сильное воздействие на ход ее развития. Размещенные в хронологическом порядке, эти факты дают возможность проследить генезис основных физических идей и теорий, их взаимосвязь, преемственность и эволюцию, тенденции развития, а некоторые из них в силу своей фундаментальной роли открывают новые страници в летописи физической науки, изменяя или дополняя картину природы. Четкая периодизация позволяет лучше понять структурные особенности науки, эволюцию ее идей, методов и концепций, тенденции развития, движущие факторы, поворотные моменты, выходы в практику и смежные дисциплины.

Одну из схем периодизации физики и основных этапов ее развития можно представить так: Предистория физики. Период возникновения отдельных элементов физических знаний (6 в. до н.э. – 16 в.): эпоха античности (6 в. до н.э. – 5 в.н.э.); средние века (6 - 14вв.); эпоха Возрождения (15 –16 вв.). Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17в.). Период классической физики (конец 17 – начало 20 в.): первый этап (конец 17 – 60-е гг. 19 в.); второй этап (60-е гг.19 – конец 19 в.); третий этап (конец 19 – начало 20 в.). Период современной физики (с 1905 г.): первый этап (1905 – 1931); второй этап (1932 – 1954) третий этап (с 1955).. Заметим, что факторы, о которых говорилось выше, определяют характер развития физики как сформировавшейся науки. Поэтому период от древнейших времен до начала 17 в., являющийся предисторией физики, делится на этапы в соответствии с этапами в развитии общества – античность, средние века, Возрождение.

ЛЕКЦИЯ 2. ПРЕДИСТОРИЯ ФИЗИКИ.

2.1. ДАЛЕКИЕ ИСТОКИ. Что знаем мы о философских воззрениях древних? Десятки тысяч уникальных манускриптов Александрийской библиотеки погибло в огне. Такая же участь постигла 200 тысяч томов Пергамской библиотеки, библиотеку Иерусалимского храма, многие тысячи книг.Утрачена знаменитая коллекция Пизиатра в Афинах, уничтожены пергаменты тайного убежища храма Пта в Мемфисе. Лишь случайные обрывки, отдельные фрагменты, загадочные проблески забытых знаний – вот что осталось нам от исчезнувших цивилизаций. Во времена Конкисты епископ Ланда предал огню почти все кодексы народа майя. Наше далекое прошлое – это цепь белых пятен, прерываемая изредка островками достоверных фактов. Мы не можем объяснить пока, откуда в древнем Багдаде за сотни лет до нашей эры знали, как делать сухие электрические батареи, или почему в монетах, относящихся к 235 г.до н.э., содержится никель. До сих пор диспутируют о гигантских каменных шарах, воспроизводящих на большой территории Центральной Америки карту звездного неба древности, о колонне из чистого железа в Индии или древнеиндийских памятниках, в которых якобы содержатся сведения о диаметре атома водорода. В древних памятниках трудно порой отличить естественнонаучные представления от мистики, философию от поэзии, космологию от мифологии. Древневавилонский эпос и древнееврейская книга Зогар, индийские Рамаяна и Махабхарата не просто путанно и темно отражали мир, они отражали его синкретически: они показывают нам метод познания, в котором научное мышление неотделимо от художественного. В старинных книгах можно найти рисунок Земли, которая покоится на трех китах, плавающих в океане, или на трех слонах, стоящих на черепахе. Но это не значит,что древние именно так представляли картину мира. Жизнеописания Рамы и Кришны, Мадрука и Озириса, Сатурна и Хроноса безусловно содержат символически преображенные представления о пространстве, времени и тех главных элементах, которые должны находиться в основе всего сущего. Древние не знали физики в нашем понимании этого слова. Но они создали зародыши описательной науки, которую можно назвать «фантастической физикой». Так, в древнеиндийской поэме Бхагавад Гиты читаем: «Мощью безмерной и грозной Небо над миром блистало б, Если бы тысяча солнц Разом на нем засверкала». Нельзя, конечно, в этом великолепном поэтическом отрывке усматривать отзвуки когда-то случившегося атомного взрыва.

Идея некой праматерии, лежашей в основе Вселенной, зародилась в странах Древнего Востока. Согласно учению древнеиндийской школы «вайшешика», все состоит из мельчайших материальных частиц. Несколько особняком стоят цивилизации, развившиеся на Американском континенте. Астрономические знания майя поразительны и превосходят все, что накопили древние астрономы Востока. Что же касается представления о времени, то здесь цивилизация майя не имела себе равных.

Древние философские системы, несмотря на то, что содержали элементы диалектики и опирались на довольно обширные знания, все же носили крайне наивный характер. Значительно глубже и последовательней осмысливали мир философы античной Греции. Вот почему древняя физика является почти целиком физикой греков.

2.2. ЭПОХА АНТИЧНОСТИ - эпоха древней греческо – римской культуры, когда высокого уровня развития достигли философия, литература, изобразительное искусство, архитектура. Характерными чертами древнегреческого естествознания были систематическое накопление фактов и попытки их объяснения, слабый эмпирический фундамент и большое количество общих гипотез и теорий, в которых, правда, древнегреческая научная мысль предсказала, а порой и предвосхитила, немало позднейших научных открытий.

Историки считают, что первым греческим физиком был Фалес Милетский (640 – 550 до н.э.). В преклонном возрасте этот славный муж, один из семи мудрецов Эллады, сел на Финикийский корабль и отправился в Египет, чтобы постичь тайные науки жрецов ибисоголового бога Тота. Он прожил долгую жизнь, но не нашел успокоения. Многообразие и изменчивость мира – вот что заставляло его искать первооснову всех вещей, начало начал.История сохранила нам изречение Фалеса: «Начало всех вещей – вода, из воды все происходит и все возвращается к воде». Считается, что Фалес знал о таинственной силе магнита и о притяжении легких тел наэлектризованным янтарем. Ему приписывают разделение небесного свода на пять поясов, открытие эклиптики, учение о шаровидности Земли, вычисление видимой величины Луны.

После Фалеса ионийскую школу возглавил Анаксимандр (610 – 547 до н.э.). Учение этого философа сложнее и изощренней. Оно несет в себе элементы странности, которой суждено было пройти сквозь века. Началом начал Анаксимандр считал некое первичное вещество, качественно неопределенное и бесконечное, из которого выделяются первоначальные противоположности тепла и холода, сухости и влажности. Этой гипотезе не хватало только математического аппарата и тридцати столетий эмпирического знания. В противном случае она бы мало чем уступала праматерии Гейзенберга. Это, конечно, шутка.Но, право, стоит задуматься над идеей первичного вещества. Какая сила научной абстракции нужна была, чтобы предвидеть в основе всего единое изменчивое начало! Другой приемник Фалеса, Анаксимен, вносит в учение о строении вещества динамическое начало. Первоосновой всего он считает воздух. Все тела произошли из воздуха. При сгущении воздух превращается в воду, а вода – в землю. Разрежение воздуха порождает огонь. Все существа живут за счет воздуха и рано или поздно возвращаются в воздух. Важно понять, что объединяло всех натурфилософов ионийской школы. В основе их учения лежит единое первоначальное вещество, которое превращается во все другие вещества и порождает весь видимый мир. Генетическая связь с современными представлениями о едином поле здесь очевидна. Пифагор Самосский (582 – 500 до н.э.) считается учеником либо Фалеса, либо Анаксимандра. Он выполнил первые наблюдения по акустике. Пифагор устанавливает связь между высотой тона и длиной струны или трубы. Мы мало что знаем об учении Пифагора, хотя названная его именем теорема долгое время выдвигалась в качестве ключа для завязывания контактов с инопланетными цивилизациями. В теории столько науки, сколько в ней математики. Так говорят сейчас. Пифагорейцы первыми выдвинули идею о шарообразности Земли. В центре Вселенной пифагорейцы поместили чистейшее из веществ – огонь, вокруг которого должны вращаться на гармонических расстояниях Противоземля, Луна, Солнце, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн и сфера неподвижных звезд. Так как обитаемая часть Земли постоянно отвращена от Противоземли и центрального огня, то естественно, что эти небесные тела невидимы. Зато Солнце и Луна отражают на Землю животворный свет центрального пламени.

Третья из древнегреческих философских школ – элейская – была направлена против ионийского учения о развитии. Она видит в природе единое неизменное сущее и считает всякое возникновение и множественность призраком. Интересно проследить влияние, которое оказали элейцы на последующих, так называемых младших натурфилософов, принимавших в отличие от ионийцев неизменяемость первоначальных веществ, а в отличие от элейского учения – множественность элементов мира. Мы сталкиваемся здесь с диалектикой развития, когда новое учение вбирает в себя лучшее из противоречащих друг другу старых систем. Первым среди младших натурфилософов считается Анаксагор (500 – 428 до н.э.) Его учениками были знаменитейшие мужи Эллады – Перикл, Еврипид, Сократ. Сохранилось лишь несколько отрывков главного сочинения Анаксагора «О природе». Анаксагор не признает превращения вещества при изменении предметов, считая, что такое видоизменение происходит от соединения и разъединения мельчайших, невидимых глазу частиц материи. Идея Анаксагора о прерывистом, зернистом строении материи и представлении о существовании предела делимости вещества – атоме была развита в работах Демокрита, Эмпедокла, Эпикура, Лукреция и др. Так, Эмпедокл (492 – 432 до н.э.) в книге «О природе» высказывет свое кредо: «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». Демокрит Абдерский (460 – 370 до н.э.) и его учитель Левкипп создали атомистическую теорию мира. Вселенная Демокрита – Левкиппа 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. В 5 в. до н.э. Аристофан в сочинении «Облака» упоминает о явлении зажигания солнечными лучами, собранными специальными средами. Позже о зажигательном действии стеклянных шаров сообщает Плиний; Сенека отмечает увеличительное действие стеклянного шара, если через него смотреть на мелкие предметы. Платон (429 – 347 до н.э.) создал теорию зрения. Из учеников Платона интересен Евдокс Книдский (408 – 355 до н.э.), выдвинувший остроумную гипотезу для объяснения неправильностей в движении планет. Аристотель (384 – 322 до н.э.) ввел понятие движения как общего изменения и механического движения как пространственного перемещения. При нем зародились элементы механики. Он рассмотрел прямолинейные и криволинейные механические движения. Установил правила сложения перемещений, перпендикулярных друг к другу, правила равновесия рычага. Если Демокрит был убежден в дискретности материи, то Аристотель проповедовал обратное – ее непрерывность. Этот великий спор прошел сквозь всю историю естествознания. Аристотелю мы обязаны возникновению правильного представлению о распространении звука в воздухе (звучащее тело вызывает сжатие и разрежение воздуха. Объяснено эхо как отражение звука от препятствий, преломление света.

Архимед (287 – 212 до н.э.) родился в Сиракузах на острове Сицилия. Его отец, астроном Фидий, был родственником сиракузского царя Гиерона. Архимед получил хорошее образование, долгие годы пробыв в знаменитом Александрийском музее – уникальном научно-исследовательском центре античного мира. Творческую деятельность Архимед начал как инженер, создавая различные механические приспособления, широко использовавшиеся в строительной технике и в быту. Всего Архимеду приписывают около 40 изобретений, в том числе такие, как винт и полиспаст. К этому периоду относится одно из первых его сочинений «Книга опор», цитаты из которой приводит в своей «Механике» александрийский инженер и математик Герон. В трудах по геометрии Архимед разрабатывал интегральные методы, широко использовавшиеся математиками вплоть до создания Лейбницем и Ньютоном интегрального исчисления. Архимед предложил приемы вычисления поверхностей и объемов сложных фигур, которые основывались на рассмотрении более простых (кругов, цилиндров, шаров). Большую известность получил трактат «Псаммит» («Исчисление песчинок») астрономо – вычислительного характера. Архимед определяет число пылинок во Вселенной, полагая ее замкнутой и ограниченной сферой. Здесь же он дает размеры Земли, Солнца и расстояния между ними. Подход Архимеда к физическим проблемам основан на простых, но строгих геометрических доказательствах, так что его можно считать родоначальником математической физики, которой он посвящает трактаты «О равновесии плоских фигур». «О плавающих телах» и не дошедшую до нас фундаментальную работу по оптике «Катоптрика».

Поэму «О природе вещей» Тита Лукреция Кара (99 – 55 до н.э.) смело можно назвать энциклопедией научных знаний того времени. В ее шести книгах рассматриваются вопросы сущности мира и космогонии, оптики и зрения, астрономии, метеорологии, геологии, географии, техники, биологии и теории наследственности, анатомии, психологии, экономики, почвоведения, истории человеческого общества и культуры, музыки и т.д. Лукреций был в нашем понимании популяризатором науки. Тем не менее его роль в развитии атомистики трудно переоценить. Может быть здесь сказывается сила искусства, но Лукркций во все эпохи звучит одинаково современно. Приведем отрывки из двух первых книг поэмы, в которых идет речь об атомах, их хаотическом движении и взаимодействии:

Но продолжаю я нить своего рассуждения снова. Всю, самое по себе, составляют природу две вещи: Это, во-первых, тела, во-вторых же, пустое пространство, Где пребывают они и где двигаться могут различно. Что существуют тела – непосредственно в том убеждает Здравый смысл; а когда мы ему доверяться не станем, То и не сможем совсем, не зная на что положиться, Мы рассуждать о вещах каких-нибудь тайных и скрытых, Если ж пространства иль места, что мы пустотой называем, Не было б вовсе, тела не могли бы нигде находиться И не могли б никуда и двигаться также различно, Как я на это тебе указал уже несколько раньше. Кроме того, привести ничего ты не мог бы такого, Что и не тело и что к пустоте вместе с тем не причастно И оказаться могло б какой-нибудь третьей природы. Ибо наличное все непременно быть чем-нибудь должно, Будь оно иль велико, или самых ничтожных размеров: Коль осязанью оно хоть несколько будет доступно, Тел совокупность умножит собой и к итогу причтется; Если же будет совсем недоступно оно осязанью И не поставит преград прохождению любого предмета, Полностью будет оно, что мы пустотой называем. Кроме того, все то, что само по себе существует, Действует или само, иль подвержено действию будет, Иль будет там, где вещам находиться и двигаться можно. Действовать иль подвергаться воздействию тело лишь может, Быть же вместилищем тел может только пустое пространство. Так что самой по себе средь вещей оказаться не может, Вне пустоты и вне тел, какой-нибудь третьей природы, Иль ощутимой когда-либо помощью нашего чувства, Или такой, что она разуменью была бы доступна…Дальше, тела иль вещей представляют собою начала, Или они состоят из стеченья частиц изначальных. Эти начала вещей ничему не под силу разрушить, Плотностью тела своей они все, наконец, побеждают. Правда, представить себе затруднительно то, что возможно Что-нибудь в мире найти с безусловною плотностью тела: Даже сквозь стены домов проникают небесные молньи, Как голоса или крик; огонь раскаляет железо, Скалы трещат, рассыпаясь в куски от свирепого жара, Золото крепость свою теряет, в пылу расплавляясь, Жидким становится лед, побежденный пламенем меди, Сквозь серебро и тепло и пронзительный холод проходят. То и другое всегда мы чувствуем, взявши, как должно, Чашу рукою, когда она полнится влагой росистой. Видимо, нет ничего, таким образом, плотного в мире. Но коль и разум, а с ним и природа вещей принуждают Думать иначе, то здесь мы в немногих стихах истолкуем, Что существуют такие тела, что и прочны и вечны: Это – вещей семена и начала в учении нашем, То, из чего получился весь мир,существующий ныне. Прежде всего, раз уж найдено здесь основное различье Между вещами двумя, по их двоякой природе, - Именно телом и местом, в котором все происходит, - То существуют они непременно вполне самобытно, Ибо, где есть то пространство, что мы пустотой называем, Тела там нет, а везде, где только находится тело, Там оказаться никак не может пустого пространства. Значит, начальные плотны тела, и нет пустоты в них. Так как затем в производных вещах пустоту мы находим, Плотное должно ее вещество окружать непременно; Да и нельзя допустить на основе разумной, чтоб вещи В теле своем пустоту, сокровенно тая, содержали, Ежели плотность того отрицать, что ее заключает. Далее: только одно вещества сочетание может Быть в состояньи в себе заключать пустое пространство; И потому вещество, состоя из плотного тела, Может быть вечным, хотя разлагается все остальное. Далее, если б нигде никакой пустоты не встречалось, Плотным являлось бы все; и напротив, коль тел бы известных Не было, чтобы заполнить места,что они занимают, Все б оказалось тогда и пустым, и порожним пространством. Значит, везде пустота, очевидно, сменяется телом, Ибо ни плотности нет совершенной нигде во Вселенной, Ни пустоты, а тела существуют известные только, Что полнотой разграничить способны пустое пространство. Эти тела ни от внешних толчков разлагаться не могут, Ни, изнутри чем-нибудь пораженные, врозь распадаться, Ни от воздействия силы иной уничтожиться вовсе, Как я на это тебе указал уже несколько раньше. Без пустоты ведь ничто, очевидно, разбиться не может Или же сломленным быть, или надвое быть рассеченным, Или же влагу вбирать, а равно и пронзительный холод, Или палящий огонь, от чего разрушаются вещи. Так что, чем более вещи в себе пустоты заключают, Тем и скорей это все до конца уничтожить их может. Если ж начальные плотны тела, если нет пустоты в них, Как я учил, то должны они вечными быть непременно. Если же, кроме того, не была бы материя вечной, То совершенно в ничто обратились давно бы все вещи, Из ничего бы тогда возрождалось и все, что мы видим. Но, раз уж я доказал, что ничто созидаться не может Из ничего, и все то, что родилось, в ничто обращаться. Первоначалам должно быть присуще бессмертное тело, Чтобы все вещи могли при кончине на них разлагаться, И не иссяк бы запас вещества для вещей возрожденья. Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны. Иначе ведь не могли бы они, сохраняясь веками, От бесконечных времен и досель восстанавливать вещи… Дабы ты лучше постиг, что тела основные мятутся В вечном движеньи всегда, припомни, что дна никакого Нет у Вселенной нигде, и телам изначальным остаться Негде на месте, раз нет ни конца, ни предела пространству, Если безмерно оно и простерто во всех направленьях, Как я подробно уже доказал на основе разумной… Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает В наши жилища и мрак прорезает своими лучами, Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая, Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света; Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах, В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя, Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь…