Содержание
Введение
Достижения арабских ученых
Заключение
Список литературы
Введение
В отличие от античности, средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ, но в то же время она не ограничивалась только пассивным усвоением достижений античной науки. Ее вклад в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений античной науки, ряд новых понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.
Эпоха Средневековья в Европе сопровождалась закатом классической греко-римской культуры и значительным усилением влияния церкви на общество, особенно на культурную, научную жизнь. Следствием этого явилось возникновение и усиление противоречий между наукой и схоластическим догматическим богословием.
Со второй половины VIII века естествознание стало развиваться в основном на Востоке, а не в Европе. Для Средневекового Востока — восточной окраины Римской империи - характерно отсутствие религиозного давления на науку, здесь в X веке возникают первые университеты, сначала - в Багдаде, потом в Каире. Отметим, что в Европе первые университеты появились гораздо позже - лишь в ХП-ХШ веках. Благодаря усилиям арабских ученых возникает алгебра, разрабатывается учение об очень точном взвешивании - теория весов, появляются прецизионные измерения, что позволяет точно измерять плотность, объем. Арабский язык стал языком науки, чему способствовало учение о двойственности истины - религиозная и научно-философская, что позволяло арабской цивилизации обходиться без инквизиции. До ХП-ХШ веков европейское естествознание переживало длительный период упадка, тогда как на Востоке, напротив, наблюдалось интенсивное развитие науки. Благодаря интенсивной переводческой деятельности арабских ученых в IX веке были изданы все основные сочинения великих мыслителей античности, в частности, на арабский язык были переведены «Начала» Евклида и трактаты Аристотеля. Так европейские - древнегреческие - естественнонаучные достижения получили известность в арабском мире, способствуя развитию в странах Востока астрономии, математики, механики.
Средневековым арабским ученым принадлежат и наибольшие успехи в становлении химии. Арабские химики достигли в своих исследованиях существенного прогресса, благодаря их работам алхимия постепенно превращалась в химию. Эти достижения способствовали возникновению во времена позднего Средневековья европейской химии.
В XI веке европейская цивилизация пришла в соприкосновение с культурными богатствами арабской цивилизации - научные трактаты, переведенные с арабского языка на европейские языки стали мощными стимулами восприятия, усвоения знаний Востока представителями европейских народов.
Большую роль в подъеме средневекового европейского естествознания сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Пражский, Кембриджский и др.), которые стали образовываться, начиная с XII века. Первоначально университеты предназначались для подготовки духовенства, но уже тогда в них преподавались математические и естественнонаучные дисциплины. Вместе с тем, процесс познания в эпоху Средневековья ограничивался в основном изучением отдельных явлений и легко укладывался в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля).
Достижения арабских ученых
IX–XII вв. – расцвет науки в арабоязычных странах. Багдад, ставший столицей халифата, превратился в крупный научный центр. Здесь трудилась большая группа ученых, переводчиков и переписчиков, переводя и комментируя произведения Платона, Аристотеля, Евклида, Архимеда, Птолемея. Работа не сводилась к простому копированию чужих исследований. Арабские ученые продолжали эти исследования и выполняли новые, строили обсерватории, конструировали приборы, вели самостоятельные наблюдения. Материал для математических задач давала широко развитая торговля восточных купцов. Дальние путешествия способствовали развитию астрономии и географии, развитию ремесел, развитию экспериментальной науки.
С 786 по 809 гг. халифатом правил Гарун аль-Рашид, известный нам по сказкам «Тысячи и одной ночи». Этот халиф покровительствовал развитию естественных наук и математики. При нем в Багдаде была открыта большая библиотека. Каждый знатный человек желал иметь в своей свите как можно больше выдающихся поэтов, ученых, знатоков Корана. Чем более известные люди его окружали, тем выше были его престиж и слава. В больших городах при мечетях строились высшие мусульманские школы – медресе.
Сын Гаруна аль-Рашида, халиф аль-Мамун, объединил ученых в своего рода академию, названную Домом мудрости. При Доме мудрости имелась хорошо оборудованная обсерватория. Интересно, что в мирный договор с византийским императором по требованию аль-Мамуна был внесен пункт о передаче ему многочисленных греческих рукописей. Среди них в руки арабов попало, и было переведено на арабский язык «Великое математическое построение» Птолемея. Именно в арабских переводах пришли на кафедры средневековой Европы «Механика» Герона, «Пневматика» Филона, труды Аристотеля, Птолемея, Архимеда.
Одним из ученых, работавших в Доме мудрости в Багдаде был Мухаммед аль-Хорезми (787–ок. 850 гг.). Заслуги аль-Хорезми в математике и астрономии столь велики, что даже имя его, которое в средневековой Европе записывали как Algoritmus, стало математическим термином. В сочинении аль-Хорезми впервые в литературе на арабском языке была дана таблица синусов и введен тангенс, зиджи (таблицы) аль-Хорезми по астрономии использовали впоследствии астрономы, как Востока, так и Европы. Наибольшую славу ученому принесли его математические труды. Арифметический трактат аль-Хорезми познакомил Европу с индийской позиционной системой чисел, нулем, арабскими цифрами, арифметическими действиями с целыми числами и дробями.
В алгебраическом трактате аль-Хорезми «Краткая книга восполнения и противостояния» введены два особых действия. Первое – восполнение (аль-джебр) – состоит в перенесении отрицательного числа из одной части уравнения в другую. От арабского аль-джебр и произошло современное слово алгебра. Некий математик так выразил правило аль-джебр:
При решении уравнения, Если в части одной, Безразлично какой, Встретится член отрицательный, Мы к обеим частям Равный член придадим, Только с знаком другим, И найдем результат положительный.
Второе действие – валь-мукабала (противопоставление) – сокращение равных членов в обеих частях уравнения.
Трактаты аль-Хорезми были в числе первых сочинений по математике, которые оказались переведенными в Европе с арабского на латынь. До XVI в. алгебру в Европе называли искусством алгебры и мукабалы. Унаследованное от восточных математиков учение о линейных и квадратных уравнениях стало основой развития алгебры в Европе.
Занимался аль-Хорезми и механикой. Этой науке посвящена одна из глав его «Книги наук». В этой книге даны описания машин и руководство по их применению, есть раздел, посвященный военным машинам и пневматическим устройствам.
Великими учеными средневекового Востока были Абу Али ибн Сина (ок. 980–1037), которого в Европе звали Авиценной, и аль-Бируни (973–ок. 1050). До нас дошла переписка этих ученых в связи с комментированием сочинений Аристотеля (трактаты «О небе», «Физика»). Переписка состоит из вопросов аль-Бируни и ответов Ибн-Сины. Например, Авиценна считал, как и Аристотель, что тяжелые элементы стремятся к центру Земли, легкие – удаляются от него. Аль-Бируни полагал, что все без исключения тела стремятся к центру Земли. Интересно, что на момент переписки аль-Бируни было 25 лет, Ибн Сине – 18.
Великий энциклопедист Авиценна был философом, врачом, поэтом, астрономом. Его знаменитый трактат по медицине «Канон врачебной науки», переведенный на латынь, а затем на европейские языки, был в течение ряда веков настольной книгой врачей Запада и Востока. Эта медицинская энциклопедия содержит сведения по анатомии и физиологии человека, терапии, фармакологии, открытия Ибн-Сины в области внутренних и кожных заболеваний. По авторитету его «Канон» можно сравнить лишь с трудом Аристотеля по философии.
Была написана Авиценной и «Книга знаний» – средневековая энциклопедия. В ней есть главы, посвященные механике. Ибн-Сина рассматривает простые механизмы: рычаг, блок – ворот, клин, винт и их комбинации, которые частью отсутствуют у Герона.
Ибн-Сина, сыгравший огромную роль в развитии философии и естественных наук, неоднократно в течение своей жизни заключался в тюрьму и изгонялся, а труды его, признававшиеся еретическими, сжигались, что подчеркивает его новаторство в науке и расхождение с догмами ислама.
Абу Райхан аль-Бируни родился в 973 г. в городе Кяте – главном городе Хорезма (теперь это город Бируни в Узбекистане). В возрасте двадцати одного года он начал заниматься астрономией, проводить астрономические измерения. После государственного переворота Бируни покидает Хорезм и десять лет живет на чужбине, но и здесь занимается наукой. По возвращении становится одним из государственных деятелей Хорезма. В 1017 г. властитель Хорасана и Афганистана Махмуд завоевал Хорезм, и Бируни вместе с другими пленными был отправлен в Газни, где прожил тринадцать лет. Все эти годы аль-Бируни вел научную работу, став ученым-энциклопедистом, охватывавшим весь спектр современных ему наук. За двенадцать лет до смерти аль-Бируни подсчитал, что написал сто тринадцать научных трудов, многие из которых имели по семьсот и более страниц. Ему принадлежат «Книга о лечебных веществах», «Минералогия», книга по географии и астрономии «Индия», большой труд по астрономии и геометрии «Канон Масуда».
«Канон» этот состоит из одиннадцати книг и охватывает общую картину мира, хронологию, тригонометрию, астрономию, географию, движение Солнца и Луны, затмения, звезды, движение планет. Начинается сочинение описанием картины мира, согласно системе Птолемея, далее рассматриваются календари различных народов, приводятся результаты измерений диаметра и окружности Земли, координаты шестисот населенных пунктов, положения планет.
Правитель страны, султан Масуд, за этот труд прислал ученому вьюк серебра. Но аль-Бируни не принял дара: «Этот груз удержит меня от научной работы. Мудрые люди знают, что серебро уходит, а наука остается. Я же исхожу из веления разума и никогда не продам вечное, непреходящее научное знание за кратковременный мишурный блеск».
Мудрецу аль-Бируни принадлежат слова: «...наслаждения телесные тому, кто испытывает их, оставляют после себя страдания и приводят к болезням. И это в противоположность наслаждению, которое испытывает душа, когда она что-нибудь познает, ибо такое наслаждение, начавшись, все время возрастает, не останавливаясь у какого-либо предела».
Достижения аль-Бируни огромны, отметим важнейшие:
– изготовил один из первых научных глобусов, на котором были отмечены населенные пункты, так что можно было определять их координаты; – сконструировал несколько приборов для определения географической широты, которые описал в «Геодезии»: широта Бухары, по его данным, 39° 20', по современным – 39° 48'; широта Чарджоу соответственно 39° 12' и 39° 08'; – тригонометрическим способом определил радиус Земли, получив примерно 6403 км (по современным данным – 6371 км); – определил угол наклона эклиптики к экватору, установив его вековые изменения. Расхождения между его данными (1020 г.) и современными составляют 45''; – оценил расстояние до Луны как 664 земных радиус
Аль-Бируни научился определять неприступные расстояния, и его способом пользуются до сих пор. Рассмотрим этот способ.
Чтобы определить ширину оврага ВС, аль-Бируни предлагает построить два прямоугольных треугольника АВС и ACD с общей стороной АС. Наблюдатель в точке А при помощи астролябии измеряет угол ВАС и строит такой же – САМ. Точку на отрезке АМ закрепляет вехой. После этого, продолжив направление прямой ВС в сторону вехи М, отыскивает точку D, которая лежит на пересечении ВС и АМ. Теперь измеряет DC, это расстояние равно искомому расстоянию ВС.
Измерить радиус Земли аль-Бируни удалось во время поездки в Индию. Угол «понижения горизонта» а он определил с помощью астролябии, а высоту горы, с которой производил измерения, – с помощью сконструированного им высотомера. Пусть h = AD – высота горы, AB и AM – касательные к поверхности Земли, OD – радиус Земли, CMB – видимый горизонт.
Из рисунка видно, что R=(R+h)cosa, т.е.
Заслугой аль-Бируни является определение удельных весов (плотностей) драгоценных камней и металлов. Для измерения объема им был сконструирован отливной сосуд. Измерения отличались высокой точностью (сравните данные аль-Бируни и современные в г/см3
):
– золото: 19,05 и 19,32; – серебро: 10,43 и 10,50; – медь: 8,70 и 8,94; – железо: 7,87 и 7,85; – олово: 7,32 и 7,31.
Бируни выяснил, что удельные веса холодной и горячей, пресной и соленой воды различны, и измерил их. В Европе аналогичные измерения были проведены в эпоху Возрождения, после того как Галилей соорудил гидростатические весы.
Определением удельных весов, техникой и теорией взвешивания занимались мудрецы Востока Омар Хайям и его ученик ал-Хазини. Выдающийся поэт и ученый арабского мира Омар Хайям (ок. 1048–ок. 1123) родился в городе Нишапуре на востоке Ирана. В течение жизни Омар Хайям жил и работал в Самарканде, Бухаре, Исфахане. Хайям развил теорию кубических уравнений, написал математический трактат «Комментарий к трудным постулатам книги Евклида», труд «Трактат о доказательствах задач алгебры и валь-мукабалы».
Когда ученый был молодым, Среднюю Азию и Иран завоевали турки-сельджуки. В 1074 г. Омар Хайям был приглашен в столицу сельджуков Исфахан для работы в обсерватории, где ему покровительствовал султан Малик-шах. Хайям стал главой обсерватории, работал над реформой календаря, составил «Астрономические таблицы Малик-шаха». Придуманный им солнечный календарь Лаплас спустя семьсот лет назвал самым точным. В основу календаря был положен 33-летний цикл смены високосных лет (в течение 33 лет восемь високосных). Год начинался с весеннего равноденствия. Весенние и летние месяцы длились тридцать один день, все остальные – тридцать. В простые годы последний месяц имел двадцать девять дней. Ошибка в сутки в таком календаре накапливалась за пять тысяч лет. Почти тысячу лет пользовались этим календарем в Иране и отменили его лишь в 1976 г.
В 1092 г. султан Малик-шах умер, обсерваторию закрыли, Хайяма обвинили в безбожии, он вынужден был совершить паломничество в Мекку. Скончался Омар Хайям в бедности в родном Нишапуре.
Свои научные труды Омар Хайям писал по-арабски, а на языке фарси он писал четверостишия – рубаи, известные сейчас всему миру.
Омар Хайям вместе со своим учеником аль-Хазини занимался теорией взвешивания. Он, например, ставил задачу «узнать количество серебра и золота в состоящем из них теле». Исходными данными служили вес в воздухе и в воде двух произвольных слитков серебра и золота и вес рассматриваемого тела. Здесь Хайям распространяет закон Архимеда на предметы, находящиеся в воздухе.
Поставленную задачу Хайям решил двумя способами. В сочинении аль-Хазини «Книга о весах мудрости», написанной в 1124 г., описаны специально сконструированные для этих целей весы. Их основными частями являлись градуированное коромысло и пять чашек, которые можно было передвигать по коромыслу и подвешивать одну под другой. Автор «Книги» так описывал весы:
– отличают изменение веса на один мискаль (4,464 г), хотя полная нагрузка составляет 1000 мискалей; – отличают чистый металл от подделки; – дают сведения о компонентах металлических тел без отделения одного от другого; – позволяют определить вещество взвешиваемого предмета по его виду, отличаясь от других весов, которые не отличают золото от камня.
Таким образом, «весы мудрости» позволяли решать ряд практических задач: определять чистоту металла, распознавать сплавы, устанавливать истинную ценность денежной монеты, отличать подлинные камни от подделок.
Ученые Древнего Востока достигли значительных успехов в таком разделе физики, как оптика. Крупный шаг в области развития оптики после Птолемея был сделан Абу Али ибн аль-Хайсамом из города Басры (965–1039). В Европе этот ученый стал известен под именем Альгазена. Его труд «Сокровище оптики» дошел до нас в латинском переводе, изданном в Базеле в 1572 г.
Трактат разделен на семь книг, из них первые три посвящены глазу и зрению. Альгазен впервые в истории оптики дает анатомическое описание глаза. Для него, бесспорно, что зрение вызывается внешними лучами, приходящими в глаз от предметов, причем изображение формируется внутри хрусталика, прежде чем достигает зрительного нерва.
Последняя книга трактата – об отражении и преломлении в прозрачных средах. Альгазен развивал теорию Лукреция о том, что свет – это поток частиц, и отражение рассматривал как механическое явление: «Свет отражается в те части, откуда прибыл, вдоль по прямой так же наклонной, как и первоначальная».
Изучая преломление света, Альгазен повторил опыты Птолемея, достигнув большей точности, но до понятия показателя преломления не дошел. Правда, ему принадлежит заслуга открытия того факта, что лучи падающий, преломленный и перпендикуляр к границе раздела лежат в одной плоскости.
Изучал Альгазен и зеркала. Он различал семь видов зеркал: плоские, выпуклые, вогнутые, цилиндрические, конические, выпуклые и вогнутые сферические. Изучая отражение света от вогнутых зеркал, ученый установил, что фокусировка тем лучше, чем больше диаметр зеркала. В Европе это значительно позднее обнаружил Роджер Бэкон.
Улугбек (1394–1449) – внук завоевателя Тимура. За тридцать пять лет своих походов Тимур создал огромную империю, ядром которой была страна между Амударьей и Сырдарьей со столицей в Самарканде. Благодаря огромным богатствам, награбленным Тимуром, Самарканд украшался и процветал. Строились дворцы, мечети, медресе, разбивались роскошные сады. Самарканд был центром ремесел, торговли и научной мысли. 22 марта 1394 г. у третьего сына Тимура, Шахруха, родился сын Мухаммед Тарагай. Именно этого мальчика стали называть впоследствии великим беком – Улугбеком. С юности он проявлял большую склонность к наукам, особенно к математике и астрономии. Читая рукописи и общаясь с видными учеными, он приобрел обширные познания. Свою власть, а с пятнадцати лет юноша становится правителем Самарканда, Улугбек направляет на развитие наук и образования, строит медресе, читает в них лекции.
В 1428–1429 гг. в двух километрах от Самарканда по проекту Улугбека была построена астрономическая обсерватория, ставшая самой знаменитой на Востоке. Ее трехъярусное цилиндрическое здание диаметром более 48 м и высотой не менее 30 м было сооружено на холме и возвышалось над местностью на высоту современного 12–13-этажного здания. Главным ее инструментом был громадный стенной квадрант радиусом 40,2 м. Мраморная дуга квадранта имела ширину 2 м. Верхним концом она упиралась в крышу обсерватории, а нижним уходила на 10 м под землю, в вырубленную в скале траншею. Свет от небесного светила проникал в помещение сквозь отверстие в верхней части. Изображение получалось на экране, который мог перемещаться в желобе, проходившем по центральной части дуги квадранта. Общая длина дуги составляла 60 м, градус соответствовал 70,2 см.
Основные результаты наблюдений оставались непревзойденными несколько веков. Главный труд Улугбека – «Новые астрономические таблицы» с каталогом 1018 звезд. Там также были рассмотрены системы летосчисления разных народов, представлены таблицы переходов между ними, определены координаты 638 городов Европы и Азии, включая Русь, наклон эклиптики к экватору, моменты затмений Луны и Солнца, рассчитана продолжительность звездного года: 365 сут. 6 ч 10 мин 8 с, истинная продолжительность звездного года – 365 сут. 6 ч 9 мин 15 с, т.е. ошибка не превышала 1 мин! Интерес к трудам Улугбека был настолько велик, что его звездные таблицы издавались в Лондоне трижды в течение пятнадцати лет (в 1650, 1652, 1665 гг.). В середине XIX в. таблицы вновь были изданы Лондонским королевским астрономическим обществом.
Научные труды Улугбека восстановили против него шейхов, которые нашли опору в старшем сыне Улугбека, Абдуллатифе. Между сыном и отцом возникла вражда. Абдуллатиф восстал против отца, опираясь на часть войска, и выиграл решающее сражение. Тайный суд шейхов выдал разрешительную «фетву на убийство», и 27 октября 1449 г. Улугбек был убит. Сейчас тело великого ученого покоится в мавзолее Гур-Эмир в Самарканде.
Принято считать, что на Востоке большое значение имела астрология. Оказывается, древние ученые Востока относились к астрологии скептически. Например, аль-Бируни в своем сочинении «Хронология древних народов» писал: «Арабы приписывают все изменения влиянию восхода или захода звезд вследствие своего невежества». Какие-либо изменения уже потому не могут зависеть от сочетания звезд, что звезды «постоянно восходят и заходят в одном и том же порядке».
Заключение
Таким образом, эпоху Средневековья были сделаны первые шаги вперед от того рубежа, на котором остановились античные мыслители, но наука еще не могла подняться до раскрытия объективных законов природы; естествознание - в его нынешнем понимании - еще не сформировалось. Оно находилось в стадии своеобразной «преднауки», «протонауки». Вместе с тем следует признать, что решающий переход из Средневековья в Новое время европейцы совершили, когда изобрели книгопечатный станок с подвижным металлическим шрифтом. В 1454 году немецкий книгопечатник Иоганн Гутенберг (1394-1468) напечатал первые 300 экземпляров Библии. Изобретение машинного книгопечатания положило начало информационной революции - настолько же важного события, как появление алфавита в Элладе в VIII веке до н.э. или электронных вычислительных машин в середине XX веке. В 1482 году в Венеции была впервые напечатано сочинение Евклида «Начала». Для естествознания это стало знаком того, что закончилось Средневековье и началось Возрождение и переход к Новому времени.
Литература
Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII века.– М.: Наука, 1974.
Кедров Б.М., Розенфельд Б.А. Абу Райхан Бируни. – М.: Наука, 1973.
Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1982.
Леонов Н.И. Улугбек – великий астроном XV века. – М.: Издательство технико-теоретической литературы, 1950.
Спасский Б.И. История физики. – М.: Высшая школа, 1977.