Введение
Наука в классическую эпоху охватывает исследования устройства мира или вселенной, направленные как на практические цели (например, создание точного календаря или поиск способов лечения различных заболеваний), так и на более абстрактные изыскания в области естественной философии. Классическая эпоха традиционно определяется как период между VIII веком до нашей эры (началом архаической Греции) и VI веком нашей эры (после чего наступила эпоха средневековой науки). Географически она обычно ограничивается греко-римским миром, бассейном Средиземного моря и Древним Ближним Востоком, что исключает научные традиции древнего мира в таких регионах, как Китай и Индийский субконтинент. Представления о природе, разработанные в классическую эпоху, не ограничивались наукой, но включали в себя мифы и религию. Те, кого мы сегодня считаем первыми учеными, могли воспринимать себя как философов природы, представителей квалифицированной профессии (например, врачей) или последователей религиозной традиции (например, жрецов-целителей). Среди наиболее известных деятелей этого периода – Гиппократ, Аристотель, Евклид, Архимед, Гиппарх, Гален и Птолемей. Их труды и комментарии распространились по Востоку, исламскому миру и Латинской Европе, внеся вклад в становление современной науки. Их работы охватывали широкий спектр областей, включая математику, космологию, медицину и физику.
Science in classical antiquity encompasses inquiries into the workings of the world or universe aimed at both practical goals (e. g., establishing a reliable calendar or determining how to cure a variety of illnesses) as well as more abstract investigations belonging to natural philosophy. Classical antiquity is traditionally defined as the period between the 8th century BC (beginning of Archaic Greece) and the 6th century AD (after which there was medieval science). It is typically limited geographically to the Greco Roman West, Mediterranean basin, and Ancient Near East, thus excluding traditions of science in the ancient world in regions such as China and the Indian subcontinent. Ideas regarding nature that were theorized during classical antiquity were not limited to science but included myths as well as religion. Those who are now considered as the first scientists may have thought of themselves as natural philosophers, as practitioners of a skilled profession (e. g., physicians), or as followers of a religious tradition (e. g., temple healers). Some of the more widely known figures active in this period include Hippocrates, Aristotle, Euclid, Archimedes, Hipparchus, Galen, and Ptolemy. Their contributions and commentaries spread throughout the Eastern, Islamic, and Latin worlds and contributed to the birth of modern science. Their works covered many different categories including mathematics, cosmology, medicine, and physics.
Знание причин
Этот предмет, исследующий природу вещей, возник изначально из практических соображений древних греков. Например, попытка создать календарь впервые иллюстрируется в труде «Работы и дни» греческого поэта Гесиода, жившего около 700 г. до н.э. Календарь Гесиода предназначался для регулирования сезонных работ, ориентируясь на сезонные появления и исчезновения звезд, а также на фазы Луны, которые считались благоприятными или неблагоприятными. Около 450 г. до н.э. появляются сборники сезонных появлений и исчезновений звезд в текстах, известных как парапегматы, которые использовались для регулирования гражданских календарей греческих городов-государств на основе астрономических наблюдений. Другой областью, где в этот период проводились практические исследования природы, была медицина. Греческая медицина не была прерогативой единой профессиональной подготовки, и не существовало общепринятого метода квалификации или лицензирования. Врачи гиппократической традиции, храмовые целители, связанные с культом Асклепия, собиратели трав, торговцы лекарствами, повитухи и тренеры гимнастики – все они претендовали на квалификацию целителей в определенных контекстах и активно конкурировали за пациентов. Это соперничество между различными школами способствовало активным публичным дебатам о причинах и правильном лечении болезней, а также об общих методологических подходах их оппонентов. Примером поиска причинных объяснений служит гиппократический текст «О священной болезни», посвященный природе эпилепсии. В нем автор критикует своих соперников (храмовых целителей) за невежество, заключающееся в приписывании эпилепсии гневу богов, и за корыстолюбие. Хотя автор настаивает на том, что эпилепсия имеет естественную причину, его объяснение ее природы и надлежащего лечения столь же лишено конкретных доказательств, а само лечение столь же расплывчато, как и у его оппонентов. Тем не менее, наблюдения за природными явлениями продолжали собираться в попытке определить их причины, как, например, в трудах Аристотеля и Теофраста, которые много писали о животных и растениях. Теофраст также предпринял первую систематическую попытку классифицировать минералы и горные породы, краткое изложение которой можно найти в «Естественной истории» Плиния. Наследие греческой науки в эту эпоху включало в себя значительный прогресс в фактических знаниях благодаря эмпирическим исследованиям (например, в зоологии, ботанике, минералогии и астрономии), осознание важности определенных научных проблем (например, проблемы изменения и его причин) и признание методологической значимости установления критериев истины (например, применения математики к природным явлениям), несмотря на отсутствие всеобщего согласия в любой из этих областей. Хотя сами вопросы были схожими, их ответы и отношение к ним существенно различались. Как сообщают более поздние авторы, такие как Аристотель, их объяснения, как правило, сосредотачивались на материальном источнике вещей. Фалес Милетский (624–546 гг. до н.э.) считал, что все возникает из воды и находит в ней свое существование. Анаксимандр (610–546 гг. до н.э.) предположил, что вещи не могут происходить из конкретного вещества, такого как вода, а скорее из чего-то, что он назвал «апейрон» (беспредельное). Точное значение этого понятия неясно, но предполагается, что оно было беспредельным по количеству, чтобы творение не иссякло; по своим качествам, чтобы оно не было подавлено своей противоположностью; во времени, поскольку у него нет ни начала, ни конца; и в пространстве, поскольку оно охватывает все сущее. Анаксимен (585–525 гг. до н.э.) вернулся к конкретному материальному веществу – воздуху, который мог изменяться посредством сгущения и разрежения. Он приводил общедоступные наблюдения (например, историю о воре вина), чтобы доказать, что воздух является веществом, и простой эксперимент (дыхание на руку), чтобы показать, что он может изменяться посредством сгущения и разрежения. Гераклит Эфесский (ок. 535–475 гг. до н.э.) утверждал, что изменение, а не какое-либо вещество, является фундаментальным, хотя элемент огня, казалось, играл центральную роль в этом процессе. Наконец, Эмпедокл Акрагантский (490–430 гг. до н.э.), по-видимому, объединил взгляды своих предшественников, утверждая, что существует четыре элемента (Земля, Вода, Воздух и Огонь), которые вызывают изменения, смешиваясь и разделяясь под воздействием двух противоположных «сил», которые он назвал Любовью и Враждой. Все эти теории подразумевают, что материя является непрерывным субстратом. Два греческих философа, Леукипп (первая половина V в. до н.э.) и Демокрит, выдвинули идею о существовании двух реальных сущностей: атомов – мельчайших неделимых частиц материи, и пустоты – пустого пространства, в котором находится материя. Хотя все объяснения, начиная с Фалеса и заканчивая Демокритом, связаны с материей, более важно то, что эти конкурирующие объяснения свидетельствуют о продолжающемся процессе дебатов, в ходе которых выдвигались и критиковались альтернативные теории. Ксенофан из Колофона предвосхитил палеонтологию и геологию, полагая, что периодически земля и море смешиваются, превращая все в ил, ссылаясь на несколько окаменелостей морских существ, которые он видел.
Философия Пифагора
Материалистические объяснения происхождения космоса были попытками ответить на вопрос о том, как возникла организованная Вселенная; однако идея случайного сочетания элементов (например, огня или воды), порождающего упорядоченную Вселенную без существования какого-либо организующего принципа, оставалась проблематичной для некоторых. Один из ответов на эту проблему был предложен последователями Пифагора (ок. 582–507 гг. до н.э.), которые видели в числе фундаментальную, неизменную сущность, лежащую в основе всей структуры Вселенной. Хотя трудно отделить факты от легенд, по-видимому, некоторые пифагорейцы полагали, что материя состоит из упорядоченных расположений точек, подчиняющихся геометрическим принципам: треугольников, квадратов, прямоугольников или других фигур. Другие пифагорейцы считали, что Вселенная устроена на основе чисел, отношений и пропорций, подобно музыкальным гаммам. Например, Филолай утверждал, что небесных тел десять, поскольку сумма 1 + 2 + 3 + 4 дает совершенное число 10. Таким образом, пифагорейцы одними из первых применили математические принципы для объяснения рациональной основы упорядоченной Вселенной – идеи, которая имела огромное значение для развития научного мышления.
Гиппократ и Гиппократовский корпус
Согласно традиции, врач Гиппократ из Коса (460–370 до н.э.) считается «отцом медицины», поскольку он впервые стал использовать прогноз и клиническое наблюдение, классифицировать заболевания и формулировать основы учения о гуморах. Однако большая часть Гиппократова корпуса – собрания медицинских теорий, практик и диагнозов – часто приписывалась Гиппократу без достаточных оснований, что затрудняет определение того, что Гиппократ действительно думал, писал и совершал. Несмотря на значительную вариативность стиля и методологии, сочинения Гиппократова корпуса оказали существенное влияние на медицинскую практику в исламской и западной медицине более тысячи лет.
Лицей
После смерти Платона Аристотель покинул Академию и много путешествовал, прежде чем вернуться в Афины и основать школу, примыкающую к Лицею. Как один из самых плодовитых философов-естествоиспытателей античности, Аристотель писал и читал лекции по множеству тем, представляющих научный интерес, включая биологию, метеорологию, психологию, логику и физику. Он разработал всеобъемлющую физическую теорию, являвшуюся вариацией классической теории элементов (земля, вода, огонь, воздух и эфир). В его теории легкие элементы (огонь и воздух) имеют естественную тенденцию удаляться от центра Вселенной, а тяжелые элементы (земля и вода) – естественную тенденцию стремиться к центру Вселенной, тем самым формируя сферическую Землю. Поскольку небесные тела (то есть планеты и звезды) наблюдались движущимися по кругу, он заключил, что они должны состоять из пятого элемента, который он назвал эфиром. Аристотель использовал интуитивные представления для обоснования своих рассуждений и мог указывать на падающий камень, поднимающееся пламя или текущую воду, чтобы проиллюстрировать свою теорию. Его законы движения подчеркивали общее наблюдение, что трение – повсеместное явление: любое тело в движении, если на него не воздействовать, приходит в состояние покоя. Он также предположил, что более тяжелые объекты падают быстрее, и что вакуум невозможен. Преемником Аристотеля в Лицее был Теофраст, написавший ценные книги об растительном и животном мире. Его работы считаются первыми, систематизировавшими ботанику и зоологию. Работа Теофраста по минералогии содержала описания руд и минералов, известных в то время, и включала некоторые проницательные наблюдения за их свойствами. Например, он сделал первое известное упоминание о явлении, когда минерал турмалин при нагревании притягивает соломинки и щепки, что сейчас известно как пироэлектричество. Плиний Старший ясно указывает на использование им этой работы в своей "Естественной истории", одновременно обновляя и представляя много новой информации о минералах. Из этих ранних текстов возникла наука о минералогии, а в конечном итоге – и геология. Оба автора описывают источники минералов, которые они обсуждают, в различных разрабатываемых в их время шахтах, поэтому их работы следует рассматривать не только как ранние научные тексты, но и как важные для истории инженерии и истории техники. Среди других известных перипатетиков – Стратон, воспитатель при дворе Птолемеев, посвятивший время физическим исследованиям, Эвдем, редактор работ Аристотеля и автор первых книг по истории науки, и Димитрий Фалерский, некоторое время управлявший Афинами и, возможно, позднее помогавший основать Александрийскую библиотеку.
Эллинистическая эпоха
Военные походы Александра Македонского распространили греческую мысль в Египет, Малую Азию, Персию и до реки Инд. Последовавшая миграция многочисленного грекоязычного населения на эти территории послужила толчком к основанию ряда центров образования, таких как Александрия, Антиохия и Пергам. Эллинистическая наука отличалась от греческой науки как минимум двумя чертами: во-первых, она обогащалась взаимопроникновением греческих идей с теми, что развивались в других неэллинических цивилизациях; во-вторых, в определенной степени она поддерживалась покровительством монархов в государствах, основанных преемниками Александра. Город Александрия, в частности, стал крупным центром научных исследований в III веке до н.э. Два учреждения, созданные там во время правления Птолемея I Сотера (367–282 до н.э.) и Птолемея II Филадельфа (309–246 до н.э.), – Библиотека и Музей. В отличие от Академии Платона и Лицея Аристотеля, эти учреждения официально поддерживались Птолемеями, хотя степень покровительства могла быть нестабильной и зависеть от политики правящего монарха. Эллинистические ученые часто применяли принципы, разработанные в ранней греческой мысли, в своих научных исследованиях, например, использование математики для изучения явлений или намеренный сбор эмпирических данных. Однако оценки эллинистической науки существенно различаются. На одном полюсе – мнение английского классика Корнфорда, считавшего, что "все наиболее важные и оригинальные работы были выполнены в течение трех столетий с 600 по 300 год до н.э.". На другом полюсе – точка зрения итальянского физика и математика Лусио Руссо, утверждающего, что научный метод фактически зародился в III веке до н.э., но был в значительной степени забыт в римский период и вновь возрожден лишь в эпоху Возрождения.
Технология
Хороший пример уровня достижений в астрономических знаниях и инженерии в эллинистическую эпоху демонстрирует механизм Антикитеры (150–100 гг. до н.э.). Это механический компьютер с 37 шестернями, который вычислял движения Солнца, Луны и, возможно, других пяти планет, известных в древности. Механизм Антикитеры включал предсказания лунных и солнечных затмений, основанных на астрономических периодах, которые, предположительно, были усвоены от вавилонян. Устройство могло быть частью древнегреческой традиции сложной механики, которая позднее, по крайней мере частично, была передана византийскому и исламскому миру, где в Средние века создавались сложные, хотя и более простые, чем механизм Антикитеры, механические устройства. Обнаружены фрагменты календарного механизма с шестернями, прикрепленного к солнечным часам, относящегося к Византийской империи V или VI века; календарь, вероятно, использовался для определения времени. Подобный византийскому календарный механизм был описан ученым аль-Бируни около 1000 года, а сохранившийся астролябиум XIII века также содержит аналогичное часовое устройство.
Медицина
В Александрии с конца IV по II век до н.э. сформировалась важная школа медицины. Начиная с Птолемея I Сотера, медицинским работникам было разрешено вскрывать и исследовать трупы с целью изучения строения и функционирования человеческого организма. Первое использование человеческих тел для анатомических исследований связано с работами Герофила (335–280 до н.э.) и Эрастрата (ок. 304–ок. 250 до н.э.), которые получили разрешение проводить живые вскрытия, или вивисекции, на осужденных преступниках в Александрии под покровительством династии Птолемеев. Герофил создал обширные анатомические знания, основанные на фактическом строении человеческого тела, в отличие от предыдущих работ. Он также опроверг устоявшееся мнение Аристотеля о том, что сердце является "центром интеллекта", выдвинув аргумент в пользу мозга. Герофил также писал о различиях между венами и артериями и сделал множество других точных наблюдений о строении человеческого тела, особенно нервной системы. Эрастрат разграничил функции сенсорных и моторных нервов и связал их с мозгом. Ему принадлежит одно из первых подробных описаний больших полушарий и мозжечка. За свои достижения Герофила часто называют "отцом анатомии", а Эрастрата некоторые считают "основателем физиологии".
Математика
Греческая математика в эллинистический период достигла уровня сложности, не превзойденного на протяжении нескольких столетий, поскольку значительная часть работ ученых того времени была весьма продвинутой. Есть также свидетельства объединения математических знаний с высоким уровнем технических навыков, что проявлялось, например, в строительстве масштабных сооружений (таких как Сиракузия) или в измерении Эратосфеном (276–195 до н.э.) расстояния между Солнцем и Землей и размеров Земли. Несмотря на небольшое количество, эллинистические математики активно общались друг с другом; публикация заключалась в передаче и копировании работ между коллегами. Наиболее известна работа Евклида (325–265 до н.э.), который, предположительно, является автором серии книг, известных как «Начала», ставших каноном геометрии и элементарной теории чисел на многие века. «Начала» Евклида служили основным учебником для преподавания теоретической математики вплоть до начала XX века. Архимед (287–212 до н.э.), сицилийский грек, написал около дюжины трактатов, в которых представил множество выдающихся результатов, таких как сумма бесконечной геометрической прогрессии в трактате «Квадратура параболы», приближение к числу π в трактате «Измерение круга» и система обозначений для выражения очень больших чисел в «Песочном счетчике». Наиболее характерным достижением греческой математики, возможно, является теория конических сечений, которая была в основном разработана в эллинистический период, главным образом Аполлонием (262–190 до н.э.). В используемых методах не применялась ни алгебра, ни тригонометрия, последняя возникла примерно во времена Гиппарха (190–120 до н.э.).
Астрономия
В эллинистическую эпоху также произошли успехи в математической астрономии. Аристарх Самосский (310–230 до н.э.) — древнегреческий астроном и математик, предложивший первую известную гелиоцентрическую модель, в которой Солнце помещалось в центр известной Вселенной, а Земля вращалась вокруг Солнца один раз в год и совершала оборот вокруг своей оси за сутки. Аристарх также оценил размеры Солнца и Луны по отношению к размеру Земли, а также расстояния до Солнца и Луны. Его гелиоцентрическая модель не получила широкого признания в античности, но оказала влияние на некоторых астрономов Нового времени, таких как Николай Коперник, который был знаком с гелиоцентрической теорией Аристарха. Во II веке до н.э. Гиппарх открыл прецессию, вычислил размер и расстояние до Луны и изобрел самые ранние известные астрономические инструменты, такие как астролябия. Гиппарх также создал обширный каталог из 1020 звёзд, и большинство созвездий северного полушария восходят к греческой астрономии. Недавно появилось сообщение о том, что небесный глобус, основанный на звёздном каталоге Гиппарха, расположен на широких плечах большой римской статуи II века, известной как Атлас Фарнезе.
Римская эпоха
Наука в Римской империи была сосредоточена на систематизации знаний, накопленных в предшествующую эллинистическую эпоху, и знаний, полученных из обширных завоеванных римлянами территорий. Именно работы авторов этого периода в значительной степени непрерывно передавались последующим цивилизациям. Несмотря на то, что научные исследования продолжались и при римском правлении, латинские тексты представляли собой в основном компиляции, основанные на более ранних греческих работах. Продвинутые научные исследования и преподавание по-прежнему велись на греческом языке. Сохранившиеся греческие и эллинистические труды были сохранены и развиты позднее в Византийской империи, а затем в исламском мире. Позднеримские попытки перевести греческие сочинения на латынь имели ограниченный успех (например, у Боэция), а прямое знакомство с большинством древнегреческих текстов достигло Западной Европы лишь начиная с XII века.
Плиний
Плиний Старший опубликовал «Naturalis Historia» в 77 году н.э., одну из наиболее обширных компиляций знаний о природе, дошедших до нас из античности и сохранившихся в Средние века. Плиний не ограничивался простым перечислением материалов и предметов, но и фиксировал объяснения природных явлений. Так, он первым верно описал происхождение янтаря как окаменелой смолы сосновых деревьев, сделав вывод на основании наблюдения насекомых, заключенных в некоторые образцы янтаря. Труд Плиния четко разделен на описание органического мира растений и животных и область неорганической материи, хотя в каждой из этих частей встречаются отступления. Его особенно интересовало не только описание растений, животных и насекомых, но и их использование (или злоупотребление) человеком. Описание металлов и минералов отличается особой детализацией и представляет ценность как наиболее полная компиляция, сохранившаяся со времен античности. Хотя большая часть работы была составлена на основе письменных источников, Плиний приводит свидетельства очевидца о добыче золота в Испании, где он служил офицером. Особую значимость Плиний представляет благодаря тому, что предоставляет исчерпывающую библиографическую информацию об авторах и их трудах, которые он использовал и изучал. Благодаря тому, что его энциклопедия пережила Тёмные века, мы знаем об этих утраченных произведениях, даже если сами тексты не сохранились. Книга стала одной из первых, напечатанных в 1489 году, и превратилась в стандартный справочный труд для ученых эпохи Возрождения, а также послужила вдохновением для развития научного и рационального подхода к изучению мира.
Герой
Герой Александрийский был греко-египетским математиком и инженером, которого часто считают величайшим экспериментатором античности. Среди его самых известных изобретений – ветряная мельница, представляющая собой первое известное применение энергии ветра на суше, и подробное описание парового устройства, называемого эолипилем, которое считается первым зарегистрированным паровым двигателем.
Гален
Величайшим врачом и философом этой эпохи был Гален, активно практиковавший во II веке нашей эры. Сохранилось около 100 его работ – больше, чем у любого другого древнегреческого автора, – которые занимают 22 тома современного издания. Гален родился в древнегреческом городе Пергаме (ныне в Турции) в семье успешного архитектора, предоставившего ему всестороннее образование. Гален изучал все основные философские школы (платонизм, аристотелизм, стоицизм и эпикуреизм), пока его отец, под влиянием сна об Асклепии, не решил, что ему следует заниматься медициной. После смерти отца Гален много путешествовал в поисках лучших врачей в Смирне, Коринфе и, наконец, в Александрии. Гален собрал значительную часть знаний, накопленных его предшественниками, и углубил изучение функций органов, проводя вскрытия и вивисекции на берберских обезьянах, быках, свиньях и других животных. В 158 году нашей эры Гален служил главным врачом гладиаторов в своем родном Пергаме, что позволило ему изучать раны различного рода, не прибегая к вскрытию человеческих тел. Однако именно благодаря своим экспериментам Гален смог опровергнуть многие устоявшиеся представления, например, теорию о том, что артерии содержат воздух, который доставляет его от сердца и легких ко всем частям тела. Эта теория основывалась на наблюдении за артериями мертвых животных, которые казались пустыми. Гален доказал, что живые артерии содержат кровь, но его ошибка, ставшая общепринятой медицинской доктриной на протяжении столетий, заключалась в предположении о пульсирующем, приливном движении крови к сердцу и от него. Анатомия играла важную роль в медицинском образовании Галена и оставалась предметом его постоянного интереса на протяжении всей жизни. Он написал два фундаментальных анатомических труда: «О хирургических процедурах» и «Об использовании частей тела человека». Информация, содержащаяся в этих трактатах, на протяжении последующих 1300 лет служила основой авторитета для всех медицинских писателей и врачей, пока в XVI веке не была оспорена Везалием и Гарвеем.
Птолемей
Клавдий Птолемей (ок. 100–170 гг. н.э.), живший в Александрии или её окрестностях, реализовал научную программу, центром которой было написание около дюжины книг по астрономии, астрологии, картографии, гармонике и оптике. Несмотря на строгий стиль и высокую техническую сложность, значительная часть этих работ сохранилась, во многих случаях являясь единственными сохранившимися образцами подобного письма из античности. Две основные темы, пронизывающие труды Птолемея, – математическое моделирование физических явлений и методы визуального представления физической реальности. Исследовательская программа Птолемея сочетала теоретический анализ с эмпирическими данными, что видно, например, в его систематическом изучении астрономии. В своём труде «Математическая Синтаксис» (Ancient Greek: Μαθηματικὴ Σύνταξις), более известном как «Альмагест», Птолемей стремился улучшить работы своих предшественников, построив астрономию не только на прочной математической основе, но и продемонстрировав связь между астрономическими наблюдениями и полученной астрономической теорией. В «Планетарных гипотезах» Птолемей подробно описывает физические представления своих математических моделей, представленных в «Альмагесте», вероятно, в дидактических целях. Аналогично, «География» была посвящена составлению точных карт с использованием астрономической информации, по крайней мере, в теории. Помимо астрономии, «Гармоника» и «Оптика» содержат (в дополнение к математическому анализу звука и зрения соответственно) инструкции по созданию и использованию экспериментальных инструментов для проверки теории. В ретроспективе очевидно, что Птолемей корректировал некоторые измеренные значения, чтобы они соответствовали его (неверному) предположению о том, что угол преломления пропорционален углу падения. Тщательность Птолемея и его стремление к удобству представления данных (например, широкое использование таблиц) фактически привели к тому, что более ранние работы по этим предметам были проигнорированы или признаны устаревшими, настолько, что почти ничего не осталось от трудов, на которые Птолемей часто ссылается. В частности, его астрономические работы определили методы и предмет будущих исследований на протяжении столетий, а птолемеевская система оставалась доминирующей моделью движения небес до семнадцатого века.