Аристотелевская физика — это форма естественной философии, описанная в трудах греческого философа Аристотеля (384–322 до н. э.). В своей работе «Физика» Аристотель намеревался установить общие принципы изменения, которые управляют всеми естественными телами, как живыми, так и неодушевленными, небесными и земными, включая все движение (изменение относительно места), количественное изменение (изменение относительно размера или числа), качественное изменение и существенное изменение (« становление » [появление , «зарождение»] или «уход» [больше не существующий, «разложение»]). Для Аристотеля «физика» была широкой областью, включающей предметы, которые теперь назвали бы философией разума , чувственного опыта , памяти , анатомии и биологии . Она составляет основу мысли, лежащей в основе многих его работ .
Ключевые концепции физики Аристотеля включают в себя структурирование космоса в концентрические сферы, с Землей в центре и небесными сферами вокруг нее. Земная сфера была сделана из четырех элементов , а именно земли, воздуха, огня и воды, подверженных изменению и распаду. Небесные сферы были сделаны из пятого элемента, неизменного эфира . Объекты, сделанные из этих элементов, имеют естественные движения: объекты из земли и воды имеют тенденцию падать; объекты из воздуха и огня — подниматься. Скорость такого движения зависит от их веса и плотности среды. Аристотель утверждал, что вакуум не может существовать, поскольку скорости станут бесконечными.
Аристотель описал четыре причины или объяснения изменений, наблюдаемых на земле: материальные, формальные, эффективные и конечные причины вещей. Что касается живых существ, биология Аристотеля опиралась на наблюдение за естественными видами, как за основными видами, так и за группами, к которым они принадлежали. Он не проводил экспериментов в современном смысле, но полагался на сбор данных, процедуры наблюдения, такие как вскрытие , и выдвижение гипотез о взаимосвязях между измеримыми величинами, такими как размер тела и продолжительность жизни.
Природа повсюду является причиной порядка. [1]
— Аристотель, Физика VIII.1
Хотя принципы Аристотеля соответствовали общему человеческому опыту, они не были основаны на контролируемых количественных экспериментах, поэтому они не описывают нашу вселенную точным количественным способом, который сейчас ожидается от науки. Современники Аристотеля, такие как Аристарх, отвергли эти принципы в пользу гелиоцентризма , но их идеи не получили широкого признания. Принципы Аристотеля было трудно опровергнуть просто посредством повседневных наблюдений, но позднее развитие научного метода бросило вызов его взглядам с помощью экспериментов и тщательных измерений, используя все более совершенные технологии, такие как телескоп и вакуумный насос .
Заявляя о новизне своих доктрин, те натурфилософы, которые развивали «новую науку» семнадцатого века, часто противопоставляли «аристотелевскую» физику своей собственной. Физика первого типа, как они утверждали, подчеркивала качественное за счет количественного, пренебрегала математикой и ее надлежащей ролью в физике (особенно в анализе локального движения) и полагалась на такие подозрительные объяснительные принципы, как конечные причины и «оккультные» сущности. Тем не менее, в своей «Физике» Аристотель характеризует физику или «науку о природе» как относящуюся к величинам ( megethê ), движению (или «процессу» или «постепенному изменению» – kinêsis ) и времени ( chronon ) ( Physics III.4 202b30–1). Действительно, «Физика» в значительной степени связана с анализом движения, особенно локального движения, и другими концепциями, которые Аристотель считает необходимыми для этого анализа. [2]
— Майкл Дж. Уайт, «Аристотель о бесконечности, пространстве и времени» в книге Блэквелла «Companion to Aristotle»
Существуют четкие различия между современной и аристотелевской физикой, главным из которых является использование математики , в значительной степени отсутствующей у Аристотеля. Однако некоторые недавние исследования переоценили физику Аристотеля, подчеркивая как ее эмпирическую обоснованность, так и ее преемственность с современной физикой. [3]
Аристотель разделил свою вселенную на «земные сферы», которые были «тленными» и где жили люди, и движущиеся, но в остальном неизменные небесные сферы .
Аристотель считал, что четыре классических элемента составляют все в земных сферах: [6] земля , воздух , огонь и вода . [a] [7] Он также считал, что небеса состоят из особого невесомого и нетленного (т.е. неизменного) пятого элемента, называемого « эфир ». [7] Эфир также имеет название «квинтэссенция», что буквально означает «пятое существо». [8]
Аристотель считал, что тяжелые вещества, такие как железо и другие металлы, состоят в основном из элемента земли с меньшим количеством других трех земных элементов. Другие, более легкие объекты, как он считал, имеют меньше земли относительно других трех элементов в своем составе. [8]
Четыре классических элемента не были изобретены Аристотелем; они были созданы Эмпедоклом . Во время научной революции древняя теория классических элементов была признана неверной и была заменена эмпирически проверенной концепцией химических элементов .
Согласно Аристотелю, Солнце, Луна, планеты и звезды - заключены в идеально концентрические " кристаллические сферы ", которые вращаются вечно с фиксированной скоростью. Поскольку небесные сферы не способны ни к каким изменениям, кроме вращения, земная сфера огня должна отвечать за тепло, звездный свет и случайные метеориты . [9] Самая нижняя, лунная сфера - единственная небесная сфера, которая фактически вступает в контакт с изменчивой земной материей подлунного шара , увлекая за собой разреженный огонь и воздух по мере своего вращения. [10] Подобно гомеровскому æthere ( αἰθήρ ) - "чистый воздух" горы Олимп - был божественным аналогом воздуха, которым дышат смертные существа (άήρ, aer ). Небесные сферы состоят из особого элемента эфира , вечного и неизменного, единственной способностью которого является равномерное круговое движение с заданной скоростью (относительно суточного движения самой внешней сферы неподвижных звезд).
Концентрические, эфирные, щека к щеке « хрустальные сферы », которые несут Солнце, Луну и звезды, движутся вечно с неизменным круговым движением. Сферы встроены в сферы, чтобы учесть «блуждающие звезды» (т. е. планеты , которые, по сравнению с Солнцем, Луной и звездами, кажутся движущимися хаотично). Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — единственные планеты (включая малые планеты ), которые были видны до изобретения телескопа, поэтому Нептун и Уран не включены, как и любые астероиды . Позже вера в то, что все сферы концентрические, была оставлена в пользу модели Птолемея с деферентом и эпициклом . Аристотель подчиняется расчетам астрономов относительно общего числа сфер, и различные отчеты дают число около пятидесяти сфер. Для каждой сферы предполагается неподвижный двигатель , включая «первичный двигатель» для сферы неподвижных звезд . Неподвижные двигатели не толкают сферы (и не могут этого сделать, будучи нематериальными и безразмерными), но являются конечной причиной движения сфер, т.е. объясняют его способом, аналогичным объяснению «душа движется красотой».
В отличие от вечного и неизменного небесного эфира , каждый из четырех земных элементов способен превращаться в любой из двух элементов, с которыми он разделяет свойство: например, холодный и влажный ( вода ) может превращаться в горячий и влажный ( воздух ) или холодный и сухой ( земля ). Любое кажущееся изменение от холодного и влажного к горячему и сухому ( огонь ) на самом деле является двухступенчатым процессом, так как сначала изменяется одно из свойств, затем другое. Эти свойства предицируются фактической субстанцией относительно работы, которую она способна выполнить; нагревания или охлаждения и высыхания или увлажнения. Четыре элемента существуют только относительно этой способности и относительно некоторой потенциальной работы. Небесный элемент вечен и неизменен, поэтому только четыре земных элемента отвечают за «возникновение» и «прекращение» — или, в терминах « О возникновении и уничтожении» Аристотеля (Περὶ γενέσεως καὶ φθορᾶς), «рождение» и «уничтожение».
Аристотелевское объяснение гравитации заключается в том, что все тела движутся к своему естественному месту. Для элементов земли и воды это место является центром ( геоцентрической ) вселенной; [11] естественное место воды — это концентрическая оболочка вокруг Земли, потому что земля тяжелее; она тонет в воде. Естественное место воздуха — это также концентрическая оболочка, окружающая воду; пузырьки поднимаются в воде. Наконец, естественное место огня выше, чем у воздуха, но ниже самой внутренней небесной сферы (несущей Луну).
В книге «Дельта» своей «Физики» (IV.5) Аристотель определяет топос (место) в терминах двух тел, одно из которых содержит другое: «место» — это место, где внутренняя поверхность первого (содержащего тела) касается содержащегося тела. Это определение оставалось доминирующим до начала XVII века, хотя оно подвергалось сомнению и обсуждалось философами с античности. [12] Наиболее значимая ранняя критика была сделана в терминах геометрии арабским энциклопедистом XI века аль-Хасаном ибн аль-Хайтамом ( Альхазеном ) в его «Рассуждении о месте» . [13]
Земные объекты поднимаются или опускаются, в большей или меньшей степени, в зависимости от соотношения четырех элементов, из которых они состоят. Например, земля, самый тяжелый элемент, и вода падают к центру космоса; следовательно, Земля и большая часть ее океанов уже будут там находиться. На противоположном полюсе, самые легкие элементы, воздух и особенно огонь, поднимаются вверх и от центра. [14]
Элементы не являются собственно субстанциями в теории Аристотеля (или в современном смысле этого слова). Вместо этого они являются абстракциями, используемыми для объяснения различной природы и поведения реальных материалов с точки зрения соотношений между ними.
Движение и изменение тесно связаны в физике Аристотеля. Движение, по Аристотелю, подразумевает изменение от потенциальности к актуальности . [15] Он привел пример четырех типов изменений, а именно изменение по существу, по качеству, по количеству и по месту. [15]
Аристотель предположил, что скорость, с которой два объекта одинаковой формы тонут или падают, прямо пропорциональна их весу и обратно пропорциональна плотности среды, в которой они движутся. [16] Описывая их конечную скорость , Аристотель должен был оговорить, что не будет предела, при котором можно было бы сравнить скорость атомов, падающих через вакуум (они могли бы двигаться бесконечно быстро, потому что не было бы определенного места для них, чтобы остановиться в пустоте). Теперь, однако, понятно, что в любое время до достижения конечной скорости в относительно свободной от сопротивления среде, такой как воздух, два таких объекта, как ожидается, будут иметь почти одинаковые скорости, потому что оба испытывают силу тяжести, пропорциональную их массам, и, таким образом, ускоряются почти с одинаковой скоростью. Это стало особенно очевидно с восемнадцатого века, когда начали проводиться эксперименты с частичным вакуумом , но примерно за двести лет до этого Галилей уже продемонстрировал, что объекты разного веса достигают земли за одинаковое время. [17]
Помимо естественной тенденции земных испарений подниматься и предметов падать , неестественное или принудительное движение из стороны в сторону является результатом турбулентного столкновения и скольжения предметов, а также превращения между элементами ( О возникновении и разрушении ). Аристотель сформулировал этот принцип так: «Все, что движется, приводится в движение чем-то другим. (Omne quod moventur ab alio movetur.)» Когда причина прекращается, прекращается и следствие. Причина, по Аристотелю, должна быть силой (т. е. мощью), которая движет телом до тех пор, пока внешний агент остается в непосредственном контакте. Аристотель продолжил, сказав, что скорость тела прямо пропорциональна сообщаемой силе и обратно пропорциональна сопротивлению среды, в которой происходит движение. Это дает закон в сегодняшней записи
Этот закон представлял три трудности, о которых знал Аристотель. Первая заключается в том, что если сообщаемая сила меньше сопротивления, то в действительности она не будет двигать тело, но соотношение Аристотеля говорит об обратном. Во-вторых, каков источник увеличения сообщаемой силы, необходимого для увеличения скорости свободно падающего тела? В-третьих, какова сообщаемая сила, которая удерживает снаряд в движении после того, как он покидает агента выброса? Аристотель в своей книге «Физика», книга 8, глава 10, 267a 4, предложил следующее решение третьей проблемы в случае стрелы. Тетива или рука придает определенную «силу быть движущей силой» воздуху, соприкасающемуся с ней, так что эта сообщаемая сила передается следующему слою воздуха и так далее, таким образом сохраняя стрелу в движении до тех пор, пока сила постепенно не рассеется.
В своей «Физике» Аристотель рассматривает случайности (συμβεβηκός, symbebekòs ), которые не имеют никакой причины, кроме случая. «И нет никакой определенной причины для случайности, а есть только случайность (τύχη, týche ), а именно неопределенная (ἀόριστον, aóriston ) причина» ( Метафизика V, 1025a25).
Очевидно, что существуют принципы и причины, которые порождаются и разрушаются помимо самих процессов порождения и разрушения; ибо если это не так, то все будет необходимо: то есть, если обязательно должна быть какая-то причина, отличная от случайной, того, что порождается и разрушается. Будет ли это или нет? Да, если это произойдет; в противном случае нет ( Метафизика VI, 1027a29).
Аристотель выступает против неделимых Демокрита (которые значительно отличаются от исторического и современного использования термина « атом »). Как место, в котором или внутри которого ничего не существует, Аристотель выступает против возможности вакуума или пустоты. Поскольку он считал, что скорость движения объекта пропорциональна приложенной силе (или, в случае естественного движения, весу объекта) и обратно пропорциональна плотности среды , он рассуждал, что объекты, движущиеся в пустоте, будут двигаться бесконечно быстро – и, таким образом, любые и все объекты, окружающие пустоту, немедленно заполнят ее. Пустота, таким образом, никогда не сможет образоваться. [18]
« Пустоты » современной астрономии (например, Местная пустота, прилегающая к нашей собственной галактике ) имеют противоположный эффект: в конечном итоге тела, находящиеся вне центра, выбрасываются из пустоты из-за гравитации внешнего материала. [19]
Согласно Аристотелю, существует четыре способа объяснить aitia или причины изменения. Он пишет, что «мы не имеем знания о вещи, пока не поймем ее why, то есть ее причину». [20] [21]
Аристотель считал, что существует четыре вида причин. [21] [22]
Материальная причина вещи — то, из чего она сделана. Для стола это может быть дерево, для статуи — бронза или мрамор.
«В одном смысле мы говорим, что деяние есть то, из чего, как существующее, что-то возникает, как бронза для статуи, серебро для фиала и их роды» (194b2 3—6). Под «родами» Аристотель подразумевает более общие способы классификации материи (например, «металл»; «материал»); и это станет важным. Немного позже он расширяет диапазон материальной причины, включая буквы (слогов), огонь и другие элементы (физических тел), части (целых) и даже посылки (выводов: Аристотель повторяет это утверждение, в несколько иных терминах, в An. Post II. 11). [23]
— Р. Дж. Ханкинсон, «Теория физики» в книге Блэквелла «Спутник Аристотеля»
Формальная причина вещи — это существенное свойство, которое делает ее тем видом вещи, которым она является. В книге Α «Метафизики» Аристотель подчеркивает, что форма тесно связана с сущностью и определением . Например, он говорит, что отношение 2:1 и число в целом являются причиной октавы .
«Другая [причина] — это форма и образец: это формула (logos) сущности (to ti en einai) и ее роды, например, соотношение 2:1 октавы» ( Physics 11.3 194b26—8)... Форма — это не просто очертание... Мы спрашиваем (и это связь с сущностью, особенно в ее канонической аристотелевской формулировке), что значит быть чем-то. И особенностью музыкальных гармоник (впервые отмеченной и вызвавшей удивление у пифагорейцев) является то, что интервалы этого типа действительно демонстрируют это соотношение в какой-то форме в инструментах, используемых для их создания (длина труб, струн и т. д.). В некотором смысле соотношение объясняет, что общего у всех интервалов, почему они получаются одинаковыми. [24]
— Р. Дж. Ханкинсон, «Причина» в «Сопровождении Аристотеля» Блэквелла
Действующая причина вещи — это первичный агент, посредством которого ее материя приняла свою форму. Например, действующая причина ребенка — родитель того же вида, а действующая причина стола — плотник, который знает форму стола. В своей Physics II, 194b29—32, Аристотель пишет: «есть то, что является первичным виновником изменения и его прекращения, например, совещающийся, который ответственен [т. е. за действие], и отец ребенка, и вообще производитель произведенной вещи и изменитель измененной вещи».
Примеры Аристотеля здесь поучительны: один случай ментальной и один случай физической причинности, за которыми следует совершенно общая характеристика. Но они скрывают (или, во всяком случае, не делают очевидным) важнейшую особенность концепции Аристотеля о действенной причинности, и ту, которая служит для того, чтобы отличать ее от большинства современных омонимов. Для Аристотеля любой процесс требует постоянно действующей действенной причины, пока он продолжается. Это обязательство наиболее ярко проявляется современным глазам в обсуждении Аристотелем движения снаряда: что заставляет снаряд двигаться после того, как он покидает руку? «Импетус», «импульс», не говоря уже о «инерции», не являются возможными ответами. Должен быть двигатель, отличный (по крайней мере, в некотором смысле) от движущейся вещи, который осуществляет свою движущую способность в каждый момент полета снаряда (см. Phys VIII. 10 266b29—267a11). Аналогично, в каждом случае размножения животных всегда есть что-то, ответственное за непрерывность этого размножения, хотя это может происходить посредством какого-то промежуточного инструмента ( Physics II.3 194b35—195a3). [24]
— Р. Дж. Ханкинсон, «Причины» в «Сопровождении Аристотеля» Блэквелла
Конечная причина — это то, ради чего что-то происходит, его цель или телеологическое назначение: для прорастающего семени это взрослое растение [25] , для шара на вершине пандуса — его падение на дно, для глаза — его видение, для ножа — его резание.
Цели имеют объяснительную функцию: это общее место, по крайней мере в контексте приписывания действий. Менее общим местом является точка зрения, поддерживаемая Аристотелем, что окончательность и цель должны быть найдены во всей природе, которая для него является сферой тех вещей, которые содержат в себе принципы движения и покоя (т. е. действенные причины); таким образом, имеет смысл приписывать цели не только самим природным вещам, но и их частям: части естественного целого существуют ради целого. Как отмечает сам Аристотель, выражения «ради» двусмысленны: « А есть ради Б » может означать, что А существует или предпринимается для того, чтобы осуществить Б ; или это может означать, что А есть ради Б ( An II.4 415b2—3, 20—1); но оба типа окончательности, по его мнению, играют решающую роль как в естественном, так и в совещательном контексте. Так, человек может упражняться ради своего здоровья: и поэтому «здоровье», а не только надежда на его достижение, является причиной его действия (это различие не является тривиальным). Но веки существуют ради глаза (чтобы защитить его: PA II.1 3), а глаз — ради животного в целом (чтобы помочь ему правильно функционировать: ср. An II.7). [26]
— Р. Дж. Ханкинсон, «Причины» в «Сопровождении Аристотеля» Блэквелла
По мнению Аристотеля, наука о живых существах развивается путем сбора наблюдений о каждом естественном виде животных, организации их в роды и виды ( дифференции в «Истории животных» ), а затем переходит к изучению причин (в «Частях животных» и «Происхождении животных» , трех его основных биологических трудах). [27]
Четыре причины зарождения животных можно суммировать следующим образом. Мать и отец представляют собой материальную и действенную причины соответственно. Мать предоставляет материю, из которой формируется эмбрион, в то время как отец предоставляет агентство, которое информирует этот материал и запускает его развитие. Формальная причина — это определение субстанциального бытия животного ( GA I.1 715a4: ho logos tês ousias ). Конечная причина — это взрослая форма, которая является целью, ради которой происходит развитие. [27]
— Девин М. Генри, «Зарождение животных» в Blackwell Companion to Aristotle
Четыре элемента составляют однородные материалы, такие как кровь, плоть и кости, которые сами по себе являются материей, из которой созданы неоднородные органы тела (например, сердце, печень и руки), «которые, в свою очередь, как части, являются материей для функционирующего тела в целом ( PA II. 1 646a 13—24)». [23]
[Существует] определенная очевидная концептуальная экономия в представлении о том, что в естественных процессах естественно созданные вещи просто стремятся реализовать в полной действительности потенциалы, содержащиеся в них (действительно, именно это и должно быть для них естественным); с другой стороны, как не замедлили указать критики аристотелизма с семнадцатого века, эта экономия достигается за счет любого серьезного эмпирического содержания. Механизм, по крайней мере, как его практиковали современники и предшественники Аристотеля, мог быть неадекватным с точки зрения объяснения – но, по крайней мере, это была попытка общего описания, данного в редуктивных терминах законоподобных связей между вещами. Простое введение того, над чем поздние редукционисты насмехались как над «оккультными качествами», не объясняет – оно просто, в манере известной сатирической шутки Мольера, служит для повторного описания эффекта. Формальный разговор, или так говорят, бессодержателен.
Однако все не так мрачно, как это. Во-первых, нет смысла пытаться заниматься редукционистской наукой, если у вас нет эмпирических и концептуальных средств, чтобы сделать это успешно: наука не должна быть просто необоснованной спекулятивной метафизикой. Но, более того, есть смысл описывать мир в таких телеологически нагруженных терминах: это придает смысл вещам таким образом, каким не обладают атомистические спекуляции. И, кроме того, разговоры Аристотеля о видах-формах не так пусты, как намекают его оппоненты. Он не просто говорит, что вещи делают то, что они делают, потому что это то, что они делают: весь смысл его классификационной биологии, наиболее наглядно представленный в PA , заключается в том, чтобы показать, какие виды функций соответствуют чему, какие предполагают что и какие подчиняются чему. И в этом смысле формальная или функциональная биология подвержена своего рода редукционизму. Мы начинаем, говорит он нам, с основных видов животных, которые мы все предтеоретически (хотя и не бесспорно) признаем (ср. PA I.4): но затем мы переходим к показу того, как их части соотносятся друг с другом: почему, например, только у кровных существ есть легкие, и как определенные структуры у одного вида аналогичны или гомологичны структурам у другого (например, чешуя у рыб, перья у птиц, волосы у млекопитающих). И ответы, по Аристотелю, следует искать в экономике функций и в том, как все они способствуют общему благополучию (конечной причине в этом смысле) животного. [28]— Р. Дж. Ханкинсон, «Связь между причинами» в «Сопровождении Аристотеля» издательства Blackwell
Согласно Аристотелю, восприятие и мышление похожи, хотя и не совсем похожи, в том смысле, что восприятие касается только внешних объектов, которые действуют на наши органы чувств в любой момент времени, тогда как мы можем думать о чем угодно, что выберем. Мысль касается универсальных форм , в той мере, в какой они были успешно поняты, основываясь на нашей памяти о том, что мы сталкивались с примерами этих форм напрямую. [29]
Теория познания Аристотеля покоится на двух центральных столпах: его описании восприятия и его описании мышления. Вместе они составляют значительную часть его психологических трудов, и его обсуждение других ментальных состояний критически зависит от них. Эти два вида деятельности, кроме того, понимаются аналогичным образом, по крайней мере, в отношении их самых основных форм. Каждая деятельность вызывается своим объектом – то есть каждая касается того, что ее вызывает. Этот простой причинный отчет объясняет надежность познания: восприятие и мышление, по сути, являются преобразователями, приносящими информацию о мире в наши когнитивные системы, потому что, по крайней мере, в своих самых основных формах, они безошибочно относятся к причинам, которые их вызывают ( An III.4 429a13–18). Другие, более сложные ментальные состояния далеки от безошибочных. Но они все еще привязаны к миру, поскольку они основываются на однозначном и прямом контакте, который восприятие и мысль имеют со своими объектами. [29]
— Виктор Кастон, «Фантазия и мысль» в книге Блэквелла «Спутник Аристотеля»
Аристотелевская теория движения подверглась критике и изменениям в Средние века . Изменения начались с Иоанна Филопона в VI веке, который частично принял теорию Аристотеля о том, что «продолжение движения зависит от продолжающегося действия силы», но модифицировал ее, включив в нее свою идею о том, что брошенное тело также приобретает наклон (или «движущую силу») к движению в сторону от того, что заставило его двигаться, наклон, который обеспечивает его непрерывное движение. Эта навязанная добродетель будет временной и саморасходующейся, что означает, что все движение будет стремиться к форме естественного движения Аристотеля.
В «Книге исцеления» (1027) персидский полимат XI века Авиценна развил теорию Филопонея в первую последовательную альтернативу теории Аристотеля. Склонности в теории движения Авиценны были не самопотребляющими, а постоянными силами, эффекты которых рассеивались только в результате внешних факторов, таких как сопротивление воздуха, что сделало его «первым, кто задумал такой постоянный тип впечатляющей добродетели для неестественного движения». Такое самодвижение ( mayl ) «почти противоположно аристотелевской концепции сильного движения типа снаряда, и оно скорее напоминает принцип инерции , т. е. первый закон движения Ньютона ». [30]
Старший брат Бану Муса , Джафар Мухаммад ибн Муса ибн Шакир (800-873), написал « Астральное движение» и «Силу притяжения» . Персидский физик Ибн аль-Хайтам (965-1039) обсуждал теорию притяжения между телами. Кажется, он знал о величине ускорения , вызванного гравитацией , и обнаружил, что небесные тела «подчиняются законам физики ». [31] Во время своих дебатов с Авиценной аль-Бируни также критиковал аристотелевскую теорию гравитации, во-первых, за отрицание существования левитации или гравитации в небесных сферах ; и, во-вторых, за ее представление о круговом движении как о врожденном свойстве небесных тел . [32]
Хибат Аллах Абу-ль-Баракат аль-Багдади (1080–1165) написал «Аль-Мутабар» , критику физики Аристотеля, где он отрицал идею Аристотеля о том, что постоянная сила производит равномерное движение, поскольку он понимал, что сила, применяемая непрерывно, производит ускорение , фундаментальный закон классической механики и раннее предзнаменование второго закона движения Ньютона . [33] Как и Ньютон, он описывал ускорение как скорость изменения скорости . [34]
В 14 веке Жан Буридан разработал теорию импульса как альтернативу аристотелевской теории движения. Теория импульса была предшественницей концепций инерции и импульса в классической механике. [35] Буридан и Альберт Саксонский также ссылаются на Абу-ль-Бараката, объясняя, что ускорение падающего тела является результатом его увеличивающегося импульса. [36] В 16 веке Аль-Бирджанди обсуждал возможность вращения Земли и в своем анализе того, что могло бы произойти, если бы Земля вращалась, разработал гипотезу, похожую на понятие Галилея о «круговой инерции». [37] Он описал ее в терминах следующего наблюдательного теста :
«Маленький или большой камень упадет на Землю по траектории линии, перпендикулярной плоскости ( сат ) горизонта; это подтверждается опытом ( таджриба ). И этот перпендикуляр удален от точки касания сферы Земли и плоскости воспринимаемого ( хисси ) горизонта. Эта точка движется вместе с движением Земли, и поэтому не будет никакой разницы в месте падения двух камней». [38]
Царствование аристотелевской физики, самой ранней известной спекулятивной теории физики, длилось почти два тысячелетия. После работы многих пионеров, таких как Коперник , Тихо Браге , Галилей , Кеплер , Декарт и Ньютон , стало общепризнанным, что аристотелевская физика не была ни правильной, ни жизнеспособной. [8] Несмотря на это, она просуществовала как схоластическое занятие вплоть до семнадцатого века, пока университеты не внесли поправки в свои учебные программы.
В Европе теория Аристотеля была впервые убедительно дискредитирована исследованиями Галилея. Используя телескоп , Галилей заметил, что Луна не совсем гладкая, а имеет кратеры и горы, что противоречит идее Аристотеля о неподкупно идеально гладкой Луне. Галилей также критиковал это представление теоретически; идеально гладкая Луна отражала бы свет неравномерно, как блестящий бильярдный шар , так что края лунного диска имели бы иную яркость, чем точка, где касательная плоскость отражает солнечный свет прямо в глаз. Шероховатая Луна отражает во всех направлениях одинаково, что приводит к диску примерно одинаковой яркости, что и наблюдается. [39] Галилей также заметил, что у Юпитера есть луны — т. е. объекты, вращающиеся вокруг тела, отличного от Земли, — и отметил фазы Венеры , которые продемонстрировали, что Венера (и, как следствие, Меркурий) вращается вокруг Солнца, а не Земли.
Согласно легенде, Галилей сбрасывал шары различной плотности с Пизанской башни и обнаружил, что более легкие и более тяжелые падали почти с одинаковой скоростью. Его эксперименты на самом деле проводились с использованием шаров, катящихся по наклонным плоскостям, форма падения достаточно медленная, чтобы ее можно было измерить без сложных приборов.
В относительно плотной среде, такой как вода, более тяжелое тело падает быстрее, чем более легкое. Это привело Аристотеля к предположению, что скорость падения пропорциональна весу и обратно пропорциональна плотности среды. Из своего опыта с падающими в воду предметами он пришел к выводу, что вода примерно в десять раз плотнее воздуха. Взвешивая объем сжатого воздуха, Галилей показал, что это завышает плотность воздуха в сорок раз. [40] Из своих экспериментов с наклонными плоскостями он пришел к выводу, что если пренебречь трением , все тела падают с одинаковой скоростью (что также неверно, поскольку не только трение, но и плотность среды относительно плотности тел должны быть пренебрежимо малы. Аристотель правильно заметил, что плотность среды является фактором, но сосредоточился на весе тела, а не на плотности. Галилей пренебрег плотностью среды, что привело его к правильному выводу для вакуума).
Галилей также выдвинул теоретический аргумент в поддержку своего вывода. Он спросил, если два тела разного веса и с разной скоростью падения связаны веревкой, падает ли объединенная система быстрее, потому что она теперь более массивна, или более легкое тело в своем более медленном падении сдерживает более тяжелое тело? Единственный убедительный ответ — ни то, ни другое: все системы падают с одинаковой скоростью. [39]
Последователи Аристотеля знали, что движение падающих тел неравномерно, а набирает скорость со временем. Поскольку время — абстрактная величина, перипатетики постулировали , что скорость пропорциональна расстоянию. Галилей экспериментально установил, что скорость пропорциональна времени, но он также привел теоретический аргумент, что скорость не может быть пропорциональна расстоянию. В современных терминах, если скорость падения пропорциональна расстоянию, дифференциальное выражение для расстояния y, пройденного за время t, имеет вид:
при условии, что . Галилей продемонстрировал, что эта система останется на все время. Если возмущение каким-то образом приведет систему в движение, объект будет набирать скорость экспоненциально со временем, а не линейно. [40]
Стоя на поверхности Луны в 1971 году, Дэвид Скотт повторил знаменитый эксперимент Галилея, одновременно выронив перо и молоток из каждой руки. В отсутствие существенной атмосферы два объекта упали и ударились о поверхность Луны одновременно. [41]
Первой убедительной математической теорией гравитации, в которой две массы притягиваются друг к другу силой, эффект которой уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, был закон всемирного тяготения Ньютона . Он, в свою очередь, был заменен Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна .
Современные ученые расходятся во мнениях относительно того, была ли физика Аристотеля в достаточной степени основана на эмпирических наблюдениях, чтобы считаться наукой, или же она была выведена в первую очередь из философских спекуляций и, таким образом, не соответствует научному методу . [42]
Карло Ровелли утверждал, что физика Аристотеля является точным и неинтуитивным представлением конкретной области (движение в жидкостях), и, таким образом, является столь же научной, как законы движения Ньютона , которые также точны в некоторых областях, но неверны в других (например, специальная и общая теория относительности ). [42]
a ^ Здесь термин «Земля» не относится к планете Земля , которая, как известно современной науке, состоит из большого количества химических элементов . Современные химические элементы концептуально не похожи на элементы Аристотеля; термин «воздух», например, не относится к пригодному для дыхания воздуху .
