Ашот Григорьян - Механика от античности до наших дней
В «Каноне Масуда» ал-Бируни пишет, что замедление движения Солнца по эклиптике в апогее переходит в его ускорение в перигее только после того, как оно проходит через равенство его и среднего движения в место наибольшего угла для уравнения. Изменение движения по обе стороны от этого места не ощущается, так как разность (уравнений) начинает уменьшаться от апогея до этого упомянутого места, потом как бы исчезает в нем, а затем увеличивается, пока Солнце не достигнет перигея.
Хотя ал-Бируни в своих трудах не выделил еще ни понятия ускорения, ни понятия скорости в общем виде, его исследование было существенным шагом в этом направлении. Эти идеи не получили, однако, дальнейшего развития на средневековом Востоке и возродились уже в Западной Европе три столетия спустя.
III.
МЕХАНИКА В СРЕДНЕВЕКОВОЙ ЕВРОПЕ
Сдвиги в науке и технике Запада начались несколько позднее, чем на Востоке, — с конца XI в. Они были вызваны серьезными изменениями в экономике. К этому времени становится более продуктивным сельское хозяйство, возникают ремесла, развивается торговля и денежное обращение, усиливается рост городов. Крестовые походы способствуют знакомству Европы с культурными достижениями Востока. Энгельс писал: «…Со времени крестовых походов промышленность колоссально развилась и вызвала к жизни массу новых механических (ткачество, часовое дело, мельницы), химических (красильное дело, металлургия, алкоголь) и физических фактов (очки), которые доставили не только огромный материал для наблюдений, но также и совершенно иные, чем раньше, средства для экспериментирования и позволили сконструировать новые инструменты. Можно сказать, что собственно систематическая экспериментальная наука стала возможной лишь с этого времени»{51}.
Заметными становятся и успехи техники. В X—XII вв. большое развитие получили водяные мельницы, несколько позже — ветряные. Тогда же в Европе появились механические часы. Немаловажное значение для накопления знаний о законах природы имели изготовление военного снаряжения, кораблестроение, градостроительство, устройство крупных гидротехнических сооружений.
Развитие промышленности и повышение общего культурного уровня вызвали потребность в подготовке специалистов. Возникли светские школы, а в XIII в. были созданы новые университеты в Болонье, Париже, Падуе, Неаполе, Оксфорде. В XIV в. университеты были открыты в Пизе, Павии, Кракове, Вене, Гейдельберге, Ферраре и других городах. Старшими факультетами в большинстве университетов были богословский, медицинский и юридический, младшим — факультет искусства. Преподавание велось на латинском языке, который был общим языком для всех европейских ученых средневековья.
Одновременно возрастало и могущество церкви. Ее представители приспосабливались к изменяющимся условиям быстрее, чем светские феодалы. Богатства католической церкви росли со сказочной быстротой. Иннокентий III, бывший папой в 1198—1216 гг., объявил себя наместником бога на Земле. Теология продолжала играть основную роль в идеологической жизни. Для борьбы с «ересями» были созданы ордена доминиканцев и францисканцев и учреждена инквизиция, жертвой которой пали многие крупные ученые средневековья. Господствовала схоластика. Она основывалась на догматах христианской церкви и отличалась абстрактными, часто совершенно бесплодными и беспредметными рассуждениями. Но и сама схоластика менялась, приспосабливаясь к новым обстоятельствам.
В XII—XIII вв. европейская научная литература обогатилась большим числом латинских переводов с арабского и греческого. Стали доступными сочинения Платона, Аристотеля, Евклида, Архимеда, Птолемея, Герона, ал-Хорезми, Сабита ибн-Корры, Ибн-Сины.
Характерна судьба идей Аристотеля. Вначале его учение казалось опасным для церкви. Против него, как и против его средневекового комментатора Ибн-Рошда (Аверроэса), резко выступили многие влиятельные богословы, а в Парижском и некоторых других университетах было запрещено чтение лекций о «Метафизике» и естественнонаучных сочинениях Аристотеля. Вместе с тем церковь и ее идеологи пытались приспособить Аристотеля к Священному писанию. По выражению В.И. Ленина, «схоластика и поповщина взяли мертвое у Аристотеля, а не живое»{52}. Уже в 1366 г. церковный декрет повелевал изучать «Логику», «Метафизику» и «Физику», без чего нельзя было получить первую ученую степень. А затем естественнонаучные взгляды Аристотеля были догматизированы и всякие возражения против них объявлялись «ересью».
В этих сложных условиях происходило развитие естественных наук, в частности механики. Прежде всего отметим, что термин «механика» по-прежнему понимался в весьма широком смысле. В сочинении саксонца Гуго (1096—1141) «Дидаскалион» в нее включались текстильное дело, изготовление оружия, охота, мореплавание, земледелие и т. п. — фактически вся область технической деятельности человека. Такое же понимание встречается в различных рецептурных сборниках типа «Записок о различных ремеслах» монаха Теофила (X в.). В книгах, носивших название «Механика», рассматривались лишь прикладные вопросы и кроме того элементарная теория пяти простых машин (рычага, полиспаста, клина, винта и ворота).
Однако уже в XII—XIII вв. появляются сочинения, авторы которых обращаются к проблемам собственно механики, главным образом статики и кинематики.
Как и в странах ислама, началу самостоятельной разработки проблем механики в средневековой Европе предшествовал период, когда стали усиленно переводить греческие источники, сохранившиеся главным образом на арабском языке, а затем и сочинения ученых стран ислама. Это в особенности относится к кругу проблем, связанных со статикой.
Мы уже упоминали о «Механике» Герона, которая известна в арабском переводе Косты ибн-Луки. В этот период на латинский язык переведен позднеалександрийский трактат «De canonio», посвященный неравноплечим «римским весам» (безмену), в котором рассматриваются и случаи весомого рычага. Этим же вопросам посвящен другой позднеэллинистический трактат «Книга о весах», сохранившийся только в арабском переводе. Рассмотренный выше трактат Сабита ибн-Корры перевел на латинский язык Герардо Кремонский. Кроме этого перевода «Liber Charastonis» известен в переработанном виде, содержащем только перечень основных предложений без доказательств.
В 1269 г. Вильям Мербеке перевел с греческого трактат Архимеда «О равновесии плоских фигур». Ему же принадлежит перевод с греческого трактата Архимеда «О плавающих телах» с комментариями Евтокия. Упомянем также широко распространенный в Западной Европе в XIII в. трактат «О телах, плавающих в жидкости», представляющий собой либо перевод с арабского, либо переработку арабского оригинала изложения Архимеда.
Сочинения по механике этого периода с известной долей схематизма можно разбить на три группы, посвященные трем основным направлениям, наиболее четко раскрывающим характер средневековой механики Западной Европы. Это: 1) трактаты по статике, 2) трактаты по кинематике, 3) трактаты, в которых разрабатывается понятие «импетуса», связанные с теорией падения тел.
Теоретические исследования в области статики в этот период были дальнейшим развитием кинематического направления, восходящего к «Механическим проблемам» псевдо-Аристотеля. Фундаментальное значение в разработке этих проблем имели труды Иордана Неморария (XII в.) и его школы. Это целый цикл трактатов, посвященных «науке о тяжестях».
Самому Иордану принадлежат трактаты «О тяжестях», «Элементы доказательств, относящихся к тяжестям» (некоторые исследователи считают, что Иордану принадлежат лишь комментарии к «Элементам», тезисы которых восходят к античной эпохе) и «Книга о пропорции тяжестей», наиболее интересное из сочинений Иордана. Относительно авторства этого трактата у ученых имеются различные точки зрения. Одни считают его принадлежащим самому Иордану, другие — ученым, вышедшим из его школы. Основное понятие, которым оперирует Иордан, — «тяжесть соответственно положению» некоторого груза, которая принимает различные значения в зависимости от его места на плече рычага. Это понятие представляет собой дальнейшее развитие положения автора «Механических проблем» о том, что один и тот же груз может проявлять различную «тяжесть», т. е. различно «тянуть» в зависимости от своего положения на конце более длинного или более короткого плеча рычага.
Автор «Проблем», как мы видели выше (см. гл.- I), представлял круговое движение в виде комбинации «естественного» движения «сообразно природе» (тангенциального) и «насильственного» движения «вопреки природе» (центростремительного). В круге большего радиуса отклонение от прямолинейного движения («сообразно природе») меньше, чем в круге меньшего радиуса. Движение «тяжести сообразно природе» происходит по прямой вниз, и груз, опускаемый на конце более длинного плеча рычага, меньше отклоняется под действием центростремительного движения «вопреки природе», т. е. он будет больше «тянуть» книзу или иметь большую «тяжесть соответственно положению». Переходя к сравнению движений по разным дугам одного и того же круга, Иордан указывает, что «плечо, опускаясь в весах из своего высшего положения книзу, описывает круг, радиус которого всегда равен плечу весов… Поскольку большая дуга круга более противоположна прямой линии, чем меньшая, падение тяжелого тела по большей дуге более, чем падение по меньшей дуге, противоположно падению тяжелого тела, которое должно происходить по прямой. Очевидно, следовательно, что большее насилие налично в движении по большей дуге, чем по дуге меньшей; ведь иначе движение не становилось бы более противоположным. Поскольку, следовательно, при опускании получается большая помеха, ясно, что это происходит в соответствии е положением тяжелых тел, в дальнейшем такая тяжесть будет называться тяжестью соответственно положению»{53}.
