Институт истории естествознания и техники им С. В сборник включены программа кандидатского экзамена, общий комментарий к структуре программы и пособия по истории физики, три главы, посвященные физическим знаниям в античности, формированию и развитию общей теории относительности и истории физики конденсированного состояния и квантовой электроники, а также библиографический указатель русскоязычной литературы по истории физики. Физические знания в Античности. Библиографический указатель литературы по истории физики на русском языке Составитель К. Предлагаемая брошюра содержит проект программы кандидатского минимума по истории физики, разработанный сектором истории физики и механики ИИЕТ РАН; комментарий к ней и к структуре пособия, на нее опирающегося; а также предварительные варианты трех глав этого пособия, посвященных античной физике, общей теории относительности и развитию физики конденсированного состояния. Материалы завершаются обширным библиографическим указателем русскоязычной литературы по истории физики, который выходит далеко за пределы планируемого пособия, но будет весьма полезным дополнением как для аспирантов, так и для преподавателей. Выбор тематики для предварительных вариантов глав диктовался соблюдением необходимых пропорций между материалами по истории до классической науки и истории современных разделов физики. Сопоставление античной науки с наукой XX в. Есть все основания считать, что XX в. Комментарий и раздел по общей теории относительности написаны мною. Раздел по истории физики конденсированного состояния и квантовой электроники написал А. Библиографический указатель русскоязычной литературы по истории-физики составил К. Физика в системе естественных наук. Физические явления, законы природы и принципы физики. Математические структуры физических теорий. Методологические подходы к изучению развития физики: От натурфилософии к статике Архимеда и геоцентрической системе Птолемея. Эволюция представлений о природе и ее первоначалах у досократиков. Античные атомисты Левкипп, Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар. Пифагор и Платон - провозвестники математического естествознания. Физика и космология Аристотеля. Типы движения и аристотелевы дихотомии небесного и подлунного миров, а также естественного и насильственного движений. Архимед и Герон Александрийский: Теория движения Иоанна Филопона. Оптика Евклида, Архимеда, Герона Александрийского и Птолемея. Геоцентрическая система мира Птолемея. Физика Средних веков XI - XIV вв. Освоение античного знания арабской мусульманской наукой: Влияние арабов на возрождающуюся европейскую науку Х1-Х1П вв. Пути примирения веры и рационального знания. Статика в сочинениях Иордана Неморария. Брадвардина понятие скорости неравномерного движения , а также У. Буридана концепция импетуса и проблема относительности движения. Учение о свете Р. Физика в эпоху Возрождения и коперниканскал революция в астрономии XV - XVI вв. Возрождение культурных ценностей античности. Феномен гуманизма и его связь с познанием природы. Влияние герметической и каббалистических традиций. Сближение инженерного дела и естественных наук. Физические открытия, механика и изобретения Леонардо да Винчи законы трения, явления капиллярности, фотометрия и геометрическая оптика и т. Статика и гидростатика С. Коперником гелиоцентрической системы - важная предпосылка научной революции XVII в. Научная революция XVII в. Кеплеровские законы движения планет. Закон падения тел, принципы инерции и относительности, параболическая траектория движения снаряда. Разрушение аристотелевской двойственности физических законов. Галилей - наблюдатель и экспериментатор. Методология науки в сочинениях Ф. Картезианская картина мира и вклад Декарта в физику. Академии - основные формы институциализации науки. Динамика равномерного кругового движения, формула центробежной силы. Основные достижения физики XVII в. Гильберта в области электричества и магнетизма. Снеллиуса и Декарта; принцип П. Конечность скорости света О. Наблюдения дифракции света Ф. Волновая теория света Гюйгенса. Учение о пустоте, пневматика, учение о газах и теплоте О. Создание Ньютоном основ классической механики и теории тяготения. Представление о пространстве и времени абсолютные пространство и время, симметрии пространства и времени, принцип относительности. Три основных закона ньютоновской механики. Закон всемирного тяготения и небесная механика. Место законов сохранения в системе Ньютона. Геометрические и дифференциально-аналитические формулировки законов механики. Восприятие и развитие классической механики и становление физики как самостоятельной науки. Восприятие механики Ньютона в континентальной Европе. Создание основ гидродинамики Л. Успехи небесной механики, особенно в трудах П. Исследование электричества и магнетизма - на пути к количественному эксперименту Г. Флюидные и эфирные представления об электричестве Б. Развитие основных понятий учения о теплоте; представление о теплороде и кинетической природе теплоты М. Элементы волновых представлений о свете Эйлер. Начало формирования классической физики на основе точного эксперимента, феноменологического подхода и математического анализа е гг. Парижская Политехническая школа - детище Великой французской революции и лидер математико-аналитического подхода к физике. Волновая теория света О. Френеля его предшественник Т. Юнг, ее развитие в работах О. Теория тепловых машин С. Ключевая концепция Фурье - физика как теория дифференциальных уравнений с частными производными 2-го порядка. Освоение французского опыта в Германии Г. Формирование физики как научной дисциплины в России от Э. Единая полевая теория электричества, магнетизма и света: Максвеллу е гг. Накопление знаний об электричестве и магнетизме в е гг. Фарадеевская программа синтеза физических взаимодействий на основе концепции близкодействия. Открытие Фарадеем электромагнитной индукции. Силовые линии и идея поля у Фарадея. Электродинамика дальнодействия и ее конкуренция с программой близкодействия В. Генезис теории электромагнитного поля Максвелла. Электромагнитные волны и электромагнитная теория света. Представление о локализации и потоке энергии электромагнитного поля Н. Герца с электромагнитными волнами и другие экспериментальные подтверждения теории П. Симметричная формулировка уравнений Максвелла Г. Закон сохранения энергии и основы термодинамики е гг. Открытие закона сохранения энергии как соотношения энергетической. Томсоном абсолютной шкалы температуры. Карно с концепцией сохранения энергии - рождение термодинамики в работах Р. Гиббса, третье начало термодинамики В. Нернста и элементы термодинамики неравновесных процессов. Кинетическая теория газов и статистическая механика е гг. Кинетическая теория газов Клаузиуса и Максвелла и их предшественники. Создание основ статистической механики: Развитие статистической механики Гиббсом. Теория броуновского движения и доказательство реальности существования атомов А. Эргодическая гипотеза и ее развитие в XX в. Научная революция в физике в первой трети XX в. Экспериментальный прорыв в микромир; кризис классической физики; электромагнитно-полевая картина мира. Лоренца и электромагнитно-полевая картина мира. Квантовая теория излучения М. Проблема распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела и ее светотехнические истоки. Первые попытки решения проблемы: Квантовая гипотеза Планка; постоянная Планка; планковский закон излучения. Световые кванты Эйнштейна и квантовая теория фотоэффекта. Открытия Эйнштейном корпускулярно-волнового дуализма для света. Специальная теория относительности е гг. Сокращение Фитцджеральда - Лоренца и преобразования Лоренца. Пуанкаре и Эйнштейна гг. Экспериментальное подтверждение теории относительности. Четырехмерная формулировка теории Г. Релятивистская перестройка классической физики. Возникновение на основе теории относительности теоретико-инвариантного подхода. Проекты геометрического полевого синтеза физики е гг. Положение в теории тяготения на рубеже XIX и XX вв. Принцип эквивалентности Эйнштейна, основанный на релятивистском толковании равенства инертной и гравитационной масс. Гильбертом общековариантных уравнений гравитационного поля - завершение основ теории. Последующее развитие теории и ее экспериментальное подтверждение. Проекты единых теорий поля, основанные на идее геометризации физических взаимодействий, и их неудачи теории Г. Эвристическое значение единых теорий поля. Квантовая теория атома водорода Н. Бора и ее обобщение е гг. Сериальные спектры и ранние модели структуры атомов. Резерфордом ядерного строения атомов. Квантовая теория атома водорода Бора. Квантовые условия Бора - А. Объяснение оптических и рентгеновских спектров атомов. Дополнительное подтверждение теории в опытах Дж. Франка - Густава Герца и О. Попытки объяснения периодической системы элементов. Паули и спин электрона. Квантовая теория дисперсии и гипотеза Н. Слэтера о статистическом характере закона сохранения энергии и импульса. Квантовая механика е гг. Квантовая механика в матричной форме В. Экспериментальное подтверждение волновой природы микрочастиц. Развитие операторной формулировки квантовой механики П. Вероятностная интерпретация квантовой механики М. Принципы неопределенности Гейзенберг и дополнительности Бор - основа физической интерпретации квантовой механики. Проблема причинности в квантовой механике и дискуссии между Бором и Эйнштейном. Квантовые статистики, симметрия и спин. Важнейшие приложения квантовой механики в частности, работы советских ученых Я. Основные центры и научные школы в области квантовой физики. Квантовая электродинамика, релятивистская квантовая теория электрона и квантовая теория поля — е гг. Проблема квантования электромагнитного поля до создания квантовой механики П. Квантовая теория излучения П. Релятивистские волновые уравнения Э. Уравнение Дирака для электрона, включающее теорию спина. Общая схема построения квантовой теории поля по В. Соотношение неопределенностей в квантовой электродинамике. Проблема расходимостей и ее решение в конце х гг. Экспериментальное подтверждение квантовой электродинамики. Основные линии развития современной физики вторая половина XX в. Физика атомного ядра и элементарных частиц от нейтрона до мезонов. Космические лучи и ускорители заряженных частиц е гг. Чедвиком нейтрона, гипотеза Д. Гейзенберга о протонно-нейтронном строении ядра, первые ядерные реакции с искусственно ускоренными протонами и др. Первые ускорители заряженных частиц. Первые теории ядерных сил И. Открытие сильных и слабых взаимодействий элементарных частиц. Воздействие нейтронов на ядра Э. Открытие ядерного деления О. Фриш , теория деления Бора - Дж. Мак-Миллан и разработка нового поколения циклических ускорителей. Ядерное оружие и ядерные реакторы. Проблема управляемого термоядерного синтеза. Цепная ядерная реакция деления урана и введение понятия критической массы. Первые инициативы о принятии государственных программ по созданию атомной бомбы Англия, США, Германия, СССР. Пуск первого ядерного реактора США, Э. Два основных направления развития государственных ядерных программ: Создание атомной промышленности и первых атомных бомб в США и СССР под руководством Р. Предыстория освоения термоядерной энергии. Создание термоядерного оружия в США и СССР. Проблема управляемого термоядерного синтеза в Англии, США и СССР. Физика конденсированного состояния и квантовая электроника. Квантовая механика - теоретическая основа физики конденсированного состояния ФКС и квантовой электроники КЭ. Исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта. Теории сверхпроводимости и сверхтекучести. Радиоспектроскопические предпосылки квантовой электроники. Создание мазеров и лазеров. ФКС и КЭ - важные источники технических приложений физики второй половины XX в. Воздействие идей и методов ФКС и КЭ на смежные области физики, химию, биологию и медицину. Основные научные центры и школы в области ФКС и КЭ. Отечественный вклад в оба направления ФКС - школа А. Развитие физики элементарных частиц и высоких энергий, вызванное успешной реализацией национальных ядерно-оружейных программ е гг. Создание больших ускорителей заряженных частиц. Коллайдеры и накопительные кольца. Пузырьковые камеры и другие средства регистрации частиц. Квантовая теория поля - теоретическая основа физики элементарных частиц. Концепция калибровочного поля и разработка на ее основе квантовой хромодинамики современного аналога теории сильных взаимодействий и единой теории электрослабых взаимодействий. Релятивистские астрофизика и космология. Волна открытий в астрофизике и космологии в е гг. Рентгеновские и гамма-телескопы на искусственных спутниках Земли ИСЗ. Развитие физики черных дыр. Космологические модели с лямбда-членом в уравнениях Эйнштейна и космический вакуум. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII в. Всемирная история физики с начала XIX до середины XX вв. Очерки развития основных физических идей ед. История теории эфира и электричества. Физика XIX - XX вв. Очерки развития физической теории в первой трети XX в М.: О физике и астрофизике: Физический Энциклопедический Словарь Гл. Научная революция XVII века. Дунская ИМ Возникновение квантовой электроники. Вехи истории физики твердого тела. Планируемое пособие по истории физики предназначается для широкого круга аспирантов физических и физико-технических специальностей. Это объясняется тем, что философские и социокультурные стороны науки предполагается изложить в пособии по философии науки. Пособие предполагается готовить в соответствии с приведенной программой по истории физики. Более того, программа составлена так, что каждый ее раздел их всего 22 является как бы кратким содержанием соответствующей главы пособия размером около одного печатного листа. Чаще всего в сравнительно кратких учебниках и курсах истории физики хронологический материал распределен в соответствии со следующей пропорцией: Встречается и такое распределение: В наших программе и пособии это соотношение существенно сдвинуто в сторону современности. Несколько условно, оно таково: Более или менее современный курс истории физики не может не включать поразительные достижения XX в. К тому же о развитии физики в до классический период существует доступная неплохая литература [], а истории физики второй половины XX в. Отметим, впрочем, блестящий, периодически обновляемый аналитический обзор В. Современная физика до сих пор базируется на теориях относительности специальной и общей и квантовой механике, созданных в первой трети XX в. Этой революции посвящена примерно четверть всего материала, хотя по времени она охватывает примерно 30 лет. Четверть материала относится к физике второй половины XX в. Здесь пришлось делать выбор в пользу наиболее фундаментальных достижений. За пределами программы и пособия остались синергетика ввиду ее междисциплинарности и некоторые важные приложения физики к технике, механике, биологии, химии и т. Все-таки в какой-то мере и в программе, и пособии находят или должны найти определенное отражение люди, институты науки, социальные факторы ее развития и т. В античности мы отмечаем связь научных знаний с натурфилософией Пифагора, Демокрита, Платона, Аристотеля и др. Декарта, а также возникновение академической формы институциализации естествознания. В классической науке XIX в. В начале XIX в. Но за рамками и программы, и пособия остаются биографии этих героев. Связь с философией; место в системе естественных наук. Натурфилософские истоки физики в доклассическую эпоху достаточно очевидны, и это отражено в программе. В дальнейшем взаимодействию физики и философии в программе уделяется значительно меньше внимания, хотя в пособии мы повсюду, где это существенно, постараемся обозначить контуры. Так, позитивизм XIX в. Маха, а с другой, - возрождение пифагорейско-платоновской концепции природы и т. Проблемы физической интерпретации теорий относительности и особенно квантовой механики, в свою очередь, сильно повлияли на философию XX в. Успехи в разработке единой физической теории и космологии, описанные в двух последних разделах программы, породили настроение близкого конца фундаментальной физики. И в этом пункте нельзя избежать вмешательства философии. Нет сомнения в том, что в течение XIX в. Это явным образом в программе не выражено, но в соответствующих местах пособия предполагается подчеркнуть. Астрономия, механика и химия всегда были тесно связаны с физикой и в разные периоды занимали в естествознании ведущее положение. Достаточно вспомнить системы мира Птолемея и Коперника и их роль в развитии физики, а также небесную механику, ставшую образцом для классической теоретической физики. Учение о строении вещества, атомистика первоначально формируются в химии. Дюлонга и других хорошо известны и в химии, и в физике. Периодическая система элементов, имеющая в атомной и ядерной физике основополагающее значение, была создана выдающимся русским химиком Д. В дальнейшем физика с лихвой возвращает свои долги родственным естественным наукам. На основе общей теории относительности возникают релятивистские астрофизика и космология. Механика сплошной среды физикализируется например, в нее включается термодинамика. Квантовая механика становится фундаментом теоретической химии. Прецизионные методы физического эксперимента усваиваются экспериментаторами и наблюдателями в астрономии, механике и химии. О физических картинах мира. Нередко встречается точка зрения, что историю науки следует рассматривать как эволюцию соответствующей этой науке картины мира [11]. Такой подход возможен, особенно если это касается таких фундаментальных наук, как астрономия, механика, физика. Своего рода эквивалентами понятия картины мира можно считать понятия парадигмы [12] или глобальной исследовательской программы [13]. Не вдаваясь в вопросы определения этих понятий и предпочтительности одного из них, на хорошо известных примерах из истории физики поясним их смысл. После Ньютона утверждается классико-механическая картина мира парадигма, программа , которая редуцирует физический мир к движению частиц по законам классической механики. При этом предполагается, что между частицами действуют квази-ньютоновские силы. Развитие физики, особенно в XIX в. На смену ей на короткое время приходит электромагнитно-полевая картина, согласно которой именно электромагнитное поле и неразрывно связанный с ним эфир являются первичной реальностью. Но в процессе квантово-релятивистской революции уже в первом десятилетии XX в. Поэтому, по-видимому, когда речь идет о физике XX в. Куна или глобальной исследовательской программы в духе И. Но, конечно, реальная история физики не сводится к динамике этих картин парадигм, программ. Так, классико-механическая картина, вполне сформировавшаяся в конце XVH в. И именно в этот период возникла и получила значительное развитие классическая физика, иногда в опоре на эту картину например, кинетическая теория материи и в значительной степени - статистическая механика , иногда вопреки ей термодинамика, электродинамика и т. Основы квантово-релятивистской картины мира соответственно, квантово-релятивистской парадигмы и т. В последующие десятилетия, вплоть до настоящего времени, физика развивалась весьма быстро и мощно. Физика атомного ядра и элементарных частиц, физика конденсированного состояния, квантовая электроника, физика плазмы, астрофизика и космология - лавина блестящих экспериментальных и теоретических достижений. И все это - в рамках одной и той же, квантово-релятивистской, картины мира. Таким образом, картины мира парадигмы и т. Поэтому, обращая внимание на эволюцию господствующих картин мира парадигм, глобальных программ , мы ни в кой мере не пытаемся ограничиться этим и подменить ею историю физических знаний, законов, экспериментов, теорий. Математика с античных времен служила мощным ресурсом теоретизации физического знания. В античных теоретических построениях использовались теории пропорций и правильных многогранников и евклидова геометрия, ставшая основной математической структурой физики вплоть до XVII в. Затем, вместе с классической механикой в физику внедряется математический анализ, который в XIX в. Уже в классической механике оформляется концепция динамического закона, содержащего в форме обыкновенных дифференциальных уравнений все возможные движения исследуемых систем. В физике учениях о теплоте, свете, электричестве, магнетизме интенсивная математизация приводит к формированию классических теорий, в которых концепция динамического закона расширяется до класса уравнений с частными производными 2-го порядка уравнения Лапласа, Пуассона, Фурье, волновые уравнения, уравнения Максвелла и т. С математической точки зрения, классические физические теории стали мыслиться как теории уравнений с частными производными 2-го порядка. На примере истории аналитической механики видно, как вслед за обыкновенными дифференциальными уравнениями к механике подключилось множество и других математических теорий и структур: В частности, в XIX в. Отношение к математике как лишь вычислительному средству, только как некоторому формальному языку, специально приспособленному для вычислений, на наш взгляд, ошибочно. В действительности, уравнения теорий являются их квинтэссенцией. Мандельштам полагал, что всякая физическая теория состоит из двух дополняющих друг друга частей: Активная, иногда опережающая роль математического конструирования физических теорий подчеркнута и в словах Р. Поэтому в планируемом пособии математическим структурам физических теорий, основным дифференциальным уравнениям движения и полей, геометрии пространства и времени предполагается, насколько это возможно, уделить особое внимание. В самом простом варианте взаимодействие науки и техники может быть охарактеризовано замечанием выдающегося физика и инженера П. Такого рода взаимосвязи прослежены, например, в книге Дж Бернала, а именно в таблице 8 [19, с. Более тонкие аспекты этого взаимодействия рассмотрены в ряде работ см. Эти истоки предполагается хотя бы кратко затронуть в планируемом пособии. Хотя планируемое пособие является курсом мировой, или всемирной, истории физики, мы считаем необходимым, имея в виду русскоязычного читателя, особо отмечать достижения российской науки, наиболее крупные отечественные научные школы и т. В Курчатова и др. Вместе с тем, следует иметь в виду, что Россия к европейской науке присоединяется лишь в XVIII в. В послевоенный период, особенно в ебО-е гг. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII в М Hay ка, , с. Всемирная история физики с начала XIX в до середины XX в М Наука, , с. Hund F Geschichte der physikahschen Begnffe Teil 1. Manheim etc В I Wissenschaflsverl , S. Курс истории физики М Просвещение ,с. Развитие естествознания в эпоху античности М Наука ,с. Смирнов Западноевропейская наука в средние века М Наука ,с. Научная революция XVII века М Наука, , с. О физике и астрофизике М Бюро Квантум, , с. О науке, о себе и о других М Физматлит, , с. Еремеева А И, Цицин Ф. История астрономии М Изд. МГУ, , с. Кун Т Структура научных революций М Прогресс, , с. Hertz H Untersuchungen ueber die Ausbreitung der elektnschen Kraft Leipzig I A Barth И Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике М Наука, , с Фейнман Р Характер физических законов М Мир, , с. Научные труды Наука и современное общество М Наука, , с Наука в истории общества М Изд. Философия науки и техники М Гардарика, ,с. Эволюция представлений о природе и её первоначалах у досократиков. Возникновению физики как науки о природе предшествовало выведение природы в сознании людей из области чистого божественного произвола. В ней должно было существовать нечто, позволяющее увидеть за одиночными явлениями единое целое и открывающее это единство человеческому рассудку. В истории человеческой мысли первая известная нам попытка такого рода была сделана в Древней Греции. В качестве начал, позволяющих понять природу, в разных философских системах выступили: Иначе говоря, законы, которым подчиняются природные явления, упорядочивают и украшают природу. Вероятно, первым законом природы, осознанным именно как закон, была теорема Пифагора, утверждающая равенство квадрата гипотенузы и суммы квадратов катетов для прямоугольного треугольника. Согласно легенде, Пифагор был так обрадован открытием, что велел принести в жертву просветившим его богам сто быков есть и другие источники, утверждающие, что Пифагор принес эту жертву, когда обнаружил несоизмеримость стороны квадрата и его диагонали. Примечательно, что для него это был экспериментальный факт, относящийся скорее к физике, чем к математике. К веку Пифагора, то есть к VI веку до н. К этому времени греки уже достигли высокого уровня в искусстве вычислений для практических целей т. Как было доказано археологами уже в XIX веке, туннель проходили с двух сторон, и хотя строителям не удалось свести две половины в точности в одном месте, геодезические измерения были достаточно точными, чтобы в конце концов соединить их небольшой перемычкой. Но как это ни покажется странным, идея закона возникает не в логистике и не в технике, а в мифологии. Как почти во всякой системе мифов, в древнегреческой мифологии важнейшее место занимали проблемы происхождения и устройства мира. И если в ранних примитивных мифах воля богов ничем не ограничивается, то в более поздних - им на каждом шагу противостоит рок, некая не персонифицированная и неразумная сила, за которой угадывается сама природа вещей. Пифагорейская школа была не единственной, где возникло представление о законе природы. Вторая, не менее знаменитая - милетская, названная так по названию города Милет, расположенного в Анатолии на берегу Средиземного моря, недалеко от современного турецкого города Секе, где жило большинство ее представителей. Обе школы так или иначе рассматривали законы, в соответствии с которыми возник космос и которым он продолжает подчиняться. Основатель милетской школы Фалес согласно Геродоту родившийся в г. Вторичные источники доносят до нас только две или три фразы, принадлежащие ему самому, и многие исследователи склонны видеть в нем лишь человека, давшего первый толчок греческой теоретической мысли, передав ей аналогичные попытки более древних цивилизаций, о теориях которых нам просто ничего не известно. Легенда приписывает Фалесу предсказание солнечного затмения г. Он считал, что все в нашем мире произошло из воды, и сама Земля плавает в воде подобно куску дерева. Он придерживался взгляда, что в основании всего сущего лежит апейрон, некое бесформенное и беспредельное начало, из которого мир возникает в результате борьбы противоположных качеств - теплого и холодного. Развитие мира - периодически повторяющийся процесс: У Анаксимандра мы встречаемся с зачатками эволюционной модели: Согласно космогонии Анаксимандра, в недрах беспредельного начала возникает зародыш будущего мира - влажное и холодное ядро, окруженное огненной оболочкой. Ядро постепенно высыхает, пары раздувают оболочку, которая лопается, распадаясь на ряд колец. В центре мира происходит образование плотной Земли, которая имеет форму цилиндра; от огненных колец ее отделяют темные воздушные цилиндрические экраны трубки ; светящиеся отверстия в этих трубках кажутся нам звездами. Среди этих звезд находятся также и Луна и Солнце. Анаксимандр приводит некоторые данные, говорящие нам об относительных размерах вселенной: Откуда он это взял, остается неизвестным. Кроме того, у Анаксимандра впервые в явном виде появляется тезис о сферической форме космоса. Из этой посылки извлекается важный тезис о покое Земли в центре сферы, доказываемый на основании соображений симметрии: Земля покоится, потому что у нее нет оснований предпочесть какое-то одно направление по сравнению со всеми другими. На это воззрение спустя два века особое внимание обратил Аристотель: Комментатор Аристотеля VI века н. Симпликий приписывает Анаксимандру еще более радикальный взгляд - о бесконечности Вселенной. Вдобавок ко всему перечисленному легенда приписывает Анаксимандру создание первой географической карты Земли в ней вся известная грекам обитаемая земля распадалась на две равные части - Европу и Азию , а также - изобретение плоских солнечных часов гномона. Третий представитель милетской школы, Анаксимен даты жизни неизвестны, но расцвет его творчества приходится примерно на до н. Материальной первопричиной мира он считал воздух. Все материальные тела образуются из него в результате сгущения или разрежения, причем, в отличие от современных представлений, разрежение у него сопровождается нагреванием, а сгущение - охлаждением. Воздух находится в непрерывном движении, ибо иначе материальные вещи не могли бы возникать Таким образом, Анаксимен первым придумал конкретный физический механизм возникновения материи из первовещества. О происхождении же самой Вселенной Анаксимен высказывается довольно туманно. Землю он считает плоской, неподвижно висящей в воздухе. Земная твердь возникла первой, потом моря и облака. Еще позже появились небесные светила, образовавшись из поднимающихся вверх земных испарений. Поднимаясь, они должны разрежаться и, нагреваясь, приобретать огненную природу. Неподвижные звезды вбиты, как гвозди, в твердый небосвод, а Солнце и Луна плавают в воздухе подобно огненным листьям. Северная часть Земли приподнята, и Солнце не скрывается ночью под Землю, а, проходя параллельно горизонту, прячется за ее северной частью. Таковы воззрения первых представителей милетской школы относительно возникновения мира и его структуры. Их можно было бы с некоторой натяжкой назвать материалистическими: В противоположность ей, также с некоторой натяжкой, взгляды представителей пифагорейской школы можно было бы назвать идеалистическими: Пифагор - фигура еще более легендарная чем Фалес. Сохранилось несколько его жизнеописаний, плохо стыкующихся друг с другом и вызывающих большие сомнения. Свою школу он основал уже в зрелом возрасте, когда поселился в южно-италийском городе Кротоне. Это сообщество пифагорейцев заслуживало название школы в гораздо большей степени, чем милетская школа. У него даже были некоторые черты религиозного братства, да и взгляды его членов были в значительной степени более мистическими, чем взгляды милетцев в частности пифагорейцы верили в существование души и ее бессмертие. А единица и вовсе числом почти и не была, она отождествлялась в их космологии с мужским началом, которое, соединяясь с женским началом, или пустотой, или нулем, рождала многое, в частности космос: Вытягиваясь в длину, а затем в ширину и в высоту, она породила двойку, тройку, а затем и четверку. Отрезок натурального ряда от 1 до 4 образовывал пифагорейскую тетраду, также обладавшую божественными свойствами. Этому закону подчинялись и все прочие явления природы - тем более гармоничные, чем точнее соответствовали отношениям тетрады. Совершенно новый этап в истории древнегреческой мысли обозначили Гераклит, Эмпедокл и Парменид. Их стала интересовать не только проблема порядка, то есть космоса, и начала бытия, то есть его первопричины, но и смысл движения и его возможность. Его резкая критика была направлена на представителей всех прочих течений от Гомера и Гесиода до пифагорейцев. Впрочем, это ему самому не мешало заниматься проблемами отнюдь не частного характера. Материальной первоосновой всего сущего он считал огонь, и в этом также был близок традициям милетской школы. Так же как и Анаксимандр он считал мир конечным в пространстве, но бесконечным во времени, хотя и совершающим следующие друг за другом циклы гибели и возрождения. Причем он даже рассчитал продолжительность такого цикла: В силу этого мироздание по Гераклиту не является тварным: Нам не известны высказывания Гераклита о форме и положении Земли, однако мы знаем, что он считал небесные тела продуктом земных испарений; это - светлые и чистые испарения, которые скапливаются в круглых вместилищах и превращаются в огонь. Темные и влажные испарения являются причиной дождя и других подобных явлений. Тем не менее главным проявлением единства мира для него было не в общности материального субстрата всех тел, а в их всеобщей изменчивости, их свойстве пребывать в вечном движении. При этом он прекрасно понимал, что двигаться это не значит попеременно покоиться в различных местах или состояниях. Движущееся движется в любой момент своего существования. Знамениты его метафоры, с помощью которых он пытался выразить эту идею: Сущность такой непрерывной изменчивости Гераклит видел в тождестве противоположностей: Тождество противоположностей подразумевает, что тело одновременно находится в двух противоположных состояниях. Оно одновременно и холодное, и горячее, или оно одновременно находится здесь и не здесь. Кроме тождественности противоположностям свойственно внутреннее напряжение, вражда, которые рождают движение и гармонию: Из противоположностей образуется совершенная гармония. Гераклит был последователен в своем учении: В значительно большей степени, чем его предшественники Гераклит указывал на неотвратимость законов природы и их независимость от любой воли в том числе божественной. Боги практически никак не способны повлиять на течение жизни: Непримиримым оппонентом Гераклита был Парменид род. Если Гераклит видел в движении основное свойство природы, то Парменид считал его иллюзией, а саму природу пребывающей в вечном неизменном покое. Парменидова онтология до сих пор ставит в тупик исследователей: Тем не менее значение ее огромно, поскольку именно программа Парменида сыграла кардинальную роль в становлении теоретического мышления вообще и, представлении о физической теории в особенности. Одним из самых распространенных толкований деления поэмы на части и противопоставления их трактуется как различение математики и физики. Математика достоверна и неизменна, так как она выводится путем рассуждения из очевидных и бесспорных принципов, которые остаются таковыми всегда. Эту платоновскую точку зрения, однако, естественнее объяснить как противопоставление теории и наблюдения. Парменидову программу познания в таком случае можно интерпретировать как познание неизменного: Задача познания природы, тем самым, сводится к тому, чтобы исследовать ее неизменные законы, скрытые за текучими и мимолетными явлениями. Более того, сами законы должны устанавливать связи между инвариантами, то есть неменяющимися величинами. В таком качестве выступают почти все характерные физические параметры: Познавать меняющуюся действительность в соответствии с такой точкой зрения означает показывать кажущийся характер изменения и подлинность неизменности. Наконец, очевидную парадоксальность вывода Парменида об иллюзорности любых изменений удалось уже в античную эпоху разрешить при помощи одной единственной поправки к его схеме: Тогда, взаимодействие различных первооснов друг с другом определяет все многообразие вещей, их изменение и движение, возникновение и гибель. При этом каждая из них неизменна и неделима, откуда и название - атомы. Атомистические взгляды в эпоху античности развивали Левкипп и Демокрит, но некоторые предварительные соображения были высказаны Анаксагором и Эмпедоклом. Хотя у двух последних мыслителей мы не находим идею атома как таковую, их космология предваряет атомизм, так как в ней, во-первых, вводится множественность первоначал, а, во-вторых, появляется понятие пустоты. По своему значению для последующего развития науки возникновение атомизма можно сравнить только с парменидовской идеей о существовании истинного неизменного мира, скрытого за завесой явлений, познанием которого и должна заниматься наука. Следует иметь ввиду, что атомы стали объектом философии в силу исключительно метафизических причин и никаких экспериментальных обоснований атомизма не существовало на протяжении по крайней мере двух тысячелетий, после его возникновения. Атомистическая программа заключается, следовательно, в объяснении наблюдаемых изменений посредством движения неизменных атомов в не обладающей свойствами, а следовательно так же неизменной пустоте. Нет сомнений, что это очень амбициозная научная программа, предлагающая весьма эффективную объяснительную схему, которая тем не менее в истории физики неоднократно переживала глубокий кризис. По сравнению со всеми перечисленными в предыдущем разделе теоретическими посылками древнегреческой науки атомы отличаются своим дополнительным метафизическим характером. У этой идеи не было никакого не только экспериментального, но даже зрительного образа. Число, движение, даже закон так или иначе распознаются в окружающих предметах. Атом выделить в них невозможно. Атомы древних греков не имеют ничего общего с тем, что обозначается этим словом сегодня. Они стали своего рода решением парменидовского парадокса бытия и движения. Если бытие единственно, а небытие существовать не может, то движения нет. Таков главный вывод поэмы Парменида, и с ним в рамках древнегреческого мышления было очень сложно спорить. Поэтому атомизм принял два радикальных допущения: При этом к каждому отдельному экземпляру бытия применима логика Парменида, поэтому оно неизменно, - в частности, неделимо. За пределами их находится небытие, или пустота вакуум. Оно не обладает никакими свойствами, за исключением протяженности. Именно благодаря этому атомы могут изменять свое положение относительно друг друга, то есть бытие может вторгаться в небытие, из-за чего и возникает движение. Отличие этих представлений от тех, что подразумеваются современной физикой, - очевидно. В современной физике атомом называют довольно сложную конструкцию многочисленных полей и частиц, способную как изменять свое состояние например, переходить из одного состояния в другое , так и делиться испуская электроны или распадаясь на другие атомы. В нем могут рождаться пары частиц. Наконец, в нем присутствуют поля излучения, изменяющие его свойства, но не являющиеся атомами. Согласно античным атомистам, именно сочетания различных атомов порождают материальные тела и разнообразие форм бытия. Для иллюстрации этого положения они часто пользовались аналогией с буквами. Отсюда видно, что результат смешения атомов понимался ими вовсе не как простая механическая смесь. Эта их идея оказалась на редкость плодотворной, ее развивали многие мыслители как в античности, так и в более позднее время. Судя по всему, Левкипп был приблизительно современником Анаксагора. Практически невозможно установить хронологическую последовательность и идейную зависимость сочинений этих трех мыслителей. В силу особенности своей биографии Левкипп связал несколько философских традиций Древней Греции. Как принято сейчас считать, он родился в Милете в V в. Тем самым он был близок милетской школе. Затем он предпринял путешествие в Элею, чтобы учится у Зенона Элейского, бывшего в свою очередь учеником Парменида. После этого он перебрался в Абдеры, родной город Демокрита. Есть также некоторые довольно смутные указания на то, что Левкипп испытал определенное влияние восточных мистиков, также учивших о пустоте, атомах и мистике букв. Фракийский город Абдера, где он проводился, был расположен на берегу Эгейского моря в устье реки Нестос. По свидетельству Диогена Лаэртия Демокрит был отпрыском богатого рода, что позволяло ему много путешествовать, и за свою долгую жизнь он написал 73 трактата, от которых до нас дошли лишь разрозненные фрагменты, преимущественно касающиеся этики. Видимо, он существенно развил атомизм своего предшественника, ибо Аристотель, отдавая приоритет Левкиппу, оппонирует чаще Демокриту. С Левкилпом в древнегреческой физике появляются понятия, до того никогда не обсуждавшиеся, хотя, возможно, в целом и не новые: Атом по Левкиппу неделим как в силу своей беспредельной плотности, так и в силу минимальности своего размера. Отсюда, в частности, следует и то, что меньший размер невозможен и в пустом пространстве. Соединения и разъединения атомов в различных комбинациях образуют причину всех изменений. Следствие, таким образом, всегда следует за причиной, и никогда не предшествует ей. То есть причиной не может быть достижение какой-либо цели. Иначе говоря, механицизм Левкиппа исключает телеологию. Демокриту несколько преобразовал атомистическую теорию своего учителя. Но центральный момент в ней остался прежним: Это обстоятельство вместе с сохраненной у Демокрита буквенной аналогией не позволяет однозначно толковать его атомизм как теорию материи, равно как и всю его философию как однозначно материалистическую. Но этот вопрос выходит за рамки настоящего пособия. О демокритовском, а преимущественно даже эпикурейском атомизме мы знаем из поэмы древнеримского поэта Тиха Лукреция Кара, жившего в I веке до н. Несмотря на определенные сходства и очевидную преемственность, демокритовский атомизм имеет некоторые существенные отличия от левкипповского. Так, он снимает ограничения на размер. По свидетельству Лукреция атом у Демокрита мог быть так же велик как и весь мир. Значит, неделимость уже не могла быть следствием малости, для нее требовалась другое обоснование. Им могло служить бесконечная твердость атома, вызванная отсутствием в нем пустот. Во-вторых, деление атома разрушало его самоидентичность: А так как он считается неизменным и вечным, то это невозможно. Тем не менее Демокрит считал такую процедуру осуществимой в потенции: Амер можно себе представить как грань атома или точку его поверхности. Он не может быть выделен из атома в реальности, но может быть обнаружен в нем умозрительно. Впрочем, говоря об амерах, Лукреций не совсем ясен: Демокрит особым образом останавливается на понятии пространства, и его можно считать первым теоретиком, попытавшимся дать соответствующее определение: Абсолютность реальности и существования в мире до сих пор не подвергалась сомнению. Богиня в поэме Парменида однозначно заявляет: Демокрит продолжает линию Гераклит на релятивизацию бытия и небытия: Наконец, Демокрит дополняет рационалистические доводы Левкиппа в пользу атомизма своими эмпирическими. Естественно, говорить тогда ни об опытной проверке гипотезы атомов ни даже о каких-то экспериментальных косвенных доводах было невозможно. Впервые поставить вопрос таким образом стало возможно только в XVI веке, да и то выводы приходилось делать преимущественно на основании метафизических посылок об это будет говориться в соответствующем разделе. Аристотель приводит четыре аргумента в пользу существования пустого пространства, даваемых атомистами: Первые три чисто метафизические аргумента были выдвинуты Левкиппом. Последний аргумент, принципиально отличающийся от трех предыдущих, был добавлен Демокритом. Конечно, имеющиеся в нем поры не имеют никакого отношения ни к пустоте, ни к атомам, но само направление мысли на прямую экспериментальную проверку очень показательно. Атомизм, как метафизика множественности бытия на микроскопическом уровне, порождает множественность миров и в космологии. Атомисты считали пустое пространство бесконечным и не ограниченным в существовании во времени. Атомы, двигаясь хаотично и произвольно, закручиваются в вихри. Внутри такого вихря возникает сила тяжести, направленная к его центру, и упорядоченность, подобная той, какую создает веялка. В последнем рассуждении у них перед глазами опять же стоял простой зрительный образ: Оно позволяет сортировать зерна разных весов. Точно также и в космическом вихре атомы разных сортов собираются по отдельности, образуя различные тела. Таких вихрей всегда много. В любой момент они образуются и разрушаются, и вместе с ними образуются и разрушаются миры. В каком-то смысле Эпикур до н. Своим знакомством с учением Демокрита он обязан ученичеству у Навсифана, ученика Демокрита. У Эпикура демокритов атомизм был несколько модифицирован. Во-первых, пространство у него анизотропно: Вследствие этого у атомов имеется естественное движение - сверху вниз. Это значит, что атомы по природе тяжелы, так же как они тяжелы у Демокрита. Таким образом, у Эпикура, в отличие от исходного атомизма, тяжесть в большей степени чем форма оказывается основополагающим свойством атомов. Пифагор и Платон — провозвестники математического естествознания. Наиболее последовательно идеал математического познания природы выразил в XVII веке Галилео Галилей: И хотя обращаться с числами и геометрическими величинами люди научились намного раньше, именно в Древней Греции возникла мысль о том, что математика сама по себе способна дать большее знание о природе, чем простые наблюдения. Необыкновенная эффективность математики в физике стала очевидной лишь в XX веке, когда познание приблизилось к пределу наблюдаемости и даже перешло его. В этом положении математическая обоснованность порой может сказать о природе больше, чем эксперимент. В Древней Греции задачу познания определяли через поиск математических закономерностей Пифагор и Платон: Легенда, повторенная во множестве позднеантичных и средневековых источников, гласит, что Пифагор пришел к открытию числовых закономерностей природы случайно, наблюдая за работой кузнецов. Он заметил, что иногда при ударах молотов о наковальни возникают музыкальные созвучия. Взвесив наковальни, он обнаружил в их весе отношения чисел тетрады. Тогда он начал экспериментировать с монохордом - музыкальным инструментом, имеющим всего одну струну. И там тоже обнаружил те же пропорции. Правило стало толковаться в самом общем смысле, а поиск закономерностей в природном явлении - сводиться к обнаружению тех чисел тетрады, которые позади этого явления стояли. Несмотря на весь метафизический и даже мистический характер такого обобщения, чрезвычайно плодотворной и важной для всего последующего прогресса науки оказалась выработанная в нем абстрактная идея числа. Тривиальная, как сегодня может показаться, мысль, что мы можем оперировать в своих задачах не с пятью, например, или тремя определенными предметами, а просто с пятью и тремя, как самостоятельными сущностями, означала колоссальный скачок в развитии научного знания. Возможно, конечно, что пифагорейцы были не первыми, или хотя бы не единственными, кто начал использовать числа отдельно от исчисляемых величин, но они первыми это стали делать систематически. Точно также и некоторые частные случае теоремы Пифагора были известны и раньше, например древним египтянам, но Пифагор был первым, кто понял, что эта теорема справедлива всегда, и по достоинству оценил общность этого утверждения,. Возможно, что, обнаружив несоизмеримость диагонали квадрата и его стороны, Пифагор усомнился в сакральности чисел, ибо числами для него были только натуральные числа. Выяснялось, что нет такого даже очень маленького отрезка, который уложился бы целое число раз и в стороне квадрата и в его диагонали. Но доказательство этого факта было не менее фундаментально, чем доказательство теоремы Пифагора: Наконец, не исключено, что именно этот шок, пережитый греческим естествознанием, положил начало развитию доказательной науки. Трудно найти какого-нибудь другого мыслителя в истории человечества, который оказал бы столь колоссальное влияние на весь ее ход, как Платон. Вероятно, он был вторым философом Древней Греции, учение которого охватывала бы все стороны жизни: В XX веке в Платоне начали усматривать основателя таких несхожих между собой доктрин, как объективный идеализм и тоталитаризм. Трудно найти такой по настоящему важный вопрос, при всестороннем и глубоком рассмотрении которого не пришлось бы совершить хотя бы небольшой экскурс в философию Платона. Платон пошел дальше по пути предложенном Пифагором, утверждая различие чувственного материального мира и мира идей. Лишь через причастность идеям материальные тела обладают какими-то свойствами, и именно со свойствами идей имеет дело математика. Как и в физике Демокрита, материя у Платона состоит из мельчайших частиц. Однако отличие этих частиц от атомов Демокрита очень существенно. Во-первых, их всего пять видов, по количеству правильных многогранников. Такое их количество получается следующим образом. Космос должен быть видимым и осязаемым. Значит, в нем есть огонь и есть земля. Если бы он был плоским, то доставало бы лишь трех простых тел: Однако космос имеет три измерения, поэтому в равенстве должен быть еще один компонент: Таким образом, огонь и земля объединятся двумя посредниками: Тетраэдры, образованные четырьмя правильными треугольниками, - представляют собой атомы огня. Октаэдр, построенный из восьми правильных треугольников, - это атом воды, а икосаэдр, построенный из двадцати правильных треугольников, - это атом воздуха. К этим четырем материальным элементам, добавляются также атомы эфира, составленные из правильных пятиугольников. Они представляют собой додекаэдры и поэтому не могут превращаться ни в какие другие элементы. Земля также не может превращаться в другие элементы, на что способны лишь те из них, атомы которых имеют треугольные грани. Тут, казалось бы, логика простая: Платон, однако, рассуждает по-другому. Но квадрат разрезается на четыре равнобедренных прямоугольных треугольника, соотношением сторон , а правильный треугольник разрезается на шесть прямоугольных треугольников с отношением сторон. Поэтому две частицы огня могут превратиться в одну частицу воздуха, а две частицы воздуха и одна частица огня - в частицу воды. Вода может образовываться и прямо из воздуха, когда его частицы, претерпевая насилие, дробятся, и тогда на каждую частицу воды понадобиться две с половиной частицы воздуха. Из-за того, что у частиц огня острые грани, они легче других разрезают грани других элементов на части. Они могут разрезать и частицы земли, только получившиеся осколки не будут ни во что превращаться, а так и будут носиться вперемешку с частицами огня до тех пор, пока, при более благоприятных обстоятельствах, не смогут снова объединиться в частицы земли. Различие таких корпускулярных представлений и атомизма Демокрита очевидно. Атомы Демокрита неделимы, а частицы Платона могут делиться сколько угодно раз. Атомов Демокрита неисчислимо много, а частицы Платона существуют всего в пяти родах. Атомы Демокрита не могут превращаться друг в друга, частицы Платона свободно переходят из одной формы в другую в зависимости от обстоятельств, в которых они оказались. При этом совершенно очевидно, что в этой своеобразной теории, например, не сохраняется объем: Смысл платоновских треугольников также неясен. Не сохранение объема, безусловно известное Платону, не позволяет их трактовать, просто как поверхность частиц. Они несут гораздо большую смысловую нагрузку в теории, чем частицы сами по себе. Весьма натянутой выглядит попытка рассматривать их как тонкие материальные пластинки, их которых конструируются полые внутри частицы. Марсилио Фичино, один из главных комментаторов. Вероятнее всего, Платон в своей корпускулярной теории вещества хотел дать наглядную модель его переходов из одной формы в другую, не подразумевая его истинную зернистость, как у Демокрита. И все же в истории физики величие Платона несколько затмевается грандиозностью его не менее талантливого ученика - Аристотеля. Различие этих двух мыслителей очень знаменательно - если у Платона всякая вещь понимается через ее причастность идее, то Аристотель ее пытается понять из самой себя. Платон, продолжая пифагорейскую философскую традицию, считал, что идеи, числа, идеальные схемы существуют до материального мира, оказывающегося лишь бледной их копией. Именно эта мысль оказалась очень близка современной физике. Проблема движения оказалась в конечном итоге одним из главных затруднений античной философии и как следствие главным объектом античной физики. Различные рассуждения о том, как оно возможно или невозможно, было суммировано и переосмыслено Аристотелем. Выработанные им принципы легли в основу всей физики, включая механику, и оставались неизменными на протяжении почти двух тысячелетий, до самого XVII века, хотя кое-что новое было добавлено александрийскими механиками. До Аристотеля уже сложились некоторые варианты теории движения. Во-первых, Парменид сделал вывод об иллюзорности всякого изменения. Иначе говоря, движение возникает лишь как следствие восприятия мира с неизбежностью порождающим ошибки сознанием. Пользуясь довольно чуждой для Парменида лексикой, можно сказать, что истинное бытие неизменно и чуждо движению. Однако оно закрыто для сознания. Сознанию открыто только неистинное бытие, в котором движение возможно, хотя и иллюзорно. Основываясь на этом выводе Парменида, другие элеаты, в частности Зенон Элейский нашли противоречия, присущие самому понятию движения. Зенон сформулировал несколько хорошо известных парадоксов, показывающих несовместимость представления о движении с дискретной картиной времени. Каждых из них вполне может отличаться от предыдущего, но он не будет содержать движения, - только его результат. Альтернативный вариант был несколько ранее предложен Гераклитом: Объединение противоположных качеств единой сущностью и есть движение. Такое определение кажется темным и парадоксальным даже в наше время. Вряд ли оно казалось более ясным его современникам. Неслучайно Сократ у Платона сравнивает чтение сочинений Гераклита с нырянием за жемчугом. Наконец, третий, атомистический ответ заключался в том, что движущееся и неизменное строго разделялись: Таким образом для атомистов как в определенной степени и для Гераклита движение было возможно в той мере, в какой возможна пустота. Аристотель изначально встает на реалистическую позицию: Пустота нереальна и не наблюдаема, и более того - именно в пустоте движение и не было бы возможным. Аристотель поддерживает платоновский тезис о взаимосвязи движения и времени: Но время существует, и вместе с ним существует движение, которым время измеряется. Все учение Аристотеля о движении оказывается тесно связанным с его космологией. Космос у него вечен, ограничен в пространстве и сферичен. За пределами ограничивающей его сферы ничего нет там, по словам Аристотеля, нет ни пустоты, ни даже просто места. В этих пределах мер поделен на две сферы, надлунную и подлунную, каждой из которых соответствует свой тип наполняющей ее материи и свой тип движения. В надлунной области происходят равномерные круговые движения вокруг центра, то есть Земли. Все небесные тела имеют идеальную сферическую форму, они небыли созданы и будут существовать вечно в неизменном виде. Тела в подлунной области состоят из четырех элементов - земли, воды, воздуха и огня, - которые могут соединяться и разъединяться друг с другом. И то и другое достаточно условно, поскольку возникают и уничтожаются сами тела, а не те элементы, из которых они состоят. Различные типы соединения, превращения и перемещения элементов соответствуют и различным типам движения, под которыми Аристотель понимает все возможные изменения материальных тел. При этом он подчеркивает, что движение невозможно без движущегося, а поэтому природа движения зависит от природы движущегося и определяется ею. Классификация движения по Аристотелю такова: Первое и второе - это возникновение и уничтожение, движением в собственном смысле слова можно называть только последнее, которое в свою очередь делится на движение в отношении качества - качественное изменение, движение в отношении количества - рост и убыль, и движение в отношении места - перемещение. В силу того, что наиболее существенная часть движений определяется как изменение места, категория места рис играет в теории движения очень важную роль. В физике нового времени аналогичную роль стало играть понятие пространства. Как уже говорилось, место не существует за пределами космоса, но и в пределах космоса место в подлунной и надлунной сферах существенно различается. В то время как в надлунной сфере перемещение осуществляется согласно вечному и неизменному закону, в подлунной сфере перемещение может быть случайным и изменчивым, оно может быть результатом волевого акта. В надлунной сфере источником движения служит перводвигатель - сфера на границе космоса. Хотя сам перводвигатель неподвижен, он передает вращение непосредственно сфере неподвижных звезд. Так она называется, потому что звезды не меняют своего взаимного расположения. При этом вся сфера как целое вращается с наибольшей скоростью. Несколько медленнее вращаются сферы Сатурна и Юпитера, еще медленнее - Солнца и Венеры. Медленнее всех вращается сфера Луны. Астрономам времен Аристотеля было известно, что планеты Солнечной системы движутся по небу с непостоянной скоростью и иногда даже меняют направление движения по отношению к неподвижным звездам. Такое сложное движение следовало представлять комбинацией нескольких одновременных вращений с постоянной скоростью вокруг центра мира Земли. Подлунный мир также был неоднороден. Места в аристотелевском смысле в нем делились на четыре категории - по количеству элементов: Эти сферы назывались естественными местами соответствующих элементов. Каждый элемент в своей сфере пребывал в состоянии естественного покоя. Вне ее он находился в состоянии естественного движения в направлении своего естественного места. Кроме того, всякое тело подлунного мира могло пребывать в состоянии насильственного движения, если на него действовала какая-то внешняя сила. Под действием этой силы тело может даже покинуть свое естественное место и двигаться против природы, как это происходит, например, с камнем, брошенным в воздух. Поскольку в мире не может быть пустот, всякому телу, движимому внешней силой, приходится вторгаться в то место, где уже находится какое-то другое тело, оказывающее первому сопротивление. Поэтому скорость, с которой движется это тело, определяется двумя факторами: Чем больше сила и чем меньше сопротивление, тем больше скорость движения. Сам Аристотель не конкретизировал этот закон, не давал ему количественной формулировки. Да и не мог бы этого сделать, так как у него не было количественной меры ни для скорости, ни для силы, ни для сопротивления. Тем не менее в поздние времена этот закон аристотелевской динамики интерпретировался как пропорциональность скорости отношению силы к сопротивлению среды. Особое место в системе классификации движений у Аристотеля занимают живые существа. По его определению живое - то, что само себя движет. В нем движимое и движитель совпадают. Поэтому следовало бы и космос считать живым телом, так как он пребывает в состоянии постоянного движения, а по отношению к нему нет ничего внешнего. Значит, он движет себя сам, то есть является живым. И Аристотель в некоторых местах явно признает это. Однако в других местах он опровергает этот взгляд на том основании, что небо вечно и пребывает в вечном движении. Для того чтобы его поддерживать, душе мира, если бы она существовала, следовало не только быть вечной самой, но и пребывать в постоянном напряжении, не зная досуга. Неоднозначность позиции Аристотеля в этом вопросе на протяжении тысячелетий служила источником нескончаемых дискуссий среди комментаторов. От движителя к движимому движение должно было чем-то передаваться. Аристотель отрицал какую бы то ни было форму дальнодействия. В надлунной сфере движение от перводвигателя передавалось через эфир, или сгущенный в виде твердых небесных сфер и светящихся гладких светил, или разреженный между ними. В подлунной сфере тело движется к своему естественному месту в силу природной склонности находится именно там. К тому же оно могло покинуть свое естественное место только в результате насильственного движения, с неизбежностью приводящего в возмущенное состояние также и среду, в которой это движение совершалось. Поэтому возвращение тела должно также сопровождаться с циклическим возвращением в невозмущенное состояние и среды, подталкивающей тело в его естественном движении. Подобные циклические перемещения играют очень важную роль в натурфилософии Аристотеля. Они возникают именно потому, что в мире нет никаких пустот, но есть сгущение и разрежение. Камень, представляющий элемент земли, свободно проникает в менее плотную среду, в воду или в воздух, заставляя ее уплотняться. Уплотнение распространяется в среде по круговому пути, возвращаясь к камню и подталкивая его. Этот механизм применим в равной степени и для объяснения естественного движения камня к земле, и для объяснения насильственного движения в воздухе. Но в последнем случае он особенно важен. В самом деле, как объяснить, что брошенный камень продолжает движение после того, как прекращается действие силы, например руки или катапульты? Уплотнения воздуха, образовавшиеся перед движущимся камнем, возвращаются к нему сзади и толкают его вперед, поддерживая противоестественное движение. Критика этой теории началась довольно скоро, уже в Византии Иоан Филопон выдвинул целую серию аргументов против нее. Множество предложений по ее модификации делалось в поздние средние века. После распада империи Александра Македонского на ее территории образовалось большое количество мелких, непрерывно враждующих друг с. Среди них Египту повезло, пожалуй, больше прочих. Воцарившаяся здесь династия Птолемеев правила в течение нескольких веков в условиях относительно спокойного мирного развития. Соединение на небольшом пространстве представителей трех разных культур - древнеегипетской, древнегреческой и древнееврейской, - поставило их перед различными представлениями о природе и послужило поводом для рациональной критики взглядов друг друга, что и дало новый толчок развитию доказательной науки. Высшим достижением этого периода стало математическое доказательство, то самое проявление рациональной критики, которое, как мы увидим, легло в основу научного метода в конце эпохи Возрождения, когда в ходе научной революции XVTI века рождалась наука в современном значении этого слова, со свойственными ей профессионализацией и научными институтами. Для того чтобы физика приняла современный вид и смогла решать те задачи, которые мы бы определили как физические, ей надо было объединиться с математикой, точнее овладеть ее методами, стать математической наукой. Для этого сначала математика и сама должна была достичь определенного теоретического уровня. Исторически сложилась так, что геометрия достигла его раньше прочих разделов математики. И по самой своей природе могла быть применима прежде всего к задачам механики и оптики. Первый расцвет теоретической геометрии связан с именем Евклида III в. О его биографии неизвестно почти ничего, кроме того, что он основал в Александрии школу и преподавал в ней во времена Птолемея I Сотера. Первая из них начинается с определений, постулатов и аксиом. Затем следуют теоремы, устанавливающие свойства треугольников, трапеций, параллелограммов. Завершается книга доказательством теоремы Пифагора. Во второй книге излагаются основы геометрической алгебры. Например, произведение двух чисел трактуется в ней как прямоугольник, построенный на двух сторонах, длины которых равны исходным числам. К геометрическим построениям сводятся некоторые задачи, требующие решения квадратных уравнений. Третья книга посвящена свойствам крута, его касательных и хорд. В четвертой книге формулируются и доказываются свойства правильных многоугольников. Здесь же Евклид дает построение правильного угольника, по-видимому не известное до него. Пятая и шестая книги содержат теорию отношений Евдокса, в равной мере справедливую и для рациональных, и для иррациональных величин. При этом Евклид пользуется геометрической терминологией, позволяющей рассматривать несоизмеримые отрезки. В седьмой, восьмой и девятой книгах он переходит к арифметике, излагая в основном результаты, полученные пифагорейцами. В десятой книге содержится классификация квадратичных иррациональностей. Заключительные три книги посвящены стереометрии. В одиннадцатой содержатся теоремы о прямых и плоскостях в пространстве, рассматриваются трехмерные задачи на построение. В двенадцатой излагается метод исчерпывания Евдокса, с помощью которой вычисляется площадь круга и объем шара, а также выводятся отношения объемов пирамид и конусов к объемам соответствующих призм и цилиндров. В тринадцатой книге рассматриваются основные свойства правильных многогранников. Впоследствии к этим тринадцати книгам были добавлены еще две, не принадлежащие Евклиду. Кроме того, ему принадлежит, или, по крайней мере, приписывается, первая попытка перенесения математической строгости с абстрактных мыслимых предметов, каковыми являются геометрические тела и фигуры, на реальные природные явления - механические и оптические. Строго говоря, реальность объектов, которые рассматривались в этих трактатах, лишь относительна, так как их рассмотрение было очень абстрактно. До нашего времени дошло лишь три отрывка по механике, написанных Евклидом и, вероятно, входивших в один и тот же трактат. Первый из них имеет даже собственное заглавие: Второй отрывок, посвящен весам; он дошел до нас в арабском переводе и очевидно искаженном виде. Третий отрывок объединяет несколько теорем о движении и еще сильнее искажен переводчиками и переписчиками, так что по нему судить об исходных идеях Евклида очень трудно. Авторство этого трактата установить очень сложно, но большинство современных историков сходятся в том, что он принадлежит перу неизвестного александрийского перипатетика возможно Страбона. В средние века текст его считался утраченным, и о его содержании судили по сочинениям тех, кому удалось с ним познакомиться, не в последнюю очередь по сочинениям Евклида. Текст трактата был обнаружен в конце XV века, что очень стимулировало развитие механики в XVI веке. Евклид выводит сначала соотношение, связывающее силу, вес и расстояние, проходимое данным весом в данной среде, а затем пытается вывести из него закон рычага для частного случая, когда отношения весов на его концах равно трем. Продолжим его вправо до точки E , такой что СЕ - ВС. Тогда равные грузы, укрепленные в точках А, С и Е не нарушат равновесия. В одном из предварительных утверждений доказывалось, что такое перемещение не нарушит равновесия. Добавим еще один груз такого же веса в точку С. Равновесие от этого снова не нарушиться. И еще раз передвинем его из точки С в точку А, одновременно передвинув груз из точки Z в точку А. Утверждение теоремы доказано см. Еще большего успеха в приложении геометрических построений к задачам механики добился Архимед ок. Хотя большую часть жизни Архимед провел в Сиракузах, при дворе тирана Гиерона, в Александрии он долго жил и, видимо, получал образование. Следует отметить, что он был там примерно в то же время, к которому относится пик преподавательской активности Евклида; это, возможно, определило и его интересы, и методы исследования и изложения результатов. Так же как и Евклид, Архимед много занимался математикой. Но кроме того, он был видным изобретателем и инженером. В механических трактатах Архимеда заложены теоретические основы статики: Так же как и у Евклида, доказательство Архимеда строится на соображениях симметрии. После того, как он разделен на две части, первая - длиной 2 m , а вторая - длиной 2 n , каждый из них тоже будет находится в равновесии, будучи закреплен в своем геометрическом центре. Центр стержня длиной 2 m окажется на расстоянии n от общего центра всего стрежня, соответственно центр стержня длиной 2п окажется на расстоянии т от общего центра см. Каждая из двух частей может быть заменена грузом произвольной формы. Несмотря на хорошо известную заинтересованность Архимеда в технических приложениях и редкой изобретательности, эти его качества никоим образом не отражены в этих трактатах, подчеркнуто оторванных от практики и ее реальных требований. Но здесь мы встречаемся с гораздо более физическим способом рассуждений, чем в трактатах по механике, да и сам известный закон Архимеда гораздо ближе к физике, чем сугубо геометрический закон рычага. Согласно легенде, Архимед открыл свой закон, размышляя о том, как определить содержание золота в короне Гиерона. Однажды он принимал ванну, а мысли его были заняты этой задачей. Он заметил, что при погружении тела в воду, уровень воды в ванне меняется, а тело становится легче. Он понял, что тело становится легче на величину веса воды, занимающей тот же объем, что и тело. Таким образом он смог вычислить плотность металла, из которого была сделана корона, и показать, что этот металл - не золото. Эта легенда показывает, что, в отличие от закона рычага, в основе закона Архимеда лежит опытный факт и что к закону Архимеда невозможно было прийти, исходя из чисто геометрических умозрительных заключений. Поэтому наблюдения Архимеда за своим телом, погруженным в ванну, иногда. Конечно, подобные утверждения нельзя понимать буквально, но революционный характер сочинений Архимеда они передают верно. Механические сочинения Архимеда оставались мало известными на протяжении всех средних веков и раннего Возрождения. Среди механиков следующего поколения наибольшее значение имеют Ктезибий, Филон Византийский, Герон и Папп, самый заметный из которых Герон Александрийский I в. Он так же, как и Ктезибий посвящает себя описанию инженерных сооружений и механическим забавам, Самые знаменитые из которых - это двери храма, сами открывающиеся при зажигании жертвенника, и так называемый эолипил, или колесо Герона - своего рода паровая турбина. Однако иногда он переходит и к теоретическим вопросам. Если бы пустота была невозможна, как думают некоторые философы, то, утверждает он, было невозможно и сжимать воздух. Поэтому следует допустить, что пустота может дробиться и распределяться по объему в воздухе, огне и прочих телах. Отныне изложение теории этих пяти механизмов становится обязательным для любого теоретического механического сочинения вплоть до Галилея. Герону не удалось вывести правильную формулу, она появится только в средние века. С распадом греческого государства в Египте, с последовавшей здесь цепью войн и завоеваний античная наука пришла в упадок. Большая часть рукописей, как созданных здесь, так и собранных коллекционерами, была уничтожена, равно как и большая часть механизмов, созданных античными инженерами. Тем не менее представители различных волн завоевателей - римляне, византийцы, арабы, - позаимствовали у завоеванного народа по небольшой части его культуры каждый. Так, через их посредничество, небольшими порциями античное знание возвращалось в Европу на протяжении полутора тысячелетий, подготовляя научную революцию Х VII века. Проблема времени, в значительной мере не решенная и поныне, представляла серьезную проблему и для ученых античности. Разумеется, те из них, для которых всякое изменение - лишь иллюзия, время также считали иллюзией человеческого сознания. Платон, приписывавший космосу сменяющие друг друга гибель и возрождения, считал время существующим только тогда, когда космос жив и в нем есть изменения. Аристотель во многом разделял его взгляды. Прежде всего, говорил он, может показаться, что времени не существует, потому что оно состоит из того, что уже прошло, и значит уже не существует, и того, что еще не наступило, и значит пока не существует. Тем не менее время реально поскольку реально изменение. А раз время есть свойство движения, то и измерять его следует движениями, как мы и делаем, используя в качестве меры времени какие-то циклически повторяющиеся движения в природе, например годичный оборот Солнца по небосклону. В Александрии к вопросу об измерении времени отнеслись не столь теоретически. Для александрийских ученых это был вопрос, скорее, технический, чем принципиальный. Но главной отличительной особенностью этого периода служат разнообразные конструкции механических часов. Вероятно, одну из первых попыток использовать для измерения времени текущую воду предпринял Ктезибий. Затем Герои попытался усовершенствовать его механизм, компенсируя неравномерность скорости вытекающей воды. До нас дошли сведения о том, что александрийский медик Герофил использовал водяные часы клепсидру для измерения пульса у больных. В средневековой Европе эта идея претерпела инверсию и уже пульс использовался для измерения времени. И ворочусь я прежде, чем твой пульс. Она объединяла то, что мы сегодня назвали бы геометрической, физической и физиологической оптикой. При этом одним из главных оставался вопрос: Формирование античной оптики было тесным образом связано с необходимостью вводить зрительные поправки при наблюдениях за небом и при построении перспективных изображений в живописи. Трактат Архимеда по оптике полностью утерян; до наших дней дошла лишь известная легенда об осаде Сиракуз римским флотом, который якобы был уничтожен при помощи большого количества зеркал. По этой легенде, женщины города, собравшись на берегу, направляли солнечные лучи на ближайший корабль, отчего тот загорался. Хотя теоретически подобное возможно, нет никаких надежных свидетельств, подтверждающих достоверность этой легенды. Он доказывает закон равенства углов падения и отражения, по-видимому, известный грекам задолго до него. Однако текст этого сочинения настолько искажен более поздними вставками и исправлениями, что судить по нему о взглядах самого Евклида практически невозможно. В частности, Герон объясняет прямолинейность лучей света бесконечной скоростью их распространения, а закон равенства углов падения и отражения тем, что путь, проходимый светом, должен быть наикратчайшим. Много внимания он уделяет и кривым зеркалам и тому, как их можно использовать при постановке театральных представлений. Характерно, что Птолемей смог даже дать довольно точную для своего времени таблицу этой зависимости, хотя, судя по всему, он не пытался найти для нее аналитической формы. Здесь же Птолемей описывает и явление полного внутреннего отражения. Значение Птолемея в истории науки определяется прежде всего созданием геоцентрической системы мира, носящей его имя и просуществовавшей практически без изменений до самой научной революции XVII века Конечно, за исключением нескольких последователей пифагорейской школы, вы ступивших с гениальной догадкой о возможности движения Земли вокруг Солнца, неподвижность Земли никем всерьез не оспаривалась Авторитет Аристотеля, закрепивший центральное ее положение всей массой своей тщательно продуманной и полной разнообразных деталей философской системы, надолго вывел этот вопрос из сферы каких либо обсуждений. Тем не менее идея Аристотеля, что всякие движения в надлунной области должны непременно совершаться по идеальным круговым орбитам с постоянной скоростью и иметь своим центром Землю, приводила к слишком большим техническим сложностям Движение светил по небосводу слишком очевидно неравномерно, и чтобы привести их в соответствие с явлениями, приходилось представлять его комбинацией нескольких одновременных вращение вокруг различных осей и с различными скоростями Так, для адекватного представления всей Солнечной системы, ее приходилось представлять состоящей из 55 гомоцентрических сфер. Эта вторая окружность называется деферентом. При этом равномерность движения центра эксцентра по деференту вовсе не обязательно понималась как равномерность качения по окружности относительно ее центра - угловая скорость должна быть постоянна относительно некоторой точки внутри круга, ограниченного этой окружностью, называемой эквантом. Эти две модификации значительно упростили все систему и сделали возможным использовать ее не только для объяснения наблюдаемых движений, но и для предсказания положения светил в будущем Птолемей смог довольно точно сформулировать правила расчета положения планет и составил таблицы, которыми долго пользовались в средневековой Европе и на арабском Востоке. Например, подбирая отношения периодов движения по эпициклу и по деференту, можно учитывать особенности движения светил по небу. Так, для Солнца это отношение должно быть равно двум, тогда два этих круговых движения не изменят круговой формы солнечной орбиты, но ее центр будет смещен по отношению к Земле. Это объясняло неравномерность видимого движения Солнца по небу и известное Птолемею неравенство времен года. При этом Птолемей довольно много заимствовал результаты, полученные до него другими астрономами, даже их не проверяя В частности, он считал, что долгота апогея Солнца всегда остается одной и той же На самом же деле она изменяется примерно на полтора градуса в столетие Это заметили только в X веке арабские астрономы, хоят у Птолемея были все шансы заметить это до них Но он, вероятно, верил в свою сие тему больше, чем своим наблюдениям. История принципов физического эксперимента от античности до XVIII в М На ука, АН СССР, С Развитие естествознания в эпоху античности М Наука, История естествознания в эпоху эллинизма и римской империи М Наука, Полыновой, С И Церетели и др. Петрова М ИФРАН, Фрагменты ранних греческих философов Ч. Рожанского М Наука, Создание общей теории относительности ОТО явилось важной составляющей квантово-релятивистской революции. Она стала современной релятивистской полевой теорией гравитации, не претерпевшей серьезных изменений до настоящего времени. До середины х гг. ОТО была слабо связана с магистральной линией развития физики и имела незначительный выход на эксперимент. К тому же было принято считать, что это теория и математически весьма сложна, и требует немалых усилий для ее физического осмысления. Иногда утверждалось даже, что ОТО далека от своего завершения и что существует ряд других, не эйнштейновских, вариантов теории тяготения. Поэтому она редко включалась в курсы истории физики так, Я. Кудрявцева, в котором история создания ОТО рассматривается относительно подробно [2, с. В настоящее время преобладает иная оценка ОТО. Во-первых, с середины х гг. Актуальными стали проблемы космологии, черных дыр, гравитационных волн. ОТО, по существу, оказалась на главной линии развития физики. Во-вторых, начиная с х гг. В одной из таких книг говорится: Настоящая глава посвящена, в основном, истории создания ОТО в течение десятилетия, последовавшего за разработкой СТО. В дальнейшем мы опираемся на более развернутое наложение истории создания ОТО, предпринятое автором настоящей главы [7, 8]. Конечно, этому предшествует небольшая предыстория, относящаяся к классической ньютоновской теории и ее трудностям на рубеже XIX и XX вв. Очень бегло буквально на нескольких страницах рассматривается история дальнейшего развития ОТО вплоть до первых проектов единых геометрических теорий поля и нестационарной космологии А. Еще более кратко говорится о событиях в гравитационной физике в последующие почти сорок лет. Развитию релятивистской астрофизики и космологии во второй половине XX в. Ньютоновская теория тяготения на рубеже XIX и XX вв. Ньютоновская, или классическая, теория тяготения основана на законе всемирного тяготения Ньютона. В сочетании с классической механикой этот закон образует фундамент небесной механики, блестяще объяснившей движение небесных тел в Солнечной системе. На рубеже XVTII и XIX вв. К середине XIX в. Спустя некоторое время Леверрье обнаружил аномальное вековое смещение перигелия орбиты Меркурия, которое не объяснялось классической теорией. Были и некоторые другие небольшие расхождения наблюдаемого движения небесных тел с вычислениями, которые к началу XX в. Аномальное же смещение перигелия орбиты Меркурия - 41" в столетие оставалось необъясненным. Многочисленные попытки устранить эту аномалию, предпринятые в последней трети XIX в. В основном, эти попытки сводились к введению скрытых масс - источников аномального движения наличие небольшой планеты или кольца астероидов между Меркурием и Солнцем, спутника Меркурия или кольца астероидов между Меркурием и Венерой и др. Выдвигались также гипотезы о возмущающем действии зодиакального света и возможной несферичности Солнца. Все-таки, по сравнению с другими физическими теориями, небесная механика имела наиболее надежное наблюдательно-эмпирическое подтверждение. Более серьезными могли считаться некоторые логико-теоретические трудности классической теории тяготения, которые стали особенно заметными на фоне достижения теоретической физики во 2-ой половине XIX в. Главные из этих трудностей отмечались впоследствии и Эйнштейном [7]. Двумя очевидными недостатками были: Многочисленные эфирно-механистические гипотезы о природе тяготения и столь же многочисленные попытки связать гравитацию с электромагнитными, оптическими и прочими явлениями и теориями успеха не имели. Но это были трудности достаточно общего характера и с ними, как будто, еще можно было примириться, по крайней мере, временно. Более серьезными выглядели три других трудности: Наиболее серьезными на фоне триумфа фарадеево-максвелловской концепции близкодействия выглядело мгновенное дальнодействие в ньютоновской теории, но попытки учета скорости распространения гравитации или построения квази-электромагнитной теории тяготения оказались неудачны ми. Абсолютный характер пространства и времени, присущий классической механике, был подвергнут убедительной критике особенно Махом , ставшей одним из истоков эйнштейновского релятивизма. Равенство инертной и гравитационной масс, использованное в приведенных выше уравнениях и лежащее в основе небесной механики, было многократно подтверждено экспериментально, но выглядело необъяснимым. Эфирно-механистические или электромагнитные теории гравитации, которые претендовали на такое объяснение, например электромагнитная теория гравитации Лоренца, оказывались безуспешными. Коснемся еще двух недостатков, которые также обсуждались в это время. Первый был связан с недостаточно обоснованным выбором евклидовой геометрии пространства хотя К. Второй касался выражения гравитационного парадокса: Перечисленные трудности были достаточно серьезными, поскольку для их преодоления нередко предлагалось модифицировать либо сам закон всемирного тяготения, либо даже представления о геометрии пространства. Но действительно глубоким и реальным поводом для пересмотра гравитационной проблемы стало создание специальной теории относительности СТО Коллективными усилиями, в которых ведущую роль играли Эйнштейн, М. Фактически, СТО представляла собой сильную и универсальную программу, которая быстро прогрессировала. Естественно, встал вопрос и о создании релятивистской теории тяготения. Четырехмерное обобщение закона всемирного тяготения раньше других дал Пуанкаре , более наглядно и обстоятельно различные варианты этого обобщения были рассмотрены Минковским, Зоммерфельдом, Х. Сам Эйнштейн столкнулся с проблемой гравитации в г. Он считал, что следует искать релятивистское обобщение не элементарного закона для силы, а дифференциального уравнения Пуассона. При этом он натолкнулся на показавшийся ему в высшей степени примечательным факт равенства инертной и гравитационной масс, который в классической теории выглядел случайным и эмпирическим. Вначале Эйнштейн пытался построить релятивистское четырехмерное обобщение уравнения Пуассона, которое бы включало в себя это соотношение и, кстати говоря, объясняло бы аномальное смещение перигелия Меркурия. Но это ему не удалось, более того он пришел к выводу о несовместимости лоренц-ковариантного подхода с равенством масс. Соединив этот факт с релятивистской программой, Эйнштейн получил принцип эквивалентности, позволявший чисто кинематически интерпретировать однородные гравитационные поля. Фактически, это означало и расширение исходной релятивистской программы. На основе принципа эквивалентности Эйнштейн предсказал два новых оптико-гравитационных эффекта, которые поначалу казались лежащими за пределами возможностей экспериментального обнаружения: Этот принцип и полученные на его основе новые эффекты означали, что релятивистский анализ гравитационных полей даже простейших - однородных требует радикального расширения СТО и, тем самым, релятивистской программы: Это вело к принципиальным трудностям, возникшим на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля. Было ясно, что релятивистская программа должна быть расширена, что на смену группе Лоренца должна прийти более широкая группа преобразований по-видимому нелинейных , но характер этого расширения при наличии произвольных полей тяготения оставался неясным. Кроме того, переход к ускоренным системам отсчета лишал координаты непосредственного метрического смысла, что подрывало операционально-измерительную основу релятивистской программы. Возникал несколько туманный образ расширенной релятивистской программы, и было не ясно, как от простейшего случая однородных полей перейти к произвольным гравитационным полям. Столкнувшись с этими трудностями, Эйнштейн на время ушел в область квантовой теории При этом его не оставляла мысль найти также обобщение максвелловской теории, которое бы позволило получить и частицы, и квантовые аспекты излучения. В случае удачи могло оказаться, что обобщенные уравнения допускают более широкую, чем лоренцева, группу, а это могло подсказать необходимое расширение релятивистской программы и помочь с разрешением трудностей, возникших на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля. Эйнштейн, не достигнув успеха на этом пути, вернулся к гравитации. Он снова, но более четко и корректно, рассмотрел принцип эквивалентности, заново вывел на его основе два упомянутых эффекта, на этот раз отметив возможность их астрономического наблюдения. К тому же, он подчеркнул существенно локальную природу принципа. Идея зависимости скорости света от гравитационного потенциала была использована М. Абрагамом, который попытался соединить ее с четырехмерным обобщением уравнения Пуассона Эйнштейн же, понимая противоречивость такого соединения, занялся обобщением принципа эквивалентности только на статические неоднородные поля. Он отождествил гравитационный потенциал сначала со скоростью света с, а затем с корнем квадратным из нее и , где р - плотность массы, а k - гравитационная постоянная. Вслед за этим Абрагам попытался улучшить свою теорию, приняв за основу эйнштейновское отождествление потенциала. Но отказ от лоренц-ковариантносги при скалярном подходе не позволял естественным образом распространить принцип эквивалентности на неоднородные поля и расширить при этом релятивистскую программу. Нордстрем предложил вернуться к лоренц-ковариантности, оставляя потенциал скалярным и учитывая при этом равенство инертной и гравитационных масс, но не переводя его в форму принципа эквивалентности Но для Эйнштейна, уже опробовавшего этот подход в гг. Позже, когда Эйнштейн уже встал на путь тензорно-геометрической концепции гравитации, Нордстрем и Г. Ми продолжали разрабатывать скалярные спецрелятивистские теории тяготения Теория Нордстрема представлялась вполне жизнеспособной и логически непротиворечивой. Т - след тензора энергии-импульса , что означало отсутствие в этой теории отклонения света в гравитационном поле. Начавшаяся летом г. Фрейндлиху, переписывавшемуся с Эйнштейном, провести наблюдения солнечного затмения и решить вопрос об эффекте отклонения света. Результаты этих наблюдений могли сильно повлиять на дальнейшее развитие теории тяготения. Такие наблюдения были успешно проведены в г. Предпосылки тензорно-геометрической теории гравитации. Опыт построения скалярных теорий и их обсуждение особенно полемика Эйнштейна с Абрагамом не только способствовали осознанию и осмыслению трудностей, вставших на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля, но и создали важные предпосылки для построения тензорно-геометрической теории: Неудачи векторного и скалярного подходов подсказывали тензорный характер потенциала. Локальная справедливость СТО говорила об инфинитезимальном характере геометрии пространства-времени. К этому же вела идея использования неевклидовой геометрии в ускоренных системах отсчета, а значит, и при наличии гравитации. Расширение класса допустимых систем отсчета, подсказываемое принципом эквивалентности, в случае произвольных полей тяготения и в соответствии с маховской критикой пространственно-временных абсолютов, означало радикальное обобщение относительности, связанное с произвольными непрерывными преобразованиями координат. Идея нелинейности полевых уравнений. Соединение пунктов 2, 3, 4 наводило на мысль о том, что на смену координатам, утрачивающим непосредственный метрический смысл, должна была прийти метрика. При этом, вместо характерной для СТО метрики: Это сразу открывало путь для естественного обобщения спецрелятивистского закона движения тела. Это и составляло суть тензорно-геометрической концепции гравитации. Одновременно получала реализацию идея радикального обобщения относительности, общая относительность трактовалась как общая ковариантность, характерная для произвольно искривленной римановой геометрии. Перечисленные идеи, предпосылки тензорно-геометрической концепции тяготения, созревали у Эйнштейна во время его двухлетнего пребывания в Праге и затем в Цюрихе И крайне важными при формировании этих идей были достаточно интенсивные очные или заочные контакты со многими физиками и математиками. Так, это касается П. Фрейндлиха, с которым Эйнштейн обсуждал вопрос о наблюдательном подтверждении эффекта отклонения света в поле тяготения Солнца во время солнечного затмения, М Абрагама и Г. Нордстрема, с которыми Эйнштейн полемизировал по поводу скалярных теорий тяготения и др. Особого упоминания в этой связи заслуживают идеи Маха, относящиеся к критике пространственно-временных абсолютов и обусловленности инерции тел их взаимодействием со всеми остальными массами Вселенной. Об этом свидетельствуют не только непосредственные ссылки на Маха в работах Эйнштейна гг. Планку, М Лауэ, М. Борну, Эйнштейн в этот период берет на вооружение четырехмерную концепцию Г Минковского и под влиянием бесед с пражским математиком и учеником Маха Г. Пиком и с помощью своего друга студенческих времен М. Гроссмана уже в Цюрихе привлекает к делу риманову геометрию. Тензорно-геометрическая теория гравитации Эйнштейна-Гроссмана и отказ от общековариантных уравнений поля. В середине г. В первой части показано, как принцип эквивалентности, имеющий прочный экспериментальный фундамент опыты Этвеша , ведет к зависимости скорости света от гравитационного потенциала, и каким образом это при четырехмерном подходе приводит, по существу, к римановой метрике и закону движения для свободной точки в виде уравнения геодезической , где. Одновременно это означало и переход к обобщению относительности: Вот как об этом сказано самим Эйнштейном. Оставалось только найти уравнения, описывающие само гравитационное поле, своего рода гравитационный аналог уравнений Максвелла в электродинамике. Это уравнение казалось подходящим кандидатом на роль релятивистского обобщения уравнения Пуассона. Но авторы пришли к выводу, что эти общековариантные уравнения все-таки не сводятся к уравнению Пуассона в ньютоновском приближении, т. Кроме того, вскоре Эйнштейн нашел дополнительные аргументы против общековариантных уравнений поля. Второй - с законом сохранения энергии-импульса, который, по мнению Эйнштейна, должен был формулироваться в дивергентной форме, имевшей место лишь в случае ограниченной именно линейной ковариантности, характерной для СТО. В результате, Эйнштейн отказывается от требования общей ковариантности по отношению к уравнениям гравитационного поля и пытается найти уравнения поля либо линейно-ковариантные, либо ковариантные относительно более широкого класса преобразований, но все-таки необщековариантные. Таким образом, тензорно-геометрическая теория Эйнштейна-Гроссмана, ставшая ядром ОТО, в отличие от последней, как мы видим, обладала двойной ковариантностью. Общековариантная по сути, она опиралась на ограниченно-ковариантные уравнения гравитационного поля. Это делало ее логически непоследовательной, тем более, что линейная ковариантность гравитационных уравнений наводила на мысль о нарушении исходных принципов теории: Это продолжалось, фактически, до осени г. Важный вклад в решение проблемы на этой стадии был также внесен выдающимся немецким математиком Д. Прежде чем обратиться к несколько более подробному рассказу о драматичном соревновании Эйнштейна и Гильберта в ноябре г. По центру в этой схеме расположены блоки, соответствующие хронологически упорядоченной цепочке событий: Слева и справа расположены блоки, изображающие связки идей, которые влияли на этот процесс. Особняком выделены идеи Э. Маха, существенные для Эйнштейна на всех этапах формирования ОТО [12]. Важнейшими факторами также были релятивистская программа, связанная с СТО и при сочетании ее с принципом эквивалентности расширенная Эйнштейном,. Три верхних центральных блока представляют заключительный этап формирования ОТО, наиболее драматичный в рассматриваемой истории: Общековариантные уравнения гравитации и завершение основ ОТО [7, 8, 13]. Переход от теории Эйнштейна-Гроссмана и ее обобщений с необщековариантными уравнениями гравитационного поля к ОТО с правильными обще-ковариантными полевыми уравнениями свершился в течение ноября г. И сделано это было в четырех работах Эйнштейна, доложенных на заседаниях Прусской академии наук в Берлине 4,11,18 и 25 ноября г. Гильберта, сделанного на заседании Геттингенского научного общества 20 ноября г. В следующей работе Эйнштейн попытался достичь полной общей ковариантности, предположив, что материя имеет электромагнитную природу это означало обращение в 0 следа тензора энергии-импульса материи и то, что гравитация играет важную роль в структуре материи. Но за два дня до этого Эйнштейн докладывает свою третью работу, в которой он, на основе общековариантных уравнении гравитации для пустого пространства объясняет аномальное смещение перигелия орбиты Меркурия, а также вычисляет отклонение света в гравитационном поле Солнца. Соответствующие значения были таковы: Тем временем, а именно в своем докладе, сделанном 20 ноября в Геттингене, Гильберт представил свою аксиоматически разработанную единую теорию, которая базировалась на общековариантном вариационном принципе. Ми, в которой была сделана некорректная попытка свести заряженные частицы к электромагнитному полю. Вариационная процедура должна была привести Гильберта к общековариантным уравнениям гравитации в форме. Гильберт, однако, не сделал решающего шага, решив ограничить общую ковариантность условием, связанным с выполнением закона сохранения энергии-импульса. Позже, при подготовке своего доклада к публикации в марте г. В марте г. Именно в этой статье впервые были введены в обиход названия специальная и общая теории относительности. С установлением общековариантных уравнений гравитационного поля, получивших название уравнений Эйнштейна или Эйнштейна-Гильберта, основы ОТО были созданы. Эйнштейн дал полное, систематическое изложение теории [14]. В течение последующего десятилетия был получен ряд важных новых результатов, касающихся, прежде всего, точных решений уравнений Эйнштейна, предсказания гравитационных волн и применения ОТО к космологической проблеме. В это же время теория получила хорошее подтверждение посредством астрономических наблюдений. Начиная с г. Логическая структура теории, анализ ее оснований, вопросы ее физической интерпретации и ее математического формализма были систематически развиты в серии монографий и учебников по ОТО, написанных как самим Эйнштейном, так и другими авторами - Г. Выявились также некоторые проблемы и трудности теории, ставшие предметом обсуждения в этот период: Особенностью и трудностью ОТО была слабая экспериментально-эмпирическая база. Наблюдаемые эффекты относились к приближению слабого поля, были крайне малы и немногочисленны отклонение света в гравитационном поле Солнца; красное смещение спектральных линий, излучаемых атомами, находящимися в гравитационных полях; процессия перигелия планетных орбит а точность измерений не превышала несколько десятков процентов. Основные результаты развития ОТО в первое десятилетие, последовавшее после завершения ее основ представлены в нижеследующей краткой хронологии событий. Шварцшильд - точное решение вакуумных уравнений Эйнштейна для статического центрально-симметричного гравитационного поля материальной точки этот результат был также получен И. Дросте и аналогичное решение для поля несжимаемого жидкого шара. Эйнштейн - теоретическое предсказание гравитационных волн. Рейснер - точное решение центрально-симметричного поля заряженного шара. Введение космологического члена А. Дискуссия по проблеме энергии и сохранения энергии-импульса ОТО Э. Нетер и др Установление теорем Нетер о связи законов сохранения с принципами симметрии. Развитие Эйнштейном теории гравитационных волн, получение квадрупольной фор мулы для гравитационного излучения. Выход в свет одной из первых основополагающих монографий по ОТО: Первый проект единой теории гравитационного и электромагнитного полей, основанный на обобщении римановой геометрии до геометрии связности подобия тео рия Вейля. Подтверждение отклонения лучей света в гравитационном поле Солнца двумя английскими экспедициями под руководством А. Эддингтона на остров Принсипи и Э Кроммелина на север Бразилии во время солнечного затмения 29 мая г. Выход в свет блестящей книги В. Эйнштейн включается в разработку единых теорий поля. Проект единой теории гравитационного и электромагнитных полей, основанный на пятимерном обобщении ОТО Т. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна для изотропного однородного распределения вещества допускают нестационарное решение, соответствующее модели расширяющейся Вселенной. Эйнштейн, нашедший сначала результат Фридмана ошибочным, затем признал его правоту. Эйнштейну присуждается Нобелевская премия по физике за г. По существу, к началу х гг. Они касались понимания основ теории соотношение принципов общей относительности, эквивалентности, общей ковариантности, геометрической природы гравитации и т. Вероятно, все это в сочетании с трудностями восприятия теории не позволило Нобелевскому комитету присудить премию Эйнштейну за теорию относительности добавим, что даже специальная теория относительности не была общепризнанной и не считалась экспериментально подтвержденной в достаточной степени. К этому времени определились два главных направления применения и развития ОТО: Калуца, Эйнштейн, Эддингтон и др. Решающий прогресс в космологии был достигнут в конце х-начале х гг. Хаббл уверенно показал наличие красного смещения линий в спектрах далеких галактик и установил прямо пропорциональную зависимость скоростей галактик от расстояния закон Хаббла , что означало расширение Вселенной в соответствии с нестационарным решением Фридмана. Заметим, впрочем, что результат Фридмана в г. Робертсон полагали, что красное смещение подтверждает упомянутую выше модель де Ситтера. О Фридмане на время забыли, несмотря на то, что уже в г. Впоследствии приоритет российского ученого был полностью восстановлен и признан. Что же касается единых теорий поля, то надежды на построение такой теории, которые казались достаточно радужными в начале х гг. Проекты Вейля и Калуцы выглядели многообещающими и математически весьма глубокими, но физические трудности на пути их реализации отсутствие физических оснований для геометризации электромагнитного поля, неоднозначность выбора лагранжиана, отсутствие доступных измерению новых эффектов, отсутствие статических сферически- симметричных решений и т. В разработку этого направления включаются такие выдающиеся физики и математики, как Эддингтон, О. Инфельд, а также российские советские теоретики Фридман, В. Сам Эйнштейн с начала х гг. Это не означает, что все это направление оказалось совершенно бесплодным. Наиболее важный вклад в физику на этом пути связан с разработкой идей калибровочной симметрии и вообще концепции калибровочного поля Г. Весьма важными оказались в современных теоретических исследованиях, в частности в работах по полевому объединению фундаментальных физических взаимодействий, идеи многомерия в духе пятимерной концепции Калуцы-Клейна. После создания квантовой механики и особенно после интенсивного развития квантовой теории поля и физики элементарных частиц, начиная с г. В заключение - об отечественном вкладе в гравитационную физику и космологию [17, 22]. У истоков неевклидовой геометрии, играющей фундаментальную роль в ОТО и релятивистской космологии, стояли не только Гаусс и Риман, но и Н. С его именем связана мощная геометрическая традиция, укорененная в Казанском университете и оказавшаяся важной в восприятии и развитии ОТО в России и СССР. В русле этой традиции находятся работы А. Петрова по алгебраической классификации полей тяготения ее гг. Наиболее значительным российским достижением стала нестационарная космология Фридмана Первые обстоятельные обзоры, учебники и курсы лекций по ОТО появились в СССР в начале х гг. Фридману в соавторстве с Фре-дериксом и Я. К концу х гг. Иваненко по уравнению Дирака в римановом пространстве. В середине х гг. Бронштейн исследовал проблему квантования гравитационного поля, а в конце х гг. Фок параллельно с Эйнштейном, Л. Хоффманом решил принципиальную проблему ОТО, показав, что уравнения движения материи являются следствием уравнений гравитационного поля. Лифшица, а в г. В период стремительного развития релятивистской астрофизики и космологии, начавшийся в середине х гг. Развитию релятивистской астрофизики и космологии, особенно во 2-й половине XX в. Зельдовича, относящиеся к изучению гравитационного коллапса, черных дыр, крупномасштабной структуры Вселенной, космологии ранней Вселенной. Всемирная история физики с начала XIX в М Наука, , с. История физики Т 3 М Просвещение, , с. Общая теория относительности М Атомиздат, , 65 с. Приложение теории тяготения Эйнштейна к астрофизике и космологии М МИФИ, , 60 с. Релятивистская теория тяготения истоки и формирование г. М Hay ка, , с. Паули В Теория относительности Изд. М На ука, , с. Научная деятельность и жизнь А Эйнштейна М Наука, , с. Единые теории поля в первой трети XX в М Наука, , с. Альберт Эйнштейн и теория гравитации Сборник статей М Мир, , с. Пространство, время, материя Лекции по общей теории относительности М Янус, ,с. Шаров А С, Новиков И Д. Человек, открывший взрыв Вселенной жизнь и труд Эдвина Хаббла.
Сколько стоит установить железную входную дверь
Литература по истории физики
Как самому сделать свайный фундамент видео
История развития академической физики в России
Цветы вышитые бисером схемы
История возникновения физики
Методы контроля выполнения решений
История возникновения квантовой физики
Подробная географическая карта горьковской области
Из истории физики
Ветрянка у детей сколько дней длится больничный
Литература по истории физики
Find text перевод
Из истории физики
Как подключить принтер xerox к компьютеру
Литература по истории физики
Сколько стоит 1 киловатт
История возникновения физики
Инструкция canon pixma mp230