Dějiny starořecké fyziky

Ve starověku systematické studium základních přírodních zákonů nebylo velkým problémem. Koncern zůstal naživu. Věda, jak v té době existovala, spočívala především v zemědělství a nakonec v inženýrství ke zlepšení každodenního života rozvíjejících se společností. Plachta lodi například využívá vzdušný odpor, stejný princip, který udržuje letadlo ve vzduchu. Antici dokázali přijít na to, jak postavit a provozovat plachetnice bez přesných pravidel pro tento princip.

Antikové jsou známí možná nejlépe pro své astronomie, což nás dnes silně ovlivňuje. Pravidelně pozorovali nebe, která byla považována za božskou říši, se Zemí v jejím středu. Každému bylo jasné, že slunce, měsíc a hvězdy se pravidelně pohybovaly po nebi, a není jasné, zda nějaký zdokumentovaný myslitel starověkého světa uvažoval o zpochybnění této geocentriky hledisko. Bez ohledu na to lidé začali identifikovat souhvězdí na nebesích a používali tyto znaky zvěrokruhu k definování kalendářů a ročních období.

Matematika se vyvinula nejprve na Středním východě, i když přesné počátky se liší v závislosti na tom, s kým historikem člověk mluví. Je téměř jisté, že původ matematiky byl pro jednoduché vedení účetnictví v obchodě a ve vládě.

Egypt učinil hluboký pokrok ve vývoji základní geometrie, protože bylo třeba jasně definovat zemědělské území po každoročním zaplavení Nilu. Geometrie rychle našla uplatnění i v astronomii.

Jako Řecká civilizace povstal však konečně dostačující stabilita - navzdory skutečnosti, že stále existují časté války -, aby tam mohl vznikne intelektuální aristokracie, inteligence, která se dokázala věnovat systematickému studiu těchto záležitosti. Euclid a Pythagoras jsou jen pár jmen, která rezonují věky ve vývoji matematiky od tohoto období.

Ve fyzických vědách došlo také k vývoji. Leucippus (5. století B.C.E.) odmítl přijmout starověké nadpřirozené vysvětlení přírody a kategoricky prohlásil, že každá událost měla přirozenou příčinu. Jeho student, Democritus, pokračoval v tomto pojetí. Oba dva byli zastánci koncepce, že veškerá hmota je složena z malých částic, které byly tak malé, že se nemohly rozpadnout. Tyto částice byly nazývány atomy, z řeckého slova pro „nedělitelné“. Byly by to dvě tisíciletí než atomistické názory získaly podporu a ještě déle, než existovaly důkazy, které podporují spekulace.

Zatímco jeho mentor Platón (a jeho mentor, Sokrates) se mnohem více zabývali morální filosofií, Aristotelesova (384 - 322 B.C.E.) filozofie měla více sekulární základy. Propagoval koncept, že pozorování fyzikálních jevů by v konečném důsledku mohlo vést k objevu přírodních zákonů tyto jevy, ačkoli na rozdíl od Leucippus a Democritus, Aristotle věřil, že tyto přirozené zákony byly nakonec božské v Příroda.

Byl to přírodní filozofie, observační věda založená na rozumu, ale bez experimentování. Je právem kritizován za nedostatek přísnosti (ne-li přímou nedbalost) ve svých pozorováních. Pro jeden vážný příklad uvádí, že muži mají více zubů než ženy, což rozhodně není pravda.

Přesto to byl krok správným směrem.

Jedním z Aristotelových zájmů byl pohyb předmětů:

• Proč skála padá, zatímco kouř stoupá?
• Proč voda teče dolů, zatímco plameny tančí do vzduchu?
• Proč se planety pohybují po obloze?

Vysvětlil to tak, že řekl, že veškerá záležitost se skládá z pěti prvků:

• oheň
• Země
• Vzduch
• Voda
• Aether (božská podstata nebes)

Čtyři prvky tohoto světa se vzájemně prolínají a navzájem se vztahují, zatímco Aether byl úplně jiný druh látky. Každý z těchto pozemských prvků měl přirozené říše. Existujeme například tam, kde se říše Země (země pod nohama) setkává se sférou vzduchu (vzduch všude kolem nás a nahoru tak vysoko, jak vidíme).

Přirozený stav předmětů, podle Aristotela, byl v klidu, v místě, které bylo v rovnováze s prvky, z nichž byly složeny. Pohyb objektů byl tedy pokusem objektu dosáhnout jeho přirozeného stavu. Skála padá, protože říše Země je dole. Voda teče dolů, protože její přirozená říše je pod říší Země. Kouř stoupá, protože se skládá ze vzduchu i ohně, a tak se snaží dosáhnout vysoké ohnivé říše, což je také důvodem, proč plameny vycházejí nahoru.

Aristoteles se nepokusil matematicky popsat realitu, kterou pozoroval. Ačkoli formalizoval Logic, považoval matematiku a přírodní svět za zásadně nesouvisející. Matematika se podle jeho názoru zajímala o neměnné objekty, které postrádaly realitu, zatímco jeho přirozená filosofie se zaměřovala na změnu objektů s realitou vlastní.

Kromě této práce na podnětu nebo pohybu objektů provedl Aristoteles rozsáhlé studie v dalších oblastech:

• vytvořil klasifikační systém, který dělí zvířata s podobnými vlastnostmi na „rody“.
• studoval ve své tvorbě meteorologii povahu nejen počasí, ale také geologii a přírodní historii.
• formalizoval matematický systém zvaný Logic.
• Rozsáhlá filozofická práce o povaze vztahu člověka k božskému, jakož i etických úvah

Aristotelovo dílo bylo ve středověku znovu objeveno učenci a byl vyhlášen největším myslitelem starověkého světa. Jeho názory se staly filosofickým základem katolické církve (v případech, kdy tomu tak nebylo přímo) v rozporu s Biblí) a po staletí budou pozorování, která neodpovídají Aristotelovi, odsouzena jako kacíř. Je to jedna z největších ironií, že takový zastánce observační vědy bude v budoucnu použit k potlačení této práce.

Archimedes (287 - 212 B.C.E.) je nejlépe známý pro klasický příběh o tom, jak objevil zásady hustoty a vztlaku při koupání, okamžitě způsobil, že běžel ulicemi Syrakusy nahý křik „Eureka!“ (což zhruba znamená "Zjistil jsem." to!"). Kromě toho je známý mnoha dalšími významnými výkony:

• nastínil matematické principy páky, jednoho z nejstarších strojů
• vytvořily propracované systémy kladek, které byly údajně schopny pohybovat lodí v plné velikosti tahem za jediné lano
• definoval pojem těžiště
• vytvořil pole statiky pomocí řecké geometrie k nalezení rovnovážných stavů pro objekty, které by zdanily moderní fyziky
• pověstný stavěl mnoho vynálezů, včetně “vodního šroubu” pro zavlažovací a válečné stroje, které pomohly Syrakusy proti Římu v první Punic válce. Někteří ho připisují s vynalézáním počítadla kilometrů během této doby, i když to nebylo prokázáno.

Snad Archimedesovým největším úspěchem však bylo smířit Aristotelesovu velkou chybu oddělení matematiky od přírody. Jako první matematický fyzik ukázal, že podrobná matematika může být použita s kreativitou a představivostí pro teoretické i praktické výsledky.

Hipparchus (190 - 120 B.C.E.) se narodil v Turecku, přestože byl Řek. Mnoho lidí je považováno za největšího pozorovacího astronoma starověkého Řecka. S trigonometrickými tabulkami, které vyvinul, důsledně aplikoval geometrii na studium astronomie a dokázal předpovídat zatmění Slunce. Také studoval pohyb Slunce a Měsíce a s větší přesností než kterýkoli před ním počítal jejich vzdálenost, velikost a paralaxu. Aby mu pomohl v této práci, vylepšil mnoho nástrojů používaných při pozorováních pouhým okem času. Použitá matematika naznačuje, že Hipparchus možná studoval babylonskou matematiku a byl zodpovědný za to, že některé z těchto znalostí přinesl do Řecka.

Hipparchus je údajně napsán čtrnácti knihami, ale jedinou přímou prací, která zbývá, byl komentář k populární astronomické básni. Příběhy hovoří o tom, že Hipparchus vypočítal obvod Země, ale to je v určitém sporu.

Poslední velký astronom starověkého světa byl Claudius Ptolemaeus (známý jako Ptolemy k potomkům). Ve druhém století C.E., napsal shrnutí starověké astronomie (půjčil si těžko od Hipparchus - to je náš hlavní zdroj znalostí Hipparchus), který se stal známým v celém textu Arábie jako Almagest (největší). Formálně nastínil geocentrický model vesmíru a popsal řadu soustředných kruhů a koulí, na nichž se pohybovaly další planety. Kombinace musely být nesmírně komplikované, aby odpovídaly za pozorované pohyby, ale jeho práce byla dostačující, že po čtrnáct století bylo považováno za komplexní prohlášení o nebeských pohyb.

S pádem Říma však v evropském světě vymizela stabilita podporující takové inovace. Mnoho znalostí získaných starověkým světem bylo ztraceno během temného období. Například ze 150 renomovaných aristotelských děl existuje dnes jen 30, a některé z nich jsou jen o něco více než přednášky. V tomto věku by objev poznání spočíval na východě: do Číny a na Blízký východ.