Согласно исторической реконструкции Галилея, Архимед определял потерю веса для чистого золота, для чистого серебра и для короны и по этим данным находил, как это и теперь делают в учебниках физики, состав короны.
Но каков бы ни был примененный Архимедом способ, ясно, что законы гидростатики были им получены на основе опытных данных, хотя в его дошедшем до нас труде по гидростатике рассмотрение проводится "в геометрическом духе", без всяких ссылок на опыты, лежащие в его основе. Архимед принимает лишь две основные гипотезы: в любой жидкости менее сжатая часть вытесняется более сжатой; выталкивание вверх, испытываемое твердым телом, погруженным в жидкость, направлено по вертикали через центр тяжести этого тела. Отсюда он выводит, что поверхность покоящейся жидкости представляет собой часть поверхности сферы с центром в центре Земли, так что уровень моря всюду одинаков.
В предложении 3 рассматриваемого трактата появляется новое фундаментальное понятие физики — неизвестное его предшественникам понятие удельного веса. Вот как оно вводится: "Твердое тело, которое имеет равный вес и равный объем с жидкостью, погружается в нее настолько, что ни одна часть его поверхности не выступает над жидкостью и не опускается ниже" 6.
Предложения 4 и 5 касаются случаев тел, более легких и более тяжелых, чем жидкость, в которую они опущены. В предложении 7 излагается знаменитый закон: "Тела, относительно более тяжелые, чем жидкость, опускаются вниз до самого дна и становятся в жидкости настолько легче, сколько весит объем жидкости, равный объему тела".
Вторая книга этого трактата посвящена условиям плавания, и в частности условиям равновесия пустого сегмента параболоида вращения. Классический метод этого рассмотрения до сих пор применяется в работах по механике.
Из дошедших до нас работ Архимеда ясен тот фундаментальный вклад, который внесен им в физику: введение понятий центра тяжести, статического момента, удельного веса; закон равновесия рычага; основной закон гидростатики. Таким образом, Архимед заложил основы двух новых разделов науки — статики и гидростатики. Традиционное предубеждение греков против физики постепенно ослабевает.
Александрийские механики.
Яркими представителями Александрийской школы были Ктесибий, Филон и Герон. Для александрийской механики характерен интерес к изучению и применению сжатого воздуха (пневматика). Работ представителей этой школы, посвященных непосредственно механике твердого тела, не так много. В книге "Механика" Филона, написанной приблизительно в 250 г. до н. э., дошедшей до нас в хорошем состоянии, несмотря на некоторые позднейшие изменения, внесенные в нее арабами, рассматриваются некоторые вопросы теории рычага. В книге "Механика" Герона, дошедшей до нас полностью лишь в арабском переводе, Герон подробно рассматривает простые механизмы (ворот, рычаг, блок, клин, винт), зубчатые передачи и другие более сложные механизмы. "Механика" Герона — своеобразная энциклопедия античной техники — написана в популярной форме, и ею могли пользоваться с практической целью механики и ремесленники.
Что Герон был популяризатором, не вызывает сомнения, да он и сам не делает из этого тайны. Поэтому его труды свидетельствуют не столько о талантах автора, сколько о техническом уровне, достигнутом греками эллинистического периода. Им были известны простые механизмы, зубчатые передачи, гидростатика, самые разнообразные применения сифонов, сжимаемость воздуха, движущая сила пара. Таким образом, греки уже владели и техническими знаниями, и научным пониманием, достаточными для того, чтобы создать индустриальные машины и предвосхитить XVIII век.
А что же они вместо этого делали? Придумывали механические фокусы и конструировали игрушки для развлечений во время празднеств, изобретали приспособления, создающие "магические" эффекты при религиозных богослужениях для усиления суеверия народных масс, изготовляли орудия и катапульты. Такую направленность науки и техники александрийской школы можно лишь частично объяснить такими объективными причинами, как отсутствие в одном и том же месте энергии и сырья (особенно железа и топлива).
Период упадка
Энциклопедии.
После Герона и Птолемея наступил упадок физики. Первые его признаки проявились довольно рано; со временем он становился все глубже и глубже. Свежие оригинальные исследования уступили место компиляциям, бесконечным повторениям, псевдонаучному пережевыванию.
Римляне, вступившие в контакт с греческой наукой периода ее упадка, особенно усвоили ее в тех частях, которые могли иметь непосредственное практическое применение. Это усвоение предшествовало периоду создания наиболее поразительных римских сооружений, свидетельством величия которых являются сохранившиеся до наших дней колоссальные руины. Но напрасно мы искали бы в римской литературе оригинальные научные работы. Было создано большое число научных энциклопедий. Их значение особенно велико потому, что в течение многих веков они были единственным источником сведений о греческой науке. Из этих изданий упомянем, поскольку они имеют отношение к истории физики, 7 книг "Quaestiones Naturales" ("Вопросы естествознания") Люция Аннея Сенеки Младшего (3 г. да н. э.— 65 г. н. э.); "De Architectural7 Витрувия Поллиона, деятельность которого относится к периоду правления императора Августа; 37 книг "Naturalis Historia" ("Естественная история") Гая Плиния Секунда Старшего (23—79 гг. н. э.). Позже, со смертью Аниция Манлия Северина Боэция (480—525), на Западе традиции греческой школы были окончательно забыты вследствие нашествия варваров.
Филопон.
На Востоке культурные традиции греков никогда не исчезали, хотя и были сильно ослаблены. Поддерживаемые византийскими комментаторами, они были переняты арабами и еще раз пришли на Запад приблизительно в XIII веке.
Среди комментаторов следует отметить Иоанна Филопона, называемого также Иоанном Грамматиком, деятельность которого развертывалась в Александрии в первой половине VI века. Он написал обширный комментарий к трудам Аристотеля, причем проявил там известное свободомыслие. В частности, Филонов первым оспорил аристотелеву теорию, по которой движение тела поддерживается толчками воздуха. Возражения Филопона были вполне правильны, хотя и примитивны. Почему приведенное во вращение колесо продолжает вращаться вокруг своей оси? Каким образом может в этом случае воздух поддерживать движение? Если движение обязана давлению воздуха на обратную сторону тела, то заостренная с хвоста стрела должна была бы лететь медленнее, чем незаостренная. В действительности же происходит как раз обратное. Почему? И почему камень можно бросить дальше, чем перо?
Эти и подобные аргументы заставили Филопона отказаться от аристотелевой теории как не подтверждающейся экспериментально в случае падения тел и предположить, что движущая сила сообщает телу некоторое действие или способность к движению, названную позже "импето" ("impeto"), которая постепенно расходуется в процессе движения, так что, когда кончается импето, кончается движение. Точно понять мысль Филопона довольно трудно, в частности из-за его многословия. Но если допустить, что в понятии импето-интуиция Филопона и последующих ученых предвосхитила наше понятие-энергии, то тогда учение Филопона о движении окажется явным прообразом закона инерции.
Список литературы
1 Leореге diGalileoGalilei, Firenze, 1891, p. 186. (Есть русский перевод: Галилео Галилей, Избранные труды, т. II, изд-во "Наука", 1964, стр. 35.
2 Arenarius, I, 12, в книге Archimedis opera omnia, v. II, Lipsiae, 1881, p. 251 (греческий текст с параллельным латинским переводом). (Часть работ Архимеда переведена на русский язык; см. Архимед, Сочинения, М., 1962.)
3 Archimedis opera omnia, v. II, p. 143. (См. перевод: Архимед, О равновесии плоских тел, Сочинения, М., 1962.)
4 Enrico R u f i n i, II "Metodo" di Archimede, Milano, 1961, p. 84 (перевод на итальянский с комментариями).
5 Galileo Galilei, La bilancetta, не опубликованная автором рукопись, написанная в 1586 г. (Le ореге di Galileo Galilei, v. I, p. 215—216.)
6 Archimedis opera omnia, v. I, p. 362 (Есть русский перевод: Архимед, О плавающих телах, в книге "Начала гидростатики", М., 1933).
7 Есть русский перевод: В итрувий, Об архитектуре, Л., 1936.