Возникновение и развитие динамики

Прежде чем приступить к изложению основных идей динамики необходимо, на наш взгляд, рассмотреть некоторые исторические аспекты возникновения этого основного раздела классической механики.

К динамическим законам движения человечество подступалось исподволь, по мере возникновения и осмысления их необходимости. Принято считать, что описание условий равновесия твёрдых тел, являющихся, частным случаем движения, впервые возникли в эпоху Архимеда.

Если судить по письменным источникам, то так оно и есть, если не брать во внимание Древних Славян и Древний Китай. Однако следует иметь в виду, что практическая сторона законов статики, раздела механики была известна людям за долго до интеллектуального всплеска в Древней Греции.

Следует вспомнить, что, по мнению космонавтов, невооружённым взглядом с орбиты видны только пирамиды в Долине Царей и Великая Китайская стена, а ведь эти исполинские сооружения были построены задолго до Архимеда и его сподвижников. А ещё раньше были города Шумера и Вавилона и в конце концов, Аркаим. Возводить столь грандиозные конструкции без элементарных знаний условий статического равновесия тел просто не возможно.

Научные основы динамики, в современном понимании сути и смысла научных знаний, возникли в Западной Европе с началом, так называемой, эпохой Возрождения в XV - XVI вв. Причин тому было несколько.

Во-первых, к началу эпохи Возрождения произошли значимые социальные сдвиги, ознаменовавшиеся феодально-крепостническими формами социального устройства.

Во-вторых, широкое развитие получили всевозможные ремесленные производства и новые аграрные технологии, сопровождающиеся внедрением новых образцов техники.

В-третьих, в мире на стыке эпох, как известно, произошли коренные изменения и в религиозной догматике.

Язычество было заменено, практически одновременно возникшими, тремя основными религиями: христианством, исламом и буддизмом.

В I - IV вв. с.л. были уничтожены почти все знаменитые научные библиотеки, оставшиеся после языческих философов и естествоиспытателей. Церковью был милован только Аристотель, потому что его учение об устройстве мира не требовало пересмотра основных положений Библии.

После стратегических охот на естественнонаучных ведьм в Европе, следов наследия Древних Греков практически не осталось. Даже любимый христианскими догматами Аристотель вернулся на европейские просторы в арабских переводах.

Однако практическая деятельность требовала заполнения образовавшегося научного вакуума. Естественные науки получили обширный практический материал, требующий научных объяснений и прогнозов.

Возникла необходимость преодоления разрыва между практикой и наукой. Дальнейшее развитие техники стало невозможным без создания соответствующего научного базиса. Механика стала одной из основных отраслей знаний, от развития которой зависел технический прогресс.

В знаниях механического толка нуждались строители, промышленное производство, астрономия, архитектура, конечно же, военное военная промышленность, особенно развивающаяся артиллерия.

Эпохе Возрождения предшествовали средние века. Средневековье у многих ассоциируется с рыцарскими турнирами, крестовыми походами, кострами инквизиции, опустошающими эпидемиями и многолетними войнами. Так оно и было.

Действительно, по Европе на лошадях, закованных в железо и медь, шатались молодые беспаспортные люди, убивающие направо и налево всех, кто не согласен, что некая Мелена из Кривичей, является самой красивой женщиной на свете. А запалить усадьбу соседа или укокошить его вассала считалось не только нормальным явлением, но и правилом хорошего тона. Время от времени рыцарей собирала под свои знамёна церковь и отправляла громить иноверцев.

Средневековые феодалы были отнюдь не миролюбивым сословием, особенно в Западной Европе, где война была естественным состоянием. Война требовала воинов и оружия. И если с воинством особых заморочек не было, крестьян запросто превращали в рекрутов, то производство оружия предполагало развитие сразу нескольких отраслей знаний и ремёсел. Это стимулировало. Очень неспешно, но всё же стали возникать новые образцы техники и технологий.

Естественно, фундаментальные исследования оставались поначалу, практически, невостребованными, а вот прикладные науки в этой связи стали всё более и более обслуживать потребности развивающихся технологий.

Строительство, металлургия, судостроение, транспортные средства, цеховое оборудование - все это требовало определенного уровня знаний. Новые технологии и конструкции машин сделали необходимым использование новых материалов и компонентов.

Стала развиваться химия и не только в плане преобразования ртути в золото. Естественный ход развития человеческой цивилизации требовал более глубокого изучения природы с целью её подчинения своим не всегда разумным интересам.

Однако вольно или невольно, вопрос открытый, церковь и религия как могли, притормаживали научную деятельность, по крайней мере, в Европе.

Ещё совсем недавно непререкаемый авторитет в естествознании, человековедении и экономике всех времён и народов Фридрих Энгельс по этому поводу заметил: «...наука была смиренной служанкой церкви и ей не позволено было выходить за рамки, установленные верой; по этой причине она была чем угодно, только не наукой».

Бывший классик, как всегда чрезмерно категоричен и склонен, всё мировое многообразие видеть в двух цветах. Служанка оказалась с хитрецой и не без коварства. Временами, заигрывая, временами притупляя бдительность святых отцов, учёные-естествоиспытатели на основе собственного и многовекового предшествующего опыта начинали строить теории, которые позволяли по-новому взглянуть на окружающий Мир.

В Европе, например, появились трактаты по медицине, географии, астрономии, правда, в переводах с греческого языка.

С целью более полного контроля над интеллектуальной сферой человеческой деятельности церковь была вынуждена в области естествознания ввести некие каноны, которых следовало бы придерживаться всем любопытствующим.

Окинув алчным взором прошлое, святые отцы остановились на Аристотеле, все тории которого строились в предположении существования божественного начала.

Он, со своими всеобъемлющими взглядами на Мир, как никто другой из мудрецов древности подходил под текст Библии.

Если за основу взять, с незначительными поправками тории Аристотеля, то этот язычник мог вполне подтверждать и доказывать правоту христианских убеждений, самых правильных в мире.

Теории Аристотеля были разрешены к преподаванию и со временем стали чем- то вроде иллюстраций к Библии. Повезло Аристотелю. Заинтересованными стараниями церковной олигархии ученье Аристотеля продержалось около двух тысяч лет.

Новые научные теории и их технические воплощения в период раннего средневековья поступали в Европу, в основном, с Востока. Солнечные часы, например, появились в Англии и Ирландии только VII веке с.л. от арабов, почти на 1000 лет позже, чем в Месопотамии, не говоря уже о Древнем Китае.

В Западной Европе научной деятельностью, в основном, занимались монахи, так сказать, служители культа. Первый европейский трактат «Физика» вышел в 1150 году из-под пера настоятельницы Дзибоденбергского монастыря.

В четырёх книгах содержались сведения по механике, ботанике и зоологии. Книги были написаны на латыни, этот язык считался общеевропейским «научным» языком.

На латыни писали научные трактаты, отчёты о крестовых походах и даже деловые письма. Труды арабских учёных тоже переводили на латынь. Полная латинизация научной информации резко ограничивала круг её пользователей, латынью владели только те, кто мог нанять для себя и своих детей учителей.

Труд быть проводниками идей восточных мудрецов взяли на себя святые отцы. Естественно, из всех первоисточников самым тщательным образом выхолащивались малейшие намеки, в которых можно было усмотреть несоответствие святому писанию, почти всегда такие усекновения не делали теории изящнее, а совсем наоборот.

Труды служителей культа иногда были весьма полезными и своевременными. Так, например, в Испании папа Сельвестр II познакомил европейцев с арабскими цифрами, которые, удивительно быстро прижившись повсеместно, используются и в настоящее время, причём гораздо чаще других, в частности - римских.

Другой папа, Г ерард Кремонский перевёл сочинение Птолемея по астрономии, «Альмагест», который не противоречил Библии, и его допустили к изучению. Чему-то же надо было астрономическому учить молодых людей в университетах, вот и вспомнили о Птолемее, который, кстати, стоял на весьма близких позициях к Аристотелю.

Другими словами, Птолемей был как бы в масть Аристотелю. В 1120 году с.л. английский монах Альтергард перевёл с арабского «Элементы Евклида». Многие поколения европейских купцов и ремесленников учились математике по переводному арабскому учебнику «Книга абака», иначе - «Книга счёта».

Говоря о средневековой европейской науке, можно выделить несколько ярких учёных, положивших начало возрождению забытых научных традиций и развитию новых походов в изучении природы.

Классик материализма Ф. Энгельс сказал как-то по поводу этой эпохи: «Эпоха нуждалась в титанах и породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учёности».

И марксист был абсолютно прав. Какие имена: скульптор и художник Микеланджело Буанаротти, художник Рафаэль Санта, живописец Тициан Вечеллио, великий Леонардо да Винчи, писатели Франсуа Рабле, Уильям Шекспир, Мигель де Сервантес Сааведра, поэты: Петрарка, Аристо, Данте и многие другие, чьи имена ассоциируются с небывалым взлётом человеческой мысли и умения отразить окружающий мир.

Эпоху Возрождения можно сравнить с прорывом плотины, когда прочная конструкция из религиозно законодательных запретов была разрушена критической массой знаний, которые мощной лавиной устремились по просторам истории.

Эту эпоху в Италии называли эпохой Возрождения, во Франции эпохой Ренессанса, в Германии эпохой Реформации. В Европе это время характеризовалось возникновением совершенно новых представлений о Боге, человеке и окружающем Мире.

Изменилась роль в жизни общества просвещённых людей. После завоевания Константинополя Турками в 1453 г., большое количество образованных не по европейским стандартам людей бежали в континентальную Европу.

Отчасти, именно они инициировали переориентацию общественного сознания с теологической основы на антропологическую. Человек становился «вторым Богом» на Земле, он постепенно начинал верить в свои интеллектуальные возможности.

Церковь тоже начинает понимать, что в темноте народы долго не удержать, надо понемногу заигрывать с интеллектуалами. При папе Николае V церковь начала массово скупать литературные памятники античности для изучения и использования в своих целях.

Как бы то ни было народ начал припадать к истокам знаний и развивать собственные знания. В XV веке начали поступать в Европу сочинения классиков естествознания в массовом количестве.

Кардинал Николай Кребс Кузанский по велению Папы через специальных агентов выслеживал и скупал греческие манускрипты, и некоторые из них издавал в виде подлинных переводов с греческого, например сочинения Архимеда и Платона.

В 1453 - 1464 гг. с греческого были переведены 14 рукописных трактатов «герметических наук», под которыми подразумевались: алхимия, астрология и магия. В Европе выстраивалась схема познания Мира: вначале надо познать Бога, потом досконально изучить человека, а уж потом только переходить к изучению природы.

Средние века многие историки науки связывают с повсеместным увлечением алхимией и метафизикой. Этот период в естествознании продлился с IV по XVI вв., поэтому алхимия и метафизика являются неотъемлемой частью средневековой культуры.

Алхимики естественно же не нашли философского камня и эликсира молодости, им не удалось получить и миллиграмма золота из свинца и ртути, но совсем неправильно считать, что бдения алхимиков закончились для науки безрезультатно.

Проделывая бесчисленные опыты, с невероятно экзотическими веществами средневековые затворники накапливали сведения о возможных вариантах химических соединений и свойствах элементов. Именно в лабораториях средневе- вых алхимиков возникли зачатки современной химии и атомно-молекулярной теории.

Рис. 1.22. Алхимики средневековья

В Нюрнберге и Риме были переведены на латинский язык сочинения Птолемея, в сти,              знаменитый              «Альмагест»,

вав который, средневековые математики Г.

Пурбах и Иоган Мюллер создали в 1474 г. тригонометрические таблицы синусов и тангенсов.

Иоган Мюллер (Региомонтан) на ния своих учеников построил обсерваторию в Нюрнберге, при которой работала мастерская по проектированию и изготовлению астрономических приборов.

В обсерватории были созданы астрономические таблицы, основанные на теории Птолемея. Этими таблицами пользовались известные путешественники средневековья Васко да Гама (1469-1524), Христофор Колумб (1451-1506) и Америго Веспуччи (1454-1512), которые прославили своё время открытием новых континентов и океанов, правда попозже северных славян и древних китайцев.

Европа гораздо позже, практически на целый век, чем Китай, Япония и Корея пришли к идее книгопечатания. Европейские учёные, будучи патриотами своего континента, долго считали И. Гуттенберга создателем нового способа книгопечатания с подвижными литерами.

Первые европейские книги мало, чем отличались от рукописей, они не имели содержания и нумерации станиц. Первыми из-под печатного станка вышли книги на теологические темы, потом стали появляться сочинения по юриспруденции, медицине, схоластике (соединение теологии и рационализма), алхимии и магии.

В 1501 г. в Риме были изданы труды Николая Кузанского, на которых сформировались революционные взгляды Коперника и последователей. Кузанский первым в Европе высказал идею о бесконечности, в которой количественное расширение качеств приводит к исчезновению различий между ними.

Впервые появилась идея о движении Земли вокруг некого мирового центра. Кстати, есть основания полагать, что Кузанский ещё до Галилея ставил опыты с падением тел.

Логично предположить, что эпоха возрождения наступила вначале в сознании образованных людей, которые затем воплотили свои революционные идеи в тома научных сочинений, великие полотна и скульптуры, географические открытия и изобретения.

Образованные люди, как правило, выходили из бывших студентов университетов. В европейских университетах средневековых студентов обучали семи свободным искусствам - грамматике, диалектике, риторике, арифметике, геометрии, музыке и астрономии.

На первых трёх курсах студиозусы изучали только три базовые дисциплины, которые в этой связи называли тривиальными. Самым престижным в Западной Европе считался Парижский университет, образованный духовником короля Робертом Сорбоном на базе интернационального приюта. В последствии это учебное заведение стали называть Сорбонной, и всем было понятно, о чём идёт речь.

В те славные времена, когда между званием студента, пьяницы и дебошира было весьма мало разницы, экзаменов в университетах почти не сдавали.

Рис. 1.23. Первые университеты

Зато по окончании каждый выпускник должен был с шести утра и до шести вечера, без перерыва вести дискуссию с профессорами, которые сменялись через каждые полчаса.

Студенты, которые не падали в обморок и не начитали к середине экзамена нести откровенные глупости, удостаивались звания доктора наук и получали вожделенную чёрную шапочку.

Новоиспечённые доктора наук всем своим братством после официальных торжеств, перед основным банкетом, маршировали по улицам, прощаясь со студенческими временами.

Рис. 1.24. Роджер Бэкон

Торговцы прятали свой товар и хорошеньких жён, сестёр и дочерей, прохожие сторонились, а братва с песнопениями искала до вечера приключений, не пропуская при этом пивнушек и притонов. А те, кто удерживался на ногах, вечером участвовали в официальном университетском банкете, устраиваемом администрацией.

Одним из первых значимых в средневековой истории естествознания учёных был англичанин Роджер Бэкон (1214-1292 годы). Бэкон (рис. 1.24) происходил из достаточно богатой и культурной семьи, в которой не жалели денег на образование детей. Когда же его родителей постиг финансовый крах, Фрэнсис по собственной воле постригся в монахи, чтобы продолжать занятия на деньги церкви. Бэкон окончил Парижский университет.

Научное наследие Роджера Бэкона, оставленное потомкам, носило энциклопедический характер. Трактаты посвящены физике, математике, астрономии, анатомии и другим естественным наукам. Бэкон занимался оптикой, ему была известна сферическая аберрация.

В трудах учёного описано несколько оригинальных конструкций приборов для измерения диаметров Солнца и Луны.

Математику Бэкон считал основой всех наук и уделял ей много внимания в своих трактатах и лекциях. Будучи неплохим химиком, Бэкон занимался взрывчатыми веществами, оптимизируя их состав.

В планах учёного было создание энциклопедии по естествознанию, в которую планировалось включить все имеющиеся на тот момент данные по математике, физике, химии, астрономии, географии, биологии, ботанике и зоологии. Но этим благородным планам было не суждено сбыться, темница не располагает к творчеству. Удалось только провести подготовительный период, сделав несколько заготовок «Большой труд», «Маленький труд», «Третий труд».