En historie om gammel gresk fysikk

Aristoteles var en gresk filosof, elev av Platon og lærer av Alexander den store. Han skrev om mange emner, inkludert fysikk, metafysikk, poesi, teater, musikk, logikk, retorikk, politikk, regjering, etikk, biologi og zoologi. Sammen med Platon og Sokrates (Platons lærer) er Aristoteles en av de viktigste grunnleggerne i vestlig filosofi. Han var den første som skapte et omfattende system av vestlig filosofi, som omfattet moral og estetikk, logikk og vitenskap, politikk og metafysikk. Platon og Aristoteles - Danita Delimont - Gallo-bilder - GettyImages-102521991

I antikken var det systematiske studiet av grunnleggende naturlover ikke en stor bekymring. Bekymringen var å holde seg i live. Vitenskapen, slik den eksisterte på den tiden, besto først og fremst av jordbruk og etter hvert ingeniørarbeid for å forbedre hverdagen til de voksende samfunnene. Seiling av et skip, for eksempel, utnytter luftmotstand, det samme prinsippet som holder et fly oppe. De gamle var i stand til å finne ut hvordan de skulle konstruere og betjene seilskip uten presise regler for dette prinsippet.

Ser til himmelen og jorden

De gamle er kanskje best kjent for sine astronomi , som fortsetter å påvirke oss sterkt i dag. De observerte regelmessig himmelen, som ble antatt å være et guddommelig rike med jorden i sentrum. Det var absolutt åpenbart for alle at solen, månen og stjernene beveget seg over himmelen i et regelmessig mønster, og det er uklart om noen dokumentert tenker fra den antikke verden tenkte å stille spørsmål ved dette geosentriske synspunktet. Uansett begynte mennesker å identifisere konstellasjoner i himmelen og brukte disse stjernetegnene til å definere kalendere og årstider.

Matematikk utviklet seg først i Midtøsten, selv om den nøyaktige opprinnelsen varierer avhengig av hvilken historiker man snakker med. Det er nesten sikkert at opprinnelsen til matematikken var for enkel journalføring i handel og myndigheter.

Egypt gjorde store fremskritt i utviklingen av grunnleggende geometri, på grunn av behovet for å klart definere oppdrettsterritorium etter den årlige oversvømmelsen av Nilen. Geometri fant også raskt anvendelser innen astronomi.

Naturfilosofi i antikkens Hellas

Somgresk sivilisasjonoppsto, men det kom til slutt nok stabilitet - til tross for at det fortsatt er hyppige kriger - til at det kunne oppstå et intellektuelt aristokrati, en intelligentsia, som var i stand til å vie seg til systematisk studie av disse sakene. Euklid og Pythagoras er bare et par av navnene som gir gjenklang gjennom tidene i utviklingen av matematikken fra denne perioden.

I de fysiske vitenskapene var det også utvikling. Leucippus (5. århundre f.Kr.) nektet å akseptere de eldgamle overnaturlige forklaringene av naturen og forkynte kategorisk at hver hendelse hadde en naturlig årsak. Eleven hans, Demokritos, fortsatte med dette konseptet. De to var tilhengere av et konsept om at all materie består av bittesmå partikler som var så små at de ikke kunne brytes opp. Disse partiklene ble kalt atomer, fra et gresk ord for 'udelelige'. Det skulle gå to årtusener før de atomistiske synspunktene fikk støtte og enda lenger før det var bevis for å støtte spekulasjonene.

Aristoteles' naturfilosofi

Mens hans mentor Rett (og hans mentor, Sokrates) var langt mer opptatt av moralfilosofi, Aristoteles (384 - 322 f.v.t.) filosofi hadde mer sekulære grunnlag. Han fremmet konseptet om at observasjon av fysiske fenomener til slutt kunne føre til oppdagelsen av naturlover som styrer disse fenomenene, men i motsetning til Leucippus og Demokrit, mente Aristoteles at disse naturlovene til syvende og sist var guddommelige av natur.

Hans var en naturfilosofi, en observasjonsvitenskap basert på fornuft, men uten eksperimentering. Han har med rette blitt kritisert for mangel på strenghet (om ikke direkte uforsiktighet) i sine observasjoner. For et ekkelt eksempel sier han at menn har flere tenner enn kvinner, noe som absolutt ikke er sant.

Likevel var det et skritt i riktig retning.

Bevegelsene til objekter

En av Aristoteles' interesser var bevegelse av objekter:

• Hvorfor faller en stein mens røyken stiger opp?
• Hvorfor strømmer vann nedover mens flammene danser i luften?
• Hvorfor beveger planetene seg over himmelen?

Han forklarte dette ved å si at all materie er sammensatt av fem elementer:

• Brann
• Jord
• Luft
• Vann
• Aether (himlenes guddommelige substans)

De fire elementene i denne verden veksler og forholder seg til hverandre, mens Aether var en helt annen type substans. Disse verdslige elementene hadde alle naturlige riker. For eksempel eksisterer vi der jordriket (bakken under føttene våre) møter luftriket (luften rundt oss og opp så høyt som vi kan se).

Den naturlige tilstanden til gjenstander, for Aristoteles, var i ro, på et sted som var i balanse med elementene de var sammensatt av. Bevegelsen av objekter var derfor et forsøk fra objektet på å nå sin naturlige tilstand. En stein faller fordi jordriket er nede. Vann strømmer nedover fordi dets naturlige rike er under jordriket. Røyken stiger opp fordi den består av både luft og ild, og derfor prøver den å nå det høye brannriket, og det er også grunnen til at flammene strekker seg oppover.

Det var ingen forsøk fra Aristoteles på matematisk å beskrive virkeligheten han observerte. Selv om han formaliserte logikk, anså han matematikk og den naturlige verden som grunnleggende urelaterte. Matematikk var, etter hans syn, opptatt av uforanderlige objekter som manglet virkelighet, mens hans naturfilosofi fokuserte på å endre objekter med en egen virkelighet.

Mer naturfilosofi

I tillegg til dette arbeidet med drivkraften eller bevegelsen til objekter, gjorde Aristoteles omfattende studier på andre områder:

• opprettet et klassifiseringssystem som deler dyr med lignende egenskaper inn i 'slekter'.
• studerte, i sitt arbeid Meteorology, naturen ikke bare av værmønstre, men også geologi og naturhistorie.
• formaliserte det matematiske systemet kalt logikk.
• omfattende filosofisk arbeid om naturen av menneskets forhold til det guddommelige, så vel som etiske betraktninger

Aristoteles' verk ble gjenoppdaget av forskere i middelalderen, og han ble utropt til den antikke verdens største tenker. Hans synspunkter ble det filosofiske grunnlaget for den katolske kirke (i tilfeller der den ikke direkte motsier Bibelen) og i århundrer framover ble observasjoner som ikke stemte overens med Aristoteles fordømt som kjetter. Det er en av de største ironiene at en slik talsmann for observasjonsvitenskap ville bli brukt til å hemme slikt arbeid i fremtiden.

Archimedes fra Syracuse

Arkimedes (287 - 212 B.C.E.) er mest kjent for den klassiske historien om hvordan han oppdaget prinsippene for tetthet og oppdrift mens han tok et bad, noe som umiddelbart fikk ham til å løpe gjennom gatene i Syracuse naken og skrike 'Eureka!' (som omtrent oversettes til 'Jeg har funnet det!'). I tillegg er han kjent for mange andre viktige bragder:

• skisserte de matematiske prinsippene til spaken, en av de eldste maskinene
• laget forseggjorte trinsesystemer, etter sigende etter å ha vært i stand til å flytte et skip i full størrelse ved å trekke i et enkelt tau
• definerte begrepet tyngdepunkt
• skapte feltet statikk, ved å bruke gresk geometri for å finne likevektstilstander for objekter som ville være belastende for moderne fysikere
• kjent for å ha bygget mange oppfinnelser, inkludert en 'vannskrue' for vannings- og krigsmaskiner som hjalp Syracuse mot Roma i den første puniske krigen. Han tilskrives av noen med å finne opp kilometertelleren i løpet av denne tiden, selv om det ikke er bevist.

Den kanskje største prestasjonen til Arkimedes var imidlertid å forene Aristoteles store feil med å skille matematikk og natur. Som den første matematiske fysikeren viste han at detaljert matematikk kunne brukes med kreativitet og fantasi for både teoretiske og praktiske resultater.

Hipparchus

Hipparchus (190 - 120 f.Kr.) ble født i Tyrkia, selv om han var greker. Han regnes av mange for å være den største observasjonsastronomen i det gamle Hellas. Med trigonometriske tabeller som han utviklet, brukte han geometri strengt på studiet av astronomi og var i stand til å forutsi solformørkelser. Han studerte også bevegelsen til solen og månen, og beregnet med større presisjon enn noen før ham deres avstand, størrelse og parallakse. For å hjelpe ham i dette arbeidet forbedret han mange av verktøyene som ble brukt i datidens observasjoner med blotte øyne. Matematikken som ble brukt indikerer at Hipparchus kan ha studert babylonsk matematikk og vært ansvarlig for å bringe noe av denne kunnskapen til Hellas.

Hipparchus er kjent for å ha skrevet fjorten bøker, men det eneste direkte verket som gjenstår var en kommentar til et populært astronomisk dikt. Historier forteller om Hipparchus som har beregnet jordens omkrets, men dette er i en eller annen uenighet.

Ptolemaios

Den siste store astronomen i den antikke verden var Claudius Ptolemaios (kjent som Ptolemaios for ettertiden). I det andre århundre e.Kr. skrev han et sammendrag av gammel astronomi (lånt tungt fra Hipparchus - dette er vår hovedkilde for kunnskap om Hipparchus) som ble kjent over hele Arabia som Almagest (den største). Han skisserte formelt den geosentriske modellen av universet, og beskrev en serie konsentriske sirkler og kuler som andre planeter beveget seg på. Kombinasjonene måtte være svært kompliserte for å forklare de observerte bevegelsene, men hans arbeid var tilstrekkelig nok til at det i fjorten århundrer ble sett på som den omfattende uttalelsen om himmelsk bevegelse.

Med Romas fall døde imidlertid stabiliteten som støtter slik innovasjon ut i den europeiske verden. Mye av kunnskapen som ble oppnådd av den antikke verden gikk tapt under den mørke middelalderen. For eksempel, av de 150 anerkjente aristoteliske verkene, eksisterer bare 30 i dag, og noen av dem er lite mer enn forelesningsnotater. I den tidsalderen ville oppdagelsen av kunnskap ligge til Østen: til Kina og Midtøsten.