Физические воззрения древних

Обратимся теперь к оптическим теориям древних. Было уже упомянуто, что древними авторами была выдвинута субъективная теория "зрительных лучей".

Эту теорию подверг справедливой критике Аристотель. Аристотель высказал точку зрения на свет, которую можно считать прообразом волновой теории.^*

^* (Он говорил: "Ощущение зрения является следствием движения посредника между глазом и видимым предметом".)

Прообразом корпускулярной теории света, трактующей свет как некий материальный субстрат, мы можем считать теорию Эпикура-Лукреция. Атомисты считали, что все ощущения (тепловые, световые, звуковые, вкусовые) обусловлены материальными истечениями из тел:

Так от всяких вещей непрестанным потоком струятся 
Всякие вещи, везде растекаясь, по всем направлениям 
Без остановки идёт и без отдыха это течение, 
Раз непрерывно у нас возбуждается чувство и можем 
Всё мы увидеть всегда, обонять и услышать звучащим.

(Лукреций)

Отсюда вытекает, что и световые ощущения обусловлены особыми истечениями; от вещей, по учению атомистов, отделяются тончайшие плёнки-копии, образцы этих вещей:

Есть у вещей то, что мы за призраки их почитаем: 
Тонкой подобно плеве, от поверхности тел отделяясь, 
В воздухе реют они, летая во всех направлениях.

Эти призраки могут отделяться от тел потому, что

...заключает поверхность предметов 
Множеством крохотных тел, что способны от них отрываться 
В точном порядке, всегда сохраняя их облик и форму.

Сами по себе эти призраки чувствами не воспринимаются, вследствие их исключительной тонкости, но последовательные воздействия их вызывают зрительные ощущения. Эти призраки-истечения могут взаимодействовать трояким образом.

Во-первых, тела могут иметь настолько пористое строение, что эти призраки проникают через них беспрепятственно (прозрачные тела). Во-вторых, тела могут быть настолько тверды, что они расщепляют эти призраки, и тогда видение невозможно. Наконец, гладкие зеркальные поверхности, в силу своей гладкости, отбрасывают призраки без всяких деформаций:

Если ж столкнутся они с блестящим и плотным предметом 
С зеркалом прежде всего, ничего не бывает такого, 
Ибо им тут ни пройти, как проходят они через ткани, 
Ни расщепиться нельзя: соблюдает их в целости гладкость 
Вот по причине какой отраженья оттуда к нам льются.

Призраки мчатся с огромной скоростью, в силу их исключительной тонкости и лёгкости:

Лёгким, во-первых, вещам, из мелких тел состоящим, 
Больше, чем всяким другим, быстрота, очевидно, присуща 
Солнечный свет, как и жар относятся к этим предметам, 
Так как они состоят из мелких начальных частичек.

В качестве доказательства огромной скорости частичек Лукреций приводит пример сосуда с водой, который стоит только вынести под открытое звёздное небо,

... как сейчас же в нём отразятся
Звёзды небес и лучи засверкают на глади зеркальной.

Весьма интересно, что Лукреций считает необходимым в своей теории зрения принять, наряду с существованием истечений, существование промежуточной среды - воздуха. Это кажется ему необходимым потому, что мы не просто видим предмет, но и воспринимаем его расстояние:

И расстояние то,  что от нас отделяет предметы, 
Образ нам видеть даёт и его распознать помогает.

Каким же образом промежуточная среда участвует в световом воздействии предмета на глаз? Образ,

... от вещи пойдя... сейчас же толкает и гонит 
Воздух, который меж ним и глазами у нас расположен. 
Весь этот воздух тогда сквозь наши глаза проскользает, 
И, задевая зрачки, таким образом, дальше проходит.

Эта концепция позволяет объяснить и зеркальное отражение. Если открыть дверь в комнату, то наружный воздух доставляет зрительное воздействие от наружных предметов, внутренний - от находящихся внутри комнаты предметов. Видение в зеркале также является результатом действия "двойного воздуха". Сначала образ, отделяющийся от смотрящего в зеркало человека, воздействует на воздух в пространстве от него до зеркала, затем отражённый образ воздействует на воздух в пространстве от зеркала до человека. Отражение получается симметричным, ибо

... когда образ, идя, ударяется в зеркала плоскость, 
Он неизменным никак обернуться не может, но прямо 
Он отдаётся назад точно так же, как маска из глины, 
Если сырою её ударить о столб или балку.

В заключение изложения своих оптических воззрений Лукреций формулирует:

... отскакивать всё от вещей заставляет природа 
И отражаться назад под таким же углом, как упало.

Из этого видно, что закон отражения в эпоху Лукреция был уже непреложным фактом. В связи с этим, укажем, что Герон Александрийский показал, что путь, проходимый световым лучом при отражениях, удовлетворяет принципу, сформулированному впоследствии в общем виде Ферма.

Рис. 38

А именно, Герон показывает, что расстояние SMS' (рис. 38), проходимое светом при зеркальном отражении, короче любого расстояния SM'S', т. е. свет, распространяясь от одной точки до другой, с заходом на зеркало, достигает её в кратчайшее время, если путь изламывается на зеркале по закону отражения. В самом деле, если опустить из точки S' перпендикуляр на поверхность зеркала, продолжить его до точки S" так, что

и затем соединить S" с М и М', то, очевидно,

т. е. линия S"MS - прямая. Но прямая короче всякой ломаной, следовательно,

или

что и доказывает предложение.

На этом мы закончим обзор знаний древних по оптике и обратимся к другим областям физики. Остановимся прежде всего на акустике. Мы уже упоминали об открытиях пифагорейцев и акустических воззрениях Аристотеля. Остановимся здесь на воззрениях Лукреция и Витрувия. Лукреций разделяет точку зрения на звук как на субстанцию:

Слышится прежде всего всякий звук или голос, как только, 
В уши проникнув, своим они телом нам чувства затронут. 
Ибо и голос и звук непременно должны быть телесны, 
Если способны они приводить наши чувства в движение.

Разнообразие звуков обусловлено качеством самих звуковых частиц:

В уши внедряются нам разновидные первоначала, 
Коль завывает труба...
Или когда Геликон средь журчания быстрых потоков 
Звонкая лебедя песнь оглашает мольбою унылой.

Совсем других взглядов держится Витрувий. Вопрос о природе звука им поставлен в связи с проблемой акустики театральных зал. Из высказываний Витвувия вытекает, что римские архитекторы очень основательно ставили вопросы архитектурной акустики: реверберация звука, эхо, суперпозиция звуковых волн - все эти проблемы занимали римских архитекторов, по крайней мере эмпирически. Витрувий ссылается на учение о гармонии ученика Аристотеля Аристоксена и в свете этого учения рекомендует устраивать в театре специальные медные резонаторы - голосники. Несмотря на то, что это место изложено у Витрувия очень неясно, всё же следует признать, что ему было не безызвестно явление резонанса:

"Голос, растекаясь со сцены, как из центра, распространяясь кругами и ударяясь о полости отдельных сосудов, достигает большой звучности и будет благодаря согласию звуков вызывать должное ответное звучание",- говорит он. О природе звука (или, как он выражается, "голоса") им высказывается следующее:

"Голос... есть текучая струя воздуха, которая, соприкасаясь со слухом, ощущается им. Голос двигается по бесконечно расширяющимся окружностям, подобно тем бесчисленным кругам волн, какие возникают на спокойной воде, если бросить в неё камень, и которые распространяются, расходясь от центра, как только могут шире, если их не прерывает теснота места или какое-нибудь препятствие, мешающее завершиться очертаниям этих волн. Если же они прерываются препятствиями, то первые из них, отходя назад, расстраивают очертания последующих.

Таким же образом и голос совершает круговые движения, но на воде круги двигаются по поверхности лишь в ширину, а голос распространяется не только вширь, но постепенно восходит и ввысь".

Как видим, у Витрувия можно почувствовать намёк на волновую теорию звука. Вероятно, эти воззрения представляют собой дальнейшее развитие взглядов Аристотеля, дошедших до Витрувия через Аристоксена.

О воззрениях Аристотеля на теплоту мы уже упоминали; также было упомянуто о попытках Герона использовать движущую силу тепла. Для полной характеристики представлений древних о тепле остаётся добавить немного. Древние знали такие явления, как расширение тел от нагревания, замерзание, плавление, кипение. Римлянин Порций Кантон упоминает о способе приготовления пищи погружением котла в кипящую воду, т. е. описывает водяную баню. Византийский архитектор Антемий (530 г. н. э.) - строитель знаменитого собора св. Софии в Константинополе, как говорят, с помощью пара устроил искусственное землетрясение в доме соседа, с которым имел тяжбу. Он устроил у себя в погребе паровой котёл и пустил пар по трубам на чердак дома соседа.

Вот и все, крайне скудные, сведения древних о теплоте.

Мы уже упоминали, что Фалесу были известны магнитные притяжения и электризация янтаря. У римских авторов встречается упоминание об огнях св. Эльма, однако, конечно, эти явления не ставились в связь не только с действием янтаря, но и с молнией. Древним были известны электрические рыбы и даже использовались ими для медицинских целей (электротерапия). Так, за 30 лет до н. э. Диоскород использовал удары электрического угря при лечении подагры и хронической головной боли. Плиний рассказывает, что удар угря чувствуется и тогда, если трогать его не руками, а копьём.

Теоретические представления о сущности электризации, конечно, не могли сложиться на такой узкой эмпирической базе. Однако Лукреций дал очерк теории магнитных действий, причём его концепция впоследствии развивалась такими мыслителями, как Декарт и Эйлер. Основная мысль Лукреция состоит в том, что магнит излучает мельчайшие частицы, или токи. Эти токи своими толчками разбивают воздух, образуя в нём пустоты. В эти пустоты устремляются атомы железа, и поскольку они чрезвычайно связаны между собой, то и всё железное тело (кольцо) устремляется к магниту. Этому притяжению способствуют и толчки окружающего железо воздуха. Воздух, устремляясь' в пустоту, проникает через поры железа и увлекает за собой железное кольцо. Способность магнита притягивать только железо Лукреций объясняет так:

Вовсе не надо тебе удивляться, что ток из магнита 
Не в состоянии совсем на другие действовать вещи. 
Частью их тяжесть стоять заставляет,- как золото,- частью 
Пористые телом они, и поэтому ток устремляться 
Может свободно сквозь них, никуда не толкая при этом; 
К этому роду вещей мы дерево можем причислить. 
Среднее место меж тем и другим занимает железо.

Итак, дело в особой структуре железа, в связности его частиц и в соответствующих размерах пор. Структура железа и магнита такова, что обеспечивает их прочное сцепление при взаимном притяжении:

Вещи, в которых их ткань совпадает взаимно с другою,
Так что, где выпуклость есть, у другой оказалась бы там же
Впадина,- эта их связь окажется самой тесной.
Есть и такие ещё, что крючками и петлями будто
Держатся крепко и так друг с другом скрепляются вместе.
Это скорее всего происходит в железе с магнитом.