Греция и Рим

Культурной платформой для становления европейской цивилизации выступила Древняя Греция. Динамичному развитию древнегреческой культуры в различных областях жизни (в политике, технике, научном познании, философии, искусстве и др.) способствовал ряд уникальных социокультурных особенностей античной Греции: относительная свобода от жесткой религиозной регламентации жизни, самоуправление и политическая сознательность граждан в городах — полисах, активный интерес к окружающему миру, этическая устремленность, развитое чувство гармонии и красоты.

Именно в античной Греции берет начало и сам научно-познавательный проект, нацеленный на постижение устройства мира, его универсальных характеристик и закономерностей.

Однако собственно технические знания и умения не входили в область интересов научно-философского познания. Как уже говорилось, в античной философии было различие между techne и episteme. «Тэхнэ» представляло собой практическое «знание-умение», основанное на опыте, а «эпистеме» — сферу чистого теоретического познания. Появление первых зачатков технической науки (т.е. некоего соединения «тэхнэ» и «эпистеме») происходит лишь в поздней античности (эллинистический период).

Греки были народом, активно занимавшимся мореплаванием и торговлей. В Греции были скудные условия для земледелия, сложная гористая местность, однако очень удобная для мореплавания береговая линия. Эти и другие географические особенности греческой части Балканского полуострова способствовали тому, что греки рано занялись торговым обменом с другими народами, а также расселением по морю на другие территории, где основали свои колонии.

Технологическое развитие Греции было тесно связано с мореплаванием, торговлей, ремеслами и во многом концентрировалось вокруг этих областей. Были развиты кораблестроение, гончарное, ткацкое, плотницкое и другие ремесла. В связи с тем, что Греция богата железными рудами, возникла горнодобывающая и литейная индустрия. Для водоснабжения (в том числе для выращивания олив) создавались системы искусственного орошения.

Греки изобрели и применяли немало технических устройств: в их числе весы и безмены, астролябия (астрономический прибор для навигации), грузоподъемный кран, винты, шестерни, гончарный станок и многое другое. Хорошо развита была также военная техника: уже в войне с персами (V в. до н.э.) они применяли крупные тараны, катапульты для метания больших стрел и баллисты для обстрела камнями. Причем при создании метательных машин использовались точные расчеты их габаритов (в зависимости от калибра снарядов) и выверялся уровень натяжения входящих в их состав упругих жгутов.

Греки высоко ценили технические новшества; они активно изобретали, а также заимствовали из других культур, с которыми плотно взаимодействовали. При этом их изобретательская активность все же значительно сдерживалась в связи с тем, что большую роль в их хозяйственной деятельности играл труд рабов (и этот процесс эксплуатации рабов все расширялся в ходе усиления политического могущества Греции).

Как мы уже видели, в государствах древнего мира было накоплено немало технических знаний и умений. Однако они не систематизировались, и их характер был сугубо практическим. Они фиксировались в форме предписаний, приемов (по изготовлению технических устройств, решению прикладных геометрических задач и т. п.). И только в античной Греции появляются зачатки технических теорий, т. е. возникает радикально новый уровень развития техники и технического знания.

Первой теоретической областью, занимавшейся проблемами техники, стала механика. Само это название происходит от греческого «механэ». Mechane — специальное приспособление, средство, a mechanike означает искусство построения машин.

Механика как область прикладной технической деятельности представляла собой инженерную практику, связанную с созданием конструкций, технических устройств, сооружений, с решением разнообразных специальных механических задач (по совершению работы, перемещения, передвижения, преобразования движения и т. п.). В качестве отдельного «тэхиэ» она базировалась на разнообразных изобретениях, хитроумных находках и технических приемах.

Механика как становящаяся наука (о механическом движении материальных тел) начала подходить к этим проблемам с более общей, теоретической точки зрения, в том числе — с использованием математики. Как известно, математика в античной Греции рано стала развиваться как самостоятельная «чистая» наука. Еще в VI в. до н.э. пифагорейская школа последовательно развивала мысль о том, что окружающий мир может быть описан и познан в математических формах. В III в до н.э. великий математик Эвклид (Евклид), работавший в Александрии, выстроил в своем главном труде «Начала» аксиоматическую систему геометрии.

Уже в ранний, досократовский период античной философии (VI—V вв. до н.э.) философы пристально занимались природой движения: Зенон, Гераклит, Демокрит и другие. Большое влияние на развитие теоретических представлений о движении оказали работы Аристотеля (IV в. до н.э.) — «Физика», «О небе», «О возникновении и уничтожении» и др. Аристотель ввел и сам термин «механика», а также изложил ряд общих понятий механики. Его физическое учение было сугубо качественным. Движение Аристотель широко определял как изменение вообще, а «естественное», ненасильственное движение объяснял стремлением каждого природного тела к своему «естественному месту».

Ко времени Аристотеля уже были известны законы сложения и уравновешивания сил, закон равновесия рычага и другие важные положения механики. Так, философ-пифагореец и математик Архит Тарентский (428—365 гг. до н.э.) занимался теорией рычага, а также, как считается, изобрел блок и винт.

Однако заметное развитие механики происходит несколько позже — в эллинистический период античной науки и философии (III в. до н.э. — III—IV вв. н.э.). Центром научной мысли стал тогда город Александрия. Сюда съезжались ученые из разных мест. Здесь был основан Александрийский мусейон (греч. museion — храм муз), представлявший собой систему учреждений для исследований и преподавания. Огромным хранилищем древних рукописей была знаменитая Александрийская библиотека (позже полностью погибшая).

В этот период динамично развивались математика, анатомия, биология, география, астрономия, филологические науки и другие дисциплины. Расцвет эллинистической науки был относительно недолог (примерно начиная с I в. н.э. начинается ее упадок), но он стал яркой страницей в истории античной мысли. К сожалению, об этом интересном периоде античной науки известно крайне мало, так как большинство письменных свидетельств результатов этих исследований оказались утеряны.

Античная механика развивалась в двух направлениях — как статика и динамика. Первое направление занималось условиями равновесия тел под действием сил, второе — задачами движения тел под действием приложенных к ним сил. Однако они развивались в отрыве друг от друга, единой механической теории еще не было. Для решения механических задач применялся довольно продвинутый для того времени математический аппарат (с использованием геометрии, тригонометрии, элементов теории пределов и др.).

Наиболее важные результаты в теоретической механике и гидростатике принадлежат выдающемуся ученому и инженеру античности Архимеду (ок. 287—212 гг. до н.э.). Архимед совершил множество математических открытий (определение площадей и объемов фигур, спираль Архимеда, бесконечный ряд и др.). Он сделал также много технических изобретений: среди них так называемая небесная сфера (механический прибор, моделирующий движения планет, Солнца и Луны), гидравлический орган, бесконечный винт для подъема и передвижения тяжестей и бесконечный винт для подъема воды (архимедов винт). Во время осады римлянами его родного города Сиракуз защитники города применяли ряд созданных Архимедом мощных военных устройств (метательные орудия, огромные краны и др.).

В своей книге «О равновесии плоских фигур» Архимед рассматривает вопросы сложения сил, приходит к понятию центра тяжести, вводит вычислительные методы определения центра тяжести в различных фигурах и телах (близкие к идеям интегрального исчисления), излагает теорию равновесия рычага, построенную на системе аксиом — введение аксиоматического принципа в механическую теорию само по себе имело фундаментальное значение.

Примерно в это же время (III в. до н.э.) в эллинистическом Египте было написано важное произведение «Механические проблемы», которое долго приписывали Аристотелю. Оно посвящено изложению принципа рычага. Описываются также разнообразные механизмы: колодезный журавль, каток, руль, гончарный круг и другие механизмы, решаются технические задачи, рассматривается принцип действия военных метательных машин и т. п.

Приблизительно со II в. до н.э. на ведущие политические позиции в античном мире выдвигается Рим. Римляне создали высокоразвитую цивилизацию, в том числе в техническом плане. У них было хорошо организовано военное дело; военная техника включала метательные машины, тараны и другие приспособления для взятия крепостей (что играло важнейшую роль в войнах того времени). Римляне прославились своими высококачественными дорогами, цементной кладкой, системами водопроводов. Устройство городов и домов включало мощеные улицы, многоэтажные дома, стеклянные окна, подогрев молов и стен. Высокого развития достигло и сельское хозяйство.

Но продвижение собственно технических наук в те времена продолжается преимущественно в русле александрийской науки.

Множество изобретений приписывают александрийскому механику Ктесибию (примерно II в. до н.э.). В их числе называют воздушный и водяной насосы, водяной орган, металлическую пружину, водяные поплавковые часы, пушку, стреляющую с помощью сжатого воздуха.

Примерно в I в. н.э. работал один из крупнейших ученых античности Герон Александрийский. Его математические работы представляют собой обширную картину математических знаний и вычислительных методов того времени. Известны его работы по геодезии, послужившие основой для деятельности римских геодезистов. Среди технических изобретений Геропа — пожарный насос, механическая дверь (работающая па основе гидравлического насоса), устройства, приводимые в действие горячим паром (поэтому считается, что Герои первый подошел к открытию принципа парового двигателя).

«Механика» — основное сочинение Герона по проблемам научной и прикладной механики (сохранилось в арабском переводе). В нем изложены различные теоретические вопросы: распределение нагрузки, сложение движений, определение центра тяжести и др. Во второй книге «Механики» Герои описывает «пять простых машин»: блок, винт, ворот, клин и рычаг. Там же излагаются принципы действия этих машин, а также их комбинаций.

В сочинении «Пневматика» Герои рассматривает механизмы, действующие на основе нагретого или сжатого воздуха или пара. Он полагает, что воздух — не является пустотой, а содержит мельчайшие частицы, соударением которых и объясняется упругость воздуха (а также пара). В трактате «Белопойика» описываются катапульты и другая метательная военная техника; сочинение «Об автоматах» посвящено автоматическим устройствам.

Последователем александрийской школы является также римский архитектор Витрувий (I в. до н.э.). Он автор трактата «Десять книг об архитектуре», в котором рассмотрены вопросы градостроения, зодчества, строительной техники. Последняя книга трактата посвящена механике, и в ней автор излагает теорию равновесия рычага, описывает различные механизмы для поднятия тяжестей, прикладные строительные приемы и правила. Трактат Витрувия позже неоднократно переиздавался в Европе с комментариями и модернизирующими добавлениями (по баллистике, строительной механике и др.).

Математик Папп Александрийский (III в н.э.) — автор труда «Математическое собрание» в восьми книгах (сохранились последние шесть). В них содержатся сведения по арифметике, геометрии, астрономии. В последней книге изложены вопросы механики, где Папп, в частности, проводит важное различие между теоретической механикой и механикой как практическим искусством. Его труд представляет собой совокупность сведений из других источников. Приводятся теоремы механики, решения конкретных задач, описываются технические устройства и машины.

В целом, характеризуя античную механику, стоит отметить, что в ней оставался значительный разрыв между сугубо математико-теоретическим подходом и практическими вопросами. Прикладные знания возникали из инженерного опыта и решения практических задач, но еще не было скольнибудь систематического приложения к ним математических методов.

Кроме того, общая траектория развития технического знания в поздней античности (по крайней мере, на основе дошедших до нас трудов) демонстрирует направленность в сторону сугубо прикладных задач. Работы более позднего периода (Герона, Витрувия, Паппа и других) хотя и содержат теоретические темы научной механики, все же не поднимаются до того уровня общетеоретических разработок, какой до этого был достигнут в трудах Архимеда.