A History of Ancient Greek Physics

I gamle tider var den systematiske studien av grunnleggende naturlover ikke et stort problem. Bekymringen holdt seg i live. Vitenskapen, som den eksisterte på den tiden, bestod først og fremst av jordbruk og til slutt ingeniørarbeid for å forbedre de voksende samfunns hverdag. Seiling av et skip, for eksempel, bruker luftdrag, det samme prinsippet som holder et fly høyt. De eldgamle var i stand til å finne ut hvordan de skulle konstruere og betjene seilskip uten presise regler for dette prinsippet.

De eldgamle er kanskje kjent best for sine astronomi, som fortsetter å påvirke oss sterkt i dag. De observerte jevnlig himmelen, som antas 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 vanlig mønster, og det er uklart om noen dokumentert tenker av den antikke verden trodde å stille spørsmål ved denne geosentriske synspunkt. Uansett begynte mennesker å identifisere stjernebilder i himmelen og brukte disse tegnene på dyrekretsen for å definere kalendere og årstider.

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

Egypt gjorde dyptgripende fremskritt i utviklingen av grunnleggende geometri, på grunn av behovet for å definere jordbruks territorium etter den årlige flommen av Nilen. Geometri fant raskt applikasjoner i astronomi, også.

Som Gresk sivilisasjon oppsto, men det kom endelig stabilitet - til tross for at det fremdeles er krig - for der til oppstå et intellektuelt aristokrati, en intelligentsia, som var i stand til å vie seg til den systematiske studien av disse teller. Euklid og Pythagoras er bare et par av navnene som resonerer gjennom tidene i utviklingen av matematikk fra denne perioden.

I fysikkvitenskapene var det også utviklingstrekk. Leucippus (5. århundre f.Kr.) nektet å godta de eldgamle overnaturlige forklaringene på naturen og forkynte kategorisk at enhver hendelse hadde en naturlig årsak. Studenten hans, Democritus, fortsatte dette konseptet. De to av dem var talsmenn for 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 ville være to årtusener før atomistiske synspunkter fikk støtte og enda lenger før det var bevis for å støtte spekulasjon.

Mens hans mentor Platon (og hans mentor, Sokrates) var langt mer opptatt av moralsk filosofi, Aristoteles (384 - 322 f.Kr.) filosofi hadde mer sekulære grunnlag. Han fremmet konseptet om at observasjon av fysiske fenomener til slutt kan føre til oppdagelsen av naturlige lover selv om i motsetning til Leucippus og Democritus, trodde Aristoteles at disse naturlovene til slutt var guddommelige i natur.

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

Likevel var det et skritt i riktig retning.

En av Aristoteles interesser var bevegelse av gjenstander:

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

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

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

De fire elementene i denne verdenen utveksles og forholder seg til hverandre, mens Aether var en helt annen type stoff. Disse verdslige elementene hadde hver sin natur. For eksempel eksisterer vi der jordens rike (bakken under føttene våre) møter luftens rike (luften rundt oss og opp så høyt som vi kan se).

Den naturlige tilstanden til gjenstander, til Aristoteles, var i ro, på et sted som var i balanse med elementene de ble sammensatt av. Bevegelsen av objekter var derfor et forsøk fra objektet på å nå sin naturlige tilstand. En stein faller fordi jordens rike er nede. Vann renner nedover fordi dets naturlige rike er under jordens rike. Røyk stiger fordi den består av både luft og brann, og prøver derfor å nå det høye brann-riket, og det er også grunnen til at flammer strekker seg oppover.

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

I tillegg til dette arbeidet med drivkraft, eller bevegelse, av gjenstander, gjorde Aristoteles omfattende studier på andre områder:

• opprettet et klassifiseringssystem som delte dyr med lignende egenskaper i "slekter."
• studerte, i sitt arbeid Meteorologi, ikke bare værmønster, men også geologi og naturhistorie.
• formaliserte det matematiske systemet kalt Logic.
• omfattende filosofisk arbeid om arten av menneskets forhold til det guddommelige, samt etiske betraktninger

Aristoteles arbeid ble gjenoppdaget av lærde i middelalderen, og han ble utropt til den eldste verdenshistorien. Hans synspunkter ble den filosofiske grunnlaget for den katolske kirke (i tilfeller der den ikke gjorde det direkte motsier Bibelen) og i århundrer fremover ble observasjoner som ikke stemte overens med Aristoteles fordømt som a kjetter. Det er en av de største ironiene som en slik talsmann for observasjonsvitenskapen ville bli brukt til å hemme slikt arbeid i fremtiden.

Archimedes (287 - 212 B.C.E.) er mest kjent for den klassiske historien om hvordan han oppdaget prinsippene om tetthet og oppdrift mens han badet, med det samme å føre ham til å løpe gjennom gatene i Syracuse naken og skrike "Eureka!" (som omtrent oversetter til "Jeg har funnet den!"). I tillegg er han kjent for mange andre betydningsfulle bragder:

• skisserte de matematiske prinsippene til spaken, en av de eldste maskinene
• skapte forseggjorte reimskissystemer, som angivelig har vært i stand til å flytte et skip i full størrelse ved å trekke i et enkelt tau
• definerte begrepet tyngdepunkt
• opprettet feltet statikk, ved hjelp av gresk geometri for å finne likevektsstilstander for objekter som ville skattlegge for moderne fysikere
• kjent for å ha bygget mange oppfinnelser, inkludert en "vannskrue" for vanning og krigsmaskiner som hjalp Syracuse mot Roma i den første punic-krigen. Han tilskrives av noen med å finne opp kilometertelleren i løpet av denne tiden, selv om det ikke er bevist.

Kanskje Archimedes største prestasjon var imidlertid å forene Aristoteles store feil ved 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 (190 - 120 f.Kr.) ble født i Tyrkia, selv om han var gresk. Han regnes av mange for å være den største observasjonsastronomen i antikkens Hellas. Med trigonometriske tabeller som han utviklet, anvendte han geometri nøye på studiet av astronomi og var i stand til å forutsi solformørkelser. Han studerte også solens og månens bevegelse, og beregnet med større presisjon enn noen før ham avstand, størrelse og parallaks. For å hjelpe ham i dette arbeidet forbedret han mange av verktøyene som ble brukt i datidens blotte øye. Matematikken som brukes indikerer at Hipparchus kan ha studert babylonsk matematikk og vært ansvarlig for å bringe noe av den 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 omkretsen av Jorden, men dette er i noen tvist.

Den siste store astronomen i den eldgamle verden var Claudius Ptolemaeus (kjent som Ptolemy til ettertiden). På det andre århundre f.Kr. skrev han en oppsummering av gammel astronomi (lånt tungt fra Hipparchus - dette er vår viktigste kilde for kunnskap om Hipparchus) som ble kjent gjennom hele tiden Arabia as Almagest (den største). Han skisserte formelt universets geosentriske modell, og beskrev en serie konsentriske sirkler og sfærer som andre planeter beveget seg på. Kombinasjonene måtte være ekstremt kompliserte for å redegjøre for de observerte bevegelsene, men hans arbeid var det tilstrekkelig nok til at det i fjorten århundrer ble sett på som den omfattende uttalelsen om det himmelske bevegelse.

Med Roma-fallet døde imidlertid stabiliteten som støtter slik innovasjon i den europeiske verden. Mye av kunnskapen innhentet fra den eldgamle verden gikk tapt i løpet av den mørke alderen. For eksempel, av de 150 anerkjente aristoteliske verkene, er det bare 30 i dag, og noen av dem er lite mer enn forelesningsnotater. I den tidsalder ville oppdagelsen av kunnskap ligge for Østen: for Kina og Midt-Østen.