Становление науки в средневековой Европе

К концу XII – началу XIII в. социально-экономические и культурные процессы в странах Ближнего и Среднего Востока приостановились. Страны же Западной Европы, наоборот, стали постепенно опережать их в результате развития производительных сил.

Значительную роль в образовании стали играть университеты. Светские учебные заведения появились лишь в эпоху развитого Средневековья, когда возникли ремесла и торговля, изобретательство и инженерное дело. В каждом из них были четыре факультета: подготовительный, или философский, медицинский, юридический и высший, но не самый популярный – теологический.

В XIII–XV вв. путем усвоения наследия арабоязычной и древнегреческой математики формируется западноевропейская математика, накапливается важный исходный опыт рационально-теоретического анализа, который определил ее дальнейший стремительный взлет начиная с XVI в. В XIV–XV вв. главные направления развития европейской математики – расширение понятия числа, совершенствование алгебраической символики, формирование тригонометрии как особой отрасли математики. В период позднего Средневековья (XIV–XV вв.) постепенно осуществляется пересмотр античного мировоззрения и складываются предпосылки для создания нового естествознания, физики, астрономии, возникновения научной биологии. Важным источником новых физических идей стало «отрицательное богословие» – теологическая доктрина, которая определяла характеристики Бога на основе абсолютной противоположности свойств земного мира, а затем искала принципы, которые бы позволяли связать земное и божественное в некое единство.

Формируются предпосылки новой механистической картины мира:

• допускается существование пустоты, но пока не абстрактной, а лишь в виде нематериальной пространственности, пронизанной божественностью;

• меняется отношение к проблеме бесконечности природы (бесконечность природы все чаще рассматривается как позитивное, допустимое и очень желательное с точки зрения религиозных ценностей начало);

• возникает представление о бесконечном прямолинейном движении как следствии образа бесконечного пространства;

• возникает идея о возможности существования бесконечно большого тела (образ пространственной бесконечности постепенно перерастает в образ вещественно-телесной бесконечности);

• допускается мысль о существовании движений небесных тел не только идеальных (правильной окружности), соизмеримых между собой, но и несоизмеримых.

Качественные сдвиги происходят также в кинематике и динамике. В кинематике средневековые схоласты вводят понятия «средняя скорость», «мгновенная скорость», «равноускоренное движение». В эпоху позднего Средневековья значительное развитие получила «теория импетуса», которая была мостом, соединявшим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Теория импетуса была разработана в средневековой Европе в поисках ответа на вопрос о механизме передачи движения, для объяснения свободного падения и движения тела, бросаемого под углом к горизонту. Она была сформулирована в первой половине XIV в. парижским схоластом Жаном Буриданом. Он называл импетусом некую «силу», которая исходит от двигателя и «запечатлевается» в движимом теле. Величина импетуса определяется как скоростью, сообщаемой телу двигателем, так и количеством его «материи». Исчерпанию импетуса способствует, во-первых, сопротивление среды, а во-вторых, «устремление» тела к «другому месту», если оно не совершает свободного падения, а движется под углом к горизонту

Таким образом, Буридан понимал импетус и как источник движения, и как причину продолжения движения. Он считал его постоянным качеством движущегося тела, «запечатленным» в нем так, как свойство притягивать железо «запечатлено» в магните. Сам по себе импетус не растрачивается. Это возможно только вследствие сопротивления среды или «противоположного сопротивления» тела. Почти все сторонники теории импетуса приводили в пример движение волчка, которое нельзя было объяснить с помощью аристотелевской концепции «промежуточной среды». Благодаря теории импетуса исследовательская мысль постепенно сосредоточивалась на расстоянии движущегося тела от начала движения: тело, падающее под действием импетуса, накапливает его все больше и больше по мере того, как отдаляется от исходного пункта. Эти выводы стали предпосылками для перехода от понятия импетуса к понятию инерции. Таким образом, в центре внимания креативной (творческой) деятельности мыслителей Средневековья были физика, механика, теплота, оптика, космология, география, геометрия, алгебра, метеорология, минерология, вопросы относительности и абсолютности движения, природы сил, наличия или отсутствия центра Вселенной и др.

Алхимия складывалась в эпоху эллинизма (II–VI вв.) на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией, мистикой и астрологией (золото соотносили с Солнцем, серебро – с Луной, медь – с Венерой и т. д.). В александрийской культурной традиции она представляла собой форму ритуально-магического (герметического) искусства. Алхимия занималась поисками философского камня и иных способов «превращения» неблагородных металлов в золото или серебро, эликсира бессмертия, алкагеста (универсального растворителя). В реализации алхимического рецепта предполагалось участие священных или мистических сил (частицы Бога или дьявола, надъестественного бытия, в котором проявления человеческого мира теряют свою силу), а средством обращения к этим силам было слово (заклинание, молитва) – необходимая сторона ритуала. Алхимический рецепт выступал одновременно и как действие, и как священнодействие.

Алхимики утверждали, что главной их задачей является «поиск первопричины мира», «первичной материи», заложенной в природу Богом (здесь они соприкасались с религией).

Но для обнаружения этой первоосновы алхимикам приходилось проводить множество химических экспериментов, и это сближало их с наукой. В процессе исследований они попутно решали многие важные задачи: были получены сведения о многих процессах и открыты различные методы производства продуктов, пользовавшихся большим спросом. Именно алхимики заложили фундамент для создания химии.

Различают три пути развития алхимии: греко-египетский, арабский и западноевропейский. Выделение их в структуре алхимических исследований обусловлено прежде всего особым пониманием целей и предмета в каждом из них. Еще в Египте растущий спрос на благородные металлы подтолкнул ученых к поиску способа превращения одного металла в другой (в частности, свинца или железа в золото). В ходе поиска «философского камня» углублялись и расширялись знания о химических процессах. В период правления римского императора Диоклетиана алхимия впервые была запрещена, а труды алхимиков сожжены, так как властитель боялся, что дешевое золото подорвет шаткую экономику империи.

Следующий этап развития алхимии – раннее Средневековье (VII–XIII вв.). В основе арабской алхимии по-прежнему лежит идея Аристотеля о взаимопревращаемости элементов. Однако для интерпретации опытных данных, касающихся свойств металлов, теория Аристотеля оказывается не слишком удобной, поскольку описывает прежде всего физические свойства вещества. Развитие алхимической практики потребовало создания новой теории, основанной на химических свойствах веществ. Абу Муса Джабир ибн Хайян (721–815), в европейской литературе известный под именем Гебер, разработал ртутно-серную теорию происхождения металлов, которая составила теоретическую основу алхимии на несколько последующих веков. По Геберу, семь основных металлов представляют собой смесь Ртути (философское понятие, обозначающее «металличность») и Серы (также философское понятие, обозначающее «горючесть»): чем меньше серы, тем они более прочны, блестящи и ковки. Для превращения одного металла в другой необходимо иметь некое вещество – эликсир или философский камень, обладающий целым набором чудесных свойств.

Последний этап развития алхимии – западноевропейский. Во время эпохи крестовых походов европейцы заимствовали у арабов многие научно-практические знания, включая алхимию.

Самым важным достижением европейской алхимии было открытие серной и азотной минеральных кислот, с помощью которых удалось растворить вещества, считавшиеся нерастворимыми. Европейские химики в качестве третьей части металлов (наряду с Серой и Ртутью) ввели Соль, считая, что соли придают обычной ртути свойство затвердевать и противостоять огню. В связи с этим изучено было огромное количество солей.

Особой заслугой западноевропейских алхимиков следует назвать изучение продуктов брожения – вина и уксуса. В результате именно в Западной Европе научились получать чистый спирт путем перегонки крепких вин и водки. В 1317 г. папа Иоанн XXII (подобно Диоклетиану) алхимию как сатанинское искушение предал анафеме. Но это не помогло: она продолжала развиваться.

Техника Средневековья

Великие технические изобретения, сделанные в Средневековье, оказали огромное влияние на все области экономики, науки и культуры. Наиболее значимыми из них стали водяная и ветряная мельницы, морской компас, порох, очки, бумага, механические часы (почти все эти изобретения пришли в Европу с Востока). Идея водяного привода (двигателя) была реализована прежде всего для перемалывания зерна (собственно для построения мельниц), а затем и для выполнения других работ (например, для ткачества в суконном производстве, вытягивания проволоки, толчения руды). Использование движения колеса с горизонтальной осью вращения для осуществления поступательного движения или вращения в других плоскостях потребовало применения механизмов, преобразующих движение. Для этого были придуманы зубчатое зацепление цевочного (пальцевого) типа и коленчатый рычаг.

Ветряные мельницы появились в Европе в начале XII в., но широкое распространение получили в XV в. Изготовление механизмов водяных и ветряных мельниц, их сборка требовали высокой квалификации мастеров. Они должны были обладать обширными знаниями не только в механике, но и в кузнечном деле, в гидротехнике, в аэродинамике (в современной терминологии). Башенные механические часы появились в средневековой Европе раньше других часов. Они указывали время богослужения. До изобретения механических часов время суток указывал колокол, которым управлял «часовой», ориентируясь на время, указанное песочными часами (колокол звонил каждый час). Вот почему термины «часы» и «часовой» имеют одинаковое происхождение. Механические часы на башне Вестминстерского аббатства были установлены в 1288 г. Затем механические башенные часы стали использовать во Франции, Италии, Германии. Существует мнение, что механические часы придумали мельничные мастера в соответствии с идеей непрерывности и периодичности движения мельничного привода. Главной задачей при создании часового механизма было обеспечение точности хода или постоянства скорости вращения зубчатых колес. Для изготовления часов требовались надлежащий подбор материала деталей, высокая точность их обработки, скрупулезность сборки. Разработка часовых механизмов была бы невозможна без технических знаний, проведения математических расчетов. Измерение времени имеет прямую связь с астрономией. Таким образом, часовое дело соединило механику, астрономию, математику в решении практической задачи измерения времени.

Компас как устройство, использующее свойство естественного магнита указывать направление географического или магнитного меридиана, изобретен в Китае. Китайцы приписывали способность ориентации естественных магнитов воздействию звезд. В I–III вв. компас стал применяться в Китае как указатель юга. Как попал компас в Европу, до сих пор неизвестно. Начало его использования европейцами в мореплавании относится к XII в. Применение компаса на судах явилось важной предпосылкой географических открытий. Компас впервые обстоятельно описал французский ученый Пьер да Марикур (Петр Перегрин). Он указал в связи с этим и на свойства магнита (явление магнитной индукции). Компас стал первой действующей научной моделью, на основе которой развивалось учение о притяжении предметов вплоть до великой теории Ньютона.

Порох применялся в Китае уже в VI в. при изготовлении фейерверков. Над созданием смеси, сгорающей без воздуха, трудились многие европейские алхимики. Но удача улыбнулась фрайбургскому монаху Бертольду Шварцу. Порох стал играть важную роль в военном деле с XIV в. после изобретения византийцами пушки «огненная труба». Первые литые стволы орудий имели расширяющуюся форму и назывались мортирами. Они могли вести навесной огонь камнями или небольшими ядрами. Энергия пороха при такой конструкции использовалась незначительно. В XV в. в Европе стали производить орудия с цилиндрически каналом ствола. Теперь сила пороха использовалась максимально, поскольку ядро точно соответствовало калибру пушки. Вслед за пушкой появилось ручное огнестрельное оружие (бомбарда, петронелла, аркебуза). В конце XV в. в Испании был изобретен мушкет – самое массовое оружие Средневековья. Его калибр составлял 20–23 мм, а дальность выстрела – до 250 м. Изобретение пороха способствовало изучению процессов горения и взрыва, выделения и передачи тепла, точной механики и технологий, связанных с изготовлением орудийных стволов, баллистики.

Бумага была нужна науке «как воздух». Изобретенная в Китае во II в., в VI–VII вв. она появилась в Японии, Индии, Средней Азии, в VIII в. – на арабском Востоке; в XII в. бумага попала в Европу через арабов. Испания первая в Европе (в начале XII в.) организовала ее производство сначала из хлопка, затем из более дешевого сырья – тряпья и отходов текстильного производства. Вслед за бумагой, ставшей несравненно более дешевым писчим материалом по сравнению с пергаментом, появилось и книгопечатание. Предшественницей книгопечатания была ксилография (от греч. xylon – срубленное дерево и grapho – пишу), т. е. гравирование на дереве. По резьбе на дереве можно было тиражировать печатные тексты. В начале XI в. китайские мастера изобрели подвижный шрифт, но в Европе он появился лишь в XV в. В Западной Европе основоположником книгопечатания является И. Генсфлейш (Гутенберг), который отпечатал первую книгу в 1445 г. Роль книгопечатания в научном прогрессе и распространении знаний трудно переоценить.

Очки были изобретены в Италии. По одним сведениям, это изобретение относится к 1299 г. и принадлежит Сильвино Армати. Другие полагают, что очки появились в Италии не раньше 1350 г. Существует мнение, что успехи просвещения в эпоху Возрождения были достигнуты во многом благодаря изобретению очков. Очковые линзы стали основой при создании таких оптических инструментов, как микроскоп и телескоп.

До XII–XIII вв. европейское естествознание переживало период упадка. Его структура была следующая:

• воспринятые от античности астрономические и математические знания, в основе которых лежала геоцентрическая картина мира, восходящая к Аристотелю. Признавая роль Бога в создании и движении мира, аристотелизм хорошо сочетался с христианской религией;

• учение о живом, которое объединялось понятием одушевленности, или души, идущей от Творца. Этот мир «твари» включал в себя растения, животных и человека;

• комплекс алхимии и астрологических знаний с элементами медицинских и минералогических знаний. Алхимия представляла собой некий синтез магии и науки, экспериментального и мистического знания. Первоначально она возникла в Египте в раннем Средневековье, а затем распространилась в Западной Европе.

Таким образом, научные знания эпохи Средневековья ограничивались в основном познанием отдельных явлений и легко укладывались в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля). В таких условиях наука еще не могла подняться до раскрытия объективных законов природы. Естествознание в его современном понимании еще не сформировалось. Оно находилось в стадии своеобразной «преднауки».

Контрольные вопросы

1. Каковы особенности средневекового сознания?

2. Почему Средневековье способствовало развитию образования и медицины?

3. Как рассматривалась природа средневековым человеком?

4. Каковы три традиции познания Средневековья?

5. Какие сочинения древнегреческих ученых были переведены на арабский язык?

6. Какие имена известных арабских ученых вы знаете?

7. Почему из всех разделов механики наибольшее развитие получила статика?

8. Кто сформулировал «теорию импетуса»?

9. Почему к концу XII – началу XIII в. страны Западной Европы стали обгонять в области науки мусульманский Восток и Византийскую империю?

10. Какие технические изобретения Средневековья оказали огромное влияние на все области экономики и культуры, на развитие науки?

Задания

Назовите предпосылки новой механистической картины мира:

1)

2)

3)

4)

5)

Заполните таблицу:

Закончите предложение:

1. В каждом из средневековых университетов были четыре факультета:…

2. Порох применялся в Китае уже в…

3. Очки были изобретены в…

Тесты

1. Назовите имена известных средневековых алхимиков:

а) Ф. Аквинский; в) А. Кентерберийский;

б) А. Велехей; г) П. Абеляр.