Тепло + Сухость = Огонь; Холод + Сухость = Земля;
Тепло + Влажность = Воздух; Холод + Влажность = Вода.
Другой важной для будущей физической науки темой, которую обсуждали греческие мыслители, был вопрос о существовании пустоты («относительного небытия»), разделяющей всё сущее на множество элементов. Возможно ли бесконечное деление окружающих объектов на части или этот процесс оканчивается на каком-то уровне, приводя к неделимым далее элементам, которые так и стали называли «атомами» (дословно: неделимыми). Атомистическую гипотезу предложил Левкипп (5-й век до н. э.), а его ученик Демокрит (460370 до н. э.) развил её до последовательной теории. Противоположной точки зрения (возможности бесконечного деления) придерживался Анаксагор (500428 до н. э.) основоположник афинской философской школы. Греческие мудрецы выдвигали все умозрительно возможные варианты и яростно дискутировали с оппонентами. Это было еще одним нововведением в греческой философии, являющимся следствием демократического устройства многих греческих полисов. Демократия «по-гречески» (идеал: все равны и у каждого по два раба) приводила к словопрениям, когда надо было убедить окружающих в своей правоте не силой оружия, а силой аргументов, то есть возникла необходимость доказывать свои утверждения. Затем практика из юриспруденции перетекла в математику, породив идею математического доказательства (индийские математики, например, не доказывали свои геометрические построения, а делали чертеж и писали просто: «Смотри!»). В будущем из идеи математического доказательства возникнет идея физического доказательства, то есть понятие экспериментальной проверки утверждений, а в Новое время и идея мысленного эксперимента. Современная механика базируется на трех понятиях «пространство», «время» и «материальная точка». Все эти понятия в неявном виде были нащупаны в древнегреческой натурфилософии оставалось сложить пазл и построить рациональную теорию Мира.
Аристотель (384322 до н. э.)
Физика Аристотеля и космология Птолемея
Аристотель величайший греческий мыслитель, гением которого была озарена вся последующая история Запада. Его труды охватывают многие предметы, включая физику, биологию, зоологию, метафизику, логику, этику, эстетику, поэзию, театр, музыку, риторику, психологию, лингвистику, экономику, политику, метеорологию, геологию и государственное управление. Его называют отцом логики, биологии, политологии, зоологии, эмбриологии, естественного права, научного метода, риторики, психологии, реализма, критики, индивидуализма, телеологии и метеорологии. В частности, он построил первое рациональное объяснение природы физику (от φυσις «природа»).
Основным принципом его физики был телеологизм все процессы и явления в мире имеют цель. С точки зрения Аристотеля, «Бог и природа ничего не делают напрасно». Все существует ради какой-то конечной цели, всё так или иначе конечно. Актуальной бесконечности ни внутри нашего мира, ни за его пределами нет. Мир конечен. Он один, единственный в своем роде и шарообразен (сферически симметричен). Строя законы движения на основе натурфилософии с её элементами-стихиями, Аристотель приписал каждому элементу свое специфическое движение. Каждый элемент тянется к своему естественному месту для земли и воды, как тяжелых элементов, характерно движение от периферии к центру мироздания Земле. Для воздуха и огня характерно обратное движение от центра к периферии. Движение возможно только тогда, когда на тело действует сила, двигающая эти объекты к их естественному месту. Что является характерным для движения всех четырех элементов? Оно является прямолинейным, и в этом отношении оно конечно. Весь наш «подлунный мир» есть результат взаимодействия элементов между собой. Время это есть мера или число движения в отношении предшествующего и последующего моментов, то есть ощущение времени возникает тогда, когда те или иные состояния объектов меняются. По Аристотелю, время и место не являются ни вещами, ни физическими константами. Строго говоря, ни времени, ни места нет. Атомов нет, так как из атомистического учения следует, что атом движущийся с определенной скоростью в определенном направлении, будет продолжать свое движение бесконечно или до столкновения с другим атомом (фактически здесь атомисты закладывали прообраз будущего первого закона Ньютона). Пустоты, в которой должны были бы двигаться атомы, тоже нет, так как в пустоте (где нет никаких сил) скорость любого тела должна стать бесконечно большой, что недопустимо, следовательно, мир континуален (каждая точка пространства заполнена материей). Попав в капкан ошибочных гипотез (отрицание пустого пространства, определение силы как причины движения), Аристотель был вынужден придумать нелепую (на современный взгляд) теорию движения, согласно которой брошенное тело подталкивается далее средой, пришедшей в движение от броска (эта теория продержалась на Западе до 16-того века!). Но это все о «подлунном мире», а как устроены небеса? Здесь Аристотель был вынужден придумать еще один элемент мироздания пятую («quinta» квинта) стихию или сущность («essentia» эссенция) как её потом называли латинские авторы «квинтэссенцию». Сам он назвал её разреженным воздухом («αἰθήρ» эфиром), которым дышали боги на Олимпе. Эфир пятый элемент не смешивается с остальными элементами, не обладает весом, и его естественное движение это вечное круговое вращение. Пятый элемент взяли на вооружение пифагорейцы, которые давно обнаружили пятое платоново тело додекаэдр, но скрывали это от непосвященных, так как не могли сопоставить ему стихию, чего требовало их мистическое учение: «Всё есть число».
Аристотель был самым известным выпускником знаменитой Академии Платона (424348 до н. э.) и сам создал в 335 г. до н. э. Ликей философскую школу, которая работала до 267 года, но 4-ом веке была заброшена. Выпускники Ликея (их было более 2000) продолжали и развивали теории Учителя. Но самым знаменитым учеником Аристотеля стал Александр Македонский, с которым он занимался, как сейчас бы сказали, частным образом и который не пошел в философы.
Как же устроена космология Аристотеля? Космос иерархически упорядочен: в центре его находится земля, над землей располагается последовательно вода, воздух, огонь и пятый элемент эфир. Эфир неуничтожим и образует небесные тела и сферы. Самая внешняя сфера небо неподвижных звезд, ниже располагаются Солнце, Луна, планеты. Почему происходят изменения положения звезд и планет? Аристотель рассуждает так: «Это происходит от того, что движется либо Земля, либо небеса, либо от того, что и то, и другое движется, либо от того, что одно покоится, а другое движется. Если бы Земля двигалась, то ее движение было бы насильственным. И каждая часть Земли обладала бы таким движением. Если это движение насильственно, то оно не может быть вечным. Однако порядок космоса вечен». Отсюда естественный постулат: Земля неподвижна!
Клавдий Птолемей (ок. 100 ок. 170) и его геоцентрическая система эпициклов
А как с проверкой теории наблюдением и расчетом (эксперимент появится только через две тысячи лет)? Это заслуга Клавдия Птолемея, астронома, жившего четырьмя веками позже Аристотеля и построившего на базе его физики сложную геоцентрическую модель движения планет. При создании данной системы он проявил себя как умелый механик, поскольку сумел представить неравномерные движения небесных светил (с попятными движениями планет, например Марса) в виде комбинации нескольких равномерных движений по окружностям (эпициклам, дифферентам). Геоцентрическая система Мира Аристотеля-Птолемея была универсальной, простой идейно, но технически весьма сложной (суммарное число эпициклов всех светил равнялось 77). Она позволяла предвычислять небесные явления с любой необходимой для тогдашних наблюдений степенью точности, что позволило ей просуществовать до начала 17-ого века. С точки зрения современной математики эпициклы и дифференты Птолемея это разложения в ряды Фурье движения планет по эллиптическим орбитам, в фокусе которых находится Солнце, да еще и с неудачной точки разложения (с Земли).