היסטוריה של פיזיקה יוונית עתיקה

בימי קדם המחקר השיטתי של חוקי הטבע הבסיסיים לא היווה דאגה עצומה. הדאגה נשארה בחיים. המדע, כפי שהיה קיים באותה תקופה, כלל בעיקר חקלאות ובסופו של דבר הנדסה לשיפור חיי היומיום של החברות הצומחות. הפלגה של ספינה, למשל, עושה שימוש בגרירת אוויר, אותו עיקרון ששומר על מטוס בגובהו. הקדמונים הצליחו להבין כיצד לבנות ולהפעיל אוניות מפרש ללא כללים מדויקים לעיקרון זה.

הקדמונים ידועים אולי הטובים ביותר בזכותם אסטרונומיה, שממשיכה להשפיע עלינו מאוד כיום. הם צפו בקביעות בשמים, אשר האמינו שהם תחום אלוהי שבמרכזו כדור הארץ. בהחלט היה ברור לכולם שהשמש, הירח והכוכבים נעו מעבר לשמיים בתבנית רגילה, ולא ברור אם הוגה תיעוד כלשהו של העולם העתיק חשב להטיל ספק בגאוצנטרי זה נקודת מבט. בלי קשר, בני האדם החלו לזהות קבוצות כוכבים בשמים והשתמשו בסימני גלגל המזלות האלה כדי להגדיר לוחות שנה ועונות השנה.

המתמטיקה התפתחה לראשונה במזרח התיכון, אם כי המקורות המדויקים משתנים בהתאם לאיזה היסטוריון אתה מדבר. כמעט בטוח שמקור המתמטיקה נועד לניהול רשומות פשוט במסחר ובממשל.

מצרים התקדמה מאוד בפיתוח גיאומטריה בסיסית, בגלל הצורך להגדיר בבירור את שטח החקלאות בעקבות השיטפון השנתי של הנילוס. הגיאומטריה מצאה במהירות יישומים גם באסטרונומיה.

בתור התרבות היוונית עם זאת, סוף סוף הגיעה יציבות מספקת - למרות העובדה שעדיין קיימות מלחמות תכופות - לשם נוצרת אריסטוקרטיה אינטלקטואלית, אינטליגנציה, שהצליחה להתמסר למחקר השיטתי של אלה חשוב. אוקליד ופיתגורס הם רק כמה מהשמות שמהדהדים לאורך הדורות בהתפתחות המתמטיקה מתקופה זו.

גם במדעי הגופני היו התפתחויות. לאקיפוס (המאה החמישית לפנה"ס) סירב לקבל את ההסברים הטבעיים העתיקים על הטבע והצהיר בקטגוריה שלכל אירוע יש סיבה טבעית. תלמידו, דמוקריטוס, המשיך בתפיסה זו. שניהם היו תומכים במושג שכל החומר מורכב מחלקיקים זעירים שהיו כה קטנים עד שלא ניתן היה לפרק אותם. חלקיקים אלה נקראו אטומים, מהמילה היוונית "בלתי ניתנת לחלוקה". זה יהיה שתי אלפים לפני שההשקפות האטומיסטיות זכו לתמיכה ואף יותר זמן לפני שהיו עדויות לתמיכה ב ספקולציות.

ואילו המנטור שלו אפלטון (ו שלו המנטור, סוקרטס) דאגו הרבה יותר לפילוסופיה מוסרית, לפילוסופיה של אריסטו (384 - 322 לפנה"ס) היו יסודות חילוניים יותר. הוא קידם את התפיסה כי התבוננות בתופעות גופניות עשויה להביא בסופו של דבר לגילוי חוקי הטבע השולטים בהם תופעות אלה, למרות שלא כמו לאקיפוס ודמוקריטוס, אריסטו האמין שחוקי הטבע הללו היו בסופו של דבר אלוהיים ב- טבע.

זו הייתה פילוסופיה טבעית, מדע תצפיתי מבוסס על התבונה אך ללא ניסויים. בצדק הוא ספג ביקורת על חוסר הקפדה (אם לא על חוסר זהירות). לדוגמה אחת מצחיקה, הוא קובע כי לגברים יש יותר שיניים מנשים וזה בהחלט לא נכון.

ובכל זאת, זה היה צעד בכיוון הנכון.

אחד האינטרסים של אריסטו היה תנועת חפצים:

• מדוע סלע נופל בזמן שעשן עולה?
• מדוע מים זורמים כלפי מטה בזמן שהלהבות רוקדות לאוויר?
• מדוע כוכבי הלכת נעים מעבר לשמיים?

הוא הסביר זאת באומרו שכל החומר מורכב מחמישה יסודות:

• אש
• כדור הארץ
• אוויר
• מים
• אתר (חומר אלוהי של השמים)

ארבעת היסודות של העולם הזה מתחלפים ומתייחסים זה לזה, בעוד אתר הייתה סוג שונה לחלוטין של חומר. לאלמנטים עולמיים אלה היו כל אחד תחומים טבעיים. לדוגמה, אנו קיימים במקום בו תחום כדור הארץ (האדמה שמתחת לרגלינו) פוגש את תחום האוויר (האוויר שסביבנו וגבוה ככל האפשר).

מצבם הטבעי של חפצים, לאריסטו, היה במנוחה, במקום שהיה באיזון עם האלמנטים שהם מורכבים מהם. תנועתם של חפצים הייתה אפוא ניסיון של האובייקט להגיע למצבו הטבעי. סלע נופל מכיוון שתחום כדור הארץ נמצא למטה. מים זורמים מטה מכיוון שהתחום הטבעי שלהם נמצא מתחת לתחום כדור הארץ. העשן עולה מכיוון שהוא מורכב הן מאוויר והן מאש, ובכך הוא מנסה להגיע לתחום האש הגבוה, וזו גם הסיבה שלהבות נמתחות כלפי מעלה.

לא היה שום ניסיון של אריסטו לתאר באופן מתמטי את המציאות שהוא צפה. אף שהוא פורמלי את הלוגיקה, הוא ראה במתמטיקה ובעולם הטבע כלא קשורים זה לזה. לשיטתו, המתמטיקה עסקה בעצמים בלתי משתנים שחסרים מציאות, ואילו הפילוסופיה הטבעית שלו התמקדה בשינוי עצמים עם מציאות משל עצמם.

בנוסף לעבודה זו על תנופה, או תנועה, של חפצים, ערך אריסטו מחקרים נרחבים בתחומים אחרים:

• יצר מערכת סיווג, מחלקת בעלי חיים עם מאפיינים דומים ל"ז'אנרים ".
• בעבודה מטאורולוגיה למד את הטבע לא רק של דפוסי מזג האוויר אלא גם הגיאולוגיה וההיסטוריה הטבעית.
• רשמית את המערכת המתמטית שנקראה Logic.
• עבודה פילוסופית נרחבת על אופי הקשר של האדם לאלוהי, כמו גם שיקולים אתיים

עבודתו של אריסטו נחשפה על ידי חוקרים בימי הביניים והוא הוכרז כעל ההוגה הגדול ביותר בעולם העתיק. השקפותיו הפכו לבסיס הפילוסופי של הכנסייה הקתולית (במקרים שבהם זה לא היה ישיר סותר את התנ"ך) ובמאות הבאות הוקעו תצפיות שלא תואמות את אריסטו כופר. זהו אחד האירוניים הגדולים ביותר שמשמש תומך כזה של מדעי התצפית כדי לעכב עבודה כזו בעתיד.

ארכימדס (287 - 212 B.C.E.) ידוע בעיקר בזכות הסיפור הקלאסי על האופן בו גילה את עקרונות הצפיפות והציפה תוך כדי אמבטיה, מיד גרם לו לרוץ ברחובות סירקוזה עירומה בצעקות "יוריקה!" (מה שמתרגם בערך ל "מצאתי זה!"). בנוסף, הוא ידוע בשלל פעולות משמעותיות אחרות:

• התווה את העקרונות המתמטיים של המנוף, אחת המכונות הוותיקות ביותר
• יצר מערכות גלגלים משוכללות, כביכול שהצליחו להזיז ספינה בגודל מלא על ידי משיכת חבל בודד
• הגדיר את המושג מרכז הכובד
• יצר את תחום הסטטיסטיקות, תוך שימוש בגיאומטריה יוונית כדי למצוא מצבי שיווי משקל עבור אובייקטים שיחייבו מס עבור הפיזיקאים המודרניים
• כביכול בנה המצאות רבות, כולל "בורג מים" להשקיה ומכונות מלחמה שסייעו לסירקוזה נגד רומא במלחמת הפוניק הראשונה. הוא מיוחס על ידי חלק מהמצאת מד המרחק במהלך תקופה זו, אם כי זה לא הוכח.

אולם אולי ההישג הגדול ביותר של ארכימדס היה ליישב את השגיאה הגדולה של אריסטו בהפרדת מתמטיקה וטבע. כפיסיקאי המתמטי הראשון, הוא הראה שניתן ליישם מתמטיקה מפורטת ביצירתיות ודמיון לתוצאות תיאורטיות ומעשיות כאחד.

היפרכוס (190 - 120 לפנה"ס) נולד בטורקיה, אף שהיה יווני. הוא נחשב בעיני רבים לאסטרונום התצפית הגדול ביותר של יוון העתיקה. בעזרת טבלאות טריגונומטריות שפיתח, הוא השתמש בגיאומטריה בקפדנות על חקר האסטרונומיה והצליח לחזות ליקוי חמה. הוא גם בחן את תנועת השמש והירח, וחשב בדיוק רב יותר מאשר לפניו את מרחקם, גודלם, והפרלקס שלהם. כדי לסייע לו בעבודה זו, הוא שיפר רבים מהכלים המשמשים בתצפיות בעין בלתי מזוינת של התקופה. המתמטיקה ששימשה מעידה כי ייתכן והיפרכוס למד מתמטיקה בבלית והיה אחראי להביא חלק מהידע הזה ליוון.

ההיפרכוס כביכול כתב ארבעה עשר ספרים, אך היצירה הישירה היחידה שנותרה הייתה פרשנות לשיר אסטרונומי פופולרי. סיפורים מספרים על היפארכוס שחישב את היקף כדור הארץ, אך זה בסכסוך כלשהו.

האסטרונום הגדול האחרון של העולם העתיק היה קלאודיוס תלמיאוס (המכונה תלמידית לדורות הבאים). במאה השנייה לפנה"ס, כתב סיכום של אסטרונומיה קדומה (שהושאל בכבדות מ Hipparchus - זהו המקור העיקרי שלנו לידע על Hipparchus) שנודע לאורך כל הדרך ערביה כ אלמגסט (הגדול ביותר). הוא תיאר רשמית את המודל הגיאוצנטרי של היקום, ותאר סדרה של מעגלים ותחומים קונצנטריים עליהם נעו כוכבי לכת אחרים. השילובים היו חייבים להיות מורכבים במיוחד כדי להסביר את התנועות שנצפו, אך עבודתו הייתה די בכך שבמשך ארבע עשרה מאות שנים זה נתפס כאמירה המקיפה על שמיימי תנועה.

עם נפילת רומא, לעומת זאת, היציבות התומכת בחדשנות כזו נפטרה בעולם האירופי. חלק ניכר מהידע שהושג על ידי העולם העתיק אבד במהלך ימי הביניים החשוכים. לדוגמה, מתוך 150 היצירות האריסטוטליות הנחשבות, רק 30 קיימות כיום, וחלקן אינן אלא הערות הרצאה. בעידן ההוא גילוי הידע ישקר למזרח: לסין ולמזרח התיכון.