Een geschiedenis van de oude Griekse natuurkunde

In de oudheid was de systematische studie van fundamentele natuurwetten geen grote zorg. De zorg bleef in leven. De wetenschap, zoals die toen bestond, bestond voornamelijk uit landbouw en, uiteindelijk, engineering om het dagelijks leven van de groeiende samenlevingen te verbeteren. Het zeilen van een schip maakt bijvoorbeeld gebruik van luchtweerstand, hetzelfde principe dat een vliegtuig hoog houdt. De ouden konden achterhalen hoe ze zeilschepen moesten bouwen en bedienen zonder precieze regels voor dit principe.

Kijkend naar de hemel en de aarde

De ouden staan ​​misschien wel het beste bekend om hun astronomie, die ons vandaag nog steeds sterk beïnvloedt. Ze observeerden regelmatig de hemel, waarvan werd aangenomen dat het een goddelijk rijk was met de aarde in het midden. Het was zeker voor iedereen duidelijk dat de zon, de maan en de sterren in een regelmatig patroon door de hemel bewogen, en het is onduidelijk of een gedocumenteerde denker uit de oude wereld dacht dit geocentrische gezichtspunt in twijfel te trekken. Hoe dan ook, mensen begonnen sterrenbeelden in de hemel te identificeren en gebruikten deze tekens van de dierenriem om kalenders en seizoenen te definiëren.

Wiskunde ontwikkelde zich eerst in het Midden-Oosten, hoewel de precieze oorsprong varieert, afhankelijk van met welke historicus men praat. Het is bijna zeker dat de oorsprong van wiskunde was voor eenvoudige archivering in handel en overheid.

Egypte heeft grote vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van de basisgeometrie, vanwege de noodzaak om duidelijk het landbouwgebied te definiëren na de jaarlijkse overstroming van de Nijl. Geometrie vond ook snel toepassingen in de astronomie.

Natuurlijke filosofie in het oude Griekenland

Toen de Griekse beschaving ontstond, kwam er eindelijk voldoende stabiliteit - ondanks het feit dat er nog steeds oorlogen zijn - om een ​​intellectuele aristocratie, een intelligentsia, te laten ontstaan ​​die zich kon wijden aan de systematische studie van deze zaken. Euclid en Pythagoras zijn slechts een paar van de namen die door de eeuwen heen resoneren in de ontwikkeling van wiskunde uit deze periode.

In de natuurwetenschappen waren er ook ontwikkelingen. Leucippus (5e eeuw v.G.T.) weigerde de oude bovennatuurlijke verklaringen van de natuur te aanvaarden en verklaarde categorisch dat elke gebeurtenis een natuurlijke oorzaak had. Zijn student, Democritus, ging verder met dit concept. Beiden waren voorstanders van een concept dat alle materie uit kleine deeltjes bestaat die zo klein waren dat ze niet konden worden opgebroken. Deze deeltjes werden atomen genoemd, van een Grieks woord voor 'ondeelbaar'. Het zou twee millennia duren voordat de atomistische opvattingen steun kregen en nog langer voordat er bewijs was om de speculatie te ondersteunen.

De natuurlijke filosofie van Aristoteles

Terwijl zijn mentor Plato (en zijn mentor, Socrates) waren veel meer bezig met morele filosofie, de filosofie van Aristoteles (384 - 322 v.Chr.) had een meer seculiere basis. Hij promootte het concept dat observatie van fysische fenomenen uiteindelijk zou kunnen leiden tot de ontdekking van natuurlijke wetten die deze fenomenen beheersen, hoewel Aristoteles, in tegenstelling tot Leucippus en Democritus, geloofde dat deze natuurlijke wetten uiteindelijk goddelijk van aard waren.

Hij was een natuurlijke filosofie, een waarnemingswetenschap gebaseerd op rede, maar zonder experimenten. Hij is terecht bekritiseerd vanwege een gebrek aan strengheid (zo niet ronduit onzorgvuldigheid) in zijn observaties. Als een voorbeeld zegt hij dat mannen meer tanden hebben dan vrouwen, wat zeker niet waar is.

Toch was het een stap in de goede richting.

De bewegingen van objecten

Een van de interesses van Aristoteles was de beweging van objecten:

• Waarom valt een rots terwijl rook stijgt?
• Waarom stroomt water naar beneden terwijl vlammen in de lucht dansen?
• Waarom bewegen de planeten door de lucht?

Hij verklaarde dit door te zeggen dat alle materie uit vijf elementen bestaat:

• Brand
• Aarde
• Lucht
• Water
• Aether (goddelijke substantie van de hemel)

De vier elementen van deze wereld wisselen elkaar uit en verhouden zich tot elkaar, terwijl Aether een heel ander soort substantie was. Deze wereldse elementen hadden elk natuurlijke rijken. We bestaan ​​bijvoorbeeld waar het aardrijk (de grond onder onze voeten) het luchtrijk ontmoet (de lucht rondom ons en zo hoog als we kunnen zien).

De natuurlijke staat van objecten, voor Aristoteles, was in rust, op een locatie die in evenwicht was met de elementen waaruit ze waren samengesteld. De beweging van objecten was daarom een ​​poging van het object om zijn natuurlijke staat te bereiken. Een rots valt omdat het aardrijk naar beneden is. Water stroomt naar beneden omdat het natuurlijke rijk zich onder het aardse rijk bevindt. Rook stijgt op omdat het bestaat uit zowel lucht als vuur, dus het probeert het hoge vuurrijk te bereiken, wat ook de reden is waarom vlammen zich naar boven uitstrekken.

Aristoteles deed geen poging om de werkelijkheid die hij waarnam, wiskundig te beschrijven. Hoewel hij Logica formaliseerde, beschouwde hij wiskunde en de natuurlijke wereld als fundamenteel los van elkaar. Wiskunde hield zich volgens hem bezig met onveranderlijke objecten zonder realiteit, terwijl zijn natuurlijke filosofie zich richtte op het veranderen van objecten met een eigen realiteit..

Meer natuurlijke filosofie

Naast dit werk over de impuls of beweging van objecten, deed Aristoteles uitgebreide studies op andere gebieden:

• creëerde een classificatiesysteem, waarbij dieren met vergelijkbare kenmerken in "geslachten" werden verdeeld.
• studeerde in zijn werk Meteorology niet alleen de aard van weerpatronen, maar ook de geologie en de natuurlijke geschiedenis.
• formaliseerde het wiskundige systeem genaamd Logica.
• uitgebreid filosofisch werk over de aard van de relatie van de mens tot het goddelijke, evenals ethische overwegingen

Aristoteles 'werk werd herontdekt door geleerden in de middeleeuwen en hij werd uitgeroepen tot de grootste denker van de antieke wereld. Zijn opvattingen werden de filosofische basis van de katholieke kerk (in gevallen waarin het niet rechtstreeks in tegenspraak was met de Bijbel) en in de komende eeuwen werden observaties die niet aan Aristoteles voldeden, als ketter veroordeeld. Het is een van de grootste ironieën dat zo'n voorstander van observationele wetenschap zou worden gebruikt om dergelijk werk in de toekomst te remmen.

Archimedes van Syracuse

Archimedes (287 - 212 v.Chr.) Is vooral bekend om het klassieke verhaal van hoe hij de principes van dichtheid en drijfvermogen ontdekte tijdens het nemen van een bad, waardoor hij onmiddellijk naakt door de straten van Syracuse rende en schreeuwde "Eureka!" (wat zich ongeveer vertaalt in "Ik heb het gevonden!"). Bovendien staat hij bekend om vele andere belangrijke prestaties:

• schetste de wiskundige principes van de hendel, een van de oudste machines
• creëerde uitgebreide poeliesystemen, naar verluidt in staat geweest om een ​​full-size schip te verplaatsen door aan een enkel touw te trekken
• definieerde het concept van het zwaartepunt
• creëerde het veld van statica, met behulp van de Griekse geometrie om evenwichtstoestanden te vinden voor objecten die voor moderne fysici belastend zouden zijn
• naar verluidt vele uitvindingen hebben gebouwd, waaronder een "waterschroef" voor irrigatie- en oorlogsmachines die Syracuse hielpen tegen Rome in de Eerste Punische Oorlog. Hij wordt door sommigen toegeschreven aan het uitvinden van de kilometerteller gedurende deze tijd, hoewel dat niet is bewezen.

Misschien was de grootste prestatie van Archimedes echter het verzoenen van de grote fout van Aristoteles om wiskunde en natuur te scheiden. Als eerste wiskundige natuurkundige toonde hij aan dat gedetailleerde wiskunde met creativiteit en verbeeldingskracht kon worden toegepast voor zowel theoretische als praktische resultaten.

Hipparchus

Hipparchus (190 - 120 v.Chr.) Werd geboren in Turkije, hoewel hij een Griek was. Hij wordt door velen beschouwd als de grootste observatie-astronoom van het oude Griekenland. Met goniometrische tabellen die hij ontwikkelde, paste hij geometrie rigoureus toe op de studie van de astronomie en kon hij zonsverduisteringen voorspellen. Hij bestudeerde ook de beweging van de zon en de maan en berekende met grotere precisie dan welke dan ook voor hem hun afstand, grootte en parallax. Om hem bij dit werk te helpen, verbeterde hij veel van de hulpmiddelen die in de toenmalige observaties met het blote oog werden gebruikt. De gebruikte wiskunde geeft aan dat Hipparchus Babylonische wiskunde heeft bestudeerd en verantwoordelijk was voor het overbrengen van een deel van die kennis naar Griekenland.

Hipparchus is naar verluidt veertien boeken geschreven, maar het enige directe werk dat overblijft was een commentaar op een populair astronomisch gedicht. Verhalen vertellen dat Hipparchus de omtrek van de aarde heeft berekend, maar dit staat ter discussie.

Ptolemaeus

De laatste grote astronoom van de antieke wereld was Claudius Ptolemaeus (bekend als Ptolemeus voor het nageslacht). In de tweede eeuw G.T. schreef hij een samenvatting van de oude astronomie (zwaar geleend van Hipparchus - dit is onze belangrijkste bron voor kennis van Hipparchus) die in heel Arabië bekend werd als Almagest (de beste). Hij schetste formeel het geocentrische model van het universum en beschreef een reeks concentrische cirkels en bollen waarop andere planeten zich bewogen. De combinaties moesten buitengewoon gecompliceerd zijn om de waargenomen bewegingen te verklaren, maar zijn werk was voldoende genoeg om het veertien eeuwen lang te zien als de uitgebreide verklaring over hemelse bewegingen.

Met de val van Rome stierf de stabiliteit die dergelijke innovatie ondersteunt echter in de Europese wereld weg. Veel van de kennis die door de antieke wereld werd verkregen, ging verloren tijdens de middeleeuwen. Van de 150 gereputeerde Aristotelische werken bestaan ​​er vandaag bijvoorbeeld slechts 30, en sommige daarvan zijn weinig meer dan dictaten. In dat tijdperk zou de ontdekking van kennis in het oosten liggen: in China en het Midden-Oosten.