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. Wetenschap, zoals die toen bestond, bestond voornamelijk uit landbouw en, uiteindelijk, techniek 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 in de lucht houdt. De Ouden waren in staat om te achterhalen hoe zeilschepen konden worden gebouwd en bediend zonder precieze regels voor dit principe.

De Ouden staan ​​misschien het best bekend om hun astronomie, die ons vandaag de dag nog steeds sterk beïnvloedt. Ze observeerden regelmatig de hemelen, waarvan werd aangenomen dat ze een goddelijk rijk waren met de aarde in het midden. Het was zeker voor iedereen duidelijk dat de zon, maan en sterren volgens een regelmatig patroon door de hemel bewogen, en het is onduidelijk of een gedocumenteerde denker uit de oudheid dacht dit geocentrische in twijfel te trekken gezichtspunt. 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 voor het 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 de wiskunde was voor eenvoudige administratie in de handel en de overheid.

Egypte heeft diepgaande vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van de basisgeometrie, omdat de landbouwgrond na de jaarlijkse overstroming van de Nijl duidelijk moest worden afgebakend. Geometrie vond ook snel toepassingen in de astronomie.

Als de Griekse beschaving ontstond echter, er kwam eindelijk genoeg stabiliteit - ondanks het feit dat er nog steeds veel oorlogen zijn - om dat te doen ontstond een intellectuele aristocratie, een intelligentsia, die zich kon wijden aan de systematische studie hiervan doet er toe. Euclid en Pythagoras zijn slechts enkele van de namen die door de eeuwen heen resoneren in de ontwikkeling van de 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, zette dit concept voort. Beiden waren voorstanders van een concept dat alle materie bestaat uit kleine deeltjes 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 zijn voordat de atomistische opvattingen steun kregen en zelfs langer voordat er bewijs was om de speculatie.

Terwijl zijn mentor Plato (en zijn mentor, Socrates) waren veel meer bezig met morele filosofie, de filosofie van Aristoteles (384 - 322 v.G.T.) had meer seculiere grondslagen. Hij promootte het concept dat waarneming van fysische verschijnselen uiteindelijk zou kunnen leiden tot de ontdekking van natuurwetten hoewel deze verschijnselen, in tegenstelling tot Leucippus en Democritus, Aristoteles geloofden dat deze natuurwetten uiteindelijk goddelijk waren in natuur.

Hij was een natuurlijke filosofie, een observationele wetenschap gebaseerd op rede maar zonder experimenten. Hij is terecht bekritiseerd vanwege een gebrek aan striktheid (zo niet ronduit onvoorzichtigheid) in zijn observaties. Voor een flagrant voorbeeld stelt hij dat mannen meer tanden hebben dan vrouwen, wat zeker niet waar is.

Toch was het een stap in de goede richting.

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

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

Hij legde dit uit 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 af en houden verband met elkaar, terwijl Aether een heel ander soort stof was. Deze wereldse elementen hadden elk een natuurlijk rijk. We bestaan ​​bijvoorbeeld waar het aardrijk (de grond onder onze voeten) het luchtrijk ontmoet (de lucht overal om ons heen en zo hoog als we kunnen zien).

Voor Aristoteles was de natuurlijke staat van objecten 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 aardse rijk naar beneden is. Water stroomt naar beneden omdat zijn natuurlijke rijk onder het aardse rijk is. Rook stijgt op omdat het uit zowel lucht als vuur bestaat, en daarom probeert het het hoge vuurrijk te bereiken, wat ook de reden is dat 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 die de realiteit misten, terwijl zijn natuurlijke filosofie zich richtte op het veranderen van objecten met een eigen realiteit.

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

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

Aristoteles 'werk werd in de middeleeuwen herontdekt door geleerden en hij werd uitgeroepen tot de grootste denker van de oudheid. Zijn opvattingen werden de filosofische basis van de katholieke kerk (in gevallen waar dat niet direct het geval was) in tegenspraak met de Bijbel) en in de komende eeuwen werden waarnemingen die niet in overeenstemming waren met Aristoteles afgewezen als een ketter. Het is een van de grootste ironieën dat een dergelijke voorstander van observationele wetenschap in de toekomst zou worden gebruikt om dergelijk werk te remmen.

Archimedes (287 - 212 v.G.T.) is vooral bekend vanwege het klassieke verhaal over hoe hij de principes van dichtheid en drijfvermogen ontdekte tijdens het baden, waardoor hij onmiddellijk door de straten van Syracuse rende, naakt schreeuwend "Eureka!" (wat zich ruwweg vertaalt naar "Ik heb gevonden het!"). Daarnaast staat hij bekend om vele andere belangrijke prestaties:

• schetste de wiskundige principes van de hendel, een van de oudste machines
• creëerde uitgebreide katrolsystemen, die naar verluidt een schip op ware grootte konden verplaatsen door aan een enkel touw te trekken
• definieerde het concept van het zwaartepunt
• creëerde het veld van statica, met behulp van Griekse geometrie om evenwichtstoestanden te vinden voor objecten die belastend zouden zijn voor moderne natuurkundigen
• naar verluidt vele uitvindingen hebben gebouwd, waaronder een "waterschroef" voor irrigatie- en oorlogsmachines die Syracuse tegen Rome hielpen 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 Archimedes 'grootste prestatie echter het verzoenen van Aristoteles' grote fout in het scheiden van wiskunde en natuur. Als eerste wiskundige natuurkundige toonde hij aan dat gedetailleerde wiskunde met creativiteit en verbeeldingskracht kon worden toegepast voor zowel theoretische als praktische resultaten.

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

Hipparchus zou veertien boeken hebben geschreven, maar het enige directe werk dat overblijft, is een commentaar op een populair astronomisch gedicht. Verhalen vertellen dat Hipparchus de omtrek van de aarde heeft berekend, maar dit is in een geschil.

De laatste grote astronoom van de oudheid was Claudius Ptolemaeus (bekend als Ptolemaeus voor het nageslacht). In de tweede eeuw G.T. schreef hij een samenvatting van de oude astronomie (zwaar ontleend aan Hipparchus - dit is onze belangrijkste bron voor kennis van Hipparchus) die overal bekend werd Arabië als Almagest (de beste). Hij schetste formeel het geocentrische model van het universum en beschreef een reeks concentrische cirkels en sferen waarop andere planeten bewogen. De combinaties moesten buitengewoon ingewikkeld zijn om de waargenomen bewegingen te verklaren, maar zijn werk was dat wel toereikend genoeg om het veertien eeuwen lang te zien als de veelomvattende verklaring over hemels beweging.

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