A History of Ancient Greek Physics

I forntiden var den systematiska studien av grundläggande naturlagar inte ett stort problem. Oron var kvar. Vetenskapen, som den fanns vid den tiden, bestod främst av jordbruk och så småningom teknik för att förbättra det växande samhällets vardag. Segling av ett fartyg, till exempel, använder luftdrag, samma princip som håller ett flygplan uppe. De gamla kunde räkna ut hur man konstruerar och driver segelfartyg utan exakta regler för denna princip.

De gamla är kända bäst för sina astronomi, som fortsätter att påverka oss kraftigt idag. De observerade regelbundet himlarna, som tros vara en gudomlig värld med jorden i centrum. Det var verkligen uppenbart för alla att solen, månen och stjärnorna rörde sig över himlen i ett vanligt mönster, och det är oklart om någon dokumenterad tänkare av den antika världen tänkte ifrågasätta denna geocentriker synpunkt. Hur som helst började människor identifiera konstellationer i himlen och använde dessa tecken på zodiaken för att definiera kalendrar och säsonger.

Matematik utvecklades först i Mellanöstern, men det exakta ursprunget varierar beroende på vilken historiker man pratar med. Det är nästan säkert att matematikens ursprung var för enkel registrering i handeln och regeringen.

Egypten gjorde stora framsteg i utvecklingen av grundgeometri på grund av behovet av att klart definiera jordbruksområde efter den årliga översvämningen av Nilen. Geometri hittade snabbt också applikationer inom astronomi.

Som den Grekisk civilisation uppstod, men det kom äntligen tillräckligt med stabilitet - trots att det fortfarande ofta krig - för att där uppstår en intellektuell aristokrati, en intelligentsia, som kunde ägna sig åt den systematiska studien av dessa frågor. Euclid och Pythagoras är bara ett par namn som resonerar genom tidens lopp i matematikutvecklingen från denna period.

Inom den fysiska vetenskapen fanns det också utveckling. Leucippus (500-talet f.Kr.) vägrade att acceptera de antika övernaturliga naturförklaringarna och förklarade kategoriskt att varje händelse hade en naturlig orsak. Hans student, Democritus, fortsatte detta koncept. De två var förespråkare för ett koncept att all materia består av små partiklar som var så små att de inte kunde brytas upp. Dessa partiklar kallades atomer, från ett grekiskt ord för "odelbar". Det skulle vara två årtusenden innan atomistiska åsikter fick stöd och ännu längre innan det fanns bevis för att stödja spekulation.

Medan hans mentor Plato (och hans mentor, Sokrates) var mycket mer upptagna av moralfilosofi, Aristoteles (384 - 322 B.C.E.) filosofi hade mer sekulära grunder. Han främjade konceptet att observation av fysiska fenomen i slutändan skulle kunna leda till upptäckten av naturliga lagar som styr dessa fenomen, även om till skillnad från Leucippus och Democritus, trodde Aristoteles att dessa naturliga lagar i slutändan var gudomliga i natur.

Hans var en naturfilosofi, en observationsvetenskap baserad på förnuft men utan experiment. Han har med rätta kritiserats för en brist på noggrannhet (om inte direkt slarv) i sina observationer. För ett obehagligt exempel säger han att män har fler tänder än kvinnor, vilket verkligen inte är sant.

Fortfarande var det ett steg i rätt riktning.

Ett av Aristoteles intressen var rörelsen av objekt:

• Varför faller en sten medan rök stiger?
• Varför rinner vatten nedåt medan lågor dansar i luften?
• Varför rör planeterna sig över himlen?

Han förklarade detta genom att säga att all materia består av fem element:

• Brand
• Earth
• Luft
• Vatten
• Aether (himmelens gudomliga substans)

De fyra elementen i denna värld utbyter och relaterar till varandra, medan Aether var en helt annan typ av substans. Dessa världsliga element hade vardera naturliga områden. Till exempel finns vi där jordens rike (marken under våra fötter) möter luftriket (luften runt oss och upp så hög som vi kan se).

Föremålens naturliga tillstånd, för Aristoteles, var i vila, på en plats som var i balans med de element som de var sammansatta av. Objektets rörelse var därför ett försök av objektet att nå sitt naturliga tillstånd. En sten faller eftersom jordens rike är nere. Vatten rinner nedåt eftersom dess naturliga rike ligger under jordens rike. Rök stiger på grund av att det består av både luft och eld, så det försöker nå det höga eldområdet, vilket också är anledningen till att lågor sträcker sig uppåt.

Det fanns inget försök av Aristoteles att matematiskt beskriva den verklighet som han observerade. Även om han formaliserade Logik, ansåg han matematik och den naturliga världen vara grundläggande orelaterade. Matematiken handlade enligt hans uppfattning om oföränderliga föremål som saknade verklighet, medan hans naturfilosofi fokuserade på att förändra objekt med en verklighet.

Utöver detta arbete med drivkraft eller rörelse av föremål gjorde Aristoteles omfattande studier på andra områden:

• skapade ett klassificeringssystem som delade djur med liknande egenskaper i "släkten".
• studerade i sitt arbete Meteorology naturen inte bara av vädermönster utan också geologi och naturhistoria.
• formaliserade det matematiska systemet som heter Logic.
• omfattande filosofiskt arbete om människans natur till det gudomliga samt etiska överväganden

Aristoteles verk återupptäcktes av forskare under medeltiden och han utropades till den antika världens största tänkare. Hans åsikter blev den filosofiska grunden för den katolska kyrkan (i fall där det inte direkt motsäger Bibeln) och under århundraden framöver förklarades observationer som inte överensstämde med Aristoteles som en kättare. Det är en av de största ironierna som en sådan förespråkare för observationsvetenskap skulle användas för att hämma sådant arbete i framtiden.

Archimedes (287 - 212 B.C.E.) är mest känd för den klassiska berättelsen om hur han upptäckte principerna om densitet och flytkraft medan han badade, omedelbart fick honom att springa genom gatorna i Syracuse naken och skrikande "Eureka!" (som grovt översätter till "Jag har hittat den!"). Dessutom är han känd för många andra viktiga prestationer:

• redogjorde för matematiska principer för spaken, en av de äldsta maskinerna
• skapade utarbetade remskivarsystem, som påstås ha kunnat flytta ett fartyg i full storlek genom att dra i ett enda rep
• definierade begreppet tyngdpunkten
• skapade fältet för statik med grekisk geometri för att hitta jämviktstillstånd för föremål som skulle beskatta för moderna fysiker
• känt för att ha byggt många uppfinningar, inklusive en "vattenskruv" för bevattning och krigsmaskiner som hjälpte Syracuse mot Rom under det första Puniska kriget. Han tillskrivs av vissa med att uppfinna kilometertelleren under denna tid, även om det inte har bevisats.

Kanske var Archimedes största prestation dock att förena Aristoteles stora fel med att skilja matematik och natur. Som den första matematiska fysikern visade han att detaljerad matematik kunde tillämpas med kreativitet och fantasi för både teoretiska och praktiska resultat.

Hipparchus (190 - 120 f.Kr.) föddes i Turkiet, även om han var en grek. Han anses av många vara den största observationsastronomen i antika Grekland. Med trigonometriska tabeller som han utvecklade använde han geometri rigoröst till studiet av astronomi och kunde förutsäga solförmörkelser. Han studerade också solens och månens rörelse och beräknade med större precision än någon före honom deras avstånd, storlek och parallax. För att hjälpa honom i detta arbete förbättrade han många av de verktyg som användes i tidens ögonblick. Den använda matematiken indikerar att Hipparchus kan ha studerat babylonisk matematik och varit ansvarig för att föra en del av den kunskapen till Grekland.

Hipparchus anses ha skrivit fjorton böcker, men det enda direkta arbetet som återstod var en kommentar till en populär astronomisk dikt. Berättelser berättar om Hipparchus som har beräknat jordens omkrets, men det är i viss tvist.

Den sista stora astronomen i den forntida världen var Claudius Ptolemaeus (känd som Ptolemy till eftertiden). Under andra århundradet C. skrev han en sammanfattning av forntida astronomi (lånat tungt från Hipparchus - detta är vår viktigaste källa för kunskap om Hipparchus) som blev känd genom hela Arabien som Almagest (den bästa). Han beskrev formellt universums geocentriska modell och beskrev en serie koncentriska cirklar och sfärer som andra planeter rörde sig på. Kombinationerna måste vara mycket komplicerade för att redovisa de observerade rörelserna, men hans arbete var det tillräckligt för att det under fjorton århundraden sågs som det omfattande uttalandet om himmelska rörelse.

Med Rom-fallet dog dock stabiliteten som stöder sådan innovation ut i den europeiska världen. Mycket av den kunskap som den forntida världen fick, förlorades under de mörka åldrarna. Till exempel, av de 150 välrenommerade aristoteliska verken, finns det bara 30 i dag, och några av dem är lite mer än föreläsningsanteckningar. Under den tiden skulle upptäckten av kunskap ligga i öst: Kina och Mellanöstern.