Una storia della fisica greca antica

Nei tempi antichi, lo studio sistematico delle leggi naturali fondamentali non costituiva una grande preoccupazione. La preoccupazione era rimanere vivi. La scienza, come esisteva a quel tempo, consisteva principalmente in agricoltura e, infine, ingegneria per migliorare la vita quotidiana delle società in crescita. La navigazione di una nave, ad esempio, utilizza la resistenza aerea, lo stesso principio che tiene in alto un aereo. Gli antichi furono in grado di capire come costruire e far funzionare le navi a vela senza regole precise per questo principio.

Guardando al cielo e alla terra

Gli antichi sono forse conosciuti per la loro astronomia, che oggi continua a influenzarci pesantemente. Osservavano regolarmente i cieli, che si credeva fossero un regno divino con la Terra al centro. Era certamente ovvio per tutti che il sole, la luna e le stelle si muovevano attraverso il cielo secondo uno schema regolare, e non è chiaro se qualsiasi pensatore documentato del mondo antico abbia pensato di mettere in discussione questo punto di vista geocentrico. Indipendentemente da ciò, gli umani hanno iniziato a identificare costellazioni nei cieli e hanno usato questi segni dello Zodiaco per definire calendari e stagioni.

La matematica si è sviluppata prima in Medio Oriente, sebbene le origini precise variano a seconda dello storico con cui si parla. È quasi certo che l'origine della matematica fosse per la semplice tenuta di registri nel commercio e nel governo.

L'Egitto ha compiuto profondi progressi nello sviluppo della geometria di base, a causa della necessità di definire chiaramente il territorio agricolo a seguito dell'inondazione annuale del Nilo. La geometria trovò rapidamente applicazioni anche in astronomia.

Filosofia naturale nell'antica Grecia

Con il sorgere della civiltà greca, tuttavia, alla fine arrivò abbastanza stabilità - nonostante il fatto che ci siano ancora guerre frequenti - per far sorgere un'aristocrazia intellettuale, un'intellighenzia, che fu in grado di dedicarsi allo studio sistematico di queste questioni. Euclide e Pitagora sono solo un paio di nomi che risuonano attraverso i secoli nello sviluppo della matematica di questo periodo.

Nelle scienze fisiche, ci sono stati anche sviluppi. Leucippo (V secolo a.E.V.) rifiutò di accettare le antiche spiegazioni soprannaturali della natura e proclamò categoricamente che ogni evento aveva una causa naturale. Il suo studente, Democrito, ha continuato questo concetto. I due erano sostenitori di un concetto secondo cui tutta la materia è composta da minuscole particelle che erano così piccole da non poter essere scomposte. Queste particelle erano chiamate atomi, da una parola greca per "indivisibile". Sarebbero passati due millenni prima che le visioni atomistiche ottenessero supporto e ancora più tempo prima che ci fossero prove a supporto della speculazione.

La filosofia naturale di Aristotele

Mentre il suo mentore Platone (e il suo mentore, Socrate) erano molto più interessati alla filosofia morale, la filosofia di Aristotele (384 - 322 a.E.V.) aveva basi più secolari. Ha promosso il concetto secondo cui l'osservazione dei fenomeni fisici potrebbe in definitiva portare alla scoperta di leggi naturali che governano tali fenomeni, sebbene a differenza di Leucippo e Democrito, Aristotele credesse che queste leggi naturali fossero, in definitiva, di natura divina.

La sua era una filosofia naturale, una scienza osservazionale basata sulla ragione ma senza sperimentazione. È stato giustamente criticato per la mancanza di rigore (se non addirittura per negligenza assoluta) nelle sue osservazioni. Per un esempio eclatante, afferma che gli uomini hanno più denti delle donne, il che non è certo vero.

Tuttavia, è stato un passo nella giusta direzione.

I moti degli oggetti

Uno degli interessi di Aristotele era il movimento degli oggetti:

• Perché una roccia cade mentre il fumo sale?
• Perché l'acqua scorre verso il basso mentre le fiamme danzano nell'aria?
• Perché i pianeti si muovono attraverso il cielo?

Ha spiegato questo dicendo che tutta la materia è composta da cinque elementi:

• Fuoco
• Terra
• Aria
• acqua
• Etere (divina sostanza dei cieli)

I quattro elementi di questo mondo si scambiano e si relazionano l'uno con l'altro, mentre l'etere era un tipo di sostanza completamente diverso. Questi elementi terreni avevano ciascuno regni naturali. Ad esempio, esistiamo dove il regno della Terra (il terreno sotto i nostri piedi) incontra il regno dell'Aria (l'aria intorno a noi e più in alto che possiamo vedere).

Lo stato naturale degli oggetti, secondo Aristotele, era a riposo, in una posizione che era in equilibrio con gli elementi di cui erano composti. Il movimento degli oggetti, quindi, era un tentativo dell'oggetto di raggiungere il suo stato naturale. Una roccia cade perché il regno della Terra è in rovina. L'acqua scorre verso il basso perché il suo regno naturale è sotto il regno della Terra. Il fumo aumenta perché è composto sia da Aria che da Fuoco, quindi cerca di raggiungere l'alto regno del Fuoco, motivo per cui le fiamme si estendono verso l'alto.

Aristotele non tentò di descrivere matematicamente la realtà che osservava. Sebbene avesse formalizzato la logica, considerava la matematica e il mondo naturale fondamentalmente indipendenti. La matematica, a suo avviso, si occupava di oggetti immutabili che mancavano di realtà, mentre la sua filosofia naturale si concentrava sul cambiamento di oggetti con una realtà propria.

Filosofia più naturale

Oltre a questo lavoro sull'impeto, o sul moto, degli oggetti, Aristotele fece studi approfonditi in altre aree:

• ha creato un sistema di classificazione, dividendo gli animali con caratteristiche simili in "generi".
• ha studiato, nella sua opera Meteorologia, la natura non solo dei modelli meteorologici ma anche della geologia e della storia naturale.
• formalizzato il sistema matematico chiamato Logic.
• ampio lavoro filosofico sulla natura della relazione dell'uomo con il divino, nonché considerazioni etiche

Il lavoro di Aristotele fu riscoperto dagli studiosi nel Medioevo e fu proclamato il più grande pensatore del mondo antico. Le sue opinioni divennero il fondamento filosofico della Chiesa cattolica (nei casi in cui non contraddiceva direttamente la Bibbia) e nei secoli a venire le osservazioni non conformi ad Aristotele furono denunciate come eretiche. È una delle più grandi ironie che un tale sostenitore della scienza osservazionale sarebbe usato per inibire tale lavoro in futuro.

Archimede di Siracusa

Archimede (287 - 212 a.E.V.) è meglio conosciuto per la classica storia di come ha scoperto i principi di densità e galleggiamento mentre faceva il bagno, facendolo immediatamente correre per le strade di Siracusa urlando nudo "Eureka!" (che si traduce approssimativamente in "L'ho trovato!"). Inoltre, è noto per molte altre imprese significative:

• delineava i principi matematici della leva, una delle macchine più antiche
• ha creato sistemi di pulegge elaborati, presumibilmente in grado di muovere una nave di dimensioni standard tirando una sola corda
• definito il concetto di baricentro
• ha creato il campo della statica, usando la geometria greca per trovare stati di equilibrio per oggetti che sarebbero tassati per i fisici moderni
• noto per aver costruito molte invenzioni, tra cui una "vite ad acqua" per l'irrigazione e le macchine da guerra che aiutarono Siracusa contro Roma nella prima guerra punica. Alcuni gli attribuiscono l'invenzione del contachilometri durante questo periodo, sebbene ciò non sia stato dimostrato.

Forse il più grande risultato di Archimede, tuttavia, fu di conciliare il grande errore di Aristotele nel separare la matematica e la natura. Come primo fisico matematico, mostrò che la matematica dettagliata poteva essere applicata con creatività e immaginazione per risultati sia teorici che pratici.

Ipparco

Ipparco (190-120 a.E.V.) nacque in Turchia, sebbene fosse un greco. È considerato da molti il ​​più grande astronomo osservatore dell'antica Grecia. Con le tabelle trigonometriche che ha sviluppato, ha applicato rigorosamente la geometria allo studio dell'astronomia ed è stato in grado di prevedere le eclissi solari. Ha anche studiato il movimento del sole e della luna, calcolando con maggiore precisione rispetto a qualsiasi altro prima di lui la loro distanza, dimensione e parallasse. Per aiutarlo in questo lavoro, ha migliorato molti degli strumenti utilizzati nelle osservazioni a occhio nudo del tempo. La matematica usata indica che Ipparco potrebbe aver studiato la matematica babilonese ed essere stato responsabile di portare alcune di quelle conoscenze in Grecia.

Si dice che Ipparco abbia scritto quattordici libri, ma l'unico lavoro diretto rimasto è stato un commento su un popolare poema astronomico. Le storie parlano di Ipparco che ha calcolato la circonferenza della Terra, ma questo è in qualche disputa.

Tolomeo

L'ultimo grande astronomo del mondo antico fu Claudio Tolomeo (noto come Tolomeo ai posteri). Nel II secolo E.V., scrisse un riassunto dell'antica astronomia (preso in prestito pesantemente da Ipparco - questa è la nostra principale fonte di conoscenza di Ipparco) che divenne noto in tutta l'Arabia come Almagesto (il più grande). Descrisse formalmente il modello geocentrico dell'universo, descrivendo una serie di cerchi concentrici e sfere su cui si muovevano altri pianeti. Le combinazioni dovevano essere estremamente complicate per rendere conto dei movimenti osservati, ma il suo lavoro fu abbastanza adeguato che per quattordici secoli fu visto come la dichiarazione completa sul moto celeste.

Con la caduta di Roma, tuttavia, la stabilità a sostegno di tale innovazione si estinse nel mondo europeo. Gran parte delle conoscenze ottenute dal mondo antico furono perse durante il Medioevo. Ad esempio, delle 150 famose opere aristoteliche, oggi ne esistono solo 30, e alcune di queste sono poco più che appunti di lezione. In quell'epoca, la scoperta della conoscenza si trovava in Oriente: in Cina e Medio Oriente.