Естествознание в Древнем Египте

  Естествознание  в Древнем Египте

  Элементы  знаний в области естественных наук, накапливались постепенно в процессе практической деятельности человека и  формировались большей частью исходя из потребностей этой практической жизни, не становясь самодостаточным предметом деятельности. Выделяться из практической деятельности эти элементы начали в наиболее организованных обществах, сформировавших государственную и религиозную структуру и освоивших письменность: Шумер и Древний Вавилон, Древние Египет, Индия, Китай. Чтобы понять, почему одни моменты естествознания появляются ранее других, вспомним, области деятельности, знакомые человеку той эпохи:  
- сельское хозяйство, включая земледелие и скотоводство;  
- строительство, включая культовое;  
- металлургия, керамика и прочие ремесла;  
- военное дело, мореплавание, торговля;  
- управление государством, обществом, политика;  
- религия и магия.  
Рассмотрим вопрос: развитие каких наук стимулируют эти занятия?  
1. Развитие сельского хозяйства требует развития соответствующей с/х техники. Однако от развития последней до обобщений механики слишком долгий период, чтобы всерьез рассматривать генезис механики из, скажем, потребностей земледелия. Хотя практическая механика, несомненно, развивалась в это время. Например, можно проследить появление из примитивной древнейшей зернотерки, через зерновую мельницу (жернова) водяной мельницы (V-III вв. до н.э.) – первой машины в мировой истории.

  2. Ирригационные работы в Древнем  Вавилоне и Египте требовали  знания практической гидравлики. Управление разливом рек, орошение  полей при помощи каналов, учет  распределяемой воды развивает  элементы математики. Первые водоподъемные  приспособления – ворот, на  барабан которого был намотан  канат, несущий сосуд для воды; «журавль» – древнейшие предки  кранов и большинства подъемных  приспособлений и машин.

  3. Специфические климатические условия  Египта и Вавилона, жесткое государственное  регулирование производства диктовали  необходимость разработки точного  календаря, счета времени, а  отсюда – астрономических познаний. Египтяне разработали календарь,  состоящий из 12-ти месяцев по 30 дней и 5-ти дополнительных  дней в году. Месяц был разделен  на 3 десятидневки, сутки на 24 часа: 12 дневных часов и 12 ночных (величина  часа была не постоянной, а  менялась со временем года). Ботаника  и биология еще долго не  выделялись из сельскохозяйственной  практики. Первые начатки этих  наук появились только у греков.

  4. Строительство,  особенно грандиозное государственное  и культовое требовали, по крайней  мере, эмпирических знаний строительной  механики и статики, а также  геометрии. Древний  Восток был хорошо знаком с такими механическими орудиями как рычаг и клин. На сооружение пирамиды Хеопса пошло 23 300 000 каменных глыб, средний вес которых равен 2,5 тонны. При сооружении храмов, колоссальных статуй и обелисков вес отдельных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы доставлялись из каменоломен на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб от породы служил клин. Подъем тяжестей осуществлялся с помощью наклонных плоскостей. Например, наклонная дорога к пирамиде Хефрена имела подъем 45,8 м и длину 494,6 м. Следовательно, угол наклона к горизонту составлял 5,3 0 , и выигрыш в силе при поднятии тяжести на эту высоту был значительным. Для облицовки и пригонки камней, а возможно и при подъеме их со ступеньки на ступеньку, применялись качалки. Для поднятия и горизонтального перемещения каменных глыб служил также рычаг.  
 К началу последнего тысячелетия до н.э. народам Средиземноморья были достаточно хорошо известны те пять простейших подъемных приспособлений, которые впоследствии получили название простых машин: рычаг, блок, ворот, клин, наклонная плоскость. Однако до нас не дошел ни один древнеегипетский или вавилонский текст с описанием действия подобных машин, результаты практического опыта, видимо, не подвергались теоретической обработке. Строительство больших и сложных сооружений диктовало необходимость знаний в области геометрии, вычислении площадей, объемов, которое впервые выделилось в теоретическом виде. Для развития строительной механики необходимо знание свойств материалов, материаловедение. Древний Восток хорошо знал, умел получать очень высокого качества кирпич (в том числе обожженный и глазурованный), черепицу, известь, цемент.

  5. В древности (еще до греков) было известно 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, ртуть, железо, а также сплавы между ними: бронзы (медь с мышьяком, оловом или свинцом) и латуни (медь с цинком). Цинк и мышьяк использовались в виде соединений. Существовала и соответствующая техника для плавки металлов: печи, кузнечные мехи и древесный уголь как горючее, что позволяло достигнуть температуры 1500 0С для плавления железа. Разнообразие керамики, производимой древними мастерами, позволило, в частности, археологии в будущем стать почти точной наукой. В Египте варили стекло, причем разноцветное, с применением разнообразных пигментов-красителей. Широкой гамме пигментов и красок, применявшихся в различных областях древнего мастерства, позавидует современный колорист. Наблюдения над изменениями природных веществ в ремесленной практике, наверное, послужили основой для рассуждений о первооснове материи у греческих физиков. Некоторые механизмы, применяемые ремесленниками, чуть ли не до сей поры, изобретены в глубокой древности. Например, токарный станок (конечно, ручной, деревообрабатывающий), прялка.

  6. Нет нужды долго распространяться  о влиянии торговли, мореплавания, военного дела на процесс возникновения  научных знаний. Отметим только, что даже простейшие виды оружия  должны делаться с интуитивным  знанием их механических свойств.  В конструкции стрелы и метательного  копья (дротика) уже заложено  неявное понятие об устойчивости  движения, а в булаве и боевом  топоре – оценка значения силы  удара. В изобретении пращи  и лука со стрелами проявилось  осознание зависимости между  дальностью полета и силой  броска. В целом, уровень развития  техники в военном деле был  значительно выше, чем в сельском  хозяйстве, особенно  в Греции и Риме. Мореплавание стимулировало развитие той же астрономии для координации во времени и пространстве, техники строительства судов, гидростатики и многого другого. Торговля способствовала распространению технических знаний. Кроме того, свойство рычага – основы любых весов было известно задолго до греческих механиков-статиков. Следует отметить, что в отличие от сельского хозяйства и даже ремесла, эти области деятельности были привилегией свободных людей.

  7. Управление государством требовало  учета и распределения продуктов,  платы, рабочего времени, особенно, в восточных обществах. Для  этого были нужны хотя бы  начатки арифметики. Иногда (Вавилон)  государственные нужды требовали  знаний астрономии. Письменность, сыгравшая  важнейшую роль в становлении  научных знаний – во многом  продукт государства.

  8. Взаимоотношения религии и зарождающихся  наук предмет особого глубокого  и отдельного исследования. В качестве примера укажем лишь, что связь между звездными небом и мифологией египтян очень тесная и прямая, а потому развитие астрономии и календаря диктовалось не только нуждами сельского хозяйства. В дальнейшем, в контексте материала лекций,  мы будем обращать внимание на эти связи.

  Постараемся просуммировать сведения о том, что  было выделено на Древнем Востоке  как теоретическое знание.

  Математика.  
   
Известны египетские источники II-го тысячелетия до н.э. математического содержания: папирус Ринда (1680 г. до н.э., Британский музей) и Московский папирус. Они содержат решение отдельных задач, встречающихся в практике, математические вычисления, вычисления площадей и объемов. В Московском папирусе дана формула для вычисления объема усеченной пирамиды. Площадь круга египтяне вычисляли, возводя в квадрат 8/9 диаметра, что дает для числа пи остаточно хорошее приближение – 3,16. Несмотря на существование всех предпосылок  Нейгебауэр /1/ отмечает достаточно низкий уровень теоретической математики в древнем Египте. Это объясняется следующим: “Даже в наиболее развитых экономических структурах древности потребность в математике не выходила за пределы элементарной домашней арифметики, которую ни один математик не назовет математикой. Требования же к математике со стороны технических проблем таковы, что средств древней математики было недостаточно для каких бы то ни было практических приложений”.  
Шумеро-вавилонская математика была на голову выше египетской. Тексты, на которых основаны наши сведения о ней относятся к 2-м резко ограниченным и далеко отстоящим друг от друга периодам: большая часть – ко времени древневавилонской династии Хаммурапи 1800 – 1600 гг. до н.э., меньшая часть – к эпохе Селевкидов 300 – 0 гг. до н. э. Содержание текстов отличается мало, появляется лишь знак “0”. Невозможно проследить развитие математических знаний, все появляется сразу, без эволюции. Существует две группы текстов: большая – тексты таблиц арифметических действий, дробей и т.п., в том числе ученические, и малочисленная, содержащая тексты задач (около 100 из найденных  500 000 табличек).  
Вавилоняне знали теорему Пифагора, знали очень точно значение главного иррационального числа -  корня из 2, вычисляли квадраты и квадратные корни, кубы и кубические корни, умели решать системы уравнений и квадратные уравнения. Вавилонская математика носит алгебраический характер. Так же как для нашей алгебры ее интересует только алгебраические соотношения, геометрическая терминология не употребляется.  
Однако и для египетской и для вавилонской математики характерно полное отсутствие теоретических изысканий методов счета. Нет попытки доказательства. Вавилонские таблички с задачами делятся на 2 группы: “задачники” и “решебники”. В последних из них решение задачи иногда завершается фразой: “такова процедура”. Классификация задач по типам была той высшей ступенью развития обобщения, до которой сумела подняться мысль математиков Древнего Востока. Видимо, правила находились эмпирическим путем, путем многократных проб и ошибок.  
С помощью арифметики египетские писцы решали задачи о расчете заработной платы, о хлебе, о пиве для рабочих и т.п. Нет еще четкого различия между геометрией и арифметикой. Геометрия является лишь одним из многих объектов практической жизни, к которым можно применить арифметические методы. В этом отношении характерны специальные тексты, предназначенные для писцов, занимавшихся решением математических задач. Писцы должны были знать все численные коэффициенты, нужные им для вычислений. В списках коэффициентов содержатся коэффициенты для “кирпичей”, для “стен”, для “треугольника”, для “сегмента круга”, далее для “меди, серебра, золота”, для “грузового судна”, “ячменя”, для “диагонали”, “резки тростника” и т.д./2/.  
Как считает Нейгебауэр, даже вавилонская математика не перешагнула порога донаучного мышления. Он, впрочем, связывает этот вывод не с отсутствием доказательств, а с неосознанностью вавилонскими математиками иррациональности корня из 2.

  Астрономия.

  С развитием скотоводства и земледелия усилились наблюдения человеком  небесных светил. Люди заметили, что  некоторые небесные явления повторяются  через определенные промежутки времени. С этими явлениями стали связывать  начало проведения сельскохозяйственных работ. Начались постоянные наблюдения за движением небесных тел. В Китае, например, такие наблюдения велись еще за полторы тысячи лет до нашей  эры. Занимались наблюдениями небесных явлений обычно служители храмов - жрецы, так как небо считалось  жилищем богов.

  В каждом египетском и вавилонском  храме с помощью простейших астрономических  инструментов велись наблюдения небесных светил. Так, за 6000 лет до наших дней египетские жрецы подметили, что  предутреннее появление звезды Сириуса  совпадало с началом разлива  Нила. Это требовало тщательных астрономических  наблюдений. Для определение времени был построен самый древнейший астрономический инструмент - гномон, который использовали для измерения полуденной высоты Солнца в различные дни года.

  Гномон  представлял собой стержень, отбрасывающий  тень на горизонтальную плоскость. Так, египетский гномон представлял собой  обелиск высотой в 117 римских футов.

  Гномон.

  Известно, например, что в храме египетского  бога Солнца Ра в специальных таблицах жрецы регулярно отмечали движение Солнца и планет. Жрецы научились  составлять календари, определять начало времени года, предсказывать время  солнечных и лунных затмений. Египетский календарь состоял из 12 месяцев  по 30 дней и 5 дополнительных дней в  году. Месяц был разделен на 3 десятидневки, сутки - на 24 часа. 12 дневных и 12 ночных. Поскольку продолжительность дня и ночи менялась со временем года, величина часа была непостоянной, а менялась со временем года.

  Надо  отметить, что наивными и неправильными  были первые представления людей  о форме своей собственной  планеты. Так, древние египтяне считали  Землю плоской, ограниченной со всех сторон горами, на которые якобы  опирается твердый небесный свод. Вавилоняне представляли Землю выпуклой, окруженнойсо всех сторон водой. Твердый небесный свод с прикрепленными к нему звездами отделял воду, находившуюся над ним, от воды, окружающей Землю.

  Смотря  на ночное небо, люди давно обратили внимание на несколько ярких звездообразных светил, которые отличались от обычных звезд тем, что передвигались по небосводу из созвездия в созвездие по довольно сложной траектории. Иногда они скрывались в лучах Солнца, а затем вновь появлялись.

  Это были планеты. Народы древности им давали различные названия, но утвердились  за ними имена греко-римских богов - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Кстати, планеты или «блуждающие  звезды» (от греческого слова «планао» - блуждаю). Перемещения планет по небу объяснить в то время не могли.

  Древние люди считали, что всякое необычное  небесное явление предвещает несчастье  на земле: войны, наводнения, смерть царей. Большой страх у людей вызывали «необыкновенные» небесные явления - солнечные  и лунные затмения, появление комет, «падающие звезды» - метеориты.

  Надо  отметить, что астрономические наблюдения в Древнем Вавилоне подверглись  уже некоторой теоретической  обработке. Значительный интерес представляют вавилонские методы вычисления параметров движения небесных тел. Это таблицы  эфемерид Солнца, Луны и планет, содержащие константы периодического движения светил.

  Эфемериды (греч.) - ряды данных различных изменяющихся со временем астрономических величин (чаще всего координат звезд, планет), вычисленных для последовательных моментов времени.

  Астрономия  была первой из естественных наук, с  которой началось развитие естествознания. Она возникла из наблюдений смены  дня и ночи, времен года и была абсолютно необходима для пастушеских  и земледельческих народов. Для  развития астрономии нужна была математика, а строительная практика стимулировала  развитие механики.

  Бесспорно, грандиозные сооружения древних  государств (храмы, крепости, пирамиды, обелиски) требовали, по крайней мере, эмпирических знаний строительной механики и статики. При строительных работах находили применение простые механизмы: рычаги, катки, наклонные плоскости.

  Первые  египетские пирамиды строились примерно за три тысячи лет до н.э. На сооружение самой высокой из них - пирамиды Фараона Хуфу (Хеопса) пошло 23 300 000 каменных глыб, средний вес которых равен 2,5 т. При сооружении храмов, колоссальных статуй и обелисков вес отдельных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы из каменоломен доставлялись на место сооружения храма на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб от породы служил клин. Подъем тяжестей осуществлялся с помощью наклонной плоскости и рычага.

  Древний Египет. Достижения в геометрии и архитектуре воплотились в пирамидах. В астрономии главная звезда – Сириус. Существовал высокоточный календарь. Во время мумификации изучили внутреннее строение тела человека