العلم الفيزيائي

علم الفلك في الشرق الأوسط واليونان القديمة

تعود أصول علم الفلك الغربي إلى مصر وبلاد الرافدين. علم الفلك المصري ، الذي لم يكن دراسة متطورة ولا مؤثرة ، كان معنيًا إلى حد كبير بحساب الوقت. كانت مساهمته الرئيسية الدائمة هي التقويم المدني لمدة 365 يومًا ، ويتكون من 12 شهرًا كل 30 يومًا وخمسة أيام إضافية من المهرجان في نهاية كل عام. لعب هذا التقويم دورًا مهمًا في تاريخ علم الفلك ، مما سمح لعلماء الفلك بحساب عدد الأيام بين أي مجموعتين من الملاحظات.

يشكل علم الفلك البابلي ، الذي يعود إلى حوالي 1800 قبل الميلاد ، أحد أقدم العلاجات العلمية المنتظمة للعالم المادي. على عكس المصريين ، كان البابليون مهتمين بالتنبؤ الدقيق للظواهر الفلكية ، وخاصة أول ظهور للقمر الجديد. باستخدام البروج كمرجع ، بحلول القرن الرابع قبل الميلاد ، طوروا نظامًا معقدًا من التقدمات الحسابية وطرق التقريب التي تمكنوا من خلالها من توقع المظاهر الأولى. كانت كتلة الملاحظات التي جمعوها وأساليبهم الرياضية مساهمات مهمة في الإزهار اللاحق لعلم الفلك بين الإغريق.

كان الفيثاغورسيون (القرن الخامس قبل الميلاد) مسؤولين عن واحدة من النظريات الفلكية اليونانية الأولى. اعتقادًا منهم بأن ترتيب الكون رياضي في الأساس ، اعتبروا أنه من الممكن اكتشاف تناغم الكون من خلال التفكير في الحركات المنتظمة للسماء. بافتراض حريق مركزي تدور حوله جميع الأجسام السماوية بما في ذلك الأرض والشمس ، قاموا ببناء أول نموذج فيزيائي للنظام الشمسي. استمد علم الفلك اليوناني اللاحق شخصيته من تعليق نُسب إلى أفلاطون ، في القرن الرابع قبل الميلاد ، الذي ورد أنه أصدر تعليمات إلى علماء الفلك "لإنقاذ الظواهر" من حيث الحركة الدائرية المنتظمة. وهذا يعني أنه حثهم على تطوير نظريات دقيقة تنبؤية باستخدام مجموعات فقط من الحركة الدائرية المنتظمة. ونتيجة لذلك ، لم يعتبر علماء الفلك اليونانيون نماذجهم الهندسية أبدًا صحيحة أو أنها أوصاف مادية لآلات السماوات. لقد اعتبروها ببساطة أدوات للتنبؤ بالمواقع الكوكبية.

كان Eudoxus of Cnidus (القرن الرابع قبل الميلاد) أول علماء الفلك اليونانيين الذين صعدوا إلى تحدي أفلاطون. طور نظرية الكريات المتمركز حولها ، وهو نموذج يمثل الكون من خلال مجموعات من الكرات المتداخلة المتداخلة التي تتحد حركاتها لإنتاج الكواكب والحركات السماوية الأخرى. باستخدام حركات دائرية موحدة فقط ، تمكن Eudoxus من "حفظ" الحركات الكوكبية المعقدة إلى حد ما مع بعض النجاح. تتطلب نظريته أربعة مجالات متحدة المركز لكل كوكب وثلاثة لكل من الشمس والقمر. تم تعديل النظام من قبل Callippus ، طالب من Eudoxus ، الذي أضاف مجالات لتحسين النظرية ، خاصة لميركوري وفينوس. أرسطو ، في صياغة علم الكونيات ، تبنى مجالات Eudoxus homocentric كأداة فعلية للسماء. كان الكون الأرسطي بمثابة بصل يتكون من سلسلة من حوالي 55 كرة متداخلة حول الأرض ، والتي تم إصلاحها في المركز. من أجل توحيد النظام ، أضاف أرسطو المجالات من أجل "كشف" حركات كوكب معين حتى لا يتم نقلها إلى الكوكب الداخلي التالي.

فشلت نظرية الكريات المتمحورة حول حساب مجموعتين من الملاحظات: (1) تغيرات السطوع التي تشير إلى أن الكواكب ليست دائمًا على نفس المسافة من الأرض ، و (2) استطالات مقيدة (أي ، لا يُلاحظ أن الزهرة أكثر من 48 تقريبًا ° و Mercury لا تزيد عن 24 ° من الشمس). حاول Heracleides of Pontus (القرن الرابع قبل الميلاد) حل هذه المشاكل من خلال وجود فينوس وميركوري يدوران حول الشمس ، بدلاً من الأرض ، ووجود الشمس والكواكب الأخرى تدور بدورها حول الأرض ، والتي وضعها في المركز. بالإضافة إلى ذلك ، لحساب الحركات اليومية للسماء ، اعتبر أن الأرض تدور حول محورها. لم يكن لنظرية Heracleides تأثير كبير في العصور القديمة إلا ربما على Aristarchus of Samos (القرن الثالث قبل الميلاد) ، الذي طرح على ما يبدو فرضية مركزية شبيهة بتلك التي كان من المفترض أن يطرحها كوبرنيكوس في القرن السادس عشر.

قدم هيبارخوس (ازدهر 130 قبل الميلاد) مساهمات واسعة النطاق في كل من علم الفلك النظري والرصد. بناء على نظرياته على كتلة من الملاحظات الرائعة ، كان قادرًا على وضع نظريات الشمس والقمر التي كانت أكثر نجاحًا من نظريات أي من أسلافه. كانت أداته المفاهيمية الأساسية هي الدائرة اللامركزية ، وهي دائرة تكون فيها الأرض في مرحلة ما غير مركزية إلى المركز الهندسي. استخدم هذا الجهاز لحساب مختلف المخالفات والتفاوتات التي لوحظت في حركات الشمس والقمر. كما أثبت أن الدائرة اللامركزية تعادل رياضيًا شكلًا هندسيًا يسمى نظامًا متدرجًا للدراجة الهوائية ، وهو دليل على الأرجح قدمه أبولونيوس من بيرغا قبل قرن من الزمان.

من بين ملاحظات هيبارخوس ، كانت واحدة من أهم الملاحظات هي بداية حركة الاعتدال - أي الزيادة التدريجية الظاهرة في خط الطول بين أي نجم ثابت ونقطة الاعتدال (أي من نقطتين على الكرة السماوية حيث يعبر خط الاستواء السماوي مسير الشمس.). وهكذا ، يتحرك القطب السماوي الشمالي ، النقطة على الكرة السماوية المعرفة كمركز ظاهر لدوران النجوم ، بالنسبة للنجوم الموجودة في محيطها. في نظرية مركزية الشمس ، يعزى هذا التأثير إلى تغيير في محور دوران الأرض ، والذي يتتبع مسارًا مخروطيًا حول محور المستوى المداري.

طبق بطليموس (ازدهر 140 م) نظرية البطاريات لتجميع حساب منهجي لعلم الفلك اليوناني. وضع نظريات لكل من الكواكب ، وكذلك الشمس والقمر. وقد زودت نظريته عمومًا البيانات المتاحة له بدرجة جيدة من الدقة ، وأصبح كتابه ، الماجيست ، الوسيلة التي يتم من خلالها نقل علم الفلك اليوناني إلى علماء الفلك في العصور الوسطى وعصر النهضة. لقد صاغ علم الفلك بشكل أساسي في الألفية والنصف القادمة.

الفيزياء اليونانية

ظهرت عدة أنواع من النظريات الفيزيائية في اليونان القديمة ، بما في ذلك الفرضيات المعممة حول البنية النهائية للطبيعة والنظريات الأكثر تحديدًا التي نظرت في مشكلة الحركة من كل من وجهات النظر الميتافيزيقية والرياضية. في محاولة للتوفيق بين التناقض بين الوحدة الأساسية وتعدد وتنوع الطبيعة الظاهر ، أكد الذريون اليونانيون Leucippus (منتصف القرن الخامس قبل الميلاد) و Democritus (أواخر القرن الخامس قبل الميلاد) و Epicurus (أواخر القرن الرابع وأوائل القرن الثالث قبل الميلاد) تتكون الطبيعة من ذرات غير قابلة للتغيير تتحرك في مساحة فارغة. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الحركات والتشكيلات المختلفة للذرات ومجموعات الذرات هي أسباب جميع ظواهر الطبيعة.

على النقيض من الكون الجسيمي للذرة ، أصر الرواقيون (بشكل رئيسي Zeno of Citium ، سد القرنين الرابع والثالث قبل الميلاد ، Chrysippus [القرن الثالث قبل الميلاد] ، و Poseidonius of Apamea [ازدهرت c. 100 bce]) على استمرارية الطبيعة ، تصور كل من الفضاء والمادة على أنها مستمرة ومغروسة بروح نشطة تشبه الهواء - pneuma - والتي تعمل على توحيد إطار الطبيعة. من المحتمل أن يكون الإلهام للتركيز الرواقي على العمليات الهوائية قد نشأ من التجارب السابقة مع "الربيع" (أي الانضغاط والضغط) للهواء. لم تنجو النظرية الذرية ولا الفيزياء الرواقية من نقد أرسطو ونظريته.

في الفيزياء ، كان أرسطو مهتمًا في المقام الأول بالمسألة الفلسفية لطبيعة الحركة باعتبارها مجموعة متنوعة من التغيير. افترض أن الحركة المستمرة تتطلب سببًا ثابتًا ؛ هذا يعني أنه طالما بقي الجسم في الحركة ، يجب أن تعمل القوة على ذلك الجسم. اعتبر حركة الجسم من خلال وسيط مقاوم يتناسب مع القوة المنتجة للحركة ويتناسب عكسيا مع مقاومة الوسط. استخدم أرسطو هذه العلاقة ليجادل ضد احتمال وجود فراغ ، لأنه في مقاومة الفراغ صفر ، والعلاقة تفقد المعنى. واعتبر الكون مقسمًا إلى عالمين مختلفين نوعيًا ، يحكمهما نوعان مختلفان من القوانين. في المجال الأرضي ، داخل مجال القمر ، تكون الحركة الصاعدة والهابطة المستقيمة مميزة. الأجسام الثقيلة ، بطبيعتها ، تبحث عن المركز وتميل إلى التحرك لأسفل في حركة طبيعية. من غير الطبيعي أن يتحرك جسم ثقيل إلى الأعلى ، وتتطلب مثل هذه الحركة غير الطبيعية أو العنيفة سببًا خارجيًا. الأجسام الخفيفة ، على النقيض المباشر ، تتحرك بشكل طبيعي إلى الأعلى. في العالم السماوي ، تكون الحركة الدائرية المنتظمة طبيعية ، وبالتالي تنتج حركات الأجسام السماوية.

قام أرخميدس (القرن الثالث قبل الميلاد) بتطبيق الرياضيات بشكل أساسي على حل المشاكل الجسدية والافتراضات الفيزيائية والرؤى التي استخدمت ببراعة مما أدى إلى مظاهر رياضية ، خاصة في مشاكل الإحصائيات والهيدروستاتيك. وهكذا تمكن من اشتقاق قانون الرافعة بشكل صارم والتعامل مع مشاكل توازن الأجسام العائمة.