Со времен Герона все ученые стали разделять оптику на катоптрику, то есть науку об отражении, и диоптрику, науку об изменении направления световых лучей при попадании в прозрачные среды, например воду или стекло, или, как мы теперь говорим, о преломлении. Явление преломления еще не рассматривалось Героном.
Другое сочинение Герона – «О строении метательных снарядов», употреблявшихся в его время, написано не в научном тоне, а популярно, для понимания широкими массами.
Филону Византийскому приписывают сочинение о строении баллист и катапульт. Из его трактата о механике, посвященного тем же вопросам, что и сочинения Герона, уцелело только несколько цитат, приведенных Паппом.
Клеомед, в общем, мало известный писатель. Он интересен тем, что в его сочинении мы находим замечательные оптические наблюдения, связанные, по всей вероятности, с его астрономическими исследованиями. Он не только знает, что луч при переходе из менее плотной среды в более плотную и наоборот преломляется, но и что в первом случае отклоненный луч приближается к перпендикуляру, а во втором удаляется от него. Он описывает следующий опыт: нужно встать так, чтобы кольцо, положенное на дно сосуда, скрылось за его краями; затем, не изменяя положения глаз, достаточно налить в сосуд воды, чтобы все кольцо стало видным. Из этого опыта Клеомед выводит, что вследствие преломления лучей мы видим солнце, уже зашедшее за горизонт.
Клавдий Птолемей – фигура легендарная. Его авторитет может конкурировать только с авторитетом Аристотеля. Византийцы, арабы, жители Западной Европы относились к нему с одинаковым уважением, и, когда его авторитет начал колебаться, римская церковь старалась отстоять его всем своим могуществом.
Своей громкой славой Птоломей был обязан обширному астрономическому труду «Великое математическое построение в астрономии», в тринадцати книгах которого содержатся все достижения византийской астрономии. Император Фридрих II, король Сицилии (1194–1250), почитатель арабской учености, приказал перевести это сочинение с арабского на латинский язык, и хотя позднее оно было переведено прямо с греческого, но при этом сохранило арабское название «Альмагест». Для того чтобы согласовать видимое движение планет, Птолемею пришлось создать такие сложные теории их движения, что он сам, как бы извиняясь, замечает: «Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение». Эта-то сложность и была в конце концов причиной падения системы мира Птолемея. Правда, сегодня есть мнение, что ее творцом был Гиппарх.
Как в «Альмагесте» Птолемея собраны все современные ему астрономические знания, так в его трактате по оптике – все оптические знания, причем считается, что Птолемей дополнил их самостоятельными исследованиями. В начале XVII века об «Оптике» упоминают как об общеизвестной книге. Затем она исчезает из обращения, и только в 1800 году Лаплас открывает ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. В ней разбирается теория зрения, отражение света, теория плоских и сферических зеркал и, наконец, преломление света. Интереснее и важнее прочих последняя часть. Птолемей, правда, не знает закона преломления, считая углы падения и преломления пропорциональными в одинаковых средах, но все же довольно точно измеряет углы, образуемые падающим и преломленным лучом с перпендикуляром для воздуха и воды, воздуха и стекла, стекла и воды.
Вопреки Аристотелю, Птолемей, подобно Евклиду, считает, что лучи исходят из глаза. По-видимому, спор об этом предмете должен был казаться ему бесцельным, тем более что математическая форма оптических законов остается неизменной, будут ли прямолинейные световые лучи исходить из глаза или из предмета.
Но были те, кому этот вопрос был важен. Например, Дамиан, сын Гелиодора Ларисского, говорит в своей «Оптике»:
«Очертание наших глаз – не имеющих полой структуры и не похожих на другие органы, приспособленные для восприятия извне, – а также их сферическая поверхность доказывают, что свет исходит из них. Дальнейшими доказательствами служит блеск глаз и способность некоторых людей видеть ночью без наружного освещения».
Или: «Распространение глазного и солнечного света до крайних пределов небосвода происходит мгновенно. Подобно тому, как мы видим солнце, затемненное облаком, в самый момент удаления облака, так же мгновенно видим небо, когда поднимаем глаза наши кверху».
Законы преломления представляли для Птолемея особый интерес, так как он заметил, что место светил изменяется вследствие преломления лучей в воздухе. Хотя он не измерял астрономической рефракции, но все же видел ясно, что она в зените равна нулю и постепенно возрастает по направлению к горизонту. В преломлении он полагал причину того, что околополюсные звезды описывают с виду не настоящие, а сплющенные круги вокруг полюсов.
В его трактате о гармонических звуках содержится мало нового и важного в физическом отношении, хотя эти книги весьма ценны для понимания греческой музыки.
Папп, один из последних александрийских математиков, оставил в своих восьми книгах «Математического сборника» замечательные работы по механике. О том, что математические исследования по вопросу о центре тяжести тел не прекратились окончательно после Архимеда, видно из закона, который изложен Паппом в седьмой книге сборника как самостоятельное его исследование. Закон этот впоследствии был вновь открыт Гульденом и назван его именем. Фигуры, описываемые вращением линии или площади вокруг данной оси, находятся в сложном отношении к вращающимся фигурам и путям, описываемым их центрами тяжести.
В восьмой книге Папп впервые различает пять так называемых основных машин – рычаг, клин, винт, блок и ворот – и приводит рисунок полиспаста. Ему не удается вывести действия наклонной плоскости из закона рычага главным образом потому, что он не умеет отличить действия трения от действия тяжести. Но при тогдашнем положении науки о движении этих сведений и нельзя было иметь. Исходя из того факта, что нужна уже некоторая сила, чтобы двигать тело по горизонтальной плоскости, и что сила эта должна возрастать по мере увеличения наклона последней, Папп старается вычислить, насколько сила, двигающая тело по наклонной плоскости, должна быть больше силы, двигающей его по горизонтальной. Он обошел бы эти затруднения, если бы задался вопросом: какая часть веса тела нужна для того, чтобы удержать тело на наклонной плоскости? В этой форме, однако, вопрос поставил позднее Кардан, не найдя, впрочем, точного решения.
Мы можем отнести Паппа ко временам царствования византийского императора Феодосия I на основании показаний византийского лексикографа Свиды (X век).
О Прокле (412–485)[26] сообщают, что он, подобно Архимеду, сжег римские корабли при осаде Константинополя посредством вогнутых зеркал. Из других его достижений – попытки научными доводами объяснить влияние небесных светил на судьбу живых существ.
Антемий, строитель знаменитого византийского собора в Константинополе (VI век), доказывает, что зажигательные зеркала воспламеняют предметы только вследствие способности собирать множество солнечных лучей в одну точку; и далее, что лучи, выходящие из одной точки, соединяются снова в одну точку лишь при условии эллиптической формы зеркальной поверхности. Он не верил, чтобы Архимед мог зажечь римский флот при помощи сферического зеркала, но пробовал зажигать отдаленные предметы сложной системой плоских зеркал. О Прокле, который был почти его современником, он не упоминает.
Про Антемия рассказывают, будто бы он поставил в своем погребе паровые котлы и посредством труб подвел пар под дом ненавистного ему соседа, римлянина Зенона. Встряска была такой сильной, что Зенон подумал, будто его дом рушится от землетрясения.
Два слова о так называемой римской науке. Сами историки отмечали, что среди ее представителей не было людей Рима. И они ее определяют как науку эпохи Римской империи, созданную учеными, писавшими на греческом языке; римлян же среди них не было. Чем же она отличается от византийской науки?
Средневековая византийская физика
Нас не удивляет, что в Византии VI–X веков работам по физике эллинского периода уделяли большое внимание: ведь эти работы именно тогда и появились. В это время в физику включали всю совокупность знаний о природе, а именно собственно физику, географию, зоологию, ботанику, минералогию и медицину.
Историки сообщают, что сведения по естествознанию византийцы черпали из книг, в частности из трудов Аристотеля. Но вдруг оказывается, что этот интерес к трудам классика требовал их новых изданий; что последовательность расположения книг внутри отдельных произведений нередко была нарушена, а места их перепутаны; что смысл ряда текстов был затемнен, и по содержанию списки тоже не совпадали; что в Византии делались краткие резюме основных идей Аристотеля, и эти резюме хоть и придерживались текста оригиналов, но часто дополнялись новым материалом, выдержками из работ более поздних ученых, высказывавшихся на эту же тему… По свидетельству Симпликия, тексты аристотелевой «Физики», оставшиеся от двух его ближайших учеников – Феофраста и Евдема, значительно отличались друг от друга.
