3b. Antiikin Kreikka jatkuu

2

3.6. Antiikin Kreikan atomihypoteesi

600 eKr. Thales: Mikä on aineen perimmäinen ”luonto”,

”physics”? järkiperäinen, rationaalinen lähestymistapa vesi perusaineena Thaleksen oppilaiden yleistys:

kaikki oliot yhdestä perusaineesta, joka voi ilmetä monin eri

tavoin

perusaine ikuisesti pysyvää, ei häviä eikä synny Aine ja

aineen säilyminen

500 eKr. Parmenides: teoksessa Totuuden tie esitti, että

maailmanselityksissä oleellista pohtia sitä mitä on ja mitä

ei ole tyhjä tila, tyhjiö, on mahdottomuus maailma

koostuu siitä mikä on = ainetta

3

Empedokles n. 450 eKr.: kaikki koostuu muutamasta muutama: 4 alkuainetta: tuli, ilma, vesi ja maa

aine voi korvata aineen (lasissa olevan ilman tilalle voidaan

kaataa vettä)

Neljä alkuainetta ja niiden ominaisuudet

4

5

Leukippos ja Demokritos

Leukippos (n.500 eKr. – n. 440 eKr.): ensimmäinen

ajatus atomista tyhjön olemassa olo voidaan sallia maailmankaikkeuteemme

kuulumattomana ulkopuolisena (epä)oliona

atomia ei voida nähdä, koska ne ovat hyvin pieniä

maailmankaikkeus koostuu yhdestä ainoasta atomaaristen

hiukkasten muodossa olevasta aineesta

kreikkalaiset filosofit hylkäsivät sekä Parmenideksen että

Leukippoksen teorian, syynä tyhjön olemassaoloa vastaan esitetyt argumentit

aistien todistusvoiman kieltäminen

Demokritos laajensi ja täydensi teoriaa:

Myös vakuumi mahdollinen maailma koostuu homogeenisista

palloista, atomeista, joiden välissä on tyhjää. Atomit eroavat

toisistaan muotonsa, sijaintinsa ja nopeutensa kautta. Erilaiset

yhdistelmät mahdollisia. (kineettinen kaasuteoria)

- atomit ja tyhjö sitä mikä on

- maailmankaikkeus suuri tyhjä tila, jossa ikuisiksi ajoiksi luotuja,

lakkaamattomassa liikkeessä ja alati muuttuvassa keskinäisessä

järjestyksessä olevia atomeja

- atomit täyttä ainetta, ei voida jakaa luonnon muuttumattomien

ominaisuuksien perusta

- atomit voivat muodostaa aistein havaittavia yhdisteitä

Maailma on rajaton, koska sitä ei ole luonut mikään tuonpuoleinen.

Tieto välittyy esineistä aisteihin pienten atomiryhmien välityksellä.

Sielu koostuu tulenkaltaisista, erityisen tasapintaisista atomeista.

Kuolemassa sielun atomit vapautuvat ruumiin atomeista.

6

Demokritos7

8

Aristoteles: ei uskonut atomien olemassaoloon, koska ei

vahvistusta arkipäivän havainnoista ”Jos ilma ja tuli muodostuisivat pienistä kiinteistä hiukkasista

ne putoaisivat maahan kuin pienet kivet!”

9

3.7. Antiikin Kreikan tieteen huippusaavutuksia I: Arkhimedes (n. –285 -212)

kokeellisena tutkijana poikkeus merkittävä matemaatikkona kytki ensimmäisenä fysiikan ja matematiikan aidosti

yhteen 1600-luvun luonnontieteellisen

vallankumouksen yksi esikuva Arkhimedeen laki nosteelle selvästi kokeellisuuteen

perustuva, vanhin käytössä oleva fysiikan laki lisäksi mm. vipujen tasapainoehto käytti Puunilaissodassa polttopeiliä ja kaupunginmuuriin

tuettua vipua vihollista vastaan taistelussa viimeiset sanat: ”Noli turbare circulos meos” (Älä sotke

ympyröitäni)

Arkhimedes10

11

Arkhimedes vaati matemaattisissa tarkasteluissaan ehdotonta

loogista ankaruutta ja täsmällisyyttä, vastaavaan yllettiin vasta

1800-luvulla

eräät menetelmät voidaan nähdä integraalilaskennan

esiasteena

kuningas Hiero antoi valmistaa kultaisen kruunun lahjaksi

jumalille, mutta epäili kultasepän korvanneen osan kullasta

hopealla: Arkhimedeksen tuli keksiä menetelmä asian

selvittämiseksi kruunua vahingoittamatta

Arkhimedes keksi nostemenetelmän kylpyammeessa ja

juoksi kuninkaan luokse hokien: ”Heureka, heureka!” (Olen

keksinyt sen!)

toisen tarinan mukaan ongelma ratkesi hydrostaattisen

periaatteen avulla

Käyrän rajaaman pinnan ala12

Arkhimedeen ekshaustiomenetelmä13

14

Arkhimedes yhdisti vipuyhtälöt loogiseksi

kokonaisuudeksi teoreettisen mekaniikan isä ”Antakaa minulle pitävä tukipiste niin minä kampean

maapallon sijoiltaan.”

Arkhimedeksen statiikan aksioomat: Symmetrisesti kuormitettu vipu on tasapainossa

Tukipisteeseen vaikuttaa kokonaispaino

arabialaiset korvasivat 2. aksiooman myöhemmin

”Arsamides”-nimisen kreikkalaisen oppineen (tod. näk.

Arkhimedes) aksioomalla: Jos tasapainossa olevan vivun samansuuruisia painoja

siirretään sama matka vastakkaisiin suuntiin, niin

tasapainotila ei muutu mitenkään

Vipulait a la Arkhimedes15

Arkhimedeen ruuvi16

Arkhimedeen kirjoituksia17

18

3.8. Antiikin Kreikan huippusaavutuksia II: Kosmoksen mallit merkittävimmät tähtitieteen saavutukset liittyvät kosmisten

suuruussuhteiden määrittämiseen: Maan säde

Maan ja Kuun välinen etäisyys

Maan ja Auringon välinen etäisyys

babylonialainen havaitseva tähtitiede kuvaili tähtitaivaan

ilmiöitä taulukoilla antiikin kreikkalaiset kehittivät

taivaanliikkeitä kuvaavan geometrisen mallin ei kuitenkaan dynaamisia tarkasteluja

Anaxagoras, Herakleitos ja Aristarkos esittivät nykyäänkin

hyväksyttyjä päätelmiä (aikalaiset eivät hyväksyneet)

tähtitaivaan kuvailu vaativaa: liikkeet monimutkaisia,

antiikissa rajoituttiin maakeskeisiin ympyräratoihin

Pythagoraasta Kopernikukseen19

Hipparkoksen ja Ptolemaioksen malli

20

Aristarkhoksen menetelmä21

Aristarkhoksen menetelmä …..22

Aurinkokunnan mittasuhteiden arviointi23

24

Kosmoksen mallit: yhteenveto

Philalaos (n. –450): maailmankaikkeudessa vapaana liikkuvaa

Maata kiertää kymmenen kappaletta, joista yksi on ”Vastamaa”

Herakleitos (-370): Maa kiertää akselinsa ympäri, Vastamaa

sulanut Keskustulen vaikutuksesta, Aurinko kiertää Maata,

Merkurius ja Venus kiertävät Aurinkoa (vrt. Tycho Brahe 1600)

Eudoksos (samaan aikaan): samankeskisten pallokuorten malli,

taivaankappaleet jumalallista alkuperää ja liikkuvat täydellisiä

liikeratoja, so. maakeskisiä ympyräratoja pitkin, mallin sopivuus

havaintojen kanssa edellytti useaa pyörimisakselia

Aristarkhos: Herakleitoksen mallin pohjalta aurinkokeskeinen

versio, joka vastaa täysin Kopernikuksen 1543 esittämää mallia

25

Hipparkos (-150): tarkempia arvoja kosmisille

mittasuhteille, 1000 tähden luettelointi ja sijainti

tähtikuvioissa, pituus- ja leveysasteet Poseidonios (-90): Auringon halkaisijalle ja etäisyydelle

antiikin tarkimmat arvot Ptolemaios (150): lähes oikeat arvot Kuun läpimitalle ja

etäisyydelle, 8000 yksityiskohtaa sisältänyt kartta

(Välimeren alue, Brittein saaret, Intia, Kiina ja Afrikka)

Huom. myös kreikkalaiset pohtivat Kolumbuksen ideaa,

jonka mukaan Atlantin yli länteen purjehdittaessa löytyisi

reitti Kiinaan tai Intiaan

Kosmos yhteenveto26

27

Eratosthenes (-230): Aurinko on Syenessä (Assuanissa)

keskikesällä keskipäivällä tarkalleen zeniitissä, sillä

Auringon kuva näkyy syvänkin kaivon pohjalla Aleksiandria ja Syene samalla meridiaanilla (3° poikkeama)

Aurinko samaan aikaan korkeimmillaan molemmilla

paikkakunnilla samanaikaisuus Auringon avulla

Syene-Aleksandria –etäisyys: kamelikaravaanilta matkaan

50 päivää, päivässä 100 stadionia

myös tarkka kartta Välimeren alueesta

Erastostheneen menetelmä28

29

Antiikin Kreikan huippusaavutuksia (yhteenvetoa)

matemaatikkoja, tähtitieteilijöitä, maantieteilijöitä,

fyysikkoja, lääkäreitä, kasvitieteilijöitä, ”insinöörejä” tieteet itsenäistyivät ja erikoistuivat:

Eukleideen (taso)geometria

Apollonius spesialisti kartioleikkausten matematiikassa

Arkhimedes pikemminkin ammattifyysikko kuin filosofi (ei

tavoittele yhtenäistä maailmankuvaa)

Eukleides30

31

3.9. Fysiikan osa-alueiden kehitys antiikissa ja aiemminkin

Äänioppi: heiluri-, aalto- ja värähdysliike tunnettiin

ääni etenee väliaineessa värähtelynä

Pythagoras: kielen pituus ja äänen korkeus

- kielen värähtelyn l. vibraation tutkiminen ja äänen

korkeuden riippuvuus kielen pituudesta

- vibraatiot noudattavat yksinkertaisia lukusuhteita

sointu l. harmonia

Vitrivius Pollio: äänen kuuluvuus ja kaiku

- äänen kuuluvuus eri tiloissa

- kaiku

Heron Aleksandrialainen: ääni ja väliaine

ääni väliaineessa etenevä tiivistysrintama

32

Valo-oppi

optiset illuusiot (Auringon koon vaihtelu), fokusoiva kristallilinssi,

Aristofanes (-445-385) mainitsee polttolasin

Platonistinen koulukunta: valo etenee suoraviivaisesti, tulo- ja

heijastuskulma ovat yhtäsuuret

Ptolemaios (100-160): valon tulokulma ja taittumiskulma ovat

verrannollisia (pätee pienillä kulmilla)

metalliset peilit (2. Mooseksen kirja ja Jobin kirja)

pallomaiset ja paraboloidiset peilit

Eukleides: pallomaisen peilin polttopiste

näkeminen: 1) perustuu kohteesta silmään tuleviin hiukkasiin

(pythagoralaiset), 2) perustuu silmästä emittoituviin näkösäteisiin

(platonistit)

Lämpöopin ”varhaistietoutta”

33

34

3.10. Laitteet ja tekniikka antiikin Kreikassa

kokeellisia tutkimuksia poikkeustapauksissa laitteet

yksinkertaisia antiikin ”tietokone” 1906 Antikyteran saarelta löydetty ja

entisöity, noin vuoteen –80 ajoitettu laite, jossa on

monimutkaisia, mahdollisesti kellokoneiston liikuttelemia

rataspyöriä, viisareita ja numerotauluja viisareista Auringon, Kuun ja planeettojen sijainnit

arabeilla samantyyppinen yksinkertaisempi laite tuhat vuotta

myöhemmin

eurooppalaiset kellot kehittyivät arabialaisista laitteista

vastaava tekninen taso saavutettiin vasta 18. vuosisadalla

vesikellot todisteena insinööritaidosta

Antiikin ”tietokone”35

Heronin diopteri36

Heronin höyryturbiini37

Heronin (?) uhrituli38

Antiikin Vesikello39

Antiikin Aurinkokello40

41

3.11. Hellenismin tuho

antiikin Kreikan kukoistus intensiivinen, mutta lyhyt: 400

vuotta Thaleksesta (-600) Hipparkokseen (n. –190 -

125), jonka aikana taantuminen alkoi lähinnä aiempien tulosten systematisointia

Ptolemaioksen (100-160) luova työ tähtitieteessä ainoa

poikkeus

Plotinuksen (205-270) luoma neoplatonismi viimeinen

suuri kreikkalainen filosofinen oppisuunta

hellenistisen kulttuurin lamaantuminen edelleen mysteeri

42

3.12. Antiikista renessanssiin

antiikin perintö siirtyi myöhemmille sukupolville: Rooman valtakunnan levinneisyyden välityksellä

Arabialaisen ekspansion avulla

roomalaiset eivät edistäneet geometriaa, fysiikassakin lähinnä

omaksuivat muiden oppeja tiede yhteiskunnan palveluksessa (vesijohtoverkosto)

astrologia, taikausko ja mystiikka voimakkaina

osa antiikin Kreikan kulttuuriperinnöstä siirtyi suoraan

Eurooppaan keskiajalla: Boethius (480-525) käänsi ja tulkitsi

antiikin töitä käytännössä Euroopassa ei tunnettu juuri lainkaan antiikin

perintöä vuoteen 1000 asti (paitsi Eukleideen yksinkertaisimmat

lauseet ja Platonin sekä Aristoteleen teosten pienehköt osat)