Примерно в VII в. до н. э. греки писали на папирусе кистью или особой палочкой. Листок папируса по-гречески назывался "хартес" и "библион" (библос). В III в. до н. э. в античном мире в качестве материала для письма получает распространение пергамент (пергамен) – особым образом выделанная кожа телят и козлят. На пергаменте и папирусе греки и римляне писали чернилами с помощью заостренной палочки из тростника. Чернила делались из сажи или чернильных орешков. Чернильницы изготовлялись из бронзы, глины и дерева.
К античной эпохе относится возникновение математики как самостоятельной науки. Большой вклад в развитие математики сделал Пифагор (ок. 570 – ок. 500 гг. до н. э.), а также его школа. Пифагор открыл математическую закономерность в музыке и стал основоположником математической акустики. Ему принадлежит заслуга применения математики в астрономии. Свое слово в развитии математики сказали и последователи Пифагора – пифагорейцы. Они сформулировали десять пар противоположных категорий – бинарных оппозиций, соединение которых, по их мнению, обусловило возникновение и поддержание порядка в мире. Знаменитая теорема Пифагора приписывается ему именно потому, что только его школа доказала справедливость ее общей формулировки.
Знаменита своими трудами ионийская школа. Продолжатели ее натурфилософских работ (V–IV вв. до н. э.) впервые выдвинули идею бесконечно малой величины. Эта идея нашла развитие и практическое применение в геометрии в трудах Демокрита и Евдокса Книдского. Последний разработал учение пифагорейской математики, вызванное открытием иррациональных чисел. Построенная им теория включала в себя как отношения целых чисел, так и отношения геометрических отрезков и представляла собой античную форму современной теории действительных чисел. Евдокс Книдский разработал метод исчерпания и применял его для решения математическими средствами парадоксов Зенона. Данный метод оказал заметное влияние на развитие идей о бесконечно малых величинах.
Первую попытку систематизировать достижения в геометрии сделал хиосский математик Гиппократ (ок. 440 г. до н. э.). Он доказал, что существуют определенные плоские фигуры, ограниченные дугами окружности, для которых можно найти прямоугольники равновеликой площади. Открытие Гиппократа послужило началом других исследований в области квадратуры круга. Диофант Александрийский (326–410 гг.) опубликовал "Арифметику", обобщив древнегреческие традиции. В этом трактате были впервые представлены алгебраическая символика, решение неопределенных уравнений в рациональных положительных числах, составлена часть теории чисел. Тем самым были заложены основы первой буквенной алгебраической системы.
Астрономия медленно освобождалась от фантастических представлений, питаемых религиозными традициями и умозрительным характером античной натурфилософии. Последнему противостоял прежде всего накопленный запас наблюдений за видимым движением небесных светил и за другими астрономическими явлениями. Однако даже ионийцы выдвигали в астрономии ряд совершенно произвольных гипотез. По Фалесу Милетскому (625–547 гг. до н. э.), Земля имеет форму плоского диска, плавающего на поверхности океана; по Анаксимандру (ок. 610 – ок. 546 гг. до н. э.) – форму цилиндра, а по Анаксимену (ок. 548 – 528 или 525 гг. до н. э.) – форму стола. Лишь позже было выдвинуто предположение, что и Земля, и все светила имеют форму шара. Это утверждение принадлежит пифагорейцам. Они же отказались от мысли о том, что Земля занимает центральное положение во Вселенной (геоцентризм). Один из ученых-пифагорейцев – Филолай (ок. 470 – ок. 390 гг. до н. э.) утверждал, будто шарообразная Земля, Солнце, Луна и другие планеты вращаются вокруг некоего "центрального огня", находясь в прозрачной сфере. Аристотель (384–322 гг. до н. э.) попытался обобщить эмпирические космологические сведения и даже создал собственную геоцентрическую систему мира с подлунной и надлунной сферами.
Одним из важных практических результатов астрономических наблюдений было уточнение календаря. В III в. до н. э. афинский историк Тимей ввел систему летосчисления по олимпиадам (олимпиады проводились один раз в четыре года). Началом отчета стал 776 г. до н. э. – год проведения первых игр в Олимпии. В 46 г. до н. э. по приказу Юлия Цезаря александрийские астрономы во главе с Сосигеном (Созиген) произвели реформу римского календаря. Год стал насчитывать 365 дней, а каждый четвертый – 366. В новом календаре сохранился только один добавочный день (после 23 февраля). Таким образом, шестой день до мартовских календ (календы – первое число месяца, совпадающее с новолунием) стал двойным (bissextilis), отчего и произошло наше слово "високосный". Начало года переносилось на 1 января. Юлианский год приблизился к астрономическому солнечному, но все же несколько запаздывал (за 128 лет это отставание составляло сутки). В честь Юлия Цезаря римский месяц квинтилис был переименован в юлиус. Позднее император Август велел назвать своим именем месяц секстилис. С этого момента (I в. н. э.) римские месяцы имеют знакомые нам названия. Как уже говорилось, первое число месяца, совпадающее с новолунием, называлось у римлян календами, 5-е или 7-е число приходились на ноны – день первой четверти Луны, а 13-е или 15-е число на иды. С IV в. н. э. в римский календарь введена семидневная неделя.
Для более точного определения времени в древности применялись солнечные часы – плита, на которой были обозначены двенадцать делений – "часов". Через эти деления проходила тень от вертикальной стрелки – гномона. Она указывала положение Земли относительно Солнца. В V в. до н. э. появились водяные часы.
Термин "физика", принятый Аристотелем как заглавие одного из его трактатов, был известен античным авторам, но смысл его был иным, чем сейчас. Он означал учение о природных явлениях вообще, т. е. натурфилософию. Физика в нашем понимании еще не была развита, за исключением одного раздела – механики. Среди естественнонаучных сочинений этого периода ведущая роль принадлежит трудам Аристотеля, который пытался заложить фундамент физики, основываясь на наблюдениях и эксперименте. Аристотелю принадлежит ряд справедливых положений. Он дал представления о кинематической энергии, распространении света и осмотических явлениях, предложил верное толкование распространения звука в воздухе, объяснил явление эха как отражение звука от препятствия и т. д. Выдающуюся роль в развитии механики сыграл Архимед. Он подверг математической обработке начала статики. Это способствовало выделению статики в особую теоретическую дисциплину. Дальнейшие исследования Архимеда по теории рычага, наклонной плоскости послужили выработке им понятий "центр тяжести", "статический момент", "вес", "равновесие рычага" и т. д. Архимеду принадлежит открытие основных законов гидростатики.
Оживленное судоходство греков по Средиземному и Черному морям, их колонизация содействовали тому, что уже в VI в. до н. э. появилась потребность в обобщении знаний об окружающем мире. Из Греции первым (660 г. до н. э.) в западную часть Средиземноморья попал Колай с острова Самос. Он доплыл до финикийской колонии Гадес. По имеющимся отрывочным сведениям, около 550 г. до н. э. Анаксимандр Милетский (610 – ок. 546 гг. до н. э.) сконструировал первый глобус и создал первую географическую карту в виде медной доски с нанесенными на поверхность очертаниями материков, островов и рек. Во второй половине VI в. до н. э. Гекатей Милетский (ок. 546 – 480 гг. до н. э.), посетив множество стран и обобщив рассказы купцов и моряков, написал книгу "Землеописание", которая была снабжена новой картой, ставшей образцом для греческой картографии вплоть до IV в. до н. э. Землю Гекатей представлял себе в виде круга, омываемого величайшей из рек – Океаном. В V в. до н. э. "отец истории" Геродот (ок. 490/480 – ок. 430/429 гг. до н. э.) в описание истории греко-персидских войн включил интересные сведения о Северном Причерноморье, Египте, Месопотамии, Персии и других странах. В его труды вошли наблюдения из собственных многочисленных путешествий.
Достижения греческих путешественников и географов были продолжены римлянами. Римские географические открытия относятся главным образом к периоду империи и связаны с сухопутными и морскими военными походами, а также с коммерческой деятельностью купцов. Ученым, который обобщил сведения о всех географических открытиях до середины II в. н. э., был Клавдий Птолемей. Он использовал астрономические координаты (градусная сетка с обозначением градусов и минут) различных географических пунктов древнегреческого путешественника Марина из Тира. Труд Птолемея "Руководство по географии" в восьми книгах явился наиболее подробной подборкой знаний античных ученых по географии. В этом труде была дана методика составления географических карт на основе астрономических координат земных объектов. Всего Клавдий Птолемей привел координаты восьми тысяч географических пунктов, отмечая не только береговую линию, но и расположение гор, рек и различных стран. Труд Птолемея отличался большей полнотой по сравнению с "географией" Страбона. Вплоть до XV–XVI вв. – начала эпохи великих географических открытий – книги Птолемея являлись самым авторитетным и полным источником сведений о странах и континентах.
Начала биологии были заложены в Греции. Основатель "элейской школы" Ксенофан из Колофона (VI–V вв. до н. э.) по останкам окаменевших морских животных, найденным им вдали от моря во время путешествий по Греции, Сицилии и Южной Италии, сделал заключение, что Земля когда-то была покрыта водой.
Величайшим представителем античной медицины, а также учения о человеческом организме был Гиппократ (460 – ок. 370 гг. до н. э.) – уроженец острова Косс. Он учил, что все части организма связаны между собой. Гиппократ отрицал сверхъестественное происхождение болезней. Здоровье, как и болезни, он ставил в непосредственную зависимость от климата страны, где обитает человек, а также от санитарных и бытовых условий его жизни. Несмотря на ограниченность, а иногда и на прямую ошибочность многих физиологических представлений Гиппократа, его медицинские выводы и лечебные предписания часто удивляют своей глубиной. Известно изречение ученого о последовательности методов лечения: "Что лекарства не излечивают, железо излечивает; что железо не излечивает, огонь излечивает; что и огонь не излечивает, лишь смерть излечивает". Медицинская школа Гиппократа положила начало профессиональным объединениям медиков – цехам. Цех разрабатывал профессиональные морально-этические нормы поведения, которые принимались как присяга (клятва Гиппократа). В Риме врачебное дело получает развитие только в I в. до н. э. Здесь появляются специальные больницы: сначала для богатых землевладельцев, а затем для военных.
4.2. Технические достижения Древней Греции и Древнего Рима
Сельское хозяйство в античном мире было основной отраслью материального производства. Греческие земледельцы пахали с помощью пары волов или мулов. Лошадей не использовали. Пахотное орудие (аротрон, или рало) делалось из цельного куска дерева или состояло из нескольких частей деревьев разных пород. Рало имело полозья, параллельные поверхности почвы, и снабжалось железным наконечником – наральником лопатообразной формы с загнутыми боковинами. Рало имело рукоятки, отдельные от дышла. Наряду с ралом у греков в V в. до н. э. появился примитивный плуг. Пахарь с помощью упряжки волов, тянувших этот плуг, переворачивал землю, чтобы солнце прогрело ее глубинную часть и выжгло корни сорняков. Для обработки почвы пользовались и железными мотыгами. Известны широкие мотыги с заостренными концами, мотыги-однозубцы типа кирки и двузубые для прокапывания и рыхления почвы. Применяли также сапку, трезубые вилы и борону. Созревший урожай жали железными серпами, по форме напоминавшими современные. Молотьба осуществлялась с помощью скота. Вывеянное зерно хранили в зернохранилищах, стены которых обмазывали глиной и обжигали, чтобы обезопасить зерно от грызунов.
Зерно перетирали в муку зернотерками и мельницами. Примитивные мельницы состояли из двух жерновов прямоугольной формы. Поверхность нижнего жернова имела желобки. На верхнем жернове делали конусовидное углубление для засыпки зерна, переходившее в сквозное отверстие, через которое зерно попадало на поверхность нижнего жернова. Тяжелый верхний жернов приводился в движение с помощью рычага. Прямоугольные жернова двигались только взад и вперед. Были и мельницы с круглыми жерновами, которые вращались вокруг укрепленного в центре стержня. Наряду с вышеупомянутыми зернотерками и мельницами примерно с IV в. до н. э. в Греции стали применяться мукомольные поставы, где верхний жернов вращался животными – ослами, мулами, лошадьми и нередко рабами.
Примерно к III в. до н. э. начинают применяться простейшие водяные мукомольные мельницы. По-видимому, это были мельницы мутовчатого типа с горизонтально расположенным водяным колесом, снабженным изогнутыми лопатками. Такие мельницы распространились в Греции и Малой Азии раньше, чем в других областях.
Греки были хорошо знакомы с садовой агротехникой (например, они знали секреты пересадки молодых деревьев – размер ямы, расстояние между растениями и т. д., делали прививки). Садоводство и виноградарство требовали больших усилий, но, несмотря на это, под садовые культуры в III–I вв. до н. э. в хозяйствах отводилась большая часть земли, значительно превосходящая по своим размерам пахотное поле.
У римлян господствовала двухпольная система земледелия, но уже применялась и трехпольная с соответствующим севооборотом. Особенно много внимания уделялось удобрению полей. Римляне классифицировали удобрения по их значению, составляли нормы их вывоза на поля. Была разработана система хранения навоза в зацементированных ямах, где сохранялась влага. В качестве зеленых удобрений использовали бобовые, которые запахивали не скашивая; использовали золу, компост для подкормки растений. Римляне прекрасно понимали, что только систематический уход за землей позволит получать устойчивые урожаи. Они обычно практиковали двукратную вспашку, а для жирных почв – трехкратную. Ее глубина зависела от качества почвы (в Италии она доходила до 22 см). Для жатвы кроме обычных железных серпов применялись крупные серповидные орудия с отогнутыми концами.
Судя по сообщениям Плиния Старшего, в I в. н. э. в крупных поместьях Галлии появились механические приспособления для жатвы. Труд жнецов заменила примитивная жнейка. Она представляла собой расширяющийся кверху ящик на двухколесной оси. Передняя стенка ящика делалась ниже остальных. Вдоль ее края были укреплены железные зубцы, загнутые кверху. Вол, впряженный в короткие оглобли сзади жнейки, толкал ее вперед по ниве. Спелые колосья захватывались зубцами жнейки, отрывались и ссыпались в ящик. На току зерно обмолачивали цепами. Для молотьбы использовались трибулы – приспособления из нескольких обитых досок, на одной стороне которых укреплялись острореберные камни. Сверху на трибулы клали груз и волочили их по току, выбивая из колосьев зерно. Для получения муки применяли усовершенствованные ручные мельницы. Нижний неподвижный жернов был конусовидной формы, а надевавшийся на него верхний имел форму воронки (в нее сыпали зерно). Для приведения в движение таких мельниц обычно использовали ослов. Римлянам была известна и водяная мельница. Так, Витрувий описывает большое лопатчатое колесо, которое приводилось в движение водой с помощью двух поставленных под углом зубчатых колес. Это колесо вращало жернова. Как и греки, римляне придавали большое значение садоводству и виноградарству. Римские виноградари знали более 400 сортов винограда, прекрасно умели его культивировать и получать новые сорта. Известны были и различные способы размножения виноградной лозы (отводки, черенки, прививки).
Животноводство в Греции и Риме существовало с незапамятных времен. В Греции, например, весь домашний скот разделялся на три группы. Это нашло свое выражение в специализации пастухов: буколой пас быков и коров, пойменес – овец, а эполой – коз. В античном мире особо следили за чистотой на скотном дворе, предупреждая этим заболевания животных. Заболевших животных отделяли и помещали в специально отгороженные стойла.
Развитие античных государств сопровождалось совершенствованием горного дела и металлургии. Кроме железа и меди обрабатывались свинец, олово, серебро, золото и различные сплавы. Руды доставлялись из рудников, разработка которых наряду с добычей драгоценных металлов превратилась в одну из самых важных отраслей производства.
Добыча железной руды велась обычно открытым способом. Серебряную руду добывали глубоко под землей. Вентиляции в шахтах не было. Рабочее место освещалось глиняными светильниками. Вся работа велась вручную с помощью железного кайла и заступа, клина и молота. В римских владениях на серебряных рудниках Испании и Северной Африки наряду с традиционными орудиями откачки воды использовались архимедовы винты. Водоотливной винт вращали один или два раба, которые, держась руками за горизонтальный брус, переступали по лопастям винта. Такой механизм "перегонял" подземные потоки, осушая проходы для выборки породы. Помимо архимедова винта использовались и другие водоподъемные устройства. Так, в римских рудниках Рио Тинто в подземных камерах обнаружены остатки восьми пар водочерпальных колес, которые приводились в движение мускульной силой и поднимали воду на высоту 30 м. Диаметр таких водочерпальных колес составлял 4,5–5 м.
Металлурги Римской империи выплавляли железо в высоких горах способом сильного дутья и попутно получали чугун. Чугун выбрасывался как ненужный отход производства. Значительное развитие получила выделка стали. Ряд районов Греции и Малой Азии был известен в VI–V вв. до н. э. благодаря производству различных сортов стали. Во времена Александра Македонского синопскую сталь предпочитали употреблять для выделки плотницких инструментов, лаконийскую – для напильников и сверл, лидийскую – для мечей и т. д. В Риме производство стали было усовершенствовано. Лучшая римская сталь содержала больше углерода, чем греческая, однако ее производство еще не обособилось в отдельную отрасль металлургии.
Широкое распространение в Греции получила рельефная обработка металлических изделий – торевтика. Мастера-торевты изготавливали бронзовые зеркала, парадную посуду, украшения на оружие, различную художественную утварь. Для производства рельефных украшений прибегали к чеканке, тиснению, гравировке, резьбе, а также к художественному литью в формах. В качестве инструментов торевты применяли всевозможные чеканы, металлические и каменные матрицы, резцы, гравиры, рашпили и другие инструменты.