Thoughtts of Existence Pave the Way for Atoms

Starożytni greccy filozofowie odegrali znaczącą rolę w kształtowaniu początkowych myśli o atomach i wczesnych teoriach atomowych. Kilku starożytnych filozofów rozważało i rozwijało teorię materii, z jednym nawet wyobrażającym sobie istnienie fundamentalnego budulca, który tworzył nie tylko wszystkie żywe i nieżywe rzeczy, ale także nadprzyrodzone. Ich myśli miały charakter spekulatywny i filozoficzny, a nie naukowy. I chociaż próbowali oni poruszyć kwestię natury materii i jej składu, ich prawdziwym celem było zajęcie się czymś, co głęboko niepokoiło starożytnych Greków: naturą trwałości i zmiany. Niestety, te „teorie” materii były raczej krótkotrwałe. Chociaż w średniowieczu i renesansie nastąpiło pewne ożywienie, nie nabrały one prawdziwego rozmachu aż do XVII wieku.

Wczesne teorie atomowe

Wczesne teorie atomowe skupiały się na podstawowym elemencie odpowiedzialnym za tworzenie wszelkiej innej materii. Heraklit twierdził, że jest to ogień, Thales z Miletu (ok. 624 p.n.e.-ok. 546 p.n.e.) mówił, że jest to woda, Anaksymenes (ok. 585 p.n.e.-ok. 528 p.n.e.) uważał, że jest to powietrze, a Empedokles ostatecznie ujednolicił te teorie, ogłaszając, że istnieją cztery żywioły: powietrze, ziemia, ogień i woda. Później Arystoteles przyjął cztery elementy Empedoklesa i tak pozostało do około XVII wieku.

Empedokles

Urodzony w Akragasie, na dzisiejszej Sycylii, Empedokles (ok. 492 p.n.e.-ok. 432 p.n.e.) był interesującą postacią, którą opisywano jako filozofa, proroka, uzdrowiciela, demokratycznego polityka, mistyka, szarlatana, oszusta i naukowca. Jego głównym wkładem do nauk fizycznych była jego teoria czterech elementów.

Te podstawowe elementy, które nazwał „korzeniami”, łączyły się w różnych ilościach, tworząc całą inną materię: rośliny, zwierzęta, ludzi, skały – wszystko. I chociaż elementy mieszały się ze sobą, tworząc inne rzeczy, wciąż zachowywały swoje indywidualne cechy. W istocie Empedokles wyobrażał sobie cztery elementy jako niezmienne, wieczne i niezniszczalne. Empedokles wierzył w dwie wieczne siły metafizyczne: Miłość i Walkę. Miłość była odpowiedzialna za łączenie elementów w procesie tworzenia, podczas gdy przeciwstawna siła – Walka – była odpowiedzialna za rozdzielanie elementów, co ostatecznie prowadziło do procesu rozpadu. Kosmiczna walka pomiędzy Miłością i Walką reprezentowała naturalny cykl zmian we wszechświecie; Miłość budowała rzeczy, a Walka burzyła je z powrotem, i walczyły one ze sobą, każda próbując zdobyć dominację nad drugą.

W teorii Empedoklesa wyraźnie widzimy koncepcję zmieniającego się wszechświata, podobną do tej opisanej przez Heraklita, chociaż tam, gdzie Heraklit wierzył tylko w Walkę, Empedokles złagodził swoją teorię dodając Miłość jako jej kosmiczny odpowiednik. Być może mniej jasne jest to, że Empedokles przyjął również nieco doktryny Parmenidesa. Nie wierzył wprawdzie w niezmienny wszechświat, jak tego wymagał monistyczny dogmat Parmenidesa, ale przypisywał niezmienność jego podstawowym elementom. Z pewnością była to celowa próba pogodzenia przeciwstawnych doktryn Heraklita i Parmenidesa, i nie on jeden tak postąpił. Mimo to porzucił monistyczny pogląd Parmenidesa na rzecz pluralistycznego, rządzącego się swoimi czterema elementami (korzeniami), dwiema siłami i wynikającym z nich wymieszaniem. Współczesnym Empedoklesowi i wczesnym teoretykiem atomu był Anaksagoras.

Anaxagoras

Anaxagoras (ok. 500 p.n.e.-ok. 428 p.n.e.) urodził się w mieście Clazomenae w Jonii, położonym na terenie dzisiejszej Turcji. Był pierwszym, który przyniósł filozofię do Aten (najprawdopodobniej przekonany do przyjazdu przez Peryklesa (ok. 495 p.n.e.-ok. 429 p.n.e.), który został jego uczniem) i spędził tam trzydzieści lat, ale w końcu wyjechał. Wygląda na to, że jego nauki o Ziemi, Słońcu i Księżycu mogły wpędzić go w kłopoty (najwyraźniej Galileusz nie był pierwszym, którego spotkał ten los). Konkretnie, naruszył on prawo zezwalające na postawienie w stan oskarżenia każdego, kto nie praktykował religii i nauczał teorii na temat ciał niebieskich. Został oskarżony o bezbożność. Zamiast zostać i stawić czoła wyrokowi, którym była egzekucja, z pomocą Peryklesa opuścił Ateny i udał się do Lampsacus (w Azji Mniejszej), gdzie pozostał do końca życia.

Podobnie jak Empedokles, Anaksagoras starał się sprostać wyzwaniu, jakim było żądanie Parmenidesa, by świat był niezmienny, a jednocześnie odpowiadał za pozorne zmiany, których doświadczamy w codziennym życiu. Podczas gdy Empedokles wyróżnił powietrze, ziemię, ogień i wodę jako podstawowe składniki wszystkiego, co istnieje, Anaksagoras, nie widząc powodu do takiej dyskryminacji, oświadczył, że wszystko zawiera trochę wszystkiego innego.

Dla Anaksagorasa rzeczy takie jak kość, skóra i włosy były tak samo rzeczywiste jak podstawowe elementy Empedoklesa: powietrze, ziemia, ogień i woda, i jako takie nie ma powodu, by wybierać jedne na korzyść drugich. Postanowił więc nie wybierać, ale zamiast tego zawarł „porcję wszystkiego we wszystkim”. Choć nie wiadomo tego na pewno, być może doszedł on do swojej teorii materii dzięki swoim dość wnikliwym studiom nad żywieniem. Anaksagoras zauważył, że żywność zapewniała zwierzętom pożywienie, które z kolei powodowało pewne zjawiska, takie jak wzrost włosów i gojenie się skóry. Doszedł do wniosku, że żywność musi mieć składniki włosów i skóry już w nim być w stanie przekazać te effects.

Co więcej, Anaxagoras uważał, że materia jest nieskończenie podzielna. Tak więc, jeśli jeden wyciąć kawałek włosów ponownie i ponownie, to nadal będzie zawierać istotę włosów. Mówi: „Bo z małego nie ma najmniejszego, lecz zawsze mniejsze (bo to, co jest, nie może nie być). Ale również z dużych jest zawsze większy, i to jest równe w ilości do małych. But in relation to itself, each is both large and small.”

However, despite this, Anaxagoras considered these components of matter, often referred to as „seeds,” or „stuffs,” as eternal and indestructible, albeit more loosely so than envisioned by Empedocles. Nasuwa się jednak pytanie: skoro wszystko zawiera w sobie wszystko inne (w różnych proporcjach), to co sprawia, że coś jest tym, czym jest? Na to Anaksagoras odpowiada: „każda pojedyncza rzecz jest i była najbardziej oczywista z tych rzeczy, których zawiera najwięcej”. Innymi słowy, coś jest tym, czym jest, ponieważ zawiera najwięcej tych „rzeczy”. Dokładniej, coś jest tym, czym wydaje się być makroskopowo, ponieważ zawiera większość tych „rzeczy” mikroskopowo.

Widzimy więc w obu teoriach Empedoklesa i Anaksagorasa próbę stworzenia zrozumiałych teorii materii. Każdy z nich próbował połączyć idee, które odpowiadałyby zmieniającemu się światu, którego wszyscy doświadczamy, jednocześnie pozwalając, by pewne składniki pozostały fundamentalne i jako takie niezmienne. W efekcie, każdy z nich próbował zawrzeć jednocześnie, w swój unikalny sposób, dogmaty przekazane przez Heraklita i Parmenidesa.

Dzisiaj ich idee mogą brzmieć dla nas dziwnie i metafizycznie, jednak można znaleźć podobieństwo między nimi a obecną teorią atomu. Być może najlepszym tego przykładem jest teoria Demokryta, który jest bez wątpienia najważniejszym starożytnym greckim teoretykiem atomu.

Atom Demokryta

Demokryt (ok. 460 p.n.e.-ok. 370 p.n.e.) pochodził z Abdery w Tracji, leżącej na terenie dzisiejszej Grecji. Dużo podróżował, być może spędził czas w Egipcie i Persji. Spędził również czas w Atenach: „Poszedłem do Aten i nikt mnie nie znał.”

Wydaje się, że w Atenach Demokryt nigdy tak naprawdę nie pasował do elity intelektualnej, a jego filozofia była ignorowana przez jakiś czas. Niemniej jednak, jego bogactwo wiedzy i dokładność myślenia zapewniły mu zasłużone miejsce w historii filozofii. Według naszych dzisiejszych standardów, był on być może najbardziej udanym ze starożytnych greckich filozofów, jeśli chodzi o niezwykłą dokładność jego pomysłów. Na przykład, uważał Drogę Mleczną za zbiór maleńkich gwiazd, a Księżyc za bardzo podobny do Ziemi, ponieważ zawierał góry i doliny. Niezależnie od tego, znamy go przede wszystkim z jego teorii atomu.

Demokryt był uczniem Leucippusa (V wiek p.n.e.), który miał własną teorię atomu. W rzeczywistości trudno jest rozplątać atomistyczne teorie Demokryta i Leucippusa. Dzieje się tak głównie dlatego, że wiemy bardzo niewiele o Leucyppie i spekuluje się, że tak naprawdę nigdy nie istniał, choć wydaje się to mało prawdopodobne, skoro Arystoteles i Teofrast (ok. 371 p.n.e.-ok. 287 p.n.e.) wyraźnie wspomnieli o jego teorii atomu. Wydaje się bardziej prawdopodobne, że Leucippus ustanowił niektóre z podstaw, a Demokryt zbudował na nich, rozszerzając w ten sposób ogólną teorię.

Demokryt uważa, że wszystko we wszechświecie – włączając ludzki umysł i duszę, a nawet bogów – składa się z atomos, co po grecku znaczy niepodzielny i od czego pochodzi słowo atom. Demokryt rzeczywiście uważał te atomy za niepodzielne (skontrastuj to z Anaksagorasem, który uważał, że jego podstawowe elementy są nieskończenie podzielne). Wyobrażał sobie, że atomy występują w wielu różnych kształtach i rozmiarach, które odpowiadają za właściwości przedmiotów, z których się składają. Co więcej, uważał atomy za niezmienne, wieczne i niezniszczalne, podobnie jak Empedokles wyobrażał sobie swoje cztery podstawowe elementy.

Demokryt postrzegał przedmioty materialne jako istniejące w stanie tymczasowym, tworzone lub niszczone przez atomy, które łączą się lub rozpadają pod wpływem sił natury; wszystko, co pozostaje, to atomy tworzące te przedmioty materialne. Nie różni się to od poglądu Empedoklesa, który wyobrażał sobie cztery elementy dające początek przedmiotom materialnym pod wpływem sił Miłości i Walki. Demokryt ponadto nadał ruch swoim atomom.

Demokryt wyobrażał sobie atomy jako będące zawsze w ruchu, ulegające zderzeniu za zderzeniem z innymi, gdy się poruszały. Co więcej, ruch ten był podstawową własnością i, podobnie jak same atomy, był wieczny i niezniszczalny, choć zmienny w pewnych okolicznościach.

Aby atomy mogły być w ruchu, musi być dla nich przestrzeń, w której mogą się poruszać, dlatego Demokryt wymyślił pustkę. Według Demokryta, atomy poruszają się w pustce z ciągłym przypadkowym ruchem (porównał on ruch atomów do cząsteczek kurzu, które można zobaczyć tańczące w słońcu, gdy nie ma wiatru). Jest to bardzo podobne do tego, jak wyobrażamy je sobie dzisiaj, jak opisuje to współczesna teoria kinetyczna.

Przypomnijmy, że w filozofii Parmenidesa rzeczy materialne mają istnienie, ponieważ jesteśmy w stanie o nich myśleć. Uważa on również, że niemożliwe jest myślenie o niczym, a zatem nie może ono istnieć. Tak więc pustka Demokryta może wydawać się rażącym lekceważeniem tej zasady, gdyż dla wszystkich praktycznych celów wydaje się być niczym. Jednakże Demokryt postrzegał pustkę jako coś: miejsce niezależne od atomów, w którym atomy mogą przebywać i poruszać się. Prawdziwy problem polega na tym, że Parmenides mógł sobie wyobrazić jedynie materialne obiekty jako coś, podczas gdy Demokryt był w stanie wyobrazić sobie zarówno obiekt materialny (atom), jak i przestrzeń, w której żył, jako coś. Demokryt stawia sprawę jasno: „Nic nie istnieje poza atomami i pustą przestrzenią; wszystko inne jest opinią.”

Demokryt poszedł na ustępstwa zarówno wobec Parmenidesa jak i Heraklita, podobnie jak Empedokles i Anaksagoras, wyobrażając sobie wszechświat składający się z nieskończonej liczby niezmiennych, wiecznych i niezniszczalnych atomów, zawsze zaangażowanych w przypadkowe zderzenia ze sobą i zdolnych do połączenia się w celu utworzenia obiektów materialnych, jakie znamy.

Oprócz niezwykłego podobieństwa do współczesnej teorii atomistycznej, teoria atomistyczna Demokryta jest zbawienna sama w sobie przez sam fakt, że oferuje „mechaniczne wyjaśnienie” materii: materia jest zrobiona z atomów, które poruszają się w pustce i ulegają kolizjom (gdzie poprzednie kolizje są zdeterminowane przez poprzednie), które są rządzone przez pewne fizyczne prawa natury.

Nie powołuje się on na żadną boską interwencję w ten atomowy proces, ale po prostu utrzymuje, że atomy zawsze były i zawsze będą w ruchu, i że prawa fizyczne opisują ten ruch. Piękno takiej konstrukcji polega na tym, że nadaje się ona do naukowego opisu. Oznacza to, że można mieć nadzieję na opracowanie matematycznej teorii opisującej prawa fizyczne, a następnie przystąpić do przeprowadzania eksperymentów w celu sprawdzenia tej teorii.

Oczywiście, ani potrzebna matematyka, ani procedury eksperymentalne nie były dostępne Demokrytowi. Dodatkowo, teoria Demokryta doznała kolejnego ciosu – mianowicie, Arystotelesa, który zahamował rozwój pracy Demokryta. W kilku miejscach wspomina on wprost o teorii atomowej Demokryta, tylko po to, by ją zaatakować. Jak na ironię, to właśnie w ten sposób dowiadujemy się wiele, być może większość, z tego, co wiemy o teorii atomowej Demokryta.

Dlaczego Arystoteles?

Arystoteles (ok. 384 p.n.e.-ok. 322 p.n.e.) urodził się w Stagirze w Grecji. Jego ojciec był osobistym lekarzem króla Macedonii, którą to pozycję odziedziczył. Arystoteles studiował u Platona (ok. 427 p.n.e.-ok. 347 p.n.e.) w Atenach od osiemnastego roku życia i pozostał tam przez prawie dwadzieścia lat, aż do śmierci Platona. W 343 r. p.n.e. Arystoteles został wychowawcą Aleksandra Wielkiego, który miał wtedy trzynaście lat, i uczył go do szesnastego roku życia, kiedy to ojciec Aleksandra uczynił go regentem w Pelli.

Piśmiennictwo Arystotelesa dostarczyło pierwszego kompleksowego systemu filozofii zachodniej, obejmującego tematy z zakresu polityki, etyki, logiki, metafizyki i nauki. Nie było prawie dziedziny, o której by nie pisał. Wierząc, że cała ludzka wiedza nie może być ujęta w jednej kategorii, Arystoteles był pierwszym, który podzielił ją na kategorie. Tutaj interesuje nas arystotelesowska teoria materii i formy.

Tak jak inni, Arystoteles starał się sprostać wyzwaniu Parmenidesa dotyczącemu trwałości przy jednoczesnym zachowaniu miejsca na zmianę w świecie, czego domagał się Heraklit; jego teoria materii i formy jest próbą tego pojednania. Według Arystotelesa przedmioty, jakie znamy, składają się z dwóch części: „materii” i „formy”. Forma nadaje materii szczególny układ i to na mocy formy identyfikujemy przedmiot jako „rzecz”; znać rzecz to mieć wiedzę o jej formie.

Na przykład wyobraźmy sobie, że rzeźbiarz zaczyna od bryły gliny i zaczyna formować ją na kształt psa. Tutaj glina jest materią, a kształt psa nadany glinie przez rzeźbiarza jest formą. Teraz wyobraźmy sobie, że rzeźbiarz zaczyna od nowa, przekształcając kawałek gliny, który kiedyś miał kształt psa, w coś innego, może tym razem w kota. Najwyraźniej materią jest nadal glina, ale teraz forma zmieniła się z psa na kota. Jednak rzeźbiarz nie tworzy tej formy, ona zawsze tam była. Zamiast tego, wysiłki rzeźbiarza jedynie połączyły formę i materię. Według Arystotelesa, zmiana wynika ze zmiany formy materii.

Co więcej, Arystoteles opisuje taki proces jako rządzony przez cztery przyczyny: materialną, formalną, sprawczą i ostateczną. Są to aksjomaty rządzące sposobem, w jaki powstaje przedmiot materialny, i można o nich myśleć w kategoriach następujących pytań: Co jest materiałem, z którego wykonany jest przedmiot? Czym jest ten przedmiot? Jak obiekt został zbudowany? Jakie jest przeznaczenie obiektu? Najważniejszym z nich jest ostatnie, znane jako przyczyna ostateczna. W istocie, gdyby istniał centralny dogmat leżący u podstaw filozofii Arystotelesa, byłoby to pytanie postawione przez przyczynę ostateczną.

To właśnie przyczyna ostateczna zapewnia pewien cel dla materii, gdy przechodzi ona przez swoje różne formy. W przeważającej części, to właśnie przyczyna ostateczna zapewnia poczucie stałości w całym procesie. W ten sposób Arystotelesowska doktryna materii i formy próbuje zjednoczyć pozornie rozbieżne idee zmiany i trwałości. Z teorią formy i materii Arystotelesa wiążą się pojęcia „potencjalności” i „aktualności”. Ponownie, rozważmy rzeźbiarza i glinę. Kiedy glina była jedynie bryłą na stole warsztatowym rzeźbiarza, miała jedynie potencjalną możliwość przybrania formy psa lub kota, między innymi. Ale kiedy glina nabierała formy dzięki wysiłkom rzeźbiarza, zwiększała swoją aktualność. Tak więc, im więcej coś ma formy, tym większa jest jego aktualność. Arystoteles pracował te zasady do jego teologii, jak również, gdzie jego wersja Boga jest przedstawiony jako doskonałości składający się z czystej formy i actuality.

Arystotelesa prace zostały ponownie odkryte po upadku Cesarstwa Rzymskiego przez cywilizacji arabskiej rządzącej region rozciągający się od Persji do Hiszpanii. Wśród tej grupy Arabów byli muzułmańscy i żydowscy uczeni, którzy przetłumaczyli dzieła Arystotelesa (i praktycznie każde ważne dzieło w kulturze greckiej, a także perskiej i indyjskiej) na język arabski. Te przetłumaczone dzieła zostały następnie nabyte przez średniowiecznych chrześcijan, którzy do 1100 roku zaczęli zdobywać kontrolę nad tą arabską cywilizacją w regionach takich jak Toledo w Hiszpanii i Lizbona w Portugalii.

Muzułmańscy i żydowscy uczeni dołączyli dodatki do oryginalnych dzieł. Tak więc, nie tylko przetłumaczyć oryginalne prace z greckiego na arabski, ale także zakończone pomysły pozostawione niedokończone przez starożytnych Greków, zwiększając w ten sposób oryginalne prace. Dla chrześcijańskich uczonych nie mogło to być lepsze wyczucie czasu, ponieważ już w połowie XII wieku zaczęli się oni zastanawiać nad związkiem między Bogiem a, cóż, wszystkim innym. To właśnie Arystoteles dostarczył im wglądu, którego szukali – to znaczy, kiedy już wszystkie jego dzieła zostały przetłumaczone z arabskiego na łacinę.

Było prawdopodobnie kilka powodów, dla których chrześcijańscy uczeni faworyzowali Arystotelesa ponad innych starożytnych greckich filozofów. Po pierwsze, dostarczył on bardzo kompletny system filozofii, skomentowawszy prawie wszystko. Jego pisma były napisane w bardzo akademicki sposób, a jednocześnie były bardzo przystępne dla szerokiej publiczności, mając w sobie wystarczająco dużo zdrowego rozsądku. Zdrowy rozsądek Arystotelesa częściowo wynikał z faktu, że był on empirystą – podczas gdy Demokryt był bardziej teoretyczny w myśleniu, Arystoteles był bardziej obserwacyjny; obserwował naturę i wierzył, że możemy w ten sposób uzyskać użyteczne informacje ze świata. Tomasza z Akwinu (1225-1274).

Po udanej integracji z chrześcijaństwem (i z wczesnymi europejskimi uniwersytetami związanymi z Kościołem chrześcijańskim), Arystoteles stał się autorytetem w prawie wszystkim, w szczególności w nauce, aż do około XVII wieku. Tak więc z tych i kilku innych powodów dzieła Demokryta nie miały szansy na rozkwit. Niemniej jednak XVII wiek wkrótce to wszystko zmieni, gdy naukowcy będą starali się zrozumieć świat w bardziej systematyczny (mechanistyczny lub mechaniczny) sposób za pomocą nowych narzędzi dostępnych im w szybko zmieniających się dziedzinach fizyki i matematyki.

.