CC BY
20
07.00.10.ТАЪРИХИ ИЛМ ВА ТЕХНИКА 07.00.10.ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ 07.00.10. HISTORY OF SCIENCE AND TECNOLOGY
УДК 534 ББК 22.32
Комили Абдулхай Шарифзода, д.ф.-м.н., профессор, директор НИИ истории естествознания и техники при БГУ имени Носира Хусрава (Таджикистан, Бохтар); Шамсиддинов Мумин Иномджонович,
к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики и твердого тела ГОУ «ХГУ им. акад. Б.Гафурова» (Таджикистан, Худжанд)
Комили Абдущай Шарифзода, д.и.ф.-м., профессор, директори Пажууишгоуи таърихи илмуои табии ва технологияи назди ДДБ ба номи Носири Хусрав (Тоцикистон, Бохтар), Шамсидинов Мумин Иномцонович, н.и.ф.-м.,дотсенти кафедраи физикаи умуми ва цисм^ои сахтии МДТ "ДДХ ба номи акад. Б.Гафуров" (Тоцикистон, Хуцанд)
Komili Abdulkhai Sharifzoda, Dr. of Physics and Mathematics, Professor, director of the Research Institute of the History of Natural Sciences and Technology under BSU named after Nosir Khusrav; (Tajikistan, Bokhtar), E-mail: akomili2006@mail.ru Shamsidinov Mumin Inomjonovich, candidate of physical and mathematical sciencs, Associate Professor of the department of general physics and solid state, dean of the Physics and Technology Faculty under the SEI «KhSU named after B. Gafurov» (Tajikistan, Khujand), E-mail: shamsidinov58@mail.ru
Ключевые слова: акустика, звук, оптика, физика, медицина, философия, инструмент, Ибн Сина
Статья посвящена проблемам акустики, которые рассматриваются в трудах средневековых ученых Хорасана и Средней Азии, анализу развития физических знаний средневекового Востока. Отмечается, что в средние века наука о звуке - акустика особое развитие получила в связи с разработкой вопросов теории музыки, о чем свидетельствует трактат аль-Фараби "Китаб ал-мусика ал-кабир " ("Большая книга о музыке"). Подчеркивается, что средневековые мусульманские ученые, такие как Абу Бакр ар-Рази и Ибн Сина, физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением и воздействием, рассматривали также в медицинском, философском и физическом аспектах. Авторы статьи предпринимают попытку на основе первоисточников показать, что физика как наука на данном этапе своего развития не была дифференцирована в том виде, в котором представляют ее в современной науке.
Вожа^ои калиди: савтшиноси, садо, нуршиноси, физика, тиб, фалсафа, асбоб, Ибни Сино
Мацола ба тауцици масъалауои савтшиноси, ки дар осори олимони асримиёнагии Хуросон ва Осиёи Маркази барраси шудаанд, ва таулили рушди дониши физикии Шарци асруои миёна бахшида шудааст. Хотирнишон мешавад, ки дар асруои миёна илми савтшиноси- акустика дар иртибот ба ташаккулу пешрафти вижае пайдо кардааст, ки дар ин бора рушди назарияи мусици, рисолаи Фороби "Китоб-ал-мусица ал-кабир" шауодат медщад. Цайд мешавад, ки донишманди ууруни вустои Абубакри Рози ва Ибни Сино уамчунин моуияти физикии садо ва мушкилоти марбут ба пайдоиш, густариши, фалсафи ва физики барраси намудаанд. Муаллифони мацола кушиш менамояд, ки дар асоси сарчашмауои аввалия нишон дщанд, ки физика уамчун илм дар маруилаи рушди худ дар шакле, ки дар илми муосир пешниуод мешавад, мутавофиц набудааст.
ПРОБЛЕМЫ АКУСТИКИ В ТРУДАХ СРЕДНЕВЕКОВЫХ УЧЕНЫХ ХОРАСАНА И МАВЕРАННАХРА
МУАММО^ОИ САВТШИНОСИ ДАР ОСОРИ ДОНИШМАНДОНИ АСРИМИЁНАГИИ ХУРОСОНУ МОВАРОУННА^Р
PROBLEMS OF ACOUSTICS IN THE WORKS OF MEDIEVAL SCIENTISTS KHOROSAN AND MAVERANNAHR
Key-words: acoustics, sound, optics, physics, medicine, philosophy, instrument, Ibn Sina
The article dwells on the problems beset with acoustics being considered in the works of medieval scholars of Khorasan and Central Asia, an analysis of the development of physical knowledge of the medieval East. It is underscored that in the Middle Ages, science of sound - acoustics received special development in connection with the development of issues dealing with theory of music, as evidenced by al-Farabi's treatise "Kitab al-musika al-kabir" ("The Big Book about Music"). It is emphasized that medieval Muslim scholars, such as Abu Bakr al-Razi and Ibn Sina, also considered the physical nature of sound and the problems associated with its origin, distribution and impact in medical, philosophical and physical aspects. The authors of the article makes an endeavor based on primary sources to show physics as a science at this stage of its development has not been differentiated in the form presenting in modern science.
Акустика наряду с оптикой является одним из древнейших разделов физики, который был широко известен еще в античности.
В средневековом Хорасане и Мавераннахре к проблемам акустики обращались многие крупнейшие ученые: Абу Бакр ар-Рази (865-925 гг.), Абу Наср ал-Фараби (873-950 гг.), Ибн ал-Хайсам (965-1039 гг.), Абу-р-Райхан ал-Бируни (973-1048 гг.), Ибн Сина (980-1037 гг.), Омар Хайям (1048-1123 гг.), Насир-ад-Дин ат-Туси (1201-1274 гг.) и др. Особое развитие она получила в средние века в связи с разработкой вопросов теории музыки.
В средневековом Хорасане и Мавераннахре изготовлялись различные музыкальные инструменты, такие как канон, тамбур, дутар, рубаб и др. Наряду с этим развивалось учение о звуке. Вопросы акустики и теории музыки во всех классификациях относятся к "ветвям" математики. Был широко известен трактат "Китаб ал-мусика ал-кабир" ("Большая книга о музыке") ал-Фараби. Сам ал-Фараби был знаменитым музыкантом и мастером по изготовлению музыкальных инструментов. Средневековые мусульманские ученые рассматривали проблему акустики также в медицинском, философском и физическом аспекте. Если вопросы акустики ал-Фараби рассматривал только в связи с теорией музыки, то Абу Бакр ар-Рази и Ибн Сина рассматривали её, кроме как в физическом аспекте, также и в связи с медицинскими и философскими вопросами.
Например, Ибн Сина в своих сочинениях - "Каноны врачебной науки" ("Ал-канун фи-т-тибб" - ^ l-^jj ), "Книга спасения" ("Китаб ан-наджат" - 1-М» ) - пишет о механизме усвоения звука при помощи слухового аппарата. "Колебания доходят до заключенного в слуховом канале застоялого воздуха и приводят его в такое же колебательное движение, волны этого движения приходят в соприкосновение с нервом, и тогда мы слышим звук" (3,221). Для него устроена изогнутая раковина, которая задерживает все звуки и вызывает резонанс"(2,295). Следовательно, согласно Ибн Сина, звук передаётся в результате колебания воздуха, воздух, колеблясь, порождает звук, который, доходя до слухового органа, вызывает резонанс, вследствие чего мы не только слышим, но и различаем разные звуки. Следует отметить, что такая формулировка о возникновении и приёме звука соответствует современным представлениям.
Это было рассуждение Ибн Сины о проблеме акустики в тесной связи с медицинским вопросом.
Рассмотрим теперь его взгляды чисто с физической и натурфилософской точки зрения.
Ниже мы рассмотрим три главы из физической части "Курозаи табииёт", специально посвященные акустике. Характерно, что именно в этом трактате Ибн Сина трактует некоторые проблемы акустики с точки зрения "науки о природе" того времени.
Обратимся непосредственно к тексту трактата. (По своей структуре трактат построен в форме вопросов и ответов).
Вопрос: Почему при ударе по некоторым металлическим сосудам, они издают звон, а после того, как их коснешься рукой, звон прекращается, а у олова и свинца не так?
Ответ. Рассуждений о звуке, его видах и причинах много. Затруднительно изложить их подробно, это обширно и выходит за пределы книги. Поэтому ответим только прямо на поставленный вопрос. Говорят, что звук есть удар воздуха, который я ощущаю. Причина звука - удар предмета о предмет. Звук исходит только с движущегося предмета. Если предмет находится в покое, то и звука не будет.
Когда воздух выходит из ущелья, он ударяет другой воздух, и таким образом возникает движение (изначально покоящегося) воздуха. Это движение воздуха все время ускоряется, и (в итоге) возникает его колебание. Как только начинается движение, оно порождает звук. Если прекращается движение, звук исчезает.
Аналогией колебания воздуха и его состояния служит, например, бросание камня в воду. Если кинуть камень в воду, в воде появляются круги, которые расходятся до тех пор, пока не прекратится колебание воды.
Пусть, например, у нас имеется металлический сосуд или таз. Если ударить сосуд, то он придет в движение, которое будет последовательным. Последовательное движение состоит в том, что когда, например, двигаешь копье, оно перемещается целиком, и если его части равны в среднем по толщине, то звук, порождаемый копьем, будет длиться дольше. Как только оно придет в движение, движение воздуха вокруг него будет сопутствовать ему на всем его пути до конца. Если на его пути подставить руку, она не пропустит движение дальше, и оно прекратится от движения руки. Пример этого - преграда по течению реки.
Если взять толстый слиток из цинка или железа, то при ударе от него звона не будет. Так как слиток при одном ударе совершает одно движение, он издает всего один звук. Олово - мягкий металл, и частицы его неплотно прилегают друг к другу. Поэтому оно при ударе не звенит. Точно так же не будет звона от свинца из-за его большой мягкости.
Пример, если закрутить мокрую струну, то она не издает звона. А когда она высохнет, звон появится. И мокрый барабан ведет себя так же. Когда он очень сильно высушен, от него звук не будет долгим. Он должен быть нормально высушен, и струна также. Следовательно, причина появления звука от некоторых металлических и других сосудов ясна.
Здесь Ибн Сина касается одного из существенных вопросов акустики, объясняя одновременно и причину громкости звука, и причину его появления в результате удара предмета о предмет и последующего за ударом колебания воздуха, порождаемого им.
Далее акустическое явление он фактически сводит к механическому движению, как это и делалось практически всеми последующими поколениями ученых вплоть до авторов современных теорий.
Интересен его пример с бросанием камня в воду, из которого следует, что Ибн Сина отлично представлял себе связь между звуковыми колебаниями и механическим движением -распространением волн от брошенного в воду предмета. А теория механического движения, его источника и механизма была в центре его внимания, что отражено в некоторых его сочинениях, например, в "Китаб аш-Шифо" ("Книга исцеления") и "Дониш-наме" ("Книга знаний"). Выше мы подробно изложили его концепцию причины и источника механического движения, как естественного, так и насильственного.
Очень важно его замечание об усилении и ослаблении звука, которые он связывает с ускорением и замедлением механического движения, порождающего звук и способствующего его распространению. Интересно и его замечание о преграде, поставленной на пути звука, а также о громкости звука, издаваемого разными металлами и органическими веществами. Объяснение, которое приводит Ибн Сина, связано с плотностью вещества. Современная механика объясняет это явление с помощью явления упругой и остаточной деформации металлов и других веществ. Однако и упругость, и деформация предмета, как мы теперь знаем, связаны с его плотностью. Поэтому Ибн Сила в своем объяснении этого явления находился, можно сказать, на пути к пониманию его сути.
В пятой главе Ибн Сина рассуждает об одном интересном, хотя и внешне простом, физическом явлении.
Вопрос: почему стоящий наверху лучше слышит голос стоящего внизу, чем стоящий внизу -голос стоящего наверху?
Ответ. Из-за того, что удар, который порождает звук голоса стоящего наверху двинет воздух вниз, в направлении к центру Земли. Его движение будет насильственным, воздух сопротивляется этому удару. А так как удар звука, исходящего от стоящего внизу направлен вверх, воздух в своем движении больше подчиняется (почти не сопротивляется) удару. Это движение воздуха не является насильственным, так как его естественное место наверху. Следовательно, по этой причине движение воздуха и его движение снизу вверх должно быть меньшим интенсивно, а сверху вниз больше интенсивно. Из-за этого стоящий наверху лучше слышит голос стоящего внизу, чем наоборот.
В объяснении этого явления Ибн Сина пользуется аналогией с прямолинейным механическим движением. Он отправляется от аристотелевской физики, восходящей к учению Платона о четырех элементах и его же представлению о "естественном" и "насильственном" движениях.
Всякое тело стремится к своему "естественному месту". Для тяжелых тел - это Земля, потому они стремятся вниз. Легкие тела, например, воздух, стремятся вверх.
Вот что говорит Ибн Сина относительно "естественного" и "насильственного" движений. Движение по принуждению, т. е. "насильственное движение" состоит в том, что тело движется с одного собственного места на другое собственное место. Причина движения находится вне сущности тела..." Движение "естественное",-продолжает он, - происходит само по себе" (1,170).
Когда звук распространяется снизу вверх, его "удар" служит причиной движения в направлении "естественного места" воздуха. Это "естественное движение" для звука, и поэтому оно не гасится.
"Насильственное движение", направленное в сторону, противоположную "естественному", как бы противодействует "естественному стремлению" воздуха вверх, и поэтому этот удар воздуха "гасится". Такова суть объяснения Ибн Сины.
Ибн Сина правильно замечает, что в результате удара звука, исходящего от голосовых связок, воздух колеблется, и его колебания распространяются к земле труднее, чем от Земли к верху. Исходя из теории о четырех первоэлементах природы-стихиях (воздух, земля, огонь, вода), Ибн Сина указывает, что причина этого явления "естественное место" одного из них -воздуха. Согласно этой теории, выше всего во вселенной располагаются "легкие" элементы (воздух и огонь), а ниже всего - "тяжелые" (вода и земля).В самом деле, слышимость звука зависит от плотности воздуха. Поскольку плотность теплого воздуха меньше, чем холодного, то звуковые волны, преломляясь, отклоняются вверх.
С точки зрения современной акустики это объясняется следующим образом. Звуковые колебания в воздухе легче распространяются в том направлении, где нет больших препятствий (размеры которых гораздо больше длины волны звуковых колебаний). Это происходит из-за того, что отраженная волна, отражаясь от препятствия (например, от Земли), интерферирует с падающей волной, вследствие чего она может гасить звуковые колебания. Пояснить это можно на простом примере.
Пусть на плоскую поверхность препятствия падает плоская монохроматическая волна1: pn = p1 sin wt
где pi - амплитуда, ю- частота колебания падающей волны. Отраженная волна имеет вид: p0 = p sin( wt + р)
где p2 — амплитуда этой волны, р— фаза отраженной волны, зависящая от граничных условий (например, для твердой поверхности р=ж). Интерферируя, эти колебания образуют стоячую волну:
p = pn + p0 = с(р) • sin(wt + а)
где
с(р) = д/pp + 2pp2 cos р + p22
а— фаза этой волны. Для твердой отражающей поверхности (р=я) получаем с(Р) = Pi Р2 p = (p — p) • sin( wt + а)
Амплитуда колебания этой волны меньше, чем амплитуда падающей волны, на величину p2 . В результате интерференции происходит ослабление колебаний падающей волны. Следующий вопрос рассмотрим из десятой главы. Вопрос: почему в пустыне крик не слышен, а в горах слышен?
Ответ: Потому, что звук подобен движению волны. Это явление, возникающее от удара о воздух, в результате которого воздух становится подвижным. Когда в пустыне издается звук, он ударяет окружающий источник звука воздух. Воздух приходит в движение и затем проходит долгий путь. Движение передается на далекое расстояние, но при этом постепенно замедляется. Воздух вновь становится неподвижным, а звук, зависящий от движения воздуха, там же
в приведенных ниже расчетах не указывается зависимость от волнового вектора,
следует писать рп = рх + кх), где к - волновой вектор, х - направление, вдоль
которого распространяется волна. Но поскольку мы фиксируем точку наблюдения и принимаем ее за начало координат, т. е. х=0, и в этом случае в данной точке все приведенные формулы справедливы.
постепенно затухает и исчезает. По этой причине /в пустыне/ звук не слышен далеко.Когда же звук возникает в горах и ущельях, он ударяет воздух, находящийся между горами. Воздух /под действием звука/ становится подвижным, /и начинает двигаться/. А так как он не находит пути, поскольку /ему/ мешают горы, то воздух в своем движении /в виде волны/ возвращается обратно /к горам/, туда, откуда он исходит. Звук, подчиняясь этому движению, тоже возвращается назад, и людям кажется, что кричит другой человек.
Пример этого, на воде: если в водоем бросить камень, то появляются волны. Движение воды дойдет до края водоема и, не найдя пути дальше, возвращается в виде волн назад в ту сторону, откуда /оно/ пришло. Точно так же отражается солнечный луч на гладком теле, ясно, что крик в /горах/ есть отражение звука, который не находит пути для своего /дальнейшего/ движения.
Здесь Ибн Сина объясняет причину появления эха в горах. И в общем это объяснение соответствует современному представлению, так как оно сводит его к движению (колебанию) воздуха и образованию волн. Эту точку зрения более отчетливо Ибн Сина излагает в "Дониш-наме": "Звук, - говорит он, - появляется вследствие колебания воздуха и движения тогда, когда два тела сталкиваются друг с другом, а воздух отталкивается от них и вызывает колебания. Эти волны распространяются очень быстро. Либо сильное колебание возникает при прохождении воздуха с напором через какое-нибудь тело, и это колебание быстро распространяется... " (4,33).Именно отражение звуковых волн в воздухе от гор и является причиной эха. Звук как бы не находит пути прохождения через такое препятствие, как горы, и возвращается назад, отражаясь от них. Очень важно, что и здесь Ибн Сина прибегает к механической аналогии в виде примера с бросанием камня в воду. Этот классический пример позже, в XII в., следуя Ибн Сине, приводил крупнейший философ восточного средневековья, его активный сторонник и сторонник учения Аристотеля Ибн Рушд (Аверроэс, 1126-1198 гг.). На этом примере Аверроэс объяснял механизм передачи движения.Так, Ибн Рушд, обращаясь к сущности процесса передачи движения, сравнивает его с распространением волн кругами по воде от места, в которое брошен камень, исходя при этом из аналогии между двумя средами - воздухом и водой (5,159). Следует отметить, что Ибн Сина также четко различал скорость распространения звука и света. Он это различие объясняет на конкретном примере в своем трактате "Рассуждения о причинах грома" ("Рисала фи асбаб ар-ра'д" - Мм ^ j—к ) (3,297).
Таким образом, из приведенных выше соображений выясняется, что в средневековом Хорасане и Мавераннахре и были подняты многие проблемы одного из разделов физики -акустики, которые до сих пор не утратили своей научной актуальности.
ЛИТЕРАТУРА:
1.Ибн, Сина. Книга знания (Дониш-намэ). Пер. и вступит. статья А. М. Богоутдинова. -Сталинабад: Таджикгосиздат, 1957.- 285 с.
2.Ибн, Сина. О душе, об образовании гор и минералов, отрывки из «Книги спасения» и «Книги исцеления» (Перевод А.В. Сагадеева) // Избранные произведения мыслителей стран Ближнего и Среднего Востока. Под ред. и с вступ. статьей С. Н. Григоряна. - М., 1961.-С.276-286.
3.Ибни, Сино. Дар зикри сабаб^ои раъд. - Абуалй ибни Сино. Осори мунтахаб. Ч,. 2. - Душанбе: Ирфон, 1983.- С.212-218.
4.Комилов, А.Ш. Об одном малоизученном трактате Ибн Сины /А.Ш.Комилов// Изв. АН ТаджССР. Серия: Филошфия. Экономика. Правоведение. -1991.- № 1. - C. 64-68.
5.Рожанская,М.М.Механика на средневековом Востоке/М.М.Рожанская.-М.:Наука,1976. - 324 с.
REFERENCES:
1. Ibn, Sina. Encyclopedia (Donish-name). Translated and entered article by A.M.Bogoutdinov. -Stalinabad: Tajikgosizdat, 1957. - 285 p.
2. Ibn, Sina. About the Soul, about the Formation of Mountains and Minerals, Excerpts from the "Book of Salvation" and "Book of Healing" (Translation by A. Sagadeev) // Selected works of thinkers from the countries of the Near and Middle East: under the editorship of S.N. Grigoryan. -M., 1961. - P. 276 - 286.
3. Ibn, Sina. The Reasons for the Thunderstorm. - Abu Ali ibn Sina. Selected Works. - V.2. -Dushanbe: Cognition, 1983. - P. 212 - 218.
4. Komilov, V.Sh. On a Little-Known Treatise by Ibn Sina /V.Sh.Komilov// Academy of Sciences of the Tajik SSR. Series: Philosophy. Economy. Law Management. 1991. No. 1. - P. 64-68.
5. Rozhanskaya, M.M. Mechanics in the Medieval East / M.M.Rozhanskaya. - M.: Science, 1976. -324 p.
