中世イスラム世界の物理学

自然科学はイスラムの黄金時代（およそ8世紀半ばから13世紀半ばまで）にさまざまな進歩を遂げ、古典の伝承に多くの革新が加わりました（アリストテレス、プトレマイオス、ユークリッド、新プラトン主義など）。^[1]この時期、イスラム神学は思想家に知識の探求を奨励していました。^[2]この時期の思想家には、アル＝ファーラビー、アブー・ビシュル・マッタ、イブン・スィーナー、アル＝ハッサン・イブン・アル＝ハイサム、イブン・バッジャなどがいます。^[3]これらの作品とそれに関する重要な注釈は、中世の科学の源泉でした。それらは、この時代の共通語であるアラビア語に翻訳されました。

イスラムの科学研究は、ギリシャからアリストテレス物理学を受け継いでおり、イスラムの黄金時代にそれをさらに発展させた。しかし、イスラム世界では経験的観察から得られる知識がより尊重され、宇宙は単一の法則によって支配されていると信じられていた。彼らの経験的観察の使用は、科学的方法の粗雑な形の形成につながった。^[4]イスラム世界の物理学の研究はイラクとエジプトで始まった。^{[5]この時期に研究された物理学の分野には}、光学、力学（静力学、動力学、運動学、運動を含む）、天文学など がある。

イスラムの学問は、ギリシア人からアリストテレス物理学を受け継ぎ、イスラムの黄金時代にそれをさらに発展させ、特に観察と先験的推論に重点を置き、科学的方法の初期形態を開発した。アリストテレス物理学では、物理学は論証的な数理科学よりも下位にあると見なされていたが、より広範な知識理論の観点からは、物理学は天文学よりも上位にあった。その原理の多くは物理学と形而上学に由来している。^[6]アリストテレスによれば、物理学の主要な主題は運動または変化であり、この変化には、根底にあるもの、欠乏、および形態という3つの要素が関与していた。アリストテレスは『形而上学』の中で、不動の動者が宇宙の運動の原因であると信じており、新プラトン主義者は後に宇宙は永遠であると一般化した。^[1] アル・キンディーは、世界の永遠性は無限を伴う別の種類の不合理に人を導くと主張して、宇宙が永遠であるという考えに反対した。アル＝キンディーは、無限を横断することは不可能であるため、宇宙は時間的な起源を持つに違いないと主張した。

アリストテレスの形而上学の最初の注釈の一つは、アル＝ファラビによるものである。「アリストテレスの形而上学の目的」の中で、アル＝ファラビは、形而上学は自然的存在に特有のものではないが、同時に、形而上学は自然的存在よりも普遍性が高いと主張している。^[1]

物理学の分野の一つである光学は、この時期に急速に発展しました。9世紀までには、生理光学、鏡の反射、幾何光学、物理光学に関する研究がなされました。^[7] 11世紀には、イブン・アル・ハイサムがギリシャの視覚に関する考えを否定しただけでなく、新しい理論を考案しました。^[8]

バグダッドの宮廷と関わりのある数学者で物理学者のイブン・サール（940年頃 - 1000年）は、984年に『燃焼鏡とレンズについて』という論文を書き、曲面鏡とレンズがどのように光を曲げて焦点を合わせるかについての自身の見解を示した。イブン・サールは、現在ではスネルの法則と呼ばれる屈折の法則を発見したとされている。^{[9] [10]彼はこの法則を利用して、幾何学的収差のない光を焦点に集めるレンズ、いわゆる}アナクラスティックレンズの形状を解明した。

イブン・アル＝ハイサム（西欧ではアルハセンまたはアルハゼンとして知られる）（965年- 1040年）は、しばしば「光学の父」^[11]とみなされ、科学的手法の先駆者でもあり、「ギリシャの光学理論に対する最初の包括的かつ体系的な代替案」を考案した。^[12]彼は「光学の書」の中で、光はさまざまな表面でさまざまな方向に反射され、それによって私たちが見る特定の物体に対してさまざまな光の特徴が生じると仮定した。^{[13]これは、}ユークリッドやプトレマイオスなど、光線が目から物体に放射され、また戻ってくると信じていたギリシャの科学者が以前に考えていたアプローチとは異なるものだった。アル＝ハイサムは、この新しい光学理論によって、知覚の生理学を説明することなく、視覚錐体理論の幾何学的側面を研究することができた。^[7]また、イブン・アル＝ハイサムは光学の書の中で、力学を用いて光学を理解しようとした。彼は発射物を使って、物体が垂直に標的に当たった場合、斜めに当たった場合よりもずっと大きな力がかかることを観察した。アル＝ハイサムはこの発見を光学に応用し、直射光が斜光ではなく垂直に近づくため、直射光が目にダメージを与える理由を説明しようとした。^[13]彼はカメラ・オブスキュラを開発し、異なるろうそくから発せられる光と色が、開口部で混ざることなく、直線で単一の開口部を通過できることを実証した。^[14]彼の理論は西洋に伝えられた。 [12] 彼の研究はロジャー・ベーコン、ジョン・ペッカム、ヴィテロに影響を与え、彼らは彼の研究を基に最終的にそれをケプラーに伝えた。^[12]

タキー・アル＝ディーンは、光は観察対象からではなく目から発せられるという広く信じられている考えを反証しようとした。彼は、もし光が目から一定の速度で発せられるとしたら、星はあまりにも遠くにあるため、私たちがまだ見ている間に星を照らすのに時間がかかりすぎるだろうと説明した。したがって、目を開けるとすぐに星が見えるように、光は星から来ているに違いない、と説明した。^[15]

イスラムの天文学モデルに対する理解は、ギリシャのプトレマイオス体系に基づいていた。しかし、初期の天文学者の多くは、このモデルに疑問を持ち始めていた。このモデルは予測が必ずしも正確ではなく、天体の動きを数学的に説明しようとしていたため、複雑すぎた。イブン・アル＝ハイサムは、プトレマイオスのパラダイムに対する多くの批判をまとめた『アル＝シュクク・アラ・バティアミウス』（『プトレマイオスへの疑問』）を出版した。この本は、他の天文学者がプトレマイオスよりも天体の動きをうまく説明できる新しいモデルを開発するよう促した。^[16]アル＝ハイサムの『光学の書』では、天球は固体でできているのではなく、天体は空気よりも密度が低いと主張している。^[17]天文学者の中には重力についても理論化した者もおり、アル＝ハジニは、物体が持つ重力は宇宙の中心からの距離によって変わると示唆している。この場合の宇宙の中心は地球の中心を指します。^[18]

ヨハネス・フィロポノスはアリストテレス的な運動の見方を否定し、物体は動力が加えられると運動する傾向を獲得すると主張した。11世紀にイブン・シーナーはこの考えを大まかに採用し、運動する物体は空気抵抗などの外部要因によって消散する力を持っていると信じていた。^{[19]イブン・シーナーは「力」と「傾向」（「}マイル」 と呼ばれる）を区別し、物体が自然な運動に反対するとき、物体はマイルを獲得すると主張した。したがって、運動の継続は物体に伝達される傾向に起因し、物体はマイルがなくなるまで運動し続けると結論付けた。また、真空中の発射体は作用されない限り停止しないと主張した。この運動の概念は、運動している物体は外部からの力が加わらない限り運動し続けるというニュートンの第一法則、慣性と一致している。^[20]アリストテレス派の見解に反対するこの考えは、イブン・シーナーの影響を受けたと思われるジョン・ビュリダンによって「インペトゥス」と表現されるまで、基本的に放棄されていました。 ^{[19] [21]}

アブー・ライハーン・アル＝ビールーニーの著書『影』では、不均一な運動は加速の結果であると認識している。^[22]イブン・スィーナーのマイル理論は、運動する物体の速度と重さを関係づけようとしたが、この考えは運動量の概念に非常に似ていた。 ^[23]アリストテレスの運動理論では、一定の力は均一な運動を生み出すと述べられていたが、アブル・バラカット・アル＝バグダーディーはこれに反論し、独自の運動理論を展開した。彼の理論では、速度と加速度は2つの異なるものであり、力は速度ではなく加速度に比例することを示した。^[24]

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