Методология научного исследования аль - Бируни

Абу – Райхан Мухаммед ибн Ахмед аль - Бируни (973 — 1048 г. ) — великий восточный средневековый учёный, автор многочисленных капитальных трудов по истории, географии, филологии, астрономии, математике, физике, механике, геодезии, минералогии, фармакологии, геологии и др. Бируни владел почти всеми науками своего времени, он был для восточного Ренессанса ученый уровня Леонардо да Винчи в европейском Ренессансе. Оставил после себя огромное количество книг и монографий.

Будучи крупнейшим ученым своего времени, Бируни разработал свой метод научного исследования, который подробно описывается во многих книгах. Бируни был чужд всякий мистицизм, которому были подвержены многие ученые Европы того времени. На Востоке же было большая часть ученых скептически относилась к суевериям и оккультным верованиям. Но никто так страстно, с жесткой иронией и беспощадно не высмеивал эти псевдонаучные теории, как Бируни. Его концепция и отношение к научному методу как к самому доказательному, и сегодня актуальна. Мы систематизировали основные методы исследования Бируни, представляющие цельную и поучительную даже для современного исследователя методологию.

Изучение огромного количество трудов ученых, относящихся к теме исследования.

В его работах приводятся имена ученых из разных стран, пишущих на разных языках, работавших в разные эпохи. Каждая работа критически осмысленна и комментирована. Среди ученых есть древнегреческие и александрийские ученые, причем такие, работы которых в Европе были утеряны и стали известны только в переводе с арабского на латинский язык. . Если посмотреть на карту упомянутых стран, народов и, где жили цитируемые ученые, то получается огромная территория, от Скандинавии, до территории современных стран таких как Россия, Испания и заканчивая Китаем, Индией. Такая скрупулезность в сборе материала свидетельствует об энциклопедичности знаний и научной добросовестности. В этом отношении научные работы Бируни вполне соответствуют современным требованиям. Наиболее показательны его комментарии греческих и александрийских ученых. Например, комментарий «Сведения о форме всего существующего в мире в общих чертах и вкратце, как введение» [1], в котором «Альмагест» Птолемея анализируется по постулатам. Соглашаясь в целом с Птолемеем Бируни находит слабые стороны его доказательств и приводит свои. Из книги «Собрание сведений для познания драгоценностей (Минералогия)» [2]:

Пример 1. «Душа моя давно уже настойчиво влекла меня к тому, чтобы собрать все то, что сделано в какой - либо отдельной отрасти из разных отраслей науки, и все то, что сказано о ней, как удовлетворяющего, так и ошибочного, ибо знание ошибки ошибающегося помогает постижению правоты правого. Целью же, к которой побуждала моя душа, было – выделить многократно повторяемое в каждой из них (отраслей) и отнести принадлежность нового, впервые сказанного, к тому, кто открыл это, и тем избавить изучающего ее от труда собирания и пересмотра данных и облегчить ему работу, насколько это для меня возможно».

Приоритет опытного исследования.

Бируни ставил эксперимент превыше всех видов исследования. Каждый поставленный опыт тщательно описан, приведены экспериментальные результаты, сделаны по необходимости теоретические расчеты, сформулирован вывод. В такой последовательности экспериментальный метод Бируни схож с методикой Галилея, которая сформулирована была через 500 лет. Часть опытных работ не стали популярными и известными, игнорировались, так как многие ученые боялись противоречия с шариатом. Бируни требовал многократного повторения опыта и сам их проводил так. Одной из его позиций было разграничение научных истин и религиозных догматов. Приведем примеры опытного исследования. Пример 2 для нас может казаться несерьезным, но для своих суеверных современников, он имел большое значение как опровержение оккультных верований.

Пример 2. «Абу Наср ал - Утби в одном из своих сочинений говорит: каждая вещь имеет свое особое свойство и силу в соответствии с особым божественным предопределением: так, от изумруда вытекают глаза у джиннов и ядовитых змей, … янтарь своей силой подбирает упавшую соломину, … Но, несмотря на единогласие рассказчиков, истинность этого не подтверждается опытом. Я провел так много испытаний, что больше этого невозможно: я опоясывал змею изумрудным ожерельем, сыпал изумруды на дно корзины со змеей. Размахивал перед нею нанизанными на нитку изумрудами и все это проделывал в течение девяти месяцев и в жаркое и в холодное время; но в итоге ничего не оставалось на ней, кроме изумрудного налета. На глаза же ее это не произвело никакого влияния, если не усилило остроту ее зрения».

В качестве примера 3 может стать книга «Об отношениях между плавкими металлами и об их весах, установленных исследованием и рассуждением» [3].

Эта книга наиболее известна среди физиков, отрывки из нее приводятся во многих учебниках по истории науки. В ней впервые подробно описывается способ определения плотности твердых тел, жидкостей. Его работы сохранили, опубликовали и продолжили не менее известные исследователи средневекового Востока как великий поэт, математик и астроном Омар Хайям и выдающийся оптик Альгазен (Аль - хайсам, Аль - Хазини), ученые из Индии. Во всех их работах есть ссылки на Бируни, что свидетельствует о признания его приоритета в изучении вопроса об «удельных весах», плотностях минералов и металлов. Идеи и методы Бируни, видимо, все - таки проникли в Европу, хотя достаточных данных об этом нет. В эпоху Возрождения (Роджер Бэкон) и более поздние времена (Галилео Галилей) было предложено много экспериментальных способов определения плотностей, как твердых тел, так и жидкостей. Опубликованы таблицы плотностей, которые довольно точно совпадали с таблицами Бируни. Они являются сопоставительными таблицами, в которых Бируни за эталон (или, как он называет - ось) в виде ста единиц, берет не воду, а самый тяжелый драгоценный камень – яхонт (сапфир), а для металлов – золото, которые можно хорошо очистить. Интересно, что Роберт Бойль, определяя плотности камней в 1673 году за эталон берет горный хрусталь, руководствуясь также чистотой минерала, а не воду, как сейчас принято.

Бируни создал прибор для определения плотностей жидкостей, что - то наподобие ареометра. Бируни также предвосхитил способ взвешивания гидростатическим методом на основе закона Архимеда, при помощи которого сейчас определяют плотности твердых тел. Одним из основных требований ученого было постоянство жидкости (воды), в которую опускали исследуемые вещества, ее температуры в момент измерения.

Ниже приводится таблица, в которой даны плотности, определенные Бируни, переведенные на водяной эталон и современные значения плотностей драгоценных минералов и металлов в г/см³. Мы даем и арабские названия камней, часть которых совпадает с башкирскими названиями, но, в основном, у башкир – их тюркские наименования.

Как видно из таблицы погрешность измерений составляет от 0, 1% до 1%, что можно объяснить недостаточной чистотой или составом минералов и металлов, хотя Бируни очень тщательно очищал и металлы и минералы. В последних, он обращал внимание на однородность и отсутствие пузырьков воздуха, трещинок, каких - либо примесей внутри образцов, что изменяло, по его мнению, плотность.

Весь материал - смотрите документ.

И.Д.Хаматов,

Методология научного исследования аль- Бируни

Абу – Райхан Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни (973 — 1048 г.)  — великий восточный средневековый учёный, автор многочисленных капитальных трудов по истории, географии, филологии, астрономии, математике, физике, механике, геодезии, минералогии, фармакологии, геологии и др. Бируни владел почти всеми науками своего времени, он был для восточного Ренессанса ученый уровня Леонардо да Винчи в европейском Ренессансе. Оставил после себя огромное количество книг и монографий.

Будучи крупнейшим ученым своего времени, Бируни разработал свой метод научного исследования, который подробно описывается во многих книгах. Бируни был чужд всякий мистицизм, которому были подвержены многие ученые Европы того времени. На Востоке же было большая часть ученых скептически относилась к суевериям и оккультным верованиям. Но никто так страстно, с жесткой иронией и беспощадно не высмеивал эти псевдонаучные теории, как Бируни. Его концепция и отношение к научному методу как к самому доказательному, и сегодня актуальна. Мы систематизировали основные методы исследования Бируни, представляющие цельную и поучительную даже для современного исследователя методологию.

1. Изучение огромного количество трудов ученых, относящихся к теме исследования.

В его работах приводятся имена ученых из разных стран, пишущих на разных языках, работавших в разные эпохи. Каждая работа критически осмысленна и комментирована. Среди ученых есть древнегреческие и александрийские ученые, причем такие, работы которых в Европе были утеряны и стали известны только в переводе с арабского на латинский язык.. Если посмотреть на карту упомянутых стран, народов и, где жили цитируемые ученые, то получается огромная территория, от Скандинавии, до территории современных стран таких как Россия, Испания и заканчивая Китаем, Индией. Такая скрупулезность в сборе материала свидетельствует об энциклопедичности знаний и научной добросовестности. В этом отношении научные работы Бируни вполне соответствуют современным требованиям. Наиболее показательны его комментарии греческих и александрийских ученых. Например, комментарий «Сведения о форме всего существующего в мире в общих чертах и вкратце, как введение» [1], в котором «Альмагест» Птолемея анализируется по постулатам. Соглашаясь в целом с Птолемеем Бируни находит слабые стороны его доказательств и приводит свои. Из книги «Собрание сведений для познания драгоценностей (Минералогия)» [2]:

Пример 1. «Душа моя давно уже настойчиво влекла меня к тому, чтобы собрать все то, что сделано в какой-либо отдельной отрасти из разных отраслей науки, и все то, что сказано о ней, как удовлетворяющего, так и ошибочного, ибо знание ошибки ошибающегося помогает постижению правоты правого. Целью же, к которой побуждала моя душа, было – выделить многократно повторяемое в каждой из них (отраслей) и отнести принадлежность нового, впервые сказанного, к тому, кто открыл это, и тем избавить изучающего ее от труда собирания и пересмотра данных и облегчить ему работу, насколько это для меня возможно».

1. Приоритет опытного исследования.

Бируни ставил эксперимент превыше всех видов исследования. Каждый поставленный опыт тщательно описан, приведены экспериментальные результаты, сделаны по необходимости теоретические расчеты, сформулирован вывод. В такой последовательности экспериментальный метод Бируни схож с методикой Галилея, которая сформулирована была через 500 лет. Часть опытных работ не стали популярными и известными, игнорировались, так как многие ученые боялись противоречия с шариатом. Бируни требовал многократного повторения опыта и сам их проводил так. Одной из его позиций было разграничение научных истин и религиозных догматов. Приведем примеры опытного исследования. Пример 2 для нас может казаться несерьезным, но для своих суеверных современников, он имел большое значение как опровержение оккультных верований.

Пример 2. «Абу Наср ал-Утби в одном из своих сочинений говорит: каждая вещь имеет свое особое свойство и силу в соответствии с особым божественным предопределением: так, от изумруда вытекают глаза у джиннов и ядовитых змей, … янтарь своей силой подбирает упавшую соломину, … Но, несмотря на единогласие рассказчиков, истинность этого не подтверждается опытом. Я провел так много испытаний, что больше этого невозможно: я опоясывал змею изумрудным ожерельем, сыпал изумруды на дно корзины со змеей. Размахивал перед нею нанизанными на нитку изумрудами и все это проделывал в течение девяти месяцев и в жаркое и в холодное время; но в итоге ничего не оставалось на ней, кроме изумрудного налета. На глаза же ее это не произвело никакого влияния, если не усилило остроту ее зрения».

В качестве примера 3 может стать книга «Об отношениях между плавкими металлами и об их весах, установленных исследованием и рассуждением» [3]. Эта книга наиболее известна среди физиков, отрывки из нее приводятся во многих учебниках по истории науки. В ней впервые подробно описывается способ определения плотности твердых тел, жидкостей. Его работы сохранили, опубликовали и продолжили не менее известные исследователи средневекового Востока как великий поэт, математик и астроном Омар Хайям и выдающийся оптик Альгазен (Аль-хайсам, Аль-Хазини), ученые из Индии. Во всех их работах есть ссылки на Бируни, что свидетельствует о признания его приоритета в изучении вопроса об «удельных весах», плотностях минералов и металлов. Идеи и методы Бируни, видимо, все-таки проникли в Европу, хотя достаточных данных об этом нет. В эпоху Возрождения (Роджер Бэкон) и более поздние времена (Галилео Галилей) было предложено много экспериментальных способов определения плотностей, как твердых тел, так и жидкостей. Опубликованы таблицы плотностей, которые довольно точно совпадали с таблицами Бируни. Они являются сопоставительными таблицами, в которых Бируни за эталон (или, как он называет - ось) в виде ста единиц, берет не воду, а самый тяжелый драгоценный камень – яхонт (сапфир), а для металлов – золото, которые можно хорошо очистить. Интересно, что Роберт Бойль, определяя плотности камней в 1673 году за эталон берет горный хрусталь, руководствуясь также чистотой минерала, а не воду, как сейчас принято.

Бируни создал прибор для определения плотностей жидкостей, что-то наподобие ареометра. Бируни также предвосхитил способ взвешивания гидростатическим методом на основе закона Архимеда, при помощи которого сейчас определяют плотности твердых тел. Одним из основных требований ученого было постоянство жидкости (воды), в которую опускали исследуемые вещества, ее температуры в момент измерения.

Ниже приводится таблица, в которой даны плотности, определенные Бируни, переведенные на водяной эталон и современные значения плотностей драгоценных минералов и металлов в г/см³. Мы даем и арабские названия камней, часть которых совпадает с башкирскими названиями, но, в основном, у башкир – их тюркские наименования.

Как видно из таблицы погрешность измерений составляет от 0,1% до 1%, что можно объяснить недостаточной чистотой или составом минералов и металлов, хотя Бируни очень тщательно очищал и металлы и минералы. В последних, он обращал внимание на однородность и отсутствие пузырьков воздуха, трещинок, каких-либо примесей внутри образцов, что изменяло, по его мнению, плотность.

Большое значение придает Бируни описанию своего знаменитого сосуда, с помощью которого он определял объемы тел и объем вытесненной воды, чтобы затем определить вес вытесненной воды.

Покажем последовательность рассуждений Бируни на уровне физики 7 класса. Обозначим Р₀ – вес тела в воздухе, Р₁ – вес тела в воде, Р – вес вытесненной воды. С учетом закона Архимеда ;

Ученый излагает способы совершенствования отливного сосуда, способы измерения, полученные результаты, математические расчеты, которые сводит в таблицы. Он говорит о случайных погрешностях опыта и усреднению его результата. В этом видно мастерство ученого - экспериментатора и ремесленника.

Данный научный труд Бируни стал известен только после опубликования его Абд –Ар-Рахманом Аль-Хазини в своей книге «Весы мудрости».

1. Прикладная направленность научных исследований, вполне понятная для восточных наук тенденция, которая была свойственна многим научным трудам.

Это особенно отчетливо чувствуется в «Минералогии», в которой даются не только описания всех известных камней и металлов по химическим и физическим свойствам, способы определения качества, но и цены на них в разных странах, сравнение цен, их изменение со степенью обработки и качества драгоценных камней. Особо интересны области технического применения знаний. Характерен стиль повествования, заключающийся в том, что прежде чем описывать объект исследования, Бируни доказывает его практическую необходимость. Она существует и в заключении исследования. Это видно по небольшому примеру о возможности применения магнита.

Пример 4 [2]. «Избавил бы менял¹ от извлечения из крупинок золотого песка инородной примеси, если пользоваться магнитом удлиненной формы в виде пальца. Надо ворошить и перемешивать золотой песок, пока не пристанет к нему примесь, а это тяжелый черный песок, который бывает вместе с золотом и который почти невозможно удалить промыванием. … Это доказывает наличие железа в камне, так как черный песок – его осколки. Больше того, это доказывает, что и остальные пески с черными зернами принадлежат к такому же виду, так как магнитный камень отличает их от остальных». В качестве другого примера приведем другое изобретение Бируни.

Пример 5. «Сообщил мне один из жителей Багдада, что в настоящее время водолазы изобрели для спуска в воду способ, устраняющий трудности, связанные с задержкой дыхания, и делающее возможным много кратное погружение в воду с утра и до вечера, сколько они захотят, в соответствии с желанием нанимателя и размером оплаты.² А это приспособление состоит из кожаного мешка, который они надевают на себя так, что он доходит до низа груди, затем его крепко перевязывают под ребрами. После этого они спускаются под воду и дышат воздухом, который в мешке заключен; но для этого, чтобы этот мешок опустить на дно и там удержать на одном месте, необходим огромный груз.

Гораздо выгоднее присоединить к верхней части этого приспособления напротив головы кожаную трубку в виде рукава со швами, хорошо обмазанными воском и смолой, по длине соответствующую глубине спуска. Верхний конец трубки следует присоединить к вместительному сосуду через отверстие на дне и приладить к его краям один или несколько надутых курдюков, при помощи которых сосуд этот будет держаться на воде и не тонуть, и тогда водолаз будет в состоянии дышать через полость трубы, вдыхая и выдыхая, и оставаться под водой хотя бы и целые дни. И груз, обеспечивающий спуск, также можно уменьшить, благодаря тому, что воздух получит путь для прохода и тем самым уменьшится объем его в мешке».

1. Необходимость единства теоретического и опытного познаний. Этот вывод хорошо иллюстрирует введение к книге [2].

Пример 6. «Кто познал преимущество находить искомое при помощи законов, а не умозрительно, по предположению, тот неотступно следует по пути доказательств, дабы не запутаться в тенетах предположений при решении задач и уклоняется на этом пути от опыта, что делает уши глухими к призывам доказательств, если возникает сомнение в истине, а опыт не приводит к какому-нибудь ясному пути. Например, ювелиры и те люди, которые занимаются ковкой и литьем, когда им дается образец какой-либо вещи, изготовленной из определенного материала, и от них требуется воспроизвести то же самое по форме и объему из заданного металла, то они приходят в сильнейшее смущение и растерянность из-за незнания количества металла, которое необходимо потребовать для этого от заказчика и которое тот должен ему отпустить. А то, что можно быстро представить и выполнение чего кажется легким, обычно бывает ошибочным, и когда мастер приступит к превращению возможности в действительность, то на пути к завершению его дела появляются препятствия, как естественные, так и не известные по своим причинам, которые почти опровергают первоначальные предположения и делают невозможным осуществление того, что прежде казалось относящимся к области должного».

1. Широкое использование математики, в основном, в виде арифметических расчетов. Особенно интересно это представлено в книге «Памятники минувших поколений. Хронология» [4], в которой он приводит летоисчисления народностей в разные эпохи, их календари, продолжительность месяцев и годов у разных народов. Показывает, как их можно сравнить, какие меры пересчета нужно брать. Книга чрезвычайно интересна и в настоящее время не только предложенным способом пересчета эр и дат, но тем, что в ней даются точные даты правления всех царей, князей, императоров, от Адама и Евы, халдеев, древней Греции и кончая современных ему, их родословная.

2. Виртуозное использование литературного языка, сюжетов, народных сказаний, поверий, распространенных рассказов, аллегорий. Часть его научных трудов даже написана в стихотворной форме. В этом Бируни представляется как выдающийся литератор и поэт, виден образец популяризации научного текста.

Литература

1. Беруни Абу Райхан. Канон Мас’уда. / Пер. и прим. П. Г. Булгакова, Б. А. Розенфельда и А. Ахмедова. // Избранные произведения, Tом V, ч. 1-2. Книга 1, глава 1.// Ташкент.: Фан, 1973. 

2. Абу – Р - Райхан Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни. Собрание сведений для познания драгоценных камней (Минералогия). / Пер. А. М. Беленицкого.// Изд-во АН СССР, серия «Классики науки», - М.,- 1963

3. Отрывок из книги Абд Ар – Рахмана Ал – Хазини «Весы мудрости». Абу – Р - Райхан Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни. Собрание сведений для познания драгоценных камней (Минералогия). / Пер. А. М. Беленицкого.// Изд-во АН СССР, серия «Классики науки», - М.,- 1963

4. Бируни Абу Райхан. Избранные произведения. т.I, Памятники минувших поколений. / Перевод и прим. М.А. Салье // Ташкент: Изд-во АН УзССР, 1957.

5. И.Д.Хаматов, К.В.Даутова. Использование образовательного и воспитательного потенциала восточных ученых в обучении физике. материалы международной научно-практической конференции «Гуманистическое наследие просветителей в культуре и образовании», приуроченная к 180-летию со дня рождения М. Акмуллы (VI Международные Акмуллинские чтения). 12 декабря 2011.

1 Скупщики драгоценных камней и металлов.

2 Речь идет об охотниках за жемчугом.