
- •Механика в истории науки и общества Оглавление
- •1. Предыстория человечества
- •1.1. Основные этапы антропогенеза
- •1.1.1 Биологическая эволюция пречеловека
- •1.1.2. Социально-культурная эволюция
- •1.2. Неолитическая революция
- •1.2.1. Территориальная экспансия и переход к оседлости
- •1.2.2. Культивация и одомашнивание
- •1.3. Изобретения и открытия каменного века
- •1.3.1. Орудия и технологии палеолита
- •1.3.2. Техника и изделия мезолита
- •2. Древние цивилизации
- •2.1. От бронзового века к железному
- •2.1.1. Бронзовый век
- •2.1.2. Железный век
- •2.2. Цивилизации Месопотамии
- •2.2.1. Шумер
- •2.2.2. Ассирия
- •2.2.3. Вавилон – «пуп неба и земли»
- •2.2.4. Строительство и архитектура
- •2.3. Древний Египет
- •2.3.1. Пирамиды, обелиски, колонны
- •2.3.2. Наука и техника
- •2.3.3. Хеттское царство
- •2.4. Древний Китай
- •2.4.1. Философия
- •2.4.2. Государственность
- •2.4.3. Наука
- •2.4.4. Техника и технология
- •2.5. Цивилизации Индии, Европы и Америки
- •2.5.1. Культура Древней Индии
- •2.5.2. Культура Древней Европы
- •2.5.3. Цивилизации доколумбовой Америки
- •2.5.4. Итоги Древнего Мира
- •3. Начало Античного мира
- •3.1. Образование древнегреческого этноса
- •3.1.1. Ранняя Греция
- •3.1.2. Архаическая Греция
- •3.1.3. Афины и Спарта
- •3.2. Рождение Античной науки
- •3.2.1. Фалес – первый мудрец и ученый
- •3.2.2. Философия Фалеса
- •3.2.3. Ученики и последователи
- •3.3. Пифагор и его братство
- •3.3.1. Образование братства
- •3.3.2. Мистика чисел
- •3.3.3. Геометрия
- •3.3.4. Музыка и астрономия
- •3.3.5. Знаменитые пифагорейцы
- •Классический период (эпоха демократии)
- •4.1. Чудеса света в Древней Греции
- •4.1.1. Артемисион
- •4.1.2. Зевс Олимпийский
- •4.1.3. Колосс Родосский
- •4.1.4. Галикарнасский мавзолей
- •4.1.5. Фаросский маяк
- •4.2. Атомисты и софисты
- •4.2.1. Школа элеатов
- •4.2.2. Зарождение атомистики
- •4.2.3. Софисты – учителя мудрости
- •4.3. Великие философы Античности
- •4.3.1. Судьба Сократа
- •4.3.2. Платон и его Академия
- •4.3.3. Жизнь Аристотеля
- •4.3.4. Труды и идеи
- •4.4 Последователи великих философов
- •4.4.1. Евдокс Знаменитый
- •4.4.2. Триада и эпициклы Менехма и эпициклы Гераклида
- •4.4.3. “Начала” Евклида
- •Эпоха эллинизма
- •5.1 Александрийский Мусейон
- •5.1.1. Александрия
- •5.1.2. Библиотека
- •5.1.3. Образование и спорт
- •5.2. Выдающиеся александрийцы
- •5.2.1. Ученые Мусейона
- •5.2.2. Эратосфен – “измеривший Землю”
- •5.3 Архимед Великомудрый
- •5.3.1. Время Архимеда
- •5.3.2. Архимед – инженер
- •5.3.3. Архимед – физик и механик
- •5.3.4. Архимед – математик
- •5.3.5. “Эфод” – путь к интегрированию
- •5.4. После Архимеда
- •5.4.1. «Конические сечения» Аполлония
- •5.4.2. Эпигоны
- •5.4.3. Инженеры Александрии
- •5.4.4. Герон-механик
- •5.5. Рождение научной астрономии
- •5.5.1. Аристарх – “Коперник Античности”
- •5.5.2. Прецессия по Гиппарху
- •5.5.3. Птолемеева система Мироздания
- •6. Римская империя и ее закат
- •6.1. Зодчество и архитектура
- •6.1.1. Особенности римской истории и культуры
- •6.1.2. «Архитектура» Витрувия
- •6.1.3. Гражданское строительство
- •6.2. Военная и гражданская техника
- •6.2.1. Военные машины
- •6.2.2. Гражданские изобретения
- •6.3. Наука и образование
- •6.3.2. Алхимия
- •6.3.3. Образование
- •6.4. Последние ученые Античности
- •6.4.1. Гален – первый фармаколог
- •6.4.2. Рождение Диофантова анализа
- •6.4.3. Гипатия – мученица науки
- •Итоги Античности
- •7. Образование и наука Средневековья
- •7.1. Крушение Античного мира и становление христианства
- •7.1.1. От Рима к Византии
- •7.1.2. Формирование христианской идеологии
- •7.1.3. Вехи Средневековья
- •7.2. Система образования
- •7.2.1. Христианская мифология
- •7.2.2. Христианские школы
- •7.2.3. Марциан Капелла
- •7.2.4. Последний римлянин
- •7.2.5. Европейское просвещение
- •7.3. Становление науки в средневековой Европе
- •7.3.1. Критика античной механики
- •7.3.2. Концепции ранних схоластов
- •7.3.3. Первые мыслители и ученые
- •7.3.4. Начало европейской математики и физики
- •8. Средневековые революции
- •8.1. Тенденции европейского Средневековья
- •8.1.1. Новации Средневековья
- •8.1.2. Революция в военном деле
- •8.1.3. Корабельная революция
- •8.2. Начало энергетики
- •8.2.1. Водяное колесо
- •8.2.2. Ветряные мельницы
- •8.3. Города, зодчество, ремесленничество
- •8.3.1. Городская революция
- •8.3.2. Часы в Древнем и Античном мире
- •8.3.3. Часы и механизмы Средневековья
- •8.4. Арабское Средневековье
- •8.4.1. Мусульманский Ренессанс
- •8.4.2. Роторные и рычажные машины
- •8.4.3. Рождение алгебры
- •8.4.4. Тригонометрия и астрономия
- •8.4.5. Итоги Средневековья
- •9. Итальянское Возрождение
- •9.1. Вехи европейского Возрождения
- •9.1.1. Особенности европейского развития
- •9.1.2.Компас и книга рычаги европоцентризма
- •9.1.3. Последние птолемеевцы
- •9.1.4. Математики Возрождения
- •9.2. Механика и искусство
- •9.2.1. Купол Брунеллески
- •9.2.2. Альберти – теоретик зодчества
- •9.2.3. Леонардо да Винчи – художник и изобретатель
- •9.3. Тайны кубического уравнения
- •9.3.1. Пачиоли – монах-математик
- •9.3.2. Ферро и Тарталья
- •9.3.3. Формулы Кардано
- •10. Новая астрономия и начало естествознания
- •10.1 Астрономический ренессанс
- •10.1.1. Кузанец ─ глашатай бесконечной Вселенной
- •10.1.2. Коперник – монах-революционер
- •10.1.3. Бруно – мученик науки
- •10.1.4. Браге в Ураниборге
- •10.2. Кеплер – первый теоретик Возрождения
- •10.2.2. Физико-математические и юридические проблемы
- •10.3. Галилей – родоначальник естествознания
- •10.3.1. Начало экспериментальной механики
- •10.3.2. Рождение телескопа
- •10.3.3. Отношения с церковью
- •10.3.4. Последние годы и свершения
- •10.3.5. Ученики и последователи
- •10.4. Лунные законы Кассини
- •10.4.1. От астрологии к астрономии
- •10.4.2. Овалы Кассини
- •11. Французский ренессанс
- •11.1. Начало французской науки
- •11.1.1. Виет – «отец алгебры»
- •11.1.2 Символика и теоремы
- •11.2. Кружок Мерсенна
- •11.2.1. Французские колледжи
- •11.2.2. «Ученый секретарь Европы»
- •11.3. Декарт и картезианство
- •11.3.1. Ранние поиски и интересы
- •11.3.2. Нидерландское затворничество
- •11.3.3. Научное наследие
- •11.4. Ферма и Роберваль ─ предтечи математического анализа
- •11.4.1. Начало теории экстремумов
- •11.4.2. Открытие вариационного принципа
- •11.4.3. Теория чисел
- •11.4.4. Роберваль – начало пути
- •11.4.5. Математические результаты
- •11.5. Паскаль – между наукой и верой
- •11.5.1. Детство вундеркинда
- •11.5.2. Годы расцвета
- •11.5.3. Религиозные устремления
- •11.5.4. Итоги Возрождения
- •12. Реформация в Голландии и Германии
- •12.1. Голландское Возрождение
- •12.1.2. Всходы голландской науки
- •12.2. Гюйгенс – гордость Голландии
- •12.2.1 Становление ученого
- •12.2.2. Маятниковые часы
- •12.2.3. Физические и технические задачи
- •12.2.4. Признание коллег и Академий
- •12.3. Возрождение и Реформация в Германии
- •12.3.1. Магдебургские полушария
- •12.3.2. Лейбниц – юрист и дипломат
- •12.3.3. Открытие математического анализа
- •12.3.4. Завершающие шаги
- •12.3.5. Итоги Возрождения и Реформации
- •13. Английская Реформация
- •13.1. Начало Нового времени
- •13.1.1. Бэкон – «лорд-канцлер науки»
- •13.1.2. Бойль – исследователь воздуха
- •13.2.1. Становление учёного
- •13.2.2. Английская наука до Ньютона
- •13.2.3. Начало карьеры
- •13.2.4. Идеи о силах тяготения
- •13.3 Главный теоретик Мироздания
- •13.3.1. Молодые годы
- •13.3.2. Оптика и математика
- •13.3.3. Соперничество с Гуком
- •13.3.4. Рождение классической механики
- •13.3.5. Общественная деятельность
- •13.4 Наблюдательная астрономия в Англии
- •13.4.1 Наблюдения и измерения в Солнечной системе
- •13.4.2 . Рождение звездной астрономии
- •14. Академии наук в век Просвящения
- •14.1. Огосударствление науки
- •14.1.1. Научные школы Античности и Возрождения
- •14.1.2. Парижская Академия – центр европейской науки
- •14.1.3. Предыстория российской науки
- •14.1.4. Петербургская Академия и ее члены
- •14.2. Ломоносов – провозвестник российского Возрождения.
- •14.2.1. Годы учебы и странствий
- •14.2.2. Начало научного и поэтического творчества
- •14.2.3. Ученый европейского уровня
- •14.2.4. Последние годы академика
- •14.3. Династия Бернулли
- •14.3.1. Якоб – первенец династии
- •14.3.2. Иоганн – злой гений династии
- •14.3.3. Даниил – творец гидродинамики
- •14.4. «Ce diable b'homme» Euler – «Этот диавол» Эйлер
- •14.4.1. Начало пути
- •14.4.2. Первый петербургский период
- •14.4.3. Разработка математических моделей механики
- •14.4.4. Математик от Бога
- •15. Математизация и специализация механики
- •15.1. Французская школа механики
- •15.1.1. Клеро – пионер небесной механики
- •15.1.2. Механики – Вариньона и Даламбера
- •15.1.3. Лагранж –гений аналитической механики
- •15.1.4 «Французский Ньютон» – Лаплас
- •15.2 Наука и образование в Европе XIX века
- •15.2.1 Зарождение научно-инженерного образования во Франции
- •15.3.4 Cтупени и стимулы развития научного мышления
15.2 Наука и образование в Европе XIX века
15.2.1 Зарождение научно-инженерного образования во Франции
Несмотря на то, что XVIII век вошел в историю как «век Просвещения», именно просвещение пребывано в нем в весьма плачевном состоянии, причем даже в передовой научной державе – Франции, – не говоря о других европейских странах. Объяснялось это просто – почти всё естемтвенно-научное образование сосредотачивалось в университетах, колледжах и церковных школах, тесно привязанных к монастырям, орденам и прочим церковным учреждениям. Предоставляемое там образование отличалось крайней узостью и схоластичностью, да и доступно было весьма малой части молодого поколения. Что же касается технических училищ, обслуживавших быстро нарастающую промышленность, энергетику, строительство, металлургию, судостроение, то они давали лишь мастеровую квалификацию, не сопряженную с инженерным пониманием и мышлением. Единственные училища, в которых преподавались наряду с технологией элементы инженерного искусства, были, как и в далекой древности, военные школы, связанные с разработкой и производством вооружений (артиллерийские, навигационные, мореходные и др.). Однако нарастающая конкурентная борьба, как на континенте, так и за его пределами (главным образом с Великобританией – флагманом промышленной революции) все настоятельнее требовало подъема и расширения научно-инженерного образования. И это требование было услышано приближавшейся Великой французской революцией, которая одним из своих лозунгов сделала призыв к перестройке и обновлению системы народного образования. И этот призыв был блестяще выполнен (в отличие от многих других), с успехом пройдя все эпохи великого 25-летия. Завершилось оно рождением качественно новой научно образовательной системы, ставшей образцом для всех европейских государств и, в некоторой степени, сохранившей свои устои до настоящего времени.
Как уже говорилось выше, ядром новой системы стало Нормальная, а затем и Политехническая школы, созданные в Париже в 1794г. решением Конвента для подготовки специалистов и преподавателей по военно-инженерному делу. Нормальная школа оказалась недолговечной, зато Политехническая стала знаковым явлением не только в Париже и Франции, но и во всей Европе XIX века, положив новому типу образования, ориентированного не на религиозные догмы Средневековья, а на новейшие завоевания научной революции XVII-XVIII веков. Большую роль в этой «перестройке» сыграло начавшееся «нашествие машин», применяемых в различных сферах мануфактурного производства и ремесленного дела и требовавших адекватного механико-математического не только на уровне статики, но и на уровне динамики.
Одним из энтузиастов и специалистов в этой области – механики машин и механизмов стал замечательный французский ученый и инженер Гаспар Монт (1746-1818 гг.), прославившийся так же своим активным участием в событиях Французской революции (он первый подписал смертный приговор королю Людовику XVI). Выходец из бедной семьи он, благодаря упорству и блестящим способностям, сумел закончить колледж в Лионе, а затем и Мезьерскую техническую школу, став ее профессором в возрасте 23 лет. Преподавая там физику и математику, он основное внимание уделял прикладным аспектам нарождавшейся новой дисциплины – начертательной геометрии, – основателем которой он сам и стал. В 1772 г. он уже член-корреспондент ПАН (а также член масонской ложи), а в 1780 – академик и признанный специалист в области начертательной геометрии и механики машин. Именно Монт вводит понятие машины как устройства, преобразующего не силу (как рычаг), а движение. На этой основе он отказывается от концепции «пяти простейших машин» и дает геометрическую классификацию машин, в число которых включает такие машины, как коническое зацепление, водоподъемник, конный привод, архимедов винт, крыло ветряной мельницы, ???-палка и др. Этим шагом он «спустил» механику с небес (по Лапласу) на грешную землю, продемонстрировав ее эффективность для решения важных практических задач и инженерного дела. С этой целью он в 1788г. написал учебник по статике машин, а в 1799 г. издал уже давно написанный курс по начертательной геометрии (до этого он был засекречен королевским ??? ведомством).
Будучи сам прекрасным преподавателем и новатором в педагогике Монт отчетливо видел все пороки европейского университетского образования. Поэтому ступив в 1789 г. на стезю начавшихся революционных свершений и став сначала морским министром (1792 г.), а затем председателем совета министров, он один из первых заговорил о необходимости серьезных реформ в этой сфере. Хотя во Франции в это время существовало 22 университета, преподавались в них в основном гуманитарные (главным образом богословские) дисциплины, математика и механика были редкостью, а технические дисциплины отсутствовали вообще. Студенты занятия посещали крайне нерегулярно, диплома получали за специальную плату, а среди профессоров попадались просто неучи. Неудивительно поэтому, что решением Конвента от 17.08.1792 все французские университеты были распущены (остались лишь Горная школа, основанная в 1778 г., Школа мостов и дорог и другие технические школы). 08.09.1793 была закрыта и ПАН (как оплот королевской науки), вместо которой был создан (в 1795 г.) «Национальный институт Франции», надолго ставший центром французской научной жизни. Еще до этого – в 1791 г. – во Франции было учреждено Бюро патентов, а также организованы премии для изобретателей. Что касается знаменитой ПАН, то она впоследствии частично возродится, однако никогда не достигнет былого величия, как и вся французская школа математики и механики, которая со второй половины XIX в. начнет уступать свое лидерство научным школам Германии и Англии.
В революционной Франции отношение истовых революционеров к ученым было далеко не безоблачным. Так знаменитый Марат еще в 1791 г. написал брошюру «Современные шарлатаны или письма об академическом шарлатанстве», где говорилось: «Математики; к числу лучших относятся Лаплас, Монж, и Кузен, люди-автоматы, привыкшие следовать некоторым формулам и прилагать вслепую, подобно лошади, которая, приводя в движение мельницу, делает несколько оборотов, прежде чем остановиться». Несмотря на это и подобные ему высказывания, Монж и его коллеги сумели организовать ряд технических школ, потребность в которых была очень велика. Недаром на многочисленных революционных плакатах того времени рядом со знаменитыми словами: «Свобода, Равенство, Братство!» часто встречались слова «Образование народу». Помимо высших технических школ Монж создал во Франции 15 начальных муниципальных школ, полностью отделенных от церкви! Наиболее успешной и перспективной оказалась Политехническая школа (ПШ), которая была задумана и реализована как училище нового типа, сочетающего в обучении студентов достижения передовой науки с решением конкретных практических задач, диктуемых потребностями мануфактурного производства, строительства и военного дела.
Благодаря начавшимся революционным преобразованиям ПШ разместилась в освободившемся дворце Бурбонов, где было 40 залов (аудиторий), большой амфитеатр и библиотека. Там же расположились физический и химический кабинеты и минералогическая коллекция. В качестве основных дисциплин преподавались математика, физика и химия, так что ПШ стала центром развития математических и физико-химических наук, причем химические дисциплины преподавались в духе идей недавно казненного Лавуазье. Впервые в истории образования в ПШ был введен (по инициативе Г.Монжа) курс теоретической механики, ставшей фундаментом для многих инженерных дисциплин – строительного дела, механики машин, начертательной геометрии и др.
Для первого набора в ПШ в 22-х городах Франции были проведены конкурсные экзамены по арифметике, геометрии и алгебре, по результатам которых был принят 391 студент со стипендией 1200 франков в год. Курс обучения в ПШ сначала был 3-годичным, однако на выходе он был заменен на 2-годичный, после чего студенты направлялись в специализированные школы – артиллерийскую, горную, инженерную, мостов и дорог.
С первых дней образования ПШ в ней преподавали лучшие ученые и инженеры Франции – Лагранж, Лаплас, Монж, Фурье, Бертолле, Ашетт, благодаря которым профессия преподавателя (профессора) приобрела высочайшую престижность в Европе, став почти обязательным атрибутом научной деятельности. Примечательно, что в учебном плане ПШ именно математика стояла на первом месте по своему объему и значимости. Общий курс математики состоял из 5 разделов и имел следующую структуру:
Чистый анализ |
……………………………………… |
– 108 лекций |
Приложения анализа к геометрии |
……………………………………… |
– 17 лекций |
Механика |
……………………………………… |
– 94 лекции |
Начертательная геометрия |
……………………………………… |
– 153 лекции |
Черчение |
……………………………………… |
– 175 лекций |
Итого |
…………………………………. |
– 547 лекций |
Каждая лекция имела продолжительность 90 минут, причем согласно предписанию Конвента ее нужно было читать стоя и наизусть, т.е. без заметок. И надо признать, что столь высокая степень математизации инженерного образования, не только полностью оправдала все возлагавшиеся на нее надежды по подъему инженерного искусства, но стала мощным стимул для развития самой математики и механики, открыв для них необъятные просторы прикладных инженерных задач и проблем. Фактически в ПШ зародилась новая профессия – инженер-ученый, спрос на которую начал непрерывно нарастать и которая стала важным фактором в подъеме технической революции XIX века.
Появление ПШ стало одним из важнейших завоеваний Великой Французской революции, и оно начало распространяться в другие страны – Германию, Англию, Италию, а позднее и в Россию. И причина такой популярности была проста и очевидна – именно из стен ПШ в первые же десятилетия ее существования вышла новая плеяда французских ученых и инженеров высшего уровня – Ампер, Араго, Навье, Кориолис, Сен-Венан, Коши, Понселе, Пуансо, Пуассон и многие другие. Неудивительно, что пример столь высокоуспешного учебного заведения оказался заразительным – по образу ПШ в Европе был создан Политехнический университет в Германии, а позднее по его образцу правительство царской России (по предложению С.Ю.Витте и Д.И.Менделеева) организовало создание нескольких Политехнических институтов в России, самым крупным и известным из которых стал ныне существующий СПбГПУ, распахнувший свои двери для студентов в 1902 г. И уже в рамках этого университета в развитие идей великих организаторов Парижской ПШ в 1919 г. был по инициативе А.Ф.Иоффе и С.П.Тимошенко открыт физико-механический факультет, нацеленный на подготовку специалистов для наиболее передовых и актуальных направлений гражданской и военной техники. Именно эти специалисты создавали в СССР самое грозное оружие XX века – ядерное, ракетно-космическое и многое другое. Кстати и сама ПШ со временем стала приобретать все более явный военизированный характер, подготавливая кадры для военной промышленности.
Что касается Средней Европы, то в ней первым последователем Монжа по созданию научно-инженерного образования стал знаменитый испанский инженер-механик Августин Августинович Бетанкур (1758-1824), получивший русскоязычное имя в период его 16-летней жизни в России. В 1802 г. он основал В Мадриде Школу инженеров дорог, каналов и мостов, в которой использовал основные идеи и установки Монжа и которая, с небольшими перерывами, дожила до настоящего времени. Для студентов этой школы Бетанкур совместно со своим соотечественником Х.-М. Ланцем написал и в 1808 г. издал первый «Курс построения машин». Через 3 года вышел в свет «Элементарный курс машин» Монжа и его ученика и коллеги Ашетта. И эти книги стали тем фундаментом, на котором выросла современная научная дисциплина «Теория машин и механизмов», а их авторы стали классиками этой дисциплины.
Почти сразу после выхода своей книги Бетанкур получил приглашение на работу в России, которое он принял и приехав туда, остался там до конца своих дней. За эти 16 лет он построил знаменитый Манеж в Москве, заложил фундамент Исаакиевского собора, построил ярмарочный ансамбль в Н.Новгороде и многое другое. Однако самым важным его деянием оказалось создание В Петербурге Института инженеров путей сообщения (1809 г.), где он как и в Мадриде реализовал педагогические и технические идеи Монжа. Так в Петербурге встретились две ветви образовательной системы (Берлинская и Мадридская), заложенной Великой Французской революцией.
Что касается остальной Европы, то она также испытала сильное влияние ПШ: в 1806 г. первый политехнический институт под руководством Ф.И.Герстнера был основан в Праге, в 1815 г. – в Вене, далее политехнические школы появились в Карлсруэ (1825 г.), в Мюнхене и Нюрнберге (1827 г.), Дрездене (1828 г.), Ганновере (1831 г.), Штуттгарте (1840 г.) и т.д. К сожалению, далеко не все «дети» ПШ дожили до XX в., а из тех, что дожили, очень немногие сохранили основополагающие принципы отца-основателя – Г.Монжа. Остается заметить, что лишь на российской почве удалось вплоть до конца XX века не только сохранить физико-математическую основу инженерно-технического образования (в рамках СПбГПУ), но и расширить его путем создания в Москве Физико-технического и Инженерно-физического институтов.