
- •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
8.3. Города, зодчество, ремесленничество
8.3.1. Городская революция
Основные новшества Средневековья – распространение энергетических машин, переход к свободному труду и цеховое ремесленничество – способствовали зарождению и росту множества небольших городов, что обозначило своеобразную городскую революцию в Европе. Если в античные времена города возникали главным образом на пересечениях торговых путей и сами играли роль торговых центров, то в средневековой Европе новые города начинают играть роль центров ремесленничества, товарного производства и мастерового обучения. Первые цехи занимались лишь изготовлением и ремонтом сельскохозяйственной техники, однако, доказав свою эффективность, постепенно перешли к массовому производству. В городских цехах мастера были обеспечены заказами, имели широкий выбор учеников и подмастерий, а также были защищены от разбойных нападений. В провинциальных городах с населением 5 – 7 тыс. человек обычно было несколько цехов, в каждом из которых трудилось 15 – 20 ремесленников. В крупных же городах (Париж, Лондон и т.п.) число цехов исчислялось десятками, а к концу Средневековья – сотнями. Рост численности цехов и их размеров подготовили переход к мануфактурному производству, самоуправлению городов и способствовали появлению университетов. Экономические и социальные достоинства городских поселений оказались настолько велики и разнообразны, что в XII – XIII вв. в Европе наступил «городской бум». Так во Франции за эти два столетия городское население увеличилось в 10 раз, в Германии только в ХШ в. возникло более 300 новых городов. Все основные города Англии также зародились в XIII в.
Чрезвычайно важную роль в подъёме городов и росте их ведущей роли в жизни Англии и других европейских государств сыграла «Великая хартия вольностей» (1215), принятая английским королём Иоанном Безземельным (1167 – 1216) под давлением дворянства (баронов), рыцарей и крупных феодалов, возмущённых царившими в стране беззаконием и коррупцией. Эту Хартию многие историки называют «Первой европейской конституцией», т.к. она постулировала гражданские и имущественные права человека. Особо важную роль сыграла 39-я статья Хартии, в которой говорится, что ни один свободный человек не может быть арестован, подвергнут конфискации имущества или наказан без суда «равных ему». Эта Хартия стала ступенькой к образованию важнейшего инструмента государственного управления – английского парламента, –ставшего образцом для многих европейских стран.
Большую, если не решающую роль в расцвете европейского градостроительства сыграло новое и эффективное транспортное средство – лошадиная телега и повозка, а также использование лошадиной тяги в аграрном производстве. Этому же способствовало строительство многочисленных монастырей, имевших свои хозяйственные службы и нередко становившихся центрами новых технологий и новых ремесел. В городах началось развитие городской культуры, появились кварталы кузнецов, плотников, кожевенников, оружейников и ювелиров. Ремесленники, живущие в этих кварталах, стали объединяться в цехи – ремесленные братства, охраняющие право своих членов на занятие данным ремеслом, а также регламентирующие число работников и средств производства. Так в «Книге ремесел» (ХШ в.) говорилось, что «каждый ткач шерсти может иметь в своем доме одного из братьев и одного из племянников, а для каждого из них иметь два широких станка и один узкий и не более того» Также имелись жесткие ограничения на численность мастеров, подмастерий и учеников.
Каменное строительство монастырей и других культовых сооружений породило и популяризовало профессию каменщиков, достигших больших успехов в Византии, где в VI в. В Константинополе был сооружен шедевр средневековой архитектуры – храм Святой Софии. Византийское строительное искусство постепенно проникло в Европу, где стали создаваться мобильные бригады строителей-каменщиков, переезжающих с места на место и поэтому живущих совместно вдали от своих домов и семей. Эти бригады численностью 12 – 20 человек селились в постройках, называемых «ложами», и тщательно охраняли тайны своего мастерства (одной из них была техника и технология изготовления и использования бетона в строительных работах). Так зародились первые тайные организации «франкомасонов» (свободных каменщиков), которые со временем приобрели религиозно-политический характер и вошли в элитные круги многих стран Европы. В Англии первые ложи франкомасонов были основаны в 1212 г., а во Франции – в 1221 г. Благодаря успехам камнестроительного дела с XII в. в Европе началось строительство каменных мостов (до этого мосты были деревянными и поэтому недолговечными). Первыми стали каменные мосты в Регенсбурге (1146г.), Лондоне (1176 г.) и мост через Рону в Авиньоне (1178 г.) с 21-й эллиптической аркой.
Улучшение архитектурного облика средневековых городов сопровождалось их постепенным очищением. Вплоть до позднего Средневековья многие города буквально утопали в грязи. В немалой степени это было связано с принципами и предпочтениями раннего христианства, согласно которым стремление к красоте, чистоте и порядку считалось «искушением дьявола». Глубоко мифологизированное сознание горожан эпохи раннего Средневековья легко впитывало подобные идеологемы, а нередко и гиперболизировало их, отворачиваясь от благоустройства своего быта, жизни и даже поддержания собственного здоровья. Так в Париже большинство улиц были настолько грязны, что передвигаться по ним можно было либо в повозке, либо верхом, либо в высоких сапогах. Самая широкая улица имела ширину 8м, большинство же улиц имело ширину 5 – 7м, и на них с трудом разъезжались встречные повозки. По середине улицы обычно проходила сточная канава, куда выбрасывался домашний мусор и сливались нечистоты (XIV – XVII вв.). Неудивительно, что бичом средневековых городов были массовые заболевания и пожары. Впоследствии уже в Новое время по этим канавам была проведена городская канализация с выгребными люками, которые до сих пор загромождают проезжую часть старых улиц европейских городов (в том числе и в России). В Америке же канализационная сеть предусмотрительно располагалась не вдоль улиц, а на непроезжих участках дворовых территорий. Питьевую воду жители городов брали из колодцев, а также собирали дождевую.
По сравнению с греко-римским миром, где бытовой гигиене уделялось большое внимание и широкое распространение имели домашние бани, в средневековой Европе общественные бани стали появляться только в XIII веке, ознаменовав своеобразное «банное возрождение». В результате в 1292г. В Париже работало уже 30 общественных бань при населении около 100 тыс. человек. Ещё более тяжёлую картину в средневековой Европе представляли дороги, которые в основном были проложены ещё римлянами, но за прошедшие века превратились в «разбойничьи угодья» – почти в каждой местности смертность на них от разбойных нападений вдвое превышала естественную смертность жителей. Не менее опасным было и речное сообщение, т.к. леса кишели теми же бандитами. Едва ли не единственной сферой производства в этих условиях было изготовление оружия. И лишь знаменитая битва при Пуатье (732 г.), остановившая нашествие арабов в Европу, обозначила поворот европейской цивилизации в сторону образования отдельных монархических государств и создания систем защиты граждан.
Первым шагом этого поворота стало возрождение старых (заложенных ещё римлянами) и появление новых (сопутствующих монастырям) городов, защищённых каменными стенами и благоприятствующих росту торговли и грамотности. Так началась «городская революция», положившая начало множеству дальнейших революционных изменений. Здесь необходимо подчеркнуть важное отличие эволюции средневековых европейских городов от эволюции городов Византии. Византийские города в начале Средневековья были крупнее и богаче большинства городов Европы, превосходя их по уровню развития торговли и ремёсел. Однако нарастание и ужесточение в империи центральной власти и местной бюрократии постепенно задушили это развитие, выдавив из неё наиболее пассионарную часть обитателей и предпринимателей. В то же время многие европейские города, постепенно освобождавшиеся от централизованной властной «вертикали» (в чём немалую роль сыграла знаменитая «Великая хартия вольностей» английского короля Иоанна Безземельного от 1215 г.), успешно развивали у себя ремёсла, торговлю, банковское дело и пр. Начало этому процессу положили ещё города-республики – Флоренция, Венеция, Генуя, — а сам процесс стал знаковым шагом к новой эпохе — эпохе Возрождения.
Одним из результатов городской революции стало увеличение числа грамотных людей, особенно после открытия университетов при монастырях. Массированное переписывание рукописей требовало много «грамотеев», много пергамента и писчих принадлежностей. Уже в VII – VIII в.в. его катастрофически нехватало, ввиду чего была разработана технология «палимпсесты» – пергамента, с которого смывался первоначальный текст и записывался новый. В это же время вместо кисточек для письма стало использоваться гусиное перо, отчего скорость письма возросла, а буквы стали прописными (непрерывными) и наклонными. Эти перья продержались до конца XVIII в., уступив место карандашу, который независимо был изобретен в 1790г. во Франции и в Австралии. Что касается бумаги, то в Европу она попала в XII в. через Испанию, куда она пришла из арабского мира (там ее производство началось в конце VIII в.). Первые бумажные фабрики за пределами Испании появились в Италии, где в г. Фабиано в 1154г. было уже 40 бумажных мельниц. Несмотря на невысокое качество бумаги, она оказала революционное воздействие на книгопечатание и переход к эпохе Возрождения.
Одним из следствий «городской революции» стали новые взаимоотношения между жителями разных сословий. Так с ростом торговли, ремесленничества и с появлением мануфактур власть в городах постепенно стала переходить от господ по праву рождения к господам по праву богатства – торговцам, купцам, цеховым старшинам и пр. Число рядовых горожан росло за счет беженцев из феодальных угодий, т.к. по решению выборного городского совета любой крепостной, проживший в городе один год и один день, становился свободным. Тогда и возникло известное выражение: «Воздух города делает человека свободным». Окруженные высокими стенами города и вооруженные горожане способствовали зарождению городской вольницы, аналогичной той, которая была когда-то свойственна древнегреческим полисам. И эта вольница стала в Европе играть ту же роль, что и в полисах: стала способствовать становлению и развитию европейской демократии и европейского судопроизводства, несмотря на давящее влияние римско-католической церкви. Так зародилось главное достижение европейского Средневековья – элементы гражданского самоуправления и гражданского общества, – ставшее примером для многих других регионов цивилизованного мира.
Нарастающее церковно-храмовое строительство породило новый архитектурный стиль – готику, одним из первых образцов которого стал знаменитый Парижский собор Нотр-Дам – собор Парижской Богоматери, фундамент которого был заложен в 1163г., а закончилось его строительство формально в 1208г., а фактически в XIV в. Готика стала на несколько столетий основным архитектурным стилем средневековой Европы, сыгравшим ведущую роль в развитии строительного дела и механики сооружений. Характерными особенностями готики явилось использование стрельчатых окон и арок, каркасных опор и ребристых сводов. Эти элементы позволили уменьшить общий вес высотных сооружений и строить огромные своды из сравнительно легких и не очень прочных материалов (мел, известняк), распределяя распорные усилия на систему узких боковых ребер (контрфорсов), освободив от них стены и окна. Тем самым готические окна увеличились в размерах и приобрели огромное разнообразие форм и рисунков, став важным архитектурным элементом. Стоит отметить и особенность внутренней планировки средневековых монастырей и соборов, которые в чём-то служили моделями внешнего мира. А в этом мире, согласно христианским представлениям, местом жизни был Восток, а местом забвения и смерти – Запад. Поэтому в восточной части собора размещался алтарь, где священник справляет службу, направленную на спасение душ верующих, а в западной находился вход, над которым висело скульптурное изображение Страшного суда над воскресшими грешниками, выходящими из могил.
Постепенно готический стиль вошел в практику строительства не только культовых сооружений, но и дворцов, замков, крепостей и даже жилых домов. Рождение готики ознаменовало окончательный отход от романского и античного зодчества и стало явлением европейского Средневековья. Само слово готика произошло от названия одного из германских племен (готов).
Помимо гражданского и храмового строительства в эпоху позднего Средневековья началось и промышленное строительство, обусловленное главным образом потребностями металлургии. Решающую роль здесь сыграло открытие и производство чугуна, для выплавки которого понадобились штукофенные (доменные) печи с мощным поддувом, обеспечивающим температуру до 1350 градусов в нижней части и 750 – 900 – в верхней (XIV – XV вв..). В таком штукофене, имевшем вид двойного усеченного конуса, в процессе плавки руды образовывалось сразу 3 вида железного сырья: чугун (с содержанием углерода более 1.7%), сталь (от 1.7% до 0.1%) и мягкое кричное железо (менее 0.04%). Долгое время чугун считался отходом производства, так как был хрупок и не ковался, однако с появлением артиллерии спрос на него резко вырос. Кроме того было обнаружено, что после переплавки с интенсивным дутьём он дает высококачественное железо. Так в XV в. было сделано крупнейшее в металлургии открытие свойств чугуна, имевшего к тому же более низкую, чем железо температуру плавления. Можно сказать, что в истории металлургии чугун сыграл примерно ту же роль, что и бронза в конце «медного» века. Поэтому XV в. принято считать временем рождения чугуна и вообще чёрной металлургии. Последовавший бурный рост новой технологии потребовал огромного количества топлива, что стало главной причиной вырубки лесов в Европе, особенно в Англии.