14. Часы и мельница как основа для создания машин. Первые машины и изобретательство

Большую роль в развитии техники в XVII в., и в особенности в XVIII в., сыграли часы и мельница, о значении которых К. Маркс писал: «…две материальные основы, на которых внутри мануфактуры строилась подготовительная работа для перехода к машинной индустрии, это – часы и мельница…». В XIII в. появились механические часы башенного типа с одной стрелкой. Эти первые механические часы приводились в движение грузом, подвешенным на канате к барабану. В конце XV в. были изобретены пружинные переносные часы, приводившиеся в движение свернутой упругой пружиной. Х. Гюйгенс впервые в 1657 г. применил в качестве регулятора в стационарных часах маятник, а переносных частях – упругую спираль. Для регулятора хода часов с упругой спиралью он применил балансир, т.е. изобрел специальный спуск для передачи маятнику и пружинам импульсов.

Второй материальной основой для создания машинного производства являлись мельницы. В качестве двигательной силы для привода в движение мельниц стало возможным использовать животных, ветер и воду. Изобретение, а затем широкое применение механических часов позволило изучить равномерное движение и натолкнуло на мысль применить принцип автоматизма для производственных целей. Развитие мельниц способствовало тому, что принцип освобождения руки человека от соприкосновения с предметом труда был перенесен на другие трудовые процессы.

Машина как механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии или производстве работы, появилась еще в древности. В зависимости от основного назначения различают машины-двигатели, с помощью которых один вид энергии преобразуется в другой, и рабочие машины, с помощью которых производится изменение формы, свойств, состояния и положения объекта труда.

В мануфактурный период особенно быстро развивался первый вид машин. Рабочие машины применялись спорадически и в основном в подготовительных и вспомогательных процессах. Применение машин и мануфактурный период наталкивалось на сопротивление рабочих.

15. Состояние естествознания

(см. документы №№ 20-21 хрестоматии)

Суть научной революции XVII в. интерпретируется как первое прямое и систематическое "вопрошание" Природы. Разработка эксперимента и создание специального научного языка описания диалога с Природой составляет главное содержание научной революции, которая прошла в своем развитии три периода.

Первый, связанный, прежде всего, с деятельностью Г. Галилея - формирование новой научной парадигмы; второй - с Р. Декартом - формирование теоретико-методологических основ новой науки; и третий - "главным" героем которого был И. Ньютон, - полное завершение новой научной парадигмы - начало современной науки.

Естествознание получило мощный импульс в эпоху Возрождения. «Это был, - писал Ф. Энгельс, - величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености».

Л. да Винчи говорил: «Влюбленный в практику без науки – словно кормчий, ступающий на корабль без руля или компаса; он никогда не уверен, куда плывет». Л. да Винчи занимался механикой, математикой, физикой, астрономией, геологией, ботаникой, анатомией и физиологией человека и животных. В области механики он ставил эксперименты и стремился определить коэффициент трения, скольжения. Л. да Винчи принадлежат первые попытки в области воздухоплавания и конструирования летательных аппаратов.

Период развития естествознания как науки начался со второй половины XV в. и продолжался до конца XVIII в. Естествознание ставило перед собой задачу изучения механического движения и познания его законов.

Развитию механики способствовали также особенности научного процесса познания явлений. Энгельс писал: «…изучение природы движения должно было исходить от низших, простейших форм его и должно было научиться понимать их прежде, чем могло дать что-нибудь для объяснения высших и более сложных форм его».

Рассматриваемый период развития естествознания характеризовался созданием основ механики. Большое значение для развития механики имело учение Н. Коперника (1473-1543). Гелиоцентрическая система мира – это учение, которое признает и доказывает, что Земля – это одна из планет, вращающихся вокруг Солнца, и что она, помимо этого, вращается вокруг своей оси. Также существовало геоцентрическая система мира, т.е. учение, согласно которому считалось, что Земля находится в центре всей Вселенной. Сочинение Н. Коперника «Об обращении небесных сфер»(1543г.) – одно из выдающихся произведений в истории науки.

Г. Галилей сделал ряд открытий в области астрономии и показал, что наблюдаемые при помощи телескопов явления соответствуют гелиоцентрической системе мира. Он провел большую работу по созданию принципов механики и впервые точно сформулировал основные кинематические понятия (скорость, ускорение); установил количественный закон падения тел в пустоте, согласно которому расстояния, проходимые падающим телом в одинаковые промежутки времени, относятся как последовательные нечетные числа. Ему же принадлежит формулировка исходного закона динамики – принципа инерции. Г. Галилей открыл законы колебания маятника и первый выдвинул идею относительности движения.

И. Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет. И. Ньютон (1643-1727) сформулировал эти законы под углом зрения общих законов движения материи.

В этот период в естествознании сложились метафизические взгляды, в основу которых было положено представление об абсолютной неизменности природы. В соответствии с этими взглядами возникли различные учения о «невесомых материях», которые воплощали идею абсолютности, неизменности сил природы. Для объяснения ряда процессов, например металлургических, немецким ученым Г.Э. Сталем (1660-1734) была создана так называемая теория «флогистона». «Флогистон», по его мнению, - это гипотетическая материя, «горючее начало». Именно существованием этой материи и объясняли химики XVII-XVIII в. процессы горения, окисления и дыхания.

Английский ученый Гарвей является одним из основоположников научной физиологии. Ему принадлежит открытие кровообращения.

Большую роль в развитии медицины и смежных с ней отраслей сыграло на рубеже XVI-XVII вв. введение микроскопирования. В 1609-1610 гг. Г. Галилей сконструировал свой первый микроскоп. Первые микроскопы давали хорошее, неискаженное изображение с увеличением до 300 раз. А. Левенгук впервые наблюдал мир инфузорий.

В мануфактурный период в связи с развитием добычи минерального сырья для выплавки металлов и для нужд медицины были накоплены обширные сведения о минералах и рудах. Для этого периода было характерным возникновение нового кристаллографического направления. М.В. Ломоносов положил начало эволюционному направлению и сравнительно-историческому методу в геологии. Он первым высказал идею о геологическом времени.

Острая борьба развернулась в геологии между двумя противоположными направлениями – нептунизмом и плутонизмом. Основоположником нептунизма является шведский химик и минералог Т. Бергман, который в 1769 г. впервые высказал мысль, что кристаллические породы образовались путем химической кристаллизации из вод «первозданного» океана, а слоистая порода представляет собой продукт разрушения кристаллических пород и отложилась якобы при «всемирном потопе». Дж. Геттон заложил начала плутонизма, согласно которому происхождение всех горных пород объяснялись действием «подземного жара».

Ученик Э. Галилея Э. Торричелли открыл существование атмосферного давления и создал ртутный барометр. Б. Паскаль доказал, что столб жидкости в барометре поддерживается атмосферным давлением. В 1662 г. Р. Бойль установил существование зависимости объема воздуха от давления. Первые наблюдения над действием электрических сил были сделаны еще Ф. Милетским в Греции за 600 лет до н. э. В 1600 г. У. Джильберт установил, что многие тела, подобно янтарю, обладают способностью притягивать легкие предметы после натирания. Он назвал их «электрическими» и тем самым ввел этот термин в науку. Электрические свойства тел Джильберт объяснил тем, что в телах имеется некоторая специфическая электрическая субстанция, выходящая из них при трении и обусловливающая притяжение и отталкивание. Ш. Ф. Дюфе сконструировал прибор для обнаруживания и примитивного измерения электричества – прототип современного электроскопа. В. Франклин сформулировал закон сохранения заряда, сущность которого заключалась в том, что избыток электричества в теле по сравнению с нормальным количеством означает положительный заряд, а недостаток его указывает на отрицательный заряд. При электризации тел электричество переходит с одного тела на другое, общее же его количество остается неизменным. Г.В. Рихман ввел в науку об электричестве количественные измерения, для чего изобрел электроизмерительный прибор - «электрический указатель». В 1767 г. английский химик Дж. Пристли высказал мысль о том, что существует определенное количественное взаимодействие двух электрических зарядов. В 1785 г. Ш. О. Кулон опытным путем с помощью изобретенных им крутильных весов установил зависимость силы между двумя покоящимися электрическими зарядами от их величины и от расстояния между ними.

К началу XIX в. уже были созданы основные представления об электричестве; были изучены важнейшие явления электростатики и дана ее математическая разработка.

В XVII в. крупнейшим достижением в математике явилось открытие логарифмов, которое сделали Дж. Непер и И. Бюрги. Выдающийся французский философ, физик и математик Р. Декарт опубликовал в 1637 г. работу «Геометрия», содержащую основы метода координат в геометрии. П. Ферма и Р. Декарт, Б. Кавальери и Э. Торричелли подготовили почву для создания дифференциального и интегрального исчисления.

Основы нового типа мировоззрения, новой науки были заложены Э. Галилеем. Он начал создавать ее как математическое и опытное естествознание. Исходной посылкой было выдвижение аргумента, что для формулирования четких суждений относительно природы ученым надлежит учитывать только объективные, поддающиеся точному измерению свойства, тогда как свойства, просто доступные восприятию, следует оставить без внимания как субъективные и эфемерные. Лишь с помощью количественного анализа наука может получить правильные знания о мире. А чтобы глубже проникнуть в математические законы и постичь истинный характер природы, Г. Галилей усовершенствовал и изобрел множество технических приборов - линзу, телескоп, микроскоп, магнит, воздушный термометр, барометр и др. Использование этих приборов придавало эмпиризму новое, неведомое грекам измерение. Прежние дедуктивные схоластические размышления о вселенной должны были уступить место ничем не скованному экспериментальному ее исследованию с целью постижения действующих в ней безличных математических законов. Галилей нашел подлинно научную точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы, дающую возможность связать научное мышление, невозможное без абстрагирования и идеализации, с конкретным восприятием явлений и процессов природы.

Особое значение для нас имеют открытия Г. Галилея в области механики, т. к. с помощью новых категорий и методологии он взялся разрушить догматические построения господствовавшей аристотелевской схоластической физики, основывавшейся на поверхностных наблюдениях и умозрительных выкладках, переполненной телеологическими представлениями о движении вещей в соответствии с их природой и целью, о естественных и насильственных движениях, о природной тяжести и легкости тел, о совершенстве кругового движения по сравнению с прямолинейным и т.д. Именно на основе критики аристотелевской физики Г. Галилей создал свою программу строительства естествознания.

Г. Галилей разработал динамику - науку о движении тел под действием приложенных сил. Он сформулировал первые законы свободного падения тел, дал строгую формулировку понятий скорости и ускорения, осознал решающее значение свойства движения тел, в будущем названного инерцией. Очень ценна была высказанная им идея относительности движения. Философское и методологическое значение законов механики, открытых Г. Галилеем, было огромным, ибо впервые в истории человеческой мысли было сформулировано само понятие физического закона в современном значении. Законы механики Г. Галилея вместе с его астрономическими открытиями подводили ту физическую базу под теорию Н. Коперника, которой сам ее творец еще не располагал. Из гипотезы гелиоцентрическая доктрина теперь начинала превращаться в теорию.

Завершить коперниковскую революцию выпало И. Ньютону. Он доказал существование тяготения как универсальной силы - силы, которая одновременно заставляла камни падать на Землю и была причиной замкнутых орбит, по которым планеты вращались вокруг Солнца. Заслуга И. Ньютона была в том, что он соединил механистическую философию Р. Декарта, законы Кеплера о движении планет и законы Г. Галилея о земном движении, сведя их в единую всеобъемлющую теорию. После целого ряда математических открытий Ньютон установил: для того чтобы планеты удерживались на устойчивых орбитах с соответственными скоростями и на соответствующих расстояниях, определяющихся третьим законом Кеплера, их должна притягивать к Солнцу некая сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния до Солнца; этому закону подчиняются и тела, падающие на Землю (это касалось не только камней, но и Луны - как земных, так и небесных явлений). Кроме того, И. Ньютон математическим путем вывел на основании этого закона эллиптическую форму планетных орбит и перемену их скоростей, следуя определениям первого и второго закона Кеплера. Был получен ответ на важнейшие космологические вопросы, стоящие перед сторонниками Н. Коперника, - что побуждает планеты к движению, как им удается удерживаться в пределах своих орбит, почему тяжелые предметы падают на Землю? - и разрешен спор об устройстве Вселенной и о соотношении небесного и земного. Коперниковская гипотеза породила потребность в новой, всеобъемлющей и самостоятельной космологии и отныне ее обрела.

С помощью трех законов движения (закон инерции, закон ускорения и закон равного противодействия) и закона всемирного тяготения И. Ньютон не только подвел научный фундамент под законы Кеплера, но и объяснил морские приливы, орбиты движения комет, траекторию движения пушечных ядер и прочих метательных снарядов. Все известные явления небесной и земной механики были теперь сведены под единый свод физических законов. Было найдено подтверждение взглядам Р. Декарта, считавшего, что природа есть совершенным образом упорядоченный механизм, подчиняющийся математическим законам и постижимый наукой.

Крупнейшим достижением научной революции стало крушение антично-средневековой картины мира и формирование новых черт мировоззрения, позволивших создать науку Нового времени. Основу естественнонаучной идеологии составили следующие представления и подходы: натурализм - идея самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами; механицизм - представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности; отказ от доминировавшего ранее символически-иерархического подхода, представлявшего каждый элемент мира как органическую часть целостного бытия; квантитативизм - универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья; причинно-следственный автоматизм - жесткая детерминация всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики; аналитизм - примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья; геометризм - утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума.

Вторым важнейшим итогом научной революции стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Еще одним результатом научной революции стало утверждение гипотетико-дедуктивной методики познания. Основу этого метода, составляющего ядро современного естествознания, образует логический вывод утверждений из принятых гипотез и последующая их эмпирическая проверка.

Только спустя несколько веков оказалось возможным выделить какие-либо тенденции в XVII в. "Внутри" же него, процессы были мало связаны друг с другом. Мощное эмпирическое движение в естествознании зародилось само по себе - оно отвечало какой-то внутренней потребности познания; философско-методологическое осознание этого "внутреннего движения развивалось также само собой, и то, что сегодня мы видим их тождественность - весомый аргумент в обосновании научности как таковой.

Первыми "концептуалистами" Нового времени принято считать Ф. Бэкона (1561 - 1626) и Р. Декарта (1596 - 1650). Р. Декарт несравненно более глубокий мыслитель - основатель философии Нового времени. В отличие от Ф. Бэкона, Р. Декарт ищет обоснование знания не столько в сфере его практической реализации, сколько в сфере самого знания. Поэтому в центре методологических размышлений ("сомнений") Р. Декарта - мысль и сам Человек. Природа Р. Декарта - вечнодвижущееся чисто материальное образование, основными ее законами являются принципы сохранения количества движения, инерции и первоначальности прямолинейного движения. На основе этих принципов и методологически контролируемого построения механических моделей разрешимы все познавательные задачи, обращенные к Природе.

Р. Декарт провозгласил примат математического описания мира, но дал лишь его качественную картину (хотя сегодня прямоугольные координаты мы называем декартовыми, а у Декарта они были косоугольными и произвольными). Отличительной чертой Декарта-естественника была синкретичность его механики (и оптики) с философией, поэтому все три положения его механики важны для понимания последующей философии естествознания.

Р. Декарт явился типичным представителем ятрофизики - направления в естествознании, рассматривавшее живую природу с позиций физики. Дальнейшее развитие это направление получило в работах итальянского анатома Дж. Борелли (1608-1679) - основоположника ятромеханики, которое в последствии выросло в биомеханику.

С позиций ятрофизики и ятромеханики живой организм подобен машине, в которой все процессы можно объяснить при помощи математики и механики. Подобно ятрофизике широкое развитие получила и ятрохимия - направление, представляющее все процессы, совершающиеся в организме – химическими.