Астрономия

Астрономия в эту эпоху обогащается астрофизикой, одним из создателей и крупнейшим представителем которой стал Федор Александрович Бредихин (1831-1904) – создатель теории кометных форм и теории происхождения метеорных потоков из комет, создатель первой в России астрофизической обсерватории, в которой проводил впервые в России точнейшие гравиметрические исследования. Вместе с тем, исследования Ф.А. Бредихина – это все основные разделы астрономии того времени, везде он оставил значительный след. В области астрономии он с исключительной для своего времени точностью измерил положение малых планет, в гравиметрии – провел исследования поворотного маятника и уклонения отвеса. Под его руководством и по его настоянию в Пулковской обсерватории были установлены новые, более современные спектрографы и астрограф. В области астрофизики помимо отмеченных уже впервые изученных спектров комет Ф.А. Бредихин исследовал хромосферу солнца, поверхности Юпитера и Марса. Ф.А. Бредихин как астрофизик получил широкое международное признание: он был избран главным корреспондентом Астрономического общества в Англии, действительным членом Немецкой академии «Леопольдина» и многих других. Работы Ф.А. Бредихина продолжали крупные ученые А.А. Белопольский и В.К. Цераский.

Физика

В 1872 г. в России создается первая крупная физическая лаборатория. Ее основателем был А.Г. Столетов (1839-1896) – автор систематических исследований фотоэффекта, глава научной школы.

Петр Николаевич Лебедев (1866-1912), стараясь экспериментально подтвердить электромагнетическую теорию света, создал в 1895 г. тончайшую установку, с помощью которой впервые в мире получил миллиметровые электромагнитные волны, а затем изучил на их примере все явления, присущие световым волнам. В дальнейшем он осуществил замечательные работы, впервые обнаружив и измерив давление света на твердые тела и газы, создав крупнейшую в России физическую школу. Успехи теоретической и экспериментальной физики способствовали развитию электротехники, представленной в эту эпоху многими замечательными именами, среди которых, прежде всего, необходимо назвать А.Н. Лодыгина, В.Н. Чиколева, М.О. Доливо-Добровольского и основателя отечественного радио А.С. Попова.

Труды Александра Николаевича Лодыгина (1847-1923) в области электротехники позволяют считать его одним из основателей электротермии. В 1874 г. А.Н. Лодыгин изобрел так называемую лампу накаливания, в которой ток накаливал тонкий стерженек из ретортного угля, помещенный под стеклянным колпаком. Срок службы первых ламп такого рода был 20-30 минут. В дальнейшем А.Н. Лодыгин усовершенствовал свою лампу, используя несколько стержней, включаемых один за другим по мере их сгорания, а также выкачивание воздуха из колпака с последующим накаливанием в вакууме, что позволило довести срок службы лампы почти до 50 суток. А.Н. Лодыгин неоднократно демонстрировал публично возможности использования своего изобретения в практических целях (освещение улиц, кораблей, промышленных предприятий). Впоследствии его новые молибденовые и вольфрамовые лампы с успехом демонстрировались на Парижской выставке в 1900 г. Несмотря на то, что за свои работы в области электротермии А.Н. Лодыгин был удостоен Ломоносовской премии, достойной поддержки от государства выдающийся ученый не получил и вынужден был большую часть своей жизни работать за границей (США), где и умер на склоне лет, также во многом не реализовав свои многочисленные проекты (приборы электрического отопления, респираторы с электрическим получением кислорода для дыхания, работы по электрическому току на трамваях и метрополитене).

Владимир Николаевич Чиколев (1845-1898) – один из учредителей электротехнического отдела РТО и первый редактор журнала «Электричество». Работы В.Н. Чиколева по светотехнике интересны и разнообразны. Так, он впервые предложил использовать в дуговой лампе принцип дифференциального регулирования и разработал ряд оригинальных конструкций дифференциальных регуляторов. В 1870-1880 гг. он разрабатывает оригинальную методику прожекторного освещения: теорию расчёта прожекторного пучка в виде системы «оптического дробления света» при помощи трубчатых и плоских зеркал, пытаясь применить её на практике при проектировании освещения Литейного моста в Петербурге и Охтинского завода. Однако, на практике, электрическое освещение по методу Чиколева было применено только в военном деле.

Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862-1919) по окончании высшего технического училища в Дармштадте (Германия) поступил на работу конструктором одного из заводов электротехнической компании Т. Эдисона, а впоследствии стал директором компании. Вся деятельность этого незаурядного учёного проходила за границей, что, в данном случае и в тех условиях, только способствовало признанию его работ и изобретений. В историю науки он вошёл как создатель техники трехфазного тока, последовательно разрабатывая идею трёхфазного генератора переменного тока от первого асинхронного двигателя до создания всех элементов трёхфазных цепей переменного тока: трансформаторов, пусковых реостатов, фазометров, разнообразных схем включения генераторов и двигателей. В 1891 г. на Всемирной выставке электротехники во Франкфурте-на-Майне учёный демонстрировал первую в мире трёхфазную систему передачи электроэнергии на расстояние около 170 км.

К числу многочисленных технических изобретений и усовершенствований М.О. Доливо-Добровольского относятся: приборы для устранения в телефонах помех от электрических сетей сильных токов; усовершенствованные электромагнитные амперметры и вольтметры для измерения постоянного и переменного токов; способ деления напряжения постоянного тока, основанный на применении неподвижной катушки индуктивности – делителя напряжения, широко применяющийся в настоящее время метод гашения электрической дуги в выключающихся аппаратах.

В отличие от этих относительно благополучных судеб, научная биография Александра Степановича Попова (1859-1905) была куда более сложной и драматичной. Преподаватель физики и электротехники Минного офицерского класса и Технического училища Морского ведомства в Кронштадте, профессор Петербургского электротехнического института – это официально, ещё и педагог-надомник, постоянно перегруженный повседневными заботами. Единственный кормилец в семье, он занимался наукой лишь в свободное от преподавания время. Постоянные материальные затруднения, интенсивная работа и слабое здоровье мешали гениально одаренному изобретателю осуществить планомерно все, что он задумал. Тем не менее, его «грозоотметчик», сконструированный в развитии радиотехнических опытов знаменитого немецкого физика Г. Герца, позволил впервые зарегистрировать электрические сигналы, что, по сути, и стало первым шагом к изобретению радио. В 1895-1896 гг. А.С. Попов продолжал свои работы по передаче сигнала на расстоянии, а в марте 1896 г. дал первую в мире радиограмму на расстоянии 250 метров из двух весьма символичных слов «Генрих Герц», что демонстрировало отсутствие у замечательного ученого каких бы то ни было личных карьерных планов, с одной стороны, и глубочайшее уважение к трудам иностранных коллег, с другой.

Однако нерасторопность с патентованием изобретения как самого Попова, так и соответствующих российских ведомств не позволили великому ученому при жизни стать на один уровень с другим изобретателем радио – Г. Маркони, и золотая медаль Парижской выставки А.С. Попова_, конечно же, несопоставима с Нобелевской премией Г. Маркони. К тому же, чересчур интенсивные опыты радиосвязи 1897 г. имевшее особое военное значение, не предавались огласке. С другой стороны, несмотря на блестящие опыты на Балтийском и Черном море, морское министерство не спешило с радиофикацией флота, на которой горячо настаивал ученый. Созданная в 1900 г. А.С. Поповым при Кронштадтском порту специальная мастерская по изготовлению приборов для беспроволочного телеграфа не обладала ни соответствующим оборудованием, ни персоналом должной квалификации, а поспешное снабжение флота наилучшими радиостанциями накануне Русско-японской войны 1904-1905 гг. также практически ничего не дало – приборы не сработали в военное время должным образом. Радиоопыты А.С. Попова, как и другие его физические эксперименты, прервала его ранняя кончина. К сказанному следует добавить, что именно А.С. Попов впервые в России сделал рентгеновские снимки предметов и конечностей человека, а в 1893 г. построил «Телефонный приемник депеш для слухового приема радиосигналов (на головные телефоны)». И очень многое из намеченного он так и не успел совершить. По-настоящему, его достижения были оценены лишь после смерти, сначала в России, а в последнее время и за рубежом, где все чаще называют изобретателями радио и Г. Маркони, и А.С. Попова, работавших в одно и то же время.

Химия

В области химии русские ученые занимали в эту эпоху ведущее место в Европе, прежде всего, благодаря фундаментальным открытиям A.М. Бутлерова и Д.И. Менделеева.

Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886) – создатель теории химического строения. Основные идеи этой теории он изложил в докладе «О химическом строении вещества», прочитанном 6 сентября 1861 г. на съезде немецких естествоиспытателей-врачей в Шпейере. Фундаментальные положения теории, сразу вызвавшей интерес, сформулированы таким образом: «Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определённое и ограниченное количество химической силы (сродства), в которой он принимает участие преобразования тела, я назвал бы химическим строением эту связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле», и далее «...химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением».

Там же А.М. Бутлеров намечает путь для определения химического строения и формирует правило, которым можно при этом руководствоваться. Бутлеров впервые объяснил, разрабатывая в дальнейшем свою теорию химического строения, явление и з о м е р и и тем, что изомеры – это соединения, обладающие одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением. Таким образом, в химической науке впервые было произведено различение понятий «состав» и «строение». Более того, А.М. Бутлеров пришёл к выводу, что зависимость свойств изомеров и вообще органических соединений от химического строения объясняется существованием в них передающегося вдоль связей «взаимного влияния атомов», в результате которого атомы соответственно их структурному окружению приобретают различное «химическое значение». Самим А.М. Бутлеровым и особенно его учениками В. В. Марковниковым и А.Н. Поповым это положение было конкретизировано в виде многочисленных правил, которые уже в XX в. получили электронное объяснение.

Бутлеров впервые начал на основе теории химического строения систематические исследования полимеризации, которые в дальнейшем способствовали открытию С.В. Лебедевым промышленного способа получения синтетического каучука, синтезировал целый ряд органических соединений (уротропин, полимер формальдегида и др.)

Огромная заслуга А.М. Бутлерова – создание крупнейшей научной школы химиков-органиков. Среди его учеников учёные мирового уровня: Е.Е.Вагнер, А.М. Зайцев, И.Л. Кондаков, М.И. Коновалов, В.В. Марковников, Ф.М. Флавицкий и др. Отличительной чертой Бутлерова как руководителя было то, что он учил личным примером – ученики всегда могли наблюдать, над чем и как работает профессор.

Огромное внимание А.М. Бутлеров уделял борьбе за признание Академией наук заслуг русских учёных. В частности, в 1882 г. в связи с академическими выборами, на которых был большинством голосов избран академиком Ф.Ф. Бейльштейн, а не Д.И. Менделеев, который так и не стал академиком, Бутлеров обратился к общественному мнению, опубликовав гневную обличительную статью «Русская или только императорская академия наук в Санкт-Петербурге». Много внимания уделял выдающийся химик женскому высшему образованию, активно участвовал в организации Высших женских курсов, создал химические лаборатории для этих курсов.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) – великий мыслитель, предметом постоянной заботы которого было не только развитие химической науки, но и интересы научно-технического, промышленного прогресса России в целом. Его деятельность как химика, физика, метролога, экономиста, статистика, геолога, историка науки находила свое выражение в самых неожиданных формах, проектах, изобретениях: от рецепта качественной водки до подробнейшего экономического обследования ресурсов Урала и Донбасса, от специального руководства по карточным играм до обширной программы освоения Северного морского пути, от бесстрашных полетов в одиночку на воздушном шаре до изобретения бездымного пороха, от периодических выступлений в печати по вопросам изобразительного искусства (как знаток живописи ученый получил самую высокую оценку, будучи избранным почетным академиком Академии художеств, и это при том, что он так и не удостоился стать действительным членом Академии наук) до промышленного способа фракционного разделения нефти. Автор более 500 научных работ, колоссального литературного и эпистолярного наследия, Д.И. Менделеев вошел в мировую науку, прежде всего, как блестящий теоретик. Его знаменитый закон периодической зависимости свойств химических элементов от их атомных масс и составленная на его основе периодическая система химических элементов положили начало новой эпохи не только в химии, но и в физике. Необходимо отметить, что, в отличие от многих и многих примеров непризнания отечественных ученых при жизни, тут ситуация сложилась иная, ибо еще при жизни Д.И. Менделеева предсказанные им элементы были открыты – галлий, скандий и германий.

Работы Д.И. Менделеева в области физической химии (гидратная теория растворов, определение для каждой жидкости характерной температурной точки, когда исчезает граница между жидкостью и газом - «критической температуры»), метрологии – изобретение точных весов, педагогики – классический учебник «Основы химии», как и отмеченные выше – подробно и всесторонне изучены и оценены. Менее известны его философские взгляды, которые можно охарактеризовать как научно-материалистические в силу специфики научных занятий, но с некоторыми существенными оговорками. В рамках своей системы, которую Д.И. Менделеев называл «реализмом», он признавал существование трёх (не двух!) первичных начал мира: вещества (материи), силы (энергии) и духа. Хотя в своей сущности эти величины, по мнению Д.И. Менделеева, непознаваемы, в их физико-химических проявлениях они неограниченно познаваемы. При этом Д.И. Менделеев признавал качественное своеобразие различных уровней организации и соответственно несводимость свойств сложных объектов к некой первоматерии. В целом, Д.И. Менделеев не относился к фетишистам-естественникам, воспринимавшим успехи мирового естествознания в его «золотой» XIX в. как доказательство всесилия науки; при всём колоссальном интересе к естествознанию в самом широком смысле этого слова он подходил к науке скорее как практик-хозяйственник.