Г.Н. Виноградова
ИСТОРИЯ НАУКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И
ОПТИКИ
Г.Н. Виноградова
ИСТОРИЯ НАУКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2012
Виноградова Г.Н. История науки и приборостроения. – СПб: НИУ ИТМО, 2012. – 157 с.
Рассматривается ход истории науки и образования с учетом изменения мировоззрения, а также развитие оптического приборостроения на примере истории микроскопии.
Учебное пособие предназначено для обучения магистров по направлению 200700 Фотоника и оптоинформатика для изучения дисциплины «История и методология фотоники и оптоинформатики». Материал может быть рекомендован для студентов старших курсов физико-технических специальностей.
Рекомендовано к печати Ученым Советом факультета Фотоники и оптоинформатики. Протокол Совета № 7 от 17.11.2011 г.
В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы.
© Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2012 ©Виноградова Г.Н., 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. ПЕРИОД НАКОПЛЕНИЯ ЗНАНИЙ 9
§ 1.1. Религиозные представления и рациональные знания 9
§ 1.2. Возникновение письменности 10
§ 1.3. Устройство Мира в представлениях древних
цивилизаций 12 § 1.4. Образование 17
§ 1.5. Древние ремесла и технические достижения 18
Глава 2. РОЖДЕНИЕ НАУКИ ДРЕВНЕЙ ГРЕЦИИ 20
§ 2.1. Древняя Греция 20
§ 2.2. Персидская империя 23
§ 2.3. Новые явления в духовной жизни стран, входящих
в Персидскую империю VI - IV вв. до н.э. 25
§ 2.4. Коренные перемены мировоззрения 27
§ 2.5. Рождение науки 29
§ 2.6. Система образования 39
Глава 3. АЛЕКСАНДРИЯ – ЦЕНТР НАУКИ И 43 ОБРАЗОВАНИЯ
§. 3.1. Эпоха Александра Македонского 43
§ 3.2. Александрия 46
§ 3.3. Ученые Александрийской школы 50
§ 3.4. Образование - Александрийская энциклопедия 53
§ 3.5. Механика и медицина в Мусейоне 53
§ 3.6. Александрийский Мусейон и династия Птолемеев 55
ЭПОХА РИМСКОЙ ИМПЕРИИ Краткая история Рима |
Глава 4. 56
§ 4.1. 56
§ 4.2. Восточные города Римской империи 57
§ 4.3. Философия в эпоху Римской империи 58
§ 4.4. Зарождение христианской традиции 60
§ 4.5. Основные различия языческого и христианского 61 мировоззрений
Глава 5. ВОСТОЧНАЯ РИМСКАЯ ИМПЕРИЯ -
ВИЗАНТИЯ 64
§ 5.1. Основание Константинополя 64
§ 5.2. Образование 67
§ 5.3. Гибель Византии 70
Глава 6. АСТРОНОМИЯ И МАТЕМАТИКА В СТРАНАХ ИСЛАМА 71
§ 6.1. Багдадский «Дом мудрости» 71
Глава 7. СРЕДНЕВЕКОВАЯ ЗАПАДНАЯ ЕВРОПА 73
§ 7.1. Монастыри и их влияние на западноевропейскую 73 культуру
§ 7.2. Новые формы механизации труда и технические
достижения 75
§ 7.3. Монастырское образование 75
§ 7.4. Первые западноевропейские университеты 77
Глава 8. ЭПОХА ВОЗРОЖДЕНИЯ И ГУМАНИЗМА 79 § 8.1. Первый центр Возрождения – Испания 79 § 8.2. Второй центр Возрождения - Италия 82
§ 8.3. Флорентийская Платоновская академия 83
§ 8.4. Флорентийская камерата 84
§ 8.5. Подъем экономики Западной Европы 84 § 8.5. Реакция католической церкви 89 § 8.6. Формирование нового взгляда на науку 92
Глава 9. Творцы научной революции
НОВОГО ВРЕМЕНИ 96 § 9.1. Николай Кузанский 96
§ 9.2. Николай Коперник 97
§ 9.3. Тихо Браге 99
§ 9.4. Иоганн Кеплер 102
§ 9.5. Тихо Браге и Кеплер 106
§ 9.6. Галилео Галилей 108 § 9.7. Кеплер и Галилей 110
Глава 10. Академии наук как новая форма 111 организации науки
§ 10.1. Академия Линчеи и Академия Чименто 111 § 10.2. Лондонское Королевское общество 111
§ 10.3. Роберт Гук 114
§ 10.4. Лондонское Королевское общество и Антони ван
Левенгук 120
Глава 11. Образование и оптические приборы в россии 123
§ 11.1. Основание высшего образования в России 123
§ 11.2. Микроскопы в России 124
§ 11.3. Петр I и Левенгук 125
§ 11.4. Дворцовая мастерская Петра I 125 § 11.5. Петербургская Академия наук 127
§ 11.6. Академическая мастерская 127
§ 11.7. Микроскопы Кунсткамеры 128
§ 11.8. Леонард Эйлер 129
§ 11.9. Оптика микроскопов в трудах Эйлера 131
§ 11.10. Солнечный микроскоп 131
§ 11.11. Изобретение ахроматического объектива 132
§ 11.12. Ахроматический микроскоп Эпинуса 133
§ 11.13. Микроскопы в учебных заведениях России конца
XVIII века 134
Глава 12. Оптическое приборостроение западной европы 136
§ 12.1. Французская Энциклопедия – популяризация идей
просвещения и технических наук 136
§ 12.2. Открытия в оптике и производство микроскопов 137
§ 12.3. Джозеф фон Фраунгофер 139
§ 12.4. Микроскопы фирмы Карла Цейсса 140
§ 12.5. Эрнст Аббе – преподаватель и предприниматель 141 § 12.6. Теория Аббе в изложении его учеников 144
§ 12.7. Как реагировала биология на достижения
микроскопии 145
Глава 13. От теории аббе до новых достижений в микроскопии и других оптических методов 146
§ 13.1. История создания электронного микроскопа 146 § 13.2. От Аббе до Габора и Денисюка 148
§ 13.3. Нобелевская премия Цернике за метод фазового
контраста 149
§ 13.4. Производство микроскопов в Советском Союзе 150
§ 13.5. Дальнейшие достижения в микроскопостроении 151
Литература 154
Введение
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «История и методология фотоники и оптоинформатики». Методология представляет собой учение о методе. Слово «метод» в переводе с греческого языка означает «путь», а с точки зрения философии «метод» – это основной путь познания объективных законов изучаемой области явлений, тесно связанный не только с изучением самих законов, но и с общим мировоззрением.
В документе «Образовательный стандарт по направлению подготовки 200700 Фотоника и оптоинформатика» термин «фотоника» определяется, как область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в элементах, устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются, модулируются, распространяются и детектируются оптические сигналы; а термин «оптоинформатика» – как выделившаяся область фотоники, в которой создаются оптические устройства и технологии передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации. Таким образом, уже в названии дисциплины присутствуют термины, связанные как с историей науки, так и с историей философии и мировоззрения, а также с историей оптики и оптических устройств и приборов. Как это все увязать?
Ход истории науки и образования мы будем рассматривать с учетом изменения мировоззрения. Однако необходимо сузить нашу задачу. Для этого ход истории науки будем рассматривать на примере развития оптики и оптического приборостроения, а развитие оптического приборостроения, в свою очередь, - на примере истории микроскопии.
Начнем с истории науки. Где и когда зародилась наука? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Дело в том, что разные авторы вкладывают в понятие «наука» различные содержания:
если науку отождествлять с практическими знаниями, накопленными поколениями людей для передачи опыта потомству, то она появилась на заре человеческой истории;
если науку представлять как систематическое знание, то она родилась приблизительно в VI - V веках до н.э. в Древней Греции;
если наука – это знание, основанное на экспериментальных данных, то она появилась в Европе в XVI - XVII веках.
Одни историки подчеркивают важнейшую роль китайской и индийской цивилизаций в развитии науки и техники, а другие считают, что учителями латинского Запада были арабы. Но арабы учились у древних греков и персов. Древние греки в свое время учились у древних египтян, финикийцев и вавилонян и т.д. Таким образом, свой вклад в науку вносили разные цивилизации.
В ХIХ - ХХ веках начинает складываться синтез науки, техники и производства. Деятельность ученого в этом случае мотивируется не столько духовными запросами искания истины, как в предыдущие века, сколько стремлением получения практического техникопроизводственного эффекта.
Вопрос о научном знании как историческом процессе рассматривал американский философ науки Томас Кун (1922 - 1996) в своей книге «Структура научных революций» (1962). Мы будем придерживаться идеи деления состояния науки по Куну. Он считает, что «нормальная наука» представляет собой совокупность важнейших научных достижений, которые признаются научным сообществом и принимаются им в качестве образца, например, евклидова геометрия и классическая механика. Кризисную ситуацию в науке Т. Кун называет «экстраординарной наукой» или «научной революцией».
А что происходит между революциями? Между революциями наука либо развивается и накапливает знания в рамках принятого мировоззрения без особых потрясений, либо ее развитие тормозится или даже деградирует. Когда в истории происходили наиболее резкие изменения мировоззрений, повлекшие за собой научные революции?
1-я научная революция произошла в VI веке до н. э. в Греции. Это время можно считать временем рождения науки, все дисциплины которой существовали в рамках натурфилософии.
2-я научная революция произошла в XVII веке в Западной Европе. Изменения мировоззрения были связаны с эпохой Возрождения и Просвещения. Вершиной науки Нового времени стала теории всемирного тяготения, сформулированная Ньютоном в XVII веке. Математику и физику XVIII века принято называть классическими.
3-я научная революция произошла в XX веке и произошла она «на планете Земля». Впервые научные достижения повлияли на мировоззрение, а не наоборот, как в предыдущие эпохи. Философия физики XX века сформировалась на теории относительности, квантовой механике и термодинамике открытых систем (физической синергетики). Эти открытия привели к пересмотру фундаментальных понятий классической физики.
А что происходит в настоящее время? Возможно, мы являемся свидетелями 4-ой научной революции? Дело в том, что появление в XX веке компьютеров привело к колоссальному увеличению объемов перерабатываемой информации и ее доступности. Если в конце XVIII столетия сумма человеческих знаний удваивалась примерно за 50 лет, в середине ХХ века — за 10 лет, то сейчас период удвоения составляет уже 2 — 3 года. Этот экспоненциальный рост называют информационным взрывом. К чему он приведет? Возможно, фундаментальные открытия в области космологии и элементарных частиц приведут к философским проблемам, решение которых создаст предпосылки для новой научной революции…
Кроме того, необходимо учитывать, что на ход развития науки огромное влияние оказывает мировоззрение ученого независимо от того, сознает он это или нет, хотя практика научно-исследовательской работы порой порождает иллюзию, будто это влияние чрезвычайно мало. Ощутимое влияние мировоззрения на науку проявляется только в эпохи научных революций, т. е. в периоды его резкого изменения, вслед за которым и происходит переоценка фундаментальных теоретических понятий. Причем необходимо подчеркнуть, что движущей силой этого процесса являются люди, образующие научное сообщество, смена господствующего мировоззрения которых и влияет на науку.
Историю формирования и изменения мировоззрений будем рассматривать по работам А.Ф. Лосева «История античной эстетики. Итоги тысячелетнего развития» и «Эстетика Возрождения». Заметим, что философ и филолог Алексей Федорович Лосев (1893 - 1988) был учеником Павла Флоренского (1882 - 1937).