История науки и техники. Материалы и технологии Часть 1

УДК ЗО.г ББК63.3 Ш 39

Рецензенты: В.Б. Миносцев, п р о ф д - р физ.-мат. наук, зав. каф. вОбщая и прикладная математика» Московского государствен­ ного индустриального университета;

Д.В. Штеренлихт, д.т.н., проф. Московского государственного университета природообустройства

Шейпак А.А.

Ш 39 История науки и техники. Ма1,ериалы и технологии: Учеб, пособие. Ч. I. - 2-е изд., с изм. и доп. - М.: МГИУ, 2007. - 276 с.

ISBN 978-5-276-00970-4

ISBN 978-5-276-01062-5 (4.1)

Настоящее издание входит в серию учебных пособий по курсу «Ис­ тория науки и техники». В соответствии с учебным планом содержит сведения по истории становления человеческой цивилизации: об этапах развития техники и технологий, по истории современной промышлен- н о с т

| Первая часть пособия рассказывает об истории возникновения пер­ вых орудий труда и технологий, а также знакомит читателя с краткой историей легкой и пищевой промьппленности^

Предназначено для студентов всех направлений и специальностей, изучающих курс «История науки и техники».

Рекомендовано редакционно-издательским советом Московского государственного индустриального университета в качестве учебного пособия.

УДК ЗО.г ББК 63J

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Если представить себе все направления специалистов, выпускае­ мых высшими учебными заведениями в виде пирамиды, площади сече­ ния которой будут пропорциональны потребности в этих специалистах, то в самом верху будут находиться космонавты и телеведущие. Основа­ ние же пирамиды» безусловно, займут технологи, которые производят большую долю материальных ценностей: организаторы производства, конструкторы технологической оснастки, станочники, инструменталь­ щики, кузнецы, литейщики, сварщики, слесари.

Поэтому рассмотрение в учебной дисциплине «История науки и техники» вопросов возникновения и развития различных ремесел являет­ ся чрезвычайно важным. Московский государственный индустриальный университет (МГИУ) одним из первых в стране ввел эту дисциплину в учебные планы всех инженерных специальностей, причем рабочая про­ грамма дисциплины предусматривает как общеобразовательные темы (первая часть учебного пособия), так и более специализированные темы, представляющие больший интерес для отдельных специальностей, на­ пример для автомобилистов.

Отметим, что история науки и техники является предметом изуче­ ния и в такой прагматичной стране, как Германия. Так, в Штутгартском техническом университете есть институт истории техники, который яв­ ляется подготовительным для всех студентов. После окончания этого ин­ ститута они выбирают инженерную специальность с учетом не только ее потребности в обществе, но и принимая во внимание возможные пути ее развития.

История вообще и история науки и техники в частности всегда были политическими науками. Было время, когда нас учили, что все появилось впервые в нашей стране, что давало остроумным людям повод к известной шутке-афоризму: «Россия - родина слонов». В последние годы появилась другая опасная тенденция: утверждать, что Россия всегда была и останется отсталой страной, способной только перенимать достижения передовых капиталистических стран. Во все времена в нашей стране рождались талан­ ты и находились люди, которые эти таланты поддерживали. Так должно быть и сейчас и всегда.

Изучение истории техники полезно в нравственном отношении и может дать вполне ощутимую пользу в будущей практической деятель­ ности. Желаю автору учебного пособия и его команде дальнейших успе­ хов в работе.

Заслуженный деятель науки Российской Федерации доктор технических наук, профессор О. В. Таратынов

Не то дорого знать, что земля круглая, а то дорого знать, как дошли до этого.

(Л. Н. Толстой)

Historia est magistra vitae. (История - учительница жизни.)

ВВЕДЕНИЕ

Под техникой мы понимаем систематическое применение раз­ личных отраслей знания к решению практических задач. Использу­ ется либо совокупность результатов нескольких наук, либо практи­ ческий опыт. Мир техники - различные машины, приборы, элек­ тронные устройства - окружает нас в прямом и в переносном смыс­ ле с самого раннего детства до глубокой старости. Недаром один из известных американских писателей Митчел Уилсон, физик по обра­ зованию, писал, что, по его мнению, современный человек должен знать технику так же хорошо, как сто - двести лет тому назад люди знали сельское хозяйство. Но техника меняется так быстро; одна модель машины сменяется другой, более совершенной, появляются новые, ни на что не похожие устройства, облегчающие жизнь. Такое многообразие невозможно изучить. К тому же и сама техника, и книги о ней так быстро стареют. Но, может быть, эта изменчивость и является самой важной характеристикой технических объектов. Люди стремятся создавать новое для того, чтобы жить лучше. А из­ вестно, что иногда новое - хорошо забытое старое. Поэтому познать творческий процесс несравненно важнее, чем узнать устройство и принцип действия возможно большего числа машин. Итак, надо знать историю техники. Она не стареет и заметно не меняется, если пишется добросовестными людьми, которые не обязаны подчинятся произвольной доктрине, жестким догматам. Если мы будем знать, как создавались новые орудия труда и новые машины, то сможем использовать эти знания в настоящем и будущем для обучения ме­ тодам творчества. Нельзя понимать написанное буквально. Трудно утверждать о существовании определенного, достаточно строгого алгоритма. Один из исследователей процесса творчества В.В. Нали­ мов отметил, что "... процесс создания новых гипотез не обладает какими-то особыми чертами, которые были бы присущи только науке". Однако достаточное количество интересных примеров мо­ жет перейти в новое качество, хотя для одних этот процесс будет более быстрым, чем для других. Что нужнее всего? Человеческие

культуры с течением времени развивались от простых форм к более сложным, лишь изредка постоянный рост прерывался временным регрессом. Развитие, как правило, шло не плавно, а сопровождалось взрывообразными скачками, когда появлялись новые открытия и прогрессивные технологии распространялись по огромным про­ странствам. Что является двигателем прогресса техники и матери­ альной культуры? Для начальной эпохи развития человечества ответ достаточно однозначен: голод и холод. Однако и в дальнейшем эти чувства были постоянными спутниками человечества. Люди страда­ ли от голода и холода всегда, хотя развитие общества шло по пути все большего и большего потребления пищи и тепла в расчете на среднего человека. Однако пища и особенно одежда очень скоро стали производиться не только для удовлетворения насущных по­ требностей, но и для самовыражения. Тут уместно вспомнить не только знаменитые Лукулловы пиры вельможей Древнего Рима или ужин японского императора. Пища зажиточного крестьянина была таким же индикатором превосходства над более бедным собратом. А назначение одежды для обозначения места человека в обществе! Одежда покрывается вышивкой, золотыми аппликациями, драго­ ценными камнями.

Самым страшным двигателем прогресса является война. Оче­ видно, что захватнические войны вряд ли могли начинать слабые общества, большинство членов которого голодают или замерзают. Войны начинали чаще всего сильные государства или племена, соз­ нающие свою мощь и желавшие ее показать и утвердить. Л.Н. Гу­ милев убедительно показал, что древние кочевые народы шли впе­ ред для приобретения, когда бывали сильными, и уклонялись и ук­ рывались, когда сил было мало. Великий греческий философ Герак­ лит из Эфеса писал, что "война есть отец всего, царь всего. Она сде­ лала одних богами, других людьми, одних рабами, других свобод­ ными". Награбленные на войне богатства очень часто не использо­ вались, а становились символами мощи или принадлежности к из­ бранному богом народу. В то же время достижения военной техни­ ки порождали прогресс во всех областях материальной культуры. Конверсия и двойные технологии стары как человеческое общество. Лук стал основой для создания сверлильных и токарных станков, создатели грозных арбалетов строили башенные часы.

Мы знаем многих изобретателей: И.И. Кулибин и М.Т. Калашников в России; Роберт Фултон и Томас Альва Эдисон в Америке; Джеймс Уатт и Джордж Стефенсон в Англии. Часто их именами называют улицы и площади городов. А недавно один под­

московный город был назван ’’Королев” - в честь Главного конст­ руктора первых космических кораблей. Каждый изобретатель, каж­ дый творческий человек обладает своей особой манерой ставить и решать оригинальные задачи. Каждый из них по-своему талантлив и неповторим. Конечно, современные психологи творчества заявляют, что они знают в чем дело: для того чтобы получить приемлемое ре­ шение проблемы в приемлемое время, нужно иметь большую вос­ приимчивость и совершенствовать ее неустанно и непрерывно. А каким образом? Очевидно, и путем изучения творческих методов великих людей прошлого. Мы не знаем имен первых изобретателей. Кто изобрел, например, каменный топор? Или лук? Древние греки считали, что мифический Прометей подарил людям огонь и всевоз­ можные ремесла. В средневековье считали, что все людское мастер­ ство объясняется божественным озарением. А секреты новых ма­ шин и новых технологий тщательно скрывались от непосвященных, не входивших в цеховые гильдии. Позднее, в эпоху Возрождения, появились книги с описанием машин и механизмов иногда с ссыл­ ками на изобретателя, иногда без них. И тогда автор книги стано­ вился первооткрывателем. Затем появился ’’патент”, что в переводе означает открытая грамота. Один из первых патентов получил вели­ кий Галилей как автор нового водоподъемного устройства. Техни­ ческие открытия стали индивидуальной интеллектуальной собст­ венностью. Их стало возможно продавать и покупать. Очень часто создатели получали небольшое вознаграждение, а состояния и слава доставались удачливым владельцам патентов, купившим их у авто­ ров. Не следует забывать, что предприниматели иногда разорялись, сделав ставку не на достаточно прибыльную новинку. В последние годы имена изобретателей снова часто становятся неизвестными. Это связано, во-первых, с тем, что над созданием новых образцов работают громадные коллективы людей и иногда неизвестно, кто первый сказал главное слово. А во-вторых, очень важным стал во­ прос ’’доводки” идеи до хорошо работающего образца. Появилась даже такая профессия ’’доводчик”. Это о них говорят как о людях с воображением конструктора, тонкими пальцами ювелира и терпе­ нием вола. Инженеры при найме на работу иногда подписывают до­ говор, в котором за условную плату, например, один доллар, они передают все права на свои будущие изобретения фирме. Не следу­ ет думать, что в случае перспективного изобретения они останутся без соответствующего вознаграждения. Умное руководство фирмы так не поступит. Однако и автором, и владельцем патента выступит, например, "Мерседес-Бенц” или "Дженерал-Электрик". Если, ко­

нечно, для рекламных целей руководство фирмы не решит назвать имена людей, ибо совет директоров прекрасно разбирается, кто из сотрудников создает себе имя за счет фирмы и кто создает или мо­ жет создать славу фирме.

Как человек выделился из мира животных и стал создавать орудия труда? Существуют две основные гипотезы: божественная и эволюционная. Гипотеза привнесения основ земной цивилизации инопланетянами (см. известный бестселлер Эриха фон Денникена «Воспоминания о будущем» [1] является разновидностью первой, ибо не объясняет возникновения развитой цивилизации на других планетах. Следует отметить, что католическая церковь в настоящее время не отвергает учения Чарльза Дарвина, однако вопрос, на ка­ кой стадии закончился акт творения и начался процесс развития, ос­ тается открытым. История человеческого рода становится по мере открытия археологов все более древней. Человек умелый homo habilis (2,5 миллиона лет тому назад), затем человек прямоходящий homo erectus (1,5 миллиона лет тому назад), поздним подвидом ко­ торого является неандерталец и, наконец, человек разумный (homo sapiens), к которому относятся все ныне живущие люди.

Одно из наиболее значительных научных достижений было сделано Алланом Уилсоном и Ребеккой Канн из Калифорнийского университета в Беркли (США) в 1991 году. Генетические исследова­ ния показывают, что нашим общим предком была африканская жен­ щина, жившая примерно между 100-150 тысяч лет тому назад (общее количество особей тогда составляло не более 10000 чел.). Различные группы людей были вытеснены человеком современного типа. Повидимому, архаичные женщины не передали митохондриальных ге­ нов современным людям в Европе, Восточной Азии и Австралии. К такому же выводу приходят и лингвисты, хотя до реконструкции общего языка еще далеко. Эта задача необычайно трудоемка, не­ смотря на применение компьютеров. Есть и другие сложности. Язы­ ки за одно тысячелетие теряют около 20% морфем. Это значит, что за 5000 лет два некогда родственных языка могут утратить все общие лексические единицы. Существенно за этот срок поменяется и грам­ матика, так что языки становятся не родственными.

Открытия в пещерах подразумевают проживание современных людей бок о бок с неандертальцами в течение 60 тыс. лет, однако свидетельств скрещивания между ними нет. Примерно 40 тыс. лет назад, в результате смешения одного биологического вида людей различных типов, в Европе появился современный человек. Харак­ терная деталь - неандертальцы, вероятно, ушли не сразу, а вымира­

ли постепенно. Наиболее древние скелеты первых современных лю­ дей, найденные на территории Израиля, находились на расстоянии всего нескольких миль от современных им остатков неандертальцев. Отметим, что время существования homo sapiens насчитывает не бо­ лее 10000 поколений, а основные географические расы сформирова­ лись около 1500 поколений назад. Необходимо отметить, что воз­ никновение рас - не результат приспособления людей к определен­ ным условиям жизни, а случайный продукт малых выборок. На но­ вую территорию приходила маленькая группа людей, приносившая с собой не весь генофонд человека, а какую-то его случайную часть.

В журнале Science генетики Хенрик Кэссман и Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Макса Планка опубликовали статью о своих исследованиях ДНК людей и шимпанзе. Результаты исследований свидетельствуют: в то время как шимпанзе имеют дос­ таточно много разных предков, люди произошли от очень ограни­ ченного числа сородичей. И вовсе не исключено, что всего от двух. Вывод сделан на основании того, что шимпанзе генетически разнятся между собой гораздо больше, чем люди. А чем больше разницы, тем больше разных предков вносили свои гены в общий геном.

Ученые исследовали ген Xql3.3, расположенный на X- хромосомах людей и шимпанзе. Функция этого гена пока неясна, однако известно одно его интересное свойство: мутации его проис­ ходят чрезвычайно редко. И значит, у обоих видов он сохранился без изменений с незапамятных времен. Так вот обнаружено, что у шимпанзе этот ген имеет почти в четыре раза больше вариаций, чем у людей. К тому же у обезьян он в три раза древнее.

Исследования генетиков доказали, что генофонд ’’братьев меньших" гораздо богаче человеческого. Их гены гораздо сильнее отличаются друг от друга, чем, скажем, гены европейцев и афри­ канцев. И по сравнению с обезьянами, люди разных рас оказались необычайно близки генетически. А дальнейшее изучение гена Xql3.3 позволило предположить, что наша "праматерь Ева", обла­ дающая полным комплексом генов Homo sapiens, соблазнила, если верить писанию, доверчивого Адама примерно 200 тысяч лет назад.

Первые следы применения огня находят на европейских сто­ янках ледниковой эпохи (примерно 400000 лет). Они относятся к эпохе человека прямоходящего, который вышел за пределы своей африканской родины. Однако только к концу нижнего палеолита, порядка 100000 лет назад, костер становится практически постоян­ ным спутником человека. Именно это достижение многие ученые считают отправным пунктом для окончательного размежевания ми­

ра животных и человечества. Вместе с членораздельной речью кос­ тер дал такой элемент культуры, как совместную трапезу. Если жи­ вотные утоляют голод совершенно случайно, для человека совмест­ ное принятие пищи является обычным и составляет определенный ритуал. После открытия огня (в природе огонь встречается редко: вблизи вулканов при извержении и при лесных пожарах, вызванных молнией или самовозгоранием на торфяных болотах) приготовление пищи входит в повседневную практику. Огонь позволил совершен­ ствовать изделия из дерева; без него был бы невозможен век метал­ лов. Самые архаичные народы добывают огонь путем трения дерева о дерево или ударом кремня о кремень. Долго добывание огня было трудным делом (это прекрасно описано в романе Рони Старшего «Борьба за огонь»), поэтому костер старательно охраняли. С тех пор огонь и очаг стали символизировать семью, ибо сохранение огня становится священной обязанностью. Кроме кулинарии огонь стал применяться для освещения (лампы и факелы существуют по край­ ней мере десятки тысяч лет), для согревания и отпугивания хищни­ ков.

Технологию изготовления орудий труда, которые начал изго­ тавливать человек умелый, с большей долей достоверности можно отнести не к творческой деятельностью, а к инстинктивным навы­ кам. Многие представители животного мира либо используют ок­ ружающие их предметы в качестве орудий, либо даже создают их.

По мере усовершенствования орудий труда и навыков, росла численность человечества. 12000 лет тому назад в конце палеолита на Земле жило не более 5 миллионов собирателей и охотников. К пятому тысячелетию до нашей эры население земли возросло до 20 миллионов. Это было результатом неолитической революции: пере­ довая часть человечества перешла от присваивающей формы хозяй­ ства к производящей (земледелие и животноводство). Термин "не­ олитическая революция" ввел английский антрополог и историк Гордон Чайльд. Он несколько условен, так как перемены происхо­ дили в течение нескольких тысячелетий и не одновременно по всей земле. Земледелие и скотоводство позволяет создавать и накапли­ вать излишки продуктов и совершенствовать разделение труда. По­ являются первые ремесла и люди, наделенные функцией руково­ дства. Общество раскололось на привилегированных и трудящихся. Появляется государство, которое предполагает использование средств принуждения. Переход к веку металлов (4000 лет до новой эры) не привел к более радикальной смене хода эволюции человече­ ства по сравнению с земледелием и животноводством.

За семнадцать веков нашей эры численность людей возросла с 200 миллионов до 500 миллионов. В XIX веке население земли дос­ тигло миллиарда, а к началу XX века -двух миллиардов. Сейчас нас 6 миллиардов.

Можно ли научить человека изобретать, то есть создавать су­ щественно новое? Разумеется, ответ будет положительным. Суще­ ствует множество подходов для решения поставленной задачи. Один из возможных подходов был предложен в нашей стране [2, 3] и успешно развивается [3]. Изучение опыта прошлых поколений также помогает решению поставленной проблемы. Правда, совре­ менные исследования показывают, что. гениальность максимум на 20-30% зависит от воспитания и личных трудов. 70-80% - это врож­ денное. Однако и 20% в наше время означает очень много, значи­ тельно больше, чем сто-двести лет тому назад, когда великий Гете утверждал, что гений - «это 1% таланта и 99% пота». Совершенно очевидно, что если нерационально использовать 20%, то пропадут и главные 80%.

Один из творцов исторического материализма, Фридрих Эн­ гельс, утверждал, что «труд создал человека». Однако существуют и другие мнения. Так, известный итальянский гуманист Лоренцо Вал­ ла (1403-1457) отмечал пять важнейших условий, необходимых для успешной творческой работы: 1) общение с образованными людь­ ми; 2) изобилие книг; 3) удобное место; 4) свободное время; 5) ду­ шевный покой. Тогда можно достичь высшего мерила счастья - земной радости человеческого бытия.

Человек умелый существовал более миллиона лет. Примерно столько же действовал на земле и человек прямоходящий. Они не­ утомимо трудились, изготавливая каменные и деревянные орудия, занимаясь собирательством и охотой. Однако заметного прогресса не было, и эти виды вымерли. Человек разумный получил наряду с другими инстинктами инстинкт творчества. Американский физик и писатель Митчел Уилсон писал: «...есть такой особый инстинкт - тяга к творчеству; считается, что это свойственно только художни­ кам, но такой инстинкт заложен почти в каждом человеке. И когда он заставляет тебя что-то создавать, какая же это, должна быть, ве­ ликая и чистая радость.

В.Р. Дольник прямо пишет, что не может понять, как труд мог создать человека [4]. Человека создал естественный отбор. На при­ мере многих видов животных видно, что во многих случаях естест­ венный отбор может происходить в направлении увеличения мозга и повышения интеллектуальности. Необходима сложная и разнооб­