NMP_-_Istoria_nauki_i_tekhniki

корабль «Ройял Соверен». Это был самый большой корабль тех времен, он имел водоизмещение 1700 тонн и 126 пушек. К концу столетия Англия имела больше ста линейных кораблей. Английский флот стал господствовать на морях. Англия сменила Голландию и захватила в свои руки посредническую торговлю. Голландские купцы переселялись со своими капиталами в Лондон, принимали английские имена и становились английскими купцами. Англия стала процветающей торговой державой – и гарантом этого процветания был линейный корабль, изобретение Финеаса Петта.

Промышленная революция.

Отвечая на последний вопрос семинарского занятия, студент должен понимать, что рост научного знания, потребности бурно развивающегося капитализма, увеличение внутреннего потребления и увеличение спроса на промышленные товары, привели к созданию новых технических устройств

— рабочих машин. Тем самым начался процесс перехода от мануфактурного производства к промышленному.

Давая оценку промышленной революции, следует это широкое понятие связать с серией радикальных изобретений и инноваций, которые весьма слабо инициировались научными исследованиями до конца XIX в. Но, в тоже время, имперское положение, которое завоевала Англия к концу XVIII столетия, позволяло ей расширить рынок промышленных товаров, в первую очередь – текстильных. Такое положение требовало новых способов и подходов к труду, способствующих интенсификации промышленного производства. В конце XVIII в. в этой стране начался второй этап промышленного переворота, связанный с заменой водяных двигателей паровыми машинами. Благодаря ускоренному промышленному развитию, применению новых технологий, захвату новых рынков сбыта и сырья в колониях, Англия постепенно становится «мастерской мира» и главным мировым арбитром. Так, в середине XVIII в. были изобретены: прядильная машина («Дженни») Дж. Харгривса (1764); вотерная машина Р. Аркрайта (1769); мюль-машина С. Кромптона (1779); механический ткацкий станок Картрайта (1785).

Следует обратить внимание на то, что резкая концентрация производства, развитие железообрабатывающей и химической промышленности на фоне острой нехватки древесины интенсифицировали рост добычи каменного угля, что стимулировало, в свою очередь, появление новых направлений в горном деле и транспорте. А это привело к широкому применению чугуна. На этом фоне особенно остро встала проблема энергетики: маломощные водяные колеса, «привязанные» к рекам, так же, как и конная тяга, стали вопиющими анахронизмами.

41

Характеризуя историю создания парового двигателя – этой «философской» машины XVIII века, нужно показать эволюцию его от пароатмосферных устройств без движущихся частей Де-Ко (1576-1626) и Т. Сэвери (1650-1715), через нереализованную конструкцию Д. Папена (16471712/14) к первой практической доходной машине Т. Ньюкомена (1663-1729) (последняя из машин Ньюкомена была демонтирована в 1934 г.), а от нее – к универсальной паровой машине двойного действия Джеймса Уатта

(1736-1819).

Создание паровой машины Уатта ознаменовало радикальный переворот в технологиях XVIII-XIX вв. благодаря: свободному размещению паровых машин; возможности значительного увеличения мощности; использованию автономного двигателя на транспорте; использованию двигателя в производственных процессах.

Рассматривая состояние российской науки, следует отметить значительное отставание ее на протяжении практически всего XVIII столетия от западноевропейской. Но разрыв довольно успешно преодолевался благодаря активному участию государства, привлечению лучших научных кадров из-за рубежа, созданию Академии наук (1724) и первых в истории России университетов — Санкт-Петербургского (1724) и Московского (1755). В результате уже XVIII век дал мировой науке величайшего ученого с поистине энциклопедическими знаниями — М.В. Ломоносова.

Рассматривая достижения российской технической мысли XVIII в., студенту также следует указать на такие события, как создание А.К. Нартовым в 1712 г. токарно-копировального станка с самоходным суппортом, изобретение в 1764–1765 гг. И.И. Ползуновым универсальной паровой машины (на 20 лет раньше Дж. Уатта), технические проекты И.П. Кулибина. Однако в условиях господства крепостнической системы, не нуждавшейся в серьезных технических новациях, большинство этих и подобных изобретений так и не получили должного применения.

Семинар №7

Научные дисциплины и направления технического развития в

XIX веке.

План семинарского занятия.

1.Характеристика состояния естественных наук в период перехода к индустриальному обществу (XIX в.). Фундаментальные открытия в естественных науках: физике, химии, биологии и пр.

42

a.Дисциплинарная структуризация науки и дисциплинарная систематизация знаний (образования) – причины и связь этих процессов;

b.Развитие классической физики;

c.Развитие химии;

d.Развитие биологии;

e.Научные достижения российских ученых.

2.Развитие технических наук в XIX в. и их роль в технических достижениях периода перехода к индустриализации.

При подготовке к семинарскому занятию студенту необходимо будет обратить внимание на то, что в XIX веке было несколько центров научной и промышленной активности. Так, с конца XVIII века начинается промышленная революция в Британии и только потом центр «интеллектуального напряжения» перемещается во Францию, ко второй половине XIX века – в Германию, а затем вновь возвращается в Британию.

XIX век был воплощением неслыханного технического прогресса, были сделаны научные и технические открытия, которые привели к изменению образа жизни людей: его начало ознаменовалось освоением силы пара, созданием паровых машин и двигателей, которые позволили осуществить промышленный переворот, перейти от мануфактурного производства к промышленному, фабричному. Страны Европы и Северной Америки покрылись сетью железных дорог, что в свою очередь содействовало развитию промышленности и торговли. Начался выпуск первых синтетических материалов, искусственных волокон.

Но всему этому предшествовали процессы формирования научной и материально – технической базы научных и образовательных учреждений.

Рассматривая первый вопрос семинара, необходимо будет установить связь прогресса, происходившего в XIX в. в промышленном развитии, с небывалой активностью в развитии естественнонаучных и технических знаний, что, в свою очередь, было обусловлено успехами в фундаментальных исследованиях в физике, математике, химии. Нужно показать, что научной основой для становления и развития технических наук в этот период, естественнонаучные дисциплины.

Такие науки, как математика, физика, химия способствовали превращению технознания в особую отрасль знания, которое на основе научных теорий привело к созданию новой техники и усовершенствованию уже имеющихся технологий.

43

XIX в. может быть назван периодом создания дисциплинарной структуры науки и Веком промышленной революции. Формирующаяся классическая наука впервые развивалась на «собственном фундаменте», основываясь на исходных ньютоновых представлениях о дискретной структуре мира и механическом характере происходящих в нем процессов. (Механическая, или механистическая модель мира – «мир как механизм»). Механистические представления широко распространялись на понимание биологических, электрических, химических и социально-экономических процессов.

В излагаемом материале следует сделать акцент на роль образования в становлении и развитии классической науки. В это время (XIX в.) впервые вводится дисциплинарная систематизация (дисциплинарность) знания - прежде всего, дидактические требования. Для самой науки более присуща систематизация по проблемам. Дисциплина же проявляется тогда, когда выходят в свет учебники (самое "достоверное" знание!) и образовываются соответствующие университетские кафедры. Так, например, профессия физика-теоретика появляется в конце XIX в., а первые кафедры в Германии в то время возглавляли Г. Гельмгольц, Г. Кирхгоф, Р.Клаузиус, Л. Больцман, Г.Герц, М. Планк.

Рассматривая новые принципы организации научных исследований, студенту необходимо будет обратить внимание на то, что академии старого образца переживали период застоя, были не адекватны времени ни по организации, ни по оснащению, ни по кадровому составу. В этот период центрами научной жизни становятся университеты и создаваемые научные организации – исследовательские институты, которые финансировались как государством, так и частными лицами. Первую физическую лабораторию, близкую по структуре к современной, создал у себя дома Г.Кавендиш (1731-1810). Лаборатории стали возникать там, где были научные сообщества и ученики. Как, например, основанная в 1874 г. Дж. Максвеллом знаменитая Кавендишская лаборатория в университете в Кембридже (Универсальный центр физических исследований).

Таким образом, создавалась новая материально – техническая и научная база для фундаментальных исследований в области физики, химии, математики, биологии и других наук.

Развитие классической физики.

На передовых рубежах развивающейся классической науки была физика, в основании которой лежали: дифференциальные уравнения с частными производными, математическая электростатика и магнитостатика – уравнения П. Лапласа (1749-1827) и С. Пуассона (1781-1840); теория

44

Ж. Фурье (17681830) – уравнение теплопроводности; волновая оптика О. Френеля (1775-1827) и электродинамика А. Ампера (1775-1836). Это был золотой период развития французской теоретической мысли.

Излагая суть данного вопроса семинарского занятия, студент должен продемонстрировать знание основных достижений в области электродинамики. Вспомнив, что в 1820 г. А. Ампер открыл эффект взаимодействия проводников с током и, связав его с опытами Г.Х. Эрстеда (1777-1851), положил начало электродинамике как единой науке об электрических и магнитных явлениях. С 1831 г., даты открытия явления электромагнитной индукции М. Фарадеем (1791-1867), была проведена серия экспериментов по выявлению связи электрических, магнитных и световых явлений. Нужно установить связь этого открытия стало с разработкой электродвигателей. Вершиной электродинамики, математизацией полевой концепции М. Фарадея являются работы Максвелла и его знаменитый "Трактат об электричестве и магнетизме" (1873). В конце 80-х годов XIX в. Г. Герцем было установлено существование электромагнитных волн, которые предсказывала максвелловская теория электромагниитного поля. Он доказал, что никакой предмет не может помешать их распространению.

Была продолжена рассматриваться электромагнитная теория Максвелла. Хендрик Лоренц попытался объяснить ее с точки зрения атомного строения вещества.

Давая характеристику фундаментальным открытиям в области физики, необходимо также отметить, что создание учения о сложном строении атома было инициировано открытием невидимых лучей немецким физиком Вильгельмом Рентгеном в 1895 г., которые впоследствии были названы «рентгеновскими». Это открытие Рентгена нуждалось в объяснении. Целая группа ученых принялось за изучение досель неведомого явления радиоактивности. Супругам Кюри удалось первыми открыть это явление. Они совместно с А.Беккерелем получили в 1903 г. Нобелевскую премию по физике. Стало ясно, что атом не мельчайшая неделимая частица, что он сам имеет сложное строение.

Раскрывая суть данного вопроса, следует также отметить тот факт, что наибольшего расцвета классическая физика достигла в 1850 – 1860 гг. После утверждения закона сохранения энергии, благодаря трудам Р. Клаузиуса, В. Томсона (1824-1907), Дж.Максвелла (1831-1879) и других ученых, возникли термодинамика, кинетическая теория газов и теория электромагнитного поля. При этом появились такие фундаментальные понятия, как энергия, электромагнитное поле, энтропия. Во многом это было обязано математическому оформлению физических принципов

45

термодинамики и электродинамики. Студенту не следует забывать о том, что открытию закона сохранения энергии (принципа эквивалентности теплоты и работы) способствовало несколько направлений научной мысли: экспериментально-эмпирическая (Дж. Джоуль), натурфилософская (Ю. Майер) и теоретико-физическая, или математическая (Г. Гельмгольц).

Математизация теории теплоты С.Карно, которая была проведена Б. Клайпероном (1799-1864), а затем ее объединение с концепцией сохранения энергии Р. Клаузиусом и В. Томсоном в 50-е годы XIX в., завершило создание классической термодинамики – системной теории, в которой физические величины (энергия, температура, давление, энтропия и т.д.) ставятся в соответствии не только с пространством, но и с пространственно протяженными системами.

Так, трое ученых: Ю.Р. Майер (1845 г.), Дж.П. Джоуль (1843–1850 гг.), Г.Л. Гельмгольц (1847 г.), — практически одновременно открыли новый закон, получивший название первого начала термодинамики. Второе начало термодинамики, сформулированное в работах Р. Клаузиуса и У. Томсона, устанавливало необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью.

Физическая наука проделала путь от атомной теории материи Джона Дальтона - к раскрытию сложной структуры атома. После обнаружения Дж. Дж. Томпсоном в 1897 г. первой элементарной частицы электрона последовали планетарные теории строения атома Эрнеста Резерфорда и Нильса Бора. Развиваются междисциплинарные исследования - физическая химия, биохимия, химическая фармакология.

Развитие химии.

Анализируя развитие химии в XIX в., студенту следует обратить внимание на несколько крупнейших прорывов, проходивших на фоне развития атомистических представлений. До открытия электрона была химическая атомистика, после – молекулярно-кинетическая (физическая). Студенту следует не упускать из виду, что атомистика XIX века началась с Дж. Дальтона (1766-1844), когда «механический» атом стал химическим – атомом определенного химического элемента с определенным «атомным весом» (термин Дальтона). На почве атомно-молекулярного учения выросло учение о валентности и химической связи.

В связи с этим, следует вспомнить о том, что в 1812-1813 гг. Я. Берцелиус (1779-1849) предложил новую функциональную модель атома в виде электрического диполя, что позволило объяснить различные классические свойства одного и того же элемента. Учение о химических элементах, объединенное с атомно-молекулярной теорией, создало

46

широчайшие возможности для изучения свойств химических соединений. Открытие новых химических элементов и изучение их соединений подготовили почву для возникновения периодического закона. Если сформулированный в 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодический закон химических элементов установил зависимость между их атомными весами, то открытие внутреннего строения атома выявило связь между порядковым номером элемента в периодической системе и числом электронов в слоях оболочки атома.

Студенту не следует забывать и о вкладе в создание в 1861 г. теории химического строения (органической химии) А.М.Бутлеровым (1828-1886) и открытие в 1869 г. периодического закона химических элементов Д.И. Менделеевым (1834-1907), которые венчали становление классической химии как науки. При изучении данного вопроса студент должен продемонстрировать знание основных научных достижений Ю. Либиха, Ф. Велера, Г. Кольбе, А. Кекуле, А.М. Бутлерова, Н.Н. Зинина, Г.И. Гесса.

Развитие биологии.

Рассматривая вопрос развития биологической науки в XIX столетии, нужно, в первую очередь, сосредоточить внимание на идеи эволюции Чарльза Дарвина (1809-1882), которые приобрели широкое мировоззренческое значение, из-за, практически, самого сильного выпада против догмата сотворения человека. Но в теории Дарвина изначально были неустойчивые моменты, приведшие впоследствии к дискредитации теории эволюции. Это, в первую очередь, декларативность выводов, предшествовавших анализу.

Раскрывая данный вопрос, студент должен продемонстрировать, что для XIX века было характерно становление биологии как научной дисциплины в ее традиционной, «классической» форме – «натуралистической биологии». Огромное место в биологии занимали различные способы объединения организмов в отдельные группы, или таксоны (греч. taxis – расположение, строй); а они, в свою очередь, – в системы (эволюционные, филогенетические, генеалогические). Одно из первых «филогенетических деревьев» сконструировал Э. Геккель (18341919).

В излагаемом материале студенту нужно обратить внимание на том, что вторая половина XIX века знаменовалась зарождением такого направления, как «экспериментальная биология». Это было связано с работами К. Бернара (1813-1878), Л. Пастера (1822-1895), И.М. Сеченова (1829-1905) и др. Точные физико-химическими методы легли в основу исследования процессов жизнедеятельности, прибегая к расчленению

47

биологической целостности организма с целью проникновения в тайны его функционирования. Так, французский бактериолог Луи Пастер разработал метод предохранительных прививок против бешенства и других заразных болезней, механизм стерилизации и пастеризации различных продуктов, заложил основы учения об иммунитете. Следует напомнить, что Л. Пастер прославился не только выдающимися открытиями, позволившими бороться с эпидемиями, но и созданием института микробиологии. Немецкий микробиолог Роберт Кох и его ученики открыли возбудителей туберкулеза, брюшного тифа, дифтерита и других болезней, создали против них лекарства. В арсенале врачей появились новые лекарственные препараты и инструменты. Врачи стали применять аспирин и пирамидон, был изобретен стетоскоп, открыты рентгеновские лучи. Таким образом, достижения в области биологии и химии дали мощный толчок развитию медицины.

Студенту не следует так же забывать о значительном вкладе в развитие микробиологии, внесенном русским ученым И.И. Мечниковым, австрийским монахом Г.И. Менделем, который своими исследованиями в области наследственности положил начало генетике. Опираясь на исследования Менделя Август Вейсман и Томас Морган создали основы науки генетика. Основываясь на исследованиях в области физиологии высшей нервной деятельности, И. П. Павлов разработал теорию условных рефлексов. В этот же период немецкий гистолог и физиолог Теодор Шван (1810—1882) создал теорию клеточного строения всех организмов.

Научные достижения российских ученых.

Далее студенту было бы целесообразно проанализировать основные научные достижения российских ученых по отраслям знаний. При этом необходимо учитывать, что уже в середине столетия российская наука продемонстрировала всему миру возросший потенциал, свидетельством чего стали научные достижения первостепенной важности. Профессор Казанского университета Н.И. Лобачевский стал одним из создателей нового направления в математике — неевклидовой геометрии, так и не получившей признания у современников. Значительный вклад в математическую науку внесли П.Л. Чебышев, М.В. Остроградский, С.В. Ковалевская (первая женщина, ставшая профессором Стокгольмского университета и членомкорреспондентом Петербургской Академии наук), А.М. Ляпунов и др. Формируется российская математическая школа, традиции которой будут продолжены в советское время. Студенту следует знать основные ее характерные особенности.

К числу выдающихся физиков своего времени относятся А.Г. Столетов (закон фотоэффекта), создатель русской физической школы

48

П.Н. Лебедев. В зарождении аэродинамики велика роль Н.Е. Жуковского. В число ведущих отечественных ученых-химиков конца XIX – начала XX в, помимо Д.И. Менделеева, входят Н.Н. Зинин, А.М. Бутлеров, В.В. Марковников. «Отцом русской физиологии» И.М Сеченовым было создано учение о рефлексах головного мозга. Мировое признание получили научные труды И.П. Павлова — создатель учения об условных рефлексах, за свои работы в области физиологии пищеварения он первым из русских ученых в 1904 г. был удостоен Нобелевской премии. В 1908 г. такой же высокой награды удостоился И.И. Мечников за открытия в области иммунологии и инфекционных заболеваний. В.В. Докучаевым было положено начало новой науки — почвоведения. В.И. Вернадский своей практической работой и научными исследованиями заложил основы целого ряда новых наук: биохимии, биогеохимии, радиогеологии. С его именем связано создание учения о биосфере и ноосфере, влияние которого на современную науку трудно переоценить.

При изучении данной части вопроса семинара студенту следует учесть и серьезные проблемы, с которыми сталкивалась российская наука того периода. Одной из наиболее существенных из них стала политическая ангажированность и зависимость от власти, не желавшей считаться с самостоятельностью суждений и политическими взглядами видных ученых. В результате ботаник К.А. Тимирязев, историк В.И. Семевский, социолог М.М. Ковалевский были уволены из университетов; математик С.В. Ковалевская и биолог И.И. Мечников вынуждены были продолжить работу за границей. В Российскую Академию наук либо не были приняты, либо были приняты лишь за несколько лет до смерти Сеченов, Мечников, Менделеев. Так и не получили признания гениальные работы К.Э. Циолковского в области космонавтики и ракетной техники.

Таким образом, на рубеже XIX – XX столетий произошла революция в естествознании, а инициировали этот революционный процесс величайшие открытия, сделанные в физике. Это — открытие электрона (1896 г.), радиоак-

(неделимость атома, неизменность массы) и создавали новое понимание пространства и времени, будучи, вместе с тем, логическим завершением и синтезом всего предшествующего развития физики.

Отвечая на второй вопрос семинарского занятия о развитии технических наук в XIX в. и их роли в технических достижениях периода перехода к индустриализации, студенту следует четко отразить обусловленность их социально – экономическими и политическими

49

преобразованиями, происходившими в Западной Европе в течении XIX столетия. Особое внимание при этом следует уделить формированию системы капиталистических отношений, характерной чертой которой явилось стремление к материальной выгоде и контролю над основными сферами производственной деятельности, а значит, и необходимость в техническом прогрессе.

Рассматривая эту часть темы семинара, необходимо обратить внимание на то, что промышленный переворот осуществлялся неравномерно в различных странах. Это было связано с разницей в политическом, социально-экономическом уровне стран.

ВЗападной Европе процессы перехода к механизированному, машинному производству проходили со второй половины XVIII века до 30– 40-х годов XIX века. Формирование современной производственной и транспортной систем, постепенный переход к индустриальному обществу завершился в начале ХХ века.

Фабрики с машинной системой, а также производство машин как отрасль производства появились в США после Гражданской войны в 60-е годы XIX века. В Италии внедрение машин началось в 70-е годы XIX века.

ВЯпонии промышленный переворот начался в конце XIX века. и продолжался до 20-х годов XX века. В России переход к применение машинной техники начался в 30–40-е годы XIX в. и промышленный переворот завершился в 80–90-е годы XIX в.

Всоциальном плане в конце XIX – начале XX в. завершился процесс создания индустриального общества, в котором наука стала движущей силой производства, а техника получила возможности для всестороннего развития.

На рубеже XIX–XX вв. происходили качественные изменения в системе мировой экономики, которая стала базироваться на постоянном совершенствовании науки и техники.

Излагая материал семинара, студент должен помнить, что настоящий промышленный переворот начался с использования энергии пара, которая пришла на замену энергии ветра и воды. Последние – были единственными источника энергии, которые использовались в предшествующие годы в промышленном производстве. Развитие и конструктивное совершенствование паровых машин было основано на увидевшей свет новой науки – термодинамики.

Касаясь вопроса использования новых возможностей, открывшихся в результате изобретения паровых машин, следует отметить, что незамедлительно стали предприниматься попытки использования энергии пара для создания таких транспортных средств, как пароходы. Так, в 1802

50