Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Курс истории науки и техники
(первая часть)
1. Вводная лекция
Техникой называется совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и опыт, накопленные в процессе развития общественного производства. Основное предназначение техники облегчение жизни человека и повышение производительности его труда. К технике относятся не только сложные машины, но и самые простые приспособления. Поэтому можно считать, что техника зародилась на заре человечества и позволила человеку выделиться из животного мира. Естественно, что она появилась намного раньше науки.
Общественные потребности формируются и регулируются, прежде всего, экономическими отношениями и, в свою очередь, формируют конкретные условия для развития техники. Внутренняя логика развития техники обусловлена взаимодействием ее с человеком и природой. В результате применения техники происходит замена человеческой силы силами природы, трудовые усилия человека заменяются механическими. Это позволяет преодолеть противоречия между развитием техники и ограничением человеческих психофизических возможностей. История свидетельствует, что поступательное развитие общества всегда связано с развитием его производительных сил. Основная социальная функция техники заключается в том, что она является составным элементом материально-технической деятельности людей. Техника расширяет масштабы трудовой деятельности и повышает ее эффективность. Техника развивается, опираясь на законы природы и производственный опыт. Создание новой техники невозможно без определенного уровня знаний, отвечающих объективным законам природы и способных руководить практическими действиями человека.
Классификация техники, как правило, производится по ее назначению: транспортная, военная, бытовая и т.д. В свою очередь, эти обширные категории имеют свою квалификацию с высокой степенью разделения.
Наука – особая сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка, теоретическое обоснование и систематизация объективных знаний о действительности. Это одна из форм общественного сознания. Непосредственные цели науки – объяснение и предсказание явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, осуществляемые на основании открываемых ею законов.
Анри Пуанкаре сказал: «Наука строится из фактов, как здание из кирпичей, нагромождение фактов не является наукой, также как куча кирпичей не является зданием».
Система наук делится на естественные, общественные и технические.
Наука зародилась только с появлением классового общества, и то не сразу. Современные исследователи считают, что она появилась в Древней Греции в VI веке до н.э. Причиной появления науки являются потребности общественной практики, хотя она далеко не сразу превратилась в производительную силу общества.
Истоки науки восходят к древним цивилизациям междуречья Тигра и Евфрата, Египта, Индии и Китая. Но первые научные и философские системы возникли в Древней Греции. Первыми науками были философия, математика и физика, а именно раздел механика.
В философии сложились две основные концепции – материализм и идеализм.
В математике получила развитие арифметика, геометрия, были заложены основы стереометрии, зародилась теория музыки. В трудах величайшего ученого античности – Архимеда были заложены основы дифференциального и интегрального исчисления. В астрономии была уже известна гелиоцентрическая система строения мира (Аристарх Самосский), хотя победила система геоцентрическая (система Птолемея). В механике неплохое развитие получили статика и кинематика. Динамика же основывалась на ошибочных представлениях Аристотеля, который, основываясь на бытовых повседневных наблюдениях, считал, что для поддержания равномерного прямолинейного движения тела к нему необходимо постоянно прикладывать силы. Его усилиями также утвердилась геоцентрическая система строения мира.
В античном мире сложилась не только система знаний, но и система образования. Наследниками греческой науки стала наука Древнего Рима. Однако статус ученого в Риме был непрестижным, и постепенно наука стала приходить в упадок. С падением Западной Римской империи центр науки переместился на Восток в Восточную Римскую империю. Однако там после прихода к власти императоров христиан большой удар развитию науки был нанесен религией. Христианские фанатики закрывали «языческие» школы, уничтожали библиотеки. Ученые в большом количестве эмигрировали в Азию, в основном в Иран.
Что касается техники античности, то она находилась в достаточно примитивном состоянии. Это объясняется тем, что рабовладельческая система не способствовала развитию техники, поскольку в избытке была дешевая рабочая сила. Большее развитие, пожалуй, получила военная техника. Правда, военные корабли были немореходными, так как предназначались для нападения вблизи берегов. Лучше были развиты торговые суда, хотя они и уступали военным в скорости.
В VI – VIII веках арабы под знаменем новой религии – ислама захватили огромные территории в Азии, Африке и Пиренейский полуостров. Только в IX веке франки дали им отпор в битве при Пуатье. Арабские завоевания довершили разгром античной науки. Но, начиная с IX века, в арабских эмиратах начинается возрождение античной науки. Именно арабским ученым мы обязаны не только сохранением, но и приумножением научных достижений античности. Кстати сказать, подавляющее количество сохранившихся сочинений античных ученых дошли до нас в арабских переводах. Именно арабам мы также обязаны распространением в Европе индийской десятичной системы счета и созданию алгебры.
Что касается Европы, то в Средние века, на протяжении 1000 лет там наблюдается упадок науки и культуры. Развитию науки также препятствовало то, что католическая церковь, первоначально враждебно настроенная к Аристотелю, с XIII века признала его величайшим авторитетом по всем вопросам, не касавшихся, правда, догматов религии. Таким образом, была узаконена и геоцентрическая система строения мира, и механика Аристотеля, основанная на неверных предпосылках. Хотя философы считают Аристотеля «основателем истинного естествознания», он отнюдь не считается таковым у физиков и механиков.
Возрождение (ренессанс) античного искусства, культуры и науки началось в Италии в XIV веке. Провозвестниками ренессанса стали поэт Данте Алигьери (1265–1337) и художник Джотто ди Бондоне (1267–1321). Их творчество пронизано верой в человека, его возможности, волю и разум. Деятели возрождения отрицают схоластику и аскетизм. Распространяются философские идеи неоплатонизма и пантеизма. Ренессанс отвечал потребностям зарождающегося класса буржуазии и способствовал разрушению феодальных отношений. В XVI столетии получает распространение гелиоцентрическая система строения мира Коперника. Происходит реформация церкви. Ответом на это становится инквизиция. По всей Европе пылают костры, на которых сжигают не только инакомыслящих, но порой и ни в чем не повинных людей.
На волне ренессанса в конце XVI века зародилась истинно научная динамика. С ее появлением механика превратилась в науку о движении, в которой появились попытки объяснить все явления природы на основе развития логических принципов. Одним из первых, кто усомнился в правильности учения Аристотеля, был Джамбаттиста Бенедетти (1530–1590), который обратил внимание на то, что действие сил выражается не в поддержании, а в изменении движения. Достоверность научных представлений в рамках механической картины мира тесно была связана с развитием экспериментальных методов исследования. Статика, в отличие от динамики, не подтверждалась в такой степени экспериментами. Динамика, отвечая на вопрос о переходе тела или механической системы из начального состояния к последующему под действием заданных сил, могла быть подтверждена соответствующим экспериментом. Это и придало механическому естествознанию ту необратимость развития и ту достоверность, которые отличают науку XVII века от научных представлений предыдущего периода.
Одними из первых экспериментальных исследований в механике были опыты Галилео Галилея (1564–1642), который открыл законы падения тяжелых тел, а также установил законы движения тел по наклонной плоскости. Он полностью доказал несостоятельность динамики Аристотеля и наметил путь к созданию новой динамики – ньютоновской.
Таким образом, Галилей начал научную революцию, которую завершил И. Ньютон. В 1686 г. вышел в свет его замечательный труд «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» («Математические начала натуральной философии»). Ньютон первым из ученых высказал мысль о том, что движение космических и земных объектов происходит по одним и тем же законам. Величайший ученый заложил основы теоретической механики, применив ее к изучению движения небесных тел. В его работе проблемы динамики получили математическую разработку. Величайший английский ученый создал методологию точного естествознания и стал основателем всего современного естествознания.
С этого момента развитие науки приняло необратимый характер, количество научных знаний, как и количество ученых, стало удваиваться каждые 10–15 лет. Появилась классическая механика, высшая математика, новые разделы физики, химия, аналитическая механика, математическая физика и др. науки. Великая французская революция способствовала развитию науки и образования. Не случайно Французская научная школа стала в XIX веке самой передовой в мире.
Что касается развития техники, то оно происходило и в период Средневековья. К XVII веку возникло мануфактурное производство, основанное на применении энергии воды и ветра. Но дальнейшее развитие промышленности тормозилось отсутствием источников энергии. Человечество оказалось в энергетическом тупике. Выходом из него стало применение энергии пара. Первые паровые машины (их часто называют пароатмосферными) появились в конце XVII столетия. А по настоящему универсальный паровой двигатель был создан Дж. Уаттом в 1786 г.
Изобретение паровой машины по своему значению в жизни человечества может сравниться только с освоением огня и созданием компьютера. С внедрением паровых машин связана промышленная революция XVIII века.
Роль науки в развитии техники не всегда была ведущей. Вплоть до конца XVIII века наука почти не влияла на производство и технику. Знания, которых требовало развитие техники, как правило, носили эмпирический характер. Это были знания о конкретных вещах, не противоречащие законам природы.
Однако развивающееся машинное производство потребовало объединения в одном технологическом цикле различных механических и физико-химических процессов, использования новых материалов и видов энергии. Благодаря этому неизмеримо выросла роль науки в создании новой техники. В XIX веке прогресс техники диктуется уже не только потребностями человека, но и развитием мировой науки и практики. Сочетание науки и практики создала новую отрасль промышленности – электротехнику. Ее применение произвело революцию в промышленности, изменило бытовые условия жизни человека, произвело переворот в средствах связи и т.д. В конце XIX века появляются новые типы двигателей – ДВС и паровые турбины. Все вышесказанное позволило создать новые виды транспорта, судов, летающие аппараты тяжелее воздуха.
В конце XIX – начале XX столетий возник кризис в физике. В результате появилась теория относительности, атомная физика и квантовая механика.
В развитии техники в XX веке произошел прорыв. Совершенствование ДВС и паровых турбин, автомобилей и самолетов и т.д. потребовало привлечения научных знаний. В 1940-е гг., в первую очередь для военных целей появляются совершенно новые отрасли промышленности: атомная, ракетостроение, реактивная авиация. Все это уже требует проведения качественно новых видов расчетов. Совершенствующиеся технологические процессы также уже не могут управляться человеком. Одним словом, человечество опять зашло в своем развитии в тупик – на этот раз информационный.
Выходом из этого тупика стало создание цифровых электронных вычислительных машин. Это достижение человечества невозможно переоценить. Оно не только вывело его из информационного тупика, но и перевернуло всю его жизнь. Именно создание компьютеров и развитие на этой основе науки и техники произвело научно-техническую революцию. С нею связано то, что наука стала непосредственной производительной силой общества. В настоящее время создание новой техники невозможно без самых передовых достижений науки. Автоматизация производства на основе ЭВМ ведет к росту возможностей применения новых высокоэффективных технологических процессов.
Таким образом, учитывая все вышесказанное и опираясь на периодизацию общей истории человечества в развитии науки и техники можно выделить следующие периоды:
I. Донаучный – от зарождения человечества до возникновения науки в VI веке до н.э.
II. Античный – от зарождения науки до падения Западной Римской империи (VI век до н.э. – V век)
III. Средневековый V – XIV века.
IV. Ренессанс и научная революция XV – XVII века.
V. Промышленная революция и аналитический период развития науки (XVIII век).
VI. Период сближения науки и промышленности (XIX век).
VII. Физико-технический период – (первая половина XX века).
VIII. Научно-техническая революция (со второй половины XX века по настоящее время).
Тема 2: Античная наука и техника
Влияние восточных учений на развитие античной науки
Античная цивилизация стала удивительно яркой страницей в истории человечества. Классическая античная культура оказала влияние на все дальнейшее развитие духовной культуры. Она дала человечеству первые гражданские институты, выдающихся мыслителей, исследователей, удивительные произведения литературы, искусства, технические изобретения, привела к становлению науки как особой сферы деятельности. Античной наукой называется период развития науки с VI в. до н.э. до VI в. н.э. Несмотря на достаточно высокий уровень развития древних цивилизаций Востока, считается, что наука зародилась только в Древней Греции, однако в математике и астрономии греки являются учениками Востока.
Потребности народного хозяйства рано побудили финикиян к изобретению арифметики, а египтян к развитию геометрии. Однако математики Востока не проводили различия между точными и приближенными решениями математических задач. Их устраивало любое решение, дававшее практически приемлемые результаты. Наоборот, для греков, подходивших к математике чисто теоретически, имело значение, прежде всего, строгое решение, полученное путем логических рассуждений. Это привело к разработке математической дедукции, определившей характер всей последующей математики.
В Вавилоне получила развитие астрономия. Однако ее следует отнести к разряду прикладных дисциплин, поскольку она ставила перед собой чисто практические цели, астрономы Востока не интересовались устройством Вселенной, истинным движением планет, причинами солнечных и лунных затмений и т.д. Поэтому, несмотря на наличие огромного количества наблюдений и на весьма сложные математические методы их обработки, вавилонскую астрономию нельзя считать наукой в полном смысле слова.
Греческие ученые, сильно отстававшие от вавилонян, с самого начала поставили вопрос об устройстве мира в целом. Этот вопрос интересовал греков не ради каких-либо практических целей, а сам по себе; его постановка определялась чистой любознательностью. Как бы ни были фантастичны модели космоса, они предвосхитили важнейшую черту всего позднейшего естествознания – моделирование механизма природных явлений.
Таким образом, отличительной чертой греческой науки с момента ее зарождения была ее теоретичность, стремление к знанию ради самого знания, а не ради тех практических применений, которые могли из него проистечь. На первых этапах существования науки эта черта сыграла, бесспорно, прогрессивную роль и оказала большое стимулирующее воздействие на развитие научного мышления.
Древняя Греция является прародительницей науки еще и потому, что там впервые появляются научные школы (милетская, пифагорейский союз и др.). Ученые были одновременно и философами. Возникшая наука о природе была натурфилософией, исполняя роль «науки наук». Она была вместилищем всех человеческих знаний об окружающем мире, а естественные науки были только ее составной частью. Знания носят умозрительный (рациональный) и теоретический характер. Развитие науки в античном мире, как обособленной сферы духовной культуры было связано с появлением людей, которые специализировались на получении новых знаний.
Экспериментальная база наук в этом периоде практически отсутствует. Методологической основой античной науки стали дедуктивный метод исследований («Логика» Аристотеля) и аксиоматический метод изложения научных теорий («Начала» Евклида). В античной науке формируются умозрительные догадки, обоснованные в более поздние времена: атомизм, гелиоцентрическое устройство мира и др. Формируются традиции научных школ, из которых больше всех существовали Академия Платона и Ликей Аристотеля. Огромное значение для развития науки имело возникновение письменности и применение более совершенного, нежели древневосточный папирус, писчего материала – пергамента. Возникают библиотеки, крупнейшей из которых была Александрийская. Письменность входит в повседневный быт и процесс обучения. Научные труды античности были оформлены в форме литературных произведений, то есть имели гуманитарную составляющую.
Основными заказчиками научных исследований являются правители, а основной областью применения военное дело. На этой основе развивается механика. Промышленное производство металлов способствовало изготовлению инструментов и оружия. На этой основе формируются первые знания в области химии. Зарождается техника строительного дела – благоустройство городов требовало создание системы водоснабжения и канализации, строительства храмов, цирков, театров, бань.
Античная натурфилософия прошла несколько этапов в своем развитии: ионийский, афинский, александрийский (эллинистический) и римский.
I этап развития античной науки ионийский охватывает VI в. до н.э. К этому времени древнегреческая цивилизация занимала обширный район Средиземноморья, Малую Азию и черноморское побережье, сформировались города-государства (полисы). В VI веке до н.э. среди полисов выделялся Милет – главный город ионийской колонии, расположенный на побережье Эгейского моря. Ионийский этап развития древнегреческой натурфилософии связан с именами Фалеса, Гераклита, Анаксимандра, Анаксимена, Пифагора, Эмпедокла.
Основателем Милетской школы и первым представителем» греческой натурфилософии, был Фалес (625 – 547 гг. до н.э.). Занимаясь торговлей, Фалес много путешествовал. В зрелые годы он познакомился с достижениями Египетской и Вавилонской школ математики и астрономии и бросил торговать, посвятив себя наукам, прежде всего астрономии и математике. Сочинения Фалеса не сохранились, однако известны его философские воззрения и научные достижения. Он открыл ряд теорем о свойствах углов треугольников, окружности. Им предложен способ определения расстояния до корабля в море, основанный на подобии треугольников, а также аналогичный способ определения высоты египетских пирамид. Фалес впервые определил, что янтарь, натертый материей, притягивает предметы, обнаружил притягивание железных опилок некоторыми рудами. Фалес сумел предсказать солнечное затмение в 585 г. до н.э. в Ионии, считал, что Луна светит не собственным, а отраженным излучением. Фалес указал на Малую медведицу и другие созвездия, важные для мореплавания. Он считал, что Земля – остров, плавающий в океане воды, и имеет форму цилиндра, вокруг которого вращаются три небесных сферы. Вода, по Фалесу, является началом всего сущего. Из воды образовывались земля, воздух и живые существа. Умер Фалес в престарелом возрасте от солнечного удара.
У Фалеса было много учеников. Один из них Анаксимандр (610 – 546 гг. до н.э.) – автор первого в Греции научного сочинения «О природе». Он считал первоначалом не воду, как Фалес, а качественно неопределенное вещество «апейрон» – туманную массу, из которой все произошло. Анаксимандр впервые высказал идею о сохранении материи. Он считал развитие живого мира эволюционным процессом и полагал, что человек в результате эволюции произошел от рыбы. Космологические идеи Анаксимандра близки к идеям Фалеса: Земля имеет форму плоского цилиндра, вокруг Земли вращаются небесные кольца солнечное, лунное и звездное. Однако по Анаксимандру, Земля ни на что не опирается в мировом пространстве. Это заключение является важнейшим достижением Милетской школы. Анаксимандр изобрел достаточно сложный астрономический инструмент — квадрант, способствовавший развитию астрономии и методов навигации, создал первую географическую карту в виде медной доски с нанесенными на нее очертаниями материков, островов и рек, изготовил первые солнечные часы.
Учеником Анаксимандра был Анаксимен (585 – 524 гг. до н.э.). По его учению все сущее происходит из воздуха и обратно возвращается в воздух. Воздух бесконечен и вечен. Сгущаясь, он образует облака, воду и землю. Человеческая душа также состоит из воздуха. Разрежаясь, воздух превращается в огонь. Анаксимен считал, что звезды дальше планет (Анаксимандр считал, что звезды ближе), состоят из огня, но мы не ощущаем его тепла из-за большого удаления от звезд.
Гераклит (544 – 483 гг. до н.э.) – уроженец Эфеса в Малой Азии, был аристократом по происхождению. Его сочинение «О природе» дошло до нас в отрывках. Первоначалом всего сущего Гераклит считал огонь. Из огня произошли мир в целом, все вещи и даже человеческие души. Под огнем Гераклит понимал не обычное пламя, но вечно существующий Космос, который не создан Богом, а существует всегда. Вещи возникают из огня не произвольно, а в соответствии с необходимостью, которую Гераклит назвал «логосом». Жизнь природы – непрерывное движение огня. «На огонь обменивается все, и огонь – на все, как на золото товары и на товары золото». По Гераклиту нет ничего неизменного. Он говорил: «В одну и ту же реку нельзя войти дважды». Гераклит считал любое знание относительным, требующим дополнительного определения. Ему принадлежит высказанный в связи с этим афоризм: «Морская вода – чистейшая и грязнейшая: рыбам она пригодна для питья и целительна, людям же для питья непригодна и вредна». Гераклит был сторонником установления жесткого государственного законодательства. Он считал, что «своеволие следует гасить скорее, чем пожар», «за закон люди биться должны, как за стены родного города».
Гераклит считал, что в основе познания лежат ощущения, но только мышление приводит к мудрости.
Эмпедокл (490 – 430 гг. до н.э.) из сицилийского города Агригента, полагал, что все в мире состоит из сочетаний четырех элементов (стихий): земли, воды, воздуха и огня. Источником развития Эмпедокл считал противоположные силы: «любовь и вражду», соединяющие материальные элементы. Любовь и вражда по Эмпедоклу механически действуют на стихии, непрерывно смешивают их и вновь отделяют. Историческое значение имеет высказанная впервые Эмпедоклом догадка о закономерности эволюции живых существ в результате естественного отбора. Эта догадка приведена Эмпедоклом в его философской поэме «О природе». Интересно отметить, что Эмпедокл занятия философией считал выше обладания властью. Он отверг царскую корону, предложенную ему сицилийцами.
Пифагор (ок. 580 – ок. 500 гг. до н.э.) родился на острове Самос у берегов Малой Азии. Имя Пифагора известно, прежде всего, в связи с теоремой, носящей его имя. Скорее всего, эта теорема ранее была известна в Китае и Вавилоне, но доказательство ее принадлежит Пифагору. Еще в юном возрасте он покинул родину и отправился путешествовать в Египет. Там он попал в плен к персам, и его увезли в Вавилон, поразивший Пифагора своим великолепием и красотой. В Вавилоне он учился у халдейских мудрецов, изучал математику, астрономию. Позже Пифагор создает в греческой колонии Кротон (Южная Италия) свою философскую школу, попасть в которую было очень сложно. Среди испытаний, которым подвергались кандидаты, обет пятилетнего молчания. Школа являлась, по сути дела, аристократическим союзом, имевшим целью нравственное преобразование жизни. Школа Пифагора положила начало направлению в античной науке, называемое иногда идеалистическим. Оно было воспринято Парменидом, Зеноном и развито в наиболее логичной форме Платоном. Сегодня трудно определить, что из учения пифагорейцев принадлежит самому Пифагору, а что его ученикам. Одним из основных научных положений, выдвигаемых пифагорейцами, является учение о числе как об основе Вселенной. По этой теории все в мире может быть определено числами, сведено к правильным геометрическим фигурам – многогранникам. Даже звук может быть выражен числом, поскольку, например, удары молотков различного веса по наковальне дают различную высоту тона, а вес молотков можно измерить.
Средством очищения души от духовной грязи пифагорейцы считали музыку и математику. Математика связывалась с музыкой гармонией чисел. Пифагорейцы считали целые числа божественными, а единицу неделимой. Однако возник кризис такого представления, когда пифагореец Гиппас обнаружил несоизмеримость диагонали квадрата и его стороны. Это послужило причиной введения понятия иррационального числа и расширения самого понятия «число». Пифагорейцы считали мир состоящим из пяти элементов (стихий); земли, воздуха, огня, воды и эфира. Им принадлежит мнение о шарообразности Земли.
Пифагор отстаивал идею о переселении душ — «метемпсихоз». Он утверждал, что помнит три переселения своей души за период 206 лет, факты из предыдущих жизней. Пифагор считал, что человеческая душа, заключенная в темницу тела, путем аскетики и самоусовершенствования возвышается к Богу. Пифагору принадлежат заповеди: «Делай лишь то, что впоследствии не огорчит тебя и не принудит раскаиваться»; «Не закрывай глаза, когда хочется спать, не разобравши своих поступков в прошедший день»; «Приучайтесь жить просто, без роскоши». Пифагор считал, что нет большего преступления, чем анархия и хаос. Пифагореизм как течение в античной науке просуществовал до конца древнеримского этапа и продолжался в форме неопифагореизма до III в.
Афинский этап охватывает 480–330 гг. до н.э., от окончания персидских войн до подчинения Александром Македонским греческих городов-полисов. В этот период возвышаются Афины – город – империя.
В Афинский этап окончательно выделились две линии античной философии. Первую из них представляет великая троица античных философов: Сократ, Платон и Аристотель. Вторую – Демокрит и Левкипп.
Сократ (ок. 469 г. до н. э. – 399 г. до н. э.) древнегреческий философ, учение которого знаменует поворот в философии – от рассмотрения природы и мира к рассмотрению человека. Его деятельность стала поворотным моментом в античной философии. Своим методом анализа понятий (майевтика, диалектика) и отождествлением положительных качеств человека с его знаниями он направил внимание философов на значение человеческой личности. В молодые годы Сократ был воином, показывавшим чудеса храбрости и самообладания.
Строго говоря, Сократ не занимался натурфилософией, но его философские взгляды оказали на развитие науки существенное влияние. Природа в философии Сократа отражалась в этических категориях. Жизнь Сократа прошла в беседах и критике. Прежде всего, Сократ критиковал афинскую демократию, считал ее главным недостатком – некомпетентность должностных лиц, избиравшихся путем жребия. Сократ ничего не писал. Его философские воззрения дошли до нас в форме бесед, диалогов, переданных учениками – Ксенофонтом и Платоном. Сократ считал строение мира непознаваемым. Познать можно только самого себя. «Познай самого себя» – это формула Сократа. Задача знания — искусство жить. Разработанный Сократом своеобразный метод исследования, основанный на вопросах, получил название «сократовской иронии».
Сократ был казнен по приговору суда. Обвинение содержало три пункта: безбожие, введение новых божеств (имелся ввиду его «внутренний голос», «демон Сократа») и развращение юношества. Приговор он привел в исполнение сам, как того требовали законы: спокойно выпил бокал с ядом.
Платон (428–347 гг. до н.э.) принадлежал к знатной аристократической семье и в молодые годы попал под философское влияние Сократа, стал его виднейшим учеником и последователем. В своей философии Платон опирался также на учение пифагорейцев, Парменида, Гераклита. Платон излагал свои взгляды в форме философских диалогов. Известно около тридцати таких сочинений, среди которых «Софист», «Парменид», «Государство» и др.
Платон выдвинул теорию существования бестелесных форм вещей, называемых «видами» или «идеями». Идеи вечны и являются бытием, а материя и пространство по Платону – небытие. Чувственный мир при этом занимает некоторое промежуточное положение между бытием и небытием, поскольку чувства преходящи, зависят от пространства и времени. Источником познания служат воспоминания бессмертной души о мире идей, созерцаемом душой до вселения в смертное тело, душа же бессмертна. Абсолютными ценностями являются истина, добродетель и красота. Платон приводил доводы в пользу этих ценностей на основе знаний, полученных в математике и астрономии. Платон принимал взгляды Пифагора на значение чисел и идеальных пропорций. Он придавал божественное значение звездам, Солнцу, Луне, планетам. В течение сорока лет Платон излагал свое учение в созданной им Академии. Платон был прекрасным оратором, что немало содействовало успеху его школы. Преподавание в Академии не прекратилось после смерти Платона. Академия просуществовала почти 1000 лет и была закрыта Юстинианом в 525г.
Мировоззрение Платона оказало существенное значение на становление и развитие естественных наук. Платоновское понятие Космоса было классическим в античной науке. Космос появился, по Платону, в результате акта творения. Космос имеет семь небесных кругов, соответствующих известным тогда пяти планетам, Солнцу и Луне, которые движутся вокруг шарообразной Земли.
Платону не была чужда и изобретательская деятельность. Так, например, он построил своеобразный будильник, применив принцип реле. Попадавшая в сосуд по каплям вода, дойдя до определенного уровня, с силой прорывалась в другой, нижний по отношении к первому сосуд. Вытесненный воздух проходил по трубе в статую флейтиста, которая издавал достаточно громкий звук.
Аристотель (384–322 гг. до н.э.). Творческий гений Аристотеля сочетался с великим даром организатора науки, позволившим свести разрозненные сведения, обширный научный материал, накопившийся к тому времени, в единое целое, в стройную научную систему. Сочинения Аристотеля, дошедшие до нас, представляют собой энциклопедию научных знаний античности, включающую и естественные науки (физику, механику, математику, астрономию, биологию), и гуманитарные науки (психологию, историю, экономику и философию). Система знаний, собранных и систематизированных Аристотелем, служила почти две тысячи лет остовом, каркасом науки.
Аристотель родился в Стагире (греческая колония во Фракии). Отец его был врачом. Аристотель учился в Академии Платона, пробыв в ней в общей сложности около 20 лет. После смерти учителя он отправился путешествовать по Греции. С 343 по 340 г. до н.э. Аристотель был воспитателем Александра Македонского. Вернувшись в Афины в 335г., Аристотель основал свою философскую школу – Ликей, которым руководил 13 лет.
После смерти Александра Македонского Аристотель бежал из Афин, обвиненный в колдовстве, а по сути дела это было гонение на него как на представителя промакедонской партии. Своим бегством Аристотель пытался избавить афинян от вторичного преступления против философии (первым, как считал Аристотель, была казнь Сократа). Спустя год Аристотель умер в возрасте 62 лет в г. Халкида на острове Эвбея.
Из наследия Аристотеля сохранились трактаты, представляющие собой конспекты его лекций, написанные в повествовательной форме. С точки зрения естествознания представляют интерес трактаты «Физика», «О небе», «О возникновении и уничтожении», «Метеорология», а также написанные в форме вопросов и ответов «Проблемы» и «Механика». Сочинения Аристотеля в форме диалогов не сохранились, и мы знаем о них из пересказов.
По Аристотелю, физика является ключом к пониманию мира, однако в понятие «физика» он вкладывал несколько иной смысл, чем мы вкладываем сегодня. В его «Физике» нет математических формул, приборов и экспериментов. Под физикой он понимал природу, поведение тел в естественном состоянии и в своих исследованиях пытался отыскать «природу», естественный характер вещей.
Материя, как считал Аристотель, это исходный субстрат каждой вещи. Она состоит из четырех стихий: земли, огня, воздуха и воды. К ней добавляется и пятая – эфир. Первые четыре стихии переходят одна в другую, образуют вещества, а пятая – эфир вечна и неизменна. Мир, по Аристотелю, неоднороден. В подлунном мире вещи возникают, разрушаются и исчезают. Небесный, надлунный мир небесных сфер – вечен, неизменен и нерушим.
Стержнем физических представлений Аристотеля является его учение о движении и пространстве. Движению Аристотель придавал широкий смысл, понимал его как любое количественное или качественное изменение. Изменение положения тел Аристотель определял как частное, локальное движение. В свою очередь локальные движения он разделял на естественные и насильственные. Естественные движения бывают прямолинейными (например, падение тел) и круговыми (вращение звезд) и не требуют никакой силы. Регулярность и вечность кругового движения обусловлена перводвигателем, сообщившим это движение сферам, к которым прикреплены звезды. Центр вращения находится в центре Земли.
В представлениях Аристотеля о насильственном движении предполагается, что движущееся тело постоянно находится под воздействием силы, при этом скорость движения обратно пропорциональна сопротивлению среды. Отсюда следует, что если сопротивление среды отсутствует (движение в пустоте), тело приобретает неограниченную скорость. Это противоречило обыденным представлениям, поэтому Аристотель пришел к выводу о невозможности существования пустоты в природе. По заключению Аристотеля «природа не терпит пустоты», все пространство заполнено материей. Свойства пространства зависят от свойств тел, движущихся в пространстве. По Аристотелю нет и времени, существующего независимо от движения и происходящих событий. Также, по Аристотелю, при отсутствии внешней силы тело двигаться не может. А как быть с движением брошенного тела, каким образом оно поддерживает свое движение? Как быть с движением стрелы, выпущенной из лука? Аристотель объясняет это движение свойствами среды – воздуха, который подталкивает движущееся тело, как парус по ветру, воздухом, стремящимся занять место, освобождаемое телом при движении.
Следствием представлений Аристотеля о движении является вывод о пропорциональности скорости падения тел в данной среде весу тела. Постепенное увеличение скорости при падении Аристотель объяснял увеличением веса при приближении тела к предопределенному месту.
Заслугами Аристотеля в области естествознания являются также формулировка правила сложения перемещений (для частного случая перпендикулярности перемещений), правил равновесия рычага, описание действия блоков и весов.
Вклад Аристотеля в биологию считается даже большим, чем в физику. Он собрал и классифицировал огромный материал по анатомии животных. В биологии Аристотель руководствовался идеей стремления всего в природе к совершенству. Он определил жизнь как способность к самообеспечению, к независимому росту и распаду. Вместе с тем Аристотель отвергал идею эволюции и считал, что все виды животных неизменны.
Выдающимся достижением Аристотеля является создание им формальной логики. Основой для логики явилась идея классификации, которая проходит через все труды Аристотеля.
Будучи учеником Платона, Аристотель, тем не менее, отвергал ряд принципиальных позиций в мировоззрении своего учителя. Он считал материальный мир реально существующим, истинным бытием обладают конкретные вещи, а не платоновские «идеи».
Механика античности представляла собой в основном статику и кинематику. Динамика же основывалась на ошибочных представлениях Аристотеля, который, основываясь на бытовых повседневных наблюдениях, считал, что для поддержания равномерного прямо линейного движения тела к нему необходимо постоянно прикладывать силы. Его усилиями также утвердилась геоцентрическая система строения мира. Католическая церковь, первоначально враждебно настроенная к Аристотелю, с XIII века признала его величайшим авторитетом по всем вопросам, не касавшихся, правда, догматов религии. Несмотря на огромные заслуги Аристотеля, его представления о причинах движения и отказ от специально поставленных экспериментов нанесли развитию науки огромный вред. Хотя философы считают Аристотеля «основателем истинного естествознания», он отнюдь не считается таковым у физиков и механиков.
Левкипп (ок. 500 – 440 до н.э.) – греческий философ-материалист, один из основоположников атомистики. Точное место рождения неизвестно; возможно, Милет или Абдера. О жизни Левкиппа известно очень мало, и не сохранилось никаких работ, которые можно было бы с уверенностью назвать произведениями Левкиппа. Вероятно, он учил в Абдере, где жил его ученик Демокрит, фигура которого как создателя завершенной системы атомистики полностью заслонила его учителя.
Левкипп одновременно с Эмпедоклом и Анаксагором выдвинул идею множественности элементов существующего. Придерживаясь идеи Парменида о неизменяемости и качественной однородности сущего, для объяснения разнообразия предметов он утверждает существование относительного небытия, т. е. наличие пустоты, разделяющей все сущее на множество элементов. Свойства этих элементов зависят от ограничивающего их пустого пространства, различаются они по величине, фигуре, движению, но все элементы мыслятся как однородные, непрерывные и потому неделимые (atomoi). Вслед за философами ионийской школы Левкипп считал движение внутренне присущим атомам. По-видимому, к Левкиппу можно отнести и отдельные черты разработанной впоследствии Демокритом атомистической космологии.
На развитие естественных наук оказало существенное влияние идея атомистического строения материи, выдвинутая и развитая Демокритом (460–370 гг. до н.э.). Он родился в городе Абдеры во Фракии на берегу Эгейского моря в семье богатого торговца и рабовладельца. Демокрит много путешествовал, побывал в Месопотамии, Египте, Индии, в Афинах встречался с Сократом. Благодаря Левкиппу, и не только ему, Демокрит познакомился с философией милетской школы и элеатов. Предполагают, что он был слушателем еще одного видного греческого философа – Анаксагора. Свидетельства подтверждают и то, что Демокрит был хорошо знаком с философией софистов, даже вел полемику с ее создателями.
Сочинения Демокрита не дошли до нас, и их содержание раскрывается в сочинениях других авторов, излагающих суть его учения об атомах и другие воззрения. По Демокриту, атомы (неделимые) составляют материальную основу Вселенной. Атомы вечны, и Вселенная, состоящая из атомов и пустоты, также вечна. Атомы находятся в непрерывном движении, перемещаются в пространстве. Атомы различны по размерам и форме и недоступны для человеческого восприятия. Все предметы образуются из атомов и их сочетаний.
Таким образом, Демокрит положил начало материализму в философии в противовес идеализму Пифагора и Платона. Он считал пространство бесконечным, а пустоту реально существующей, Вселенную – вечной и бесконечной в пространстве. Он отрицал случайность событий, рассматривал ее как результат незнания. Источником познания Демокрит считал чувственное восприятие, но это восприятие происходит на низком «темном» уровне. «Светлый» уровень обеспечивается только разумом, ведущим к познанию сущности Мира, состоящего из атомов и пустоты.
Демокрит объяснял чувственное восприятие объектов истечением от них тонких оболочек — «идолов», воздействующих на органы чувств. Демокрит признавал существование души у человека, которая также состоит из атомов – самых мелких. Наряду с философией, Демокрит разрабатывал и вопросы математики, физики, философии, психологии, медицины, искусства, этики.
Архит Тарентский (ок. 428–365 до н.э.), древнегреческий философ, математик и астроном, государственный деятель и полководец, один из виднейших представителей древнего пифагореизма. Семь раз избирался стратегом Тарента, установил демократическую конституцию, спас Платона от расправы сицилийского тирана Дионисия II в 361 до н.э. Последователь пифагорейской школы. Архиту принадлежит решение задачи удвоения куба, основанное на построении пересечения нескольких поверхностей вращения; приписывается установление первых принципов механики, а также изобретение блока и винта.
Александрийский (эллинистический) этап (примерно 330 г. I век до н.э.) начался с подчинения Александром Македонским греческих полисов. Научным центром становится новая столица Египта – Александрия, основанная Александром в 332 г. до н.э.
Александр Великий и его преемники Птолемеи первыми осуществили попытку государственной организации и финансирования науки. В Александрии в начале III в до н.э. было организовано первое в мире научно-исследовательское учреждение – мусейон, а при нем библиотека. В мире не было более или менее ценного произведения, оригинал или копия которого не хранились бы в Александрийской библиотеке. По различным оценкам число книг в ней доходило до 700 тысяч. Сотни грамотных рабов ежедневно трудились над переписыванием свитков.
Наибольший вклад эллинистический век внес в математику и механику, в развитие письменности. К концу эллинского этапа античной науки письменность входит в обыденную повседневную жизнь античного мира.
С Александрийским этапом античной науки связаны, прежде всего, имена Евклида, Эпикура и Архимеда.
Евклид (IV – нач. III в. до н.э.) был крупнейшим математиком своего времени. О его жизни известно мало, но до нас дошло его бессмертное творение – «Начала», в котором геометрия впервые изложена как единое целое учение. В Александрии Евклид работал с 310 г. по 280 г. до н.э. Здесь он создал математическую школу и написал для учеников свой великий труд. Вся математическая система Евклида основана на пяти постулатах и пяти аксиомах, принимаемых без доказательств. В «Началах» обобщены и отражены достижения всей математики того времени. Влияние «Начал» испытали на себе практически все крупнейшие ученые мира.
Последним крупным философом эпохи эллинизма считается Эпикур (341–270 гг. до н.э.). В своем учении он на новом уровне возрождает идеи атомизма Демокрита. По его представлению возможна случайность движения атомов, отклонение их траектории от прямой линии. На основе атомизма Эпикур пытался объяснить не только природные явления, но и явления социальные и психические. По Эпикуру, ощущения возникают вследствие потока частиц, проникающих в органы чувств. Атомы, находясь в беспрерывном движении, образуют все сущее. Так возникла и Земля, затем от нее отделилось небо, Земля породила жизнь, а все, что не могло приспособиться к жизни на Земле, умирало. Естественным путем на Земле возник животный и растительный мир, а также человек.
Эпикур, как мы видим, не находил места божественному началу земной жизни. Он считал, что боги находятся далеко, в межзвездном пространстве, и в жизнь людей не вмешиваются. В последующие столетия понятие «эпикуреец» было аналогично понятию «безбожник».
Самым выдающимся ученым не только Александрийского этапа, но и всего античного периода был Архимед (287–212 гг. до н.э.). Архимед родился в Сиракузах на острове Сицилия, долго учился в Александрии. Он прославился как механик и математик, поразивший не только современников, но и потомков оригинальностью мышления, изобретательностью. Вот лишь перечисление важнейших открытий, сделанных Архимедом в области механики и математики.
Архимед математически строго вывел закон о рычаге, определяющий зависимость между грузами на концах рычага и плечами при равновесии.
Архимед аналитически определил число π, впервые используя исчисление бесконечно малых.
Архимед доказал, что объемы цилиндра, шара и конуса, имеющих одинаковую высоту и ширину, относятся как 3:2:1 соответственно, используя для этого метод, близкий к интегральному исчислению.
Архимед изобрел и построил винт для поднятия воды.
Архимеду принадлежит и изобретение червячной передачи.
Архимед нашел способ вычисления центра тяжести некоторых тел.
Архимед установил основной закон гидростатики закон о плавучести тел, носящий его имя.
Изготовленный Архимедом планетарий считался вершиной точной механики. В качестве трофея он был перенесен в Рим.
Отметим, что в трудах Архимеда впервые наука использовалась для решения технических задач. Он заложил основы дифференциального и интегрального исчисления и подошел к механике как к математической дисциплине.
Архимед был величайшим изобретателем-механиком, причем многие его изобретения использовались в военных целях. Во время второй Пунической войны Архимед возглавлял оборону Сиракуз, осаждаемых римлянами. Он построил для обороны города метательные машины, позволявшие метать стрелы и камни весом до 10 талантов» (500 кг). Другие машины, как пишет Плутарх, «захватывали суда, поднимали их в воздух и затем кормою погружали в воду». Римляне в страхе обращались в бегство. Ворота города открыло предательство, при штурме Архимед был убит.
Римский этап (I век до н.э. – V век н.э.). Эллинистическая наука начинает активно проникать в Рим во II в. до н.э. Уже во времена Республики римская культура становится двуязычной, а ко времени Империи общепринятым языком науки становится греческий, а международным языком администрации латынь. Философия постоянно оставалась одной из основных наук античного мира. Римляне восприняли от эллинистических теорий лишь то, что отвечало их потребностям и представлениям о внутренне замкнутой структурной целостности. Этим, прежде всего, и объясняется пресловутое «научное» отставание римлян, компилятивный и книжный характер научного знания в Риме. Когда дело касалось жизненных основ их культурной традиции или устоев их общественного устройства, римляне не знали себе равных, например, в области права и администрирования. Уровень развития строительной, военной, сельскохозяйственной техники римлян ни с чем не соизмерим, несмотря на отсутствие собственных оригинальных изобретений.
Приоритет практического знания и опыта над понятийным знанием, лежащий в основании римской культурной традиции, способствовал формированию особого описательного характера книжного теоретического знания у римских авторов. Энциклопедический способ изложения в той или иной мере обнаруживается у любого римского «ученого»: в этой манере писали Варрон, Лукреций, Цицерон, Манилий, Витрувий, Цельс, Плиний Старший, Колумелла.
Крупнейшим научным центром продолжала оставаться Александрия. Там в I веке н. э. работал выдающийся математик и механик Герон Александрийский. Подробности его жизни неизвестны. Герона считают величайшим инженером за всю историю человечества. Он первым изобрел автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяженности дорог одометр и др. Первым начал создавать программируемые устройства с помощью вала со штырьками и намотанной на него веревкой. В средние века многие из его изобретений были отвергнуты, забыты или не представляли практического интереса.
Герон занимался геометрией, механикой, гидростатикой, оптикой. Основные произведения: Метрика, Пневматика, Автоматопоэтика, Механика (произведение сохранилось целиком в арабском переводе), Катоптрика (наука о зеркалах; сохранилась только в латинском переводе) и др. В 1814 году было найдено сочинение Герона «О диоптре», в котором изложены правила земельной съемки, фактически основанные на использовании прямоугольных координат. Герон использовал достижения своих предшественников: Евклида, Архимеда, Стратона из Лампсака. Многие из его книг безвозвратно утеряны (свитки содержались в Александрийской библиотеке).
Кла́вдий Птолеме́й (ок. 87 ок. 165) древнегреческий астроном, астролог, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения. В своем основном труде «Megale syntaxis» «Великое построение», известном под арабским названием «Альмагест», Птолемей изложил собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона. Птолемей сформулировал (если не передал сформулированную Гиппархом) сложную геоцентрическую модель мира с эпициклами, которая была принята в западном и арабском мире до создания гелиоцентрической системы Николая Коперника. Альмагест также содержал каталог звёздного неба. Список из 48 созвездий не покрывал полностью небесной сферы: там были только те звёзды, которые Птолемей мог видеть, находясь в Александрии.
Падение Западной Римской империи в V веке привело и к упадку всей античной науки. Хотя Восточная Римская империя – Византия просуществовала еще 1000 лет, там развитию науки непоправимый урон нанесла христианская религия.
Общая характеристика развития науки в античном мире
• В античном мире наука возникает как обособленная сфера духовной культуры. Появляется особая группа людей, специализирующихся на получении новых знаний, знания становятся системными, теоретичными и рациональными.
• Естественные науки существовали в форме натурфилософии, не отделимой от философии. Ученые античного мира были энциклопедистами, носителями как гуманитарных, так и естественнонаучных знаний. Экспериментальная база естественных наук была крайне ограничена.
• В методологическом плане важным достижением античности является создание дедуктивного метода исследований, закрепленного в наиболее законченном виде в «Логике» Аристотеля, и аксиоматического метода изложения научных теорий, использованного впервые в «Началах» Евклида. Формальная логика Аристотеля, обогащенная новыми правилами, называется сейчас традиционной. На ее основе возникла математическая логика.
• Как междисциплинарная наука формируется математика, используемая при решении как научных, так и прикладных задач.
Как течения в науке и философии выделяются идеализм (линия Пифагора и Платона) и материализм (линия Демокрита и Эпикура). Наряду с религиозностью научных воззрений возникают и первые формы атеизма. Существенное развитие в античном мире получает письменность. Появляется более совершенный, чем папирус, писчий материал пергамент. Формируются библиотеки, крупнейшей из них стала Александрийская. Письменность входит в повседневный быт, вовлекается в процесс обучения.
Античные научные воззрения имели существенную гуманитарную составляющую как по форме, так и по содержанию. Научные труды облекались в форму литературных произведений, носили отпечаток мифологичности, романтизма, мечтаний.
В античном мире возникают умозрительные построения, догадки, идеи, получившие развитие в более позднее время. К таким идеям можно отнести, например, гипотезу о гелиоцентрическом устройстве мира, атомизм. Возникла традиция научных школ, первыми из которых были Академия Платона и Ликей Аристотеля.
Впервые в качестве заказчиков проведения научных исследований выступают военные.
В античной науке сформулирована обоснованная концепция устройства мира (Аристотелево-Птолемеевская система), продержавшаяся практически неизменной более 13 веков.
Развитие античных государств сопровождалось совершенствованием техники. Промышленным способом производятся железо, медь, свинец, серебро, золото. В ряде районов Греции и Малой Азии, начиная с VI–V вв. до н.э., выплавляется сталь, употребляемая для изготовления ремесленных инструментов, оружия. В римский период разработана стеклодувная техника, производство стекла. Одной из наиболее развитых отраслей производства было строительное дело, стимулировавшее, в свою очередь, развитие механики. В античных городах достигнут высокий уровень благоустройства и комфорта. Была налажена система водоснабжения, особенно совершенная в римских городах. Развивается география, сведения из которой обобщены к середине II в. н.э. Птолемеем. В конце античной эпохи на базе производственных процессов (сплав металлов, крашение) появляются первые знания в области химии.
Гуманитарные науки в античном мире развивались в недрах философии. Древнегреческие философы впервые в истории общественной науки дали определения государства и закона, классифицировали формы государственной власти.
Экономические, политические и правовые идеи Платона, Аристотеля, стоиков, Цицерона впоследствии были восприняты многими мыслителями, вплоть до современности. Логико-правовые конструкции римских юристов оказали значительное влияние на становление юриспруденции как самостоятельной области знаний.
Тема 3. Средневековая наука и техника
II период развития науки – средневековый.
Античная наука пришла в упадок не только вследствие падения Западной Римской империи в Римской империи V веке, но также вследствие распространения в Восточной империи христианства. Несмотря на процветание Византии, наука там оказалась гонимой. В 391 г. фанатики христиане, которых патриарх Александрии призвал уничтожить языческие книги, сожгли Александрийскую библиотеку, много рукописей было безвозвратно утеряно. В VI веке были закрыты все «языческие» школы, в том числе академия Платона и Ликей Аристотеля. Гонения на ученых привело к их массовой эмиграции в Азию, в основном в Иран.
VII – VIII века период арабских завоеваний. Огромные территории бывшей Римской империи в Азии, Африке, Пиренейский полуостров были захвачены арабами, объединившимися под знаменем новой религии – ислама. Уничтожению подверглись многие храмы и памятники. Во время взятия в 642 г. Александрии мусульманским халифом Омаром величайшая в мире библиотека была полностью уничтожена.
Однако в Сирии, Иране и других местах сохранялась эллинистическая философская и научная традиция. На сирийский язык были переведены Аристотель и другие греческие философы. Однако настоящий прорыв в освоении греческой культуры начался с воцарением в Багдаде династии Аббасидов. Правление Харун ал-Рашида (763/766–809) ознаменовало собой начало первого всестороннего эллинистического ренессанса в арабском мире. Он начался с многочисленных переводов на сирийский язык, большая часть которых на ранней стадии делалась христианами. Аль-Рашид активно поддерживал ученых, которые изучали греческий язык и переводили греческие философские и научные труды. Он также посылал людей на Запад для приобретения греческих манускриптов. Большая работа по переводу иноязычных трудов и их распространению привела к созданию библиотек, которые обычно находились при мечетях и медресе.
Уже в конце IX века Багдад стал центром образованности арабского мира. Арабы усваивали не только эллинистическую культуру. Они установили важные контакты с Ираном, Индией и Китаем.
Многие знания арабские ученые почерпнули в Индии. Здесь VI веке в трудах Ариабхаты сложилась десятичная система исчисления. Через 100 лет Брахмагупта ввел отрицательные числа и число «0». Его современник пророк Мухаммед лично способствовал распространению индийских цифр в арабском мире.
Арабские ученые внесли выдающийся вклад во многие области знания. В начале IX века математик Мухаммед бен Муса ал Хорезми (ок. 780–847) заложил основы алгебры. В 827 г. ал Хорезми принимал участие в измерении длины градуса земного меридиана на равнине Синджара. Примерно в 830 г. он создал первый известный арабский трактат по алгебре. При халифе ал Васике (842—847) ал Хорезми возглавлял экспедицию к хазарам. Последнее упоминание о нем относится к 847 г.
Особое место в развитии арабской науки занимает Абу Али Хасан ал Хайсан ал Басри (965–1039). Его главный труд по оптике «Сокровище оптики» во многих отношениях представлял собой прорыв в этой науке. Ал Басри добился большого успеха в изучении линз, сферических и параболических зеркал. Более того, он был выдающимся представителем экспериментального подхода к изучению оптических явлений и сделал точный для своего времени анализ строения и функционирования глаза. Вопреки Аристотелю он утверждал, что луч света исходит от наблюдаемого объекта, а не из глаза. Сегодня ал Басри рассматривается как крупнейший физик арабского мира. Он оказал сильное влияние на западную науку, в том числе на Роджера Бэкона, Кеплера и Ньютона. Ал Басри также написал комментарии к «Началам» Эвклида.
Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмет ал Бируни (973–1048) – хорезмийский ученый. Круг его интересов необычайно широк: математика, хронология, география, геология, геодезия, астрономия, физика, ботаника, минералогия, этнография, история. В астрономии ал Бируни, наряду с геоцентрической системой признавал гелиоцентрическую.
Абу Али Хусейн ибн Абдаллах ибн Сина (980–1037) – представитель восточного аристотелизма. Первым в инструментах использовал нониус. Ибн Сина был ученым, одержимым исследовательским духом и стремлением к энциклопедическому охвату всех современных отраслей знаний. Он отличался феноменальной памятью и остротой мысли. Написал 450 трудов в 29 областях наук, 274 труда дошли до нас. Философ, врач, астроном, математик.
Омар Хайям (1048–1131) – астроном, математик, философ и поэт. В математике установил, что π является иррациональным числом. Нашел графический способ решения уравнения 3-й степени. Ученик Омара Хайяма Аль-Хазини, деятельность которого развертывалась между 1115 и 1121 гг., написал замечательный трактат – "курс" средневековой физики, в который вошли таблицы удельных весов твердых и жидких тел, описания опытов по взвешиванию воздуха, наблюдения явления капиллярности, описание применения ареометра для измерения плотности жидкости.
Улугбек Мухаммед Тарагай (1394–1449) – узбекский астроном и математик, один из величайших мыслителей, просветителей, ученых средневековья. Внук Тамерлана, был правителем империи Тимуридов –Хорезма. Его основным интересом в науке была астрономия. В 1428 году Улугбек построил в Самарканде обсерваторию также получившую его имя. В Обсерватория Улугбека был секстант с диаметром 36 метров с делением на 180°. В ней Улугбек к 1437 году закончил Зидж-и Султани – каталог звёздного неба, в котором были описаны 994 звезды. По единогласному признанию историков астрономии, таблицы Улугбека по своей полноте и точности данных были признаны лучшими в мире до изобретения телескопа.
В 1437 году Улугбек определил длину астрономического года как 365 дней, 6 часов, 10 минут, 8 секунд (с погрешностью + 58 секунд).
Научная и просветительская деятельность Улугбека вызвала недовольство мусульманского духовенства и реакционных феодалов, обвинявших его в ереси и организовавших против него заговор. Улугбек был предательски убит, а его обсерватория варварски разрушена.
Почти во всех областях научного исследования – астрономии, математике, медицине и оптике – арабские ученые занимали ведущее положение. На протяжении более чем шести веков арабы в техническом и научном отношении превосходили Запад. Встает вопрос, почему арабская наука не стала источником современной науки. Почему научная революция произошла в XVI–XVII веках в Европе, а не в арабо-исламском мире? Как можно объяснить упадок арабской науки после XIV века? Почему остановилось развитие арабской философии и науки?
На первый взгляд может показаться, что одной из причин застоя и упадка в XIV веке восточной науки являлась арабская попытка "исламизации" греческой науки. Почти без исключения все вышеупомянутые арабские философы зарабатывали себе на жизнь как врачи, правоведы и государственные служащие. Хотя все они были мусульманами, но основывали свою деятельность на греческой философии и науке, не пытаясь "исламизировать" ее проблемы и результаты. С этим мирились, но в то же время эти ученые все больше становились объектами критики со стороны религиозных кругов. В XII–XIII веках возросло давление со стороны специфически исламских наук. Так называемые "иностранные" науки могли рассчитывать на поддержку только тогда, когда они были обоснованы религиозно или, скажем, выполняли определенную религиозную функцию (астрономия, геометрия и арифметика были среди этих наук, поскольку для совершения молитвы мусульмане должны были знать точное время и направление на Мекку). Однако многие другие научные области критиковались с религиозной точки зрения как "бесполезные" или как подрывающие картину мира, изложенную в Коране. Таким образом, возрастающая исламизация "иностранных наук", по-видимому, вела к ограничению того, что законно могло трактоваться в качестве актуальных исследовательских задач.
Возможно, другой большой проблемой было и отсутствие в арабской культуре институциональных оснований науки. Главным арабским центром образования были так называемые медресе. Начавшие расцветать в XI веке, они были главными исламскими культурными учреждениями. Медресе преимущественно предназначались для изучения религиозных (исламских) наук. Вся учеба сосредотачивалась на изучении Корана, жизни Пророка и его последователей, а также мусульманском учении о праве (шариате). Философия и естественные науки не изучались, хотя основные связанные с ними тексты копировались в медресе и передавались в библиотеки. Многие философы и ученые были преподавателями в медресе, но они не читали здесь лекций по "иностранным" наукам. В возрастающей степени занятие "иностранными науками" становилось личным делом или ассоциировалось с мечетью (астрономия) и двором халифа (медицина). Независимая арабская наука никогда не была официально институционализирована и санкционирована арабо-исламской религиозной и политической элитой. Средневековый ислам не признавал гильдий и корпораций. Профессиональные группы студентов и преподавателей не могли быть юридически оформлены, что препятствовало их самостоятельному внутреннему развитию. Соответственно, было почти невозможным создание автономных академических институтов с внутренним самоуправлением, как это было в европейских университетах позднего Средневековья. Поэтому, очевидно, наиболее важной причиной стагнации арабской науки в XIV в. является то, что арабский мир так и не смог создать независимые университеты, к которым относились бы с терпимостью и которые могли бы рассчитывать на поддержку как светской, так и религиозной властей.
Контакты с арабами и расцвет экономической деятельности привели к интеллектуальному пробуждению в Испании, Лотарингии, Франции, Шотландии. В Италии были созданы первые учреждения, служащие для распространения и расширения знаний, – университеты. В 1100 г. университет в Болонье уже достиг славы. К этому времени приобрел известность и Парижский университет.
По образцу Парижа и Болоньи были созданы университеты в Падуе (1222 г.), Оксфорде (1229 г.), Кембридже, Неаполе, Риме и др. Примерно между 1125 и 1280 гг. в Испании и Италии были переведены труды Аристотеля, Евклида и Птолемея, одностороннее изучение которых привело к развитию схоластики. В это время труды Архимеда и Герона почти наверняка еще не были известны, так что все изучение механики было основано на трудах Аристотеля и "Проблемах механики", которые также приписывались Аристотелю.
Общая характеристика средневековой науки
Средневековая наука развивалась в сложных экономических и политических условиях. Античные традиции в наибольшей степени сохранялись в Византии, чье научное наследие в основном бесследно исчезло. К XV в. оказался разрушенным и мусульманский мир, потерявший свою интеллектуальную силу. Но к этому времени на сравнительно высокий интеллектуальный уровень поднялась Западная Европа, прошедшая путь от крушения Западной Римской империи до начала Возрождения.
Основными чертами средневековой науки можно считать следующие.
• В средние века не было значительных прорывов в науке. Однако упадок классической цивилизации не стал катастрофой для науки. Новая цивилизация обрела механизмы передачи научных знаний. Мусульманская и христианская (европейская) культуры сохранили письменные памятники древних ученых. Античная наука создала такой высокий интеллектуальный потенциал, такой объем знаний, который позволил науке вначале выжить, а затем начать новый подъем.
• Возникшие мировые религии христианство и ислам явились естественной реакцией на деградацию и упадок античного мира. На протяжении многих веков, особенно в раннее средневековье, церковь имела монополию на ученость и образование. Церковные школы и монастыри обеспечивали обучение, сохранение знаний и подготовку духовенства. Из церковных школ выросли первые европейские университеты с твердыми курсами обучения семью свободным искусствам. Наряду с подготовкой духовенства университеты давали и светские знания. Мероприятия Уфа.
В средние века Европой восприняты и разработаны важнейшие технические достижения, оказавшие могучее влияние на дальнейшее развитие науки. К ним относятся прежде всего водяной и ветряной двигатели, механические часы, компас, порох, бумага, очки. Религиозное мировоззрение стало основой для формирования политических, правовых, экономических концепций. Однако концепции исламских мыслителей значительно отличались от учений западноевропейских теоретиков, прежде всего по проблемам соотношения церкви и государства, сущности, целях и задачах государства. На развитие мировой культуры оказали огромное влияние Библия и Коран, явившиеся в эпоху религии основой для решения политических, правовых, экономических и морально-этических проблем.
Тема 4. Ренессанс и научная революция
Ренессанс, то есть возрождение античной культуры, имел огромное значение для становления экспериментальных наук. Веками Византийская империя выступала как хранительница греческой культуры, благодаря ей к цивилизации приобщились славянские народы. В последнее столетие существования империи, Византия сыграла важную роль в распространении древнегреческой литературы в Италии эпохи раннего Ренессанса. Основным центром изучения астрономии и математики к тому времени стала академия Трапезунда.
После взятия турками в 1453 г. Константинополя и падения Византии (Восточной римской империи) многие интеллектуалы отправились на Запад. Точно так же, как арабы, за несколько веков до этого, принесли в Европу знание натурфилософии Аристотеля, они принесли с собой новое знание об античной греческой философии, в особенности философии Платона. Перенесение греческих теорий в XV век помогло создать сочетание условий, которое сделало возможным возникновение экспериментальной науки. С одной стороны, имелись адекватные понятия и теории, заимствованные из греческой философии, и теоретическая ученость, приобретенная в процессе занятий средневековой схоластической философией. С другой стороны, вновь пробудился интерес к использованию, преобразованию природы и контролю над ней.
Но какова бы ни была роль этих различных факторов, уникальным оказалось именно сочетание теории и практической заинтересованности в изучении природы. Возникновение естественных наук в эпоху Ренессанса было результатом длительного предшествующего процесса, в ходе которого происходило развитие как естественнонаучных понятий в лоне средневековой философии, так и технических познаний в рамках ремесел и сельского хозяйства. Естествознание не возникло только из теории или только из практического интереса. Необходимо было одновременное сосуществование этих факторов, что и произошло в эпоху Ренессанса.
Возрождение античных искусства, культуры и науки началось в Италии в XIV веке, и в течение 200 лет распространилось в Европе. Провозвестниками Ренессанса стали поэт Данте Алигьери (1265–1321) и художник Джотто ди Бондоне (1267–1337). Их творчество пронизано верой в человека, его возможности, волю и разум, отрицанием схоластики и аскетизма. Ренессанс отвечал интересам нового зарождающегося класса буржуазии.
Достижения медицины
Медицина была одной из немногих отраслей знания, в которой был достигнут прогресс по сравнению с античностью. Влияние византийской медицины сказывалось как в арабских странах, так и в Европе в эпоху Возрождения. Вплоть до XVI века предполагалось, что болезнь является следствием ненормального смещения четырех жидких сред организма (крови, мокроты, желтой и черной желчи). Первым вызов этой теории бросил швейцарский алхимик Парацельс (1493–1541), который утверждал, что болезни связаны с нарушениями различных органов и могут быть излечены при помощи химических препаратов. Примерно в это же время первое тщательное анатомическое исследование человека было проведено Андреасом Везалием (1514–1564). Однако основы современной медицинской науки были заложены почти сто лет спустя, когда английский ученый Уильям Гарвей (1578–1657) открыл, что кровь в теле человека циркулирует по замкнутому кругу благодаря сокращениям сердца, а не печени, как полагали ранее.
Среди титанов Возрождения одно из первых мест по праву принадлежит Леонардо да Винчи (1452–1519) – великий итальянский художник, изобретатель и ученый. В механике он стал предшественником Галилея в области сопротивления материалов. Ввел понятия силы и момента, коэффициент трения. Выработал рекомендации для строительства арок.
Сила его ума его гениальные научные предвидения, его замечательные технические изобретения, наконец, его великое реалистическое искусство – все это повергало в изумление людей Ренессанса, склонных воспринимать Леонардо как живое воплощение того идеала всесторонне развитой личности, о котором мечтали лучшие из мыслителей и писателей XV – XVI веков.
Величайшим достижением эпохи Возрождения стало создание Коперником гелиоцентрической системы мира, основанной на описательной астрономии. В теории Коперника, наряду с научными воззрениями, провозглашались гипотезы, имеющие эстетический смысл, характерные для эпохи искусства. Идея Коперника о рядовом месте Земли во Вселенной потрясла мировоззрение эпохи, усилила критический дух, столь необходимый для становления науки.
Польский ученый Николай Коперник (1473–1543), будучи кафедральным каноником, большую часть жизни посвятил научным исследованиям. Учился в Краковском университете, Болонье, Падуе, Фарраре.
До XVI века, считающегося началом современной эры в науке, преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях Аристотеля и развившего их астронома Птолемея, где Земля помещена в центр Солнечной системы, что соответствовало христианской теологии, сделавшей драму грехопадения и спасения души краеугольным камнем истории. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея, орбиты планет были вычерчены по-другому и приобрели весьма замысловатый вид исключительно для того, чтобы соответствовать данной теории.
Не все ученые разделяли точку зрения Птолемея, однако в течение всего периода средневековья ее никто не оспаривал. Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена Коперником. Хотя далеко не все иерархи католической церкви выступали против новых идей, Коперник сознавал, что его выводы могут оказаться еретическими. Поэтому он не спешил публиковать свой труд «Об обращениях небесных сфер», который вышел в свет только в год смерти ученого (1543). Книга была посвящена Папе Римскому, а в предисловии было указано, что целью написания труда является желание помочь астрономам при вычислениях, а не критика теории Птолемея.
На самом деле, Коперник предложил революционно новую модель мироздания, кардинально отличавшуюся от известной на тот момент. Он утверждал, что Солнце является неподвижным центром, вокруг которого вращаются планеты; и что Земля – одна из этих планет. Период обращения нашей планеты вокруг Солнца равен году, кроме того, она вращается вокруг собственной оси и совершает полный оборот за сутки. Ученый также полагал, что Луна – это не одна из планет (как считали в то время), а спутник Земли. Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, а Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон тогда еще не были открыты. Новая теория в основном была правильной, но в ней имелись и слабые места. В частности, эта система была почти такой же сложной, как и птолемеевская, главным образом потому, что Коперник ошибочно считал орбиты планет окружностями.
Хотя в те времена теория Коперника еще не была окончательно подтверждена, устаревшая картина мира стремительно рушилась. Значительный удар ошибочным представлениям был нанесен датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), который в 1572 году заметил сверхновую звезду – неизмеримо далекую и очень яркую, чье появление в «неизменном» пространстве за Луной было бы невозможно. Спустя несколько лет Браге наблюдал столь же невероятное появление кометы. В результате масштабных и систематических наблюдений исследователь определил положение многих небесных тел и издал первый современный каталог звезд.
Еще более впечатляющие и убедительные данные были получены итальянским ученым Галилео Галилеем (1564–1642). Ему повезло, так как он уже мог использовать техническое новшество – зрительную трубу, изобретенную в Голландии примерно в 1600 г. Почти сразу же после получения в 1609 году известий о ее существовании Галилей сконструировал гораздо более совершенный прибор для наблюдения за небом. Его открытия имели огромное значение, т.к., помимо всего прочего, Галилей установил существование множества звезд, не видимых невооруженным глазом, пятен на Солнце, кратеров на поверхности Луны, спутников Юпитера и фаз Венеры.
Галилей использовал свои открытия для подтверждения гелиоцентрической (с Солнцем в центре) теории Коперника. Однако Церковь забила тревогу, поскольку это угрожало традициям и авторитету библейского учения, основанного исключительно на геоцентрической теории.
Сам папа римский запретил Галилею отстаивать взгляды Коперника, и ученый замолчал на долгие годы. Но постепенно он пришел к выводу, что если будет действовать осторожно, слава сможет оградить его от преследований Церкви. В 1632 году Галилей опубликовал трактат «Диалог о двух главнейших системах мира», в котором опровергал положения системы Птолемея однако сохранил видимость того, что следует указаниям папы, закончив книгу утверждением что творения рук Господних в действительности недоступны пониманию человека.
Однако работа Галилея вызвала сенсационный отклик в Европе, и его уловка была разоблачена. 69-летнему ученому было приказано явиться в Рим, где он предстал перед судом инквизиции и был обвинен в ереси. Под угрозой смертного приговора Галилей признал ошибку и объявил о раскаянии. По понятиям того времени, наказание было достаточно мягким: в течение оставшихся восьми лет своей жизни Галилей находился под домашним арестом.
Попытки Церкви запретить теорию Коперника потерпели неудачу, поскольку книга Галилея была переведена на многие языки и стала популярной во всей Европе. Более того, важное свидетельство справедливости утверждений Коперника предоставил немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630), который в 1609–1619 гг. открыл три закона движения планет. Коперник и Галилей считали, что планеты вращаются вокруг Солнца по круговой орбите; Кеплер определил, что орбиты планет являются эллиптическими, и тем самым устранил ошибки своих предшественников. Он продемонстрировал, что гелиоцентрическая теория проще системы Птолемея, а также свободна от ее противоречий. Несколькими годами позже Кеплер создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых было возможно предсказать движение планет в будущем; основанные на работах Тихо Браге, эти открытия ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания Солнечной системы.
В XVII веке была создана классическая механика. У истоков новой неаристотелевой механики стояли:
Николо Фонтана, прозванный Тарталья (1499–1557) – итальянский ученый-самоучка. Сделал первый перевод «Начал» Евклида на итальянский язык. Был видным специалистом в фортификации, в сочинении «Новая наука» дал результат решения баллистической, не сообщая при этом, как оно получено;
Джероламо Кардано (1501–1576). Вывел решение уравнений 3-й и 4-й степеней, ввел отрицательные корни и мнимые числа. Известны его работы в области теории механизмов. Изобрел шарнир, передающий вращение между валами, составляющими произвольный изменяющийся угол, предложил разложение механизма на элементарные звенья, ввел передаточное число;
Доменико Сото (1494–1560). Испанский ученый, последователь Оксфордской школы. Утверждает, что движение падающего тела является равномерно-переменным, и дает для пройденного падающим телом пути закон, совпадающий с современным;
Симон Стевин (1548–1620) – голландский математик, механик и физик. С 1583 г. преподавал в Лейденском университете, в 1620 г. организовал инженерную школу при Лейденском ун-те, где читал лекции по математике. В последние годы жизни был инспектором водных сооружений.
Автор «Начал статики» (1586). Первым сформулировал теорему о треугольнике сил, дал новое доказательство закону равновесия сил на наклонной плоскости, основанное на невозможности вечного двигателя, предложил способ изображения сил с помощью линий. Сформулировал закон гидростатического давления, ввел понятие метацентра. Исследовал магнетизм Земли. Ввел в употребление в Европе десятичные дроби, отрицательные корни уравнений и т.п. Сформулировал условия нахождения корня в данном интервале и предложил способ его приближенного вычисления. Изложил десятичную систему мер.
Решительный удар по аристотелевой механике нанес Джамбаттиста Бенедетти (1530–1590). Ученик Тартальи, работал при дворе герцога Савойского в Турине, является одним из основоположников современной механики. С помощью принципа инерции объясняет ускорение, которое приобретает тело под действием постоянной силы. Бенедетти выдвинул теорию сообщающихся сосудов, ввел понятие момента силы относительно точки. Он был последователем Коперника.
Ренессанс не был периодом, когда средневековый мрак был полностью развеян светом. Часто он был временем, когда свет, казалось, почти исчезал. Доведем эту мысль до крайности. Ренессансные централизованные государства были менее демократичными, чем средневековые феодальные королевства. Сожжение ведьм в период Реформации, вера в дьявола и инквизиция, вероятно, были хуже средневековой жестокости. Аналогично этому, Ренессанс в интеллектуальном плане во многих отношениях был более смутным, чем Средневековье.
Общая характеристика развития науки в эпоху Возрождения
Естественные науки в эпоху Возрождения создали новый метод мышления – свободный, освобожденный от догм и схоластики, благодаря чему возникли предпосылки для выдвижения науки на передовые позиции в духовной культуре.
Дух искусства в эпоху Возрождения, объединив различные сферы человеческой деятельности, отложил отпечаток и на характер научных исследований. Это объединение нашло свое отражение и в универсальной деятельности выдающихся представителей эпохи, и литературном стиле научных трактатов, и характере технических проектов, не подкрепленных научным обоснованием, и в эклектичности научных сочинений. В ряде направлений, среди которых исследования по оптике, электричеству, магнетизму, механике, наука стала на порог великих перемен.
В эпоху Возрождения как широкое идейно-культурное движение сформировался гуманизм. Свобода и раскованность мысли создала предпосылки для создания множества научных направлений в гуманитарной сфере:
– трудами Макиавелли было положено начало политологии; Реклама на радио
– социальные идеалы гуманизма сформировались в виде утопических концепций коммунизма;
– в религиозной сфере крупнейшим идейно-политическим движением стала Реформация, которая в духе эпохи призывала к возрождению истинного первоначального христианства, апостольной церкви;
– возникает первая в истории экономической мысли школа – меркантилизм, отражающая подлинные закономерности экономического развития стран Европы в период становления абсолютизма.
Научная революция XVII века
Следующим шагом в развитии науки стала так называемая Научная революция. Наибольший вклад ее подготовку сделал великий итальянский ученый Галилео Галилей, заложив основы классической механики и сопротивления материалов. Свои экспериментальные исследования он проводил на основных, самых простых задачах механики, изучая падение тяжелых тел, их движение по наклонной плоскости, колебания маятника и баллистическую задачу. Основным трудом Галилея являются «Беседы о двух системах мира птолемеевой и коперниковой».
XVII век дал миру множество выдающихся ученых. Среди них можно отметить следующих:
Исаак Бекман (ок. 1570–1637) – голландский математик. Независимо от Галилея вывел законы скоростей и расстояний при падении. Экспериментально исследовал колебания натянутой струны.
Марен Мерсенн (1588–1648) – французский физик, математик и богослов. Возрождал экспериментальные методы в механике, например, исследовал колебания маятника и струны и измерял скорость звука в воздухе. Предложил схему зеркального телескопа. Вел переписку со всеми выдающимися учеными того времени из разных стран. В 1932–1970 гг. издано 11 томов писем, адресованных Мерсенну. Играл роль связующего центра, его деятельность способствовала научному общению, на основе кружка Мерсенна в 1666 г. организована Парижская Академия наук.
Рене Декарт (латинизированное имя Картезий) (1596–1650) – французский философ, физик, математик и физиолог. Заложил основы аналитической геометрии, ввел систему координат, усовершенствовал алгебру. Вывел закон сохранения количества движения. Создал философское учение картезианство.
Пьер Гассенди (1592–1655) – французский философ-материалист, математик и астроном. Свой курс философии он строил таким образом, что сначала излагал учение Аристотеля, а потом показывал его ошибочность. Открытия Коперника и сочинения Джордано Бруно окончательно убедили Гассенди в непригодности аристотелевской физики и астрономии. По учению Гассенди, все существующее состоит из атомов и пустоты и находится в пространстве, как бесконечной возможности наполнения, и времени; время и пространство никем не сотворены и не могут быть уничтожены, в отличие от атомов, которые, по Гассенди, созданы богом. Тела состоят не из первичных атомов, а из их соединений, которые Гассенди называл «молекулами» (от слова moles – «масса»). Атомное учение Гассенди было благожелательно принято естествоиспытателями XVII в. Многие из них, в том числе Р. Бойль, И. Ньютон, Р. Гук, основываясь на построениях Гассенди, излагали в своих трудах корпускулярные учения.
Пьер Ферма (1601–1665) – французский математик, один из создателей аналитической геометрии и теории чисел (теорема Ферма). Труды по теории вероятностей, исчислению бесконечно малых и оптике (принцип Ферма). Является предшественником Лейбница и сводит задачу интегрирования к алгебраической.
Бенедетто Кастелли (1577–1644) – итальянский физик и математик, друг и ученик Галилея. Основные труды Кастелли относятся к гидравлике и гидрометрии. Из сочинений Кастелли наиболее известно «Измерение текущей воды» (1628), в котором он впервые изложил основы гидрометрии. Продолжил исследования Галилея в области гидростатики.
Эванджели́ста Торриче́лли (1608–1647) – итальянский математик и физик, ученик Кастелли и Галилея. Известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики. В 1641 году Торричелли переехал к Галилею в Арчетри, где стал его учеником и секретарем, а после смерти Галилея (1642) – его преемником на кафедре математики и философии Флорентийского университета. В 1644 году развил теорию атмосферного давления, доказал возможность получения так называемой «торричеллиевой пустоты» и изобрел ртутный барометр.
Винченцо Вивиани (1622–1703) – итальянский физик и математик, ученик Галилея и Торричелли. Совместно с Торричелли проводил различные физические опыты. В 1639 году Вивиани становится учеником самого Галилея. Он стал неоценимым помощником слепого ученого, который в то время находился под надзором инквизиции. После смерти Галилея и Торричелли Вивиани продолжил научные исследования своих наставников. Попутно подготовил к печати сборник трудов Галилея и биографию ученого.
Христиан Гюйгенс (1629–1695) – нидерландский ученый, математик, астроном и физик, один из основоположников волновой оптики. В 1665–1681 гг. работал в Париже. Изобрел (1657) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил законы колебаний физического маятника, заложил основы теории удара. В 1678 г. создал волновую теорию света (опубликовано в 1690 г.), объяснил двойное лучепреломление. Совместно с Робертом Гуком установил постоянные точки термометра. Усовершенствовал телескоп; сконструировал окуляр, названный его именем. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор трактата «Маятниковые часы» (1673) и одного из первых трудов по теории вероятностей (1657).
Исаак Ньютон (1643–1727) – великий английский ученый, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики. Ньютон сделал решительный шаг в развитии механики. Он поставил перед собой грандиозную задачу – объяснить с единых позиций движение в Космосе и на Земле. «Экспериментальным материалом» ему послужили законы Кеплера. Он вывел закон всемирного тяготения и сформулировал три аксиомы динамики (законы Ньютона). Дал основные понятия механики: масса, плотность, количество движения, сила, выдвинул концепцию абсолютного – единого пространства и времени и развил идеи относительности движения Галилея. Все это позволило Ньютону движение планет Солнечной системы, особенности движения Луны, прецессии и сжатия Юпитера, форму Земли, описать явление приливов и отливов. Ньютонова модель Вселенной оставалась неизменной вплоть до новой научной революции начала XX века.
Рассматривая непрерывные процессы, Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление (флюксии и флюенты). К сходным результатам независимо от Ньютона пришел Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716). Дифференциальное исчисление стало наиболее важным математическим аппаратом.
Ньютон открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, развивал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления. Он продемонстрировал, что поток света, кажущийся нам белым, состоит из спектральных цветов, на которые его можно разделить при помощи призмы.
Гениальное сочинение Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687) ознаменовало научную революцию. Научная революция стала возможной благодаря динамичному развитию общества, уже достигшего значительного технологического прогресса.
Изобретения
Огнестрельное оружие, порох и корабли, способные пересекать океаны, позволили европейцам открыть, исследовать и нанести на карту значительную часть мира, а изобретение книгопечатания означало, что любая информация быстро становилась доступной ученым всего континента.
Итак, к XVII веку наука действительно далеко продвинулась в своем развитии. Помимо телескопа, были изобретены такие приборы, как микроскоп, термометр, барометр и воздушный насос.
Научные достижения постоянно множились. Двумя другими знаменитыми английскими экспериментаторами были Уильям Гилберт (1544–1603), заложивший основы изучения электричества и магнетизма, и Роберт Гук (1635–1703), который ввел понятие «клетка» для описания того, что увидел через линзы усовершенствованного им микроскопа. Ирландец Роберт Бойль (1627–1691) изобрел вакуумный насос и сформулировал закон, известный в наши дни под названием закона Бойля – Мариотта, который устанавливает соотношение между объемом и давлением.
Распространение знаний
В это время интерес к науке проявлялся повсеместно, а научные знания были еще не настолько специализированными, чтобы любой образованный человек не мог провести эксперимент и совершить открытие.
Книгопечатание чрезвычайно увеличило число книг и сделало их несравненно дешевле, чем прежде, доступнее для народа. А вместе с распространением книг быстрее начали распространяться и разные знания, то есть скорее пошло вперед просвещение человечества. Честь изобретения книгопечатания принадлежит Иоганну Гуттенбергу (ок. 1399–1468). Но без тряпичной бумаги книгопечатание не могло бы иметь таких огромных успехов. От арабов европейцы впервые научились делать хлопчатую писчую бумагу, но она была непрочна и неудобна для скорописи. Поэтому к ней начали примешивать льняные ткани и, наконец, стали делать бумагу из тряпок. Эта тряпичная бумага, по своей крепости, дешевизне и удобству для письма к концу средних веков вошла во всеобщее употребление.
Начиная с XVI века, взаимосвязь между обществом, наукой и техникой становилась все более тесной, поскольку прогресс в одной из областей знания подталкивал к развитию других. Новая наука пыталась подтвердить справедливость наблюдений путем экспериментов и перевести результаты на универсальный язык математики. Галилей был первым ученым, осознавшим, что именно такой подход является ключом к пониманию всего сущего, и утверждал, что «книга природы... написана математическими знаками».
Создание научных обществ, таких как Лондонское королевское общество (учреждено в 1662 году) и Парижская Академия наук (1666), и издание научных журналов позволяло быстро распространять сведения о каждом научном открытии, давая возможность исследователям использовать новейшую информацию. Сотрудничество ученых и публикация результатов исследований ускорила развитие научного прогресса. В результате этой «революции» в 16 – 17 веках, наука стала (и с тех пор остается) одним из ярчайших примеров успешного сотрудничества во благо человека. С этого момента научные знания приобрели необратимый характер, а их объем, а также и количество ученых удваивается каждые 10–15 лет.
Тема 5. Развитие электромагнитной теории и электротехники
Первые наблюдения явлений, известных под названием электричества и магнетизма, относятся ко времени античности и были произведены народами, живущими в бассейне Средиземного моря, особенно греками. Началось с обнаружения свойства натертого янтаря притягивать легкие предметы. Кроме того, в древнем мире наблюдали явления атмосферных разрядов и анестезирующее действие некоторых видов рыб при соприкосновении их с человеческим телом. Но представлений о том, что в этом проявляются электрические явления, не возникало.
Сам термин «электричество» появился на рубеже XVI и XVII веков, а затем постепенно наполнялся содержанием. Начиная с XVIII века, происходит более быстрое накопление знаний, но только в XIX веке электричество стало служить человеку.
Переломный момент в истории электричества произошел в 1600 г., когда вышел в свет замечательный труд английского естествоиспытателя Уильяма Гильберта «De Magnete», представляющий собой один из первых научных трактатов, написанных на основе экспериментов. До этого считалось, что электрические силы присущи только янтарю и одной из разновидности турмалина – линкуриону, а магнитные только железу. Гильберт экспериментально доказал, что электризация при трении обнаруживается у многих веществ – стекла, смолы, минералов и пр., а Земля является огромным магнитом, хотя и не состоит из одного только железа. Гильберт ввел понятие «vis electrica» («сила янтаря»), т.е. электрической силы. С XVIII века производный термин «electricitas» стал широко применяться. В русской научной литературе в XVIII веке получил распространение термин «электричество».
Мушенбрук обратил внимание на различный характер электризации стекла и янтаря, что способствовало открытию в 1733 году Шарлем Франсуа Дюфе «смоляного» и «стекольного» электричества (положительного и отрицательного, согласно терминологии Бенджамина Франклина). К числу наиболее известных достижений Мушенбрука принадлежит лейденская банка – первый конденсатор, изобретенный им в 1745 году. При этом он создал первый прообраз его внешней обкладки (в первых опытах в ее качестве использовалась рука экспериментатора, державшего банку). Мушенбрук обратил внимание на физиологическое действие разряда, сравнив его с ударом ската (ученому принадлежало первое использование термина «электрическая рыба»), провел опыты для проверки своих предположений. При этом он отрицал электрическую природу молнии, пересмотрев свои взгляды лишь после знаменитых опытов Франклина.
Франклин объяснил принцип действия лейденской банки, установив, что главную роль в ней играет диэлектрик, разделяющий проводящие обкладки; ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний "+" и "-"; разработал общую "унитарную" теорию электрических явлений, исходившую из предположения о существовании единой электрической субстанции, недостаток или избыток которой обусловливает знак заряда тела. Большая заслуга Франклина – установление тождества атмосферного и получаемого с помощью трения электричества и доказательство электрической природы молнии. Обнаружив, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел даже без соприкосновения с ними, Франклин предложил эффективный метод защиты от грозового разряда – молниеотвод.
Франклину принадлежит также ряд других технических изобретений: лампы для уличных фонарей, экономичная "франклиновская" печь, особый музыкальный инструмент, "электрическое колесо", вращающееся под действием электростатических сил, применение электрической искры для взрыва пороха и др.
Сущность электрических и магнитных явлений и связи между ними тогда не знали. Гильберт считал эти явления совершенно различными, и этот взгляд главенствовал до середины XVIII века, когда, благодаря трудам члена Петербургской АН Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724–1802), было положено начало новым взглядам: наука обогатилась представлениями о сходстве электрических и магнитных явлений. Вплоть до конца XVIII века ученые занимались только изучением статического электричества и его применением в практических целях: для лечебных целей, для взрыва пороха от искр при разряде и для передачи зарядов на расстояние – первой попыткой создания электрического телеграфа.
В течение XVIII века накопился большой опытный материал о статическом электричестве. Было установлено, существование проводников и непроводников электричества, доказано существование двух его родов – положительного (стеклянного) и отрицательного (смоляного). Удалось найти более совершенные методы получения значительных статических зарядов с помощью машин, изобрести способы их накопления при помощи лейденских банок и конденсаторов. Было обнаружено явление электростатической индукции. В конце XVIII века Кулон установил и количественную характеристику взаимодействия зарядов (закон Кулона).
Хотя все эти достижения еще не предвещали широкого применения электричества для практических целей, они имели существенное значение. Были созданы первые теории электричества, усовершенствована методика эксперимента, разработан ряд приборов.
В результате процесса изучения электрического тока, электротехника в последней трети XIX века стала важной самостоятельной отраслью науки и техники и оказала революционизирующее влияние на всю технику в целом, а в связи с этим и на все развитие производительных сил общества.
Разнообразные применения электрической энергии можно разделить на две группы:
– в первой электрическая энергия используется в значительных количествах с целью ее превращения в другие виды энергии: механическую (привод, тяга), световую (освещение), тепловую (термические процессы, отопление), химическую (электролиз) и т.п.
– ко второй группе относятся такие применения электрической энергии, при которых, хотя и происходят ее превращения в другие виды энергии, но они не являются целью. Здесь используются электрические импульсы или малые токи для воздействия на какие-либо индикаторы или приемники (телеграф, телефон, приборы управления или регулирования и т.д.).
В последнее десятилетие XVIII века внимание ученых обратилось к новым электрическим явлениям, обнаруженных Л. Гальвани и развитых Алессандро Вольта. Был найден новый вид электричества, который считали отличным от статического – электрический ток. В 1800 году Вольта, анализируя опыты и выводы Гальвани, приходит к построению первых генераторов электрического тока. Это Вольтов столб и чашечная батарея. Начался первый период электротехники – период изучения гальванического тока. Попытки его применения показали, что электрический ток может дать для практики то, что не способны дать другие области физики.
Основные периоды развития электротехники
Первый период развития электротехники (1800 – 1831 гг.) был сравнительно малоплодотворным для практики, но весьма богатым для изучения свойств электричества и потенциальных возможностей его практического применения.
В 1800 г. Карлейль и Никольсон разложили с помощью тока воду на водород и кислород. У. Крейкшенк показал в том же году, что и соли различных металлов также разлагаются током. В 1801 г. У. Х. Вулстен опытным путем доказал идентичность тока, получаемого от вольтова столба с теми зарядами, которые получаются при явлениях статического электричества. Были обнаружены тепловые действия тока – нагревание проводника. В 1802 выдающийся физик В. В. Петров, построив громадный вольтов столб из 4 200 медных и цинковых кружочков, дававший напряжение 1 700 В, получил устойчивую электрическую дугу между угольными электродами. Тогда же он обнаружил и явление тлеющего разряда при прохождении электрического тока через разреженные газы.
В. Риттер в 1803 г. обнаружил возможность аккумулирования энергии гальванического тока. В 1807–1808 гг. Х. Дэви произвел электролиз многих металлических солей и получил металлы в чистом виде (натрий, калий, кальций, стронций, магний, барий, бор). Петров, производя электролиз жиров и масел, обнаружил изоляционные свойства этих веществ.
Первая половина XIX века время триумфального развития промышленного переворота. Машинная индустрия, основанная на паровом двигателе, как источнике энергии, охватывала все новые и новые отрасли промышленности. На смену гужевому транспорту пришли железные дороги и паровые автомобили и тракторы, паровые машины на водном транспорте вытесняли паруса и весла.
Но появилась необходимость и в применении электрической энергии. Она основывалась на свойстве тока почти мгновенно распространяться на большие расстояния, что можно было использовать для создания электрической проводной связи. Вторым важным свойством была способность тока разлагать жидкости на составные части.
На этой основе Земмеринг построил электролитический телеграф, индикатором в котором служили пузырьки газа, образуемого при разложении жидкости током. Для практики этот телеграф оказался непригоден, однако он пробудил общий интерес к этому виду связи.
Второе применение – гальванический способ подрыва мин на расстоянии. В 1812 г. в Петербурге на Неве, а в 1815 г. в Париже на Сене Павел Львович Шиллинг демонстрировал методы гальванического взрыва подводных мин.
Существенные перемены в первом периоде развития электротехники оказались возможными в связи с открытием Эрстедом в 1819 г. электромагнетизма, т.е. действия тока на магнит. Опыты Эрстеда, продолженные и развитые Араго, Ампером и др., привели к созданию соленоида, мультипликатора, электромагнита и гальванометра. Опытами Барлоу, Фарадея и Генри была показана возможность превращения электрической и магнитной энергии в механическую, т.е. возможность создания электродвигателя.
В целом, в первом периоде только нащупывались пути применения гальванизма и электромагнетизма. Тормозом являлось то, что источники тока – вольтов столб и батареи элементов были пригодны только для лабораторных испытаний, т.е. маломощны и ненадежны в эксплуатации. Открытие в 1821 г. Зеебеком термоэлектричества также не обеспечило создание пригодных для практики генераторов. В связи с этим в первой трети XIX века развивалось только то направление электротехники, которое довольствовалось малыми или импульсными токами.
В первый период Ампер разработал многие вопросы взаимодействия токов, обобщенные в опубликованной в 1826–1827 гг. теории электродинамических явлений; начал свои эксперименты, в области индукции Фарадей, Георг Ом опубликовал трактат, посвященный закономерностям простых гальванических цепей. Био, Савар и Лаплас дали математическое выражение для силы взаимодействия между токами и магнитами, а Ампер для силы взаимодействия между токами.
В 1826 г. Георг Ом экспериментальным путем открыл основной закон электрической цепи и ввел понятие сопротивление. Он также научился вычислять сопротивление металлических проводников. Ученый мир поначалу не воспринял закон Ома. Первыми его признали русские физики Ленц и Якоби. И только в 1842 г. к Ому пришло признание – Лондонское Королевское общество наградило его золотой медалью.
Таким образом, в первом периоде развития электротехники (1800 –1831 гг.) были созданы предпосылки для ее развития, для последующих применений электрического тока.
Второй период развития электротехники (1831 – 1867 гг.) начинается с выдающегося открытия Майкла Фарадея – открытия электромагнитной индукции. Поэтому второй период можно назвать фарадеевским. До открытия способа превращать магнетизм в электричество применение последнего не выходило за пределы опытов и научных развлечений. Вся современная электротехника, основанная на применении больших токов имеет своим истоком открытие Фарадея.
Однако в этот период, независимо от открытия Фарадея развивалась и те области электротехники, для которых было достаточно импульсов или малых токов. В 1828–1932 гг. Шиллинг создал пригодный для практики электромагнитный телеграф, использовав в качестве индикатора переданных по определенному коду импульсов мультипликатор. Этим он открыл путь многим ученым в этой области, таким как Якоби, Морзе, Уитстон и др. Телеграфия в 1840-е гг. стала основной областью применения электрического тока. К концу 1860-х гг. Европа и Северная Америка были покрыты густой сетью телеграфных линий. Что касается подводных линий, то сначала они были проложены через реки, а в 1850 г. был проложен кабель через Ламанш, правда только через год удалось добиться хорошей связи. В 1856 г. была образована Атлантическая телеграфная компания для устройства телеграфной связи между Англией и США. Кроме огромных средств к ее работе были привлечены крупные научные силы во главе с У. Томсоном (лорд Кельвин). Длина этой линии составляла 3 600 км. В 1866 г. после десяти лет тяжелых трудов и устранения многочисленных аварий и неполадок была, наконец, установлена связь между Европой и Америкой.
Развитие телеграфа сыграло важную роль в разработке и установлении системы международных электрических единиц, способствовало возникновении и совершенствованию электрометрии и построению измерительных приборов.
Создание электродвигателя также могло основываться только на электромагнитном принципе. По этому пути и пошли изобретатели, создавшие электромоторы с постоянными магнитами. Однако для них необходимы были надежные источники тока, которыми не могли служить батареи гальванических элементов.
Академик Якоби в 1838 г. изобрел гальванопластику, на основе которой стала развиваться еще более широкая область применения электричества – гальваностегия.
В это время велись опыты и в области использования тока в электротермических процессах. Джоуль в 1841 г. и независимо от него в 1842 г. Ленц открыли закон выделения теплоты при прохождении тока.
Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) определил механический эквивалент тепла.
Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) сформулировал правило по которому наведенный ток всегда направлен так, что его магнитное поле противодействует процессам, вызывающим индукцию.
Но наибольший интерес во втором периоде развития электротехники, после телеграфии, вызывало электрическое освещение. Здесь уже были созданы основные типы дуговых ламп, и множество ламп накаливания.
Для всего этого нужен был надежный источник дешевой электроэнергии. Таким стал электромашинный генератор, основанный на принципе электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.
Созданию его способствовало развитие науки. Отметим установленные Кирхгоффом законы разветвленной электрической цепи, работы Вебера и Гаусса в области теории магнетизма, установления закона сохранения и превращения энергии, установления закона тепловых действий тока (закон Джоуля – Ленца) и обширные исследования Фарадея.
Познакомившись с экспериментальными исследованиями Фарадея в области электричества, Максвелл понял, что для торжества и развития его идей необходимо переложить их на строгий математический язык. В 1873 г. он создал обобщающую теорию электричества и магнетизма.
Третий период развития электротехники (1867 – 1891 гг.) начался в то время, когда на основе явления электромагнитной индукции и принципа самовозбуждения («динамоэлектрический принцип») был построен генератор Грамма, дававший дешевую электроэнергию. Во второй половине 1870-х гг., благодаря работам Яблочкова, появились генераторы однофазного переменного тока. Они получили применение лишь благодаря свече Яблочкова. Свеча Яблочкова дала возможность установить электрическое освещение в общественных помещениях, улицах, парках и т.д. В 1879 г. была изобретена лампа накаливания Т. Эдисона. Она, кстати вызвала к жизни новую отрасль – вакуумную технику.
Временные преимущества переменного тока с отмиранием свечи Яблочкова и широким распространением электродвигателей постоянного тока, укрепили позиции сторонников последнего. Однако увеличение спроса на электроэнергию и стремление понизить ее стоимость, выдвинули проблему создания больших электростанций и передачи энергии на большие расстояния. В 1880 г. Депре и Лачинов установили, что для уменьшения тепловых потерь надо передавать ток высокого напряжения. Все попытки передавать постоянный ток высокого напряжения, вырабатываемый специальными генераторами к успеху не привели. В 1885 г. венгерскими инженерами М. Дери, О. Блатти и К. Циперновским был создан промышленный тип однофазного трансформатора. Началось строительство электропередач на переменном токе, однако однофазный ток не годился для применения в электроприводах. Поэтому для этой цели применялись старые электростанции постоянного тока и старые генераторы в режиме двигателей.
Неудобство от существования двух электросетей были преодолены с открытием Феррарисом явления вращающегося магнитного поля и созданием на его основе двухфазной (Никола Тесла) и трехфазной (Михаил Иосифович Доливо-Добровольский) систем.
Четвертый период развития электротехники начался в 1891 г. и продолжается до сих пор. Его начало связано с и созданием паровых турбин Парсонса, пригодных для установки на электростанциях. IV период характеризуется огромным ростом производства электроэнергии не только на тепловых, но и гидро- и атомных электростанциях. В этот период зародились и невероятно развились радиотехника и электроника.