Лекции по "Истории науки и техники"

ЖИВОПИСЬ. Появление масляных красок – это пример того, как открытия в области технологии производят переворот в мире искусства. Художники, первыми освоившие эту технику, почти автоматически стали великими мастерами – как Сандро Боттичелли, Леонардо да Винчи, Микеланджело и Рафаэль; остальным была уготована участь подражателей. Великие мастера тех времен, были не только художниками, но и скульпторами, архитекторами и изобретателями. Микеланджело построил самый большой собор в мире – собор Святого Петра в Риме с куполом высотой 130 метров. Леонардо да Винчи оставил после себя множество проектов. Он подражал Архимеду, создателю античной механики, и конструировал различные военные машины. Многие его проекты были неосуществимы на тогдашнем уровне техники; но одно из его изобретений нашло очень широкое применение – это был колесцовый замок для пистолетов, именно Леонардо да Винчи создал кавалерийский пистолет.

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ. Итальянское  Возрождение было возрождением античных искусств и наук – в том числе  и географии. Друг Брунелески, Паоло Тосканелли, воскресил географию Птолемея, базирующуюся на определении широт и долгот. Тосканелли установил на вершине Флорентийского собора гномон, и, замеряя его тень, попытался заново вычислить длину меридиана. Неточность измерений привела к тому, что Тосканелли приуменьшил размеры Земли и сделал вывод, что расстояние от Испании через океан до Индии составляет лишь 6 тысяч миль – втрое меньше действительного. Расчеты Тосканелли попали в руки другого итальянца, Христофора Колумба, который загорелся желанием достичь этим путем Индии. Этот проект казался реальным благодаря изобретению каравеллы, судна с косым парусом и корабельным рулем; каравелла отличалась от своих предшественников тем, что могла, меняя галсы, плыть на парусах против ветра. В 1492 г. Колумб отправился в Индию и открыл Америку. В 1498 г. Васко да Гама обогнул Африку и открыл настоящую дорогу в Индию. В 1519 г. Магеллан отправился в первое кругосветное путешествие. Каравелла сделала доступными для европейцев все океаны и подарила им господство на морях. Каравелла – это было фундаментальное открытие, резко расширившее экологическую нишу европейских народов. Испания стала обладательницей богатейших колоний, сотни тысяч переселенцев отправились за Океан в поисках новых земель и богатств. Через полтора века после открытия Америки Испания опустела. Ее население уменьшилось вдвое, а в Америке выросли тысячи городов, населенных колонистами.

АГРОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ. Последствием открытия Америки стала агротехническая  революция. Европейцы познакомились с новыми с/х культурами, прежде всего с кукурузой и картофелем. Эти культуры были значительно продуктивнее пшеницы, и введение их в оборот позволило увеличить производство пищи. За расширением экологической ниши последовал рост населения, к примеру, население Франции в XVIII в. возросло в полтора раза. С другой стороны, американские плантации стали производителями сахара, кофе, хлопка, табака – продуктов, которые находили широкий сбыт в Европе. Однако, чтобы наладить производство этих товаров у плантаторов не хватало рабочей силы. В конечном счете, они стали привозить рабов из Африки; развитие плантационного хозяйства привело к невиданному расцвету работорговли. Все это были последствия великого фундаментального открытия - изобретения каравеллы.

РОЖДЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ

Возрождение коснулось и астрономии, в 1543 г. учившийся в Италии польский священник Николай Коперник издал  книгу, в которой он воскресил  идею Аристарха Самосского о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Однако, как и в древние времена, эта теория не согласовывалась с наблюдениями астрономов, в частности с наблюдениями датского астронома Тихо Браге, создавшего обширные и точные астрономические таблицы. В 1609 г. Иоганн Кеплер, астроном и астролог при дворе германского императора, проанализировал таблицы Тихо Браге и путем кропотливых вычислений показал, что Земля вращается вокруг Солнца, – но не по кругу, а по эллипсу. Таким образом, ученые Нового времени впервые превзошли ученых Древнего мира.

Экспериментальное подтверждение  теории Кеплера было дано великим итальянским ученым Галилео Галилеем. С давних времен основным возражением против гелиоцентрической теории было то, что Луна вращается вокруг Земли – по аналогии считали, что и другие небесные тела должны вращаться вокруг Земли. В 1609 г. Галилей одним из первых создал подзорную трубу и с ее помощь сделал много сенсационных для того времени открытий. Он обнаружил много новых звезд и открыл четыре спутника, вращающиеся вокруг Юпитера, - теперь стало ясно, что Луна – это не планета, а спутник, подобный спутникам Юпитера, а планеты, в отличие от спутников, вращаются вокруг Солнца. Галилей энергично выступил в поддержку учения Коперника и был привлечен к суду инквизиции; он был вынужден, стоя на коленях, публично отречься от своих заблуждений. Галилею было тогда уже 70 лет, и он провел остаток жизни под домашним арестом – но продолжал работать и ставить опыты. Он установил, что Аристотель был не прав, утверждая, что тяжелые тела падают быстрее легких, что пушечное ядро летит по параболе и что время колебания маятника не зависит от амплитуды. Галилей открыл закон инерции, закон равноускоренного движения и установил принцип сложения (суперпозиции) движений. Эти открытия стали началом современной механики.

Опыты Галилея продолжал его  ученик Торричелли (1608-1647), открывший вакуум, атмосферное давление и создавший первый барометр. Исследование вакуума заинтересовало ученых многих стран. Француз Блез Паскаль совершил с этим барометром восхождение на одну из гор и обнаружил, что по мере подъема атмосферное давление падает. Немец Отто Гернике и англичанин Роберт Бойль почти одновременно изобрели воздушный насос. Бойль также установил, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален давлению (известный закон Бойля-Мариотта). Начатое Галилеем исследование маятника было продолжено голландцем Христианом Гюйгенсом (1629-1695), который в 1657 г. создал первые маятниковые часы.

По мере развития науки решалась проблема правильного обоснования  научных истин и теорем. Английский философ Фрэнсис Бэкон в сочинении «Новый Органон» (1620) дал определение индуктивного и дедуктивного методов доказательства. Французский философ Рене Декарт (1596-1650) ввел в новую науку правила математического доказательства; он считал, что любое утверждение необходимо доказывать. Когда у Декарта попросили доказать, что он существует, он ответил: «Я мыслю – следовательно, я существую». Декарт первый стал изображать кривые в виде графиков функций и создал аналитическую геометрию, он ввел понятие «количество движения» (это произведение массы на скорость – mv) и установил закон сохранения количества движения в отсутствие внешних сил.

Идеи Декарта были восприняты Исааком  Ньютоном (1643-1727). Величайшим открытием  Ньютона был его «второй закон  механики», утверждавший, что «изменение количества движения пропорционально приложенной силе». «Изменение количества движения» – это масса, умноженная на производную скорости, таким образом, второй закон давал начало дифференциальному исчислению. Другим великим открытием Ньютона был закон всемирного тяготения, при доказательстве этого закона Ньютон использовал формулу центробежной силы, полученную ранее Гюйгенсом.

Честь создания дифференциального  исчисления оспаривал у Ньютона  знаменитый немецкий ученый Готфрид  Лейбниц (1646-1716); Лейбниц, в частности, установил закон сохранения кинетической энергии. Работы Лейбница и Ньютона в области механики и дифференциального исчисления продолжал швейцарский ученый Иоганн Бернулли (1667-1748).

Успехи ученых привлекли внимание королей и министров. В 1666 г. знаменитый министр Людовика XIV Жан-Батист Кольбер уговорил короля отпустить средства на создание Французской Академии наук. Это было восстановление традиций Александрийского Мусея, в Академии были созданы обсерватория, библиотека и исследовательские лаборатории, выпускался научный журнал. Академикам платили большое жалование; в числе академиков были такие знаменитости как Гюйгенс и Лейбниц. Кольбер ставил перед Академией практические задачи, под руководством Пикара был точно измерен градус меридиана и составлена точная карта Франции – причем оказалось, что размеры страны меньше, чем полагали прежде. Людовик XIV в шутку сказал, что «господа академики похитили у него часть королевства». Ученик Гюйгенса Дени Папен был создателем парового цилиндра и работал над созданием паровой машины. Гюйгенс и Папен были протестантами; когда во Франции после отмены Нантского эдикта начались гонения на протестантов, они были вынуждены покинуть страну. Папен уехал в Германию, где построил первую паровую машину, установил ее на лодку и в 1709 г. приехал на этом «пароходе» в Лондон. Он просил денег на продолжение своей работы у Лондонского королевского общества. Королевское общество было создано приблизительно в одно время с Французской Академией, и президентом общества в то время был Исаак Ньютон. Однако английское правительство практически не давало обществу средств, и оно было вынуждено отказать Папену. Он умер в нищете и неизвестно, что стало с первым пароходом.

По примеру Людовика XIV своими Академиями поспешили обзавестись многие европейские короли. В 1710 г. по инициативе Лейбница была создана Берлинская академия. В 1724 г., незадолго до смерти, Петр I подписал указ о создании Российской академии наук. Главной знаменитостью Российской академии был ученик Бернулли знаменитый математик швейцарец Леонард Эйлер. Он продолжал разработку теории дифференциальных уравнений, начатую в работах Лейбница и Бернулли. Теория дифференциальных уравнений была величайшим открытием XVIII в.; оказалось, что все процессы, связанные с движением тел, описываются дифференциальными уравнениями, и, решив их, можно найти траекторию движения. В 1758 г. французский математик и астроном Клеро рассчитал траекторию кометы Галлея с учетом влияния притяжения Юпитера и Сатурна – это была блестящая демонстрация возможностей новой теории. Эта теория нашла свое завершение в знаменитой книге Жозефа Лагранжа «Аналитическая механика», увидевшей свет в Париже в 1788 г.

ТЕХНИКА МАНУФАКТУРНОЙ ЭПОХИ

В начале XVIII в. на свет родилась новая  наука - теоретическая механика. В следующем столетии эта наука стала основным инструментом инженеров, рассчитывавших новые машины, – но в те времена еще не было машин и ученые рассчитывали движение комет. Высшим достижением техники XVII в. была так называемая «машина Марли»; она включала в себя 14 водяных колес диаметром 12 метров и была предназначена для обеспечения работы версальских фонтанов. Машины того времени работали с помощью приводов от водяных колес и заводы располагались у рек. Крупнейшие металлургические заводы были расположены в Швеции – в этой стране были богатые железные руды и не было недостатка в древесном угле. В 1610-х гг. шведские рудники привлекли внимание богатого нидерландского мануфактуриста Луи де Геера (1587-1652), который сумел наладить производство легких чугунных пушек; его 4-фунтовая пушка вместе с повозкой имела вес 35 пудов и ее можно было перевозить запряжкой из двух лошадей. Отныне пушки могли передвигаться по полю боя вместе с пехотой; де Геер организовал массовое производство орудий, и вскоре каждому полку шведской армии были приданы по две легкие «полковые» пушки; в руках шведов оказалось новое всесокрушающее оружие.

Фундаментальное открытие шведов - легкая артиллерия - вызвало новую волну  нашествий. В 1630 г. шведская армия во главе с королем Густавом Адольфом высадилась в Германии, а год спустя в битве при Брейтенфельде шведские гаубицы расстреляли армию императора Фердинанда II. Шведы стали хозяевами Центральной Европы, за двадцать лет войны было сожжено 20 тысяч городов и деревень и погибло 2/3 населения Германии. Затем шведская армия обрушилась на Польшу – это был страшный «потоп», когда были разграблены почти все польские города и погибла половина поляков. В 1700 г. шведский король Карл XII разгромил под Нарвой русскую армию; шведы могли бы овладеть Москвой, но шведский король двинулся в Польшу – он считал, что победа от него не уйдет, что русские все равно ничего не смогут сделать. Карл полагал, что у русских нет железной руды, они закупали почти все железо в Швеции. Однако король ошибся; незадолго до это на Урале были найдены богатейшие рудные залежи и как раз перед началом войны царь Петр приказал заложить большой завод в Каменске. Были приглашены иностранные мастера, завод строили в большой спешке; осенью 1701 г. была пущена первая домна, в 1702 г. завод дал 180 пушек, а в 1703 г. – почти 600 пушек – вчетверо больше, чем было потеряно под Нарвой. Когда Карл XII в 1708 г. вторгся в Россию, его встретила мощная артиллерия; в сражении под Полтавой большая часть атакующей шведской пехоты не смогла добежать до русских шеренг – она была истреблена огнем русских пушек.

Перенимание шведской военной техники  означало для России модернизацию по европейскому образцу. Петровские реформы  включали в себя создание новой промышленности, новой армии, новой государственной администрации, перенимание европейской одежды и европейских обычаев. В результате этой модернизации Россия вошла в европейский культурный круг, стала европейской страной. Уральская руда была лучше шведской, и созданная Петром Уральская металлургия вскоре заняла первое место в Европе. Первым начальником уральских горных заводов был друг и сподвижник Петра голландский инженер Вильгельм де Геннин; его приемником был учившийся в Швеции Василий Никитич Татищев. Уральские доменные печи для тех времен были крупнейшими в мире, они достигали 13 метров в высоту и 4 метров в поперечнике. Русские металлурги и артиллерийские инженеры вскоре превзошли своих учителей-иностранцев; в 1757 г. под руководством графа Петра Шувалова было создано лучшее артиллерийское орудие тех времен - гаубица «единорог». В 1759 г. в битве при Кунерсдорфе «единороги» расстреляли армию прусского короля Фридриха II. Единорог стал новым оружием России, появление которого породило волну русских завоеваний; в начале XIX в. границы России достигли Дуная и Вислы.

В то время как исход войн на суше определяла артиллерия, исход  войн на море определялся совершенством  конструкции кораблей. Конец XVI века был ознаменован новым фундаментальным  открытием, изменившим судьбы народов, - изобретением голландского флайта. Флайт - это был корабль нового типа, он имел удлиненный корпус, высокие мачты с совершенным парусным вооружением и был оснащен штурвалом. Флайт намного превосходил испанские каравеллы своей скоростью и маневренностью – и он подарил голландцам господство на морях. В 1598 г. голландский флот прорвался в Индийский океан, в воды, где до тех пор господствовали португальцы и испанцы. В течение двадцати лет голландцы изгнали с морей всех соперников и захватили в свои руки почти всю морскую торговлю. Огромные караваны судов с азиатскими товарами приходили в Амстердам – новую торговую столицу мира; отсюда товары развозились по всей Европе. С появлением флайта стали возможны массовые перевозки невиданных прежде масштабов, и голландцы превратились в народ мореходов и купцов; им принадлежали 15 тысяч кораблей, втрое больше, чем остальным европейским народам. Колоссальные прибыли от монопольной посреднической торговли подарили Голландии богатства, сделавшие ее символом буржуазного процветания. Капиталы купцов вкладывались в промышленность; тысячи мануфактур работали на сырье, привозимом из других стран, и вывозили свою продукцию на европейские рынки.

Европейские страны – прежде всего  Англия и Франция – старались  избавиться от голландского посредничества и завести свой океанский флот. Однако Голландия не желала расставаться со своей торговой монополией; вторая половина XVII в. вошла в историю как эпоха морских войн; в конечном счете Голландия потерпела поражение и новым властелином морей стала Англия. Англичане одержали победу благодаря своим достижениям в кораблестроении; в 1637 г. корабельный мастер Финеас Петт построил первый трехпалубный линейный корабль «Ройял Соверен». Это был самый большой корабль тех времен, он имел водоизмещение 1700 тонн и 126 пушек. К концу столетия Англия имела больше ста линейных кораблей; Петр I, в 1697 г. приехавший в Голландию учиться корабельному ремеслу был разочарован тем, что голландские мастера работают по интуиции, не пользуясь чертежами, он поехал в Англию и там окончил свое обучение. Английский флот господствовал на морях, Англия сменила Голландию и захватила в свои руки посредническую торговлю. Голландские купцы переселялись со своими капиталами в Лондон, принимали английские имена и становились английскими купцами. Англия стала процветающей торговой державой,– и гарантом этого процветания был линейный корабль, изобретение Финеаса Петта.