Страница 19 из 25
Создание паровой машины Уатта ознаменовало радикальный переворот в технологиях XVIII‑XIX вв.: свободное размещение паровых машин, возможность значительного увеличения мощности и использования автономного двигателя на транспорте, в производственных процессах и т. д.
Научные дисциплины и направления их развития в XIX в
XIX век принципиально отличается от предыдущего века как по характеру социальных процессов, так и по глубине
содержательного развития науки и масштабам распространения технических нововведений. В научном развитии выделилась основная схема дисциплин: физика – химия – биология, в техническом: транспорт, связь, технологии машинного производства, к концу века – электротехника.
На протяжении всего XIX в. (в котором выделяются три периода) физика, прежде всего теоретическая, развивалась в поле напряжения, создаваемого «полюсом» механики и «полюсом» физико-феноменологического направления, математической физики, не сводимой в то время к механике. Разработка второго направления (математические электростатика и магнитостатика – уравнения П. Лапласа и С. Пуассона (1781–1840); теория Ж. Фурье – уравнение теплопроводности; волновая оптика О. Френеля и электродинамика А. Ампера, опиравшиеся на методы анализа и т. д.) в первой трети XIX в. ознаменовала создание фундамента классической физики, в котором анализ и особенно дифференциальные уравнения с частными производными заняли ключевое положение. Это был «золотой период» развития французской теоретической мысли.
В начале периода (1830–1870) эстафета переходит к немецким и британским ученым, чьими усилиями было выполнено научно-дисциплинарное оформление экспериментально-математического синтеза, возникшего на французской почве (особую роль здесь играл физико-математический семинар Ф. Неймана и К. Якоби (работал в Кенигсберге), из которого вышли корифеи классической физики второй половины XIX в.: Г. Гельмгольц, Г. Кирхгоф, Р. Клаузиус и др.). Сочетание прецизионного эксперимента с математическим феноменологизмом, прежде всего в форме математической физики Фурье, образовало концептуальную базу физики как научной дисциплины.
Классическая физика обрела «зрелость» в 50—60-е гг. XIX в., когда после утверждения закона сохранения энергии благодаря трудам Р. Клаузиуса, Р. Томпсона (барона Кельвина), Дж. Максвелла и других возникли термодинамика, кинетическая теория газов и теория электромагнитного поля. При этом образование таких фундаментальных понятий, как «энергия», «электромагнитное поле», «энтропия» и другие, во многом было обязано математическому оформлению физических принципов термодинамики и электродинамики.
Последнее тридцатилетие XIX в. – это подступы к квантово-релятивистской революции, хотя и укорененные в классике. Так, развитие кинетической теории материи приводит к статической механике и вторжению в физику вероятностной математики. Взлет геометрии в XIX в. (проективная геометрия. Неевклидовы геометрии. Риманова геометрия, теоретико-групповой подход к геометрии и т. д.) и обсуждение проблемы теоретико– групповых методов в кристаллографии и механике – областях, казалось бы, далеких от переднего края физической науки, а также вызванное к жизни максвелловской теорией поля исчисление векторов и кватернионов – все это открыло новые математические пути развития физики, которые стали главными в релявистской физике XX в.
К основным вехам классической термодинамики следует отнести:
– открытие закона сохранения энергии (это тоже принцип эквивалентности теплоты и работы). При открытии закона сошлись несколько линий движения научной мысли: экспериментально-эмпирическая (Дж. Джоуль), натурфилософская (Ю. Майер) и теоретико-физическая, или математическая (Г. Гельмгольц);
– математизацию теории теплоты Карно, которая была осуществлена Б. Клапейроном, а затем объединение Клаузиусом и Томпсоном в 50-е годы XIX в. теории с концепцией сохранения энергии, что завершило создание классической термодинамики – системной теории, в которой физические величины (энергия, температура, давление, энтропия и т. д.) ставятся в соответствие не только с пространством, но и с пространственно протяженными системами;
– разработку основ кинетической теории газов и статической механики. Это направление первоначально шло параллельно с первым, но с использованием теории вероятности становится самостоятельным, давшим вероятностную трактовку второго начала термодинамики и обоснование кинетического уравнения (Л Больцман).
В области электродинамики в 1820 г. Ампер открыл эффект взаимодействия проводников с током и, связав его с опытами X. Эрстеда, положил начало электродинамике как единой науки об электрических и магнитных явлениях. Уже в самом начале работы Ампер сделал вывод о ненужности магнитных флюидов и ввел фундаментальное понятие об электрическом токе. С 1831 г. – даты открытия явления электромагнитной индукции М. Фара‑деем – была проведена серия экспериментов по изучению связи электрических, магнитных и световых явлений. Вершиной электродинамики, математизацией полевой концепции М. Фарад ея являются работы Максвелла, в частности, его знаменитый «Трактат об электричестве и магнетизме» 1873 г. В конце 80-х годов XIX в. Г. Герцем установлено существование электромагнитных волн, которые предсказывала максвелловская теория электромагнитного поля. Химические направления развития науки характеризуются несколькими крупнейшими прорывами, которые осуществлялись на фоне развития атомистических представлений. До открытия электрона была химическая атомистика, после – молекулярно-кинетическая (физическая). Атомистика XIX в. началась с Дж. Дальтона, с 1803 г., когда «механический» атом стал химическим – атомом определенного химического элемента с определенным «атомным весом» (термин Дальтона). На почве атомно-молекулярного учения выросло учение о валентности и учение о химической связи. В 1812–1813 гг. Я. Берцелиус предложил новую функциональную модель атома в виде электрического диполя, что позволило объяснить различные классические свойства одного и того же элемента, специфичность и селективность химического сродства различных атомов. Учение о химических элементах, объединенное с атомно-молекулярной теорией, создало широчайшие возможности для изучения свойств химических соединений. Открытие новых химических элементов и изучение их соединений подготовили почву для открытия периодического закона. Создание теории химического строения («органической химии») А. М. Бутлеровым в 1861 г. и открытие Периодического закона химических элементов Д. И. Менделеевым в 1869 г. венчало становление классической химии как науки.
В середине XIX в. биология привлекла особое внимание. Оформление идей эволюции Ч. Дарвиным вместе с их научными достижениями сразу же (по публикациям в прессе) приобрело и широкое мировоззренческое значение. Во-первых, это было прямым и, возможно, самым сильным выпадом против догмата сотворения человека; во-вторых, идея выживания сильнейшего импонировала тогдашнему настроению «бури и натиска». Однако с самого начала дарвинизм содержал «моменты неустойчивости», впоследствии приведшие к его дискредитации и сложной судьбе теории эволюции в целом. Наиболее существенным из таких моментов была известная декларативность дарвинизма, когда выводы предшествовали анализу. Для XIX в. характерно становление биологии как научной дисциплины в ее традиционной, «классической» форме – «натуралистической биологии». Ее методами стали тщательные наблюдения и описания явлений природы, главной задачей – их классифицирование. Большое место в так понимаемой биологии занимают различные способы объединения организмов в отдельные группы, или таксоны, которые, в свою очередь, организуются в системы (эволюционные, филогенетические, генеалогические). Одно из первых «филогенетических деревьев» сконструировал Э. Геккель. Во второй половине XIX в. зарождается такое направление, как экспериментальная биология. Это было связано с работами К. Бернара, Л. Пастера, И. М. Сеченова и других. Они проложили путь к развитию исследования процессов жизнедеятельности точными физико-химическими методами, нередко прибегая к расчленению биологической целостности организма в целях проникновения в тайны его функционирования.