Все эти события происходили
в атмосфере гонений всемогущей
тогда католической церкви против науки. В Италии по приговору церковного
суда 17 февраля 1600 года публично сожгли
на костре Джордано Бруно, не отказавшегося
от идеи множественности миров в бесконечной
Вселенной, несмотря на пытки, которым
его подвергли. Преследованиям инквизиции
подвергся Галилео Галилей, создатель
основ современной механики, первооткрыватель
физического принципа изохронности движения
маятника, реализованного его учеником
Гюйгенсом в механизме маятниковых часов.
Галилей изобрел телескоп с тридцатидвухкратным
увеличением, с помощью которого открыл
горы на луне, 4 спутника Юпитера, фазы
Венеры, пятна на солнце. Пострадал же
он за свое утверждение о вращении
шарообразной Земли вокруг своей оси.
Основоположник эмпирической науки
Нового времени философ Ф.Бэкон (1561 – 1626) фундаментом научных
исследований считал наблюдение, сравнение,
анализ и эксперимент, а главной задачей
– власть человека над природой. Он доказывал
эффективность индуктивного метода научных
исследований, когда ученый в процессе
организованного опыта продвигается от
частного знания к общему. Бэкон отвергал
любые догмы и авторитеты, схоластику
и умозрение несовместимые с подлинно
научным познанием.
Следующий этап развития естествознания,
который подвел вплотную к формированию науки Нового времени, охватил
середину 17 века. Он стал периодом существенного
приращения знаний о природе. Ученик Галилея
Э.Торричелли в простом опыте доказал
существование атмосферного давления
и вакуума. Инженер Отто фон Герике изобрел
воздушный насос и поставил знаменитый
эксперимент с Магдебургскими полушариями.
Математик и инженер Стивен Стевен доказал
теоремы гидростатики и первым в Европе
ввел десятичные дроби. В.Гарвей стал основоположником
учения о кровообращении. Блез Паскаль
изобрел счетную машину, выполняющую четыре
математических действия, открыл основной
закон гидростатики, согласно которому
давление на поверхность жидкости передается
во все стороны равномерно, связал показания
барометра и погоды. Французский физик
Э. Мариотт исследовал явление оптики,
гидравлики, дифракции света, свойств
газов. Английский ученый Роберт Бойль
(1627 – 1691) стал одним из основоположников
научной химии. Он широко использовал
методы количественного и качественного
анализа, ввел в практику химических исследований
точное взвешивание. Ему принадлежит определение
элемента вещества как простого тела,
которое уже не разделяется на другие
более простые тела. В 1662 году Бойль сформулировал
закон об обратной зависимости изменения
объема газа от давления, подтвержденный
в опытах Мариотта (закон Бойля – Мариотта).
Помощник Бойля физик Роберт Гук сформулировал
названный его именем закон, который установил
зависимость между упругой деформацией
твердого тела и приложенным механическим
напряжением («растяжение пропорционально
силе»), изобрел пружинный маятник часов
и хронометров. Он же, усовершенствовав
микроскоп, открыл клеточное строение
растений и в 1665 году первым ввел термин
«клетка». Х.Гюгенс создал основы теории
удара, обосновал теорию волновой природы
света, объяснил явление двойного лучепреломления.
Совместно с Гуком он установил постоянные
точки шкалы термометра, что положило
начало точным измерениям температуры
физических тел. Он автор работ по теории
вероятности (1657).
Итогом, завершающим и обобщающим полученные
в этот период научные знания, стала механико-математическая
общая картина мира, согласно которой
все природные процессы сводились к механическому
движению тел. Ее создатель - французский
философ, физик, математик и физиолог
Рене Декарт (1596 – 1650). Механистические
взгляды основателя аналитической геометрии,
автора космогонической теории и оригинальной
философской системы оказали большое
влияние на мировоззрение ученых в 17 –
18 веках, разработку научных методов исследования.
На последнем, третьем этапе, охватившим период конца 17 – последней
трети 18 века, завершилось, в основном,
формирование науки Нового времени как
системы естественных, общественных и
технических наук, а также научных учреждений,
сложившейся в результате революции в
естествознании 17 века. Это время выдвинуло
целый рад выдающихся ученых. Родившийся
в Швейцарии и работавший в России Л.Эйлер
провел фундаментальные исследования
в области теории упругости, оптики, математической
физики, теории машин, баллистики. Шведский
естествоиспытатель К.Линней получил
мировую известность своей системой классификации
животных, растений и минералов мира. Французский
ученый Ж.Б.Ламарк заложил начало эволюционного
учения, открыв гигантские перспективы
познания природы.
В 18 веке теоретические исследования
Бойля в области химии продолжил
француз А.Лавуазье (1743 – 1794), первым
доказавшим, что все химические
превращения одних веществ в
другие, сводятся к изменению
сочетаний химических элементов, входящих
в их состав. Он установил природу горения,
определил химическую сущность процессов
дыхания и пищеварения.
Особое место в истории естествознания
принадлежит Исааку Ньютону (1643
– 1727) – великому физику и математику, открывшему
всемирный закон тяготения, создателю
классической механики, ставшей теоретической
основой естествознания Нового времени.
Он разработал теорию движения небесных
тел, тем самым, заложив основу небесной
механики, открыл интерференцию света,
изобрел зеркальный телескоп, разработал
теоретические основы оптики. Вместе с
Лейбницем Ньютон создал основы дифференциального
и интегрального исчислений. Открытые
Ньютоном три фундаментальных закона
классической механики стали основой
всего естествознания Нового времени.
По существу он выдвинул совершенно новый
принцип естествознания, состоящий в определении
минимального количества общих начал
движения, из которых вытекали бы все
свойства и явления, связанные с механическим
движением. Роль таких начал и сыграли
основные законы механики. В новой механике
для точного описания процессов движения
оказалось необходимым и достаточным
задать координаты тела и его скорость
(или импульс mv), а также, уравнение
движения тела. Все же последующие и предыдущие
состояния движущегося тела однозначно
определяются его исходным состоянием.
Задав это первоначальное состояние не
трудно чисто математически, решая уравнения
движения, определить любое другое состояние
этого тела в любой другой момент времени
как в прошлом, так и в будущем. Таким образом,
время выступает в качестве параметра,
знак которого в уравнениях движения можно
менять на обратный. Такая симметрия процессов
движения во времени является характерной
и принципиальной особенностью классической
механики. Из нее вытекает принцип строгого
детерминизма, провозглашающий возможность
точного и однозначного определения любого
состояния механической системы ее начальным
состоянием, который определил направление
развития естествознания на многие десятилетия
вперед.
Вскоре, вслед за классической
механикой, создание которой было
завершено Ньютоном, строго сформулировавшим
основные законы динамики, т.е.
законы движения тел, учитывающие
их массы и действующие на
них силы, и закон всемирного тяготения, и во многом
на ее эвристической базе были развиты:
механическая теория тепловых процессов,
гидродинамика, теория упругости, молекулярно-кинетическая
теория и др., составившие содержание классической
физики. Убедительные успехи ньютоновской
механической концепции описания процессов,
происходящих в мире макрообъектов, обусловили
возникновение механистической картины
мира. Ее основными характеристиками
являются:
1. Пространство и время имеет
абсолютный характер и не в коим образом не связаны
с движением материальных тел;
2. Время является обратимым, т.е.
все состояния движения тел
по отношению ко времени одинаковы;
3. Все процессы движения подчиняются
принципу строгого детерминизма, т.е. любое
состояние движения тела однозначно определяется
его предыдущим состоянием;
4. Взаимодействие тел определяется
принципом дальнодействия, согласно
которому оно происходит в
пустом пространстве мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью;
5. Все формы движения материи
могут быть сведены к механическому
движению.
Механическая картина мира изображает
окружающий мир в виде грандиозного
механизма, погруженного в пустоту трехмерного
пространство евклидовой геометрии, все
элементы которого соединены причинно-следственными
связями и каждое его состояние однозначно
определено предшествующими состояниями.
Дальнейшее развитие физики и других наук выявило природные
процессы, которые не имеют однозначных
причин, происходят случайно, по объективным
причинам. В результате обнаружилась ограниченность
принципа механического детерминизма.
Когда физика вышла за рамки классического
подхода и появилась общая теория относительности,
то ей также потребовалось другое пространство,
описываемое другой геометрией. Но это
не означало ошибочность классической
физики.
Согласно современным концепциям
естествознания, классическая механика имеет свою определенную
область применения: она является вполне
достаточной для описания движения макробъектов
со скоростями много меньше скорости света.
Ее абстрактные понятия: пространство,
время, масса, сила - не потеряли своего
значения в современном естествознании.
Являясь по сути физикой макромира, классическая
физика связывает человека, как существо
этого мира, со всеми уровнями микро - и
мегамира, куда проникает познание. Условия
и результаты экспериментов человека
могут быть измерены только в макромасштабе,
поэтому все опытные данные человек - наблюдатель
будет всегда описывать на языке классических
понятий. Вот почему классическая механика
неизменно будет оставаться для человеческого
мышления необходимым мостом для восприятия
и ассоциативного осмысления явлений,
происходящих за пределами макромира.
Итак, если гелиоцентрическая система
мира Коперника и естественнонаучные
исследования Галилея и других
великих ученых 16 века потрясли
основы средневековой науки и общей картины
мира, то Кеплер и Гюгенс, Паскаль и Бойль,
Декарт, Лейбниц, Ньютон и другие ученые
17 – 18 веков заложили новые основания
представления людей о мире и законах
природы, что по праву, позволяет назвать
этот исторический период научной революцией
в естествознании.
После научной революции 17 века
наступила эпоха промышленного
переворота, который в основном
завершился во второй половине
18 века и положил начало индустриализации,
тому современному миру техники,60 в котором мы живем. Перевод промышленного
производства на машинную базу, резко
повысившую производительность труда
и разорившего мануфактуры и ремесленные
мастерские, основанные на ручном труде,
в корне изменил жизнь общества. Новые
механизированные шахты и карьеры, металлургические
и машиностроительные заводы, оснащенные
технологическими, транспортными
и энергетическими машинами
обеспечили массовое и крупносерийное
производство относительно дешевой
промышленной и сельскохозяйственной
продукцией. Все это стимулировало технический
прогресс.
После изобретения универсального
парового двигателя и первых
машин их совершенствование
стало первостепенной задачей
общества. Мир машин стал не
менее важным для людей, чем мир природы. В 19 веке появились новые
технологии производства металлов: конверторный
способ, изобретенный английским инженером
Г.Бессемером, мартеновские печи, разработанные
французским металлургом П.Мартеном, метод
электролиза, созданный Г. Деви, электрометаллургия
В машиностроении, изобретение в 1797 году
первого токарного станка с механическим
самоходным суппортом, положило начало
созданию строгальных, шлифовальных, фрезерных
металлообрабатывающих станков, паровых
молотов, гидравлических и механических
прессов. От паровых машин как источников
энергии для работы оборудования, применявшихся
в начале 19 века к концу его перешли к электрическому
силовому приводу. Подлинный переворот
произвело изобретение энергетической
машины нового типа - двигателя внутреннего
сгорания.
Новые сложные технические устройства
были поначалу несовершенными, так
как их изобретатели обходились
без глубоких научных знаний
о технике и природе, которых
тогда еще просто не было. Выручали
смекалка, гениальные догадки и энтузиазм. Но чем сложнее становились
машины, тем труднее было их совершенствовать
без понимания природы, происходящих в
них естественных процессов: трения, удары,
вибрации, передача усилий. Например,
чтобы повысить кпд уже изобретенной паровой
машины, понадобилось глубоко изучить
происходящие в ней физические процессы
и разработать систему описывающих эти
процессы математических выражений. Одним
из первых такую техническую теорию разработал
молодой французский инженер и ученый
Сади Карно (1796 – 1832). В изданной за свой
счет единственной книге под названием
«размышления о движущей силе огня и о
машинах, способных развивать эту силу»
он разработал общий метод математического
моделирования работы технического устройства
и применил его для исследования паровой
машины. Дальнейшее развитие его идей
привело к созданию новой науки о тепловых
процессах – термодинамики, без знания
которой сегодня невозможно конструировать
никакие тепловые машины - ни паровые,
ни ракетные.
К физике, теоретической механике и другим фундаментальным
наукам пришлось обратиться и в других
областях машинной техники. В результате
этого в 19 веке возникли и поныне развивающиеся
многочисленные технические науки, которые
в отличие от естественных наук, изучающих
явление природы, исследуют на основе
естественнонаучных теоретических знаний
процессы и явления, происходящие в технических
устройствах, в машинах и механизмах для
решения поставленных инженерных задач.
Сегодня ни один создатель новых машин
не может обойтись без глубокого знания
теории деформации и сопротивления материалов,
кинематики и гидродинамики и множества
других, возникших в 19 веке технических
наук. А это значит, что фундаментом научного
и технического процесса всегда будет
естествознание.
В 19 веке сформировались основы целого
комплекса современных технических наук.
Один из основоположников электрохимии
Г.Деви используя вольтов столб как источник
электротока, разложил соду и поташ
на составляющие их химические элементы
и впервые получил электрохимическим
путем металлические натрий и калий. Английский
химик Джон Дальтон, исследуя смеси, газов
открыл закон, определяющий давление газов,
составляющих смесь, названный его именем.
Он первый ввел понятие «атомный вес»
и установил закон кратных отношений –
один из основных законов химии.
В 1869 году Д.И.Менделеев открыл
один из фундаментальных законов
природы – периодический закон
элементов - простейших веществ,
образуемых одинаковыми атомами.
На этой основе он создает периодическую систему, позволившую
не только упорядочить существовавшие
знания о химических элементах, но и предсказать
открытие еще неизвестных.
Французский физик Френель, исследовав
явления дифракции и интерференции, в 1920 году разработал волновую теорию
света.
Развитие биологии стало особенно
заметным во второй половине 19
века, когда были заложены основы
современной микробиологии и
иммунологии (Л.Пастер, Р.Кох и
И.Мечников), физиологии (К.Бернар), теории высшей, нервной деятельности
(И.Сеченой, И.Павлов), эволюционного учения
об историческом происхождении видов
животных и растений путем естественного
отбора (Ч.Дарвин) и генетики (Г.Мендель).
В 19 веке претерпели изменения космогонические воззрения.
Еще 1755 году И.Кант предложил теорию естественного
происхождения Солнечной системы,
развитую в 1796 году французским астрономом,
математиком, физиком П.Лапласом. Эта гипотеза
Канта – Лапласа получила широкое признание
в первой половине 19 века, но позднее утратила
научное значение, т.к. не могла объяснить
некоторые новые астрономические наблюдения.