История и философия науки: учебное пособие
Шрифт:
С Дж. Уаттом связана интересная подробность. Уатт был членом Лунного общества, собиравшегося в полнолуние близ г. Бирмингема. Кроме него, в обществе состояли Метью Болтон, производитель паровых машин в Сохо, Эразм Дарвин-дедушка Ч. Дарвина – поэт и биолог-эволюционист, Дэвид Юм, философ, историк и экономист, Джозеф Пристли, химик, открывший кислород, и Адам Смит, автор известнейшей работы «Богатство народов».
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
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
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.
Наблюдение, измерение, фиксация – эти операции, вернее, их методологическое и инструментальное оформление играли решающую роль в становлении науки, одновременно давая начало целым техническим направлениям. Унификация и стандартизация единиц измерения создавали новую форму международной научно-технической культуры.
Принципиально новым средством познания стала оптическая спектроскопия. Первый практический спектроскоп был создан в 1859 г. Г. Кирхгофом и Р. Бунзелом для качественного анализа в различных областях. В химии, например, с его помощью были открыты многие химические элементы (цезий, рубидий, таллий), и во второй половине XIX в. он стал основным прибором для исследований во всех областях химии.
В начале XIX в. «старые» европейские академии – эти замкнутые кастовые корпорации – переживали застой и были неадекватны вызовам времени ни по организации, ни по оснащению, ни по кадровому составу. Центрами европейской научной жизни становятся университеты и вновь создаваемые научные организации – исследовательские институты, которые финансировались как государством, так и частными лицами.
Первую физическую лабораторию в близком (по структуре) к современному смыслу организовал у себя дома Г. Кавендиш. Поэтому подлинные лаборатории стали возникать там, где были научные сообщества и ученики: например, в 1874 г. Дж. Максвеллом основана знаменитая Кавендишская лаборатория в университете в Кембридже (Универсальный центр физических исследований).