Глава 12. Естествознание в период промышленного переворота. Астрономия и физико-математические науки

Превращение науки в производительную силу. В рассматриваемый период наука получила впервые систематическое приложение к производству. Это вытекало из самой сущности технологического процесса крупного фабрично-заводского производства: "Принцип машинного производства - разлагать процесс производства на его составные фазы и разрешать возникающие таким образом задачи посредством применения механики, химии и т. д., - короче говоря, естественных наук, - повсюду становится определяющим"^*.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1. - Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 472.)

Развитие таких отраслей промышленности, как машиностроение, приборостроение, электротехника, химия, создавало вместе с тем необходимую материально-техническую базу для научных экспериментов и обеспечивало исследователей новой аппаратурой, приборами, реактивами, несравненно более совершенными, чем на каком-либо из прежних этапов культурного развития.

Наблюдается все более быстрое внедрение в практику научных открытий - если, разумеется, этому не препятствовали своекорыстные расчеты хозяев предприятий. Использование науки в производственных целях росло по мере увеличения технической оснащенности предприятий: "Развитие основного капитала, - писал Маркс в конце 50-х гг. XIX в., - является показателем того, до какой степени всеобщее общественное знание [Wissen, knowledge] превратилось в непосредственную производительную силу..."^*. В дальнейшем роль науки как производительной силы становилась все более значительной.

^*(Маркс К. Критика политической экономии. (Черновой набросок 1857- 1858 годов). - Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 46, ч. II, с. 215.)

"Капитал присваивает "чужую" науку, как он присваивает чужой труд, - писал Маркс, отмечая при этом, что "...капиталистическое присвоение и "личное" присвоение науки... - это совершенно различные вещи. Сам д-р Юр жаловался на поразительное незнакомство дорогих ему фабрикантов, эксплуатирующих машины, с механикой, а Либих рассказывает об ужасающем невежестве английских фабрикантов из химической промышленности в вопросах химии"^*.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1. - Аварке К., Энгельс Ф. Соч., т. 23,- с. 398, примеч. 108. Упомянутый Марксом Э. Юр - автор работ о промышленности, ярый защитник буржуазного строя.)

Р. Оуэн отзывался подобным же образом о владельцах текстильных предприятий. Основная масса английских промышленников отличалась примитивно-деляческим, потребительским подходом к науке и ученым, интересуясь ими лишь как средством извлечения прибыли.

В конце 60-х гг. выступления изобретателя и заводовладельца Дж. Уитворта, доказывавшего необходимость готовить для промышленности новые научные кадры путем установления стипендий для талантливых студентов и мастеров, не встретили поддержки в буржуазных кругах. Многие представители правящего класса уверяли, будто введение таких стипендий противоречит свободной конкуренции и закону борьбы за существование!

Борьба прогрессивных и реакционных тенденций в науке. Господствующие классы вынуждены были все шире использовать науку в прикладных целях. Однако стихийно материалистические

и диалектические выводы передовой научной теории были неприемлемы для буржуазно-помещичьего консерватизма, краеугольным камнем которого был тесный союз с церковью.

Стремление примирить науку с религией проявлялось в официальных научных учреждениях как в странах, где в большей или меньшей степени сохранялось еще господство феодально-абсолютистского строя, так и в странах, переживших буржуазные революции. Нередко сами ученые, желавшие сохранить буржуазную "респектабельность", тщательно избегали конфликтов с традиционными религиозными представлениями. Они старались даже облечь свои стихийно материалистические выводы в религиозно-идеалистическую и схоластическую фразеологию. Лишь некоторые из ученых сохраняли верность традициям просветительской философии.

Если П. С. Лаплас мог дать полный достоинства ответ Наполеону на вопрос о бытии божием ("Государь, я не нуждался в такой гипотезе"), то европейская официальная наука, напротив, часто прибегала к такой "гипотезе" и одобряла, например, изыскания швейцарского естествоиспытателя Л. Ж. Агассиза по вопросу о том, как именно господь бог творил животных: разработал ли сначала образ абстрактной рыбы вообще, а потом конкретных стерлядей, сельдей и акул или же действовал по иному плану.

Официальная наука не решалась посягнуть и на исключительное положение человека как носителя "бессмертной души" - этой "частицы божества" - в мире живых существ.

Даже в науках, казалось бы далеких от религиозно-философских проблем, новые передовые идеи постоянно наталкивались на сопротивление консерваторов.

Тем не менее новое в науке, в пользу которого действовал объективный ход развития общества, одерживало одну победу за другой. Для решения технико-экономических задач в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве требовался новый подход к явлениям природы.

Чтобы успешно воздействовать на природу, нужно было вскрыть и проверить опытным путем взаимосвязь и взаимодействие между различными формами движения, разнообразными (в том числе вновь открытыми) химическими веществами, различными видами животных и растений.

Развитие мировой торговли и международных отношений, исследование и освоение новых географических районов ввели в научный оборот множество новых фактических сведений о "минеральном, растительном и животном царствах". Эти данные позволили восполнить ранее существовавшие пробелы в картине природы, включить те "недостающие звенья", которые подтверждали наличие всесторонних связей природных явлений во времени и пространстве.

Практика горных и строительных работ, производившихся порой на значительных глубинах, обогащала новым фактическим материалом геологию и палеонтологию.

Важную роль в подкреплении взглядов передовых естествоиспытателей играла деятельность селекционеров, выводивших новые породы растений и животных.

Успехи селекционной практики и агрономических наук поставили перед биологами задачу раскрытия закономерностей развития индивидуального организма, наследственности, образования видов.

Новое в постановке высшего технического образования. В развитии высшего научно-технического образования важную роль сыграла французская революция конца XVIII в. Учредительное и Законодательное собрания, а особенно якобинский Конвент, произвели радикальную перестройку всей системы образования и научно-исследовательской работы. Созданные в это время Высшая Нормальная и Политехническая школы, а также медицинские, естественно-исторические и другие учебные и научные учреждения оказали большое влияние на перестройку высшей школы и исследовательских институтов во всей Европе. Основными направлениями этой перестройки были сближение теории с практикой и развитие опытного знания за счет оторванных от жизни схоластических упражнений (нередко имевших теологическую окраску), процветавших в академиях и университетах Европы XVIII - начала XIX в.

Новые научно-технические высшие учебные заведения воспитали целую плеяду известных ученых. В частности, Политехническую школу окончили такие выдающиеся деятели в области физики, математики, астрономии и химии, как А. М. Ампер, Ф. Д. Араго, О. Л. Коши, Ж. Л. Гей-Люссак, Ж. Б. Био и др.

Используя в этой области наследие революции конца XVIII в., господствующие классы Франции и других европейских стран подходили к нему очень осторожно, избегая всего, что носило печать демократизма и вольнодумства.

Новые научные общества возникали в Германии. К их числу относилось, например, Собрание немецких естествоиспытателей, основанное в 1822 г. Л. Океном, сторонником эволюционных взглядов, хотя и облеченных нередко в причудливую метафизическую форму.

Ю. Либих коренным образом изменил существовавшую тогда систему обучения химии, введя в Гисенском университете в 1825 г. практические занятия для студентов.

Лаборатория Либиха явилась родоначальницей научно-учебных химических лабораторий в Германии. В Гисенской лаборатории работали многие известные химики из различных стран, в том числе А. Гофман, Ф. Кекуле, Ш. Жерар, Н. Н. Зинйн и др.

Борьба за передовую науку в Англии. Консервативный характер имела официальная наука в Англии. Это наглядно видно на примере Королевского института, основанного в 1799 г. Ставя своей целью "распространение знаний и облегчение широкого введения полезных механических изобретений и усовершенствований", а равно и обучения - путем чтения лекций и производства опытов, - "приложению науки к общим целям жизни", основатели этого учреждения всячески избегали демократических тенденций. Один из руководителей института - X. Дэви заявил в 1802 г.: "Неравное разделение собственности и труда, различия среди человечества в званиях и положении являются источником могущества в цивилизованной жизни, его движущими причинами и даже самой его душой".

Либих Ю. (1803-1873)

Но в то же время в Англии многие передовые ученые выступали и с иных позиций. Знаток машинного производства, горячий поборник сближения научной теории с практикой Ч. Бэбедж подверг резкой критике антидемократические и схоластические тенденции официальной науки в Англии и основал вместе с единомышленниками в 1831 г. "Британскую ассоциацию содействия прогрессу науки". Целью ассоциации была помощь в научно-исследовательской работе и популяризация передовых научных знаний. Проводя заседания в различных городах Англии и в британских владениях, руководители ассоциации организовывали плодотворные дискуссии, давая там отпор защитникам религиозных воззрений. Таким было, например, выступление биолога-эволюциониста Т. Г. Гексли (правильнее Хаксли) против епископа Уилберфортского в 1860 г. в защиту дарвинизма. На заседаниях ассоциации делали доклады о своих открытиях виднейшие ученые континентальной Европы: Б. С. Якоби, Ю. Либих и др.

Деятельность Петербургской академии наук. В России центром деятельности передовых ученых была Петербургская академия наук^*. Мы помним, что до 1765 г. борьбу за сближение теории с практикой и за использование в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве последних достижений науки возглавлял М. В. Ломоносов. Эту деятельность продолжили его ученики и последователи.

^*(Новое здание Академии наук было построено по проекту Дж. Кваренги в 1783-1789 гг.)

В начале XIX в. в деятельности Академии наступило оживление. После смерти Павла I несколько ученых во главе с Н. Я. Озерецковским подали Александру I ходатайство о немедленной реформе Академии наук и расширении ее научно-просветительской деятельности. Эта просьба была частично удовлетворена.

Академии наук были предоставлены субсидии (впрочем, довольно скромные). В 1802 г. было разрешено печатать труды Академии за счет императорского кабинета. При этом обращалось особое внимание на необходимость переводить и печатать в доступном изложении иностранные сведения "об изобретениях и открытиях в области ремесел, художеств и земледелия" для их "практического употребления".

По инициативе видного специалиста в области минералогии, химии и металлургии, академика В. М. Севергина, убежденного сторонника ломоносовских заветов, Академия стала издавать с 1804 г. "Технологический журнал", где наряду с оригинальными произведениями русских ученых печатались и наиболее ценные труды зарубежных деятелей.

Севергин В.М. (1765-1826)

В 1803 г. Академия получила, наконец, новый устав. Правда, ломоносовские традиции не были там полностью соблюдены. В частности, "художества" (ремесла) наряду с учебными вопросами были отделены от Академии. Но все же в уставе подчеркивалось, что академики должны "...непосредственно обращать труды свои в пользу России, распространяя познания естественных произведений империи, изыскивая средства к умножению таких, кои составляют предмет народной промышленности и торговли, к усовершенствованию фабрик, мануфактур, ремесел и художеств, сих источников богатства и силы государства".

Передовые ученые развернули широкую педагогическую и просветительскую деятельность, стремясь поставить науку на службу насущным задачам развития производительных сил и культуры родной страны.

Но наряду с В. М. Севергиным и его единомышленниками (Н. Я. Озерецковским, Я- Д. Захаровым и др.) в Академии наук действовала консервативная и весьма влиятельная группа академиков (по преимуществу иностранного происхождения), пытавшаяся под предлогом защиты "чистой" науки полностью оторвать Академию от производства, от подготовки новых кадров и популяризации знаний.

Именно эта группа, например, препятствовала (вплоть до 1807 г.) избранию в адъюнкты Академии замечательного ученого и изобретателя В. В. Петрова.

Как в странах Западной Европы, так и в России в эти десятилетия было создано много научных обществ (астрономических, математических, химических, географических и т.д.).

Изменилась постановка учебной и научно-исследовательской работы на кафедрах многих европейских университетов и других высших учебных заведений. В их лабораториях и кабинетах создавались базы для научных исследований и открытий. Достаточно напомнить о замечательном физическом кабинете Петербургской медико-хирургической (впоследствии Военно-медицинской) академии, где В. В. Петров производил свои опыты по изучению электромагнитных и оптических явлений и где потом работали Э. X. Ленц и Б. С. Якоби.

Важную роль играла в нашей стране деятельность таких организаций, как Московское общество испытателей природы (созданное в 1805 г.), Московское общество сельского хозяйства (1818 г.) и др.

Успехи отдельных наук. Астрономия и космогония. Астрономия была первой отраслью науки, в которой воззрение на природу как нечто застывшее и неизменное, было поколеблено еще во второй половине XVIII в., когда немецкий философ Иммануил Кант в своей "Всеобщей истории и теории неба" (1755 г.), а позднее французский астроном Пьер Симон Лаплас (в 1796 г.) выдвинули теорию происхождения солнечной системы из первоначальной туманности. Хотя в дальнейшем эта - так называемая небулярная (от латинского "nebula" - туман) - теория устарела, но для своего времени ее значение было очень велико. Вселенная впервые стала рассматриваться в становлении, в изменении и в развитии.

Для наиболее передовых направлений космогонии конца XVIII - первой половины XIX в. характерно стремление освободиться от метафизики, от богословско-схоластических объяснений.

В истории астрономии, а также физики и химии большое значение имели успехи спектроскопии. Первая спектроскопическая установка была сооружена. немецким мастером-оптиком И. Фраунгофером в начале XIX в.. Фраунгофер изучал спектры света Солнца, Венеры, Луны и некоторых звезд.

Немецкие ученые Г. Р. Кирхгоф и Р. В. Бунзен, продолжая исследования Фраунгофера и ряда других своих предшественников в этой области, заложили основы спектрального анализа. Решающие сообщения Кирхгофа и Бунзена были опубликованы в 1859-1861 гг.

Быстро совершенствовалась спектроскопическая техника. В то время как химики при помощи спектрального анализа земных веществ открывали новые редкие элементы, астрономы использовали спектроскопические приборы для изучения природы небесных светил.

Пулковская обсерватория в середине XIX в.

Посредством спектрального анализа астрономы установили химическое тождество мировой материи, из которой состоят даже самые отдаленные звезды и туманности.

Среди важнейших достижений астрономии последующих десятилетий необходимо отметить открытие собственного движения "неподвижных" звезд.

Одним из основных разделов астрономии становится "небесная механика", изучающая движение небесных тел с применением наиболее совершенных математических методов. Рост техники (в частности, техники оптического приборостроения) позволил создать мощные телескопы.

Работавшие в Англии астрономы и оптики Уильям Гершель и его сын Джон добились замечательных результатов астрономических наблюдений, создав крупнейшие для конца XVIII и начала XIX в. зеркальные телескопы. Построенный У. Гершелем в 1789 г. зеркальный телескоп имел диаметр зеркала 122 см. В 1845 г. английский астроном Парсонс превзошел Гершеля, создав телескоп с диаметром зеркала 182 см.

С помощью усовершенствованных астрономических приборов У. Гершель открыл (в 1781 г.) планету Уран (правда, первоначально приняв ее за комету) и обнаружил спутников у многих планет. Он же исследовал распределение звезд в пространстве и строение Млечного Пути, открыв большое число туманностей, звезд и звездных скоплений. Джон Гершель открыл свыше 3 тыс. двойных звезд и составил каталог более 5 тыс. туманностей и звездных скоплений.

Замечательным примером плодотворности применения новых научных методов исследования в области астрономии стало теоретическое обоснование французским астрономом Ю. Ж. Ж. Леверье и почти одновременно англичанином Дж. Адамсом существования еще одной планеты солнечной системы, более отдаленной от Солнца, чем Уран, - планеты, действительно обнаруженной в 1846 г. немецким астрономом И. Галле на месте, указанном Леверье и Адамсом. Она была названа Нептуном.

Струве В.Я. (1793-1864)

Большой вклад в развитие мировой астрономической науки сделали русские астрономы В. Я. Струве и др., особенно после открытия в 1839 г. Пулковской обсерватории, которая в течение продолжительного времени была одной из лучших в мире. Периодически повторяемые обсерваторией точные определения координат звезд послужили материалом для выводов о строении Млечного Пути и Вселенной и практически использовались для астрономического определения положения точек на земной поверхности в картографии, мореходстве и т. д.

В Пулковской обсерватории проходили обучение сотрудники разных обсерваторий и университетов, морские офицеры и геодезисты. Пулковскую обсерваторию посещали многие ученые из разных стран.

Попытка введения нового календаря. Интересна попытка якобинского Конвента ввести новый, революционный календарь на научной основе. Инициаторы смены традиционного календаря, ученый-якобинец Ж. Ромм и его единомышленники, считали недопустимым начинать летосчисление с мифического рождества Христова, Они отмечали также, что начало года не совпадает ни с каким астрономическим явлением, что многие названия месяцев и дней связаны с именами языческих богов или римских императоров и т. д.

Осенью 1793 г. комиссия в составе Ромма, Лагранжа, Монжа, Лаланда и других видных ученых, перешедших на сторону революции, разработала и предложила Конвенту проект нового календаря. По этому проекту летосчисление начиналось с провозглашения республики Конвентом 22 сентября 1792 г.

По удачному совпадению этот день был днем осеннего равноенствия, так что и с астрономической точки зрения начало аждого года 22 сентября себя оправдывало. В месяце было О дней, или 3 декады, 5 или 6 последних дней в году не входили и в один месяц, они считались дополнительными и назывались анкюлотйдами. Ромм предложил обозначать дни, декады и месяцы порядковыми номерами. 22 сентября 1793 г. обозначалось как "1-й день 1 декады 1-го месяца II года республики". Проект комиссии был в основном принят, но сложные и невыразительные обозначения месяцев были заменены более поэтичными, Поэт-якобинец. Фабр д'Эглантйн придумал новые названия для месяцев, указанные в прилагаемой таблице:

Соотношение республиканского календаря с грегорианским. И год Республики, единой и неделимой, - 22.1 К.1793 г. - 21.IX. 1794 г.

 Вандемьер (месяц сбора винограда) - 22 сентября - 21 октября 93 г. 
 Брюмер (месяц туманов) - 22 октября - 20 ноября.
 Фример (месяц заморозков) - 21 ноября - 20 декабря.
 Нивоз (месяц снегов) - 21 декабря 1793 г. - 19 января 1794 г.
 Плювиоз (месяц дождей) - 20 января - 18 февраля.
 Вантоз (месяц ветров) - 19 февраля - 20 марта.
 Жерминаль (месяц прорастания) - 21 марта - 19 апреля.
 Флореаль (месяц цветов) -- 20 апреля - 19 мая.
 Прериаль (месяц лугов) - 20 мая - 18 июня.
 Мессидор (месяц жатвы) - 19 июня - 18 июля.
 Термидор (месяц жары) - 19 июля - 19 августа.
 Фрюктидор (месяц плодов) - 18 августа - 16 сентября.

Дополнительные дни (санкюлотиды^*):

^*(Санкюлотами в тот период именовали революционеров - представителей простого народа. В их честь Ромм и его друзья и назвали дни праздников, завершающих год.)

 Праздник добродетели - 17 сентября 1794 г.
 Праздник гения - 18 сентября.
 Праздник труда - 19 сентября.
 Праздник убежденности - 20 сентября.
 Праздник вознаграждения - 21 сентября.

Остается открытым вопрос о том, знали ли Ромм, Фабр д'Эглантин и их коллеги, что у славянских народов с глубокой древности существуют названия месяцев, также отражающих смену сезонов и связанные с этим сельскохозяйственные работы? Несомненно, мессидор (месяц жатвы) по смыслу напоминает старославянский (и украинский) серпень, а прериаль (месяц лугов) - травень. Каждому дню, кроме порядкового номера, было присвоено название какого-нибудь вещества, используемого в хозяйственной деятельности, полезного растения или живот ного вместо имени святого, чтимого католиками в данный день. Скажем, 3 октября был днем одной святой Терезы, 15 октября - другой святой Терезы и т. д., а после реформы 1 нивоза стало днем торфа, 2 нивоза - днем каменного угля, 4 нивоза -днем серы, 23 нивоза - днем железа и т. д. Ж. Ромм и его друзья надеялись таким образом ослабить влияние церкви.

Этот календарь вступил в силу с октября 1793 г. и существовал до 1805 г., когда он был упразднен Наполеоном и заменен прежним грегорианским. Но в литературном языке сохранились многие выражения, связанные с событиями времен французской революции, датированными по республиканскому календарю. Вспомним название одной из работ К. Маркса - "Восемнадцатое брюмера Луи Бонапарта" (1851-1852 гг.), эпитет "термидорианцы" и т. д.

Математика. Все разделы математики продолжали быстро развиваться. В XIX в. связь математики с естествознанием и техникой приобретает сложные формы. Применение математики к задачам физики, химии, астрономии, термодинамики, кинематики механизмов, строительного дела, баллистики и др. резко возрастает. Новые математические исследования возникают не только в результате непосредственных практических запросов данного времени, но и в силу внутренней логики развития математики как науки.

Интересно, что многие из тех математических построений, которые казались в период их разработки далекими от действительности, впоследствии получили практическое применение.

В последнее десятилетие XVIII в. методы анализа бесконечно малых величин достигли значительного совершенства. Зародившись в сфере механики земных и небесных тел, новые математические методы, в развитом, обогащенном виде, были вновь приложены выдающимся французским математиком Ж. Л. Лагранжем и его школой к физике и астрономии.

В качестве основного математического аппарата новых отраслей механики и физики в это время усиленно разрабатывается теория дифференциальных уравнений с частными производными и особенно теория потенциала - раздел математической физики, изучающий потенциалы силовых полей, образованных притягивающими массами, зарядами и т. д. Теория потенциала возникла при исследовании поля сил ньютоновского притяжения и электрических полей.

Большое значение имели труды О. Л. Коши по строгому обоснованию анализа бесконечно малых величин.

Важными достижениями математической науки стали открытие и введение в употребление геометрической интерпретации комплексных чисел^*. Основные заслуги в этой области принадлежат норвежцу, работавшему в Дании, Каспару Весселю, который стал также одним из основоположников векторного исчисления, французскому математику Ж. Аргану и некоторым другим ученым. К первой четверти XIX в. относится также создание О. Л. Кош и основ теории функций комплексного переменного.

^*(Комплексным числом называется число вида х + iy, где х и у - действительные числа, а i=√-1.)

Английский математик У. Р. Гамильтон, давший одно из первых изложений теории комплексных чисел, стал, наряду с немецким математиком Г. Грасманом, одним из создателей векторного анализа (40-е гг. XIX в.)^*.

^*(Вектором называется величина (например, сила, скорость, ускорение), значение которой характеризуется не только числом, но и направлением.)

Возникновение векторного исчисления имело огромное значение для развития математической физики и для приложения математики к задачам механики.

Расширение предмета математики выдвинуло задачи ее обоснования, т. е. пересмотра ее исходных положений, построения строгой системы определений и доказательств, а также критического рассмотрения логических приемов, применяемых при этих доказательствах. Точность и последовательность математических доказательств были особенно важны при разработке новых, иногда весьма отвлеченных, математических теорий.

Возникшая еще в XVII в. теория вероятностей^* получает в конце XVIII и начале XIX в. дальнейшее развитие в трудах П. С. Лапласа, А. Лежандра, С. Пуассона (Франция) и известного немецкого математика Карла. Фридриха Гаусса.

^*(Раздел математики, позволяющий по вероятностям одних случайных событий находить вероятности других случайных событий, связанных каким-либо образом с первыми.)

Теория вероятностей в это время широко применяется в астрономии, геодезии и баллистике. В начале XIX в. был разработан ряд предельных теорем теории вероятностей, указывающих на условия возникновения тех или иных закономерностей в результате действия большого числа случайных факторов. Сюда относятся теоремы Лапласа (1812 г.) и Пуассона (1837 г.).

Общий принцип, в силу которого совокупное действие большого числа случайных факторов приводит при некоторых условиях к результату, почти независимому от случая, иными словами, к практически достоверным событиям, - этот общий принцип, получивший позднее название закона больших чисел, был выдвинут Я. Бернулли еще в 1713 г.

В работе Пуассона впервые получил применение термин "закон больших чисел".

Последующий период развития теории вероятностей и ее приложения к решению практических задач связан с именами русских математиков М В. Остроградского (вопросы математической статистики), В. Я. Буняковского (применение теории вероятностей к статистике, демографии и страховому делу). и П. Л. Чебышева. В 1843 г. Чебышев дал строгое доказательство теоремы Пуассона. В своей работе "О средних величинах" (1867 г.) Чебышев чрезвычайно просто доказал закон больших чисел при весьма общих предположениях.

Остроградский М.В. (1801 - 1861)

Лобачевский Н.И. (1792-1856)

В конце XVIII - начале XIX в. оформились и новые направления в геометрии. Возникает дифференциальная геометрия, изучающая геометрические образы методами анализа бесконечно малых, в первую очередь методами дифференциального исчисления. Гаспар Монж, сыгравший большую роль в развитии дифференциальной геометрии, явился также одним из основоположников начертательной геометрии, разрабатывающей методы изображения пространственных фигур на плоскости. Успехи начертательной геометрии были непосредственно связаны с прикладными задачами составления чертежей машинного оборудования, зданий и сооружений промышленного, транспортного и бытового характера.

Необходимо также упомянуть о работах К. Ф. Гаусса по внутренней геометрии поверхностей.

Основы геометрических представлений, унаследованные со времен древнегреческого математика Эвклида, оставались непоколебленными вплоть до конца 20-х гг. XIX в., когда великий русский ученый Николай Иванович Лобачевский произвел подлинную революцию в математической науке, выдвинув и обосновав (впервые в 1826 г.) систему неэвклидовой геометрии.

Ученый исходил из убеждения, что существует более общая геометрическая система, частным случаем которой является геометрия Эвклида. В геометрической системе, выдвинутой Лобачевским, через точку, лежащую вне данной прямой в их плоскости, возможно проведение более одной прямой, не пересекающих данную прямую. Сумма углов у всех треугольников плоскости Лобачевского меньше двух прямых и т. д. Позже, в "Новых началах геометрии с полной теорией параллельных" (1835-1838 гг.), ученый высказал предположение, что его неэвклидова геометрическая система может найти применение "либо за пределами видимого мира, либо в тесной сфере молекулярных притяжений".

В своих трудах Лобачевский неизменно исходил из убеждения, что истинность геометрической теории, "подобно другим физическим законам", проверяется только опытом.

Открытие неэвклидовой геометрии Н. И. Лобачевским сыграло огромную роль не только в развитии геометрии, но и точных наук в целом.

Несколько позже Лобачевского и независимо от него венгерский математик Я. Бойяи (Больяй) также пришел к мысли о необходимости создания неэвклидовой геометрии (1831 г.).

К выводу о возможности наряду с обычной эвклидовой геометрией также и неэвклидовых геометрических систем приходил и К.Ф. Гаусс, но, боясь, как он выражался, "крика бео-тийцев"^* - нападок представителей официальной науки, Гаусс так и не решился опубликовать свои выводы. Впрочем, это лишь на время задержало дальнейшее развитие новых идей в геометрии.

^*(Выражение, соответствующее русскому: "чтоб гусей не раздразнить".)

Немецкий ученый Г. Рйман в 1854-1863 гг. выдвинул новую неэвклидову геометрическую систему, опять-таки получившую реальное истолкование в ходе последующего научного развития. В 1867 г. Риман опубликовал свою работу "О гипотезах, лежащих в основании геометрии", где он дальше разработал математическое учение о пространстве.

Поборником новых идей в геометрии был итальянский математик Э. Бельтрами. Опубликованный им в 1863 г. "Опыт толкования неэвклидовой геометрии" способствовал всеобщему приз-знанию геометрии Лобачевского и других неэвклидовых геометрий.

Труды Лобачевского и Римана предвосхищали дальнейшее развитие точных наук. Только после новых достижений в изучении микромира, успехов астрономии и создания теории относительности эти математические идеи были применены к исследованию реального физического пространства.

Вопрос о введении метрической системы мер и весов. Метрическая система была одним из крупнейших достижений французской революции конца XVIII в. в области культуры. В средние века не только в отдельных странах, но и во многих провинциях различных стран установились свои, особые системы мер и весов.

По мере того как формировался международный рынок, как между странами росли экономические и культурные связи, все более настоятельно вставал вопрос о введении единой международной системы мер и весов.

Передовые деятели французской революции конца XVIII в. выдвинули новую, разумную и простую систему, основанную на принципе десятичного деления. В основу системы была положена новая единица длины - метр, определяемая (на основе произведенных измерений) как одна десятимиллионная часть, четверти парижского меридиана. Как выяснилось впоследствии, эти измерения в силу недостаточного совершенства приборов оказались не совсем точными.

За единицу площади принимался ар, равный 100 м².

Единицей измерения жидких и сыпучих тел стал литр, т. е. 1 дм³.

Меры веса были связаны с мерами длины и емкости. Единицей веса стал 1 кг, т. е. вес 1 дм³ (1 л) химически чистой воды при температуре +4° С.

Якобинский Конвент принял 1 августа 1793 г. декрет о введении метрической системы, подчеркнув, что эта мера должна способствовать сплочению Французской республики, единой и неделимой. Старые французские меры именовались "ненавистным остатком тирании".

Декрет Конвента оказался столь назревшей мерой, что термидорианская буржуазия, свергнувшая якобинцев, вынуждена была довести до конца их дело в области введения новой метрической системы мер и весов во всей. Франции.

Впоследствии из особо прочного сплава платины с иридием были изготовлены эталоны (образцы) метра и килограмма.

Метрическая система удержалась во Франции и при Наполеоне I, и при реставрации Бурбонов, и при последующих правительствах. Впрочем, как свидетельствует французская литература XIX в., старые меры продолжали употребляться в быту и в разговорной речи. Вспомним, что уже упомянутый нами роман Жюля Верна о подводных путешествиях, написанный в конце 60-х гг., был озаглавлен "20 тысяч лье под водой".

В других странах старинные меры сохранялись официально.

Правительства стран английского языка особенно упорно сопротивлялись переходу на новую метрическую систему, видя в том ущемление их национального достоинства, хотя создатели метрической системы с самого начала подчеркивали, что она является не французской, а международной. Ведь названия метрических единиц были взяты из греческого и латинского языков, как языков мировой науки. Например, приставка "кило" представляет измененное на французский лад греческое слово "хилиой" - тысяча; слово "метр" происходит от греческого "метрон" - мерило. Этот корень давно встречался в обозначениях приборов: "барометр", "термометр" и т. д.

Одним из первых поборников введения в России новой системы мер и весов, основанной на десятичном принципе деления, был Н. И. Лобачевский. Н. И. Фусс, в то время непременный секретарь Академии наук, ополчился за это на ученого. Позднее решительным сторонником новой метрической системы стал Б. С. Якоби. Его работа в данной области началась в 1859 г., когда он был назначен членом академической комиссии по введению единой десятичной системы мер, весов и монет. Якоби принадлежит инициатива создания международной комиссии, которая должна была принять общую для всех стран систему единиц, установить образец метра и наблюдать за изготовлением копий с него.

Энергичная деятельность Якоби завершилась подписанием международной метрической конвенции, по которой в Севре, близ Парижа, было создано Международное бюро мер и весов. Нo Якоби не дожил до принятия международной конвенции об определении метра.

Основы электромагнитной метрики были заложены немецким ученым К. Ф. Гауссом в 1832 г. Позднее этой проблемой занимался Дж. К. Максвелл в специальной комиссии по измерениям, созданной Британской ассоциацией содействия прогрессу науки. Якоби горячо поддерживал мысль о создании международной системы электромагнитных единиц на основе метрической системы мер, но такая система электромагнитных единиц была принята лишь в 80-е гг. XIX в.

Отметим в заключение, что ни царское, ни Временное правительство не смогли осуществить перехода России к новой метрической системе. Только Советская власть успешно разрешила эту задачу в исторически кратчайший срок. Метрическая система была введена в нашей стране декретом Совнаркома от 14 сентября 1918 г.

Физика. Механика. В связи с запросами промышленности, транспорта и других отраслей материального производства в этот период быстро развивалась теоретическая и прикладная механика. Механика прогрессировала в тесной взаимосвязи с термодинамикой, оптикой и т. д. Наиболее характерной чертой было, с одной стороны, сближение механики с математикой, a с другой - все растущая связь ее с практикой.

Возведение крупных инженерных сооружений с применением новых строительных материалов (в частности, металла) не могло основываться лишь на прежнем опыте строителей. Машины на фабриках и заводах, пароходы, поезда с паровой тягой имели мощности и скорости движения, с которыми не сталкивались механики предшествующего периода. Конструкторы машин и инженерных сооружений были поставлены перед необходимостью учета так называемых динамических нагрузок, которые в отличие от статических вызывают значительные силы инерции движущихся масс, а также колебательные процессы.

Требования практики привлекли внимание ученых к недостаточно разработанным проблемам динамики и кинематики^*.

^*(Динамика - раздел теоретической механики, рассматривающий законы движения тел под влиянием приложенных к ним сил. Кинематика - раздел той же науки, изучающий движение тел безотносительно к силам, его вызывающим. )

Те же причины обусловили проведение многочисленных исследований свойств упругости физических тел и разработку теории упругости, развитие учения о сопротивлении материалов, а также изучения проблем гидромеханики й гидравлики.

Важное значение для развития механики как науки в первые десятилетия XIX в. имели работы Ж. Л. Лагранжа, особенно его "Аналитическая механика" (1788 г.).

К последним десятилетиям XVIII - первой четверти XIX в. относится возникновение прикладной, или, как тогда говорили, "практической" механики, изучающей работы машин, механизмов и сооружений и разрабатывающей методы их расчета. Еще в конце XVIII в. во. Франции зародилась самостоятельная теория механизмов: "Теория простых машин", Ш. О. Кулона вышла в свет в 1781 г. Когда Г. Монж и его соратники организовали Политехническую школу, там был введен специальный курс по теории механизмов.

В 20-е гг. XIX в. вышли в свет важные труды Ж. В. Понселе "Курс механики в применении к машинам" и "Введение в промышленную, физическую и экспериментальную механику".

Разработкой проблем теоретической и прикладной механики занимались также Л. Навье, А. Сан-Венан, Г. Ламе и Б. П. Клапейрон, немец. Ф. Редтенбахер и другие ученые из разных стран.

Русские математики, механики и инженеры приняли большое участие в разработке проблем прикладной механики, в частности теории механизмов. С. Е. Гурьеву принадлежит работа "Общее правило равновесия с приложением оного к машинам" (1806 г.). М. В. Остроградский осуществил наряду с работами по математической физике и небесной механике ряд исследований и по прикладной механике. В частности, он много и плодотворно работал над развитием теории упругости.

Немало сделали для развития прикладной механики русские инженеры П. П. Мельников, М. С. Волков и др.

Монж Г. (1746-1818)

Чебышев П.Л. (1821 - 1894)

Теория механизмов получила наиболее полное развитие в трудах П. Л. Чебышева. Этот выдающийся исследователь в сфере высшей математики и теоретической механики смело пролагал новые пути и в вопросах приложения этих наук к производству. Его исследование "Теория механизмов, известных под названием параллелограммов" (1853 г.) составило эпоху в мировой науке. Автор дал рациональные обоснования для определения прямолинейно-направляющих механизмов. Между тем со времен Уатта конструкторы подбирали эти размеры эмпирически. Чебышев исследовал и сам построил ряд различных механизмов: ученый был замечательным изобретателем.

К рассматриваемому периоду относится и зарождение аэромеханики (аэростатики и аэродинамики).

Другие разделы физики. Термодинамика и закон сохранения энергии. Еще. в конце 40-х гг. XVIII в. М. В. Ломоносов выдвинул гениальную догадку, что "всеобщий естественный закон" сохранения вещества "простирается и в самые правила движения".

Однако потребовались грандиозные достижения производственной и транспортной техники, естествознания и философии, чтобы оказалась возможной научная формулировка закона сохранения энергии (как и выработка самого понятия "энергия")^*.

^*(Термин "энергия" в нынешнем смысле этого слова стал впервые применять У. Томсон в 60-х гг. XIX в.)

Решающие успехи в этом направлении были непосредственно связаны с развитием учения о теплоте.

Школа Лавуазье изгнала из науки флогистон, одну из "невесомых жидкостей" естествознания XVIII в. Но другая "невесомая жидкость" - теплород - упорно сохраняла свои позиции в науке первых десятилетий XIX в.

Лишь распространение паровых двигателей и изучение их работы наряду с наблюдениями в области металлургии и металлообработки создали предпосылки для торжества новых идей в физике.

В 1798 г. Б. Томпсон-Румфорд опубликовал результаты произведенных им наблюдений в сверлильном деле (сильное разогревание просверливаемой детали). Английский ученый X. Дэви пришел к выводу, что опыты Томпсона-Румфорда (и его Собственные) несовместимы с теорией теплорода. И все же последняя продолжала господствовать. Два выдающихся сочинения французских ученых того периода: "Аналитическая теория тепла" Ж. Фурье (1822 г.) и "Размышления о движущей силе огня" Сади Карно (1824 г.), давшие глубокий физический и математический анализ тепловым процессам, допускали существование теплорода.

Особый интерес представляют исследования С. Карно о "получении движения из тепла" и о возможности получения "движущей силы" (полезной работы) при переходе тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Из материалов, оставшихся после С. Карно (умершего в 1832 г.), видно, что ученый близко подошел к открытию закона сохранения энергии.

В 1834 г. Б. П. Клапейрон повторил рассуждения С. Карно и придал им стройную математическую форму.

В середине XIX в. эти идеи были переработаны применительно к представлению о теплоте как о движении молекул английским ученым Уильямом Томсоном (впоследствии - лордом Кельвином) и немецким физиком Рудольфом Клаузиусом.

Окончательное оформление механическая теория теплоты и проблема превращения тепловой энергии получили в трудах выдающегося немецкого естествоиспытателя и врача Юлиуса Роберта Майера. Так как в то время термина "энергия" еще не существовало, Майер и другие ученые употребляли слово "сила".

Установление механического эквивалента теплоты является заслугой целого ряда исследователей, действовавших одновременно и в ряде случаев независимо друг от друга в различных странах: Джеймса Прескота Джоуля и Уильяма Роберта Гроува - в Англии, Людвига Августа Кольдинга - в Дании, Герма на Гельмгольца - в Германии в 40-50-х гг. XIX в.

В эти десятилетия оформилось учение о теплоте как движущей силе - термодинамика, отрасль теоретической физики, которая сделалась научной базой теплотехники.

Большую роль в развитии термодинамики сыграли, труды С. Карно, У. Томсона и Р. Клаузиуса. Их исследования привели к формулировке первого и второго начал (принципов) термодинамики^*, широко используемых в настоящее время. Клаузиусом было также введено понятие энтропии (1865 г.)^**.

^*(Первое начало термодинамики гласит, что во всех случаях, когда теплота производит работу, потребляется количество теплоты, пропорциональное полученной работе, Второе начало утверждает, что теплота сама собой не может перейти от более холодного тела к более теплому.)

^** (В термодинамике этот термин употребляется для определения меры необратимого рассеяния энергии. В настоящее время в других науках (статистической физике, теории информации) термин "энтропия" приобретает иное значение.)

Майер не ограничился исследованием вопроса о превращении механического движения в теплоту. Он обосновал (впервые в 1842 г.) и доказал экспериментально более общий закон сохранения и превращения энергии ("силы"). К сходным выводам пришли также многие другие ученые. Г. Гельмгольц в 1847 г. дал математическое выражение закона сохранения и превращения энергии.

Было установлено, что все виды энергии - механическая, тепловая, свет, электричество, магнетизм, химическая - переходят друг в друга.

Значение научных открытий 40-50-х гг. XIX в. было огромно: "Благодаря этому различные физические силы... превратились в различным образом дифференцированные и переходящие по определенным законам друг в друга формы движения материи... Физика, как уже ранее астрономия, пришла к такому результату, который с необходимостью указывал на вечный круговорот движущейся материи, как последний вывод науки"^*.

^*(Энгельс Ф. Диалектика природы. - Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 353.)

Учение об электричестве и магнетизме. Серьезные успехи учения об электричестве и магнетизме были связаны прежде всего с практическим использованием электромагнитных явлений в области телеграфии, освещения, гальванопластики и т. д.: "Об электричестве мы узнали кое-что разумное только с тех пор, как была открыта его техническая применимость"^*.

^*(Энгельс Ф. В. Боргиусу 25 января 1894 г. - Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 39, с. 174.)

На рубеже XVIII-XIX вв. итальянский физик Алессандро Вольта, дав правильное истолкование предшествующих опытов Луиджи Гальвани, создал "гальваническую батарею". Этого рода батареи, представляющие собой сосуд с электролитом (например, с разведенной кислотой), в который погружены электроды (например, полоски меди и цинка), долго служили единственными источниками электрического тока.

Фарадей М. (1791 - 1867)

Ленц Э.Х. (1804-1865)

В 1820 г. датский физик Г. X. Эрстед произвел важные наблюдения над действием электрического тока на магнитную стрелку. Французский ученый А. М. Ампер, основоположник электродинамики, сделал следующий шаг, открыв и вычислив взаимодействие между двумя электрическими токами, проходящими по проводникам, и установив, что ток, в свою очередь, создает магнитное силовое поле (1820 г.).

Ранее оторванные друг от друга электрические и магнитные явления стали теперь объединяться под общим названием электромагнитных.

В 1831 г. Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Это явление состоит в том, что если замкнутый проводник при своем перемещении пересекает магнитные силовые линии, то в нем возбуждается электрический ток. При этом безразлично, движется ли проводник относительно магнитного силового поля, или, наоборот, магнитное поле движется относительно неподвижного проводника.

Это исключительно важное открытие сделало возможным создание новых магнитоэлектрических генераторов и электродвигателей.

Выдающуюся роль в развитии учения об электромагнитных явлениях сыграл русский ученый Эмилий Христианович Ленц.

Вскоре после открытия. Фарадеем электромагнитной индукции Ленц в 1833 г. вывел закон, носящий его имя, обобщающий законы электромагнитной индукции и устанавливающий направление индукционного тока.

В 1838 г. Ленц сформулировал весьма важный для развития электроэнергетики принцип обратимости генераторного и двига

тельного режимов электрических машин, из которого следовало, что одна и та же электрическая машина может работать в режиме как генератора, так и двигателя. Ленц доказал этот принцип экспериментально.

В 30-е гг. XIX в.. Фарадей разработал теорию электрохимической диссоциации, что способствовало развитию электрохимической технологии.

В 1841 г. Джоуль исследовал теплоту, выделяемую при прохождении электрического тока через проводник. Развивая эти опыты, Ленц в 1844 г. установил тепловой эквивалент так называемой электродвижущей силы^* (закон Джоуля - Ленца).

^*(Электродвижущая сила - отношение мощности, развиваемой источником тока, к силе тока.)

Много исследований по электромагнетизму Э. X. Ленц провел вместе с Б. С. Якоби, который так плодотворно занимался вопросом о практическом использовании электрической энергии.

Одновременно с изучением магнитных свойств электрического тока велись работы по исследованию его теплового действия. В 1821 г. профессор Т. И. Зеебек из Берлина открыл явление термоэлектричества. Он доказал, что при нагревании места соединения проводников, состоящих из различных металлов, в цепи возникает электрический ток. В 1834 г. французский физик Ж. Пельтьё установил явление обратимости термоэлектрического действия, т. е. выделения или поглощения тепла в зависимости от направления тока, протекающего через спай двух различных проводников^*.

^*(Позднее это явление было использовано для изготовления термоэлементов.)

Для электротехники большое значение имело установление количественных соотношений между величинами сопротивления электрической цепи, электродвижущей силы и силы тока, сделанное немецким физиком Г. Омом в 20-х гг. XIX в. (закон Ома).

Электромагнитная теория света. Уравнения Максвелла. В первой трети XIX в. произошел переворот в учении о свете. В результате работ Т. Юнга (Англия) и О. Ж. Френеля (Франция) ньютоновская корпускулярная теория света была отвергнута. Возродилась на новой основе и в новом физико-математическом истолковании теория Гюйгенса, трактующая свет как волновое движение эфира.

В 1865 г. выдающийся английский ученый Джеймс Кларк Максвелл разработал электромагнитную теорию света. Она обобщила результаты опытов и теоретических построений многих физиков различных стран в области электромагнетизма, термодинамики и оптики.

Теория Максвелла рассматривала световые волны как волны электромагнитные. Последователь Эрстеда и Фарадея, Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Математическим выражением нового учения стала система уравнений Максвелла, в равной мере относящихся как к электромагнитным, так и к оптическим явлениям. Уравнения Максвелла описывали структуру электромагнитного поля. Из них в качестве основного следствия вытекал вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, и устанавливалась связь световых явлений с электромагнитными^*. Физико-математические, построения Максвелла сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания и техники. Но теория Максвелла не могла дать исчерпывающей правильной характеристики всех электромагнитных явлений.

^*(Позднее существование электромагнитных волн было экспериментально доказано Герцем и стало основой для создания радиосвязи.)

Максвелл признавал существование эфира - последней из мнимых "невесомых жидкостей", пережившей и флогистон, и теплород, но которой в конце концов предстояло разделить их судьбу. В этот период физики уже не решались дать сколько-нибудь реальную характеристику свойств эфира. Наличие эфирного моря, якобы наполняющего всю Вселенную и проникающего все тела, не подтвердилось ни одним экспериментом. Но волновая теория сохраняла господствующее положение потому, что она, казалось, исчерпывающе объясняла почти все оптические явления, в том числе такие, как интерференция, поляризация и дифракция.