Наука и техника

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Наука и техника в наши дни развиваются очень быстрыми темпами, одно открытие следует за другим, внедряется в практику, в производство, и этот процесс, называемый научно-техническим прогрессом, остановить нельзя. Главная его отличительная черта на современном этапе — тесная взаимная связь науки и техники, их влияние друг на друга.

Такая неразрывная связь науки и техники существовала не всегда. Часто научные открытия происходили за много сотен лет до их практического воплощения, а великие технические изобретения были основаны не на научных знаниях, а на интуиции, догадках, практическом опыте. Так, итальянец Леонардо да Винчи выдвинул идею создания вертолета в конце XV в., а построен был этот всем теперь известный летательный аппарат только в XX в. Наоборот, рабочий процесс паровой машины, изобретенной русским механиком И. Ползуновым в 1763 г. и английским ученым Дж. Уаттом в 1774—1784 гг., не имел научного обоснования. Только много лет спустя, в 1824 г., французский физик С. Карно дал теоретическое объяснение рабочего цикла, происходящего в паровой машине.

Первые зачатки научных знаний появились много тысяч лет назад, когда первобытный человек учился изготовлять примитивные орудия труда. Из многих каменных материалов, применявшихся как оружие и орудия труда, он не случайно выбрал в конце концов кремень. Этот камень обладал высокой прочностью, позволял изготовлять орудия с острой режущей кромкой, а кроме того, пользуясь кремнем, можно было добывать огонь. Когда около 10 тыс. лет назад люди стали переходить к оседлому образу жизни, они нашли способы постоянного приготовления пищи благодаря одомашниванию диких животных и культивированию растений. Были найдены пути получения искусственных материалов для строительства жилищ, появились глиняная посуда, прядение, ткачество. Но орудия труда, оружие, материалы создавались и совершенствовались на основе случайных находок и практического опыта поколений. Накопленные людьми в эпоху неолита знания можно считать научными лишь весьма условно (см. Становление человечества, Первобытное общество).

Современная наука начала складываться с XVI—XVII вв., а зародилась она, как принято считать, в Древней Греции. Древнегреческие естествоиспытатели предвосхитили многие позднейшие научные открытия. Фалес Милетский, Пифагор и Евклид, жившие в VI—III вв. до н. э., заложили основы античной математики, Евдокс (IV в. до. н. э.) — основы астрономии. Гиппократ (V—IV вв. до н. э.) оставил труды, ставшие основой дальнейшего развития клинической медицины. Обобщил многие научные знания Аристотель (IV в. до н. э.). Он заложил начала зоологии, ботаники, элементов биологии. Его биологические труды сыграли большую роль в истории науки. Выдающийся древнегреческий ученый и изобретатель Архимед (ок. 287—212 до н. э.) открыл известный всем закон, названный его именем, изобрел водоподъемную машину — архимедов винт, создал приспособление из рычагов и полиспастов для спуска судов на воду.

В первые века нашей эры центром эллинистической культуры стала Александрия (см. Эллинизм). Там в I в. жил древнегреческий ученый и изобретатель Герон Александрийский. Он привел в систему основные достижения античного мира по прикладной механике, математике, изобрел интереснейшие приборы с элементами автоматики.

Древний Рим оставил после себя немногочисленные научные исследования. Из них можно выделить «Естественную историю» в 37 книгах, написанную Плинием Старшим (I в.) и представлявшую собой энциклопедию естественнонаучных знаний античности, и законченную геоцентрическую систему мира, созданную греком Птолемеем (II в.; см. Античность, Эллинизм).

В эпоху средневековья естественные науки и техника в Европе развивались крайне медленно, европейцы заимствовали научные знания в странах Азии (Индии, Китае) и Северной Африки. Здесь существовали города с населением, занимавшимся различными ремеслами, производством оружия, разнообразных тканей — шерстяных, льняных, хлопковых (Индия), шелковых (Китай), стекла и керамики. Китайцы первыми наладили производства бумаги (II в.), фарфора (III—V вв.), изобрели порох (X в.), книгопечатание с наборных форм из глиняных литер (XI в.). Индийскими учеными-математиками была создана числовая система с десятичными дробями, используемая и в наше время. Именами крупнейших индийских астрономов и математиков Ариабхаты (V в.) и Бхаскары (XII в.) названы индийские искусственные спутники Земли.

Многие из этих открытий и изобретений стали известны европейцам через арабов, которые во время своих походов и путешествий заимствовали научные знания и технические изобретения у других народов. В арабских странах были развиты различные ремесла, многие из которых достигли высокого совершенства. Примером могут служить булат или дамасская сталь, отличавшиеся высочайшими твердостью и упругостью, благодаря чему сделанное из них оружие обладало исключительной стойкостью и остротой. Утерянный еще в средние века секрет изготовления булата был раскрыт лишь в XIX в. русским металлургом П. П. Аносовым. Потребности строительства, ирригации, мореплавания обусловили развитие в арабских странах начал математики, астрономии, минералогии и других научных знаний, носивших главным образом прикладной характер.

Быстрое развитие ремесла в европейских городах, начавшееся лишь в XI—XII вв., привело позже к появлению мануфактуры — сравнительно крупных предприятий, основанных на разделении труда и применении ручной ремесленной техники. В условиях мануфактуры значительно увеличилась производительность труда, ускорился прогресс техники и технологии. Мануфактурное производство оказало особенно заметное прогрессивное влияние на текстильную промышленность, производство бумаги и стекла, металлургию, металлообработку, судостроение, переработку колониального сырья (см. Средневековый город, Капитализм).

Под влиянием запросов практики (широкое распространение торговли, мореплавание, военное дело) происходили сдвиги и в развитии естественных наук. Характерной чертой науки в это время становится решающее значение опыта в познании природы. Соединение теоретических рассуждений с проверкой их на практике привело к выдающимся научным открытиям.

Этого принципа придерживался и Леонардо да Винчи (1452—1519) — живописец, скульптор, архитектор, ученый, инженер, которому принадлежат многочисленные открытия, проекты и экспериментальные исследования в математике, механике, других естественных науках. Переворот в естествознании совершил польский астроном Н. Коперник (1473—1543), создав гелиоцентрическую систему мира. В числе выдающихся ученых-естествоиспытателей XVI—XVII вв. (периода становления современной науки) можно назвать итальянца Г. Галилея — механика, математика, астронома, заложившего основы механики; немца И. Кеплера — астронома, открывшего законы движения планет (см. Возрождение (Ренессанс), эпоха Возрождения); англичанина У. Гарвея — основателя физиологии и эмбриологии; француза Б. Паскаля — физика и математика, сконструировавшего суммирующую машину, установившего основной закон гидростатики, оставившего труды по важнейшим областям арифметики, геометрии, алгебры; голландца Х. Гюйгенса, создавшего волновую теорию света, автора одного из первых трудов по теории вероятностей.

Неоценимый вклад в науку внес английский ученый И. Ньютон (1643—1727) — основатель классической физики, открывший закон всемирного тяготения и другие законы классической механики, создавший основы небесной механики, разработавший важнейшие методы высшей математики.

Техника и технология до мануфактуры развивались на основе накопленного опыта без заметного влияния научных исследований и открытий. Перемены наступили в XVI в., когда ученые стали использовать свои знания и научные открытия для развития производства, а промышленники все чаще стали обращаться к науке, чтобы решать усложнявшиеся задачи по расширению и улучшению того или иного производства. Этому способствовало изобретение в Европе в 40-х гг. XV в. книгопечатания.

Наконец, в XVIII—XIX вв. в Европе произошел промышленный переворот — переход от ручной ремесленной техники мануфактур к крупной машинной индустрии. Начался он изобретением и применением многочисленных рабочих машин, освобождавших человека от многих операций, связанных с тяжелым физическим трудом, а закончился созданием машиностроения — крупного машинного производства, при котором рабочие машины изготовляются не кустарным способом, а с помощью машинной техники, т. е. других машин.

С технической точки зрения усовершенствование рабочих машин, которые раньше приводились в действие самим человеком или энергией воды и ветра, и изобретение Дж. Уаттом универсальной паровой машины, способной приводить в действие через передаточные механизмы сразу несколько рабочих машин, послужили основой промышленного переворота. Он сопровождался концентрацией и специализацией многих производств, разделением труда и ростом его производительности и означал переход от феодализма к капитализму.

Промышленный переворот происходил в разных странах не одновременно. Раньше всего он начался в Великобритании — в 60-х гг. XVIII в. К этому времени резко возросли потребности производства, в частности ткацкого. Тканей требовалось все больше и больше. Появилась необходимость в изменении средств труда. Были изобретены механическая прялка (1765 г., Дж. Харгривс), прядильная «мюль-машина» (1779 г., С. Кромптон), механический ткацкий станок (1785 г., Э. Картрайт), что позволило наладить фабричное производство тканей. Вслед за этим возникли крупные предприятия и в других промышленных отраслях. Через 15 лет после появления паровой машины Дж. Уатта в Великобритании действовало уже около 5 тыс. таких машин. А вскоре наступила возможность постройки первых паровоза (1803 г,, англичанин Р. Тревитик) и парохода (1807 г., американец Р. Фултон). В XIX—XX вв. крупная машинная индустрия в Великобритании окончательно вытеснила мануфактуру.

В других странах промышленный переворот начался позже, происходил часто дольше, а иногда и быстрее (когда использовался мировой технический опыт) и затрагивал поначалу разные отрасли в зависимости от особенностей страны.

В XVIII—XIX вв. наука уже не разделима с практическими потребностями общества, с техникой и технологией. Крупнейшие научные исследования и открытия совершил М. В. Ломоносов (1711—1765) — первый русский ученый-естествоиспытатель мирового значения. Его открытия обогатили многие отрасли знания, повлияли на развитие техники и технологии ряда промышленных производств, а некоторые его идеи далеко опередили науку того времени. Крайне нужные для практики научные исследования выполнил А. Л. Лавуазье (1743—1794) — один из основоположников современной химии.

Важнейшие научные открытия, имевшие громадное практическое значение, совершили в XIX в. английский ученый Дж. Максвелл, создатель классической электродинамики; немецкие ученые Ю. Р. Майер, Г. Гельмгольц и английский ученый Дж. Джоуль, открывшие закон сохранения и превращения энергии; немецкие ученые Т. Шванн и М. Шлейден, создавшие клеточную теорию, объяснившую структуру всех живых организмов; английский ученый Ч. Дарвин, разработавший эволюционное учение в биологии; русский ученый Д. И. Менделеев, открывший один из основных законов естествознания — периодический закон химических элементов, объясняющий внутреннюю связь между всеми известными видами веществ.

Настоящий же переворот в науке и связанный с ним взлет технических достижений произошли в середине XX в. Их часто называют научно-технической революцией. Корни ее уходят в конец XIX в. — начало XX в., когда на базе научных открытий были созданы двигатели, использующие новые источники энергии.

В XIX в. началось практическое использование электрической энергии и энергии жидкого топлива. Электрические и магнитные явления, известные с давних пор, нашли разнообразное применение в технике. Во-первых, электричество стало основой новых видов связи: телеграфа (русский изобретатель П. Л. Шиллинг в 1832 г. создал клавишный телеграфный аппарат), телефона (американский изобретатель А. Г. Белл в 1876 г. сделал первый телефонный аппарат) и радио (русским ученым А. С. Поповым в 1895 г. был построен первый радиоприемник). Во-вторых, были созданы электрические машины — генераторы и двигатели, быстро получившие самое широкое распространение. В-третьих, электричество стало незаменимым источником света и тепла.

Использование энергии жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания сделало возможным появление самого массового и самого быстрого видов транспорта — автомобильного и воздушного. Только с такими двигателями — легкими и мощными — можно было создать в то время автомобили и самолеты. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1860 г. французом Э. Ленуаром, немецкие изобретатели использовали для постройки мотоцикла (1885 г., г. Даймлер) и автомобиля (1886 г., К. Бенц). Американские изобретатели, авиаконструкторы и летчики братья У. и О. Райт, первыми в истории совершившие в 1903 г. полет на сконструированном ими самолете, при постройке его установили также бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Наконец, в 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель создал свой двигатель внутреннего сгорания, работавший на нефти и другом «тяжелом» топливе. Эти двигатели, называемые дизелями, и сейчас повсеместно используются для привода в действие автобусов, тепловозов, судов, сложных строительных, дорожных и сельскохозяйственных машин.

Изо всех достижений научно-технического прогресса в XX в. остановимся на появлении и развитии космонавтики — классическом примере плодотворного сотрудничества, взаимодействия и взаимопомощи науки и техники. Когда основоположник теории межпланетных сообщений русский ученый К. Э. Циолковский в 1903 г. опубликовал свой первый труд, где доказывал возможность космических полетов с использованием ракетных двигателей, его идеи казались фантазией. Но в 20—30-х гг. Р. Годдард в США и Г. Оберт в Германии ведут работу по созданию жидкостных ракетных двигателей, а на родине Циолковского подобные работы, возглавлявшиеся С. П. Королевым, заканчиваются запуском в космос первого искусственного спутника Земли (1957), открывшего космическую эру, и первого космического корабля с человеком на борту (1961). Всего через 30 лет после этого новая отрасль науки и техники шагнула далеко вперед, добилась таких успехов, которые трудно было представить в начале космической эры. В 1969 г. американские астронавты высадились на Луне. В космическом пространстве действуют искусственные спутники Земли, обеспечивая телевизионную связь, разведку недр Земли, поиск и спасение потерпевших аварию судов, решая задачи метеорологии, охраны окружающей среды. На борту космических орбитальных станций получены вещества и материалы с принципиально новыми свойствами. Освоение космоса — результат взаимодействия всех фундаментальных наук — математики, астрономии, физики, химии, биологии с многочисленными прикладными науками и отраслями производства — материаловедением, радиотехникой, электроникой, точным приборостроением, информатикой и вычислительной техникой и т. д. Но и от космонавтики человечество получит очень большую отдачу (см. Научно-технический прогресс).