 |
Часть 1. Практическое применение научных открытий
|
|
|
|
Введение
Социологический анализ деятельности института науки в современном обществе дает основание утверждать, что главной функцией науки является производство и умножение достоверного знания, позволяющего раскрывать и объяснять закономерности окружающего мира. Научное объяснение в свою очередь позволяет предсказывать и контролировать развитие явлений в окружающей действительности. А это дает возможность человеку "господствовать над природой" и использовать знания о природном и социальном мире для ускоренного развития общества.
Для современного человека наука и техника являются неотделимыми, но так было не всегда. Еще древние греки, не смотря на всю их любовь к философствованию, на ремесло смотрели, как на занятие простолюдинов, которое было не достойно звания ученого. Даже Архимед обратился к механике, только из-за осады Сиракуз. Развитие же мировых религий привело к тому, что наука вообще была отвергнуты (многие выдающие представители религиозных движений считали, что наука не нужна, так как есть Библия и Коран, в которых содержатся все основные знания, необходимые людям). Признание роли науки было положено только лишь в эпоху Просвещения, когда Жан-Батис Кольбер, министр ЛюдовикаXIV, создал первую Академию. С этого момента наука получила поддержку государства.
Современная мировая техника родилась 150 лет тому назад в бурную эпоху революционной ломки всех основ хозяйственной и социальной жизни, в период победоносного утверждения капитализма в передовых западноевропейских странах. Последняя треть XVIII в.— переломная веха в истории производительных сил человеческого общества.
Научный прогресс ведет к тому, что система научных знаний становится не только обязательным условием успешного развития экономико-технологической сферы, но и обязательным элементом грамотности и образования любого человека. Современное общество заинтересовано в том, чтобы научные знания стали достоянием каждого человека, ибо они рационализируют его отношения с окружающим миром, позволяют довольно четко сформулировать собственную мировоззренческую концепцию. По этой причине изучение комплекса наиболее важных научных достижений, даже в самом обобщенном и доступном виде, является обязательным атрибутом социализации личности, происходящей в процессе среднего, а затем и высшего образования. Научные знания играют важную роль в государственном управлении общественными процессами, помогают планировать стратегию развития общества, осуществлять экспертную оценку различных социальных проектов.
|
|
|
Огромное воздействие научно-технических достижений на общество остро ставит вопрос об их социальных последствиях, ибо далеко не все они оказываются благоприятными и предсказуемыми. Инновационная творческая деятельность, обусловленная во многом потребностями постоянного прогресса и социального развития, становится преобладающим типом социального действия. Всякое новое изобретение рассматривается как желательное, признается в качестве социальной ценности. Это в свою очередь ставит новые задачи перед системой образования, призванной формировать социально активную личность.
Часть 1. Практическое применение научных открытий
Начать, наверное, следует с изобретения первым человеком ручного рубила – заостренной гальки, которая позволила человеку рубить дерево и резать мясо.
Далее следует упомянуть огонь, позволивший не только приготовить пищу и обогреться, то и организовать загонную охоту (размахивая факелами люди пригоняли животных к засаде, где их и убивали).
|
|
|
Примерно 13 тысяч лет назад был изобретен лук, позволявший охотиться на птиц и мелких животных. В это же время была одомашнена собака.
Все это приводило к расширению экологической ниши. И хотя эти открытия сыграли свою роль, но они в коей мере не сопоставимы с открытием земледелия, которое расширило экологическую нишу в десятки и сотни раз и увеличению численности земледельцев.
Но земледелие породило новые проблемы: прежде всего вопросы одежды (раньше охотники одевались в звериные шкуры). Так появился лет, а за ним и ткачество и прядение. Вопросы хранения зерна были решены с помощью изобретения керамики. Керамика же, точнее производство кирпича, помогло решить вопросы жилища.
Так зарождалась наука в древнем мире. Крупнейшим достижение Древнего Востока стало освоение плавки металлов. Железный наконечник плуга принес больший урожай, а появление железной лопаты позволило рыть оросительные каналы.
С первобытных времен, в течение многих тысячелетий материальное производство совершалось при помощи системы ручных орудий и инструментов, зависело от личного искусства рабочего, от его силы и ловкости. Применение машин имело место лишь как спорадическое явление и, главным образом, на второстепенных участках техники. С 70-х гг. XVIII в. целая серия великих изобретений, вызванных в Англии возросшими потребностями рынка, производит в какие-нибудь 50—60 лет грандиозный переворот в экономике английского общества.
В искусстве таким переворотом стало появление масляных красок. То есть открытие в области технологии изготовления привели к изменению в мире искусства. Появились такие мастера, как Сандро Боттичелли, Леонардо да Винчи, Микеланджело и Рафаэль.
Но Итальянское Возрождение стало эпохой возрождения не только искусства, но и науки. Так, Паоло Тосканелли, основываясь на географии Птоломея, попытался вычислить длину меридиана Земли. Ошибка в измерениях привела к тому, что размеры Земли оказались весьма приуменьшенными, а расстояние от Испании до Индии было равно 6 тысячам миль (что в два раза меньше действительного).
Однако эти расчеты попали к Христофору Колумбу, который решил достичь берегов Индии. Но его мечте было бы не суждено сбыться, если бы в это время не была изобретена каравелла – судно с косым парусом и корабельным рулем. Ее характерной особенностью было то, что она могла плыть против ветра.
|
|
|
Благодаря каравелле в 1492 году Колумб приплыл в Америку, а в 1498 году Васко де Гама открыл настоящую дорогу в Индию. Магеллан смог отправиться в 1519 году в первое кругосветное путешествие. Таким образом, каравелла подарила испанцам дорогу в океан, и господство на морях.
К Испании отошли богатейшие колонии, и многие тысячи переселенцев отправились в новые земли за деньгами и славой. Через полтора века после открытия Америки Испания практически опустела, а в Америки колонисты построили тысячи городов.
Как следствие открытия Америки можно назвать агротехническую революцию: в Европе узнали новые сельскохозяйственные культуры (кукурузу и картофель). Они были значительнее продуктивнее пшеницы, а введение их в оборот привело к увеличению производства пищи. Увеличение экологической ниши привело к росту населения (в XVIII веке население Франции увеличилось в два раза).
На американских плантациях стали производить сахар, кофе, хлопок, табак, которые пользовались популярностью в Европе. Однако для производства этих товаров у плантаторов не хватало рабочей силы, что привело к работорговле.
Но вернемся к науке. Одним из фундаментальный научных открытий, которое перевернуло и свой век и все последующие, стало изобретение книгопечатания. В 1440 году Иоганн Гуттенберг изобрел книгопечатный станок, а в 1445 году он напечатал первую Библию. И хотя идеи науки еще встречали препятствия, однако благодаря изобретению Иоганна Гуттенберга наука сделал значительный шаг вперед.
В 1543 году Николай Коперник смог издать книгу, в которой были пересказаны идеи Аристарха Самосского, в частности его идея, что Земля вращается вокруг Солнца. На основе этой книги Иоганн Кеплер провел свое исследование и доказал, что Земля вращается не по кругу, а по эллипсу. На основе идей Кеплера сделал свои знаменитые открытия Галилео Галилей.
|
|
|
Дальнейшее развитие идеи Галилея получили в трудах его ученика Торричелли, который открыл вакуум, атмосферное давление и первый барометр.
На основе открытия вакуума был изобретен воздушный насос (Отто Гернике и Роберт Бойль). Что в дальнейшем позволило Бойлю сформулировать свой известный закон (Бойля-Мариотта): объем, занимаемый паром, обратно пропорционален давлению.
Все это привело к созданию в XVIII веке теоретической механике, которая была подтверждена открытиями законов механики и закона всемирного тяготения. Именно после этого появилась идея "прогресса". И привело к промышленной революции, которая изменила жизнь людей: на смену традиционному обществу пришло промышленное общество. Открытия следовали один за другим.
На месте старой мануфактурной промышленности создается мощная фабричная индустрия, опирающаяся на машинную технику. В ходе этой промышленной революции происходит преобразование и старых транспортных средств: примитивные дороги с гужевым транспортом заменяются железными дорогами с механической паровой тягой, на морских и речных путях сообщения на смену парусно-весельному флоту приходят теперь быстроходные пароходы, вскоре достигающие гигантских размеров.
Создание рабочих машин было первой фазой промышленной революции XVIII в. Для приведения машин в действие необходимы были более мощные и совершенные двигатели, чем те, которые находились в распоряжении общества в период мануфактуры и которые были рассчитаны, в основном, на ручные орудия и аппараты.
Из старых двигателей наибольшее значение имело водяное колесо, на базе которого в крупных мануфактурах возникли мельничные механизмы — предшественники будущих машинных агрегатов. Однако водяной двигатель был неспособен стать энергетической основой новой фабричной индустрии, так как: 1) его применение локально ограничено, т. е. возможно лишь при наличии соответствующих географических условий (реки, пруды, водопады и т. д.), тогда как фабричное производство распространяется повсеместно, независимо от таких природных ограничений; 2) его работа прекращается зимой во время замерзания источников водяной энергии; 3) его мощность совершенно недостаточна для приведения в действие ряда крупных рабочих машин. Вот почему, как только в Англии возникли первые фабрики с машинным оборудованием, сразу же встала проблема создания нового двигателя, отвечающего нуждам капиталистической индустрии.
Таким двигателем, вызванным к жизни в 70—80-х гг. XVIII в. потребностями фабричной промышленности, была паровая машина. Основные этапы исторического хода промышленной революции XVIII в. следующие:
|
|
|
1. Переворот в текстильном производстве, заключавшийся в изобретении и внедрении в технологический процесс рабочих машин, которые положили основу фабричной системе.
2. Изобретение парового двигателя, ставшего "универсальным мотором" крупной капиталистической промышленности.
3. Переворот в металлургии, вызванный потребностью в больших массах металла со стороны нового машинного производства.
4. Переворот в машиностроении, начало производства машин машинами и создание в фабричной индустрии адекватного ей технического базиса.
Новые заокеанские рынки сбыта и все увеличивавшийся спрос на промышленные изделия в европейских странах предъявляли такие требования, которые английское мануфактурное производство все в меньшей и меньшей степени в состоянии было выполнить при прежнем уровне производительности труда. Для английской мануфактуры такая ступень развития наступила в середине XVIII в.
Благодаря широкому размаху колониальной торговли, деятельности Ост-Индской компании, экспорту рабов из Африки, расцвету плантаторского хозяйства в Америке и Азии, развитию банковского дела, государственного кредита, биржевых спекуляций, а также росту мануфактурного производства, — у английских предпринимателей скопляются огромные материальные ценности, не находящие себе пока достаточной сферы приложения. С другой стороны, происходящий в Англии в XVI—XVII—XVIII вв. процесс обезземеливания крестьян имеет своим последствием интенсивное переселение лишенного средств существования сельского населения в города, где эти массы людей образуют с началом промышленного переворота кадры рабочих новой фабричной индустрии. Создание машинной техники, повышающей производительность человеческого труда в десятки и сотни раз по сравнению с ручной работой, делается возможным и исторически необходимым.
Заложить основу крупной фабричной промышленности выпало на долю другой машине. Ее творцом принято считать Ричарда Аркрайта (Richard Arkwright), который, однако, использовал только чужое изобретение и создал при его помощи машинное хлопчатобумажное производство в Англии.
К числу удачно разрешенных в станке Аркрайта конструктивных вопросов следует отнести введенный здесь способ передачи движения от ведущего колеса к веретенам. В то время как в "Дженни" Харгривса ремень маховика был накинут на промежуточный барабан, приводивший при помощи веретен в движение.
Вместо старого конного двигателя на Кромфордской фабрике был установлен новый, более мощный и дешевый двигатель — водяное колесо, способное работать круглый год, благодаря теплым течениям, не дававшим реке зимой в этом месте замерзнуть. С этого времени машины Аркрайта получили название ватерных станков (water frame — водяной станок) или ватер-машин — термин, сохранившийся за такого рода машинами (непрерывного действия) до настоящего времени.
В середине 80-х гг. XVIII в. начинается переход в хлопчатобумажном производстве от гидравлического к паровому двигателю. Мысль об использовании механических свойств пара для получения полезной работы занимала не один десяток умов техников и ученых на протяжении многих столетий. Еще древнегреческий механик Герон (II в. до н. э.) сконструировал любопытный прибор — эоли-пил, в котором реакцией выходящей из трубок струи пара производилось вращение полого шара. В XV в. знаменитый Леонардо да Винчи, интересовавшийся, кажется, всеми отраслями техники, оставил проект пушки, стрелявшей ядрами, вылетавшими под давлением пара. В технических сочинениях XVII в. "паровым машинам" начинают уделять все большее и большее внимание. Итальянцы де-ля-Порта и Бранка, француз Соломон де-Ко, англичанин Ворчестер дают на протяжении этого столетия последовательно списание паровых приборов, предназначенных, главным образом, для подъема воды в фонтанах, водонасосных станциях и т. д. Все эти попытки, однако, не имели практического значения. Научная история паровой машины начинается работами французского физика Папена, впервые приступившего к серьезному изучению физических свойств пара.
Блестящий подъем хлопчатобумажной промышленности в 70х- гг. вызывал потребность в двигателе, который освободил бы производство от его географической ограниченности и был бы более мощным, чем водяное колесо. Но для того, чтобы стать таким двигателем, паровая машина должна была превратиться из простой насосной установки (какой еще продолжала в это время оставаться машина Уатта) в двигатель, способный приводить в движение десятки и сотни рабочих станков и аппаратов. Приспособить паровую машину для фабричных целей — это значило, прежде всего, найти способ превращать качательное движение балансира (к концам которого были прикреплены штанги поршня цилиндра машины и поршня рабочего насоса, откачивающего воду) во вращательное движение вала, соединяющего двигатель с рабочими машинами
Переход к машинной технике в прядильном производстве имел своим результатом такое резкое повышение количества изготовлявшейся пряжи, что соответствие между прядением и ткачеством опять нарушилось, но уже в обратную сторону по сравнению с тем, что имело место в 30—60-х гг.: теперь ткачи, работавшие на ручных станках с самолетными челноками, совершенно не в состоянии были превращать в ткани всю массу пряжи, выпускавшейся прядильными фабриками. Ткачество обнаруживает резкое отставание, запасы неиспользованной пряжи растут с каждым месяцем, и к концу XVIII в. в английской текстильной промышленности создается прямо критическое положение.
Попытки изобрести механический ткацкий станок относятся еще к XVII в. Решающий шаг к практическому разрешению проблемы был сделан в 80-х гг. XVIII в. профессором анатомии Джефреем в Шотландии и доктором богословия Оксфордского университета Эдмундом Картрайтом (Edmund Cartwight).
Революция в прядении, дав толчок преобразованиям в ткацкой технике, не могла не повлиять и на конечные стадии текстильного производства. В самом деле, машинное изготовление пряжи и тканей не вызвало бы никакого экономического эффекта в смысле роста промышленной продукции, если бы аппретура хлопчатобумажных материй по-прежнему велась при помощи ручных способов. Вот почему "машинное прядение выдвинуло необходимость машинного ткачества, а оба вместе сделали необходимой механически-химическую революцию в белильном, ситцепечатном и красильном производстве".
Возникновение фабричной текстильной промышленности в Англии, дав толчок усовершенствованиям в паровом двигателе, вызвало потребность в огромных массах металла для нового машинного оборудования и тем самым стимулировало подъем английской металлургии.
Исходным моментом революции в металлургической технике XVIII в. является переход сначала в доменном, а затем и в железоделательном производстве к новому виду, топлива — каменному углю. Во второй половине XVII в., в связи с обезлесением основных металлургических районов, в Англии начал ощущаться топливный голод, грозивший кризисом всего металлургического производства. После целого ряда попыток, предпринимавшихся в XVII в. и в начале XVIII в., железным заводчикам Дерби удается в 30-х гг. XVIII в. разрешить проблему создания нового топлива для английской металлургии введением способа коксования каменного угля. Способ этот (не сразу, а через несколько десятилетий) вызывает настоящую революцию в металлургическом производстве: полную замену древесного топлива новым минеральным топливом.
Применение кокса вызвало необходимость в значительном повышении силы дутья в доменных печах, без чего производительность последних оказывалась в два-три раза ниже производительности старых древесных печей. Задача была разрешена в 50-х гг. XVIII в. благодаря изобретению механиком Смитоном нового типа цилиндрических мехов, которые вследствие своих конструктивных особенностей (насосно-поршневой принцип) повышали силу дутья во много раз по сравнению со старыми деревянными клинчатыми мехами. Введение цилиндрических мехов потребовало, в свою очередь, для приведения в действие крупных воздуходувных установок применения парового двигателя, который в 70-х гг. начинает распространяться в металлургическом производстве.
Переход к машинной технике в текстильной промышленности, появление нового мощного двигателя и переворот в металлургии чугуна и железа обусловили возникновение на развалинах ремесла и мануфактуры новой фабричной индустрии. Но развитие этой последней не могло свободно осуществляться и сильно тормозилось до тех пор, пока сама машина — это характерное средство труда капиталистического производства — по-прежнему производилась ручным способом. Если первые текстильные машины 70-х гг. XVIII в. делались в основном из дерева и их сравнительно нетрудно было изготовить в мануфактурной и даже в кустарной мастерской, то уже появляющиеся в 70-х гг. прокатные вальцы, токарные станки для металла, гидравлические молоты, цилиндро-сверлильные станки с их колесами, осями, шестернями, валами, обязательно должны были производиться из железа. Требовавшаяся теперь точность изготовления деталей строго геометрической формы и необходимость удовлетворять быстро возраставший и становящийся массовым спрос на машины оказывались несовместимыми с ремесленно-инструментальной техникой производства машинных частей.
Первые сдвиги в машиностроении намечаются еще в 70-х гг. XVIII в. в связи с усовершенствованиями, внесенными английскими механиками в конструкцию пушечно- и цилиндро-сверлильных станков и превратившими эти последние в точно действующие механические аппараты. Решающее значение здесь имели изобретения Смитона (1769) и Вилькинсона (1775). Примерно в это же время на крупнейших английских инструментальных заводах происходит все более ясно обнаруживавшаяся специализация и диференциация отдельных станков и механизмов, приспособляемых для выполнения одного узкого задания. Такая система работ подготовляет почву для перехода в скором времени к массовому производству стандартных деталей различных машин.
Крупные достижения французской теоретической химии в предреволюционную эпоху и спрос на разнообразные химические препараты, созданный потребностями новой английской фабричной промышленности, дали толчок развитию химической технологии во Франции в эпоху революции. Именно в эти годы трудами французских химиков была разрешена проблема фабричного производства одного из основных химических препаратов — искусственной соды. В наиболее рациональной форме эту задачу решил в 1790 г. Николай Леблан, построивший первые фабрики искусственной соды и положивший, таким образом, начало фабричной химической промышленности.
Французским изобретателям принадлежит также честь перевода на машинный способ и бумажного производства. Огромный спрос на бумагу в годы французской революции — годы бурной политической жизни и расцвета политической прессы — вызвал появление на свет бумагоделательной машины, изобретенной в 1799 г. управляющим бумажной мануфактурой в г. Эссоне Николаем-Луи-Робе-ром. Однако неблагоприятная обстановка, в которой оказалась французская печать в последующие годы владычества Наполеона I, сделала невозможной реализацию изобретения Робера в сколько-нибудь значительных размерах на почве Франции. Как и многие другие французские изобретения этой эпохи, бумагоделательная машина получила широкое применение лишь в Англии, где в первое десятилетие XIX в. возникает ряд фабрик машинного производства бумаги. С другой стороны, именно в годы наполеоновских войн (1800—1814), вследствие ожесточенной борьбы французской промышленной буржуазии за политическую и экономическую изоляцию Англии (система так называемой континентальной блокады, введенной Наполеоном), европейская промышленность на континенте начинает понемногу усваивать достижения английской машинной техники и создавать собственное фабричное производство.
История изобретения и первых шагов паровоза и парохода относится к первым трем десятилетиям XIX в., причем начальный этап революции в водном транспорте хронологически предшествует таковому же в сухопутном.
Попытки применить силу пара к движению судов начались еще в XVII и в первой половине XVIII в. Однако только в 80—90 гг. XVIII в., в эпоху массового внедрения паровых машин Уатта в промышленное производство, эти опыты стали ставиться на практическую почву. Первые конструкции пароходов или, вернее, паровых лодок, где машина приводила в движение бортовые колеса, были осуществлены англичанами Тайлором, Миллером и Саймингтоном. Первое винтовое судно было предложено американцем Фичем (1787). Работы этих изобретателей, не вызвав непосредственно революции в парусном флоте, подготовили почву для окончательного оформления идеи парохода Робертом Фультоном, начавшим свою изобретательскую деятельность во Франции, но затем перенесшим ее в США. "Клермонт" Фультона, построенный в 1807 г. в Америке, был первым в мире начавшим регулярное плавание пароходом. В Европе первый пароход был построен английским механиком Беллем в 1811 г. ("Комета"). Начало океанического плавания может быть датировано 1818 г.: в этом году английский пароход "Саванна" совершил свой первый рейс из Ливерпуля в Нью-Йорк.
Завоевание паровым двигателем водного транспорта дало возможность в скором времени полностью разрешить: 1) проблему быстрой транспортировки колоссальных грузов промышленного сырья на огромные расстояния (ввоз в Англию индийского и американского хлопка, шведского леса, русского хлеба и льна и т. д.) и 2) задачу распространения во всех частях света изделий английской фабричной промышленности, становящейся в XIX в. настоящей "мастерской мира".
Не менее важную роль в окончательном упрочении капиталистического строя и новых форм экономической и социальной жизни сыграла революция в сухопутном транспорте. Попытки применения паровой машины для движения повозок делались сначала в области безрельсовых средств сообщения (паровые автомобили), и только в первом десятилетии XIX в. проблема постройки рельсовых путей с движущимся по ним составом становится основной задачей, поставленной капиталистическим производством перед транспортом.
Первый паровоз с гладкими колесами и гладкими рельсами был сконструирован в 1804 г. англичанином Тревитиком. Паровоз этот не получил практического распространения, в значительной степени благодаря ошибочному представлению тогдашних механиков и конструкторов о недостаточной якобы силе сцепления между колесами и рельсами, которая должна вызвать обязательно буксование (вращение на одном месте) колес. Во избежание этого английские конструкторы паровозов, работавшие после Тревигика, стремятся создавать либо паровозы с зубчатыми колесами и соответственно зубчатые рельсы (паровоз Бленкинсона и Муррея—1811 г.), либо повозки, отталкивающиеся от рельсов при помощи рычагов и подражающие ходу животных (паровоз Брунтона —1813 г.). Однако все эти приспособления делали паровоз крайне громоздким, подверженным постоянным авариям и неспособным на сколько-нибудь быстрое передвижение.
Только после того как английские механики Блакетт и Хедли разработали учение о трении в применении к железнодорожному пути и составу, первоначальная идея Тревитика о гладких рельсах и колесах, как о наилучшем условии эксплоатации паровоза, получает, наконец, всеобщее признание. Главным образом благодаря работам Георга и Роберта Стефенсонов в период с 1814 по 1825 гг. создается практически-пригодный тип паровоза. Недостаток первых паровозов Стефенсонов (слишком большой расход пара и плохое парораспределение) устраняется изобретателями в их последующих конструкциях, вследствие чего на состязаниях в г. Рейнхвиле в 1829 г., в которых приняли участие изобретатели различных паровозов, стефенсоновский тип паровоза ("Ракета") одерживает блестящую победу и становится исходным пунктом развития паровозостроения в XIX в.
Первая линия, положившая начало железнодорожному строительству Англии, была построена в 1825 г. между Стоктоном и Дарлингтоном. Через 4 года железной дорогой были соединены важнейший фабричный центр Англии г. Манчестр и Ливерпуль — главный порт, снабжавший манчестерские хлопчатобумажные фабрики импортным сырьем (хлопком). Железнодорожное строительство в Англии становится целиком на службу нуждам промышленности.
|
|
|
