Лекція 10. Нові відкриття у фізико-математичних і природничих науках та технічні винаходи останньої чверті ХІХ – початку ХХ ст.
План
1. Фундаментальні відкриття у фізиці.
2. Розвиток математики та астрономії.
3. Хімія, геологія, механіка та біологія на передових позиціях науково-технічного прогресу.
4. Поява та розвиток нових видів транспорту і зв’язку.
1. Природознавчі науки на межі ХІХ і ХХ ст. головну увагу приділяли питанням будови матерії, її мікроструктурі. Дослідження попереднього періоду призвели до чіткого розмежування атома і молекули. За допомогою періодичної системи Менделєєва був встановлений зв’язок між атомами, але закономірності змін самих атомів ще не були з’ясовані. Висувалися лише припущення, що атом є складним утворенням. Крім того, існувала думка про наявність ефіру – однорідного світового середовища нез’ясованої будови. Електрика розглядалась як флюїд, тобто речовина особливої будови.
В останній чверті ХІХ ст. вчення про електрику почало займати центральні позиції не тільки у фізиці, але й в усьому природознавстві. 1873 р. Дж.Максвелл створив електромагнітну теорію світла. Розвиваючи ідеї Фарадея, він створив класичну теорію електромагнітного поля. З розробленої ним системи рівнянь електродинаміки випливало, що повинні існувати електромагнітні хвилі. Реальність цих хвиль була експериментально доведена Г.Герцом у 1887 р. Він показав, що ці хвилі також, як і світлові промені, відбиваються, переломлюються і т.д. Протягом наступного десятиліття були відкриті майже всі діапазони електромагнітних хвиль.
|
|
|
1895 р. німецький фізик В.Рентген, досліджуючи проходження струму через трубки без повітря, відкрив електромагнітне випромінювання, яке назвав Х-променями. Невдовзі було доведено, що промені Рентгена – це електромагнітні хвилі дуже короткої довжини. Це відкриття набуло широкого практичного застосування.
Російський фізик П.Лебедєв у 1891 р. отримав короткі електромагнітні хвилі, які заповнювали діапазон між звичайними радіохвилями і більш короткими інфрачервоними променями. Він також експериментально довів, що електромагнітні хвилі можуть здійснювати також тиск. Дослідження Лебедєва показали, що електромагнітні випромінювання характеризуються не лише енергією, але й масою.
Відкриття Герца, Рентгена, Лебедєва та інших учених доповнили теорію електромагнітного поля Максвелла й ліквідували її недоліки. Максвелл переніс центр уваги з електромагнітних зарядів на електромагнітне поле. Воно і речовина у нього виявилися розірваними. Через те питання про електромагнітні заряди, які породжують поле і випромінюють електромагнітні хвилі, питання про природу носіїв заряду і струму вивчалося спочатку без зв’язку з електромагнітним полем.
|
|
|
1874 р. англійський фізик Дж.Стоней дав перше кількісне визначення заряду атома електрики і назвав цей заряд «електроном». Стоней назвав електроном найменший електричний заряд, пов’язаний з іоном одновалентної речовини. 1870 р. англійський учений У.Крукс відкрив катодні промені в розрядній трубці з розрідженим повітрям. Його співвітчизник Дж.Томпсон у 1897 р. довів, що катодні промені є потік негативно заряджених електронів.
Російський учений О.Столєтов вивчив явище проходження іскрового заряду при падінні світла електричної іскри одного розрядника на негативно заряджений електрод сусіднього, досліджуване Г.Герцом. Висновок Столєтова про те, що сила струму залежить від інтенсивності освітлення й довжини хвиль світла спирався також на досліди В.Гальвакса, який 1888 р. встановив, що негативно заряджена металева пластина втрачає свій заряд при освітленні її променями іншої лампи. Провадячи свої досліди, Столєтов ще не знав, що під впливом ультрафіолетових променів з металу вириваються негативні електричні заряди, які раніше спостерігав Крукс у розрядній трубці та які Стоней назвав електродами. Остаточно атомну будову електричних зарядів було доведено 1911 р. дослідами американського вченого Р.Е.Мілікена. Відкриття та дослідження електронів, їхні взаємодія та рух зробили помітний вплив на вчення про речовину.
|
|
|
Розвиток вчення про електромагнітне поле, відкриття електрона, встановлення електромагнітної структури атома призвели до синтезу цих досягнень у електромагнітній теорії, яка набула розвитку на межі ХІХ і ХХ ст. Остаточно її сформулював 1909 р. голландський учений Г.Лоренц у праці «Теорія електронів». Він виходив з трьох основних матеріальних елементів: позитивних елементарних зарядів, пов’язаних з атомами речовини, негативних елементарних зарядів (електронів) та ефіру. Все різноманіття видів матерії Лоренц розглядав як наслідок взаємодії цих елементів. У своїй теорії він спирався на рівняння Максвелла, але ввів у нього додаткові данні, що відбивали вплив зарядів на електромагнітне поле. Однак подальший розвиток науки довів, що не може бути універсальних теорій, які б пояснювали всі явища. Теорія Лоренца не відповідала фактам при поясненні безперервного і перервного.
Французький фізик А.Беккерель 1896 р., проводячи досліди з сіллю урана, встановив, що її випромінювання здатне проходити крізь непрозорий папір. Його роботу продовжили М.Склодовська-Кюрі і П.Кюрі, які встановили, що такі промені випускають усі сполуки, які містять уран і торій. Такі речовини отримали назву радіоактивних. Вже 1898 р. дослідники змогли отримати з уранової руди радій. Згодом було встановлено, що радіоактивність проявляється у вигляді альфа-, бета- і гамма-променів.
|
|
|
Англійський фізик Дж.Томпсон свого часу зробив припущення, що електрони в атомі розташовуються шарами й що хімічні властивості елемента визначаються зовнішнім шаром електронів, що в подальшому й підтвердилося. Це був перший крок у розробці теорії атома. 1903 р. він запропонував модель атома у вигляді позитивно зарядженої сфери, у якій розташовані невеликі за розміром негативно заряджені електрони.
Англійський фізик Е.Резерфорд 1911 р. під час дослідження розсіювання ядер гелію – альфа-частинок – атомами різних речовин встановив, що ці частинки відхиляються на незначні кути, хоча зіштовхуються з сотнею тисяч атомів. Лише у деяких випадках альфа-частинка відхиляється на кут у 120-1500. Отже, зустрічні атоми пронизуються швидкою й масивною альфа-частинкою. Резерфорд запропонував планетарну модель атома; у центрі якої знаходиться позитивно заряджене ядро, а його маса майже дорівнює масі атома.
Але згідно класичної електродинаміки, електрони, які рухаються у середині атома, повинні були б безперервно втрачати свою енергію на випромінювання електромагнітних хвиль. Їхній рух у середині атома припинився б у мільйонні частки секунди. Але це суперечило великій стійкості атома. При цьому світло, яке випромінював атом згідно електронної теорії, повинно було б мати безперервний спектр. Але досліди, проведені з розпеченими газами (тобто сукупністю атомів, які мають велику енергію) показали, що вони випромінюють цілком визначений лінійний спектр, характерний для даної речовини.
Отже, з’ясувалось, що на основі класичної механіки й електродинаміки неможливо пояснити процеси, які відбуваються у середині атома, а також його випромінювання. Численні теоретичні узагальнення та практичні дослідження, проведені у різних країнах світу в 1913 р. змінили погляди вчених на проблему будови атома. На початку року Расселом був відкритий закон, який пояснював альфа- і бета-розпад як зсув електронів у періодичній системі.
Майже одночасно цей закон був доведений англійським фізиком Ф.Содді та польським К.Фаянсом. Потім Содді відкрив явище ізотопії. Наприкінці року на засіданні Фізичного товариства у Копенгагені Н.Бор зробив доповідь “Про спектр водню”, в якій дав опис нової динамічної моделі атома.
Значним досягненням фізики у цей час було створення квантової механіки – теорії руху мікрочастинок. Вона дозволяла враховувати хвильові, атомістичні та корпускулярні властивості матерії. Згодом квантова механіка як галузь теоретичної фізики стала основою ядерної фізики.
Відправною точкою квантової механіки стала квантова теорія світла. Ще 1900 р. німецький фізик М.Планк зробив припущення про те, що елементарні випромінювачі (атоми) можуть віддавати свою енергію електромагнітному полю, тобто випромінюючи світло лише дискретними порціями – квантами. Загальнонаукове значення роботи Планка полягало у тому, що він відкинув закони класичної фізики й ввів у науковий обіг уявлення про перервний, квантовий обмін енергією між випромінюючими системами і полем випромінення.
Німецький фізик А.Ейнштейн 1905 р. висловив думку про те, що світло є сукупністю елементарних світлових частинок – фотонів, або квантів світла. Він запровадив поняття про квантову (дискретну) структуру поля випромінювання. Це дало змогу пояснити багато фізичних явищ: закони фотоефекту, люмінесценції, фотохімічні закономірності тощо.
Узагальненням розвитку фізики початку ХХ ст. стала спеціальна (1905) та загальна теорія відносності А.Ейнштейна. Вона відкрила нові наукові уявлення про простір, час та тяжіння. Вчений довів, що уявлення про абсолютний простір і час, які будувалися на законах класичної механіки, суперечать законам, що були відкриті фізикою на межі ХІХ-ХХ ст. Простір і час – є форми існування рухомої матерії й окремо, незалежно від матерії не існують.
Теорія відносності Ейнштейна є однією з основ всієї сучасної фізики. За її допомогою відбуваються дослідження атома та його ядра, а також елементарних частинок. Загальна теорія відносності вивчає космологічні проблеми.
2. Початок нового періоду в розвитку математики пов’язаний з подальшим розвитком ідеї М.Лобачевського, Я.Больяні та Б.Рімана з неевклідової геометрії. Їхні дослідження були розвинуті італійським ученим Е.Бельтрамі, а також німецьким математиком Ф.Клейном.
Видатною подією в галузі аксіоматичного методу була опублікована 1899 р. праця німецького математика Д.Гільберта, який вперше розв’язав задачу побудови геометричної системи, яка логічно розгорталася з точно сформульованих незалежних посилань. Цим Гільберт зробив вагомий внесок у математичну логіку. Практичне значення цього відкриття виявилося з часом.
Наприкінці ХІХ ст. значного розвитку отримало вчення про загальні властивості скінченних і особливо нескінченних множин. Теорія множин як математична дисципліна була розроблена у 1874-1884 рр. німецьким математиком Г.Кантором. Ідеї та поняття теорії множин знайшли застосування практично у всіх галузях математики. Теорія множин стала однією з основ розвитку теорії функцій дійсної змінної, сучасної загальної топології та інших дисциплін.
У розглядуваний період великого розвиту набула теорія ймовірностей. Цей розділ математики займається вивченням випадкових подій, настання яких заздалегідь неможливо точно передбачити й перебіг яких, здавалося б, за однакових умов, може відбутись зовсім по-різному в залежності від випадку. Теорія ймовірностей особливо швидко почала розвиватися з прогресом статичної фізики, знайшла застосування у природознавстві та техніці. На її основі розвинулася теорія спостережень, яка набула розвитку у зв’язку з потребами геодезії та астрономії, а також у теорії стрільби.
Велике значення у цій галузі математики мали праці російських учених П.Чебишева, О.Ляпунова, А.Маркова. Так, теорія марковських ланцюгів дала можливість розв’язати фізичні проблеми броунівського руху та дифузії.
На межі ХІХ і ХХ ст. значним напрямком у розвитку математики було вчення про симетрію у загальному вигляді, тобто теорія груп. Спочатку вона розвивалася як допоміжний апарат для розв’язання рівнянь вищих степенів у радикалах. На межі століть важливе значення закономірностей симетрії виявилося у багатьох інших розділах науки: геометрії, кристалографії, фізиці, хімії. Завдяки цьому методи і результати теорії груп отримали досить широке розповсюдження. Так, у 90-х рр. ХІХ ст. російський учений Є.Федоров розв’язав за допомогою теоретико-групових методів важливу проблему кристалографії – задачу класифікації різноманітних кристалічних просторових решіток.
На початку ХХ ст. вчені багатьох країн продовжували розробляти проблеми топології, яка сформувалась в окрему галузь математичних знань у зв’язку з розробкою проблем теорії функцій комплексної змінної і якісної теорії диференціальних рівнянь А.Пуанкаре. На той час топологія вже визначилась як вчення про ті властивості геометричних образів, які не змінюються при безперервній їх деформації.
У розглядуваний період виникає поняття функціонального простору, а також основних ідей функціонального аналізу. В математиці простір визначається як множина об’єктів, між якими є стосунки, подібні за своєю структурою до звичайних просторових стосунків. Історично першим є поняття евклідового тривимірного простору, який розглядається як множина точок, пов’язаних певними зв’язками. Внаслідок постійного його збагачення виникло поняття функціонального простору, в якому точками є функції. Такі простори розглядались італійськими математиками В.Вольтерра (1887) та С.Пінкерле (1895), а також Д.Гільбертом (1904) і угорським ученим Ф.Рісом (1912).
Нові досягнення математики – створення неевклідової геометрії, аксіоматичного методу теорії множин, нових аспектів теорії ймовірностей, теорії груп, топології, функціонального аналізу – тісно пов’язані зі змінами й розвитком наукових уявлень про явища матеріального світу. Через специфіку предмету й методу дослідження математика часто теоретично випереджає відкриття багатьох фізичних та інших законів природи. В подальшому природничі науки все частіше звертаються до методу математичного аналізу свого матеріалу.
Якщо наука до другої половини ХІХ ст. не знала шляхів для пояснення фізичної природи процесів і явищ, що відбувались у всесвіті, то тепер астрономія отримала нові методи вивчення космосу: спектральний аналіз і фотографію, які ґрунтувалися на досягненнях фізики та хімії.
Астроспектроскопія й фотографія обумовили швидке вдосконалення нової галузі астрономії – астрофізики.
В останній третині ХІХ ст. була розроблена класифікація зіркових спектрів. Вивчення спектрів небесних світил дозволило довести існування об’єктів як зіркової (зіркові системи, скупчення), так і газової (газові туманності) природи.
Перші точні визначення зіркових величин були проведені у 70-80-х рр.; були створені досить точні фотометричні каталоги. На кінець ХІХ ст. астрономія вже використовувала досить значні матеріали: власні рухи, паралакси тощо.
Суттєвий розвиток отримала зіркова астрономія, яка під час досліджень закономірностей зіркової системи, крім геометричних характеристик, почала широко використовувати отримані астрофізичними методами фізичні характеристики зірок: спектральні класи, променеві швидкості, показники кольору. Це дозволило набагато глибше з’ясувати закономірності будови і розвитку зіркового світу.
1906 р. Я.Кантейн запропонував міжнародний план дослідження зіркового світу шляхом вивчення зірок у 206 обраних площах, які рівномірно були розподілені по небу. Досліди, які проводилися за цим планом, надали значний матеріал для вивчення будови і динаміки зіркової системи. Під час виконання цього плану накопичувалися відомості про зіркові величини, спектральні класи, власні рухи, променеві швидкості.
Велике значення мали й інші міжнародні праці, такі як складання зонних астрономічних каталогів, фотографічні «карти неба» тощо.
Дослідженнями Я.Кантейна (1904), К.Шваршильда (1907) була підтверджена наявність закономірностей власних рухів зірок, існування яких передбачив ще у 1859 р. російський астроном М.Ковальський у праці «Про закони власного руху зірок каталогу Брадлея».
Негативний вплив на світогляд астрономів на межі ХІХ і ХХ ст. мала загальна криза природознавства, яка виявилася в астрономії у тенденції до заперечення безмежності всесвіту в часі й до визнання нашої Галактики єдиною зірковою системою, яка включає всі небесні тіла. Однак дослідження, які провели передові вчені, довели існування інших зіркових систем. Склався новий розділ зіркової астрономії – позагалактична астрономія. Нові відкриття в астрономії у розглядуваний період визначили перехід від вивчення лише часткових питань, які торкалися природи окремих небесних тіл, до з’ясування загальних закономірностей їх будови і розвитку.
3. На розвиток загальнотеоретичних уявлень хімічної науки наприкінці ХІХ ст. помітний вплив мали як відкриття, зроблені у попередній період, особливо теорія хімічної будови органічних сполук О.Бутлерова і періодичний закон хімічних елементів Д.Менделєєва, а також відкриття в галузі фізики: будови атома, явищ радіоактивності, рентгенівських променів. На базі термодинаміки, електродинаміки, спектроскопії формуються фізична хімія та виникають її самостійні розділи.
Хімія у другій половині ХІХ ст. досягла помітних успіхів у галузі синтезу органічних речовин, спираючись на відкриття, зроблені у попередній період німецьким вченим Ф.Велером, російським хіміком М.Зініним. 1865 р. німецький хімік Ф.А.Кекулє запропонував формулу будови бензолу. Вже наступного року французький вчений П.Бертло синтезував тензол з ацетилену. На основі реакції диазоторування, відкритої німецьким хіміком П.Гріссом, яка стала основою великого класу азотофарбників, виникає промисловість синтетичних барвників. Метод синтезування різноманітних органічних речовин В.Грін’яра, відкритий 1900 р., значно прискорив її розвиток.
Хімічна наука на підставі досягнутих результатів у теоретичних розробках почала здійснювати помітний вплив на розвиток хімічних технологій: створюється виробництво пластмас, синтетичних барвників, рідкого палива, ліків; вдосконалюються технологічні процеси в металургії, виробництві фарб тощо.
Одним з напрямів розвитку органічної хімії було дослідження синтезу природної сировини й вдосконалення способів її переробки. Під час дослідження складу і будови каучуку були зроблені перші спроби його синтезу. Російський вчений В.Марковніков дослідив структурні особливості нафти та смол коксохімічних заводів.
Завдяки працям Бертло, Томпсона, Бекєтова, Лугініна формується самостійний напрям фізико-хімічних досліджень – термохімія. Дослідження хімічних процесів за допомогою термодинаміки призвело до появи хімічної термодинаміки. Теорія електролітичної дисоціації, запропонована С.Арреніусом 1887 р., та подальше вивчення хімічних процесів, перетворили електроліз у промисловий спосіб отримання алюмінію, хлору та інших речовин.
Розвиток колоїдної хімії був обумовлений вивченням розчинів. Ці дослідження призвели до вдосконалення процесів очищення нафти та води, покращення якості фарбування, фотографії.
Важливе значення мали дослідження каталізу, проведені М.Кучеровим у 1881 р. Російський хімік В.Ігнатьєв 1900 р. розпочав дослідження каталітичних реакцій при високих тисках та температурах. У промислових масштабах почали здійснюватися каталітичні процеси гідрогенізації, гідрування, окислення органічних речовин, отримання аміаку тощо.
1884 р. Я.Г.Вант-Гофф оприлюднив свої кінетичні рівняння, що було підсумком роботи багатьох дослідників стосовно визначення швидкості хімічних реакцій. Він спирався на закон діючих мас, відкритий 1879 р. Гульдбергом і Ваате, та на загальний закон зміщення хімічної рівноваги в залежності від зовнішніх факторів Ле Шател’є (1884).
На початку ХХ ст. працями багатьох учених (Тімман, Курнаков) було створено фізико-хімічний аналіз. Він допоміг встановити кількісну залежність між складом та властивостями різноманітних систем речовини – розчинами, сплавами тощо. Тепер науковці отримали можливість досліджувати умови осаджування солі та створювати сплави з потрібними властивостями.
На початку ХХ ст., завдяки відкриттю будови атома, поглиблюється розуміння будови молекули та природи хімічного зв’язку. В основі перших гіпотез про участь електрона в утворенні хімічного зв’язку було положення про переміщення електронів від одного з атомів до іншого. Так, 1915 р. В.Коссель, а наступного – Г.Л’юіс запропонували електронні теорії валентності й хімічного зв’язку. Описовий бік цих теорій добре узгоджувався з моделлю атома Н.Бора.
У розглядуваний період подальший розвиток отримали такі розділи механіки, як динаміка твердого тіла, теорія стійкості, механіка рідин і газів. Перехід до нарізної зброї у середині ХІХ ст. зробив розробку проблем стійкості, рівноваги і руху матеріальних систем дуже важливою. Вони отримали подальший розвиток у теорії гіроскопу, якою займалися російський учений О.Ляпунов і французький А.Пуанкаре. Так, 1892 р. вийшла друком праця Ляпунова “Загальна задача про стійкість руху”. Розв’язання теоретичної проблеми обертання важкого тіла навколо нерухомої точки для випадку, коли центр його ваги не знаходиться на осі симетрії, у 1888 р. зробила російська вчена С.Ковалевська. Рішенням практичних питань, пов’язаних зі стабілізацією снаряда під час руху за допомогою обертання, займалися російські вчені М.Маієвський та О.Крилов.
В останній третині ХІХ ст. подальший розвиток отримує механіка рідини (теорія вихорів Г.Гельмгольца) та особливо динаміка в’язкої рідини М.Петрова. Розробка Петровим гідродинамічної теорії тертя була викликана потребами збереження рухомого складу на залізничному транспорті у зв’язку із значним зростанням тоннажу та швидкості поїздів.
Бурхливий розвиток авіації на початку ХХ ст. призвів до появи нового розділу гідродинаміки – аеродинаміки. Вирішальне значення у її створенні відіграв російський учений М.Жуковський. 1904 р. він розробив формулу для визначення підіймальної сили крила, про що зробив доповідь під назвою “Про приєднані вихорі” у листопаді наступного року на засіданні Московського математичного товариства. У 1910-1912 рр. Жуковський провів розрахунки сили, яка діє на крило, а також показав ряд теоретичних профілів крила. У наступні шість років він провадив дослідження, за допомогою яких була створена теорія повітряного гвинта. Праці Жуковського є основою всіх аеродинамічних розрахунків літаків. Розвитком теорії крила займався також німецький учений Л.Прандтль.
Праця російського ученого С.Чаплигіна “Про газові струмені” (1902) поклала початок новій галузі механіки – газовій динаміці. Повністю значення цього дослідження визначилося лише через кілька десятиліть, коли почалося вивчення сил, з якими повітря впливає на літак, що летить на швидкості, яка наближається до звукової.
Різноманітні ракети (освітлювальні, сигнальні, феєрверки) на пороховій основі людство використовувало століттями. Але лише з появою праць російського ученого І.Мещерського “Динаміка точки змінної маси” (1897) та “Зрівняння руху точки змінної маси” (1904) з’явився новий розділ механіки – динаміка змінної маси, який досліджував політ ракет. 1903 р. вийшла праця російського ученого К.Ціолковського “Дослідження світових просторів реактивними приладами”, в якій були викладені теорія руху ракети з урахуванням зміни її маси, принципова схема реактивного двигуна на рідкому паливі та математично обґрунтована можливість застосування багатоступінчастих реактивних апаратів у міжпланетному сполученні.
У перші десятиліття ХХ ст. різними проблемами розвитку космонавтики займалися й інші дослідники: Р.Годдард (США), Ф.Цандер (Росія), Р.Есно-Пельтрі (Франція), Г.Оберт (Німеччина), Ю.Кондратюк (Росія). Так, 1909 р. Годдард вперше зробив енергетичний розрахунок рідинної воднево-кисневої ракети з урахуванням можливості застосування також інших видів палива. Тоді ж він розглянув схему багатоступінчатої ракети. 1916 р. Годдард провів експериментальні дослідження зі стальними камерами порохового ракетного двигуна з метою визначення їх ККД. У 1917 р. Ю.Кондратюк розпочав експериментальні роботи з металічним паливом і вивів основне рівняння руху ракети та зробив його аналіз.
Будівництво залізничних мостів, швидких пароплавів, весь розвиток машинної техніки наприкінці ХІХ ст. призвів до появи теорії вимушених коливань і вчення про резонанс, започаткованих дослідженнями Лагранже і працями Й.Сомова. Особливо плідно у цьому напрямку працював німецький математик К.Вейєрштрасс. На початку ХХ ст. розробляється нова галузь теорії коливань – теорія нелінійних коливань, що було пов’язано з розвитком технічної акустики, електротехніки та радіотехніки.
Розвиток геології був тісно пов’язаний з прискореним зростанням промислового виробництва, яке потребувало велику кількість кам’яного вугілля, металу, нафти. Це викликало поглиблення геологічних знань, значного розширення пошукових робіт і вдосконалення їх проведення.
У геології формуються загальні теорії, що пояснюють геологічні явища як взаємозв’язані ланки єдиного процесу розвитку Землі. Так, у 70-х рр. ХІХ ст. вийшла друком книга австрійського вченого Е.Зюсса “Обличчя Землі”, в якій була висунута контракційна гіпотеза – гіпотеза стискання Землі. Вона розглядала життя нашої планети як складний тривалий період, де всі геологічні процеси були пов’язані між собою й відбувалися під дією природничих факторів. Але контракційна теорія спрощувала схему розвитку Землі. Тому на початку ХХ ст. з’явилися нові гіпотези та теорії.
Одним з досягнень геології кінця ХІХ ст. було вчення про особливості геологічних відкладень у залежності від умов осадових накопичень (теорія фацій), авторами якого були російський учений М.Головкінський та німецький І.Вальтер. Тоді ж були закладені основи палеогеографії та порівняльної стратиграфії – визначення віку осадових гірських порід (Неймайєр, Павлов), а також біостратиграфії (Андрусов). Так, ученими-палеогеографами було встановлено льодовикове походження четвертинних відкладень (Кропоткін); накопичені нові дані про клімати минулого. Це сприяло розвитку загальних матеріалістичних уявлень про історію нашої планети.
Використання мікроскопічного методу аналізу гірських порід за допомогою поляризаційного мікроскопу в петрографії дозволило глибше вивчити мінерали під час утворення вивержених порід. Застосування у петрографічній мікроскопії універсального методу Федорова значно розширило можливості вивчення породоутворюючих мінералів. Праці російського вченого Ф.Левінсона-Лессинга започаткували фізико-хімічний напрям сучасної петрографії.
У зазначений період велика кількість робіт була проведена з вивчення геології окремих регіонів земної кулі. Регіональна геологія у той час мала велике практичне значення, оскільки дозволяла перейти до складання геологічної карти світу.
Біологія на межі ХІХ-ХХ ст. знаходилася під впливом еволюційної теорії Ч.Дарвіна. З’явилися численні праці, що підтверджували ідеї дарвінізму.
У центрі уваги зоології виявилися питання філогенетики й створення нової еволюційної системи органічного світу. Німецький учений Е.Геккель у своїх працях встановив ряд еволюцій організмів і відтворив їх філогенетичні зв’язки. Геккель на базі теорії Дарвіна розвинув вчення про походження в історичному розвитку живої природи.
У ботаніці у систематиці рослин сформувалися нові напрямки, які мали на меті побудову філогенетичної системи, що відображала б еволюційну картину рослинного світу. Тут можна згадати системи Г.Енглера, Р.Бетштейна, М.Кузнєцова.
У розглядуваний період великого поширення дарвінізм набув у Росії. О.Ковалевський та І.Мєчніков були засновниками еволюційної ембріології. Дослідивши будову й функції органів безхребетних тварин, вони заклали підвалини експериментальної й еволюційної гістології. Спочатку теоретично, а згодом і експериментально К.Тімірязєв розробив проблему фотосинтезу рослин. Виходячи з робіт І.Сєченова, який сформулював положення про залежність усіх функцій організму від оточуючого середовища та поширив детермінізм (положення про залежність кожного явища від матеріальних чинників) на розуміння вищих функцій нервової системи, І.Павлов створив вчення про умовні рефлекси і вищу нервову діяльність, яке розкрило значення нервової системи живих організмів у процесах еволюції.
Наприкінці ХІХ ст. інтенсивно розвивалися дослідження в цитології (вивчення клітини). Були виявлені постійні внутрішньоклітинні структури (Ван-Бенеден, Бенда, Гольджі), відкриті механізми клітинного поділу (Чистяков, Перемежко, Страсбургер, Флеммінг).
Таким чином, розвиток науки й наукового дослідження у 1871-1914 рр. пішов в основному у трьох напрямках: вивчення структури матерії (зокрема, структури атома); дослідження проблеми енергії та створення нової фізичної картини світу.
Нові дослідження в галузі будови речовини, атома, проведені на межі ХІХ-ХХ ст. довели, що механістична картина світу вкрай недосконала й помилкова. Відомі науці закони класичної механіки при поясненні мікроструктури речовини виявилися помилковими. Водночас помилковими виявилися і механістичні, метафізичні, філософські концепції, природничо-науковими джерелами яких були стара класична механіка і механістична картина світу.
Закони класичної механіки не могли пояснити причини й сутність радіоактивного випромінювання. Відкриття нових джерел енергії призвели до революції у пізнанні енергетичних ресурсів землі та космосу. Це відкриття поставило в центрі уваги науки проблему енергії.
Весь процес переходу до нових основ фізичної науки відбувався в умовах формування нової картини всесвіту й супроводжувався значними змінами не тільки у галузі природознавства, але й філософії. На межі ХІХ-ХХ ст. особливо загострилися суперечки між матеріалізмом та ідеалізмом навколо філософських проблем природознавства. Так, суб’єктивні ідеалісти з відкриття радіоактивності зробили висновок про те, що це відкриття нібито підриває основи принципу збереження енергії, оскільки випромінювання енергії під час радіаційного розпаду свідчить про виникнення енергії з нічого. Крім того, стверджувалося, що з відкриттям зміни маси електрона підривається принцип збереження маси. Оскільки масу ототожнювали з матерією, то робився висновок про те, що “матерія зникає”.
Боротьба навколо філософських проблем природознавства мала велике соціальне значення, оскільки в неї втягнулися найвидатніші представники філософії того часу.
4. На початку ХХ ст. відбувався швидкий розвиток двигунів внутрішнього згоряння. Вони стали основою виникнення ряду нових галузей промисловості – автомобільної, авіаційної, тракторобудівної, розвитку військової техніки, а також основою механізації сільського господарства та будівництва. Двигуни внутрішнього згоряння поділялись на дві великих групи: низького стискання, що працювали на легкому паливі (бензинові), та високого стискання, для яких потрібно важке паливо (дизельні).
Використання бензинового двигуна в автомобілебудуванні почалось з 1885 р., коли німецький винахідник Г.Даймлер отримав відповідний патент і використав двигун у конструкції автомобіля. Наприкінці ХІХ ст. досліди зі створення автомобіля отримали широке розповсюдження у всьому світі. Тоді ж були закладені підвалини остаточної перемоги автомобіля над іншими безрейковими транспортними засобами. За кілька років напівкустарне виробництво було поставлене на промислову основу і з’явились перші автомобільні заводи: 1896 р. в Айзенаху (Німеччина) та Спрінгфілді (США), 1899 р. у Туріні (Італія).
Справжній перелом в автомобілебудуванні стався 1902 р., коли Г.Форд, маючи 7-річний досвід конструювання й виробництва автомобілів, відкрив свою фірму. Його заслугою було саме налагодження процесу масового збирання автомобілів. Форд був першим, хто зумів отримати технічний, технологічний і комерційний зиск від запровадження конвеєра.
Автомобільна промисловість вже перед Першою світовою війною здійснила вплив на прогрес у всіх галузях техніки через збільшення обсягів виробництва автомобілів і пов’язані з цим замовлення на необхідне устаткування, матеріали, комплектуючі тощо. Таким чином, не тільки величезна кількість робітників та інженерів, але й багато підприємств напряму чи опосередковано залежали від масштабів автомобільного виробництва.
Автомобільна промисловість дала приклади небачених темпів технічного розвитку – за якихось два десятиліття після винайдення автомобіль з малорухомого “візка” перетворився на надійний, технічно досконалий й економічний транспортний засіб.
Розвиток двигунів внутрішнього згоряння на початку ХХ ст. призвів до створення автотракторної промисловості на підставі досвіду використання гусеничного рушія та парових колісних тракторів, накопичений у ХІХ ст. Визначились два типи тракторів за призначенням: промислові та сільськогосподарські.
На межу ХІХ-ХХ ст. припадає зародження літакобудування. До 1870-х рр. робилися неодноразові спроби розробити проект літака у вигляді моделей. Так, російський морський офіцер О.Можайський збудував літак, але він не зміг піднятись у повітря через недостатню потужність парових двигунів. Для подальшого розвитку авіації велике значення мали дослідження природи польоту нерухомого крила німецького винахідника О.Лілієнталя (1889), які на початку ХХ ст. стали широковідомими у світі. На їх основі брати Райт (США) збудували літак “Флайєр”, який 17 грудня 1903 р. здійснив свій перший політ. Заслуга Райтів полягала у тому, що вони використали бензиновий двигун і надійну біпланну схему будови літака.
З початком другого десятиліття ХХ ст. авіація виходить на новий рівень, коли створення перших літакобудівних заводів призвело до розвитку авіаційної промисловості як нової галузі виробництва.
В останній чверті ХІХ ст. продовжувались роботи з метою збільшення продуктивності телеграфної апаратури. 1872 р. французький механік Е.Бодо зробив спробу здійснити подвійну передачу, пристосувавши для цієї мети апарати Юза. Узагальнивши результати своїх дослідів, Бодо віддав перевагу п’ятизначному коду і у 1876 р. запатентував п’ятикратний апарат. Наступного року апарати Бодо були офіційно запроваджені у Франції, а згодом отримали широке поширення в інших країнах. Визнаючи заслуги Е.Бодо, Міжнародний комітет з телеграфії у 1927 р. надав одиниці швидкості телеграфування назву бод.
Наприкінці ХІХ ст. постала гостра проблема ущільнення телеграфних ліній, що викликало інтенсифікацію експериментальних робіт в галузі телефонії. Початок практичному здійсненню ідеї телефонування поклали праці німецького фізика Ф.Рейса. Відомий фізик Г.Гельмгольц довів, що для успішного відтворення звуку має значення не тільки його частота, але й тембр. Роботи з розробки апаратури, здатної передавати звуки зі збереженням відповідного тембру, паралельно провадили фізик І.Грей та винахідник А.Белл. У вдосконаленні телефонних апаратів взяли участь сотні вчених і винахідників, найбільш відомими з яких були Д.Юз (відкрив мікрофонний ефект, 1878), Т.Едісон, Е.Берлінер, Ф.Блейк, К.Адер та ін.
Але найбільший внесок у становлення телефонної техніки зробив російський винахідник П.Голубицький. Він розробив телефонну станцію з центральною батареєю, яка мала вирішальний вплив на подальший розвиток телефонних мереж. Система живлення абонентних апаратів і центральної мережі відкрила можливість облаштування центральних телефонних станцій з десятками тисяч абонентських точок. Система центральної батареї стала необхідною передумовою для автоматизації роботи телефонних станцій (АТС). В подальшому численні роботи багатьох винахідників стосувались переважно вдосконалення телефонних апаратів і розробки телефонних пристроїв спеціального призначення.
Наприкінці ХІХ ст. дротовий електричний зв’язок існував між багатьма містами і країнами, однак він обмежувався лише нерухомим об’єктами й був непридатним для рухомих. Найбільше страждали від відсутності надійного зв’язку моряки. Реалізувати бездротову сигналізацію дозволило застосування електромагнітних хвиль, що стало можливим після робіт німецького фізика Герца.
Російський фізик О.Попов зрозумів, що відкриті Герцом явища можна застосувати для бездротового зв’язку на відстані. На початку 1890-х рр. він створив високочастотний іскровий генератор, у схемі якого містились усі елементи радіопередавача, придатного для зв’язку. Вже навесні 1897 р. він встановив свої прилади на кораблях Балтійського флоту й домігся зв’язку на відстані 5,5 км. Перша радіограма була передана на острів Гогланд наприкінці 1899 р. Криголам “Єрмак” врятував 50 рибалок і панцерник “Генерал-адмірал Апраксін”, який сів на каміння поблизу острова. Італієць Г.Марконі використав відкриття Герца і Попова й здійснив радіозв’язок через Атлантичний океан (1901). Цей зв’язок здійснювався за допомогою іскрових генераторів.
З початком Першої світової війни відбувся перехід від іскрових (затухаючих передавачів) до передаючих радіостанцій з дуговим генератором незатухаючих коливань. Це було практичне втілення ідей датського винахідника В.Поульсена (1904), засекречене німецьким командуванням до початку війни.
Важливе значення для розвитку радіотехніки мала поява електронних ламп, над створенням яких працювали Т.Едісон, Ю.Ельстер, Г.Гейтель. 1904 р. англійський інженер Дж.Флемінг винайшов двоелектродну лампу – діод, а вже за два роки її вдосконалення, здійснене американцем Лі де Форестом (приєднав до лампи третій електрод-сітку), призвело до створення триелектродної лампи (тріоду) – основи майбутньої радіолампової техніки. Це стало початком електронного періоду радіотехніки.
В історії розвитку телебачення важливе місце посідає винахід “електричного телескопу” німецького інженера П.Ніпкова (1884). Цей винахід започаткував розробку принципу механічного розкладання (розверстки) зображення на елементи (механічне телебачення). 1907 р. російський вчений Б.Розінг запропонував для відтворення телевізійних зображень використовувати електронну променеву трубку (“катодну трубку Брауна”). Розінг використовував механічну систему розверстки для передавання зображення, а електронну – для його прийому. Невдовзі Розінгом був запропонований новий метод модуляції інтенсивності електронного променю прийомної трубки. Він створив діючу модель телевізора з однією лампою – приймальною електронно-променевою трубкою.
Початок кінематографу поклали досліди Т.Едісона та братів Люм’єр. 1888 р. Едісон запропонував методику моментальної фотозйомки послідовної серії зображень на безперервну смужку, яка знаходилася на циліндрі або на пласкому диску, а наступного року застосував целулоїдну плівку для свого апарату. Американець Д.Істмен вдосконалив плівку, зробивши її легкою, гнучкою і прозорою. Він почав застосовувати її у винайдених ним портативних фотоапаратах “Кодак”.
1889 р. співробітники лабораторії Едісона під керівництвом Діксона побудували кінопроектор, який було синхронізовано з фонографом, що дозволяло демонструвати звукові фільми. Паралельно у Франції та Англії з’явилась більш якісна апаратура. На початку 1895 р. брати Люм’єр вперше здійснили проекцію на екран знятих ними ж кінокартин. Це й було народженням кінематографу.
Революційні зміни у кінематограф вніс винахід принципово нового способу озвучення фільму – оптичного звукозапису. Його головною перевагою було те, що звукова доріжка (“фонограма”) наносилась безпосередньо на кіноплівку, що створювало повну синхронізацію відтворення звуку у фільмі. Цей спосіб звукозапису виник на основі робіт російських винахідників А.Віксцемського та І.Полякова. Таке озвучення фільму застосовують у кінематографії до цього часу.
З початком ХХ ст. розпочинаються роботи зі створення математичних машин. Першу з них – апарат для інтегрування диференційних рівнянь – створили у 1912 р. академік О.Крилов і механік Р.Ветцер у Петербурзі. Пізніші розробки в цьому напрямку отримали назву диференціальних аналізаторів (механічні інтегруючі машини).
Винайдення та широке використання у промисловості нових засобів транспорту та зв’язку, як і революційні відкриття у природознавстві, значно вплинули як на весь розвиток техніки й промислового виробництва, так і на суспільне життя. За якихось двадцять років побут населення багатьох країн зазнав докорінних змін. Але, на жаль, нові відкриття в науковій сфері й, особливо, у техніці почали використовуватись у першу чергу для потреб війни.
ЛІТЕРАТУРА
1. Всесвітня історія: Навч. посіб. / Б.М.Гончар, М.Ю.Козицький, В.М.Морвдінцев, А.Г.Слюсаренко. – К.: Т-во “Знання”, КОО, 2002. – 565 с.
2. Киндер Г., Хильгеман В. Всемирная история / Пер. с нем.. – М.: Рыбари, 2003. – 638 с.
3. Техника в ее историческом развитии: От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства / Под ред. С.В.Шухардина и др. – М.: Наука, 1979. – 416 с.
4. Шухардин С.В.История науки и техники: Учеб. пособие. – Ч.ІІ: С конца ХVIII века и до начала ХХ века. – М., 1976. – 168 с.
5. История механики с конца ХVIII века до середины ХХ века / Под ред. А.Т.Григорьяна, И.Б.Погребысского. – М.: Наука, 1972. – 414 с.
6. Зворыкин А.А., Осьмова Н.И., Чернышев В.И., Шухардин С.В. История техники. – М.: Изд-во социально-экономической литературы, 1962. – 772 с.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 13; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!