Розвиток наук про неорганічної природи у ХVIII-ХІХ століттях

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

1. Розвиток фізики у ХVIII ст.

На розвиток фізики в XVIII ст. справила значний вплив спадок, отриманий нею від попереднього, ХVII століття і особливо вчення Ньютона. Розвиток фізики у XVIII ст. постає саме як розвиток ідей Ньютона, виконанням заповіданої ним програми поширення основних положень механіки на всю фізику.

На розвиток фізики істотно впливає і технічний прогрес. Розвиток продуктивних сил визначає потребу в розробці теорії машин і механізмів, механіки твердого тіла. Дослідження законів теплоти - одна з центральних тем фізики ХVIII століття. Термометрія, калориметрія, плавлення, випаровування, горіння - вивчення всіх цих процесів стає особливо актуальним. З'являються серйозні дослідження з теплофізики, електрики і магнетизму. Ці розділи фізики оформляються в самостійні галузі фізичної науки і досягають у XVIII ст. перших успіхів. У результаті, у XVIII ст. в якості самостійних складаються всі основні розділи класичної фізики.

Особливо швидкими темпами розвивається механіка. Працями т.зв. "Континентальних математиків" закладаються основи аналітичної механіки. У результаті робіт Ейлера, Даламбера, Лагранжа і інших створюється аналітичний апарат механіки, починає розвиватися аналітична механіка.

У меншій мірі розвивається оптика. Але й тут були отримані окремі важливі результати: зароджується фотометрія; починається вивчення люмінесценції, ставиться питання про вплив руху джерел світла та приймачів, що реєструють світлові сигнали, на оптичні явища. Вперше це питання було поставлено відкриттям аберації світла англійським астрономом Брадлеем в 1728 р.

Величезні успіхи, досягнуті в небесній механіці завдяки введенню поняття сили (тяжіння), сприяли поширенню такої постановки питання і на інші розділи фізики. Формується загальне переконання, що не тільки рух планет, але й інші фізичні явища можуть бути представлені як результат руху певних матеріальних тіл під дією певних сил. Послідовники Ньютона намагалися пояснити різні фізичні явища, поставивши їм у відповідність різного роду сили, - магнітні, електричні, хімічні та ін Таким чином, було введено ряд сил: електричні, магнітні та ін Ці сили діють, на думку фізиків, на відстані, так само як і сили тяжіння. Носії сил - тонкі невагомі "матерії", які визначають ті чи інші властивості тел. Так з'являється вчення про "невагомих", характерне для фізики XVIII ст.

Так пояснювали і природу теплоти. Нагрівання тіла пов'язували з присутністю якоїсь рідини - теплорода, частинкам якого також притаманні певні сили. Наприклад, між частинками теплорода діють відразливі сили, а між частинками теплорода і частинками матеріальних тіл - сили тяжіння.

У першій половині XVIII ст. були отримані якісно нові результати в області вивчення електричних явищ. Так, в 1729 р. англієць Грей відкрив явище електропровідності. Він виявив, що електрика здатне передаватися деякими тілами, і всі тіла були розділені їм на провідники і непроводнікі. Француз Дюфей (1698-1739) відкриває існування негативного і позитивного електрики і виявляє, що "однорідні електрики відштовхуються, а різнорідні притягуються". Наступним важливим кроком у вивченні електричних явищ був винахід лейденської банки. (Воно було зроблено майже одночасно німецькими вченими Клейста і Мушенбрук. Назва пов'язана з містом Лейденом, де Мушенбрук виконав перші досліди з лейденської банкою.). Важливість цього винаходу полягала в тому, що тепер фізики могли отримувати значні електричні заряди та експериментувати з ними. Цей винахід призвело до посилення інтересу серед вчених до вивчення електричних явищ та сприяла утвердженню ставлення до можливості практичного застосування електрики, в тому числі і в лікувальних цілях. (Досліди з електрикою стали модними і навіть перетворилися на забаву: їх виробляли і в лабораторіях учених, і в аристократичних вітальнях, і навіть у королівських палацах. Відомо, наприклад, що Людовик XV і його двір бавилися, пропускаючи через ланцюг солдат розряд електрики).

Практичне значення дослідження електричних явищ придбали також у зв'язку з відкриттям електричної природи блискавки. Думка про електричну природу блискавки висловлювалася і до винаходу лейденської банки. Однак тільки після того, як стало можливим штучно отримувати великі заряди, вона отримала достатню підставу. Відомий американський вчений, активний учасник війни за незалежність Північно-Американських колоній і громадський діяч Бенджамін Франклін (1706 - 1790), який багато займався дослідженням електричних явищ, виклав гіпотезу про електричну природу блискавки і запропонував експериментальний метод перевірки цієї гіпотези.

З середини XVIII ст. вчення про електрику і магнетизм розвивається більш швидкими темпами. У цей час формуються поняття електричного заряду і закон збереження електричного заряду. Поняття електричного заряду і закон його збереження складаються в роботах Франкліна, який розглядав електричні явища як прояв деякої "електричної матерії". Новий етап в історії вчення про електрику і магнетизм починається з встановлення основного закону електростатики і магнітостатики - закону Кулона, відкритого в 80-х роках французьким фізиком Кулоном.

Таким чином, до рубежу XVIII - XIX ст. природа електрики частково прояснилася. З'ясувалося, що електричні заряди одного знака відштовхуються, а заряди протилежних знаків притягуються, і в тому і іншому випадку електричні сили слабшають з відстанню у відповідності з законом "зворотних квадратів", який Ньютон вивів раніше для гравітації. Але за величиною електричні сили набагато перевершують гравітаційні. На відміну від слабкого гравітаційного взаємодії, наявність якого Кавендішу вдалося продемонструвати лише за допомогою спеціального приладу, електричні сили, що діють між тілами звичайних розмірів, можна легко спостерігати.

2. Характерні риси фізики першої половини ХІХ століття

У першій половині ХІХ століття у передових країнах Європи відбувається промисловий переворот - перехід від мануфактурного виробництва до машинного виробництва.

Промисловий переворот сприяє розвитку великої машинної індустрії. Ще більш високими темпами, ніж у XVIII ст. розвиваються різні галузі промисловості: металургійна, гірничодобувна, хімічна, металообробна і т. д. Машинна індустрія вимагає постійного вдосконалення техніки - впровадження нових технологічних методів, покращення організації виробництва та ін А це, у свою чергу, вимагає застосування та сталого розвитку природничо-наукових знань. Природознавство все більшою мірою стає елементом продуктивних сил, його розвиток найтіснішим чином пов'язується з розвитком практики, промислового і сільськогосподарського виробництва. Все частіше розвиток практики, її потреби визначають цілі та завдання природознавства. У цих умовах фізична наука розвивається більш швидкими темпами. Виробництво безперервно ставить перед нею все нові і нові проблеми, доставляючи одночасно і новий експериментальний матеріал.

У тісній єдності з природознавством відбувається становлення прикладних наук, перш за все технічних. Наприклад, значний розвиток одержує нова галузь - теплотехніка. Виникнення теплотехніки був безпосередньою реакцією на промисловий переворот, енергетичною основою якого була парова машина. Винайдена ще у ХVІІІ ст., Парова машина стає універсальним двигуном. Вона застосовується не тільки на промислових підприємствах, а й у транспорті, набуваючи все більшого значення в техніці. (У 1807 р. в Америці Фультоном був побудований перший практично придатний пасажирський пароплав До 30-х років вже налагоджуються регулярні річкові, морські та океанські пароплавні повідомлення. Парову машину встановлюють на військових кораблях, її використовують як двигуна і на сухопутному транспорті. Перша залізна дорога (з локомотивом Стефенсона) була відкрита в 1825 р. в Англії, а потім і в інших країнах. Протягом короткого часу мережа залізниць покрила територію Європи та Північної Америки.). У першій половині ХІХ століття теплотехніка своїми узагальненнями і потребами справляла значний вплив на розвиток фізики.

У першій половині XIX ст. - Зароджується і електротехніка, вивчає закономірності застосування електрики в техніці. Перш за все електрику використовують для зв'язку. Незабаром після відкриття Ерстед у 1819 р. дії електричного струму на магнітну стрілку виникає ідея побудувати електромагнітний телеграф. (У 1832 р. в Петербурзі вже демонструвався перший практично діючий телеграф російського винахідника П. Л. Шіллінга. Швидко з'являються інші конструкції телеграфу. Американський винахідник Морзе створює найбільш досконалу конструкцію електромагнітного телеграфу. У 1844 р. в Сполучених Штатах Америки була побудована перша телеграфна лінія , а наприкінці 40-х років в Америці їх було вже кілька десятків. Телеграфні лінії починають з'являтися і в Європі.). Були зроблені перші спроби використання електрики в якості рушійної сили. Виникає нова галузь електротехніки - гальванопластика, винахідником якої був російський академік Б. С. Якобі.

Швидко розвиваються в першій половині XIX ст. всі розділи фізики, але особливо оптика, а також вчення про електрику і магнетизм. У цей період складаються основи хвильової оптики, теорії дифракції, інтерференції і поляризації. У вченні про електрику і магнетизм виникає новий, швидко розвивається розділ - вчення про електромагнетизм. Результати розвитку технічних наук, зокрема теплоенергетики (у зв'язку з удосконаленням парового двигуна), електротехніки та ін, ставлять на порядок денний проблему дослідження не просто окремих форм руху, а їх взаємних перетворень і переходів. У першій половині ХІХ століття фізика орієнтується на вивчення не тільки окремих типів фізичних явищ, але і зв'язків між ними (перетворення тепла в механічний рух, і навпаки, зв'язок між електрикою і магнетизмом, між хімічними та електричними процесами і т. д.).

Найважливіше досягнення фізики першої половини ХІХ століття - створення хвильової теорії світла. У XVIII ст. переважна більшість вчених дотримувалося корпускулярної теорії світла, яка добре пояснювала багато, але не всі оптичні явища. На початку XIX ст. в полі зору фізиків потрапляють питання інтерференції, дифракції і поляризації світла, які корпускулярної теорією пояснювалися незадовільно. Це призводить до відродження, здавалося, давно забутих ідей хвильової оптики. В оптиці відбувається справжня наукова революція, що закінчилася перемогою хвильової теорії світла над корпускулярної.

Вперше на захист хвильової теорії світла виступив в 1799 р. Томас Юнг (1773 - 1829). Юнг критикував корпускулярну теорію світла і вказував на явища, які не можна пояснити з її позицій. Т. Юнг запропонував розглядати світло як нестійке рух частинок ефіру: "... Світлоносний ефір, у високому ступені розріджений і пружний, заповнює всесвіт ... Коливальні рухи збуджуються в цьому ефірі кожного разу, як тіло починає світитися ".

Але, незважаючи на те, що роботи Юнга містили нові дуже важливі результати, що свідчать на користь хвильової теорії світла, вони не похитнули пануючу тоді корпускулярну теорію.

У 1815 р. на арену боротьби з корпускулярної теорією виступив французький вчений Огюстен Френель (1788 - 1827). У 1818 р. Френель об'єднав всі отримані результати і виклав їх у роботі, поданої на конкурс, оголошений Французької Академією наук у 1817 р. Роботу Френеля розглядала спеціальна комісія у складі Біо, Араго, Лапласа, Гей-Люссака і Пуассона. Троє з них твердо дотримувалися корпускулярної теорії і не могли відчувати симпатію до роботи Френеля. Тим не менш викладені результати настільки добре відповідали експерименту, що просто відкинути цю роботу було неможливо. Пуассон зауважив, що з теорії Френеля можна вивести слідство, що суперечить як ніби б здоровому глузду. Це наслідок полягає в тому, що в центрі тіні від круглого екрану має спостерігатися світла пляма. Ця "невідповідність" була підтверджена на досвіді, що справило сприятливе враження на членів комісії. Врешті-решт була визнана правильність результатів теорії Френеля і йому присудили премію.

Будь-яка нова теорія, вирішуючи одні проблеми, разом з тим ставить і ряд нових. Так було і з хвильової теорії світла. На відміну від корпускулярної, хвильова теорія світла повинно була визначитися з питанням про властивості середовища, яка є носієм світлової хвилі. Таке середовище була названа ефіром. Які властивості ефіру?

Відповідь на це питання припускав вирішення двох фундаментальних проблем. Перша проблема пов'язана з питанням про те, яку хвилю представляють собою світлові коливання - подовжню або поперечну. Якщо б світлові хвилі були поздовжніми, як і звукові коливання, то теорія ефіру мала б будуватися за аналогією з акустикою і теорією газів. Механістична теорія поперечних коливань виявляється набагато складнішою, оскільки такі коливання поширюються тільки в твердих (не газоподібних) середовищах. Для відповіді на питання про те, поперечної або поздовжньої є світлова хвиля, вирішальним виявилося пояснення поляризації світла. Поляризація світла могла бути повністю пояснена тільки, якщо виходити з гіпотези поперечних коливань.

Друга проблема полягала у вирішенні питання про те, яким чином взаємодіє ефір з рухомим джерелом світла. Інакше кажучи, чи може ефір служити абсолютною системою відліку для механічного руху, пошук якої вважав необхідним для обгрунтування фізичного знання І. Ньютон.

Проблема характеру взаємодії між рухається Землею і ефіром як носієм світлових хвиль конкретно вона виражалася в питанні: захоплюється або не захоплюється ефір Землею при її русі в космосі. Якщо ефір не захоплюється рухомими тілами, значить він є абсолютною системою відліку. І тоді механічні, електричні, магнітні та оптичні процеси були б пов'язані в єдине ціле. Якщо ефір захоплюється рухомими тілами, то тоді він не є абсолютною системою відліку, і значить існує взаємодія між ефіром і речовиною в оптичних явищах, але ніякого взаємодії в механічних явищах! З цього, у свою чергу, слідував дуже важливий висновок, що необхідно було по різному пояснювати явище аберації, ефект Допплера та ін ... Ця проблема протягом усього ХІХ століття, аж до виникнення спеціальної теорії відносності, визначала розвиток фундаментальних проблем теоретичної фізики. Особливо вона загострилася після створення Дж. К. Максвеллом теорії електромагнітного поля.

Для фізика початку ХІХ століття не існувало поняття про стать як реальному середовищі є носієм певних сил. Але в першій половині ХІХ століття почалося становлення континуальної, польовий фізики. Одночасно з виникненням хвильової теорії світла, формувалася абсолютно нова парадигма фізичного дослідження - польова концепція у фізиці. Особлива заслуга належить у цьому великому англійському фізику Майклу Фарадею (1791-1867), який показав в 1831 р., що змінне магнітне поле індукує в провіднику електричний струм. Ці відкриття лягли в основу електродвигуна і електрогенератора, що грають нині настільки важливу роль у техніці.

Фарадей формулює нову теорію структури речовини: вихідним матеріальним освітою є не атоми, а поле; атоми - лише згустки силових ліній поля.

Поняття поля виявилося дуже корисним. Поступово поняття поля завоювало керівне місце у фізиці і збереглося в якості одного з основних фізичних понять. Це поняття допомагає Дж. К. Максвеллу побудувати теорію електромагнітного поля. Виникнення польової концепції було початком становлення континуальної фізики.

Вироблене в оптиці поняття "ефір" і сформульоване в теорії електричних і магнітних явищ поняття "електромагнітне поле" спочатку зближуються, а потім, вже на початку ХХ століття, зі створенням спеціальної теорії відносності, повністю ототожнюються.

3. Розвиток уявлень про простір і час

Фізики довгий час дотримувалися поглядів Ньютона на простір і час і нерідко повторювали його визначення понять абсолютного простору і часу. Тільки з боку деяких філософів поняття абсолютного простору і часу зазнало критики. Так, Г.В. Лейбниц (1646-1716), этот “вечный оппонент” Ньютона, выступил с критикой субстанциальной концепции пространства и времени, отстаивая при этом принципы противоположной теории пространства и времени - реляционной. Лейбниц считал “пространство, так же как и время, чем-то чисто относительным: пространство - порядком существований, а время - порядком последовательностей. Ибо пространство... обозначает порядок одновременных вещей, поскольку они существуют совместно, не касаясь их специфического способа бытия” (Лейбниц Г.В. Переписка с Кларком. - Сочинения в 4-х томах. Т.1, М., 1982, с. 441)..Однако критика Ньютона со стороны философов XVIII в., а также разработка реляционной концепции пространства и времени существенного воздействия на физику не оказали. Естествоиспытатели продолжали пользоваться представлениями Ньютона об абсолютном пространстве и времени, различаясь между собой лишь признанием или не признанием наличие пустого пространства.

Проблема пространства - особая проблема, она объединяет физику и геометрию. Долгое время молчаливо предполагалось, что свойства физического пространства являются свойствами евклидового пространства. Для многих это была само собой разумеющаяся истина. Этот “здравый смысл” и был философски воплощен Кантом в его взглядах на пространство и время как неизменные априорные врожденные “формы чувственного созерцания”. Из этого взгляда следовало, что те представления о пространстве и времени, которые выражены в геометрии Евклида и механике Ньютона, вообще являются единственно возможными.

Впервые по-новому вопрос о свойствах пространства был поставлен в связи с открытием неевклидовой геометрии.

В 1826 г. Николай Иванович Лобачевский (1792 – 1856) сделал сообщение на заседании физико-математического факультета Казанского университета об открытии им неевклидовой геометрии, а в 1829 г. опубликовал работу “Начала геометрии”. В этой работе Лобачевский впервые показал, что можно построить непротиворечивую геометрию, отличную от всем известной и признанной геометрии Евклида, которая ранее казалась единственно возможной. (Через несколько лет, в 1832 г., венгерский математик Янош Больяй опубликовал работу, в которой (независимо от Лобачевского) также развил основные идеи неевклидовой геометрии). Хотя Лобачевский и называл свою геометрию “воображаемой”, тем не менее считал, что вопрос о том, законам какой геометрии подчиняется реальное пространство – евклидовой или неевклидовой геометрии – должен решить опыт, и прежде всего астрономические наблюдения. Лобачевский полагал, что свойства пространства определяются свойствами материи и ее движения. Он считал вполне возможным, что “некоторые силы в природе следуют одной, другие своей особой Геометрии” (Лобачевский Н.И. Полное собрание сочинений. Т. 2, М - Л., 1949, с. 159)., а вопрос о выборе той или иной геометрии должен решать астрономический опыт. (Лобачевский Н.И. Полное собрание сочинений. Т. 2, М-Л., 1949, с. 147).

Спустя почти 40 лет после работ Лобачевского, в 1868 г. была опубликована работа Римана “О гипотезах, лежащих в основании геометрии”. Риман, подобно Лобачевскому, опирался на идею о возможности геометрии, отличной от евклидовой, однако подошел к этому вопросу с несколько иных позиций. Риман вводит обобщенное понятие пространства как непрерывного многообразия n-го порядка или совокупности однородных объектов – точек, определяемых системой чисел (х1, х2..., хn).С точки зрения Римана, вопрос о том, является ли геометрия нашего физического пространства евклидовой, что соответствует его нулевой кривизне, или эта кривизна не равна нулю, должен решить эксперимент. При этом он допускает, что свойства пространства должны зависеть от материальных тел и процессов, которые в пространстве развернуты.

Риман также высказал как одну из возможных гипотезу, касающуюся бесконечности пространства. По его мнению, хотя пространство нужно признать неограниченным, однако если оно может иметь положительную постоянную кривизну, то оно уже не бесконечно, подобно тому как поверхность сферы хотя и не ограничена, но тем не менее ее размеры не являются бесконечными. Так зарождается представление о разграничении бесконечности и безграничности пространства (и времени).

Развитие теории неевклидовых пространств привело к вопросу о построении механики в таких пространствах. Первые работы в этом направлении были связаны с вопросом, не противоречит ли геометрия Лобачевского принципам механики? Если бы удалось доказать невозможность построения механики в неевклидовом пространстве, то тем самым была бы опровергнута мысль о возможности реального неевклидова пространства. Однако результаты, полученные в этом направлении, показали, что в неевклидовом пространстве может быть построена механика.

И тем не менее, появление неевклидовой геометрии, а затем “неевклидовой механики” первоначально не затронуло физику. Для физиков пространство оставалось евклидовым и не было никакой необходимости рассматривать физические явления в неевклидовом пространстве. Так продолжалось до возникновения общей теории относительности.

4. Методологические установки классической физики (конец ХVII в. - начало ХХ в.)

К середине ХIХ века в основном завершается становление системы методологических установок классической физики - того теоретико-методологического каркаса, в рамках которого получали свое обоснование и понимание основные понятия, категории, принципы и допущения классической теоретической физики. К методологическим установкам классической физики относятся следующие представления.

1.Важнейшей исходной предпосылкой классической физики (как и всей науки) является признание объективного существования физического мира, т.е. признание того, что физический мир (как совокупность устойчивых явлений, вещей, процессов, расположенных в определенном порядке в пространственно-временном континууме) существует до и независимо от человека и его сознания.

2. Каждая вещь, находясь в определенном месте пространства, существует в определенный промежуток времени независимо (в пространственно-временном отношении) от других вещей. Хотя вещи и способны в принципе взаимодействовать друг с другом, это взаимодействие не приводит к существенному изменению структуры взаимодействующих тел, а если и приводит, то всегда можно уточнить характер происшедших изменений и сделать на него поправку, восстановив тем самым идеальный образ первоначального состояния.

3. Одной из важнейших методологических установок классической физики выступила атомическая концепция.

4. Все элементы физического мира, заполняя пространственно-временной континуум, связаны между собой с помощью причинно-следственных связей таким образом, что, зная в определенный момент времени координаты каждого элемента, можно в принципе абсолютно точно, однозначно предсказать состояние любого элемента через любой промежуток времени. Другими словами, для классической физики свойственна уверенность в том, что в принципе возможно однозначное абсолютно точное предсказание (на основе знания о существующем состоянии элементов физической системы) их поведения через любой промежуток времени (лапласовский детерминизм).

5. Материальный мир познаваем; с помощью имеющихся в наличии исследователя познаваемых средств (теоретических и эмпирических) возможно в принципе объективно описать и объяснить все исследуемые физические явления.

6. Основой физического познания и критерием его истинности является эксперимент, ибо только в эксперименте исследователь через средства исследования непосредственно взаимодействует с объектом; при этом исследователь свободен в выборе условий проведения эксперимента.

7. В процессе исследования физический объект по существу остается неизменным, он не зависит от условий познания. Если же прибор и оказывает какое-либо воздействие на объект, то это воздействие всегда можно учесть, внести в него поправку. В процессе исследования всегда можно четко ограничить поведение объекта от средств исследования, средств наблюдения, экспериментирования. Поэтому и описание поведения объектов и описание поведения приборов осуществляется одинаковыми средствами научного языка.

8. Постулат возможности обособления элементов физического мира: в принципе возможно экспериментальными средствами неограниченное (по отношению к атому) разложение физических объектов на множество независимых вещей и элементов.

9. Все свойства исследуемого объекта могут экспериментально определяться одной установкой одновременно. Нет принципиальных препятствий для того, чтобы полученные таким путем данные могли быть объединены в одну картину объекта.

10. В принципе возможно получение абсолютно объективного знания об объекте, т.е. такого знания, которое не содержит ссылок на познающего субъекта (на условия познания). При этом основными логическими критериями объективности в методологии классической физики считались:

а) отсутствие в содержании физического знания ссылок на субъект познания;

б) однозначное применение понятий и системы понятий для описания физических явлений;

в) наглядное моделирование - эквивалент объективности знания.

11. Сведения о состоянии исследуемых явлений выражаются через величины, имеющие количественную меру. Через измеримые величины выражаются также и физические законы, которые должны быть сформулированы на языке математики (программа Галилея). При этом динамические закономерности поведения элементов физического мира могут быть исчерпывающим образом описаны системой дифференциальных уравнений (т.е. на континуальной основе). Физические системы, как правило, замкнутые, обратимые (направленность времени для них не важна) и линейные.

12. Возможность пренебречь атомным строением измерительных приборов - это одна из общих черт классического, релятивистского и квантового способов описания

13. Уверенность в том, что структура познания в области физики, также как и структура мира физических элементов, не претерпевает существенных качественных изменений, что классический способ описания вечен и неизменен. Как качественно неизменен физический мир, движение элементов которого, сводятся к непрерывному механическому перемещению частиц материи, как неизменны физические закономерности, также неизменен и метод познания этого мира и его законов.

14. Теоретическое описание мира осуществляется тремя видами логических форм: понятиями, теорией и картиной мира. Различие между физической теорией и физической картиной мира - количественное (по степени обобщения), но не качественное; фундаментальная физическая теория и есть (в силу наглядности ее структуросодержащих понятий) физическая картина мира.

5. Развитие астрономической картины мира в ХVIII- ХIХ веках

В течение столетий астрономия развивалась как наука о Солнечной системе, а мир звезд оставался целиком загадочным. И только в ХУШ веке астрономия постепенно перешла к изучению мира звезд и галактик. Начальные шаги на этом пути были связаны с первыми оценками межзвездных расстояний. Основой для этого служили измерения О. Ремером скорости света (1676 г.) и открытие Кеплером закона ослабления силы света с расстоянием. Опираясь на эти данные, Х. Гюйгенс показал, что свет от Сириуса до нас идет несколько лет! А в 1761 г. И. Ламберт уточнил эти данные и показал, что от Сириуса свет до нас идет 8 световых лет. Постепенно осознавалась колоссальность межзвездных расстояний. Важным результатом астрономии этого века было и открытие собственных движений звезд (Э. Галлей, 1718 г.).

В ХVIII в. по мере конструирования все более мощных телескопов удалось выявить новый тип космических объектов - туманности, большинство из которых оказались колоссальными, удаленными от нас на огромные расстояния, скоплениями звезд - галактиками. Так астрономия постепенно становилась внегалактической. Выдающаяся заслуга в создании внегалактической астрономии принадлежит Вильяму Гершелю (1738-1822), который был и конструктором уникальных для его времени телескопов (с диаметром зеркала в 1,5 м), и выдающимся скурпулезнейшим наблюдателем, основателем звездной и внегалактической астрономии. Совершенно особой заслугой Гершеля являются его исследования туманностей. (Мировую славу В.Гершелю принесли его открытия в Солнечной системе: открытие планеты Уран (1781 г.), нескольких спутников Урана и Сатурна, он обнаружил сезонные изменения полярных “шапок” Марса, период вращения кольца Сатурна, открыл движение всей Солнечной системы в пространстве в направлении к созвездию Геркулеса и др. В мире звезд Гершель установил существование двойных и кратных звезд как физических систем, уточнил оценки блеска у 3 тыс. звезд, обнаружил переменность в некоторых из них, первым отметил различное распределение энергии в спектрах звезд в зависимости от их света и др.).

Гершель стал первым изучать мир туманностей, увидев в этом путь к познанию не только строения, но также и развития, истории окружающей Вселенной. Он открыл свыше 2,5 тыс. новых туманностей. Он впервые попытался измерить нашу звездную Вселенную - Галактику и оценить размеры и расстояния до других туманностей, допуская их сходство с нашей Галактикой. В 1784 г. Гершель впервые подметил ряд закономерностей крупномасштабной структуры мира туманностей в целом. Он открыл тенденцию туманностей к скапливанию, стремление их располагаться в виде компактных куч и объединяться, кроме того, в еще более крупные протяженные “пласты”, состоящие как из отдельных туманностей, так и из их скоплений.

В ХVIII веке идея развития проникает в астрономию. Идея развития - это представление о том, что природа в ходе непрерывного движения и изменения своих форм с течением времени образует (либо сама, либо с помощью надприродных, сверхъестественных сил, бога, например) из простейших, низших, мало организованных форм качественно новые, высшие, более сложные, более организованные формы (уровни, системы). Такая направленность развития от низшего к высшему называется прогрессом.

И. Кант (1724-1804) был первым, кто попытался полностью отбросить представление о божественном факторе в генезисе и развитии Вселенной. Он создал первую всеобъемлющую теория развития Вселенной на основе теории гравитации. Теория Канта не была умозрительным построением; она опиралась на конкретные геометрические, кинематические и динамические параметры, наблюдательные данные, физические закономерности.

Кантовская теория происхождения Вселенной была величайшим достижением астрономии со времен Коперника. Как Коперник пробил брешь в геоцентризме и аристотелевской картине мира, так Кант пробил брешь в метафизическом и механистическом представлении о том, что природа не имеет истории во времени. Кант впервые убедительно показал, что понять настоящее состояние природных систем можно только в случае знания истории развития этих систем.

Сформулированная в космогонии, идея развития природы во второй половине ХVIII в. - первой половине ХIХ века постепенно переходит в геологию и биологию.

6. Методологические установки классической астрономии (ХVIII в. - середина ХХ в.)

Методологические установки классической астрономии выглядят следующим образом.

1. Признание объективного существования предмета познания астрономической науки - космических тел, их систем и Вселенной в целом, т.е. признание того, что мир астрономических субъектов существует до и независимо от человека и его сознания.

Такая материалистическая установка не дополнялась в рамках метафизического мировоззрения ХVII-ХIХ в.в. последовательным материалистическим решением мировоззренческих проблем (в астрономии - проблемы происхождения мира). В качестве компромисса не исключалась деистическая трактовка происхождения мира, которая, однако, во всех отраслях астрономии, за исключением космогонии, не носила методологического и регулятивного характера. Как писал Дж. Гершель, “начало вещей и умозрение о творении не составляет задачи естествоиспытателя”. (Гершель Дж. Философия естествознания. Спб., 1868, с. 38).

2. Объективно существующая Вселенная (как объект астрономического познания) единственная, вечная во времени, бесконечна и безгранична в пространстве. Она представляет собой некую механическую систему множества миров (при этом не исключалась возможность их населенности), подобных нашей солнечной системе (Дж. Бруно). Исходными составляющими космических тел являются атомы, движущиеся в пустоте.

3. Мир космических образований (в том числе и Вселенная в целом) обладает определенной объективной структурой, изучение которой является главной задачей астрономии.

Но идея структурности не доводилась до представления о целостной организации структурных компонентов Вселенной. Структура космических объектов рассматривалась как неизменная (пусть даже и ставшая во времени). Такая неизменность обосновывалась постоянством силы тяготения.

Установка классической астрономии на изучение неизменной структуры мира астрономических объектов уточнялась в ряде конкретных принципов и допущений:

а) Вселенная в целом и в отдельных частях макроскопична (структурные закономерности астрономических объектов разных масштабов качественно не отличаются от тех закономерностей, которые присущи окружающим нас на Земле телам).

б) Вселенная однородна и изотропна; в ней нет привилегированных точек или направлений (космологический постулат в ”узком” смысле, впервые четко сформулированный Дж. Бруно);

в) Вселенная стационарна. Это не значит, что во Вселенной не происходят определенные процессы, изменения состояний космических тел и их систем. Но со временем не изменяются такие ее статистические характеристики, как распределение и яркость астрономических объектов (звезд, галактик), их средняя плотность (не равная нулю) их средняя плотность в пространстве и др.

4. Начиная с И. Канта, одной из фундаментальных установок классической астрономии было представление о том, что Вселенная имеет свою историю, ее нынешнее состояние есть результат определенной эволюции.

При этом считалось, что развитие космических тел есть постепенно очень медленное количественное эволюционирование, без скачков, перерывов постепенности, переходов количества в качество. Такое понимание дополнялось представлением о том, что эволюция Вселенной не нарушает ее структурную организацию и стационарность.

Такая общая установка конкретизировалась в ряде следующих положений:

а) Факторы, которые вызывают изменение космических тел, сами остаются неизменными. В качестве таких факторов, как правило, рассматривались две силы - притяжение и отталкивание;

б) Эволюция космических объектов протекает на фоне неизменных (абсолютных) пространства (евклидов трехмерный континуум) и времени.

в) Основное направление эволюции космических тел - сгущение и конденсация межзвездного газа, диффузных образований, агрегации космического вещества (идея космической космогонии Канта-Лапласа-Гершеля).

5. Мир астрономических объектов познаваем. Основой и критерием познания в астрономии является наблюдение (в оптическом диапазоне). Познаваем не только структурный, но и генетический (исторический) аспект астрономической реальности (хотя способы их познания существенно отличаются).

Классическое естествознание в вопросе о природе познавательной деятельности опиралось на гносеологические установки материалистического эмпиризма, в соответствии с которым единственным источником и критерием нашего знания является опыт (трактуемый как чувственный опыт отдельного индивида). Приложение этой установки к астрономическому познанию требовало учета его специфики. Во-первых, того, что эмпирической базой астрономии выступал не эксперимент, как в физике, а наблюдение. И, во-вторых, того, что для астрономии важно получать знания об истории космических объектов.

6. Одной из характерных особенностей астрономического познания (как классического, так и современного) является то, что в астрономии нет свободы выбора условий наблюдения.

Иначе говоря, методология классической астрономии исходила из того, что влиянием условий познания хотя и нельзя пренебречь, но его можно свести к нулю, введя соответствующие поправки в окончательном результате исследования. Такие поправки осуществлялись посредством трансформации картины объекта с учетом места и времени наблюдения, а также непрозрачности земной атмосферы для некоторых длин волн, поглощение света в направлении плоскости нашей Галактики и др.

7. Теоретическая основа астрономии одна - механическая теория Ньютона. С помощью законов классической механики можно описать все астрономические явления и процессы, и не только в солнечной системе, но и во всей Вселенной. Ибо законы физики, которые обнаружены на Земле, действуют повсеместно во Вселенной. Будущей астрономии, писал П. Лаплас, “не только не должно опасаться, что какое-либо новое светило опровергнет это (механическое - В.Н) начало, но можно сказать утвердительно заранее, что движение такого светила будет ему соответствовать”. (Лаплас П. Изложение системы мира.Т.2. Спб.,1861, с.335-336)

8. Классическая астрономия заимствовала из методологии классической физики следующие методологические установки:

а) постулат возможности обособления элементов астрономического мира;

б) принцип лапласовского детерминизма;

в) требование континуального описания астрономических процессов;

г) абстрактное представление о “свободном” характере астрономических объектов.

9. Результат астрономического познания - это некая теоретическая схема на базе классической механики. К такой схеме предъявляются те же требования, что и к любой теоретической схеме:

а) отсутствие ссылок на субъект познания, т.е. в идеале - сведение всех величин к абсолютным и устранение относительных за счет выделения некой абсолютной системы отсчета;

б) однозначное применение понятий и их систем для описания явлений;

в) признание в любом исследовании резкой границы между содержанием познания и исследователем (наблюдателем);

г) наглядное моделирование.

Считалось, что все эти признаки свидетельствуют об объективном характере содержания астрономического знания.

11. Среди методологических установок классической астрономии (как и классической физики) одной из важнейших была уверенность в том, что структура познавательной деятельности в области астрономии вечна и неизменна. Иначе говоря, ее методологические установки не будут подвергаться радикальным изменениям. “Астрономии, - писал Дж. Гершель, - не угрожают такие перевороты, от которых нередко изменяются черты наук менее совершенных, которые разрушают все наши гипотезы и запутывают все наши выводы”. (Гершель Дж. Очерки астрономии. М., 1861. Т. 1, с. 4).

Такова в общих чертах система методологических установок классического астрономического познания, которые направляли, ориентировали процесс астрономического познания с ХVIII в. по середину ХХ в.в. При этом, конечно, они сложились не сразу, а в пределах определенной целостности развивались вместе с развитием классической астрономии. И лишь в ХХ в. достижения астрономии привели к необходимости радикального качественного изменения системы методологических установок астрономического познания.

7. Возникновение научной химии и ее развитие в ХIХ веке

Во второй половине ХVII века алхимическая традиция постепенно исчерпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превращений веществ, в том, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. И хотя на полуторатысячелетнем пути развития алхимии были получены и отдельные положительные результаты (описание многих химических превращений, открытие некоторых веществ, конструирование приборов, химической посуды, аппаратов и др.), тем не менее главные цели, которые ставили перед собой алхимики (искусственное получение благородных металлов - золота, серебра, “философского камня”, гумункулуса и др.), оказались недостижимыми. Все более укреплялось представление о том, что существует некоторый предел, граница взаимопревращения веществ. Этот предел определяется составом химических веществ. В ХVII-ХVIII веках химия постепенно становится наукой о качественных изменениях тел, происходящих в результате изменения их состава (СОСТАВ Ю СВОЙСТВА Ю ФУНКЦИИ).

Все это происходит на фоне знакомства с новыми химическими веществами. Начиная с ХУ века, мир химических веществ, соединений быстро расширяется. Были открыты новые металлы (висмут, платина и др.), новые вещества с замечательными свойствами (фосфор, например). Развитие ремесла и промышленности вызывают постоянную нужду в определенных химикалиях - селитре, железном купоросе, серной кислоте, соде, железном купоросе, что дает импульс к созданию химического производства, а это, в свою очередь, стимулирует развитие рациональной химии.

Новому пониманию предмета химического познания способствовало возрождение античного атомизма. Важную роль в этом возрождении атомизма сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди (1592-1655). Гассенди считает материю активной. По его мнению, “атомы обладают и энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению”. (Гассенди П. Сочинения. Т.1. М., 1966, с. 165).В этом Гассенди идет значительно дальше античных атомистов. Важным моментом учения Гассенди являлось формулирование понятия молекулы, что также имело конструктивное значение для становления научной химии.

Развитие и конкретное приложение идей атомизма к химии было осуществлено Атомистическая программа развивается Бойлем таким образом, что в понимании природы атомов он делает основной акцент не на многообразие их форм, а на многообразие связей (отношений, движений) атомов. При химическом взаимодействии, по мнению Р. Бойля, происходит не просто соединение или разъединение неизменных атомов, а появляются новые типы соединений атомов, новые отношения между ними.

Р. Бойль разрабатывает не только теоретические, но и экспериментальные основы химии. В трудах Р. Бойля заложены основы аналитической химии (качественный анализ, применение различных индикаторов (лакмус, например) для распознавания веществ).

Центральная проблема химии ХVIII века - проблема горения. Вопрос состоял в следующем: что случалось с горючими веществами, когда они сжигались в воздухе? Для объяснения процессов горения И. Бехером (1635-1682) и его учеником Г. Э. Шталем (1660-1734) была предложена теория флогистона. Флогистон - это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие тела и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горели хорошо; тела, которые не загорались, являлись дефлогистированными. Эта теория хорошо объясняла многие химические процессы и позволила предсказать новые химические явления. В течение почти всего ХVIII века она прочно удерживала свои позиции, пока Лавуазье в конце ХVIII века, опираясь на открытие в 1774 г. Дж. Пристли кислорода, не разработал кислородную теорию горения.

Лавуазье показал, что все прежде считавшиеся хаотическими явления в химии могли быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному до него списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он добавил свой, новый - кислород, который вместе с водородом входил в состав воды, а также и другую компоненту воздуха - не поддерживающий жизни азот. В соответствии с этой новой системой химические соединения делились в основном на три категории:

соединения кислорода с не металлами (кислоты);

соединения кислорода с металлами (основания); соединения кислот и оснований - соли.

Лавуазье раз и навсегда покончил со старой алхимической номенклатурой, основанной на случайных ассоциациях - “винное масло”, “винный камень”, “свинцовый сахар” и др. И ввел новые термины, которые употребляются нами и поныне - карбонат калия, ацетат свинца и др.

Таким образом, Лавуазье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связанных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснять все предшествовавшие явления, но также и предсказывать новые.

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном (1766-1844), ткачом и школьным учителем в Манчестере. Изучая газы, он попытался рассматривать их свойства как результат взаимного отталкивания атомов. Это заставило его задуматься над возможными соотношениями атомов в различного рода газах.

И тем не менее атомно-молекулярное учение в химии в начале ХIХ века с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось еще полстолетия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений (Пруст), закон объемных отношений (Гей-Люссак), закон Авогадро (при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул)), которые получали объяснение с позиций атомно-молекулярных представлений. Окончательную победу атомно-молекулярная теория (и опирающиеся на нее способы определения атомных и молекулярных весов) одержала на 1-м Международном конгрессе химиков (1860).

В 50-70-е годы ХIХ века на основе учения о валентности и химической связи были разработаны теория химического строения (Бутлеров, 1861 г.) и открыта периодическая система элементов (Менделеев, 1869 г.). Первая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей химический промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.): в теоретическом плане она открыла путь построению теории пространственного строения органических соединений - стереохимии (Вант-Гоффф, 1874 г.). Во второй половине ХIХ века складывается физическая химия, химическая кинетика - учение о скоростях химических реакций (Бертло и др.), создание теории электролитической диссоциации (Аррениус), химической термодинамики (на основе работ Гиббса, Нерста, Вант-Гоффа).

Наряду с развитием атомно-молекулярного учения высказываются идеи и о сложном строении не только молекулы, но и атома. На початку XIX ст. мысль о сложном строении атомов высказал английский ученый Праут.

Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало открытие Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834 – 1907) периодического закона. Уже одно это открытие наталкивало на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать первичными материальными образованиями.

Список літератури

Азімов А. Коротка історія біології. М., 1967.

Алексєєв В.П. Становлення людства. М., 1984. Бор Н. Атомна фізика і людське пізнання. М., 1961 Борн М. ейнштейнівської теорія относітельності.М., 1964.

Вайнберг С. Перші три хвилини. Сучасний погляд на походження Всесвіту. М., 1981.

Гінзбург В.Л.О теорії відносності. М., 1979.

Дорфман Я.Г. Всесвітня історія фізики з початку 19 століття до середини 20 століття. М., 1979.

Кемп П., Армс К. Введення в біологію. М., 1986.

Кемпфер Ф. Шлях в сучасну фізику. М., 1972.

Лібберт Е. Загальна біологія. М., 1978 Льоцці М. Історія фізики. М., 1972.

Мойсеєв М.М. Людина і біосфера. М., 1990.

Меріон Дж. Б. Фізика і фізичний світ. М., 1975

Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. Навчальний посібник. М., 1999.

Небел Б. Наука про навколишнє середовище. Як влаштований світ. М., 1993.

Ніколіс Г., Пригожин І. Пізнання складного. М., 1990.

Пригожин І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. М., 1986.

Пригожин І., Стенгерс І. Час, Хаос і Квант. М., 1994.

Пригожин І. Від існуючого до виникає. М., 1985.

Стьопін В.С. Філософська антропологія та філософія науки. М., 1992.

Фейнберг Є.Л. Дві культури. Інтуїція і логіка в мистецтві та науці. М., 1992.

Фролов І.Т. Перспективи людини. М., 1983.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
93.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Біологія в ХVIII в - першій половині ХІХ століття
Селянські повстання в Росії у ХVII ХVIII століттях
Селянські повстання в Росії у ХVII-ХVIII століттях
Петербурзька Академія Наук в 18-19 століттях
Храм наук і Книга природи
Дизайн у Японії в ХІХ ХХ століттях
Державний устрій та соціально економічний розвиток України у ХVIII ст
Державний устрій та соціально-економічний розвиток України у ХVIII ст Ліквідація козацької
Вчення про державу і право в Росії в кінці ХVIII початку ХХ ст
© Усі права захищені
написати до нас