Ще один пневмогідравлічний прилад - Герон фонтан. Герон знав, яке застосування можуть мати різні джерела енергії. Наприклад, він сконструював невелику вітряк, примушувала звучати музичний орган.
Пройшли тисячоліття, і фахівець з Античності доктор Дж. Ленделс з університету в Редінгу за допомогою фахівців інженерного факультету зробив точну модель двигуна за описом Герона. Він виявив, що модель розвивала велику швидкість обертання - не менше 1500 оборотів в хвилину. Учений заявив: «Куля Герона, можливо, був самим Швидкообертаюча предметом того часу». Тим не менш у Ленделса виникли труднощі при підгонці з'єднань між кулею, що обертається і паровий трубою, що не дозволяло зробити пристосування ефективним. Можливо, для Герона це було як би само собою зрозумілим, чи він просто «забув» описати цю «незначну» деталь. Вільний шарнір у кулі дозволяв йому швидше обертатися, але тоді швидко розсіювався пар; тугий шарнір, навпаки, означав, що енергія пари витрачалася на подолання тертя. Ленделс не дозволяючи собі що-небудь додавати до відомих описів порахував, що ефективність механізму Герона, можливо, була нижче 1%. Це означає, що енергія витрачається на роботу машини була значно більше корисної енергії, і вона не знайшла б практичного застосування. Але «теорія» була важливіша.
«Машина є система пов'язаних між собою частин з дерева, що володіє найбільшою потужністю для пересування ваг, - писав наприкінці I ст. до н.е. римський архітектор Марк Вітрувій Полліон у своєму знаменитому трактаті «Про архітектуру». - Сам же цей механізм приводиться в дію за допомогою кругових обертань майстерним прийомом ... ».
Перший примірник трактату «Про архітектуру» було знайдено в бібліотеці монте-кассінского монастиря; перше його видання з'явилося у Венеції в 1497 р., тобто через півтори тисячі років після того як трактат був написаний. Книга X цього трактату присвячена теоретичної та прикладної механіки, опису машин і механічних пристроїв та їх дії. Вітрувій розглядає підйомні машини, застосовувані в будівництві, водопідіймальні машини, водяний млин.
За уявленнями того часу перший рід механізмів - це чисто підйомний, другий - духовий (тиском повітря); третій рід - механізми тяги.
Античні архітектори мали значними знаннями в практичній механіці. Історик архітектури Огюст Шуазі (XIX століття) обчислив допущене напругу в каменях храму в Карнаку (Єгипет): у стельових плитах воно становить 4 кг / см ^2, в архітрава - 5 кг / см ^2. На допуск таких напружень не вирішуються і в наш час.
Інженер А.І. Сидоров в 1925 р. писав: «Багато єгипетські обеліски перекинуті і зруйновані людський злобою, але жоден з них не перекинуть бурею, і деякі стоять до цих пір. Слід зауважити, що обеліск стоїть на своєму цоколі абсолютно вільно, не будучи прикріплений фундаментальними болтами, яких єгиптяни не знали, без будь-якого розчину і т.п. ... Я зробив розрахунок деяких обелісків на перекидання найсильнішої бурею і знайшов коефіцієнт стійкості від 2,5 до 2, якраз те, що ми допускаємо тепер ».
Єгипетські і грецькі колони будувалися висотою не більше дев'яти діаметрів. Зараз ми знаємо, що за цією межею починається небезпека поздовжнього вигину. Стародавні архітектори дотримувалися цю умову. Мабуть, теж не випадково.
Теоретичні праці Ктесібія до нас не дійшли, але відомості про його винаходи містяться у творах інших авторів - Філон, Вітрувія, Афінея, Плінія і Герона. З цих джерел ми дізнаємося, що Ктесібій був винахідником двох циліндрового водяного насоса, забезпеченого усмоктувальними і нагнітальними клапанами; водяного органу, управління яким здійснювалося за допомогою стиснутого повітря; водяних годин, що відрізнялися від стародавньої клепсидри тим, що в них був поплавець, рух якого передавалося фігурці, вказується час на спеціальній шкалі, і деяких інших пристроїв. У військових метальних машинах, винайдених Ктесібіем, використовувалася сила стисненого повітря.
Великий вчений Архімед (III ст. До н.е.) був і геніальним механіком. Історики пишуть про те, що він був кимось на кшталт військового інженера (насправді досягнення Архімеда в галузі інженерної справи не зводилися до одних лише військовим машинам) при дворі сиракузського царя Гієрона, який, до речі, доводився йому родичем. Подібно Платону, він вважав недостойним філософа використання науки у практичних цілях і тим не менш винайшов кілька виключно корисних машин. З них найбільш відомий «архимедів гвинт», який широко застосовувався для видалення води з корабельних трюмів і для дренажу полів в Єгипті після щорічних паводків. Архімед винайшов кілька катапульт, завдяки яким тривалий час вдавалося відбивати облогу Сіракуз римським флотом.
У математиці Архімед дійшов до винаходу інтегрального числення, набагато випередивши свій час. Він перевірив і створив теорію п'яти механізмів, відомих у наш час та іменованих «прості механізми»: важіль клин, блок, нескінченний гвинт і лебідка. Втім, нескінченний гвинт, можливо, він не винайшов, а удосконалив гідравлічний гвинт, який служив єгиптянам для осушення боліт. Сьогодні «архимедів гвинт» використовується, наприклад, у звичайній м'ясорубці. Винахід нескінченного гвинта призвело Архімеда до іншого важливого винаходу, який пережив тисячоліття, а саме до винаходу болта, сконструйованого з гвинта і гайки.
У своїй «Механіці» Архімед дав математичне визначення центрів ваги простих тіл і рівноваги системи важелів.
Є легенда, що Архімед, фокусуючи слабкі сонячні промені за допомогою дзеркал, спалив римський флот, облягав Сіракузи. У всякому разі, він залишив книгу «Про запальних стеклах». Від незбережених трактатів Архімеда дійшов ряд фрагментів, цитованих Героном (у «Механіці»), Паппо (у «Механічної бібліотеці») та іншими авторами. Герон наводить довгий уривок з раннього твори Архімеда - «Книги опор». Дослідники відзначають, що в ньому ще немає строгості, властивою зрілим праць великого сіракузці, і міститься ряд помилок, які відносяться до розподілу опорних реакцій і показують, що в період написання цієї книги Архімед ще не знав, що вага тіла можна вважати зосередженим в його центрі ваги .
Останнім, можливо, передсмертним працею Архімеда був трактат «Про плаваючих тілах», що заклав математичні основи нової науки - Паскаля. Не виключено, що його написання стимульовано популярної історією з короною царя Гієрона.
Таким чином, засоби виробництва поступово перетворювалися, за словами К. Маркса «з гармати ... в машину» (Т.23, с. 382).
У XII в. поняття «інженер» вже побутувала у Західній Європі. Правда, воно ще позначало будівельника військових машин та фортифікацій (тобто фахівця, якого в епоху еллінізму називали «механіком»), так як всі технічні засоби по частині ведення військових операцій і оборони називалися «ingenia». З XV століття в Італії інженерами називають також будівельників каналів.
Досягнення технічної думки в епоху еллінізму стали основою для подальшого розвитку матеріально-технічної культури людства особливо в епоху Відродження.
Відродження в історії культури країн Західної та Центральної Європи епоха, перехідна від середньовічної культури до культури нового часу (приблизні хронологічні кордонів: в Італії - 14 ÷ 16 ст., В інших країнах - кінець 15 ÷ 16 ст.) [1, ст. «Відродження»].
У 15 ст. завдяки вченим, що емігрував з Візантії в Італію, були вперше перекладені майже всі давньогрецькі поети (у тому числі Гомер) і філософи (у тому числі більшість діалогів Платона). Тексти античних творів, відомих і середньовічній Європі, уточнювалися, звільнялися від середньовічних нашарувань і помилок і переосмислювалися.
Але культура Відродження не була простим поверненням до античної. Вона її розвивала та інтерпретувала по-новому, виходячи з нових історичних умов. Не менше значення, ніж античний вплив, мали в культурі Відродження зв'язку з національною традицією. Величезну роль у поширенні античної спадщини і нових, гуманістичних поглядів зіграло винахід (середина 15 ст.) Та поширення в країнах Європи друкарства. У друкарнях Флоренції, Венеції (Альд Мануцій), Базеля (І. Фробен), Парижа (О. Етьєнн), Ліона (Е. Доле), Антверпена (К. Плантен), Нюрнберга та ін друкувалася антична і гуманістична література.
Культура Відродження відобразила в собі специфіку перехідної епохи. Старе і нове нерідко химерно перепліталося в ній, представляючи своєрідний, якісно новий сплав.
Епоха Відродження (особливо 16 ст.) Відзначено великими науковими зрушеннями в галузі природознавства. Його розвиток, безпосередньо пов'язане в цей період із запитами практики (торгівля, мореплавання, будівництво, військова справа тощо), що зароджувався капіталістичного виробництва, полегшувалося першими успіхами нового, антідогматіческого світогляду. Специфічною особливістю науки цієї епохи був тісний зв'язок з мистецтвом; процес подолання релігійно-містичних абстракцій і догматизму середньовіччя протікав одночасно і в науці і в мистецтві, об'єднуючись іноді у творчості однієї особистості (особливо яскравий приклад - творчість Леонардо да Вінчі - художника, вченого, інженера ). Найбільш великі перемоги природознавство здобуло в області астрономії, географії, анатомії. Великі географічні відкриття (подорожі Х. Колумба, Васко да Гами, Ф. Магеллана та ін) практично довели кулястість Землі, призвели до встановлення обрисів більшої частини суші. Відкриття, що означали революційний переворот у науці, були зроблені в середині 16 ст. в області астрономії: з геліоцентричної системи світу великого польського астронома М. Коперника.
Ряд відкриттів було зроблено в математиці, зокрема в алгебрі: знайдені способи вирішення загальних рівнянь 3-й і 4-го ступеня (італійські математики Дж. Кардано, С. Ферро, Н. Тарталья, Л. Феррарі), розроблена сучасна буквена символіка ( французький математик Ф. Вієт), введені у вживання десяткові дроби (голландський математик і інженер С. Стевін) та ін Подальший розвиток отримує механіка (Леонардо да Вінчі, Стевін та ін.)
Винахідницький геній Леонардо був підкріплений обширними технічними знаннями [2]. Він знав практично всі різновиди зубчастих зачеплень, кулачкові, гідравлічні і гвинтові механізми, передачі з гнучкими ланками ...
Він винайшов кілька типів екскаваторів і придумав організацію земляних робіт одночасно на декількох горизонтах. Він винайшов кілька гідравлічних машин різних конструкцій, в тому числі тангенціальну турбіну, прядильний і волочильний верстати, верстат для насічки напилків, пристосування для нарізки різьби, прокатний стан, верстат для звивання канатів, крутильний верстат і кілька веретен, машину для шліфування оптичних стекол, камерні шлюзи.
Деякі з його винаходів настільки випередили свій час, що залишилися недоступними для техніки тієї епохи. Наприклад, відцентровий насос, гідравлічний прес, вогнепальна нарізна зброя. Він винайшов також літальний апарат важчий за повітря і прийшов до висновку, що такий апарат літати без двигуна не може. У своїх записниках і рукописах (близько 7 тис. аркушів) Леонардо залишив начерки винаходів, які не могли бути зрозумілі в його час, зокрема, аероплан, підводний човен.
Зростає обсяг знань і в інших областях науки [1]. Так, Великі географічні відкриття дали величезний запас нових фактів не тільки з географії, а й по геології, ботаніки, зоології, етнографії; значно виріс запас знань з металургії і мінералогії, пов'язаний з розвитком гірничої справи (праці німецького вченого Г. Агріколи, італійського вченого В. Бірінгуччо), і т. д.
2. Становлення експериментальної науки і динаміка розвитку техніки
Перші успіхи у розвитку природних наук, філософська думка підготували становлення експериментальної науки і матеріалізму 17-18 ст. Перехід від ренесансної науки і філософії (з її тлумаченням природи як многокачественность, живий і навіть одушевленої) до нового етапу в їх розвитку - до експериментально-математичного природознавства і механістичного матеріалізму - відбувся у науковій діяльності англійського філософа Ф. Бекона, італійського вченого Г. Галілея .
Таким чином, до XVIII століття були створені передумови якісно нової епохи в розвитку техніки, втім, як і всього людства. При виробництві предметів матеріальної культури люди перейшли від складних знарядь праці і машин, що приводяться в рух природними силами природи (водою, вітром, ручний тягою і т.д.), до знаряддям праці, що діють за допомогою двигуна. Однак і тут не обійшлося без перехідних форм. Наприклад, перша винайдена виробнича машина (прядильних верстат Джона Уайєта в 1735 р.) приводилася в рух за допомогою запряженого осла [2].
Отже, до XVIII століття виникла проблема створення технологічних машин, в першу чергу для текстильного виробництва. Перехід до машинної техніки вимагав створення двигунів, що не залежать від місцевих джерел енергії (води, вітру).
Першим двигуном, що використовують теплову енергію палива, була поршнева пароатмосферная машина переривчастої дії, що з'явилася в кінці XVII - початку XVIII ст.: Проекти французького фізика Д. Папена та англійської механіка Т. Севери, вдосконалені надалі Т. Ньюкоменом в Англії і М. Трівальдом у Швеції. У 1760 р. господар прядильної мануфактури в Серпейске Калузької губернії Родіон Глинков побудував 30-веретену машину для прядіння льону з приводом від водяного колеса і мотальні машину, що замінила 10 осіб.
Проект універсального парового двигуна був запропонований у 1763 р. механіком Коливано-Воскресенських заводів Іваном Івановичем Ползуновим, який здвоїла у своїй машині циліндри, отримавши двигун безперервної дії.
Цілком розвинену форму універсальний тепловий двигун отримав у 1784 р. в паровій машині англійського винахідника Джеймса Уатта. У 1785 р. парова машина вперше була поставлена ​​для приводу текстильного підприємства, а до кінця століття в Англії та Ірландії працювало вже більше трьохсот машин. У Росії в 1798-1799 рр.. парові машини були встановлені на Олександрівській мануфактурі в Петербурзі і на Гумешевском заводі на Уралі.
У другій половині XIX ст. в процесі подальшого вдосконалення енергетичної бази виробництва були створені два нових типи теплового двигуна: парова турбіна і двигун внутрішнього згоряння. Паралельно з розвитком теплових двигунів удосконалювалася конструкція першого гідравлічних двигунів, особливо гідротурбін: проекти французького інженера Б. Фурнерона, американського А. Пелтонен, австрійського В. Карплана. Створення потужних гідротурбін дозволило будувати гідроенергетичні агрегати великої потужності (до 600 МВт) і створювати великі ГЕС в місцевостях, де є великі річки, водоспади.
Найважливіші зрушення в розвитку енергетичної бази промислового виробництва були пов'язані з винаходом двигунів електричних. У 1831 р. англійський фізик М. Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції, а в 1834 російський учений Якобі створив перший електричний двигун постійного струму, придатний для практичних цілей. У 1888-1889 рр.. інженер М.О. Доліво-Добровольський створив трифазну короткозамкнутую асинхронну електричну машину.
У першому підручнику з механіки були враховані тільки 134 різних механізму, хоча їх число на початок XIX ст. було близько 200, з яких майже половина було винайдено у XVIII ст.
І.І. Артоболевський у своєму знаменитому довіднику «Механізми в сучасній техніці», що отримав світове поширення, врахував на кінець третьої чверті XX ст. 4746 механізмів.
Таким чином, підкреслює О.М. Боголюбов, за 170 років (з 1800 по 1970 рр..) Кількість механізмів зросла майже у 24 рази, в той час як з XVII по XIX ст. воно всього лише подвоїлася.
У першій половині XX ст. були створені нові типи практично придатних двигунів - газова турбіна, реактивний двигун, ядерна силова установка.
До сьогоднішнього дня техніка стрімко розвивається. Дуже швидко після створення першого двигуна людство вступило у фазу інтенсивного розвитку автоматичної виробництва, подальшого проникнення в закономірності побудови і взаємодії органічної та неорганічної матерії, освоєння навколоземного простору, створення штучного інтелекту.
Нижче наводяться дві таблиці [2], які в деякій мірі відображають динаміку розвитку науково-технічних досягнень.
Є, однак, і сумні факти в історії розвитку техніки. До них відносяться втрати деяких чудових знань або творів рук людських. Це відбувалося коли людина або спільнота людей знищували інформацію і твори або навмисно, або з цілями руйнування і наживи. До найбільш відомих прикладів втрати знання є секрети:
Ø Особливої ​​способу виготовлення булатної сталі, що відрізняється своєрідною структурою і виглядом («візерунком») поверхні, високою твердістю і пружністю [1, ст. «Булат» (від перс. Пуладу - сталь)]. Узорчастість, пов'язана з особливостями виплавки і кристалізації. З найдавніших часів (згадується Аристотелем) йде на виготовлення холодної зброї виняткової стійкості та гостроти - клинків, мечів, шабель, кинджалів і ін Литий булат, отриманий у 40-х роках XIX ст. на Златоустовськом заводі П. П. Аносова поступається кращим старовинним східним зразкам.
Ø Приготування дуже міцних і стійких до дії кислот чорного і червоного лаків, які служили головними квітами в античній вазопису.
Крім того, втрачені книжкова скарбниця згорілої Олександрійської бібліотеки; велика частина «семи чудес світу» і т. д.
Є приклади й іншого характеру, що відображають вплив окремих особистостей на рівень розвитку суспільства. До них відноситься вищенаведений факт, що одна з найбільших цивілізацій старовини - цивілізація майя не мала людини, який винайшов б колесо.

3. Причини, які спонукають розвиток техніки
Завершуючи коротку історію розвитку техніки з найдавніших часів необхідно сказати про основні причини рушійних цей розвиток. Адже без суспільного замовлення частина досягнень людської думки або не була затребуваною, або так і залишилася на папері. Ось, що з цього приводу пише відомий механік, математик, історик механіки Н.Д. Моісеєв [3]: «Дійсно, міркував Моїсеєв, у розвитку математики, механіки, хімії існують обчислення, вимірювання, експериментальні дані, логічні міркування, в механіко-математичних науках - аксіоми, теореми, їх докази, тобто сукупність матеріалу, що не залежить від світогляду дослідника природи і від соціальних запитів суспільства. У той же час в кожній епосі при виборі того чи іншого складу аксіом, того чи іншого способу трактування результатів дослідів, того чи іншого контексту теорії вчений змушений (іноді підсвідомо) керуватися тією чи іншою методологією, яка пов'язана з певною системою філософських знань. Виникнення того чи іншого вчення, як правило, відповідає насущним запитам виробництва, економічного життя суспільства. Наприклад, чому саме в XVII столітті видатні вчені звернулися до вишукування точного хронометра або годин. Галілей, Гюйгенс, Гук та інші пропонують фрагменти або остаточні проекти маятникових годин і хронометрів з пружинним балансиром. Навряд чи їх спонукало до цього точне виконання режиму дня - сніданку, обіду і вечері або інші подібні турботи. Проблема астрономічної орієнтації корабля у відкритому океані, пов'язана з низкою Великих географічних відкриттів, - ось, що надихало математиків і механіків на епохальні винаходи. До цих проектів ними розроблялася новітня інфінітезимального теорія малих коливань математичного і фізичного маятника або пружинного балансира. У свою чергу, на великі кругосвітні подорожі безстрашних моряків спрямовується не стільки допитливість, скільки жага наживи тих торгово-промислових діячів, які фінансували ці недешеві експедиції. З фактом первісного накопичення капіталу (найкоротший спосіб пограбування колоній) в XVI - XVII століттях погодиться будь-якій ... Таким чином, реальний фактор і насущні запити суспільного розвитку викликали подальші розумові (технічні, теоретичні та філософські) міркування, осмислюють історичні події ».
Тут порушено питання внутрішніх взаємовідносин суспільства. Людина окремо, також як і людська спільнота є найскладнішими системами і для їх розвитку в повній мірі справедливі основні закони діалектики.
Все людство думках можна уявити у вигляді планети, на якій кожен займає своє положення відповідно до його життєвими цінностями. При цьому хтось буде на полюсах, хто-то в різних місцях екватора, а хто-то між ними. Для одного полюса характерні тільки духовні цінності: гармонія людини з самим собою, суспільством, природою; пізнання світу заради істини і оволодіння новими таємницями природи на благо людства. Для іншого полюса характерні тільки матеріальні цінності: задоволення всіх бажань (філософія Ніцше), досягнення в області комфорту і насолоди, все інше цікавить тільки остільки, оскільки воно сприяє набуттю попереднього перерахованого.
Однак, незважаючи на повну протилежність полюсів, все в сукупності являє собою цілісну життєздатну систему. Адже крім боротьби між цими полюсами за свої погляди на цей світ існує ще і їхню єдність. Воно виражається в залежності один від одного. У частині техніки одні здатні осягнути таємниці природи і максимум створити лише досвідчені зразки винаходів, але не можуть повноцінно впровадити їх у життя; інші відрізняються більшою активністю і в боротьбі за матеріальні блага (а іноді за виживання), маючи певну владу, в силу свого менталітету , можуть стимулювати діяльність перших, проте самі, як правило, не здатні до створення нового через розрізненість знань, пов'язаної відсутністю системного погляду. Така людина, навіть будучи від природи талановитим, досконало може освоїти будь-які розділи людського знання, однак, не здатний сприймати це знання в сукупності, як систему, що не дозволяє йому прогнозувати подальший розвиток цікавлять його процесів (і в тому числі передбачення негативних для нього ж наслідки).
У результаті такої взаємодії розвиток техніки і взагалі матеріальної культури йде не просто швидко, а іноді з прискоренням. Тобто стимулюється розвиток в основному матеріальної культури.
4. Зіставлення духовної і матеріальної культур
Зробимо невеликий відступ, оскільки цікавим є факт, що в історії розвитку людства були цивілізації (наприклад, майя і ацтеки), що на збитки матеріальній культурі розвивали культуру духовну і, звичайно, не могли протистояти агресії добре озброєних європейців. Описуючи в [9] ірокезькі рід Ф. Енгельс пише: «І що за чудесна організація цей родовий устрій у всій його наївності і простоті! Без солдатів, жандармів і поліцейських, без дворян, королів, намісників, префектів або суддів, без в'язниць, без судових процесів - все йде своїм встановленим порядком. Всякі суперечки та чвари вирішуються спільно тими, кого вони стосуються, - родом чи племенем, або окремими пологами між собою ... і в більшості випадків віковий звичай вже все врегулював. Бідних і нужденних не може бути - комуністичне господарство і рід знають свої обов'язки по відношенню до старим, хворим і покаліченим на війні. Всі рівні і вільні, в тому числі й жінки. Рабів ще не існує, немає, як правило, ще й поневолення чужих племен. Коли ірокези близько 1651 року перемогли плем'я Ері і «Нейтральну націю», вони запропонували їм вступити повноправними членами в свій союз, тільки після того, як переможені відхилили це, вони були вигнані зі своєї території. А яких чоловіків і жінок породжує таке суспільство, показують захоплені відгуки всіх білих, що стикалися з незіпсованими індіанцями, про почуття власної гідності, прямодушності, силу характеру та хоробрості цих варварів.
Приклади цього хоробрості ми бачили зовсім недавно в Африці. Кафр-зулуси кілька років тому, як і нубійці, кілька місяців тому - племена, у яких родові установи ще не зникли, - зробили те, на що не здатне ні одне європейське військо. Озброєні тільки списами і дротиками, не маючи вогнепальної зброї, вони під градом куль заряжающихся з казенної частини рушниць англійської піхоти - за загальним визнанням першою у світі за бойовим діям в зімкнутому строю - просувалися вперед на дистанцію штикового бою, не раз розбудовували лав цієї піхоти і навіть перекидали її, незважаючи на надзвичайне нерівність в озброєнні, незважаючи на те що вони не відбувають ніякої військової повинності і не мають поняття про стройової служби. Про те, що в стані вони витримати і виконати, свідчать нарікання англійців з приводу того, що кафр на добу проходить більше ніж кінь, і швидше її. У нього дрібний мускул, міцний, як сталь, виділяється немов плетений ремінь, - каже один англійський художник ».

5. Теорія - основа технічного розвитку

«... Важливий крок у вивченні природи - це завжди
тільки наближення до істини. Все, що ми дізнаємося -
це якесь наближення ... Всі вивчається лише для
того, щоб знову стати незрозумілим або, в кращому
випадку, вимагати виправлення ... »

Р. Фейнман

Навіть короткий огляд історії розвитку техніки показує разючий факт лавиноподібного розвитку сучасних науки і техніки у масштабах історії всього людства.
Якщо на перехід людини від кам'яних знарядь праці до металу зайняв близько 2-х мільйонів років; удосконалення колеса від суцільного дерев'яного до колеса, що має маточину, спиці і обід зайняло близько трьох тисяч років, то за останні «якихось» 150 років транспорт змінився від коней і дерев'яних кораблів до сучасного стану, про що, до речі, красномовно співав Леонід Утьосов у пісні «Тільки гляне над Москвою ранок весняне ...».
Причинами цього явища є цілий комплекс факторів, основні з яких наступні:
1) до середини XX століття склалися теоретичні моделі, які адекватно описують основні відомі людині процеси, що відбуваються в природі;
2) нерозривно з розвитком теорії розвивався інструментарій дослідження природних процесів і до середини XX століття досяг найвищого рівня;
3) число співтовариств (науково-виробничі об'єднання), озброєних теорією та інструментарієм і виробляють нові знання і техніку в умовах протиборства різних політичних систем надзвичайно зросла.
Два останніх фактори є похідними від першого, так як тільки знання є початком, відправною точкою для створення нового.
Представляє інтерес історія розвитку "адекватного" уявного погляду на матеріальний світ, яким є історія розвитку та створення теоретичних моделей основних природних процесів: взаємодії тіл різної природи (твердих, рідких і газоподібних тіл, плазми), а також структури і внутрішніх взаємодій речовини. Ця тема не є предметом даної роботи, однак деякі положення необхідно розглянути.
Зокрема, відомі претензії сучасних «прочністов» до Мікеланджело, який, спостерігаючи за процесом відколювання частин своїх скульптур, зробив припущення про те, що поздовжні напруги в перетині балки розподіляються так, як показано на малюнку 1, у той час як реально вони розподіляються так , як показано на малюнку 2. Тим самим він істотно затримав розвиток дисципліни «Опір матеріалів».


Малюнок 1. Малюнок 2.
Історія розвитку теоретичного опису матеріального світу і процесів, що відбуваються в ньому, нерозривно пов'язана з історією розвитку техніки і не тільки цікава, але складна і драматична.
Спираючись на знання, отримане в теорії, людина здатна створювати те, що не існує в готівково даної природної та соціальної дійсності, але можливо з точки зору відкритих теорією об'єктивних законів [1].
Взагалі процес руху до істини, до пізнання людиною світу, свого місця в ньому і самого себе, напевно, буде тривати доки людина існує. Не випадково давньогрецький філософ Сократ говорив: "Я знаю тільки те, що я нічого не знаю". Тим не менш, факт вдосконалення уявної моделі як світу, так і його частин, незаперечний, тобто світ пізнати і навіть може перетворюватися людиною відповідно до його волі і можливостями, матеріальною і духовною культурою. Аспект духовної культури виявився непередбачувано важливим, так як планеті та її біосфері реально загрожують антропогенні (викликані людською діяльністю) катастрофи.
Отже, перша теоретична модель світу, створена людиною созерцающим, пояснювала всі «божественним» походженням. Однак у міру того як набувався досвід виживання і вдосконалювалися уявні конструкції, щось вдавалося пояснювати, поки на самому низькому рівні. Наприклад, після створення досвідченим шляхом оперення стріл можна було сказати: «Стріла краще вражає в ціль, тому що на іншому кінці неї є оперення, а наконечник важче і гостріше».
В античну епоху філософи висловили думку про те, що світ весь цілком пізнати не можна, але можна по частинах. У результаті інші філософи розділили світ на різні галузі дослідження і назвали ці області науками. Це був найважливіший крок на шляху пошуку істини, адекватного погляду на світ. Складалося незліченна безліч теорій, достоїнства яких наповнювали науки життєвою силою. Однак перш ніж відбулася поява першої досить суворої у сучасному розумінні теорії, що виконується в заданих межах і не залежить від політичних систем тощо, пройшло більше двох тисяч років. Логічно мислячі люди вправлялися і перебирали величезна кількість варіантів побудови умоглядних конструкцій, про що красномовно говорить відоме іронічне висловлювання Декарта: «Не можна уявити собі нічого настільки абсурдного або неправдоподібного, щоб не бути доведеним тим чи іншим філософом». Однак до суворої у сучасному розумінні теорії ці слова, звичайно, не мають відношення.
Але в першу чергу, чим свідомо чи несвідомо зайнялися люди це створення «Теорії теорій», тобто пізнати світ взагалі, правилами і методами як треба пізнавати, досліджувати об'єкт; логічні конструкції; розробка формального (тобто незалежного від чого б то не було) мови математики, яким можна описувати все. Більшість з цих питань розглядає «Теорія пізнання».
Теорія пізнання (Гносеологія, епістемологія) - розділ філософії, в якому вивчаються проблеми природи пізнання і його можливостей, відношення знання до реальності, досліджуються загальні передумови пізнання, виявляються умови його достовірності та істинності. На відміну від психології, фізіології вищої нервової діяльності та інших наук, теорія пізнання як філософська дисципліна аналізує не індивідуальні, що функціонують в психіці механізми, що дозволяють тому чи іншому суб'єкту дійти певного пізнавального результату, а загальні підстави, що дають можливість розглядати цей результат як знання, виражає реальне, справжній стан речей ... Ставилося завдання відшукання абсолютно достовірного знання, яке було б вихідним пунктом і разом з тим граничним підставою всієї іншої сукупності знань за ступенем їх цінності ... Теорія пізнання визначається тим, що її розвиток здійснюється на основі ... тези про єдність діалектики , логіки і теорії пізнання [1].
Першим і головним учителем людини в теорії пізнання була і залишається сама природа, тому що при спостереженні за нею допитливий розум виявляє закономірності, які потім формалізує до законів, математичні залежності та реалізує в штучні твори (художні, математичні, технічні і т.д.) .
Наведемо кілька прикладів виявлення істини.
«... Чудово, що коливання і хвилі незалежно від їх природи описуються кількісно одними і тими ж рівняннями! ...
Про симетрії. Ми вже знаємо, що в явищі електромагнітної індукції Максвелл угледів породження вихрового електричного поля змінним магнітним полем. Наступний і вже останній крок у відкритті основних властивостей електромагнітного поля був їм зроблений без будь-якої опори на експеримент. Точно не відомо, якими міркуваннями керувався при цьому Максвелл. Це могли бути ті ж міркування, які змусили будівельників Анічкова мосту в Санкт-Петербурзі поставити фігури приборкує коней по обидві боки дороги; ті ж міркування, які не дозволяють вам перевантажувати одну половину кімнати за рахунок іншої. Це не що інше, як міркування симетрії, але тільки симетрії не у вузькому геометричному сенсі, а що розуміється більш широко.
Властивості симетрії глибоко закладені в природі, і, мабуть, саме тому симетрія сприймається нами як необхідна гармонія навколишнього світу. У електромагнітних явищах, звичайно, мова йде не про ту зовнішню красу і витонченість, яка може бути властива того, що ми спостерігаємо безпосередньо за допомогою органів почуттів. Тут мова може йти про ту внутрішньої стрункості, гармонійності і єдності, яку відкриває природа перед людиною, яка прагне осягнути її початкові закони. Відчуваючи цю гармонію у природі людина, природно, прагне побачити її й там, де факти поки що не демонструють її з повною наочністю ... »[4].
Одним з дивних відбитків симетрії в природі є ізоморфізм (подоба будови та математичного опису) зоряних і планетних систем до структури атома. Це явище було виявлено і показано в роботах Ф.А. Гарєєва [5], і Б.І. Рабіновича [6], коли він досліджував динаміку планетної речовини для пояснення складної структури кілець планети Сатурн.
Яскравим прикладом пошуку закономірності (необхідної для створення напівемпіричної теорії обтікання рідиною і газом гострих твердих тіл) на основі логічного зіставлення різних процесів (це також один із проявів симетрії в природі) продемонстрував В.А. Бужинський [7].
«... З зробленого огляду випливає, що застосування існуючих теоретичних методів для визначення опору навіть простих пластин і панелей, які роблять коливання в рідині, і тим більше для дослідження коливань рідини в баках з перегородками демпфуючими пов'язане з практично нездоланними труднощами. Всі спроби отримати асимптотичний розв'язок рівнянь Нав'є-Стокса шляхом розкладання в ряд по числах Рейнольдса і Келегана-Карпентера закінчилися безрезультатно ... Загальне теоретичне вирішення проблеми скоєно іншим шляхом було отримано після знайомства з невеликою книгою Работнова по лінійній механіці руйнування ... Тріщина в пружному тілі і пластина в ідеальної нестисливої ​​рідини мають не тільки очевидне зовнішнє схожість ... З математичної точки зору вирішення цих завдань мають однакові особливості в околиці гострих крайок областей. Виникла ідея перенесення методів теорії механіки деформівного твердого тіла в область гідродинаміки при розгляді коливань пластин у нестисливої ​​маловязкой рідини. Ця ідея виявилася плідною ... »
У передмові до підручника [8] автори виклали свої погляди, за якими можна оцінити ступінь розуміння предмета людиною-дослідником: «Ступінь глибини фізичного розуміння характеризується умінням застосовувати для аналізу різних явищ найбільш загальні, фундаментальні закони. При аналізі конкретних прикладів і завдань у різних розділах книги показується, як, наприклад, застосування закону збереження енергії дозволяє вирішити завдання простіше, поглянути на неї з більш загальних позицій і, що особливо важливо, часто дає можливість, знайти відповідь на деякі питання, що стосуються тих явищ, для яких нам не відомі описують їх конкретні закони. Для глибокого розуміння фізики необхідно чітке усвідомлення ступеня спільності різних фізичних законів, меж їх застосовності, їх місця в загальній фізичній картині світу.
Книга не переобтяжена формулами. Там, де це можливо і не йде на шкоду строгості викладу, автори прагнули максимально використовувати якісні міркування. На думку одного з найвидатніших фізиків Е. Фермі, «... фізична сутність дійсно розуміється питання може бути пояснена без допомоги складних формул». У вмінні пояснити суть питання «на пальцях» і полягає справжнє розуміння рівнянь, що виражають фізичні закони ».
Незважаючи на те, що наведені сучасні приклади проникнення в таємниці природи загальний підхід, мабуть, був завжди один і той же.
На сьогоднішній день, перш ніж деяку логічну систему умовиводів наукове співтовариство визнає, як строгу теорію, вона повинна пройти комплексну перевірку, як з точки зору повномасштабного експериментального підтвердження, так і з точки зору відсутності логічної суперечливості та узгодженості з наявними загальновизнаним науково-технічним матеріалом.
5 .1. Гіпотеза - попередник теорії
Попередником суворої теорії є гіпотеза. Необхідність в гіпотезі виникає, як правило, в проблемній ситуації, коли виявляються факти, що виходять за межі можливостей пояснення існуючою теорією.
Гіпотеза (грец. hypothesis - підстава, припущення, від hypó - під, внизу і thésis - положення те, що лежить в основі, - причина або суть), наукове припущення або припущення, справжнє значення якого не визначено.
І сама гіпотеза не виникає відразу, а проходить певні стадії формування. Спочатку це дуже попереднє припущення, здогад, що випливає з спостереження нових явищ, але це ще не гіпотеза у власному розумінні слова.
Здогад може носити хиткий, нестійкий характер, піддаватися модифікаціям, перебір різних варіантів припущень.
У результаті формується сама гіпотеза як найбільш ймовірне припущення. Потім здійснюється перевірка зроблених допущень шляхом спостереження, експерименту, що або підтверджує гіпотезу, піднімаючи її на п'єдестал теорії або спростовує її цілком або частково. Гіпотеза може не тільки підтверджується або спростовується, але і уточнюватися або виправлятися.
У частині верифікації (підтвердження) гіпотези виключно важливим методом наукового дослідження в наші дні стає метод моделювання, який передбачає вивчення об'єкта з його моделі.
Особливість моделювання полягає в тому, що воно здійснюється і на емпіричному і на теоретичному рівні пізнання і при переході одного рівня до іншого. Моделювання має своїм об'єктивною підставою принцип відображення, подібності, аналогію і відносну самостійність форми.
Моделлю називається деяка матеріальна чи уявна система, яка схожа з об'єктом дослідження і здатна замінювати його в пізнавальному процесі.
Коли модель має з оригіналом однакову фізичну природу, то ми маємо справу з фізичним моделюванням (фізична модель - подібність фізичних властивостей).
Коли явище описується системою рівнянь, то таке моделювання називається математичним. Знаково-логічним моделювання називається, якщо деякі сторони модельованого об'єкта ми представляємо у вигляді формальної системи за допомогою знаків, яка потім вивчається з метою перенесення отриманих відомостей на сам модельований об'єкт.
Обгрунтування і доказ гіпотези, перш ніж вона переходить ранг теорії, здійснюються шляхом аналізу накопиченого знання, зіставлення його з уже відомими емпіричними фактами, з встановленими новими фактами і з тими фактами, які прогнозуються і можуть бути встановлені в майбутньому.
Крім того, гіпотеза часто має допоміжне, але винятково велике евристичне значення; вона допомагає робити відкриття. Як правило, побудова гіпотез - найбільш важка частина роботи теоретичної думки.
До цих пір не знайдено жодного методу, який зробив би можливим висунення гіпотез за певними правилами - це породження інтуїції вченого, його уяви, а іноді фантазії. Тут доречно згадати іронічне, але не позбавлене «раціонального зерна», висловлювання Нільса Бора: «Теорія повинна бути досить божевільної, щоб бути правильною».
Часто, в тому числі і в літературі можна зустріти вираз типу теорія виявилася неправильною, теорія «лопнула» і т.д.
Однак до суворої теорії в сучасному розумінні такі висловлювання не застосовні, тому що в такій теорії завжди обумовлюються рамки її дії (у припущеннях) і в цих рамках основні положення доводяться і експериментально і логічно.
Тобто теорія, до якої аргументовано застосовано вираз, що вона «лопнула» насправді є або надуманою лжетеорія, або невдалої гіпотезою.
Перша дійсно сувора теорія, що описує рух механічних об'єктів у відомих рамках - «Механіка Ньютона», з'явилася безпрецедентним поштовхом не тільки для технічного прогресу, але і для подальшого вдосконалення теорій в інших галузях знання.
5.2. Теорія - вища форма організації наукового знання
Теорія (грец. theoría, від theoréo - розглядаю, досліджую), в широкому сенсі - комплекс поглядів, уявлень, ідей, спрямованих на тлумачення і пояснення будь-якого явища; в більш вузькому і спеціальному значенні - вища, найрозвиненіша форма організації наукового знання , що дає цілісне уявлення про закономірності і існуючі зв'язки певної області дійсності - об'єкта даної теорії [1].
У сучасній методології науки прийнято виділяти такі основні компоненти теорії: 1) вихідну емпіричну основу, яка включає безліч зафіксованих в даній області знання фактів, досягнутих в ході експериментів і вимагають теоретичного пояснення; 2) вихідну теоретичну основу - безліч первинних припущень, постулатів, аксіом, загальних законів, в сукупності описують ідеалізований об'єкт; 3) логіку теорії - безліч допустимих в рамках теорії правил логічного висновку і докази; 4) сукупність виведених тверджень з їх доказами, складову основний масив теоретичного знання [1].
Повертаючись до того факту (симетрія, подоба), що багато явищ і створення природи, здавалося б, ніяк не порівнянні один з одним (наприклад, орбіти планет і електронів; коливання пружини, хвилі і електромагнітної хвилі і т.д.) мають якусь загальну взаємозв'язок, необхідно відзначити, що багато вчених ставили перед собою мету відшукання універсального закону об'єднує всі явища і предмети.
Зокрема відомо, що А. Ейнштейн в останні роки життя багато працював над створенням єдиної теорії поля [2]. Її сенс головним чином полягає в тому, щоб за допомогою одного-єдиного рівняння описати взаємодію трьох фундаментальних сил: електромагнітних, гравітаційних і ядерних ...

Відчуваючи єдність природи Гете в одному зі своїх творів написав: «Теорія сама по собі ні до чого. Вона корисна лише оскільки дає нам віру в зв'язок явищ ».

Як один з прикладів створення нової техніки в наступному розділі більш детально розглянуто процес появи і вдосконалення космічних ракетних носіїв, і зокрема зупинимося на проблемах стійкості їх руху.
6. Теорія рухів виробів космічної техніки
«Людство не залишиться вічно на Землі,
але в гонитві за світлом і простором спочатку
боязко проникне за межі атмосфери, а потім
завоює всі навколосонячний простір »

К.Е. Ціолковський

6 .1. Коротка історія розвитку космонавтики
Багато істориків науки і техніки вважають, що перші попередники ракети були «вогненні стріли», винайдені в Китаї. Однак не йдеться про те, що їх прообразами з'явилися стріли звичайні. І дійсно, одними з перших «штучних» предметів запущених людиною в повітря були не тільки камені, але потім списи, а надалі стріли. Інша справа, що рушійною силою для них були на перших порах рука людини і пружна тятива лука.
Далі з винаходом у Китаї в IX столітті пороху з'явилася думка про керований вибуху, а точніше горінні (також як у наслідку про керованої ядерної ланцюгової реакції), і з'явилися т.зв. стріли Хо-Цзян - «вогняні стріли».
Російський історик В. Сокольський описує, що вони представляли собою звичайну стрілу, до древка якої прикріплювалася бамбукова або паперова трубка. Трубка наповнювалася порохом або аналогічним складом, який підпалювався за допомогою гнота [2].
Твердопаливні порохові ракети з'явилися в Китаї в 10 ст. н. е.. Протягом сотень років такі ракети застосовувалися спочатку на Сході, а потім у Європі як феєрверочних, сигнальні, бойові.
Німецький історик ракетної техніки Віллі Лей вважав, що початок застосування ракетної техніки в Китаї відноситься до 1232 р . - Часу оборони Пекіна від монголів.
Про перетворення запальних стріл в найпростіші ракети свідчать малюнки, на яких стріли випускають відразу по 15-20 штук з кошиків, офіційно названих істориками багатозарядними пусковими установками.
Відомо про спробу китайця Ван Ху в 1500 р . піднятися у повітря за допомогою ракет. Всі 47 феєрверкових ракет, розміщених під сидінням літального апарату, підпалені одночасно 47 слугами, вибухнули одночасно. Винахідник загинув.
Пристрій феєрверкових ракет дійшло до нас в описах Конрада Хасса, Леонгардта Фронспергера, а Іоганн Шмідлап наводить малюнок багатоступінчастої феєрверкових ракети, що використовувалася не для швидкості і дальності польоту, а для досягнення більшого ефекту. Таким чином, принцип багатоступеневості в ракетній техніці відомий, принаймні, з XVI століття.
На початку XIX століття в результаті масованої ракетної атаки (близько 25000 запальних ракет) згоріла велика частина Копенгагена, застосування запальних ракет вирішило результат бою під Лейпцигом і в Гданську. Максимальна дальність ракет Конгрева до цього часу сягала 2700 м , Заряд містив 3,2 кг вибухової речовини. Його ракетами оснащувалися армії Данії, Франції, Іспанії, Швеції [2].
У 1903 К. Е. Ціолковський в роботі «Дослідження світових просторів реактивними приладами» вперше в світі висунув основні положення теорії рідинних ракетних двигунів і запропонував основні елементи пристрою РД на рідкому паливі.
Німецький вчений Герман Оберт (1894 - 1989) розвинув ці ідеї. Він є творцем теорії космічного польоту, автором першого в світі проекту багатоступінчастої космічної ракети, конструктором першого в Європі успішно працював рідинного ракетного двигуна. Будучи гімназистом, він вивів рівняння руху ракети і розробив першу схему реактивного літального апарата на кілька людей. У 1917 році він представив до Міністерства озброєнь Німеччини проект одноступінчастої ракети дальньої дії, яка не тільки зовнішнім виглядом, але й конструкцією схожа на сучасні балістичні ракети.
У головній частині 25-метрової ракети мав розміщуватися заряд вибухової речовини масою 10 т, в якості палива передбачалося використовувати етиловий спирт і рідкий кисень. До 1923 р ., Закінчивши Клаузенбургскій університет, він одержав диплом професора фізики і математики і розробив повну теорію космічного польоту, запропонував два проекти двоступеневої ракети для досягнення космічних швидкостей і місячної ракети, здатної зробити переліт на інше небесне тіло [2].
За десять років до Оберта проект місячної ракети запропонував французький теоретик космонавтики Робер Енсо-Пельтрі, але думав, що для космічних перельотів повинно використовуватися атомне паливо, тобто відносив початок практичного освоєння космосу в туманні перспективи.
Перший у світі запуск ракети на рідкому паливі (рідкий кисень і газолін) відбувся в 1926 р . Автором проекту був американський вчений, один з піонерів ракетної техніки Р. Годдард (1882-1945).
Перші радянські рідинні ракетні двигуни - ОРЗ, ОРЗ-1, ОРЗ-2 були спроектовані В. П. Глушко і під його керівництвом створені в 1930-31 у Газодинамичній лабораторії (ГДЛ). Вперше електротермічний РД був створений і випробуваний Глушко в ГДЛ в 1929 ÷ 1933 [1].
Перші реактивні ракети «Фау-1» (конструкції В. фон Брауна) були випущені німецьким вермахтом влітку 1944 р . по цілях в Англії, вони несли заряд вибухової речовини зі швидкістю 650 км / год .
Наступна модель, «Фау-2» (14 т), була першою цієї ракетою. Вона летіла зі швидкістю 6000 км / год ; 3 жовтня 1942 р . вперше в історії техніки була подолана швидкість звуку. Восени 1944 р . німці встигли випустити по півдню Англії 1100 ракет «Фау-2», поки військові сили союзницьких держав не захопили пускові установки в Голландії.
Основоположником практичної космонавтики є С. П. Корольов. До 1957 під його керівництвом був створений ракетно-космічний комплекс, що дозволив запустити перший штучний супутник Землі, а потім було здійснено виведення на навколоземні орбіти ряду автоматично керованих космічних апаратів; до 1961 був відпрацьований і запущений космічний корабель «Схід», на якому здійснив перший політ Ю. А. Гагарін.
Початок космічної ери - 4 жовтня 1957, дата запуску в СРСР першого штучного супутника Землі. Друга найважливіша дата космічної ери - 12 квітня 1961 - день першого космічного польоту Ю. А. Гагаріна, початок епохи безпосереднього проникнення людини в космос.