Что появилось раньше наука или техника
Дадим определение понятиям наука и техника
История – комплекс общественных наук, изучающих прошлое человечества во всем его многообразии. Развитие науки и техники происходит в конкретных исторических условиях. Эти условия в каждый определенный период определяются, прежде всего, производительными силами общества. история знает немало примеров того, когда низкий уровень развития общества и производительных сил препятствовал развитию науки и использованию ее достижений.
Цель курса истории науки и техники как междисциплинарной науки заключается в том, чтобы осветить историю формирования, развития и трансформирование научного мировоззрения, движущие силы и механизмы коренных изменений в представлениях об окружающем мире.
Вводная лекция
Техникой называется совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и опыт, накопленные в процессе развития общественного производства. Основное предназначение техники облегчение жизни человека и повышение производительности его труда. К технике относятся не только сложные машины, но и самые простые приспособления. Поэтому можно считать, что техника зародилась на заре человечества и позволила человеку выделиться из животного мира. Естественно, что она появилась намного раньше науки.
Общественные потребности формируются и регулируются, прежде всего, экономическими отношениями и, в свою очередь, формируют конкретные условия для развития техники. Внутренняя логика развития техники обусловлена взаимодействием ее с человеком и природой. В результате применения техники происходит замена человеческой силы силами природы, трудовые усилия человека заменяются механическими. Это позволяет преодолеть противоречия между развитием техники и ограничением человеческих психофизических возможностей. История свидетельствует, что поступательное развитие общества всегда связано с развитием его производительных сил. Основная социальная функция техники заключается в том, что она является составным элементом материально-технической деятельности людей. Техника расширяет масштабы трудовой деятельности и повышает ее эффективность. Техника развивается, опираясь на законы природы и производственный опыт. Создание новой техники невозможно без определенного уровня знаний, отвечающих объективным законам природы и способных руководить практическими действиями человека.
Классификация техники, как правило, производится по ее назначению: транспортная, военная, бытовая и т.д. В свою очередь, эти обширные категории имеют свою квалификацию с высокой степенью разделения.
Наука – особая сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка, теоретическое обоснование и систематизация объективных знаний о действительности. Это одна из форм общественного сознания. Непосредственные цели науки – объяснение и предсказание явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, осуществляемые на основании открываемых ею законов.
Анри Пуанкаре сказал: «Наука строится из фактов, как здание из кирпичей, нагромождение фактов не является наукой, также как куча кирпичей не является зданием».
Система наук делится на естественные, общественные и технические.
Наука зародилась только с появлением классового общества, и то не сразу. Современные исследователи считают, что она появилась в Древней Греции в VI веке до н.э. Причиной появления науки являются потребности общественной практики, хотя она далеко не сразу превратилась в производительную силу общества.
Истоки науки восходят к древним цивилизациям междуречья Тигра и Евфрата, Египта, Индии и Китая. Но первые научные и философские системы возникли в Древней Греции. Первыми науками были философия, математика и физика, а именно раздел механика.
В философии сложились две основные концепции – материализм и идеализм.
В математике получила развитие арифметика, геометрия, были заложены основы стереометрии, зародилась теория музыки. В трудах величайшего ученого античности – Архимеда были заложены основы дифференциального и интегрального исчисления. В астрономии была уже известна гелиоцентрическая система строения мира (Аристарх Самосский), хотя победила система геоцентрическая (система Птолемея). В механике неплохое развитие получили статика и кинематика. Динамика же основывалась на ошибочных представлениях Аристотеля, который, основываясь на бытовых повседневных наблюдениях, считал, что для поддержания равномерного прямолинейного движения тела к нему необходимо постоянно прикладывать силы. Его усилиями также утвердилась геоцентрическая система строения мира.
Что касается техники античности, то она находилась в достаточно примитивном состоянии. Это объясняется тем, что рабовладельческая система не способствовала развитию техники, поскольку в избытке была дешевая рабочая сила. Большее развитие, пожалуй, получила военная техника. Правда, военные корабли были немореходными, так как предназначались для нападения вблизи берегов. Лучше были развиты торговые суда, хотя они и уступали военным в скорости.
В VI – VIII веках арабы под знаменем новой религии – ислама захватили огромные территории в Азии, Африке и Пиренейский полуостров. Только в IX веке франки дали им отпор в битве при Пуатье. Арабские завоевания довершили разгром античной науки. Но, начиная с IX века, в арабских эмиратах начинается возрождение античной науки. Именно арабским ученым мы обязаны не только сохранением, но и приумножением научных достижений античности. Кстати сказать, подавляющее количество сохранившихся сочинений античных ученых дошли до нас в арабских переводах. Именно арабам мы также обязаны распространением в Европе индийской десятичной системы счета и созданию алгебры.
Что касается Европы, то в Средние века, на протяжении 1000 лет там наблюдается упадок науки и культуры. Развитию науки также препятствовало то, что католическая церковь, первоначально враждебно настроенная к Аристотелю, с XIII века признала его величайшим авторитетом по всем вопросам, не касавшихся, правда, догматов религии. Таким образом, была узаконена и геоцентрическая система строения мира, и механика Аристотеля, основанная на неверных предпосылках. Хотя философы считают Аристотеля «основателем истинного естествознания», он отнюдь не считается таковым у физиков и механиков.
Возрождение (ренессанс) античного искусства, культуры и науки началось в Италии в XIV веке. Провозвестниками ренессанса стали поэт Данте Алигьери (1265–1337) и художник Джотто ди Бондоне (1267–1321). Их творчество пронизано верой в человека, его возможности, волю и разум. Деятели возрождения отрицают схоластику и аскетизм. Распространяются философские идеи неоплатонизма и пантеизма. Ренессанс отвечал потребностям зарождающегося класса буржуазии и способствовал разрушению феодальных отношений. В XVI столетии получает распространение гелиоцентрическая система строения мира Коперника. Происходит реформация церкви. Ответом на это становится инквизиция. По всей Европе пылают костры, на которых сжигают не только инакомыслящих, но порой и ни в чем не повинных людей.
На волне ренессанса в конце XVI века зародилась истинно научная динамика. С ее появлением механика превратилась в науку о движении, в которой появились попытки объяснить все явления природы на основе развития логических принципов. Одним из первых, кто усомнился в правильности учения Аристотеля, был Джамбаттиста Бенедетти (1530–1590), который обратил внимание на то, что действие сил выражается не в поддержании, а в изменении движения. Достоверность научных представлений в рамках механической картины мира тесно была связана с развитием экспериментальных методов исследования. Статика, в отличие от динамики, не подтверждалась в такой степени экспериментами. Динамика, отвечая на вопрос о переходе тела или механической системы из начального состояния к последующему под действием заданных сил, могла быть подтверждена соответствующим экспериментом. Это и придало механическому естествознанию ту необратимость развития и ту достоверность, которые отличают науку XVII века от научных представлений предыдущего периода.
Одними из первых экспериментальных исследований в механике были опыты Галилео Галилея (1564–1642), который открыл законы падения тяжелых тел, а также установил законы движения тел по наклонной плоскости. Он полностью доказал несостоятельность динамики Аристотеля и наметил путь к созданию новой динамики – ньютоновской.
Таким образом, Галилей начал научную революцию, которую завершил И. Ньютон. В 1686 г. вышел в свет его замечательный труд «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» («Математические начала натуральной философии»). Ньютон первым из ученых высказал мысль о том, что движение космических и земных объектов происходит по одним и тем же законам. Величайший ученый заложил основы теоретической механики, применив ее к изучению движения небесных тел. В его работе проблемы динамики получили математическую разработку. Величайший английский ученый создал методологию точного естествознания и стал основателем всего современного естествознания.
С этого момента развитие науки приняло необратимый характер, количество научных знаний, как и количество ученых, стало удваиваться каждые 10–15 лет. Появилась классическая механика, высшая математика, новые разделы физики, химия, аналитическая механика, математическая физика и др. науки. Великая французская революция способствовала развитию науки и образования. Не случайно Французская научная школа стала в XIX веке самой передовой в мире.
Что касается развития техники, то оно происходило и в период Средневековья. К XVII веку возникло мануфактурное производство, основанное на применении энергии воды и ветра. Но дальнейшее развитие промышленности тормозилось отсутствием источников энергии. Человечество оказалось в энергетическом тупике. Выходом из него стало применение энергии пара. Первые паровые машины (их часто называют пароатмосферными) появились в конце XVII столетия. А по настоящему универсальный паровой двигатель был создан Дж. Уаттом в 1786 г.
Изобретение паровой машины по своему значению в жизни человечества может сравниться только с освоением огня и созданием компьютера. С внедрением паровых машин связана промышленная революция XVIII века.
Роль науки в развитии техники не всегда была ведущей. Вплоть до конца XVIII века наука почти не влияла на производство и технику. Знания, которых требовало развитие техники, как правило, носили эмпирический характер. Это были знания о конкретных вещах, не противоречащие законам природы.
Однако развивающееся машинное производство потребовало объединения в одном технологическом цикле различных механических и физико-химических процессов, использования новых материалов и видов энергии. Благодаря этому неизмеримо выросла роль науки в создании новой техники. В XIX веке прогресс техники диктуется уже не только потребностями человека, но и развитием мировой науки и практики. Сочетание науки и практики создала новую отрасль промышленности – электротехнику. Ее применение произвело революцию в промышленности, изменило бытовые условия жизни человека, произвело переворот в средствах связи и т.д. В конце XIX века появляются новые типы двигателей – ДВС и паровые турбины. Все вышесказанное позволило создать новые виды транспорта, судов, летающие аппараты тяжелее воздуха.
В конце XIX – начале XX столетий возник кризис в физике. В результате появилась теория относительности, атомная физика и квантовая механика.
В развитии техники в XX веке произошел прорыв. Совершенствование ДВС и паровых турбин, автомобилей и самолетов и т.д. потребовало привлечения научных знаний. В 1940-е гг., в первую очередь для военных целей появляются совершенно новые отрасли промышленности: атомная, ракетостроение, реактивная авиация. Все это уже требует проведения качественно новых видов расчетов. Совершенствующиеся технологические процессы также уже не могут управляться человеком. Одним словом, человечество опять зашло в своем развитии в тупик – на этот раз информационный.
Выходом из этого тупика стало создание цифровых электронных вычислительных машин. Это достижение человечества невозможно переоценить. Оно не только вывело его из информационного тупика, но и перевернуло всю его жизнь. Именно создание компьютеров и развитие на этой основе науки и техники произвело научно-техническую революцию. С нею связано то, что наука стала непосредственной производительной силой общества. В настоящее время создание новой техники невозможно без самых передовых достижений науки. Автоматизация производства на основе ЭВМ ведет к росту возможностей применения новых высокоэффективных технологических процессов.
Таким образом, учитывая все вышесказанное и опираясь на периодизацию общей истории человечества в развитии науки и техники можно выделить следующие периоды:
I. Донаучный – от зарождения человечества до возникновения науки в VI веке до н.э.
II. Античный – от зарождения науки до падения Западной Римской империи (VI век до н.э. – V век)
III. Средневековый V – XIV века.
IV. Ренессанс и научная революция XV – XVII века.
V. Промышленная революция и аналитический период развития науки (XVIII век).
VI. Период сближения науки и промышленности (XIX век).
VII. Физико-технический период – (первая половина XX века).
VIII. Научно-техническая революция (со второй половины XX века по настоящее время).
Что было раньше: наука или техника?
Современный человек живет в мире вещей и устройств, которые, как нам порой кажется, существуют испокон веков. Но когда-то ничего этого не было, и в древние времена приходилось начинать с нуля и все придумывать самим.
Из глубокой древности пришли к нам такие изобретения, как обожженый кирпич, гончарный круг, колесный экипаж. Практическое применение этих изобретений относится примерно к периоду около 3000 лет до н.э., который в истории техники носит название первой промышленной революции. Несколько позже были открыты способы выплавки и обработки металлов, изобретены весельные и парусные суда, применены плуг, весы, отвес, уровень, угломер, циркуль, клещи.
Вглядываясь в «темное» прошлое
Во втором тысячелетии до н.э. были изобретены кузнечные мехи, рычаги, клин, домкрат, блоки, сифон, водяные часы. На заре великой греческой цивилизации уже были развиты первые технологии орошения и водоснабжения земель, производства продуктов питания (обработка зерновых, приготовление муки и хлеба, использование процессов брожения и т.п.), изготовления красок, лаков, производство и применение благовоний и притираний.
Если представить себе, какого уровня знаний, какой высокой организации и изобретательности требовали эти технологии, станет понятно, почему существует мнение, что не техника возникла как применение науки, а, наоборот, наука развивалась на базе широкого технического опыта, накопленного человечеством в течение тысячелетий. И лишь значительно позднее у древних греков наука начинает приносить некоторую пользу технике, при этом обогащаясь за ее счет.
Доказательством этому утверждению служит труд одного из самых древних популяризаторов науки и техники — древнегреческого ученого Герона. Слава о нем дошла до нас благодаря его сохранившемуся обширному литературному наследию. Известно, что Герон преподавал в Александрии, но неизвестно, в какое время. Судя по именам авторов, которых он цитирует и которые цитируют его, предполагают, что он жил между 150 годом до н.э. и 250 годом н.э.
Всеобщую известность, особенно среди ученых эпохи Возрождения, получил двухтомный труд Герона о пневматике, в котором свойство сжимаемости воздуха применяется в различных приспособлениях, в значительной части уже описанных его предшественником, ученым Филоном, написавшем приблизительно в 250 году до н.э. «Механику», которая тоже дошла до нас.
Трактат Филона «Механика» начинается с описания боевых машин, данного с такой точностью, что в XХ веке их удалось воссоздать и они вызвали восхищение потомков своим совершенством. Далее Филон детально обсуждает теорию рычага, а затем переходит к описанию автоматов и автоматического театра. В книге, посвященной пневматике, описано множество занимательных игрушек, предназначенных для развлечения гостей во время празднеств: кривые зеркала, сосуды, извергающие различные жидкости, фонтаны с пьющими животными и поющими птицами, подвес, называемый сейчас «кардановым», автоматическое приспособление для подачи святой воды ко входу в храм и другие устройства. Во многих из этих механизмов умело использовалось атмосферное давление и давление водяного пара, а также принцип сифона.
Кроме того, Филон описал многочисленные физические опыты, проведенные с большим мастерством, хотя их истолкование в большинстве своем сильно отличалось от современного. Например, чтобы доказать, что воздух является телом, Филон брал «сосуд, который считается пустым, такой формы, что он широк в середине и узок в горлышке, типа египетской амфоры», делал в дне его маленькое отверстие, закрывал его воском и опускал сосуд в воду горлышком вниз, после чего удалял воск из отверстия. «При этом выход воздуха из отверстия непосредственно ощущается, — пишет автор, — если затем уровень воды сделать выше проделанного отверстия, то мы увидим пузырьки воздуха в воде, пока вследствие выхода воздуха через отверстие сосуд не наполнится. Это доказывает, что воздух является телом».
Далее Филон описал первый термоскоп, о котором знает история. Он состоял из двух связанных трубкой сфер: одна из них пустая, а другая частично наполнена водой. Если пустой шар помещали на солнце, то в другом шаре начинали булькать пузырьки воздуха в воде, потому что, как утверждал Филон, когда шар разогревается, «часть воздуха, заключенного в трубке, выходит наружу». Если затем шар помещали в тень, то вода поднималась по трубке и попадала в другой, пустой шар. «Если после этого опять разогреть шар под огнем, — заключал Филон, — явление повторится; то же самое получится, если шар облить горячей водой. И наоборот, если охладить шар, то вода выльется наружу» (т.е. вода из первого шара перейдет во второй). Таким образом Филон с помощью опыта пришел к пониманию теплового расширения воздуха, которое затем древние греки использовали в конструкциях… игрушек.
Героном были внесены технические усовершенствования и предложены новые устройства, среди которых знаменитый эолопил, описанный во втором томе его труда, — первая действующая паровая машина, отдаленный предок современных реактивных турбин. Эолопил представлял собой закрепленный по горизонтальному диаметру полый шар, к которому по концам диаметра, перпендикулярного оси закрепленного шара, были припаяны две трубки, загнутые под прямым углом так, что их отверстия смотрели в противоположные стороны. Пар из котла попадал сбоку в шар и выходил из обеих трубок, в результате чего, в силу реакции, шар начинал вращаться в направлении, противоположном направлению выхода пара.
Герон, описывая это устройство, стремился лишь поразить воображение, т.к. это была одна из его многочисленных игрушек, которая служила только для иллюстрации того, как можно, поместив сосуд на огонь, заставить шар вращаться. Еще получило известность устройство, которое обеспечивало автоматическое открывание дверей храма при разжигании огня жертвенника. Значительную часть труда по пневматике Герон посвятил описанию эффектных фокусов, стараясь, видимо, развлечь читателя.
Более научный характер изложения в «Механике» Герона, в которой ученый рассматривает простые (ворот, рычаг, блок, клин, винт, зубчатые передачи) и другие более сложные механизмы. «Механика» Герона — своеобразная энциклопедия античной техники — была написана в популярной форме, и ею могли пользоваться с практической целью механики и ремесленники.
Сегодня мнения о Героне расходятся: одни прославляют его как великого техника, другие низводят до уровня переписчика, который уделял мало внимания опытам и практическому осуществлению его приспособлений. Несомненно, что Герон был популяризатором знаний и навыков. Его же труды свидетельствуют не столько о талантах автора, сколько о техническом уровне, достигнутом греками эллинистического периода. Им были известны простые механизмы, зубчатые передачи, гидростатика, самые разнообразные применения сифонов, сжимаемость воздуха, движущая сила пара. Можно сказать, что древние греки уже владели и техническими знаниями, и научным пониманием, достаточным для того, чтобы создать индустриальные машины. А что они вместо этого делали? Придумывали механические фокусы и конструировали игрушки для развлечений во время празднеств, изобретали приспособления, создающие «магические» эффекты при религиозных службах.
Древние артефакты
Сегодня, когда рассказывают о Греции, первым делом говорят о памятниках архитектуры и искусства, дошедших до нас. Да, для нашего современника Древняя Греция — это, прежде всего, Афинский Акрополь с Парфеноном, и каждый турист первым делом стремится взобраться на священный холм и сфотографироваться на фоне величественных руин.
У подножия Акрополя располагается бывшая торговая площадь, Агора, а на ней замечательный музей, в собрании которого хранятся интереснейшие изобретения древних греков. Здесь можно увидеть керамическое «барбекю» и «микроволновку», устройство которых восхищает своей кажущейся простотой, но ведь и эту кухонную утварь сначала надо было придумать. Прообраз современного унитаза — детский керамический горшок — уже более сложен, но он снабжен подробной и настолько великолепной инструкцией по пользованию, что хоть прямо сегодня запускай его в серийное производство и продажу. Глядя на кувшин со специальным горлышком для одновременного разливания жидкости в три сосуда, понимаешь, откуда к нам пришел обычай «сообразить на троих». Заставляет призадуматься устройство для подсчета голосов, которое устанавливали греки на первых в мире избирательных участках. Да и механизм работы клепсидры не так-то просто понять, бросив на нее беглый взгляд.
Клепсидрой греки называли водяные часы, что буквально означает «воровка воды». Время с помощью этих часов определялось по скорости вытекания воды из одного сосуда в другой, снабженный метками, уровень воды в котором и показывал время. Для удлинения измеряемого интервала времени иногда делали несколько таких сосудов. Клепсидрами пользовались не только в быту для счета времени, но и для регламентации времени выступления ораторов в общественных собраниях и в суде. В войсках клепсидры применялись при разводе караулов.
В древности клепсидра была весьмa распространенным прибором, хотя ее точность была совсем невысокой. При повышении точности отсчета времени конструкторы клепсидр должны были учесть, что вода из отверстия сосуда вытекает не равномерно, а тем быстрее, чем больше давление, т. е. чем выше уровень ее в сосуде. Ценой некоторого усложнения конструкторы водяных часов добивались того, чтобы они не отставали по мере опорожнения верхнего сосуда. Многие конструкторы водяных часов стремились к тому, чтобы их приборы показывали не только время суток, но и наступление различных астрономических событий или управляли движением разных фигурок. Это заставляло изобретателей клепсидр создавать хитроумнейшие и громоздкие сооружения. История сохранила для нас рассказы о многих замечательных клепсидрах. Известно, что философ Платон изобрел водяной будильник, созывавший учеников его Академии на занятия.
Во многих отношениях клепсидры достигли совершенства. В отличие от солнечных часов, они показывали время и ночью, в отличие от песочных — показывали его непрерывно. Однако клепсидры отсчитывали время с погрешностью около 10–20 минут в сутки, и даже лучшие ученые древности не могли придумать, как существенно повысить их точность, но упрекать их в этом мы не имеем никакого права: они были первыми, а мы идем по проторенной ими дороге.