Развитие техники в древности

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Кафедра философии

Реферат по истории науки

развитие техники

от простейших орудий труда

До КоСМОНАВТИКИ

Выполнил:

Аспирант

Мордыга Юрий Олегович

Специальность 05.07.02

Руководители:

Доктор технических наук, доцент

Савостьянов Алексей Михайлович

Доктор философских наук, профессор

Крянев Юрий Витальевич

Москва 2007

содержание

Введение

1. Развитие техники в древности

2. Становление экспериментальной науки и динамика развития техники

3. Причины, побуждающие развитие техники

4. Сопоставление духовной и материальной культур

5. Теория - основа технического развития

5.1. Гипотеза – предшественник теории

5.2. Теория – высшая форма организации научного знания

6.Теория движений изделий космической техники

6.1. Краткая история развития космонавтики

6.2. О развитии теории движений изделий РКТ

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

С целью исследования причин бурного развития техники за последние сто-двести лет в работе кратко излагается история её развития с древнейших времён и приведено краткое описание логики развития техники.

Техника (от греч. téchne — искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества [1]. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе развития общественного производства. Основное назначение техники ранее было – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности, в настоящее время – создание и совершенствование т.н. техносферы, отражающей материально-техническую культуру жизни и научно-производственного процесса. Техника позволяет на основе познания законов природы существенно повысить эффективность трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целесообразной трудовой деятельности; с её помощью рационально (комплексно) используют природные ресурсы, осваивают недра Земли, Мировой океан, воздушное и космические пространства.

Показана важная роль в этом процессе появлений теорий, как таковых. Приведены понятия и основные признаки теорий, гипотез и других логических конструкций, на основе которых развиваются науки и как результат обогащается материальная культура человечества.

Как пример современного развития взята одна из областей науки и техники: рассматривается история ракетной техники и, в частности, создание и развитие математических моделей движения ракет-носителей и космических аппаратов.

Работа завершается выводами в разделе «Заключение».

Развитие техники в древности

«Разум растет у людей в соответствии с мира познаньем...»

Эмпедокл

(древнегреческий философ, врач, политический деятель 5 в. до н.э.)

Начальный период предыстории человечества называется палеолитом (греч. lithos — камень) – древним каменным веком [2]. Но это только так говорится, на самом деле на этот «век» приходится 98% всего времени существования человека (начиная с homo habilis – человек искусный, умелый – появившийся около 2 млн. лет назад). В некоторых уголках Земли этот «век» продолжается до сих пор.

Орудия труда человека той эпохи довольно однообразны: куски камня, слегка обработанные с одной, редко с двух сторон, для придания им режущей или колющей формы. Эти орудия употреблялись для самых различных целей, т.е. они были универсальными.

Человеческая техника развивалась чрезвычайно медленно. Проходит не одно тысячелетие, прежде чем в отделке каменных орудий замечается какой-либо прогресс. В [2] высказана версия о том, что медленный прогресс связан с тяжёлыми условиями жизни и окружающей среды. Однако, это объяснение является сомнительным, учитывая наличие в некоторых областях Южной Америки, Африки и Австралии племен людей, живущих в благоприятных климатических условиях и имеющих развитие близкое каменному веку. Скорее наоборот, дефицит средств для выживания и экстремальные условия жизни стимулируют развитие. Медленное развитие орудий труда в эпохи палеолита объясняется, возможно, развитием человечества в других областях. Например, при объединении людей в сообщества (с целью выживания) возникает необходимость в формировании и совершенствовании общественных взаимоотношений (т.е. духовных и психических установках, необходимых для устойчивости и жизнестойкости коллектива), а также обмена информацией – языка.

За палеолитом следует неолит – новый каменный век – период, когда каменные орудия подвергаются всё более тщательной обработке в зависимости от их назначения этот «век» длился около 10-12 тыс. лет.

Первобытные люди учились у природы, подражали ей, не вникая в причины происходящих механических явлений. Случайно отогнутая ветка дерева, стремительно возвращавшаяся в своё исходное положение (лук, катапульта и т.д.); сваленное бурей катящееся дерево (катки, колесо, инерционная ловушка для зверя); опасность которую таит в себе яма, прикрытая листвой (западня).

Известные ловушки первобытных народов были весьма разнообразны и современным учёным не всегда удаётся понять принципы работы остроумных ловушек, а порой и сомневаться в своих знаниях механики [2]. По конструктивным и механическим принципам эти ловушки разделяют на четыре основные группы: западня; ловушки, основанные на применении силы тяжести; пружинные ловушки; крутильные ловушки.

Иногда они представляют собой довольно сложный механизм. Индейцы монтанье и наскапи на Лабрадоре, например, строят медвежьи западни, которые обрушивают на животное четыре-пять тяжелых древесных стволов, но для немедленного приведения западни в действие достаточно лёгкого прикосновения медвежьего носа, обнюхивающего приманку.

Пожалуй, нет лучшего способа проверить технические возможности первобытного мастера, как воспользоваться его же орудиями труда. Попробовали срубить каменным полированным топором дуб диаметром 20 см. Лезвие совершенно не пострадало. Провели сравнительный анализ рабочих качеств тесанного и полированного топоров (появившегося тысячелетия спустя): последний оказался лучше. Сосну диаметром 17 см тёсанным топором свалили за 7 минут, такое же дерево полированным топором за 5 минут. Учёные лаборатории первобытной техники Ленинградского института археологии АН СССР провели аналогичный эксперимент на берегах Ангары. Сосну диаметром 25 см срубили каменным топором за 75 минут непрерывной работы, а медным за 25 минут. Так выяснили, что медный топор рубит в три раза быстрее твердокаменного.

Появление металлических орудий в бронзовом веке позволило резко увеличить производительность труда. Опыты показали, что медным ножом можно обстругать сук в 10 раз скорее, чем каменным , медным сверлом просверлить берёзовое полено в 22 раза быстрее , преимущество медных пил также явное – в 15-20 раз быстрее!

В позднем мезолите (эпоха каменного века, переходная между палеолитом и неолитом) произошло событие крупнейшего исторического масштаба, которое и разделило палеолит с неолитом. В Передней Азии люди сделали решающий шаг к освоению земледелия и скотоводства. В неолите уже не только на Ближнем Востоке, но и в Египте обработка земли и разведение домашних животных стали основой экономики [2]. Эволюция обществ, перешедших от присваивающего хозяйства к производящему, была стремительной, абсолютно не сравнимой с медленным развитием племён, по-прежнему занимающихся охотой и рыболовством.

Однако мотыга и плуг были созданы не в одночасье. Их предшественником было орудие, названное учёными «бороздовой палкой». Это простая длинная палка с острым сучком на одном конце. Такой палкой можно было не только ковырять землю, добывая для пропитания «дары природы», но и прокладывать борозды, отделяющие гряды одну от другой. Иногда эта палка имела плоский конец. Отсюда ведёт своё происхождение заступ или лопата. Только постепенно на протяжении многих столетий совершенствуется эта палка в мотыгу или кирку – орудия одинаково распространенные и в Африке, и Азии, и в Северной Америке. Ещё в начале XX века на Алтае сохранялось подобное орудие, называемое «обыл», и простейшая лопата – озуп.

Около 7 тыс. лет назад возникают первые цивилизации на берегах Нила, Тигра, Евфрата, несколько позже – на берегах Инда и Желтой реки.

Земля Шумера была расположена примерно в пределах южной части современного Ирака. Это плоская равнина наносного происхождения с чрезвычайно жарким и засушливым климатом. Невозделываемые земли, обдуваемые ветрами, в большинстве своём засушливы и бесплодны. Это была «богом проклятая земля», казалось бы, обречённая на нищету и запустение. Однако люди, населявшие эту страну и называвшиеся с III тыс. до н.э. шумерами, были наделены способностью к созиданию и практическим складом ума.

«Они сделали замечательные технические изобретения и умели настойчиво упорно трудиться, добиваясь удовлетворения всех своих нужд», – пишет американский профессор Сэмюэль Н. Крамер, родившийся в России, в книге «История начинается в Шумере». Несмотря на неблагоприятные природные условия, они превратили Шумер в истинный «сад Эдема». При помощи ирригационных каналов они направляли во время разлива рек Евфрата и Тигра их богатые илом воды на поля и сады, орошая и удобряя землю. За неимением камня шумеры научились изготавливать из обожённой речной глины, запасы которой были неисчерпаемы, серпы, горшки, тарелки и кувшины. Восполняя недостаток дерева, они начали сооружать хижины и загоны для скота из высушенного болотного тростника, связывая его в вязанки или сплетая из него циновки, которые затем скрепляли глиной.

Они изобрели парусную лодку, научились возводить арки, сводчатые постройки и купола, изготавливать литьё из бронзы, освоили пайку металлов, резьбу по камню, гравировку и инкрустацию.

Уровень материальной культуры и технических знаний древних шумеров, явившейся основой для Вавилоно-Ассирийской культуры, исследователи, естественно, определяют на основании многочисленных предметов и орудий, найденных при археологических раскопках. Однако, благодаря возникновению подлинной письменности – клинописи, немало сведений почерпнуто из шумерской художественной литературы, которая состоит из мифов, эпических поэм, гимнов, надгробных плачей, летописей и поучений.

Там же в Месопотамии с середины IV тыс. до н.э. известно колесо – величайшее изобретение в истории человечества [2]. Прародителем колеса был каток, который также имеет свою историю создания. Его прообразом, вероятно, было упавшее и покатившееся с горы дерево. Дерево превращали в каток, подкладывая под тяжёлые стволы других деревьев, лодки или камни, когда их перетаскивали. Найденный при раскопках в Месопотамии усовершенствованный каток выглядит следующим образом. Путём простого обжига его средняя часть сделана тоньше для уменьшения трения. Такой каток получил название «скат». Средняя часть могла быть вытесана каменным топором. Археологи установили, что скат был известен людям V-VI тыс. лет тому назад.

Первоначально колесо представляло собой диск, насаженный на ось. Первые, изготовленные отдельно колеса были сплошные и тяжёлые – «отрезанные» от ствола дерева. Во II тыс. до н.э. конструкция его совершенствуется: появляется колесо со спицами, ступицей и гнутым ободом.

Самым древним считают колесо, найденное при раскопках в Малой Азии. Его относят приблизительно к 2700 г. до н.э. Над совершенствованием колеса люди трудились тысячелетиями. На преобразование ската в колесо (расцепление дисков с осью, облегчение его за счёт ступицы, спиц и обода) ушло ни много ни мало около трёх тысяч лет. Достойно изумления, что народ майя, оставивший удивительные архитектурные сооружения, свою систему письменности и счёта, так и не изобрёл колеса.

Изобретение колеса также способствовало развитию и совершенствованию ремёсел. Оно было применено в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке.

У древних народов до VI века до н.э. уже были определённые познания из области механики. Пользуясь современной терминологией, они сводятся к элементам гидравлики, строительной механики, статики, динамики и небесной механике. Тем не менее, техническая мысль человечества ещё не достигла возможности логического осмысления накопленных технических знаний выраженного в виде письма. Однако прорыв в этом направлении назревал.

Среди наивно реалистических толкований природных процессов можно встретить и технические иллюстрации, фигурирующие в самых ранних философских системах. Например, у Анаксимандра встречается любопытная «механическая модель». О ней упоминает Аэций: «По Анаксимандру, кольцо Солнца в 28 раз больше Земли. Оно подобно колесу колесницы, имеющему обод, наполненный огнём. Этот огонь обнаруживается сквозь отверстие в некоторой части обода как бы разрядами молнии. Это и есть Солнце … лунное кольцо в 19 раз больше Земли. Оно подобно колесу колесницы, имеющему обод, наполненный, как и кольцо Солнца, огнём. Оно также лежит наискось и имеет одно испускание, и это как бы разряды молнии … лунное затмение бывает, когда отверстие на поверхности лунного кольца закрывается». Интересно, что Анаксимандр для объяснения природы затмения уже не прибегает к богам, в то время как у Гомера это исключительно дело богов.

Плутарх в «Сравнительных жизнеописаниях» заметил: «Знаменитому и многими любимому искусству построения механических орудий положили начало Эвдокс и Архит … механика полностью отделилась от геометрии и, сделавшись одною из военных наук, долгое время вовсе не привлекала внимание философии».

Диоген Лаэртский об Архите сообщает: «Он первый упорядочил механику, приложив к ней математические основы, и первый свёл движение механизмов к геометрическому чертежу».

Первой попыткой теоретического осмысления действия различного рода механизмов считают трактат «Механические проблемы», ранее приписывавшийся Аристотелю и до сих пор включаемый в свод его сочинений. На самом деле он написан в более позднюю эпоху, скорее всего, в Александрии в III или ii век до н.э. Этот трактат для историков механики представляет значительный интерес.

Едва ли не больше всех античных учёных написал по вопросам механики Герон Александрийский. Его перу принадлежали «Механика», «Книга о подъёмных механизмах», Пневматика», «Книга о военных машинах», «Театр автоматов» и ряд других. Основное научное сочинение Герона «Механика» дошло до нас в арабском переводе. Оно состоит из трёх книг. Здесь он описывает простые машины и их комбинации. При этом он использует понятие момента, но неизвестно, принадлежит ли оно ему или он заимствовал его у других учёных. Кроме простых машин, он описывает также и некоторые механизмы: системы зубчатых колёс, системы блоков, полиспасты. Ему известно влияние силы трения, и он рекомендует при работе со сложными механизмами несколько увеличивать прилагаемые к машинам силы по сравнению с расчетными. Однако численно силу трения не определяет.

Герон Александрийский создал большое количество машин и механизмов, которые сопровождались не меньшим количеством изобретений. В предисловии его трактата по пневматике некоторые изобретения характеризуются как «пригодные для повседневного употребления», другие – как имеющие «достаточно замечательные результаты». Похоже, что паровой двигатель попал у Герона во вторую категорию и характеризовался, судя по описанию, как новое изобретение.

Эолипил – прообраз паровой турбины – относят к наиболее известным изобретениям Герона. Здесь впервые для вращения используется реактивное действие струи пара.

Итак, изобретение парового двигателя, вызвавшего революцию в транспорте и промышленности в XVIII в., на самом деле было известно две тысячи лет назад, если не в прямом виде, то уж точно как понимание потенциала энергии пара.

Изобретателем паровой машины был Герон Александрийский , который детально описал первый работающий паровой двигатель – эолипил, названный им «ветряной шар», или, как называют историки – Геронов шар.Это пневмогидравлический прибор, основанный на действии сжатого воздуха на поверхность воды. Его конструкция гениально проста. Широкий свинцовый котёл с водой помещался над источником тепла, скажем, над горящим древесным углём. По мере закипания воды в две трубы, загнутые в противоположных направлениях, в центре которых вращался полый шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Шар вращался благодаря реактивной или противодействующей силе вытекающего наружу пара. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.

Ещё один пневмогидравлический прибор – Геронов фонтан. Герон знал, какое применение могут иметь различные источники энергии. Например, он сконструировал небольшую ветряную мельницу, заставлявшую звучать музыкальный орган.

Прошли тысячелетия, и специалист по Античности доктор Дж. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную модель двигателя по описанию Герона. Он обнаружил, что модель развивала большую скорость вращения – не менее 1500 оборотов в минуту. Учёный заявил: «Шар Герона, возможно, был самым быстровращающимся предметом того времени». Тем не менее у Лэнделса возникли трудности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой трубой, что не позволяло сделать приспособление эффективным. Возможно, для Герона это было как бы само собой разумеющимся, или он просто «забыл» описать эту «незначительную» деталь. Свободный шарнир у шара позволял ему быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир, напротив, означал, что энергия пара расходовалась на преодоление трения. Лэнделс не позволяя себе что-либо прибавлять к известным описаниям посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже 1%. Это значит, что энергия затрачиваемая на работу машины была значительно больше полезной энергии, и она не нашла бы практического применения. Но «теория» была важнее.

«Машина есть система связанных между собой частей из дерева, обладающая наибольшей мощностью для передвижения тяжестей, – писал конце I в. до н.э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион в своём знаменитом трактате «Об архитектуре». – Сам же этот механизм приводится в действие посредством круговых вращений искусным приёмом …».

Первый экземпляр трактата «Об архитектуре» был найден в библиотеке монте-кассинского монастыря; первое его издание появилось в Венеции в 1497 г., т.е. через полторы тысячи лет после того как трактат был написан. Книга X этого трактата посвящена теоретической и прикладной механике, описанию машин и механических приспособлений и их действию. Витрувий рассматривает подъёмные машины, применяемые в строительстве, водоподъёмные машины, водяную мельницу.

По представлениям того времени первый род механизмов – это чисто подъёмный; второй – духовой (давлением воздуха); третий род – механизмы тяги.

Античные архитекторы обладали значительными познаниями в практической механике. Историк архитектуры Огюст Шуази (XIX век) вычислил допущенное напряжение в камнях храма в Карнаке (Египет): в потолочных плитах оно составляет 4 кг/см², в архитравах – 5 кг/см². На допуск таких напряжений не решаются и в наше время.

Инженер А.И. Сидоров в 1925 г. писал: «Многие египетские обелиски опрокинуты и разрушены людской злобой, но ни один из них не опрокинут бурей, и некоторые стоят до сих пор. Следует заметить, что обелиск стоит на своём цоколе совершенно свободно, не будучи прикреплён фундаментальными болтами, которых египтяне не знали, без всякого раствора и т.п. … Я произвёл расчёт некоторых обелисков на опрокидывание сильнейшей бурей и нашёл коэффициент устойчивости от 2,5 до 2, как раз то, что мы допускаем теперь».

Египетские и греческие колонны строились высотой не более девяти диаметров. Сейчас мы знаем, что за этим пределом начинается опасность продольного изгиба. Древние архитекторы соблюдали это условие. По-видимому, тоже не случайно.

Теоретические труды Ктесибия до нас не дошли, но сведения о его изобретениях содержатся в сочинениях других авторов – Филон, Витрувия, Афинея, Плиния и Герона. Из этих источников мы узнаём ,что Ктесибий был изобретателем двух цилиндрового водяного насоса, снабжённого всасывающими и нагнетательными клапанами; водяного органа, управление которым осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов, отличавшихся от древней клепсидры тем, что в них имелся поплавок, движение которого передавалось фигурке, указывавшей время на специальной шкале, и некоторых других устройств. В военных метательных машинах, изобретённых Ктесибием, использовалась сила сжатого воздуха.

Великий учёный Архимед (III в. до н.э.) был и гениальным механиком. Историки пишут о том, что он был кем-то вроде военного инженера (на самом деле достижения Архимеда в области инженерного дела не сводились к одним лишь военным машинам) при дворе сиракузского царя Гиерона, который, кстати, приходился ему родственником. Подобно Платону, он считал недостойным философа использование науки в практических целях и тем не менее изобрёл несколько исключительно полезных машин. Из них наиболее известен «архимедов винт», который широко применялся для удаления воды из корабельных трюмов и для дренажа полей в Египте после ежегодных паводков. Архимед изобрёл несколько катапульт, благодаря которым длительное время удавалось отражать осаду Сиракуз римским флотом.

В математике Архимед дошёл до изобретения интегрального исчисления, намного опередив своё время. Он проверил и создал теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых «простые механизмы»: рычаг клин, блок, бесконечный винт и лебёдка. Впрочем, бесконечный винт, возможно, он не изобрёл, а усовершенствовал гидравлический винт, который служил египтянам для осушения болот. Сегодня «архимедов винт» используется, например, в обыкновенной мясорубке. Изобретение бесконечного винта привело Архимеда к другому важному изобретению, пережившему тысячелетия, а именно к изобретению болта, сконструированного из винта и гайки.

В своей «Механике» Архимед дал математическое определение центров тяжести простых тел и равновесия системы рычагов.

Есть легенда, что Архимед, фокусируя слабые солнечные лучи с помощью зеркал, сжёг римский флот, осаждавший Сиракузы. Во всяком случае, он оставил книгу «О зажигательных стёклах». От несохранившихся трактатов Архимеда дошёл ряд фрагментов, цитируемых Героном (в «Механике»), Паппом (в «Механической библиотеке») и другими авторами. Герон приводит длинный отрывок из раннего сочинения Архимеда – «Книги опор». Исследователи отмечают, что в нём ещё нет строгости, присущей зрелым трудам великого сиракузца, и содержится ряд ошибок, относящихся к распределению опорных реакций и показывающих, что в период написания этой книги Архимед ещё не знал, что вес тела можно считать сосредоточенным в его центре тяжести.

Последним, возможно, предсмертным трудом Архимеда был трактат «О плавающих телах», заложивший математические основы новой науки – гидростатики. Не исключено, что его написание стимулировано популярной историей с короной царя Гиерона.

Таким образом, средства производства постепенно превращались, по словам К. Маркса «из орудия … в машину» (т.23, с. 382).

В XII в. понятие «инженер» уже бытовало в Западной Европе. Правда, оно ещё обозначало строителя военных машин и фортификаций (т.е. специалиста, которого в эпоху эллинизма называли «механиком»), так как все технические средства по части ведения военных операций и обороны назывались «ingenia». С XV века в Италии инженерами называют также строителей каналов.

Достижения технической мысли в эпоху эллинизма явились основой для дальнейшего развития материально-технической культуры человечества особенно в эпоху Возрождения.

Возрождение в истории культуры стран Западной и Центральной Европы эпоха, переходная от средневековой культуры к культуре нового времени (приблизительные хронологические границ: в Италии – 14÷16 вв., в других странах – конец 15÷16 вв.) [1, ст. «Возрождение»].

В 15 в. благодаря учёным, эмигрировавшим из Византии в Италию, были впервые переведены почти все древнегреческие поэты (в том числе Гомер) и философы (в том числе большинство диалогов Платона). Тексты античных произведений, известных и средневековой Европе, уточнялись, освобождались от средневековых наслоений и ошибок и переосмысливались.

Но культура Возрождения не была простым возвращением к античной. Она её развивала и интерпретировала по-новому, исходя из новых исторических условий. Не меньшее значение, чем античное влияние, имели в культуре Возрождения связи с национальной традицией. Огромную роль в распространении античного наследия и новых, гуманистических взглядов сыграло изобретение (середина 15 в.) и распространение в странах Европы книгопечатания. В типографиях Флоренции, Венеции (Альд Мануций), Базеля (И. Фробен), Парижа (А. Этьенн), Лиона (Э. Доле), Антверпена (К. Плантен), Нюрнберга и др. печаталась античная и гуманистическая литература.

Культура Возрождения отразила в себе специфику переходной эпохи. Старое и новое нередко причудливо переплеталось в ней, представляя своеобразный, качественно новый сплав.

Эпоха Возрождения (особенно 16 в. ) отмечена крупными научными сдвигами в области естествознания. Его развитие, непосредственно связанное в этот период с запросами практики (торговля, мореплавание, строительство, военное дело и др.), зарождавшегося капиталистического производства, облегчалось первыми успехами нового, антидогматического мировоззрения. Специфической особенностью науки этой эпохи была тесная связь с искусством; процесс преодоления религиозно-мистических абстракций и догматизма средневековья протекал одновременно и в науке и в искусстве, объединяясь иногда в творчестве одной личности (особенно яркий пример — творчество Леонардо да Винчи — художника, учёного, инженера). Наиболее крупные победы естествознание одержало в области астрономии, географии, анатомии. Великие географические открытия (путешествия Х. Колумба, Васко да Гамы, Ф. Магеллана и др.) практически доказали шарообразность Земли, привели к установлению очертаний большей части суши. Открытия, означавшие революционный переворот в науке, были сделаны в середине 16 в. в области астрономии: с гелиоцентрической системы мира великого польского астронома Н. Коперника.

Ряд открытий был сделан в математике, в частности в алгебре: найдены способы решения общих уравнений 3-й и 4-й степени ( итальянские математики Дж. Кардано, С. Ферро, Н. Тарталья, Л. Феррари ), разработана современная буквенная символика (французский математик Ф. Виет), введены в употребление десятичные дроби (голландский математик и инженер С. Стевин) и др. Дальнейшее развитие получает механика (Леонардо да Винчи, Стевин и др.).

Изобретательский гений Леонардо был подкреплён обширными техническими знаниями [2]. Он знал практически все разновидности зубчатых зацеплений, кулачковые, гидравлические и винтовые механизмы, передачи с гибкими звеньями …

Он изобрёл несколько типов экскаваторов и придумал организацию земляных работ одновременно на нескольких горизонтах. Он изобрёл несколько гидравлических машин разных конструкций, в том числе тангенциальную турбину, прядильный и волочильный станки, станок для насечки напильников, приспособления для нарезки резьбы, прокатный стан, станок для свивки канатов, крутильный станок и несколько веретен, машину для шлифовки оптических стёкол, камерные шлюзы.

Некоторые из его изобретений настолько опередили своё время, что остались недоступными для техники той эпохи. Например, центробежный насос, гидравлический пресс, огнестрельное нарезное оружие. Он изобрёл также летательный аппарат тяжелее воздуха и пришёл к выводу, что такой аппарат летать без двигателя не может. В своих записных книжках и рукописях (около 7 тыс. листов) Леонардо оставил наброски изобретений, которые не могли быть поняты в его время, в частности, аэроплан, подводная лодка.

Растет объём знаний и в других областях науки [1]. Так, Великие географические открытия дали огромный запас новых фактов не только по географии, но и по геологии, ботанике, зоологии, этнографии; значительно вырос запас знаний по металлургии и минералогии, связанный с развитием горного дела ( труды немецкого учёного Г. Агриколы, итальянского учёного В. Бирингуччо), и т. д.

Р. Фейнман

Даже краткий обзор истории развития техники показывает поразительный факт лавинообразного развития современных науки и техники в масштабах истории всего человечества.

Если на переход человека от каменных орудий труда к металлу занял около 2-х миллионов лет; усовершенствование колеса от сплошного деревянного до колеса, имеющего ступицу, спицы и обод заняло около трех тысяч лет, то за последние «каких-то» 150 лет транспорт изменился от лошадей и деревянных кораблей до современного состояния, о чём, кстати, красноречиво пел Леонид Утёсов в песне «Только глянет над Москвою утро вешнее …».

Причинами этого явления является целый комплекс факторов, основные из которых следующие:

1) к середине XX века сложились теоретические модели, адекватно описывающие основные известные человеку процессы, происходящие в природе;

2) неразрывно с развитием теории развивался инструментарий исследования природных процессов и к середине XX века достиг высочайшего уровня;

3) число сообществ (научно-производственные объединения), вооруженных теорией и инструментарием и производящих новые знания и технику в условиях противоборства различных политических систем необычайно возросло.

Два последних фактора являются производными от первого, так как только знание является началом, отправной точкой для создания нового.

Представляет интерес история развития «адекватного» мысленного взгляда на материальный мир, каковым является история развития и создания теоретических моделей основных природных процессов: взаимодействия тел различной природы (твердых, жидких и газообразных тел, плазмы); а также структуры и внутренних взаимодействий вещества. Эта тема не является предметом данной работы, однако некоторые положения необходимо рассмотреть.

В частности, известны претензии современных «прочнистов» к Микеланджело, который, наблюдая за процессом откалывания частей своих скульптур, сделал предположение о том, что продольные напряжения в сечении балки распределяются так, как показано на рисунке 1, в то время как реально они распределяются так, как показано на рисунке 2. Тем самым он существенно задержал развитие дисциплины «Сопротивление материалов».

Рисунок 1. Рисунок 2.

История развития теоретического описания материального мира и процессов, происходящих в нём, неразрывно связана с историей развития техники и не только интересна, но сложна и драматична.

Опираясь на знание, полученное в теории, человек способен создавать то, что не существует в налично данной природной и социальной действительности, но возможно с точки зрения открытых теорией объективных законов [1].

Вообще процесс движения к истине, к познанию человеком мира, своего места в нём и самого себя, наверное, будет длиться пока человек существует. Не случайно древнегреческий философ Сократ говорил: "Я знаю только то, что я ничего не знаю". Тем не менее, факт совершенствования мысленной модели как мира, так и его частей, неоспорим, т.е. мир познаваем и даже может преобразовываться человеком в соответствии с его волей и возможностями, материальной и духовной культурой. Аспект духовной культуры оказался непредсказуемо важным, так как планете и её биосфере реально угрожают антропогенные (вызванные человеческой деятельностью) катастрофы.

Итак, первая теоретическая модель мира, созданная человеком созерцающим, объясняла всё «божественным» происхождением. Однако по мере того как приобретался опыт выживания и совершенствовались мысленные конструкции, что-то удавалось объяснять, пока на самом низком уровне. Например, после создания опытным путем оперения стрел можно было сказать: «Стрела лучше поражает в цель, потому что на другом конце неё есть оперение, а наконечник тяжелее и острее».

В античную эпоху философы высказали мысль о том, что мир весь целиком познать нельзя, но можно по частям. В результате другие философы разделили мир на разные области исследования и назвали эти области науками. Это был важнейший шаг на пути поиска истины, адекватного взгляда на мир. Создавалось бесчисленное множество теорий, достоинства которых наполняли науки жизненной силой. Однако прежде чем произошло появление первой достаточно строгой в современном понимании теории, выполняющейся в заданных определённых рамках и не зависящей от политических систем и т.п., прошло более двух тысяч лет. Логически мыслящие люди упражнялись и перебирали огромное число вариантов построения умозрительных конструкций, о чём красноречиво говорит известное ироничное высказывание Декарта: «Нельзя представить себе ничего настолько абсурдного или неправдоподобного, чтобы не быть доказанным тем или иным философом». Однако к строгой в современном понимании теории эти слова, конечно, не имеют отношения.

Но в первую очередь, чем осознанно или неосознанно занялись люди это создание «Теории теорий», т.е. познаваем ли мир вообще; правилами и методами как надо познавать, исследовать объект; логические конструкции; разработка формального (т.е. независимого от чего бы то ни было) языка математики, которым можно описывать всё. Большинство из этих вопросов рассматривает «Теория познания».

Теория познания (гносеология, эпистемология) – раздел философии, в котором изучаются проблемы природы познания и его возможностей, отношения знания к реальности, исследуются всеобщие предпосылки познания, выявляются условия его достоверности и истинности. В отличие от психологии, физиологии высшей нервной деятельности и других наук, теория познания как философская дисциплина анализирует не индивидуальные, функционирующие в психике механизмы, позволяющие тому или иному субъекту прийти к определённому познавательному результату, а всеобщие основания, дающие возможность рассматривать этот результат как знание, выражающее реальное, истинное положение вещей … Ставилась задача отыскания абсолютно достоверного знания, которое было бы исходным пунктом и вместе с тем предельным основанием всей остальной совокупности знаний по степени их ценности… Теория познания определяется тем, что её развитие осуществляется на основе … тезиса о единстве диалектики, логики и теории познания [1].

Первым и главным учителем человека в теории познания была и остаётся сама природа, так как при наблюдении за нею пытливый ум обнаруживает закономерности, которые затем формализует в законы, математические зависимости и реализует в искусственные произведения (художественные, математические, технические и т.д.).

Приведём несколько примеров выявления истины.

«…Замечательно, что колебания и волны независимо от их природы описываются количественно одними и теми же уравнениями!…

О симметрии. Мы уже знаем, что в явлении электромагнитной индукции Максвелл усмотрел порождение вихревого электрического поля переменным магнитным полем. Следующий и уже последний шаг в открытии основных свойств электромагнитного поля был им сделан без какой либо опоры на эксперимент. Точно не известно, какими соображениями руководствовался при этом Максвелл. Это могли быть те же соображения, которые заставили строителей Аничкова моста в Санкт-Петербурге поставить фигуры укрощаемых лошадей по обе стороны дороги; те же соображения, которые не позволяют вам перегружать одну половину комнаты за счёт другой. Это не что иное, как соображения симметрии, но только симметрии не в узком геометрическом смысле, а понимаемой более широко.

Свойства симметрии глубоко заложены в природе, и, по-видимому, именно поэтому симметрия воспринимается нами как необходимая гармония окружающего мира. В электромагнитных явлениях, конечно, речь идёт не о той внешней красоте и изяществе, которая может быть присуща тому, что мы наблюдем непосредственно с помощью органов чувств. Здесь речь может идти о той внутренней стройности, гармоничности и единстве, которую открывает природа перед человеком, стремящемся постичь её изначальные законы. Чувствуя эту гармонию в природе человек, естественно, стремится усмотреть её и там, где факты пока ещё не демонстрируют её с полной наглядностью…» [4].

Одним из удивительных отражений симметрии в природе является изоморфизм (подобие строения и математического описания) звездных и планетных систем к структуре атома. Это явление было обнаружено и показано в работах Ф.А. Гареева [5], и Б.И. Рабиновича [6], когда он исследовал динамику планетного вещества для объяснения сложной структуры колец планеты Сатурн.

Ярким примером поиска закономерности (необходимой для создания полуэмпирической теории обтекания жидкостью и газом острых твердых тел) на основе логического сопоставления различных процессов (это также одно из проявлений симметрии в природе) продемонстрировал В.А. Бужинский [7].

« … Из сделанного обзора следует, что применение существующих теоретических методов для определения сопротивления даже простых пластин и панелей, совершающих колебания в жидкости, и тем более для исследования колебаний жидкости в баках с демпфирующими перегородками сопряжено с практически непреодолимыми трудностями. Все попытки получить асимптотическое решение уравнений Навье-Стокса путём разложения в ряд по числам Рейнольдса и Келегана-Карпентера окончились безрезультатно… Общее теоретическое решение проблемы совершено другим путём было получено после знакомства с небольшой книгой Работнова по линейной механике разрушения… Трещина в упругом теле и пластина в идеальной несжимаемой жидкости имеют не только очевидное внешнее сходство… С математической точки зрения решения этих задач имеют одинаковые особенности в окрестности острых кромок областей. Возникла идея перенесения методов теории механики деформируемого твёрдого тела в область гидродинамики при рассмотрении колебаний пластин в несжимаемой маловязкой жидкости. Эта идея оказалась плодотворной …»

В предисловии к учебнику [8] авторы изложили свои взгляды, по которым можно оценить степень понимания предмета человеком-исследователем: «Степень глубины физического понимания характеризуется умением применять для анализа различных явлений наиболее общие, фундаментальные законы. При анализе конкретных примеров и задач в разных разделах книги показывается, как, например, применение закона сохранения энергии позволяет решить задачу проще, взглянуть на неё с более общих позиций и, что особенно важно, часто даёт возможность, найти ответ на некоторые вопросы, касающиеся тех явлений, для которых нам не известны описывающие их конкретные законы. Для глубокого понимания физики необходимо чёткое осознание степени общности различных физических законов, границ их применимости, их места в общей физической картине мира.

Книга не перегружена формулами. Там, где это возможно и не идёт в ущерб строгости изложения, авторы стремились максимально использовать качественные соображения. По мнению одного из величайших физиков Э. Ферми, «…физическая сущность действительно понимаемого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул». В умении объяснить сущность вопроса «на пальцах» и заключается истинное понимание уравнений, выражающих физические законы».

Несмотря на то, что приведены современные примеры проникновения в тайны природы общий подход, видимо, был всегда один и тот же.

На сегодняшний день, прежде чем некоторую логическую систему умозаключений научное сообщество признает, как строгую теорию, она должна пройти комплексную проверку, как с точки зрения полномасштабного экспериментального подтверждения, так и с точки зрения отсутствия логической противоречивости и согласованности с имеющимся общепризнанным научно-техническим материалом.

К.Э. Циолковский

Литература

1. Большая Советская Энциклопедия. (В 30 томах). Гл. ред. А.М. Прохоров. Изд. 3-е. М., «Советская энциклопедия», 1970÷1977 гг.

2. Черняк В.З. История и философия техники: пособие для аспирантов. – М.: КНОРУС, 2006. – 576 с.

3. Гребенников Е.А., Тюлина И.А.. Николай Дмитриевич Моисеев 1902 – 1955. Отв. Ред. чл.-кор. РАН В.В. Белецкий. – М.: Наука. 2007. 136 с.: ил.

4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учеб. Для углублённого изучения физики. – 2-е изд. Стереотип. Москва.: Дрофа, 2002.- 288 с.: ил.

5. Гареев Ф.А. Геометрическое квантование микро- и макросистем. Планетарно-волновая структура адронных резонансов // Сообщения Обьединенного Института Ядерных Исследований. Дубна, 1996. Р. 296-456.

6. Рабинович Б.И. Суперэлитные плазменные кольца и орбиты планет и спутников, изоморфные орбитам электронов в водородоподобных атомах.. – М.: Институт космических исследований (ИКИ) РАН, 2005.- 33 с.

7. Бужинский В.А. Колебания тел с острыми кромками в несжимаемой маловязкой жидкости и некоторые задачи гидродинамики космических аппаратов. Дисс. д.ф.-м.н. по спец. Механика жидкостей, газа и плазмы. Королёв.: ЦНИИМАШ, 2003. –279 с.: ил.

8. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика для поступающих в ВУЗы. – М.: изд. Наука, 1979. – 608 с.: ил.

9. Ф. Энгельс. Происхождение семьи, частной собственности и государства. В связи с исследованиями Льюиса Г. Моргана. – М.: Политиздат, 1985. –238 с.

10. Рабинович Б.И. Прикладные задачи устойчивости стабилизированных объектов. – М.: Машиностроение, 1978. – 232 с., ил.

11. Брусиловский А.Д. От Р-1 до Н-1. Беседы с профессором Борисом Рабиновичем. Изд. второе, испр. и доп. Королёв.: ЦНИИМАШ, 2005. –240 с.: ил.яя