Современная техника и наука

Глубокие социальные изменения, происшедшие в XVIII в. (Великая французская революция и Промышленный переворот в Англии), направили науку и технику по пути ее современного развития.

Век революций. Французская революция поставила разум во главу человеческих взаимоотношений. Одним из следствий этого было пробуждение интереса к вычислительной технике и математике. Идеи французов вдохновили английского математика Чарлза Беббиджа (1792-1871) на проект создания первой вычислительной машины («аналитической машины»).

Промышленный переворот [4] выдвинул новые проблемы. Техника того периода определялась широким потреблением каменного угля и железа и усовершенствованием парового двигателя Томасом Ньюкоменом (1663-1729) и Джеймсом Уаттом [2]. Промышленность обогатилась механическим двигателем потенциально неограниченной мощности, и на передний край науки были вынесены вопросы о природе силы и энергии. Промышленный переворот породил и нужду в понимании природы свойств материалов, что подтолкнуло развитие химии. Человечество стояло на пороге радикальных изменений в науке и технике.

Пробудился интерес к исследованию форм движения материи, отличных от механического, в частности к электричеству. Майкл Фарадей (1791-1867) развил идею электромагнитного поля для описания движения под воздействием электрических сил и показал возможность создания электрогенераторов и двигателей. Все возрастающее число электростанций позволило производить электроэнергию и передавать ее любому потребителю — будь то промышленное предприятие или жилой дом. Промышленность все больше нуждалась в новых источниках сырья, поэтому развивалась внешняя торговля. Новые промышленные товары находили сбыт на зарубежных рынках.

Ученые занялись разработкой законов термодинамики - раздела физики, исследующего теплоперенос и преобразование тепла. Сади Карно (1796-1832) математически обосновал теплоперенос в паровой машине, созданной Уаттом. Джеймс Джоуль (1818-1899) определил механический эквивалент тепла-количество тепла, произведенное данным количеством механической энергии,-и установил взаимосвязь разных форм энергии между собой. Так сложился принцип сохранения энергии, основной закон физики о том, что энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.

Математически идеи Фарадея о силовых линиях пространства оформил Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) в уравнениях электромагнитного поля. Он доказал, что свет-род электромагнитных колебаний, и предположил возможность существования иных типов волн помимо световых. Один из таких типов колебаний, радиоволны, в 1887 г. был обнаружен Генрихом Герцем (1857-1894).

Новая химия, основания которой заложил Антуан Лавуазье (1743-1794), особенно успешно развивалась в Германии усилиями Юстуса Либиха (1803-1873), получившего первоначальное образование в Париже. Либиха сменил Август Гофман (1818-1892). Его ученик, англичанин Уильям Перкин (1838-1907), в возрасте 18 лет синтезировал анилиновый краситель мовеин. Производство его из каменноугольной смолы-начало современной химии красителей. Русский ученый Н. Зинин (1812-1880) в 1842 г. синтезировал анилин.

Паровая машина Томаса Ньюкомена, построенная в 1712 г., была более совершенной, чем ранняя паровая машина Северн, хотя она тоже работала только как насос. Под действием давления пара и веса механизма насоса поршень [1] поднимался вверх. При впрыскивании холодной воды [2] пар конденсировался и образовавшийся вакуум «втягивал» поршень вниз. Пар поступал из котла [3], а холодная вода-из бака [4], откуда она подавалась с помощью вспомогательного насоса [5]

В паровой машине Джеймса Уатта (1770) конденсация пара также осуществлялась с помощью холодной воды, но в отдельном конденсаторе [1]. Благодаря этому усовершенствованию, а также тому, что пар действовал на обе стороны поршня [2], заметно повысилась экономичность машины. Эта машина-двойного действия, так как оба хода поршня, прямой и обратный, стали рабочими. Затем Уатт приспособил свой двигатель для создания вращательного движения, и это позволило применять его для привода насосов и других машин

Новые машины произвели революцию в сельском хозяйстве. Жатка шотландца Патрика Белла (1828) приводилась в движение двумя лошадьми. С помощью большой конической шестерни на главной оси вращение передавалось скоростному валу. Через кривошипный механизм вал приводил в возвратно-поступательное движение ножевые планки, с вала с помощью ременной передачи движение передавалось на мотовило, которое прижимало колосья к ножам. Широкий поперечный ремень сбрасывал их в сторону

Промышленный переворот завершился в Англии в начале XIX в. Первое в мире промышленное общество опиралось на широкое использование угля, железа и энергии пара. Технические достижения «мастерской мира» были продемонстрированы на первой Всемирной выставке в «Хрустальном дворце» в лондонском Гайд- парке в 1851 г.

В результате индустриализации появилось много фабричных городов, что отразилось на образе жизни людей.

К 1851 г. численность горожан в Англии превысила численность сельских жителей. Нередко промышленные предприятия доминировали в городском пейзаже. Машины приводились в движение паром (чесальные машины и механические прялки «Дженни»), мужчины, женщины и даже дети трудились по 72 ч в неделю, часто в опасных и вредных условиях. Текстильные фабрики вырабатывали пряжу, хлопчатобумажные и шерстяные ткани которые экспортировались во все концы света.

На литейных заводах изготавливались самые разнообразные предметы: от посуды до огромных балок и машин. Но ни техника, ни ее продукция не нашли бы применения без эффективной транспортной системы. Усовершенствование естественных водных путей, строительство сотен километров каналов обеспечили страну транспортной сетью, связавшей все основные промышленные центры. Землекопы, работавшие по найму, рыли каналы вначале преимущественно вручную, пользуясь лопатами, кирками и тачками.

В XIX в. появились железные дороги, которые существенно дополнили транспортную систему страны.

Современная наука. Вслед за открытием Герцем радиоволн Вильгельм Рентген (1845-1923) обнаружил в 1895 г. электромагнитное излучение с весьма малыми длинами волн, названное Х-лучами. Для физиков это открытие было неожиданным. Начались поиски других видов излучений. В 1896 г. Антуан Беккерель (1852-1908)наблюдал незнакомый род лучей, испускаемых ураном. Через год Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) и ее муж Пьер Кюри (1859-1906) убедились, что открытые ими элементы, радий и полоний, представляют собой более мощные источники радиоактивного излучения. Их изыскания велись одновременно с большой группой работ, в которых изучалось протекание электрического тока в газах. Кульминацией работ этого направления было открытие в 1897 г. электрона Джозефом Джоном Томсоном (1856-1940), которое в конечном итоге привело к созданию электроннолучевых трубок, электронных ламп и электроники в целом.

Успехи атомной теории дали ученым новые орудия исследования. Эрнест Резерфорд (1871-1937) использовал радиоактивность для анализа строения атома и превращений в нем, показав также возможность расщепления атома с освобождением, к добру или во зло, атомной энергии.

Молекулы живого организма. Лоренс Брэгг (1890-1971) совместно с отцом, Уильямом Брэггом (1862-1942), разработал способ определения структуры молекул с помощью рентгеновских лучей. Сотрудники лаборатории Брэггов Джеймс Уотсон (род. 1928) и Фрэнсис Крик (род. 1916) выяснили структуру молекулы вещества, определяющего одну из важнейших функций живого организма-передачу наследственной информации. В 1953 г. они установили, что молекула этого вещества, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), представляет собой двойную спираль. Со временем возникла генная инженерия, которая, в числе прочего, позволила вывести новые урожайные сорта сельскохозяйственных культур для обеспечения продуктами питания все возрастающего населения планеты.