;
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие условия развития науки и техники в период промышленного капитализма. Капитализм и научно-технический прогресс. Творцы новой техники. 2. Техника основных отраслей производства. Рабочие машины в текстильной промышленности. Успехи металлообработки. Двигатели. Горное дело и металлургия. Химическая промышленность. Полиграфическая и бумажная промышленность. Изобретение фотографии. Техника сельского хозяйства. Железнодорожный транспорт. Паровое судоходство. Строительство каналов. Воздухоплавание. Техника связи. Электрический телеграф. Военная техника. 3. Успехи естествознания. Борьба нового со старым. Математика. Астрономия. Механика. Физика. Закон сохранения энергии. Учение об электричестве. Электромагнитная теория света. Уравнение Максвелла. Химия. Успехи эволюционных идей в естественной истории. Чарлз Дарвин. Физиология и психология. Микробиология и медицина. Географические открытия.

ТЕХНИКА И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В 1789—1870 ГГ.

Победа и утверждение капитализма в Европе и Северной Америке способствовали развитию науки и техники. Буржуазия не могла существовать, не вызывая постоянно переворотов в орудиях производства, не революционизируя, следовательно, производственных отношений, а стало быть, и всей совокупности общественных отношений. Рассматриваемый здесь период новой истории характеризуется прежде всего созданием крупного машинного производства и соответствующей ему машинной техники.

1. Общие условия развития науки и техники
в период промышленного капитализма.

Капитализм и научно-технический прогресс

Технический прогресс в области материального производства, неразрывно связанный с прогрессом прикладных, точных и естественных наук, привел к росту производительности труда. Это позволило капиталистам, применявшим на своих предприятиях технические усовершенствования, снижать себестоимость производства, повышать норму эксплуатации рабочих, увеличивать прибыльность предприятий и таким образом укреплять свои позиции в борьбе с конкурентами.

Успехи прикладных наук вытекали из самой сущности технологического процесса крупного фабрично-заводского производства. Принцип машинного производства, заключающийся в том, чтобы разлагать процесс производства на его составные фазы и разрешать возникающие таким образом задачи посредством применения механики, химии и т. д., повсюду приобретает решающее значение.

Развитие промышленного капитализма благоприятствовало быстрому расширению международных связей и складыванию мирового рынка. Местная и национальная замкнутость отдельных отраслей производства ликвидировалась, а это в свою очередь ускоряло технический прогресс.

При этом все более проявлялась тенденция к концентрации и централизации производства. Многие предприятия в области промышленности и транспорта, например большие железнодорожные компании, могли быть организованы лишь при определенном уровне централизации капитала (обычно в форме акционерных обществ).

Однако технический прогресс капиталистического производства происходил неравномерно, особенно с 1825 г., когда начались постоянно повторяющиеся циклические торгово-промышленные кризисы, приводившие к большой дезорганизации производительных сил. В периоды кризисов и депрессий новые изобретения не могли применяться в сколько-нибудь широком масштабе.

Техника развивалась неравномерно не только в отдельных странах, но и в отдельных отраслях производства. Поскольку главным стимулом, побуждавшим предпринимателей вводить новую технику, была погоня за прибылью, владельцы предприятий отказывались от применения машинной техники всякий раз, когда оказывалось более выгодным сохранение отсталых, ручных средств производства, так как при ручной технике не требовалось производить дополнительных капиталовложений. На протяжении почти всего рассматриваемого периода до 60-х годов XIX в. машинное производство в наиболее развитых капиталистических странах имело в качестве дополнения ручной труд не только наемных рабочих (мануфактуры и капиталистическая работа на дому в странах Западной Европы), но также рабов (плантационное хозяйство на юге США и в колониях) и крепостных (в России).

Примером массового принудительного применения европейскими капиталистическими компаниями рабочей силы и использования самых примитивных ручных орудий может служить строительство Суэцкого канала, где вплоть до 1864 г. почти не применялись землечерпательные механизмы и иные машины.

Но и достижения научно-технической мысли использовались господствующими классами капиталистического общества как дополнительное средство угнетения трудящихся. Известны многочисленные примеры технических нововведений, которые внедрялись капиталистами, для того чтобы иметь возможность беспрепятственно увольнять рабочих в случае каких-либо требований с их стороны, стачек и т. д.

Технические достижения приносили рабочим новые страдания: увеличение рабочего дня, широкое вытеснение труда мужчин более дешевым женским и детским трудом, увеличение интенсивности труда, рост безработицы, падение заработной платы. Сплошь и рядом новые изобретения применялись хозяевами предприятий для наступления на жизненные интересы рабочих. Меньше всего в этом были виноваты изобретатели и поборники технического прогресса. Сама по себе машинная техника знаменовала огромную победу человека над силами природы, но капиталистическое ее применение превращало трудящегося человека в придаток к машине.

Творцы новой техники

Используя научно-технические достижения, капиталисты, как правило, мало интересовались развитием науки, предоставляя это дело нанятым на службу фирмой или субсидируемым ею ученым, инженерам и мастерам. Среди хозяев капиталистических предприятий встречались и прогрессивные деятели, стремившиеся содействовать научно-техническому прогрессу. Некоторые из предпринимателей были учеными и изобретателями: Ж. К. Перье, с именем которого связано введение паровых двигателей во Франции конца XVIII в., Ж. А. К. Шапталь, немало содействовавший развитию химического производства, и др. Но для основной массы предпринимателей такое совмещение в одном лице инженера (или изобретателя) и капиталиста не было характерным. Авторы XVIII—XIX вв., в том числе ярые защитники буржуазии, отмечали грубое невежество фабрикантов в вопросах механики, химии и т. д. Хотя в английских, немецких, французских патентных заявках первой половины XIX в. фигурирует много имен заводовладельцев, чаще всего эти лица только вносили деньги на оплату патентных заявок и извлекали из них все выгоды, а подлинные изобретатели, обычно люди очень небогатые, должны были работать на своих «компаньонов»-капиталистов.

Во всех странах Европы и в США изобретатели большей частью происходили из семей рабочих и ремесленников, фермеров, военных и горных инженеров, заводских или рудничных служащих. К рабочей или ремесленной среде принадлежали, например, Джордж Стефенсон и Роберт Фультон, сыгравшие выдающуюся роль в развитии парового транспорта; изобретатель усовершенствованного суппорта (резца-держателя) Генри Модслей, создатель нового ткацкого станка Жозеф Мари Жаккар и многие другие. Некоторые из них были самоучками. Наряду с ними над решением многочисленных научно-технических проблем работали крупнейшие ученые и инженеры, получившие образование в специальных военных и гражданских учебных заведениях, созданных в различных странах Европы.

2. Техника основных отраслей производства.

Исходным моментом научно-технического развития в XIX в. явился промышленный переворот, начавшийся в Англии с 60-х годов XVIII в. с изобретения и распространения рабочих машин в текстильном производстве (изобретения Харгривса, Аркрайта, Кромптона и других) и создания универсальной паровой машины Джемсом Уаттом в 1780—1784 гг.

С 1785 по 1800 г. в английской текстильной промышленности было установлено 93 паровые машины системы Уатта, на металлургических заводах — 28, на рудниках и шахтах — 52, в других отраслях — 48. Началось распространение паровых машин и на континенте Европы, от Франции и Бельгии до России, а также в США.

В эти десятилетия наблюдались также важнейшие технические сдвиги в области металлургии и металлообработки. Доменный процесс (выплавка чугуна из руды) в Англии, а затем и на континенте все более переводился на минеральное топливо. Распространялось пудлингование (передел чугуна на железо в пламени отражательной печи), впервые введенное Г. Кортом в 1784 г.

Промышленный переворот в Англии завершился в первой половине XIX в., когда крупная промышленность стала производить машины машинами. Только тогда она создала адекватный ей технический базис и стала на свои собственные ноги.

Рабочие машины в текстильной промышленности

Конец XVIII и начало XIX столетий ознаменовались дальнейшим совершенствованием рабочих машин в хлопчатобумажном производстве. Эти машины были рассчитаны на применение парового двигателя. Так, механический ткацкий станок Эдмонда Картрайта (1743—1823) приводился в движение паровой машиной. В эти же годы паровой двигатель приспособили и для хлопкопрядильных машин. Благодаря этим изобретениям, которые в дальнейшем с каждым годом все более совершенствовались, машинный труд одержал победу над ручным трудом в главных отраслях английской промышленности. К 20-м годам XIX в. в Англии и Шотландии работало уже свыше 14000 ткацких станков с паровым приводом.

Для изготовления механических ткацких станков потребовался иной материал, чем дерево, из которого изготовлялась большая часть оборудования в мануфактурный период. В первом десятилетии XIX в. вводятся станки с железными станинами, занимающие немного места. Другие текстильные машины также начинают производиться из железа.

Хлопчатобумажная фабрика в Дерби (Англия).
Гравюра 1867 г.

В 1825—1830 гг. английский механик Ричард Робертс (1789—1857), уже раньше внесший ряд усовершенствований в конструкцию ткацкого станка, изобрел автоматическую прядильную мюль-машину (сельфактор). Сложный процесс изготовления различных номеров пряжи вплоть до самых тонких осуществлялся и регулировался этой машиной автоматически. Несколько позже (в 1833 г.) появился кольцевой ватер, конструктивно происходивший от ватерной прядильной машины Аркрайта.

Изобретенный американцем Эли Уитни (1765—1825) в конце XVIII в. «джин» — механизм для очистки хлопка — подвергся в США различным улучшениям и превратился в высокопроизводительную машину. Применение хлопкоочистительных машин сочеталось с самым расточительным, варварским использованием ручного труда рабов-негров на хлопковых плантациях. «Джины» также обслуживались рабами.

Ручная набивка тканей все более заменяется машинным печатанием. В 1823 г. англичанин Пальмер, а в 1834 г. француз Перро предложили свои типы ситцепечатных машин. Распространение получила машина французского изобретателя, печатавшая одновременно в 3—4 краски; она выполняла работу 50 набойщиков, а обслуживалась двумя рабочими.

Еще в 1810 г. Наполеон объявил конкурс на лучшее устройство льнопрядильных машин, стремясь наладить во Франции производство льняных тканей. Наилучшей оказалась конструкция, предложенная Филиппом Анри Жираром (1775—1845). Однако льнопрядильные машины Жирара и других конструкторов получили наибольшее распространение в той самой Англии, от конкуренции которой Наполеон хотел оградить французскую промышленность. Важные усовершенствования были внесены и в оборудование шелкопрядильного и шелкоткацкого производства. В 1804 г. по предложению влиятельных лионских фабрикантов шелковых тканей Ж. М. Жаккар (1752—1834) построил станок для узорного ткачества, получивший в дальнейшем большое распространение.

Механизировались также отрасли, потреблявшие продукцию прядильного и ткацкого производства, — вязальная, кружевная, швейная. Довольно сложные вязальные станки конструировались еще в XVIII в., но все они приводились в движение вручную. Ко второй половине XIX в. в эксплуатацию стали вводиться разнообразные вязальные машины, действующие от паровых двигателей.

Огромное значение для механизации портняжного, сапожного и других видов производства, где раньше господствовал ручной труд, имело изобретение швейной машины. В 30—40-х годах в Англии и США было подано на такие машины около 30 патентных заявок. Решающих успехов добился в этом деле Элайэс Хоу в 1847 г. Однако реализовать свое изобретение ни в США, ни в Англии Хоу первоначально не удалось; оно было практически осуществлено лишь позднее — после работ других изобретателей, внесших дополнительные улучшения. Одним из таких изобретателей был американец И.-М. Зингер, организовавший широко известную фирму по производству швейных машин. Они приводились в движение исключительно вручную и благодаря этому быстро распространялись в мануфактурах и при работе на дому.

Крупное фабрично-заводское капиталистическое производство в XIX в. выступает как в виде кооперации многих однородных машин, так и в виде системы машин. В обоих случаях различие между фабрикой и прежней мануфактурой наглядно проявлялось в том, что машины приводились в движение общим центральным двигателем — паровой машиной, посредством механической (ременной) трансмиссии.

Система машин позволяла обрабатываемому предмету проходить ряд взаимно связанных производственных процессов, выполняемых разнородными и взаимно дополняющими друг друга машинами. В этом проявлялись тенденции к автоматизации и непрерывности процесса производства, достигшие полного развития значительно позже.

Успехи металлообработки

Различного рода машины и механизмы изготовлялись преимущественно из металла. Это требовало соответствующего развития машиностроения как особой отрасли производства. В конце XVIII и в начале XIX в. машины производились еще в основном вручную. Но постепенно положение изменилось. Обработка огромного количества металла, которое приходилось ковать, сваривать, резать, сверлить отливать и т. д., потребовала таких огромных машин, создать которые мануфактурное машиностроение было не в силах.

Машинная фабрикация машин опиралась на технические достижения мануфактурного периода XVI—XVIII вв., когда уже применялись сверлильные, токарные станки довольно сложного устройства. С начала промышленного переворота эти станки были значительно усовершенствованы применительно к фабрично-заводскому производству, располагающему паровым двигателем. В конце XVIII в. Генри Модслей (1771—1831) изобрел усовершенствованный передвижной суппорт, который в первом десятилетии XIX в. был превращен в автоматический механизм и в видоизмененной форме перенесен с токарного станка на другие станки.

Отливка больших цилиндров на заводе Джексона и Уоткинса в Лондоне.
Гравюра 1863 г.

Появились новые типы металлообрабатывающих станков. В 1817 г. Р. Робертс создал один из первых строгальных станков для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. Э. Уитни построил фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом (фрезой). В 1835 г. английский инженер Джозеф Витворт (1803— 1887) запатентовал автоматический токарный винторезный станок. Швейцарец Иоганн Георг Бодмер (1786—1864) получил в 1839 г. патенты на карусельный станок (токарный станок с вертикальной осью для обработки крупных машинных деталей). В те же годы английский инженер Джемс Нэсмит (1808—1890) построил долбежный станок (с вертикальным движением резца). Ему же принадлежит конструкция парового молота, получившего широкое применение. Кроме перечисленных видов станков, в это время усовершенствовались клепальные и шлифовальные, а также другие станки.

Важным техническим фактором, способствовавшим широкому производству машин машинами, служила тенденция к стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин. Еще в мануфактурный период на военных предприятиях, вырабатывавших ручное оружие, была достигнута нормализация деталей мушкетов, ружей и т. д. Одним из основоположников такого рода производственных методов явился Э. Уитни, изготовлявший также мушкеты для американской армии.

Эти же методы нормализации и взаимозаменяемости деталей последовательно и все более широко вводились на предприятиях общего машиностроения. В 1841 г. Витворт ввел нормализацию нарезки машинных деталей. Позднее (1869 г.) нормализацию нарезки усовершенствовал и распространил американский инженер Уильям Селлерс (1824—1906). Витворт был также изобретателем нового типа винтовки. «Хорошо известно, — писал Ф. Энгельс, — что по точности в большинстве мельчайших и даже микрометрических деталей г. Витворт не имеет соперников. Как его инженерные инструменты, так и его винтовки являются превосходными образцами по конструкции своих деталей».

Двигатели

Поршневая паровая машина двойного действия с расширением пара являлась основным типом двигателя на всем протяжении рассматриваемого периода. Элементы паросиловой установки — котел, собственно паровой двигатель, передаточный механизм—подвергались непрерывным усовершенствованиям. Конструкторы стремились к увеличению мощности и экономичности паросиловых установок путем увеличения паропроизводительности котлов, повышения начального давления пара, введения двигателей с многократным расширением пара (компаунд-машин), применения перегрева пара, увеличения скорости хода поршня и т. д.; они отказывались также от балансира, этой характерной детали передаточного механизма в первых уаттовских машинах, золотниковое парораспределение заменялось клапанным и т. д.

Одним из видных изобретателей в области паровой энергетики был Артур Вульф (1766—1837), построивший в 1804 г. двухцилиндровую паровую компаунд-машину. Вульф использовал двукратное расширение пара последовательно в двух рабочих цилиндрах, повысив, таким образом, коэффициент полезного действия машины более чем в три раза.

Опыты по созданию паросиловых установок с повышенным начальным давлением пара начались в конце XVIII в. В первые десятилетия XIX в. паровые машины с повышенным давлением строились Оливером Эвансом (1755—1819) в Америке, Ричардом Тревитиком (1771—1833) в Англии и др. Затем последовали опыты Джейкоба Перкинса (1766—1849) в США и Эрнста Альбана (1791—1846) в Германии. Первый в 1822 г., а второй в 1828 г. создали паросиловые установки, которые можно назвать установками высокого давления в нынешнем понимании этого слова — до 45—50 атмосфер. В России над созданием котлов высокого давления тогда же работал С. В. Литвинов (1785—1843). Все они опередили уровень техники того времени, когда давление в 2—5 атмосфер считалось высоким. Во второй половине XIX в., особенно после исследований, проведенных в 50-х годах во Франции Г. А. Гирном (1815— 1890), началось применение перегретого пара в целях дальнейшего повышения коэффициента полезного действия паровых двигателей.

Паровой молот.
Гравюра 1842 г.

Отдельные паросиловые установки во второй половине XIX в. имели мощность более 1000 л.с. При фабриках и многих шахтах обычно устраивался особый корпус, где размещались котельная и машинное отделение. Фабричные паровые двигатели передавали работу трансмиссионным валам, которые располагались внутри производственных цехов. Посредством ременной передачи от этих валов приводились в действие разнообразные рабочие машины.

Наряду со стационарными паросиловыми установками с 30-х годов XIX в. в практику входят локомобили — передвижные несамоходные паросиловые установки. Они получают применение в сельском хозяйстве, при строительных работах и т. д.

По мере того как происходила концентрация и централизация производства, механическая трансмиссия все менее успешно справлялась с задачей передачи работы от центральной паросиловой станции к рабочим машинам фабричных цехов. Транспорт также предъявлял к двигателям дополнительные требования: мировая торговля и сношения между отдельными районами росли так бурно, что возникла потребность в более усовершенствованных транспортных средствах. В связи с этим научно-техническая мысль направлялась на поиски нового, более легкого источника энергии. Таким источником явился двигатель внутреннего сгорания.

Некоторые изобретатели, работавшие над этим типом двигателя, связывали с его применением утопические надежды на укрепление мелкой промышленности, обрекаемой на разорение быстрым ростом крупного капиталистического производства. В действительности же развитие двигателей внутреннего сгорания, сначала (в 1860— 1867 гг.) газовых, предложенных Ж. Ж. Э. Ленуаром (1822—1900) во Франции, Н. А. Отто (1832—1891) и Э. Лангеном (1833—1893) в Германии, а позднее — работающих на жидком топливе, способствовало развитию крупного машинного капиталистического производства.

Первые попытки использования электрической энергии в качестве двигательной силы относятся к еще более раннему периоду. Наиболее распространенными источниками тока в первой половине XIX в. служили гальванические элементы различных систем (Даниеля, Грова, Бунзена и др.). Открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции указало изобретателям новый способ получения электрического тока посредством магнитоэлектрических генераторов. В машинах такого рода (братьев Пиксии, Ю. Кларка и др.) ток возбуждался в обмотке катушек от постоянных магнитов. В дальнейшем появились генераторы с электромагнитами Э. Штерера (1843 г.) и фирмы «Альянс» (1856 г.). Последний из названных генераторов приводился в движение паровой машиной.

Одновременно развивались и электродвигатели, т. е. машины, превращавшие электрическую энергию в механическую. В 20—30-х годах они еще напоминали лабораторные приборы (двигатели П. Барлоу, Дж. Генри, У. Риччи и др.). В качестве источника тока для питания этих двигателей служили батареи гальванических элементов. В 1834 г. практически применимый электромагнитный двигатель построил Б. С. Якоби (1801—1874), выдающийся ученый и конструктор, член Петербургской Академии наук. В 1838 г. двигатель этот был использован для приведения в движение гребных колес небольшого судна на р. Неве.

Однако Якоби и его единомышленники в данной области опередили уровень технического развития той эпохи. В экономическом отношении все перечисленные и многие последующие электромагнитные двигатели были слишком невыгодны из-за маломощности и громоздкости.

Горное дело и металлургия

Быстрый рост машиностроения и металлообработки в XIX в. требовал резкого увеличения добычи руды и каменного угля, выплавки чугуна, выделки железа и стали. Важную роль в развитии металлургии сыграло железнодорожное строительство. Огромный спрос на рельсы, скрепления, части искусственных сооружений (мостов и т. д.) обусловил внедрение новых технологических процессов в металлургии, в частности новых методов выплавки чугуна, выделки стали, особенно после того как в 60-х годах началось применение стальных рельсов.

При этом, если горное дело развивалось в значительной мере экстенсивно, поскольку до 60-х годов основные работы в этой отрасли производства сохраняли традиционный ручной характер, то в металлургии отмечался значительный технический прогресс.

Конструкция доменных печей совершенствовалась, увеличивались их размеры, вводились специальные подъемники для подачи шихты, улучшались приспособления для загрузки шихты, применялись системы водяного охлаждения печной кладки и т. д. Огромное значение имело введение горячего дутья, т. е. подогрева воздуха, подаваемого в домны (Дж. Нилсон в 1828 г., инженеры петербургского Александровского казенного завода в 1829 г., Фабер дю Фор в 1831 г. и др.).

С проблемой дутья была связана другая — использование раскаленных колошниковых газов, которые образовывались в доменных печах. Раньше они бесполезно уходили в воздух. Французский исследователь Пьер Бертье опубликовал в 1814 г. работу о различных способах использования тепла и теплотворности отходящих газов доменных и плавильных печей для подогрева воздуха, подаваемого в домны и горны, а также для иных целей. Изобретения в этой области завершились созданием в 1857 г. воздухонагревательного аппарата английским инженером Эдуардом Альфредом Каупером (1819-1893).

Большой вклад в дело развития сталеделательного производства и замены традиционных эмпирических способов выделки стали научными был сделан русскими инженерами. Выдающийся металлург Павел Петрович Аносов (1797—1851), один из основоположников производства высококачественных сталей и науки о металле, впервые применил микроскопический анализ булатов (разновидность высококачественных сталей) и предложил новые технологические процессы их производства. Последователь Аносова, Павел Матвеевич Обухов (1820—1869), разработав способ изготовления крупных стальных отливок высокой прочности, явился одним из пионеров выделки легированных сталей, т. е. сталей с одной или несколькими присадками (хром, марганец, титан и др.), заметно улучшающими их свойства.

Все возраставшая потребность в передельном металле — железе и стали — привела к настоятельной необходимости не только последовательных улучшений, но и резкого изменения технологии железоделательного и сталеделательного производства. Новый способ передела чугуна на железо и сталь ввел английский изобретатель Генри Бессемер (1813—1898) в середине 50-х годов XIX в. Передел по способу Бессемера производился в особом подвижном сосуде (конвертере). В сосуд наливали жидкий чугун, сквозь который затем продувался воздух. Избыток углерода и некоторые другие примеси, содержавшиеся в чугуне, при этом быстро выгорали, после чего полученное литое железо или сталь отливались в болванки.

В 60-х годах французские инженеры Эмиль Мартен и его сын Пьер Мартен получили литую сталь в отражательной печи с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, изобретенной немецкими инженерами, братьями Вильгельмом и Фридрихом Сименсами. В этой печи, получившей название мартеновской и введенной в эксплуатацию в 1864 г., сталь получалась сплавлением чугуна со старым железным ломом (скрапом). С 1865 по 1870 г. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов возросло на 70%, хотя широкое распространение эти способы получили уже за пределами рассматриваемого периода.

В области цветной металлургии важным событием явилось введение в 1827 г. немецким химиком Фридрихом Велером (1800—1882) нового способа получения алюминия. Первоначально алюминий по цене приравнивался к драгоценным металлам. Лишь после усовершенствований, внесенных в 1854—1865 гг. в технологию производства алюминия французским геологом А. Э. Сен-Клер Девилем (1814—1876) и русским химиком Н. Н. Бекетовым (1827—1911), издержки производства алюминия резко снизились. Однако его широкое применение также относится к более позднему периоду.

Химическая промышленность

В новых отраслях производства, достигших значительных успехов после промышленного переворота, видное место заняла химическая промышленность, в первую очередь так называемая основная химическая промышленность, производящая серную кислоту, соду, едкий натр, хлор и другие вещества, необходимые при производстве соляной и азотной кислот, стекла, взрывчатых веществ, красок, отбельных веществ, искусственных удобрений, фармацевтических препаратов и т. д.

В конце XVIII в. француз Николя Леблан (1742—1806) положил начало заводскому производству соды из глауберовой соли. Способ Леблана господствовал в содовом производстве до 60-х годов XIX в., пока его не сменил несравненно более производительный «аммиачный» способ бельгийского изобретателя Эрнеста Сольве (1838—1922).

Сернокислотное производство получило развитие с начала XIX в. в результате работ Ж. А. К. Шапталя и некоторых других химиков. Вначале в качестве сырья в этом производстве применялась сера; позднее стали использовать пиритные (колчеданные) огарки.

В 1842 г. выдающийся русский химик Николай Николаевич Зинин (1812—1880) в лаборатории Казанского университета получил синтетическим путем красящее вещество анилин из нитробензола, который добывался из каменноугольного дегтя. Это открытие имело огромные практические последствия, однако не в самой России, а в более развитых странах Запада, где ряд новых открытий был сделан немецким химиком А. В. Гофманом (1818—1892), одно время работавшим в Англии, его учеником англичанином У. Г. Перкином (1838—1907) и др. В 1856 г. Перкин открыл мовеин, Натансон (Польша) и Верген (Франция) — фуксин, Гофман — розанилин и некоторые другие синтетические краски. В результате этих работ оказалось возможным создание анилинокрасочной промышленности как особой отрасли химического производства.

Увеличение числа фабричных зданий, систематическая работа в вечерние и ночные смены, а также быстрый рост торговли и городов вызвали потребность в новых источниках освещения. После успешных опытов в конце XVIII в. Уильяма Мёрдока в Англии и Филиппа Лебона во Франции основным видом освещения сделалось газовое.

Полиграфическая и бумажная промышленность. Изобретение фотографии

С первых десятилетий XIX в. появилось много типов наборных машин, преимущественно в Англии. Были усовершенствованы Ф. Кёнигом и другими изобретателями типографские станки, превращавшиеся в скоропечатные машины. Следующим шагом явилось введение в 60-х годах XIX в. в США и в Европе ротационных машин, печатавших одновременно на обеих сторонах бумажной ленты, разматываемой с рулона и прижимаемой к двум барабанам с надетыми на них печатными формами. В результате всех этих усовершенствований резко возросла производительность типографий.

Развитие полиграфии стимулировало бурный рост бумажной промышленности. За первой «самочерпкой» (бумагоделательной машиной), запатентованной во Франции Н. Л. Робертом в 1799 г., последовал ряд других изобретений, обеспечивавших высокую производительность процесса выработки бумаги. Изменилось и сырье, используемое при выделке бумаги. Традиционное применение тряпья сохранилось, но наряду с этим стала все шире распространяться выделка бумаги из древесной массы, впервые предложенная в Германии Ф. Келлером в 1844 г.

Наряду со старинным искусством гравюры и возникшим в конце XVIII — начале XIX в. способом литографии получают применение химические и фотомеханические способы изготовления клише, основанные на гальванопластике и фотографии.

Одно из выдающихся научно-технических открытий XIX в. — фотография, т. е. получение устойчивых (закрепленных) изображений на светочувствительных материалах под действием световых лучей, явилось результатом деятельности многих европейских ученых и изобретателей. Работы в этой области, начатые еще на рубеже XVIII и XIX вв., получили практическое значение лишь с 30-х годов XIX столетия. Решающих успехов на последней стадии опытов достигли французские исследователи Ж. Н. Ньепс (1765—1833) и Л. Ж. М. Дагер (1789—1851). По имени последнего самый способ получил название дагерротипии. Однако дагерротипия не приобрела большого распространения, так как в каждом случае фотографирования получалось одно изображение на непрозрачной пластинке, покрытой светочувствительным слоем йодистого серебра, и последующее размножение снимков оказывалось невозможным. Лишь после появления в 40-х годах усовершенствованных методов, позволивших получать с негативов любое количество позитивных отпечатков на светочувствительной бумаге, начался период широкого применения фотографии.

Техника сельского хозяйства
Юстус Либих.
Портрет работы В. Траутшольда.

Внедрение машинной техники в сельское хозяйство происходило значительно медленнее, чем в промышленность. Сельскохозяйственные машины и орудия (одно- и многолемешные плуги, культиваторы, разрыхляющие почву или уничтожающие сорняки, сеялки, жатвенные машины, сноповязалки) были рассчитаны, как правило, на конную тягу. С 50-х годов XIX в. получили некоторое распространение паровые тракторы, или, как их тогда называли, «самодвижущиеся локомобили» и «паровые плуги», одним из наиболее видных изобретателей которых был англичанин Джон Фоулер. Однако систематически применялись в сельском хозяйстве в это время лишь локомобили, использовавшиеся при молотьбе и некоторых других работах.

Успехи агрохимии 30—40-х годов нашли в сельском хозяйстве более широкое практическое использование. Все чаще применялись искусственные удобрения, дренаж почвы и другие мелиоративные работы, плодосменная система и иные новые методы рационального землепользования. В 1838 г. в Англии образовалось Королевское общество земледелия, которое, продолжая традиции рационализаторов сельского хозяйства XVIII в., стремилось распространять достижения в области мелиорации, обработки земли, посевных и уборочных работ, применения искусственных удобрений, а также выведения новых пород скота; оно действовало посредством печати, устройства выставок и т. д. Много сделал в этом направлении английский ученый и изобретатель Хемфри Дэви (1778—1829).

Выдающуюся роль в развитии европейской агрохимии сыграл немецкий химик Юстус Либих (1803—1873). Его смелая по выводам и блестящая по изложению работа «Химия и ее применение к земледелию и физиологии» (1840 г.) вызвала переворот в существовавших агрохимических представлениях. До этого большинство агрономов и химиков, например немецкий агроном А. Д. Тэер, полагало, что плодородие почвы целиком определяется наличием в ней перегноя (хотя французский химик Буссенго подверг эти взгляды критике еще в 30-х годах). Либих дал значительно более полную картину питания растений разнообразными минеральными веществами. Он настаивал на применении искусственных удобрений, прежде всего фосфатных, определив последующее развитие суперфосфатной промышленности. Либих выдвинул «закон минимума», согласно которому величина урожая определяется количеством в почве того из необходимых элементов, в котором потребность растения удовлетворена меньше всего.

Агрохимическим теориям Либиха присуща известная ограниченность. Он не учитывал всего многообразия факторов, влияющих на повышение урожайности, и присоединился к мнению сторонников так называемого «закона убывающего плодородия», который якобы свойственен земледелию. Но его величайшей заслугой объективно явилось то, что он показал с точки зрения естествознания отрицательные стороны современного ему земледелия. Хищническое отношение помещиков и капиталистических фермеров к земле действительно разрушало постоянные источники плодородия.

Лаборатория Ю. Либиха.
Рисунок В. Траутшольда.

Существовавшие социальные условия препятствовали всестороннему развитию сельско-хозяйственной техники. Сельскохозяйственные машины и усовершенствованная агротехника могли быть эффективно использованы только при наличии больших площадей возделываемой земли. Для мелкого крестьянского хозяйства широкое применение машин, химических удобрений и т. д. оказывалось недоступным. Рационализация сельского хозяйства ограничивалась поэтому узким кругом капиталистических и помещичьих хозяйств. Внедрение новой сельскохозяйственной техники ускоряло расслоение крестьянства и увеличение количества наемных сельскохозяйственных рабочих. Систематическое употребление машин в сельском хозяйство с такой же неумолимостью вытесняло патриархального «среднего» крестьянина, с какой паровой ткацкий станок вытеснял ручного ткача-кустаря.

Железнодорожный транспорт

Промышленный переворот и рост внутреннего и внешнего рынка обусловили необходимость радикальной перестройки также средств транспорта и связи, превратившихся в невыносимые путы для крупной промышленности и для созданной ею национальной и международной торговли.

Применение силы пара на сухопутном транспорте началось в конце XVIII в. Конные деревянные (лежневые) заводские дороги существовали в Западной и Восточной Европе еще в мануфактурный период. После начала промышленного переворота лежневые заводские дороги стали заменяться дорогами на чугунных рельсах.

Ученик Уатта, Уильям Мёрдок, и горный инженер Ричард Тревитик, применив сконструированные ими паровые двигатели, построили в 80—90-х годах XVIII в. первые удачные паровые повозки. В 1803—1804 гг. Тревитик создал первый в мире паровоз на Мёртир-Тидвильской заводской конной рельсовой дороге в Южном Уэльсе.

Решающих успехов в создании практически применимых паровозов с гладкими ведущими (движущими) колесами добился английский изобретатель Джордж Стефенсон (1781—1848). В 1814 г. он построил свой первый паровоз.

Локомотив Дж. Стефенсона. 1825 г.
Гравюра.

В 1825 г. открылась сооруженная Дж. Стефенсоном Стоктон-Дарлингтонская рельсовая линия протяжением в 56 км — первая дорога общего пользования со смешанным товаро-пассажирским движением. На ней были уложены частью чугунные рельсы, частью — железные. Локомотивная тяга применялась наряду с конной и канатной. Точного графика движения не было.

Первой железной дорогой общего пользования, полностью работавшей на паровой тяге, была Манчестер-Ливерпульская дорога длиною около 50 км, построенная Дж. Стефенсоном в 1829 г. и снабженная паровозами его изобретения. Вслед за тем, в 1831 г. к механизации рельсовых дорог приступили США, а в 1832 г. — Франция. В России первая железная дорога общего пользования — между Петербургом и Царским Селом — открылась в 1837 г., хотя еще в 1833—1835 гг. механики-самородки Ефим и Мирон Черепановы построили первые паровозы на Нижне-Тагильских заводах. В 1840 г. мировая сеть железных дорог составляла около 9 тыс. км, в 1850 г. — 40 тыс. км, в 1860 г. — 110 тыс. км и в 1870 г. — 210 тыс. км.

Пароход «Атлантик».
Гравюра 1849 г.

Новые требования, предъявляемые к железнодорожному транспорту (увеличение скоростей движения, весовых норм поездов и т. д.), вызвали совершенствование конструкций паровозов: повышение давления пара в котлах и рост их паропроизводительности, введение систем двойного расширения пара в цилиндрах паровозных машин и т. д.

Улучшались также конструкции вагонов. В 60-х годах появились пассажирские спальные вагоны, а грузовой вагонный парк пополнился специальными типами вагонов (цистерны для перевозки наливных грузов, вагоны-ледники и др.). В конце этого десятилетия американцем Дж. Вестингаузом (1846—1914) была введена система пневматических тормозов, позднее превращенная в автоматическую. Одновременно вводились новые конструкции верхнего строения пути и искусственных сооружений. Если с 20-х годов основным материалом для производства рельсов служило пудлинговое железо, то с 60-х годов все больше распространялись стальные рельсы.

В мостостроении в начале XIX в. материалом служил еще чугун (Саутуорский мост через Темзу, построенный в 1815—1819 гг. инженером Дж. Ренни, мосты Манчестер-Ливерпульской дороги). Позднее главным материалом становится железо (висячий Менейский мост в С. Уэльсе, построенный в 1819—1826 гг. Т. Телфордом, новый, там же построенный в 1845—1850 г г., балочный мост Роберта Стефенсона, Ниагарский висячий мост отца и сына Рёблингов, сооруженный в 1851—1855 гг., и др.). В первой половине XIX в. часто строились, особенно в Америке, мосты с деревянными фермами и железными скреплениями (система Гау). С 40-х годов распространяются мосты с железными сквозными фермами разных систем. Сооружение мостов с большими пролетами и с большими нагрузками на пролетное строение требовало достаточно точных и надежных методов их расчетов. Созданием этих методов мировая инженерная наука во многом обязана выдающемуся русскому инженеру Д. И. Журавскому (1821—1891).

На безрельсовом транспорте паровые двигатели не получили значительного распространения. Правда, паровые повозки и кареты (предшественники автомобилей и автобусов) создавались на всем протяжении рассматриваемого периода, главным образом в Англии. Однако против парового безрельсового транспорта единым фронтом выступили владельцы средств старого гужевого и только что возникшего железнодорожного транспорта, и организаторы рейсов паровых повозок не выдержали конкуренции.

Паровое судоходство

Возникновение парового судоходства относится к последним десятилетиям XVIII в., когда изобретатели во многих странах Запада разрабатывали проекты первых паровых судов, имевших в качестве рабочего устройства, обеспечивающего ход судна, весла, а позднее гребные (лопастные) колеса.

Первым пароходом, получившим практическое применение, было речное судно «Клермонт», построенное в 1807 г. американским изобретателем Робертом Фультоном (1765—1815). В Англии применение паровых судов началось с 1812 г., в России — с 1815 г. Конструкция паровых судов в течение долгого времени повторяла установившиеся формы парусных судов, причем пароходы сохраняли дополнительную парусную оснастку.

Океанский пароход «Грейт Истерн».
Гравюра 1865 г.

Большую роль сыграло введение гребного винта, устройство которого было предложено в 1826 г. чешским изобретателем Иосифом Ресселем (1793—1857) и несколько позднее шведским инженером Дж. Эриксоном (1803—1889).

С 40-х годов железо начало служить материалом для обшивки пароходов, а затем для постройки судовых корпусов.

Между Англией и Северной Америкой, а также между Англией и ее ост-индскими владениями, Египтом и т. д. было установлено регулярное океанское пароходное сообщение. Для обслуживания этих линий строились большие по размерам, мощные и быстроходные суда. В 1838 г. был построен пароход «Грейт Уэстерн» («Большой Западный») для рейсов из Бристоля в Нью-Йорк. Он имел 65 м в длину, 11 м в ширину, около 1,5 тыс. т водоизмещения и машину мощностью в 400 л. с. Созданное 20 лет спустя по проекту инженера И. К. Брюнеля судно «Грейт Истерн» («Большой Восточный») для морской связи с Индией имело 207 м в длину, 25 м в ширину, свыше 27 тыс. т водоизмещения, 2 машины общей мощностью около 8 тыс. л. с.

Продолжительность океанских рейсов все более сокращалась. «Саванна» — первый пароход, пересекший Атлантический океан в 1818 г., шел из США в Ливерпуль 27 дней, «Грейт Уэстерн» совершал рейсы в США за 14,5 дня, а в 70-х годах средняя продолжительность переезда через Атлантический океан составляла 7,5—8 дней.

В то время на долю паровых судов приходилась лишь небольшая часть мирового флота. В 1851 г. тоннаж парового флота составлял 0,3 млн. т, а парусного - 9,4 млн. т, в 1871 г. соответственно — 2,4 млн. т и 15,3 млн. т. Иными словами, и в начале 70-х годов лишь 16% мирового тоннажа торгового флота приходилось на паровые суда.

Строительство каналов

Для развития мировой торговли большое значение имело строительство каналов и иных искусственных гидротехнических сооружений, а также исправление и регулирование естественных судоходных путей.

При производстве гидротехнических работ все большее применение наряду с традиционными ручными орудиями труда находили землечерпалки с паровыми двигателями, мощные подъемные краны и иные механизмы.

В 1869 г. открылся Суэцкий канал. Протяжение его составило 164 км, ширина по дну — 22 м и по верху — от 60 до 100 м, первоначальная глубина в среднем — 7,5 м (впоследствии канал был углублен). Канал сразу же приобрел огромное международное значение. По сравнению с прежним путем вокруг мыса Доброй Надежды путь из Англии или Нидерландов в Индию сократился почти на 13 тыс. км. Для скорых пароходов продолжительность рейсов на Дальний Восток и в Австралию уменьшилась на 15—22 дня, а для грузовых судов — на 27—40 дней.

Главные экономические и политические выгоды от использования канала стала получать сначала Франция, а затем Англия (особенно после захвата Египта в 1882 г.).

Воздухоплавание

В 1783 г. братья Монгольфье, Жозеф (1740—1810) и Этьен (1745—1799) изобрели аэростат (воздушный шар), наполняемый нагретым воздухом, и в том же году физик Жак Шарль (1746—1823) — аэростат, наполняемый водородом. Именно водородные аэростаты сделались в XIX в. основным видом летательных средств. Привязные аэростаты были впервые использованы в 1794 г. в наблюдательных целях в войсках якобинского Конвента, боровшихся против вражеской коалиции. Конвент организовал тогда особую воздухоплавательную роту.

На протяжении последующих десятилетий немало европейских, в том числе русских, изобретателей пытались придать аэростатам управляемость, а также создать аппараты тяжелее воздуха. Первые попытки приводить аэростаты в действие посредством мускульной силы оказались, совершенно безуспешными. В 1852 г. француз Анри Жиффар произвел опытный полет на аэростате с паровым двигателем мощностью около 7 л. с., но результат эксперимента был мало обнадеживающим.

В Англии, Франции и других странах были разработаны проекты паровых самолетов и геликоптеров (вертолетов). Некоторые из конструкторов (например, англичанин Хенсон в 1842 г.) проектировали летательные аппараты для регулярной связи с колониями.

Однако на практике продолжали применяться лишь неуправляемые аэростаты (шары), пускаемые по течению воздуха. Использование таких шаров для полетов было возможно лишь в исключительных случаях (например, французскими патриотами во время осады Парижа немцами в 1870—1871 гг.).

Техника связи. Электрический телеграф

Изобретенный во времена якобинского Конвента Клодом Шаппом оптический, или семафорный, телеграф был введен во Франции и получил в первой четверти XIX в. значительное распространение на всем континенте Европы вплоть до России, где усовершенствованием оптического телеграфа занимался еще в 90-х годах XVIII в. И.П. Кулибин.

Заслуга создания электромагнитного телеграфа, передающего знаки посредством условного положения стрелок в аппарате станции, принадлежит русскому конструктору Павлу Львовичу Шиллингу (1786—1837), который впервые демонстрировал свой аппарат в 1832 г. Систему Шиллинга заимствовали У. Ф. Кук и Ч. Уитстон, применившие ее в 1837 г. в Англии с небольшими изменениями.

Использование стрелочных телеграфных приемных аппаратов, не фиксировавших передаваемые знаки, было сопряжено с неудобствами. Поэтому изобретатели в различных странах (С. Ф. Б. Морзе в США, К. А. Штейнгейль в Германии, Б. С. Якоби в России) стремились создать «самоотмечающие» приемные аппараты. Из числа таких аппаратов практическое распространение получил аппарат типа Морзе (1844 г.), но с более стройной и экономной азбукой, разработанной в Австрии и Германии. Условно эта азбука, получившая международное признание, называется «азбукой Морзе».

Достижением последующих десятилетий явилось изобретение Б. С. Якоби буквопечатающего телеграфного аппарата (1850 г.). Однако широко распространился сконструированный в 1855 г. буквопечатающий аппарат американского конструктора Д. Э. Юза (1831-1900).

С 40-х годов начинается прокладка телеграфных подводных кабелей между наиболее развитыми капиталистическими странами, а также между метрополиями и колониями. В 50—60-х годах Англия была соединена кабелями и воздушными линиями с важнейшими странами европейского континента, с США и с Индией.

В самом конце рассматриваемого периода начались опыты по созданию телефона. Пионером в этом деле явился немецкий конструктор И. Ф. Рейс, который демонстрировал свой первый телефонный аппарат в 1861 г. Однако практически проблема телефонной связи была разрешена позднее — в 70-х годах XIX в.

Военная техника

Развитие военной техники и вообще всех отраслей техники, связанных с военным делом, происходило в этот период особенно быстрым темпом. В первую очередь совершенствовалось огнестрельное оружие.

До XIX в. употреблялись гладкоствольные кремневые ружья, заряжающиеся с дула. С 20-х годов XIX в. во всеобщее употребление вошли медные пистоны. В 1823 г. француз Лефошё ввел ружье, заряжающееся патронами с казенной части.

В 1836 г. немец Н. Дрейзе, завершив многочисленные опыты своих предшественников, сконструировал так называемое игольчатое нарезное ружье со скользящим затвором. Оно заряжалось с казенной части унитарным патроном, который содержал запал, заряд взрывчатого вещества и пулю. Запал разбивался игольчатым бойком. С 1840 г. ружье Дрейзе было принято в прусской армии, а в 1866 г. сходное по конструкции нарезное ружье Шасспо поступило на вооружение во французской армии.

В артиллерии в первые десятилетия XIX в. еще применялись гладкоствольные пушки, заряжавшиеся с дула круглыми (чугунными или бронзовыми) ядрами. С 40-х годов XIX в. в практику вошли нарезные орудия, заряжавшиеся с казенной части, снабженные клиновыми или поршневыми замками и стрелявшие цилиндроконическими разрывными снарядами. После введения в металлургию способа Бессемера орудия начали отливаться из стали; впрочем, впервые успешные опыты изготовления литых стальных орудий были предприняты П. М. Обуховым намного раньше.

Производство оружия в Вулвиче (Англия).
Гравюра 1862 г.

Одновременно вводились новые взрывчатые вещества. В 1846—1847 гг. были сделаны два важнейших открытия в этой области: швейцарец Христиан Фридрих Шёнбейн изобрел пироксилин, а итальянец Асканио Собреро — нитроглицерин. В 1862 г. швед Альфред Нобель наладил промышленное производство нитроглицерина, а затем и производство динамита.

Первое военное паровое судно было построено Фультоном в 1814 г. Однако наличие гребных колес по бортам делало военные паровые суда слишком уязвимыми. Лишь с 40-х годов XIX в., после введения винтовых пароходов, произошли решающие сдвиги в военно-морском деле. В 50-х годах впервые появились броненосцы, еще очень громоздкие и тихоходные, которые скорее являлись плавучими батареями. Новое развитие броненосцы получили в Америке в годы гражданской войны Севера против Юга.

В разработке подводных мин, взрываемых посредством электричества, видную роль сыграли П. Л. Шиллинг и Б. С. Якоби. Усовершенствования в области минного дела были использованы русским командованием во время Крымской войны.

3. Успехи естествознания.

Борьба нового со старым

Чаще всего представители естественных наук как в странах, где в большей или меньшей степени сохранялось еще господство феодально-абсолютистского строя, так и в странах, переживших буржуазные революции, стремились избегать конфликтов с традиционными религиозными представлениями. Нередко естествоиспытатели облекали свои стихийно-материалистические выводы в религиозно-идеалистическую или схоластическую фразеологию, и только некоторые из них открыто заявляли о своем атеизме. Так, знаменитый французский астроном Пьер Симон Лаплас дал полный достоинства ответ Наполеону I на вопрос о бытии божием: «Государь, я не нуждался в такой гипотезе».

Официальная наука не решалась посягнуть и на исключительное положение человека как «носителя бессмертной души» — этой «частицы божества» — в мире живых существ. Например, Ж. Б. Ламарк, сформировавшийся как мыслитель в эпоху Французской революции, не счел возможным допустить единство происхождения человека и высших млекопитающих.

Даже в науках, казалось бы, далеких от религиозно-философских проблем, новые, передовые идеи постоянно наталкивались на сопротивление консерваторов. Когда один из поборников молекулярно-атомистической теории, французский химик Ш. Ф. Жерар собирался представить свои выводы Парижской академии, Ю. Либих предостерегал его: «Академия издавна признает только за собою право устанавливать законы науки; ... молодой человек, желающий заставить или заставляющий старых господ преподавать по его указаниям, не должен более рассчитывать даже на самый ничтожный успех».

Тем не менее новое в науке, в пользу которого действовал объективный ход развития общества, одерживало одну победу за другой. Для решения технико-экономических задач, которые ставились промышленностью, транспортом и сельским хозяйством, требовался новый подход к явлениям природы. Чтобы успешно воздействовать на природу, нужно было вскрыть и проверить опытным путем взаимосвязь и взаимодействие между формами движения, разнообразными химическими веществами, отдельными видами животных и растений.

Развитие торговли и международных сношений, исследование и освоение новых географических районов ввели в научный оборот множество новых фактических сведений. Они позволили восполнить ранее существовавшие пробелы в картине природы, включить те «недостающие звенья», которые подтверждали наличие всесторонних связей природных явлений во времени и пространстве. Практика горных работ проводившихся нередко на значительных глубинах, обогащала новым фактическим материалом геологию и палеонтологию. Важную роль в подкреплении фактическими данными передовых взглядов естествоиспытателей играла и деятельность селекционеров — растениеводов и животноводов.

Математика

В высшем научно-техническом образовании видное место занимала математика. Резко возросла необходимость применения ее к решению практических задач, выдвигавшихся естествознанием и техникой (в области физики, химии, астрономии, геодезии, термодинамики, кинематики механизмов, строительного дела, баллистики и т. д.). Однако новые математические исследования возникали не только в результате непосредственных практических запросов данного времени, но и в силу внутренней логики развития математики как науки.

В последнее десятилетие XVIII в. методы анализа бесконечно малых достигли значительного совершенства. Зародившись в сфере механики земных и небесных тел, новые математические методы в развитом, обогащенном виде были приложены французским ученым Ж.Л. Лагранжем (1736—1813) и его школой к физике и астрономии. Большое значение для строгого обоснования анализа бесконечно малых имели также труды Огюстена Луи Коши (1789—1857).

В качестве основного математического аппарата новых отраслей механики и физики усиленно разрабатывалась в эти десятилетия теория дифференциальных уравнений с частными производными.

Н. И. Лобачевский.
Гравюра.

Важным достижением математической науки явилось открытие и введение в употребление геометрической интерпретации комплексных чисел. Основные заслуги в этой области принадлежат норвежцу, работавшему в Дании, Касперу Весселю (1745—1818), который был также одним из основоположников векторного исчисления, французскому математику Ж. Арганду и другим ученым. К первой четверти XIX в. относится создание О. Л. Коши основ теории функций комплексного переменного. Английский математик У. Р. Гамильтон (1805—1865), давший одно из первых точных изложений теории комплексных чисел, явился вместе с тем одним из создателей векторного анализа (в 40-х годах XIX в.). Возникновение векторного, а затем тензорного исчисления играло огромную роль в развитии математической физики и в приложении математики к решению задач механики.

Расширение предмета математики выдвинуло задачу ее обоснования, т. е. пересмотра ее исходных положений, создания строгой системы определений и доказательств, а также критического рассмотрения логических приемов, применяемых при этих доказательствах, точность и последовательность которых особенно существенна при построении обширных, иногда весьма отвлеченных математических теорий.

Возникшая еще в середине XVIII в. теория вероятностей (раздел математики, позволяющий по вероятностям одних случайных событий устанавливать вероятности других случайных событий, связанных каким-либо образом с первыми) получает в конце XVIII и в начале XIX в. дальнейшее развитие в трудах французских ученых П. С. Лапласа (1749—1827), А. М. Лежандра (1752—1834), С. Пуассона (1781— 1840) и немецкого ученого Карла Фридриха Гаусса (1777—1855). Она находит к этому времени применение в естествознании (астрономия) и технике (геодезия, баллистика).

В начале XIX в. был разработан ряд теорем теории вероятностей, указывающих условия возникновения тех или иных закономерностей в результате действия большого числа случайных факторов. Сюда относятся теоремы Лапласа (1812 г.) и Пуассона (1837 г.). В работе Пуассона впервые получил применение и термин «закон больших чисел».

Последующий период развития теории вероятностей и ее приложения к решению практических задач связан с именами русских математиков М. В. Остроградского (вопросы математической статистики), В. Я. Буняковского (применение теории вероятностей к статистике, демографии и страховому делу) и П. Л. Чебышева 1821—1894), который дал в 1843 г. строгое доказательство теоремы Пуассона. В своей работе «О средних величинах» (1867 г.) Чебышев чрезвычайно просто доказал закон больших чисел при весьма общих предположениях.

В конце XVIII и в начале XIX в. оформились новые направления в геометрии. Возникает дифференциальная геометрия, изучающая геометрические образы методами анализа бесконечно малых и в первую очередь методами дифференциального исчисления. Гаспар Монж (1746—1818), сыгравший большую роль в развитии дифференциальной геометрии, явился также одним из основоположников начертательной геометрии, разрабатывающей методы изображения тел на плоскости. Успехи начертательной геометрии были непосредственно связаны с прикладными задачами составления чертежей машинного оборудования, зданий, промышленных и транспортных сооружений. Существенное значение имели и работы Гаусса по внутренней геометрии поверхностей.

Однако основы геометрических представлений, унаследованные со времен древнегреческого математика Эвклида (III в. до н. э.), оставались непоколебленными вплоть до 20-х годов XIX в., когда великий русский ученый Николай Иванович Лобачевский (1793—1856) произвел подлинную революцию в математической науке, выдвинув и развив систему неэвклидовой геометрии, в основу которой положена аксиома, утверждающая, что на плоскости через точку, лежащую вне данной прямой, возможно проведение нескольких прямых, не пересекающих эту прямую. Несколько позже, в 1832 г. венгерский геометр Янош Больяй (1802—1860) независимо от Лобачевского пришел к сходным выводам. Мысль о том, что наряду с обычной эвклидовой геометрией возможны и неэвклидовы геометрические системы, возникала также у Гаусса.

Полагая, что истинность геометрической теории проверяется только опытом, Лобачевский высказал мысль, что дальнейшие опытные исследования обнаружат неточность соответствия общепринятой эвклидовой геометрии реальным свойствам пространства при изучении некоторых явлений, например при астрономических наблюдениях. Развитие науки блестяще подтвердило это предположение.

Б. Риман в 1854—1866 гг. выдвинул новую неэвклидову геометрическую систему, опять-таки получившую реальное истолкование в ходе последующего научного развития.

Астрономия

Астрономия — первая отрасль науки, в которой воззрение на природу как на нечто неизменное было поколеблено еще во второй половине XVIII в., когда Иммануил Кант, а затем П. С. Лаплас предложили теорию происхождения солнечной системы из раскаленной туманности. Революционизирующее воздействие этой теории на науку было огромно. Вселенная впервые стала рассматриваться в становлении, изменении и развитии.

Для наиболее передовых направлений космогонии конца XVIII — начала XIX в. характерно стремление освободиться от метафизики, от богословско-схоластических объяснений, которым, например, отдавала дань гипотеза Ньютона о первоначальном «божественном толчке», якобы приведшем мир в движение.

Важнейшими достижениями астрономии последующих десятилетий явились установление собственного движения «неподвижных» звезд, выяснение посредством спектрального анализа химического тождества мировой материи, из которой состоят даже самые отдаленные звезды и туманности.

Одним из основных разделов астрономии становится «небесная механика», изучающая движения небесных тел с применением наиболее совершенных математических методов. Рост техники, в частности техники оптического приборостроения, позволил создать телескопы огромной силы. Работавшие с такими телескопами в Англии астрономы и оптики Уильям Гершель (1738—1822) и его сын Джон Гершель (1792— 1871) добились замечательных результатов в своих астрономических наблюдениях. Построенный У. Гершелем в 1789 г. зеркальный телескоп имел диаметр зеркала в 122 см. В 1845 г. английский астроном Парсонс (лорд Росс) превзошел Гершеля, создав телескоп с диаметром зеркала в 182 см. С помощью усовершенствованных астрономических приборов Гершель открыл планету Уран и обнаружил спутников многих планет. Он же исследовал распределение звезд в пространстве и строение млечного пути, найдя большое число туманностей и звездных скоплений. Джон Гершель открыл свыше 3 тыс. двойных звезд и составил каталог более чем 5 тыс. туманностей и звездных скоплений.

Замечательным примером плодотворного применения новых научных методов исследования в астрономии было теоретическое обоснование французским астрономом У. Леверье (1811—1877) и почти одновременно англичанином Дж. К. Адамсом (1819— 1892) существования еще одной новой планеты солнечной системы, более отдаленной от Солнца, чем Уран. Планета эта действительно была обнаружена в 1846 г. немецким астрономом И. Галле (1812—1910) на месте, указанном Леверье и Адамсом, и получила название Нептуна.

Большой вклад в развитии мировой астрономической науки сделали русские астрономы В. Я. Струве (1793—1864), его сын О. В. Струве (1819—1905), Д. М. Перевощиков (1788—1880), Ф. А. Бредихин (1831—1904). Особенно успешно развернулись исследования русских астрономов после окончания постройки (в конце 30-х годов) Пулковской обсерватории, одной из лучших в мире.

В истории астрономии, физики и химии большое значение имели успехи спектроскопии. Первую спектроскопическую установку соорудил немецкий мастер-оптик И. Фраунгофер (1787—1826) в начале XIX в. Среди прочих наблюдений над спектрами различных источников света Фраунгофер изучал спектры света Солнца, Венеры, Луны и некоторых звезд. Немецкие ученые Г. Р. Кирхгоф (1824—1887) и Р. В. Бунзен (1811—1899), продолжая исследования Фраунгофера и ряда других своих предшественников в этой области, заложили основы спектрального анализа.

Наиболее важные результаты исследований Кирхгофа и Бунзена были опубликованы в 1859—1862 гг. Спектроскопическая техника быстро совершенствовалась: химики при помощи спектрального анализа земных веществ открывали новые редкие элементы, астрономы использовали спектроскопические приборы для изучения природы небесных светил.

Механика

В связи с запросами промышленности, строительства, транспорта и других отраслей материального производства серьезное внимание ученых в XIX в. привлекли теоретическая и прикладная механика, развивавшаяся в тесной взаимосвязи с такими разделами физики, как термодинамика, оптика и т. д. Наиболее характерной чертой в развитии механики было, с одной стороны, сближение ее с математикой, а с другой — все возрастающая связь с практикой.

Возведение крупных инженерных сооружений с применением новых строительных материалов (в частности, металла) не могло базироваться лишь на предшествовавшем опыте строительных работ. Машины на крупных фабрично-заводских предприятиях и на транспорте имели мощности и скорости движения, с которыми не приходилось сталкиваться механикам мануфактурного периода. Конструкторы машин и инженерных сооружений были поставлены перед необходимостью учета так называемых динамических нагрузок, которые в отличие от статических вызывают значительные силы инерции движущихся масс, а также колебательные процессы.

Требования практики привлекли внимание ученых к еще недостаточно разработанным проблемам динамики (раздел теоретической механики, рассматривающий законы движения тел под влиянием приложенных к ним сил) и кинематики (раздел механики, изучающий движение безотносительно к силам, его вызывающим).

Те же причины обусловили проведение многочисленных исследований свойств упругости физических тел и разработку теории упругости, развитие учения о сопротивлении материалов, а также изучения проблем гидромеханики и гидравлики. Важное значение для решающих сдвигов в механике, наблюдавшихся в первые десятилетия XIX в., имели работы Ж. Л. Лагранжа, особенно его «Аналитическая механика» (1788 г.).

К последним десятилетиям XVIII — первой четверти XIX в. относится возникновение прикладной, или, как тогда говорили, «практической», механики, изучающей работу машин, механизмов и инженерных сооружений и разрабатывающей методы их расчета. Еще в конце XVIII в. во Франции зародилась самостоятельная теория механизмов. «Теория простых машин» Шарля Огюстена Кулона (1736—1806) вышла в свет в 1781 г. Когда Г. Монж и его соратники организовали «Политехническую школу», там по предложению Монжа был введен специальный курс по теории механизмов. Начатые Кулоном и Монжем работы в области теоретической и прикладной механики были продолжены Л. Навье (1785—1836), Т. Юнгом (1773—1829), Г. Ламе (1795—1870), А. Сен-Венаном (1797—1886), Ф. Редтенбахером (1809—1863) и многими другими учеными, работавшими в этой области.

Русские математики, механики и инженеры приняли большое участие в разработке проблем прикладной механики и, в частности, теории механизмов. С. Е. Гурьев в 1806 г. опубликовал труд «Общее правило равновесия с приложением оного к машинам». М. В. Остроградский (1801—1862) осуществил ряд исследований по прикладной механике наряду с работами по математической физике и небесной механике. В частности, он много и плодотворно работал над развитием теории упругости. Теория механизмов получила наиболее полное развитие в трудах П. Л. Чебышева, выдающегося новатора в сфере высшей математики и теоретической механики, смело пролагавшего новые пути также и в вопросах приложения этих наук к производству. Его «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов» составила эпоху в мировой науке.

Физика. Закон сохранения энергии

Распространение паровых двигателей и изучение их работы содействовали развитию термодинамики, т. е. учения о теплоте как движущей силе, ставшего теоретической базой теплотехники.

Один из основоположников термодинамики — французский ученый Сади Карно (1796—1832) исследовал вопрос о «получении движения из тепла» и о возможности получения «движущей силы» (полезной работы) при переходе тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Опубликованное при его жизни исследование «Размышление о движущей силе огня...» (1824 г.) долго оставалось незамеченным. Лишь в 1834 г. Б. Клапейрон (1799—1864) повторил рассуждения Карно и придал им стройную математическую форму.

В середине XIX в. эти идеи были переработаны и развиты применительно к представлению о теплоте как о движении молекул английским ученым Уильямом Томсоном (1824—1907), известным впоследствии под именем лорда Кальвина, и немецким физиком Рудольфом Клаузиусом (1822—1888). Окончательное оформление механическая теория теплоты и проблема превращения тепловой энергии в механическую получили в трудах немецкого естествоиспытателя и врача Юлиуса Роберта Майера (1814—1878). Так как в то время еще не существовало термина «энергия», Майер и другие ученые употребляли выражение «сила». Термин «энергия» в нынешнем смысле этого слова стал впервые применять У. Томсон в 60-х годах XIX в.

Установление механического эквивалента теплоты является заслугой многих исследователей, действовавших одновременно и в ряде случаев независимо друг от друга в различных странах: Джемса Прескота Джоуля (1818—1889) и Уильяма Роберта Грова (1811—1896) в Англии, Людвига Августа Кольдинга (1815—1888) в Дании, Германа Гельмгольца (1821—1894) в Германии.

Майер не ограничился исследованием вопроса о превращении механического движения в теплоту. Он обосновал (в 1842 г.) и доказал экспериментально более общий закон сохранения и превращения энергии («силы»), открытый впервые в общей форме Ломоносовым. К сходным выводам пришли также многие другие ученые. Обоснованием закона сохранения и превращения энергии послужили исследования в области термодинамики, наблюдения над тепловым и химическим действием электрического тока и некоторые открытия в области химии. В 1847 г. Г. Гельмгольц дал математическое выражение закона сохранения и превращения энергии («силы»). Было установлено, что все виды энергии — механическая, тепловая, электричество, магнетизм — переходят друг в друга. Последствия этих открытий 40-х годов XIX в. были огромны.

Что касается развития термодинамики, то исследования Сади Карно, Томсона и Клаузиуса привели к формулировке первого и второго начал (принципов) термодинамики, широко используемых в настоящее время. Однако Томсон и Клаузиус, распространяя на всю вселенную закономерности, наблюдаемые в замкнутых системах тел (в условиях земных опытов) сделали из второго начала термодинамики ошибочный вывод о неизбежности «тепловой смерти» вселенной.

Учение об электричестве

Серьезные успехи в учении об электричестве и магнетизме были связаны прежде всего с практическим использованием электромагнитных явлений. На рубеже XVIII—XIX вв. итальянский физик Алессандро Вольта (1745— 1827), дав правильное истолкование предшествующих опытов Луиджи Гальвани (1737—1798), создал «гальваническую батарею». Этого рода батареи долго служили единственными источниками электрического тока.

Майкл Фарадей.
Портрет работы Т. Филипса.

Продолжив опыты Гальвани и Вольта, русский ученый В. В. Петров (1761— 1834) построил электрическую батарею значительного по тому времени размера и произвел ряд важных исследований возможности применения электричества в различных областях производства и быта. В частности, он обнаружил в 1802 г. явление электрической дуги. Несколько лет спустя это явление наблюдалось английским ученым X. Дэви (1778—1829), назвавшим электрическую дугу вольтовой. Практическое использование электрической дуги в целях освещения (дуговые фонари) началось в 40—50 годах XIX в.

В 1820 г. датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777—1851) произвел важные наблюдения над действием электрического тока на магнитную стрелку. Французский ученый Ампер (1775—1836), основоположник электродинамики, сделал следующий шаг, открыв и вычислив взаимодействие между двумя электрическими токами, проходящими по проводникам, и установив, что ток в свою очередь создает магнитное силовое поле.

В 1831 г. один из крупнейших ученых Англии, Майкл Фарадей (1791— 1867), открыл и описал явление электромагнитной индукции, заметив, что если замкнутый проводник при своем перемещении пересекает магнитные силовые линии, то в нем возбуждается электрический ток. Это исключительно важное открытие позволило создать магнитоэлектрические генераторы и электродвигатели.

В 1833 г., вскоре после открытия Фарадея, русский физик Э. X. Ленц (1804—1865) обобщил законы электромагнитной индукции и электромагнитного вращения и установил направление индуктированного тока («закон Ленца»), а в 1838 г. сформулировал весьма важный для электротехники принцип обратимости генераторного и двигательного режимов электрических машин и практически реализовал этот принцип, заставив одну и ту же машину работать в режиме как генератора, так и двигателя. Ряд исследований по электромагнетизму Э. X. Ленц провел вместе с Б. С. Якоби.

Одновременно с изучением магнитных свойств электрического тока велись работы по исследованию его теплового действия. В 1821 г. профессор Берлинского университета Т. И. Зеебек (1770—1831) открыл явление термоэлектричества. Он показал, что при нагревании места соединения проводников из различных металлов в цепи возникает электрический ток. В 1834 г. французский физик Ж. Пельтье (1785— 1845) установил явление обратимости термоэлектрического действия, т. е. выделения или поглощения тепла в зависимости от направления тока, протекающего через спай двух различных проводников. Это явление было в дальнейшем использовано для изготовления термопар (термоэлементов). В 1841 г. Джоулем, а несколько позже Ленцем был открыт закон теплового действия тока при прохождении его по проводнику, получивший название закона Джоуля—Ленца.

Для практической электротехники большое значение имело установление количественных соотношений между величинами сопротивления электрической цепи, электродвижущей силы и силы тока, сделанное немецким физиком Г. Омом (1787— 1854) в середине 20-х годов XIX в. («закон Ома»).

Теоретическим исследованиям в области электромагнитных явлений способствовали успехи электрометрии. К. Ф. Гаусс в сотрудничестве с В. Э. Вебером разработал абсолютную систему электромагнитных единиц, положив в ее основу метрическую систему. Ученые сконструировали более точные приборы для магнитных измерений и ввели новые методы измерения магнитных полей.

Электромагнитная теория света. Уравнение Максвелла

В первой трети XIX в. произошел переворот в оптических представлениях. В результате работ Т. Юнга (Англия) и О. Ж. Френеля (Франция) старая ньютоновская корпускулярная теория, рассматривавшая свет как поток светоносных частиц, была отвергнута. Возродились на новой основе и в новом физико-математическом истолковании представления Гюйгенса о свете как волновом движении эфира. Крупным достижением физики XIX в. была выдвинутая английским ученым Джемсом Кларком Максвеллом (1831—1879) электромагнитная теория света (1865 г.), обобщившая опыты и теоретические построения многих физиков различных стран в области электромагнетизма, термодинамики и оптики.

Последователь Эрстедта и Фарадея, Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Математическим выражением нового учения явилась система уравнений, в равной мере относящихся как к электромагнитным, так и к оптическим явлениям и описывающих структуру электромагнитного поля. Из уравнений Максвелла в качестве основного следствия вытекал вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, и устанавливалась связь света с электромагнетизмом. Позднее существование электромагнитных волн было экспериментально доказано Генрихом Герцем (1857—1894) и явилось основой для всей радиотехники.

Физико-математические построения Максвелла сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания и техники. Однако теория Максвелла не давала исчерпывающей характеристики всех электромагнитных явлений. Максвелл, как и все физики XIX в., исходил еще из предположения о существовании эфира — последней из мнимых «невесомых жидкостей», которая пережила и флогистон и теплород, но которой в конце концов предстояло разделить их судьбу.

Химия

В рассматриваемый период утвердилась дисциплина химия — теоретическая и практическая. Трудно найти другую отрасль знания, где взаимосвязь и взаимообогащение теории и практики проявились бы с такой яркостью, как в химии, совершавшей в XIX в. свое поистине триумфальное шествие.

Новые химические представления окончательно восторжествовали в трудах А. Л. Лавуазье, Г. Монжа, К. Л. Бертолле, А. Ф. Фуркруа, Л. Б. Гитона-Морво, А. Г. Вандермонда и других учеников и сотрудников Лавуазье. Французские ученые разработали новую химическую номенклатуру, впервые ввели такие термины, как «кислород» и «водород». Они отвергли теорию флогистона и таким образом поставили, по словам Энгельса, «на ноги всю химию, которая в своей флогистической форме стояла на голове».

Научная химия могла получить законченное развитие лишь после победы учения о молекулярно-атомистическом строении вещества. Широкое развитие атомистическая теория строения вещества получила в трудах английского ученого Джона Дальтона (1766—1844). Дальтон подчеркивал, что атомы различных веществ должны обладать различным весом и что химические соединения образуются сочетаниями атомов в определенных численных соотношениях. Правда, попытки определения атомных весов некоторых веществ были у Дальтона мало удачными, но его идеи оказали мощное воздействие на развитие химии. Относительно точные данные об атомных весах 46 элементов, близкие к современным, были опубликованы в 1814— 1818 гг. шведским химиком Иёнсом Якобом Берцелиусом (1799—1848).

Атомистические воззрения Дальтона поддержал французский химик и физик Ж. К. Гей-Люссак (1778—1850), занимавшийся исследованием основных законов газового состояния. Дальтон и Люссак независимо друг от друга пришли к выводу об одинаковой расширяемости газов и паров при одинаковом повышении температуры.

В 1811 г. итальянский химик А. Авогадро (1776—1856) выдвинул мысль, что в равных объемах газов содержится одинаковое число молекул. В 1814 г. Ампер настоятельно рекомендовал различать молекулы и атомы вещества. Но эти передовые идеи не получили тогда признания.

Борьба за внедрение молекулярно-атомистических представлений в химии (в частности, в учении о газах) оживилась в 40—50-х годах. Французский химик Ш. Ф. Жерар (1816—1856) экспериментально подтвердил идеи Авогадро и Ампера. Независимо от Жерара к сходным выводам пришел и Клаузиус. Наконец, итальянский физик С. Канниццаро (1826—1910) сформулировал как закон положение о том, что в одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул. Это дало возможность правильно определять число атомов, содержащихся в молекуле. Канниццаро принадлежит также способ написания химических формул.

В 20-х годах Ю. Либихом, Ф. Вёлером и другими исследователями было обнаружено существование веществ, имеющих одинаковый состав и молекулярный вес и тем не менее различных по своим химическим и физическим свойствам. Это явление по предложению Берцелиуса (в 1830 г.) было названо изомерией. В 1848 г. знаменитый французский исследователь Луи Пастер (1822—1895) пришел к выводу, что существуют химически идентичные органические вещества, различающиеся между собой физическими свойствами. Было установлено, что молекулы обладают структурой, имеющей три измерения.

Новую теорию строения вещества в конце 50-х — начале 60-х годов выдвинул русский ученый Александр Михайлович Бутлеров (1828—1886), давший вместе с тем и научное истолкование изомерии. «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей ( — атомов), количеством их и химическим строением», — писал Бутлеров. Под химическим строением Бутлеров подразумевал все многообразие связей и взаимоотношений атомов внутри молекулы. Структурные формулы Бутлерова показали, как связаны между собой атомы в молекулах химических веществ. Структурная теория позволила классифицировать сотни тысяч сложнейших органических и неорганических соединений. Свою теорию Бутлеров блестяще подтвердил на практике, синтезировав по выведенным им структурным формулам ряд органических веществ.

В 1865 г. немецкий химик Ф. А. Кекуле (1829—1896) пришел к выводу, что молекулы органических веществ могут быть изображены как системы атомов в пространстве.

Опираясь на исследования Жерара и Канниццаро, английский химик Э. Франкленд (1825—1899) ввел в 1852 г. понятие валентности, т. е. свойства атомов различных химических элементов вступать в химическое соединение со строго определенным числом атомов водорода (валентность которого принималась за единицу) или другого одновалентного вещества.

Д. И. Менделеев.

Видное место в теоретической и прикладной химии заняло теперь изучение электрохимических явлений. В результате работ английского ученого X. Дэви были в 1807 г. получены свободный калий и натрий посредством электролиза едких щелочей, которые раньше считались неразложимыми. За два года до этого, в 1805 г., Теодор Гротгус (1785—1822) дал первую правильную теорию процесса разложения воды электрическим током. Большой вклад в электрохимию внес петербургский академик Б. С. Якоби. В конце 30-х годов он заложил основы гальванопластики и гальваностегии — технологических процессов, в результате которых с помощью электрического тока оказалось возможным получать точные копии рельефных изображений, а также покрывать изделия тонким слоем металла.

Прежде в химии долго сохранялось антинаучное, виталистическое воззрение, будто бы органические соединения являются лишь результатом жизнедеятельности организмов. В 1828 г. Ф. Вёлер (Германия) практически опроверг подобные представления, синтезировав из неорганических веществ мочевину. С этого времени возникает и делает быстрые успехи в теории и на практике синтетическая органическая химия (работы Ф. Вёлера, Ю. Либиха, Н.Н. Зинина, А. В. Гофмана, У. Г. Перкина, П. Э. М. Бертело и др.).

Крупнейшим событием в истории химии явилось открытие периодического закона химических элементов, сделанное в 1869 г. гениальным русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907).

Расположив все известные в то время элементы в порядке возрастания атомных весов, Менделеев обнаружил, что элементы, сходные по своим свойствам и по типу создаваемых ими соединений, размещаются через правильные интервалы, составляя периодически повторяющиеся ряды. Будучи разбиты на группы таким образом, чтобы сходные элементы располагались друг под другом, химические элементы образовали таблицу, получившую название периодической системы элементов. «Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, — писал Менделеев, — состоят в периодической зависимости... от их атомного веса».

Открытие Менделеева оказало огромное влияние на все последующее развитие химии и физики. Периодическая система установила взаимосвязь между всеми элементами и открыла в дальнейшем широкие возможности для более глубокого познания строения материи. В частности, она сыграла важную роль в разгадке позднее обнаруженных явлений радиоактивности и в открытии изотопов.

Исходя из своей периодической системы, Менделеев предсказал свойства нескольких еще неизвестных в те годы элементов. Три элемента — галлий, скандий и германий открыты учеными в 70—80-х годах XIX в., причем их свойства оказались полностью соответствующими тому, что предвидел Менделеев.

«... Было бы весьма интересно, — писал в 1898 г. Менделеев, — присутствовать при установке данных для доказательства превращения элементов друг в друга, потому что я тогда мог бы надеяться на то, что причина периодической законности будет открыта и понята». Это предвидение оправдалось. В свете современного учения о строении вещества периодическая система элементов получила новое, глубокое истолкование.

Успехи эволюционных идей в естественной истории

Рассматриваемый период был временем торжества эволюционной теории во всех естественных науках. В годы буржуазной революции конца XVIII в. во Франции эволюционные взгляды развивались Ж. Б. Ламарком (1744—1829) и Э. Жоффруа Сент-Илером (1771—1844). Взгляды этих ученых наносили удар религиозно-метафизическим представлениям XVIII в.

Напротив, впервые выдвинутая французским естествоиспытателем Ж. Кювье (1769—1832) на первый взгляд весьма радикальная «теория катастроф» была реакционна по существу. Она утверждала, что на земле периодически повторялись грандиозные перевороты, во время которых будто бы гибло все живущее, после чего совершался новый «творческий акт» божества, создававший новую флору и фауну. «Теория катастроф» была отвергнута естествоиспытателями.

В геологии и палеонтологии теория катастроф потерпела полное поражение со времени появления работ английского исследователя Чарлза Лайелла (1797— 1875). Важнейший труд Лайелла «Основы геологии», опубликованный в 1830—1833 гг., содержал учение о непрерывном развитии земной поверхности согласно законам природы. Это учение (автор именовал его «актуализмом») страдало известной ограниченностью и механистичностью. Лайелл считал силы, действующие на земле, постоянными как в качественном, так и в количественном отношениях. Однако объективно его взгляды имели материалистический характер и не оставляли места для божественного вмешательства.

Крупнейшим достижением биологической науки в XIX в. была разработка клеточной теории, согласно которой в основе строения и развития животных и растительных организмов лежит единая форма организации живого вещества — клетка. В подготовке клеточной теории видную роль сыграли исследования члена Петербургской Академии наук Карла Максимовича Бэра (1792—1876), П. Ф. Горянинова (1796—1865) и чешского биолога Я. Э. Пуркинье (1787—1869). Окончательное обоснование клеточной теории — установление сходства строения и происхождения животных и растительных клеток — было дано немецкими учеными Теодором Шванном (1810—1882) и Маттиасом Якобом Шлейденом (1804—1881).

Значение клеточной теории состояло в том, что она установила единство принципа строения и развития всех многоклеточных организмов и явилась одним из краеугольных камней, на которых в дальнейшем основывалась эволюционная теория. Только со времени победы клеточной теории сравнительная анатомия, физиология и эмбриология стали на твердую почву.

Для утверждения и развития эволюционных взглядов большую ценность имели успехи эмбриологии — учения о зародышах живых существ. Крупнейшими представителями ее были К. М. Бэр и его предшественники в развитии эмбриологии — член Петербургской Академии наук К. Ф. Вольф, немецкий естествоиспытатель И. Ф. Меккель и петербургский ученый X. И. Пандер. Фундаментальный труд Бэра «Об истории развития животных» вышел в 1828—1837 гг. Несмотря на непоследовательность взглядов и уступки идеалистическим воззрениям, работы Бэра во многом подготовили почву для победы эволюционной теории.

Чарлз Дарвин

Великий английский ученый Чарлз Дарвин (1809—1882) нанес решительный удар религиозно-метафизическому взгляду на природу, доказав, что весь современный органический мир — растения, животные и человек — является результатом процесса развития, длившегося многие миллионы лет. Главный труд Дарвина — «Происхождение видов путем естественного отбора», содержавший основы его учения, был опубликован в 1859 г.

Чарлз Дарвин.
Гравюра Мана.

Исходными данными для выработки этого учения были, во-первых, наблюдения над результатами вековой сельскохозяйственной практики человека, а во-вторых изучение во время географических экспедиций (в том числе проведенных при участии самого Дарвина) различных форм животных и растений, прекрасно приспособленных к самым разнообразным естественным условиям. Дарвин пришел к выводу, что виды животных и растений не постоянны, а изменчивы; что современный животный и растительный мир сформировался в результате длительного процесса развития; что существующие виды животных и растений произошли от ранее существовавших путем отбора и накопления изменений.

Дарвин различал естественный отбор, т. е. отбор и накопление в естественных условиях свойств, полезных для жизни организмов, и искусственный отбор, направляемый человеком в его хозяйственных интересах. Естественный отбор должен был, по мнению Дарвина, происходить в обстановке борьбы за существование и выживание наиболее приспособленных особей.

Дарвин установил основные закономерности эволюции животного и растительного мира. Он открыл естественные причины так называемой органической целесообразности, т. е. относительно совершенной приспособленности организмов к разнообразным условиям среды.

Поскольку именно эта целесообразность являлась излюбленным аргументом в пользу существования «премудрого творца», якобы создавшего живой мир специально приспособленным к условиям жизни на земле, дарвинизм вызвал со стороны реакционеров почти столь же яростные нападки, как «вольтерьянство» в XVIII в.

Дарвин положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, «богом созданные» и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву, установив изменяемость видов и преемственность между ними

Дарвинизм получил дальнейшее развитие в трудах передовых естествоиспытателей. Немецкий ученый Эрнст Геккель (1834—1919) и работавший в Бразилии Фриц Мюллер сформулировали биогенетический закон, согласно которому развитие данной особи в зародышевой стадии (онтогенез) повторяет развитие всего вида (филогенез), к которому принадлежит этот организм, начиная с давно исчезнувших предков данной особи. Как показали новейшие исследования, связь между филогенезом и онтогенезом является гораздо более сложной, чем представляли себе Геккель и Мюллер, но установление этой связи остается их заслугой.

Крупнейший вклад в эволюционную теорию внесли русские ученые — В. О. и А. О. Ковалевские, И. И. Мечников, И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев и другие, углубив ее и развив ее материалистические элементы.

Физиология и психология
И. М. Сеченов.
Гравюра 60-х годов XIX в.

Борьба стихийно-материалистического направления с идеализмом и религиозными воззрениями достигла большой остроты в области физиологии и психологии. Хотя сторонники прогрессивного направления нередко прибегали к упрощенно-механистическим толкованиям, но их заслуги в опровержении традиционных религиозно-метафизических представлений несомненны.

Французский физиолог Клод Бернар (1813—1878) сделал попытку (не поднимаясь, впрочем, выше механистического материализма) свести физиологические явления к химическим реакциям и стал одним из основоположников физиологической химии, систематически прибегающей к эксперименту. Еще раньше Ч. Белл (1774—1842) в Англии и Ф.Мажанди (1783—1855) во Франции исследовали функции нервов по передаче восприятий органов чувств мозгу и приказов тех или иных участков мозга органам и мышцам. Эти исследования впервые пролили свет на контрольную функцию мозга.

Превращение психологии в самостоятельную область знания, начавшееся в XVIII в., завершилось ко второй половине XIX в. Область психологических исследований значительно расширилась. Под влиянием смежных отраслей естествознания стал применяться эксперимент (труды Э. Вебера, Г. Фехнера, И. Миллера, Г. Гельмгольца и др.). Однако введение эксперимента, способствовавшее открытию многих психологических и психофизических закономерностей, дало лишь весьма ограниченные результаты вследствие того, что в психологии едва ли не острее, чем в других отраслях естествознания, проявлялась борьба между реакционными, идеалистическими или дуалистическими, и передовыми материалистическими и диалектическими течениями. Многие представители экспериментальной психологии, стоя на порочных методологических позициях, истолковывали данные эксперимента предвзято и неверно.

Естественнонаучное, материалистическое объяснение психических явлений нашло свое выражение в трудах основоположника передовой русской физиологической школы И. М. Сеченова (1829—1905) и его последователей. Ведя непримиримую борьбу с идеализмом и дуализмом, Сеченов утверждал, что по способу происхождения все акты сознательной и бессознательной жизни суть рефлексы. Учение об условных рефлексах показало, что многообразные проявления высшей нервной деятельности являются результатом постоянных взаимоотношений организма и среды.

Микробиология и медицина

Капиталисты и буржуазно-помещичьи правительства весьма неохотно тратили средства на здравоохранение, но им все же пришлось обратить серьезное внимание на эту область: было бы совершенно невозможно поддерживать производство, торговлю и быт в больших городах периода промышленного капитализма, если бы медицина осталась на уровне тех времен, когда эпидемии регулярно поражали целые страны и рассматривались как неотвратимые «бичи божии». Трудно было развивать и крупное капиталистическое сельское хозяйство, не изыскав действенных средств для борьбы с эпидемиями и различными болезнями животных и растений.

Луи Пастер.
Портрет работы А. Эдельфельта. 1889 г.

Некоторые ранние открытия в медицине рассматриваемого периода (введение английским врачом Эдуардом Дженнером оспопрививания в 1798 г., применение хинина как средства от малярии), сделанные на основе эмпирических наблюдений, уходили корнями в народную медицину и не получили тогда научного обобщения. Медицина становится подлинной наукой лишь в первой половине XIX в. благодаря достижениям естествознания и применению новых приборов.

Клиническая медицина, используя успехи точного приборостроения и органической химии, обогатилась новыми методами исследования больных (химические исследования крови, мочи, желудочного сока и т. д., применение термометра, офтальмоскопа, ларингоскопа и других приборов).

Крупнейшее значение имели труды Николая Ивановича Пирогова (1810—1881), положившие начало анатомо-экспериментальному направлению в хирургии. В исследовании «Начала общей военно-полевой хирургии» (середина 60-х годов) Пирогов, обобщив свои наблюдения, касающиеся борьбы с заражением ран, во многом предвосхитил выводы основоположников антисептики. Однако применение антисептических, а также дезинфекционных средств получило научную базу лишь после открытий Луи Пастера и его учеников, установивших причины инфекционных заболеваний, перед которыми на протяжении веков оставалась бессильной врачебная наука; позднее, в конце 70-х годов, Пастер дал научное истолкование иммунитета и разработал метод предохранительных прививок. На основе открытий Пастера английский хирург Джозеф Листер ввел в практику новое средство борьбы с гнойной инфекцией — карболовую кислоту (1867 г.). Затем стали применяться такие антисептические вещества, как борная кислота, иодоформ и т. д. Результатом этих успехов медицины было сокращение смертности и заболеваний, однако весьма неравномерное у различных общественных классов и в разных странах.

Большую роль в перестройке основ медицины играли также достижения клеточной теории строения растений и животных, положенной в основу так называемой целлюлярной (т. е. клеточной) патологии Рудольфа Вирхова (1821—1902). Этому немецкому ученому и общественному деятелю принадлежат значительные заслуги в описании, классификации и разработке терминологии основных патологических состояний человеческого организма, хотя принципы, положенные Вирховым в основу целлюлярной патологии, были односторонни: он рассматривал организм лишь как сумму клеток, обладающих самостоятельной жизнедеятельностью, недооценивая исследование врачом организма больного в целом и игнорируя значение нервного (рефлекторного) механизма в развитии патологических процессов.

Географические открытия

Развитие промышленного капитализма, сопровождавшееся быстрым расширением мирового рынка и дальнейшим усилением колониальной политики, стимулировало географические исследования. Отважным путешественникам, которые, преодолевая бесчисленные трудности, лишения и опасности, добивались сокращения «белых пятен» на карте, были по большей части чужды корыстные цели наживы или колониального «престижа». Но именно в этих целях использовались результаты географических экспедиций капиталистами и правительствами капиталистических государств.

Александр Гумбольдт.
Гравюра Пейна по рисунку Джекобса.

Огромный новый фактический материал, доставленный экспедициями, в которых принимали участие ученые различных специальностей, обогащал мировую географическую науку. Уже к началу XIX в. у географов сложилось в основном правильное представление о конфигурации материков (кроме Антарктиды) и общем облике земли. Однако внутренние районы некоторых континентов были изучены совершенно недостаточно. Мало исследованы были и многие океанские районы.

В первой половине XIX в. предпринимаются многочисленные кругосветные путешествия. В них самую активную роль играли русские мореплаватели начиная с кругосветной экспедиции И. Ф. Крузенштерна (1770—1846) и Ю. Ф. Лисянского (1773-1837) в 1803-1806 гг. Особенное значение имела экспедиция Ф. Ф. Беллингсгаузена (1778—1852) и М. П. Лазарева (1788—1851), открывшая в 1820—1821 гг. Антарктический материк. Затем район Антарктиды изучался экспедициями англичан — Дж. Уэддела (в 1823 г.) и Дж. Росса (в 1841 г.), а также экспедицией французского исследователя Ж. Дюмон-Дюрвиля (1790-1842).

Азиатский материк исследовали в первую очередь русские путешественники. Ф. П. Врангель (1796-1870), П. Ф. Анжу (1796—1869) и Ф. Ф. Матюшкин (1799—1872) дали описание северо-восточных берегов Азии, а Ф. П. Литке (1797—1882) П. К. Пахтусов (1800—1835) и другие — островов Северного Ледовитого океана. Академик А. Ф. Миддендорф (1815—1894) в 40-х годах XIX в. обследовал обширные пространства в бассейне р. Енисея, в Якутии, на северо-восточных берегах Сибири. Исследования Миддендорфа положили начало новой науке — мерзлотоведению.

В те же годы П. А. Чихачев (1808—1890) исследовал горы Алтая и, что особенно важно, район Кузнецкого бассейна (им было введено и это название). В середине XIX в. Г. И. Невельской (1813—1876) установил островной характер Сахалина и исследовал Амурскую область.

К 50—60-м годам относятся путешествия П. П. Семенова (1827—1914) и Н. А. Северцова (1827—1885) по Тянь-Шаню и Средней Азии, а к 60—70-м годам — исследование Н. М. Пржевальским (1839—1888) Уссурийского края и первые его поездки в Центральную Азию.

Экспедиции в Африку начались в первой четверти XIX в. До середины столетия основные исследования велись к северу от экватора, а в 50—70-х годах распространились также на Центральную и Южную Африку. Наибольшую важность имели исследования англичанина Дэвида Ливингстона (1813—1873), начатые им в 40-х годах и продолжавшиеся вплоть до самой смерти отважного путешественника. Ливингстон обследовал огромные пространства от южной оконечности Африки до экватора. Открытия Ливингстона — гуманного и бескорыстного исследователя, друга африканских племен — были немедленно использованы английскими правящими классами для колониальных захватов на «черном континенте».

В Северной Америке в первые десятилетия XIX в. обследовались земли между рекой Миссисипи и Скалистыми горами и широкая полоса вдоль тихоокеанского побережья. С 50—60-х годов в результате освоения новых сельскохозяйственных территорий в США и Канаде, а также в связи с большим железнодорожным строительством и открытием золотых россыпей в Калифорнии внутренние районы Северной Америки стали подвергаться все более подробному изучению.

Очень важные исследования были проведены в Австралии в связи с ее хозяйственным освоением. Особенное значение имела экспедиция Дж. Стюарта (1815—1846), который в 1862 г. успешно пересек австралийский материк и изучил его внутренние районы.

В Южной Америке в начале XIX в. выдающиеся географические открытия были сделаны Александром Гумбольдтом (1769—1859).

Богатейшие результаты географических исследований оказали огромное влияние на развитие географической науки; которая дифференцировалась на отдельные отрасли. Так, А.Гумбольдт, разносторонний ученый, естествоиспытатель и путешественник (кроме Америки, исследовавший также Азиатскую часть России), явился одним из основоположников научной физической географии. Находясь в контакте с передовыми учеными того времени — Лапласом, Гауссом и другими, он возглавил наиболее передовое направление в географической науке, выдвинувшее ряд материалистических и эволюционных положений. Гумбольдт рассматривал каждое географическое явление в его видоизменениях в различных частях земного шара, установил закономерности в климатологии и географии растений. Это передовое направление географической науки было связано с прогрессивными учениями в других областях естествознания — геологии, биологии и т. д.