XVII–XVIII века, Французская революция в физике XIX века, XX век

XVII–XVIII века

Дальнейшие этапы развития науки в разной степени отражены нами в различных главах учебника.

Наука XVII в. – это, в первую очередь, физика Галилея и Ньютона, рассматриваемая в гл. 9. Наука XVIII в. развивает механику Ньютона в форме аналитической механики, кроме того, в это время начинают развиваться теория электричества и ее экспериментальная база (электростатическая машина (источник заряда), лейденская банка (конденсатор)), сформулирован закон Кулона. Довольно интенсивно развивается химия, где в конце века переходят к изучению химических реакций в газах и Лавуазье революционизирует эксперимент (см. гл. 18). В XIX в. начинается бурное развитие химической теории и биологии, о чем будет сказано в гл. 18 и 19. Особое место здесь занимает теория эволюции Дарвина, задавшая модель, далеко вышедшую за пределы биологии (подобный эффект в XX в. имела специальная теория относительности Эйнштейна). В физике наряду с механикой Ньютона бурно развиваются другие разделы. Все это оформляется в особые дисциплины и получает название "дисциплинарной революции". Развитие новых дисциплин происходит крайне неравномерно и тесно связано с реформой образования. Рассмотрим этот процесс на материале физики.

Французская революция в физике XIX века

Итогом развития механики XVIII в. можно считать программу Лапласа. Великий математик и механик Пьер Симон Лаплас (1749–1827), избранный в Академию наук в 1773 г., был одним из главных лидеров французского научного сообщества на протяжении ряда десятилетий (включая революционный и наполеоновский периоды). Он добился больших успехов в разработке небесной механики, которая стала для него образцом физической теории. В его программе теоретизации физики можно выделить две части. Первая заключалась в построении небесно-механических аналогов теорий во всех областях физики. Лаплас называл ее "молекулярной механикой" [15]. Это механистическая программа сведения всего многообразия физических и химических явлений к взаимодействиям различного рода частиц (молекул) по законам центральных сил, аналогичным ньютоновскому закону всемирного тяготения. Вторую часть этой программы иногда называют программой математизации фундаментальной физики и связывают се с именем ученика Лапласа – Ж. Б. Био [17; с. 4]. Она ориентировала исследователей на аналитическую математизацию полученных путем точного эксперимента элементарных эмпирических соотношений (подпрограмма Био). Оба эти аспекта находились в тесной взаимосвязи, стимулируя друг друга.

Первые полтора-два десятилетия сам Лаплас и его ученики и последователи, следуя этой программе, добились немалых успехов: закон Гей- Люссака (1802), Лапласова теория капиллярности, открытие поляризации света Малюсом (1808) и последовавшие за этим оптические исследования самого Малюса, а также Био, Араго и др., математическая электростатика Пуассона (1811) и др. Но к середине-концу второго десятилетия молекулярно-механическая часть программы, включая корпускулярную оптику, все больше заходила в тупик. Вторая же ее часть была вполне созвучна подходу политехников, имена которых мы связываем с французской революцией в физике. Как писал Лаплас в "Изложении теории мира", "одно из самых больших достоинств математических теорий (и самый лучший способ установить их достоверность) заключается в том, что они объединяют множество явлений, кажущихся разрозненными, и определяют их взаимные отношения не путем неопределенных и гадательных рассуждений, а точным расчетом" [10, с. 245]. Под этими словами могли подписаться и Фурье, и Френель, и Ампер.

Изучение хронологии последующих событий обнаруживает поразительную их концентрацию в окрестности 1820 г.

1819 г. – О. Френель "Мемуар о дифракции света", в котором была развита волновая оптика.

1822 г. – Ж. Б. Фурье "Аналитическая теория тепла", трактат, в котором была развита теория теплопроводности на основе полученного автором дифференциального уравнения теплопроводности.

1823 г. – А. М. Ампер "Теория электродинамических явлений" (опубликована в 1826 г.), в которой было исследовано взаимодействие электрических токов (закон Ампера).

1824 г. – Н. Л. С. Карно "Размышления о движущей силе огня" – труд, положивший начало термодинамике.

Конечно, эти знаковые события, характеризующие замечательный и почти скачкообразный прогресс в оптике, теплофизике, учении об электричестве и магнетизме, погружены в ряд других важных событий, связанных с именами, прежде всего французских, но также, хотя в меньшей мере, английских, немецких и даже русских ученых (французы П. С. Лаплас, С. Д. Пуассон, Ж. Био, Ф. Савар, П. Дюлонг и А. Пти, Д. Араго, Л. Навье, Ж. Гей-Люссак и др.; англичане Т. Юнг, Дж. Грин, немцы Г. С. Ом, К. Ф. Гаусс; русские Н. И. Лобачевский – в 1826 г. он создает неевклидову геометрию, М. В. Остроградский и др.). Заметим, что с начала 1820-х гг. на "физической арене" появляется М. Фарадей, открывший в 1831 г. явление электромагнитной индукции.

Отмеченной фокусировке событий (1820 ±3 года) свойственны следующие черты:

1) в совокупности они охватывают достижение значительного теоретического прогресса, опирающегося на точный эксперимент, в основных разделах физики – учения о теплоте, свете, электричестве и магнетизме. Этим наука обязана, прежде всего, французским ученым;

2) соответствующие теоретические построения существенно опираются на математический анализ и теорию дифференциальных уравнений и носят во многом феноменологический характер;

3) они во многом противостоят доминирующей в конце XVIII – начале XIX вв. исследовательской программе П. С. Лапласа, хотя также ориентированной на интенсивное использование математического анализа, но в физическом плане связанной с концепцией "молекулярной механики", корпускулярной оптикой и невесомыми жидкостями;

5) этим взлетом французская физика (а также математика и другие точные науки) во многом обязаны возникшей на волне Великой французской революции Парижской политехнической школе (ППШ).

Далее в физике идет более равномерный во времени и в пространстве процесс, который к 1870–1880-м гг. приводит к завершению построения основ классической физики ("Трактат об электричестве и магнетизме" Дж. К. Максвелла – 1873 г., Л. Больцман – статистическое обоснование второго начала термодинамики и кинетическое уравнение – 1872 г., открытие электромагнитных волн Г. Герцем – 1888 г. и т.д.).

Сказанное дает основание говорить о двухфазной структуре научной революции, приведшей к формированию классической физики, где первую фазу условно можно назвать "французской революцией в физике"^[1].

У этой революции явно просматриваются социальные и институциональные предпосылки, тесно связанные с ППШ, которая была создана в 1794 г. с целью "воспитать различных инженеров, восстановить обучение точным наукам, которое было прервано во время кризисов революции, и дать высокое научное образование молодым людям или для того, чтобы быть употребленными Правительством в работах республики, или для того, чтобы принести в свои родные места просвещение..." [2, с. 25–26].

Особое внимание в Школе уделялось преподаванию математики, в первую очередь математическому анализу и начертательной геометрии. К преподаванию были привлечены выдающиеся математики, механики, химики: Ж. Л. Лагранж, Г. Монж (ставший вскоре директором Школы), П. С. Лаплас (в качестве экзаменатора), Л. Карно, Г. К. Прони, А. Ф. Фур- круа, К. Л. Бертолле и др.; несколько позже там преподают А. М. Ампер и Ж. Б. Фурье. Учебная литература по математике, математической физике и механике (и не только во Франции) берет свое начало во многом из курсов, читавшихся в ППШ Лагранжем, Монжем, Фурье, Ампером, а также ее выпускниками С. Пуассоном, Л. Пуансо, О. Коши и др. Среди выпускников Школы такие видные физики первой четверти XIX в., как Ж. Б. Био, Ж. Л. Гей-Люссак, Д. Ф. Ж. Араго, Э. Малюс, С. Пуассон, Л. Пуансо, О. Коши, П. Л. Дюлонг, А. Т. Пти, О. Френель, Н. Л. С. Карно (в дальнейшем С. Карно), А. Навье и др.

С ППШ началось перемещение "центра тяжести научной жизни" (выражение Ф. Клейна [15, с. 15]) из академий в вузы, в которых сначала во Франции, а затем в Германии, Англии и несколько позже в России происходило научно-дисциплинарное оформление физики.

Большинство учеников и последователей Лапласа ("лапласианцев") и героев 1820-х гг. ("антилапласианцев") были тесно связаны с ППШ. Но последние были, как правило, весьма далеки от лапласианского круга ученых и от влияния лидеров этого круга, занимавших в первые два десятилетия ведущие позиции в Институте Франции (объединяющем пять академий наук) и во французском научном сообществе этого времени. Так, Фурье с 1802 по 1817 г. был префектом департамента Изеры; Ампер только в 1820 г. начал заниматься физикой, будучи избранным в Институт как математик в 1814 г.; Френель после окончания Школы мостов и дорог в 1809 г. в течение ряда лет работал инженером в провинции и только в 1817 г. вернулся в Париж уже сложившимся исследователем; С. Карно после окончания ППШ в течение шести лет работал военным инженером также в провинции, продолжив военную службу и по возвращении в Париж в 1819 г. Иначе говоря, им было свойственно определенное аутсайдерство.

XX век

В истории науки XX в. следует выделить три периода, более или менее совпадающих с соответствующими третями века. Первой трети отвечают научные революции в физике (переход к "неклассической науке"), а также в биологии (рождение молекулярной биологии и генетики) и химии (появление квантовой химии). Эти вопросы освещены в гл. 14, 15, 18 и 19. Во второй трети появляется "Большая наука" (см. параграф 13.1). В последней трети происходит еще одно существенное изменение, которое науковеды пытаются зафиксировать у нас под именем "постнеклассическая наука", а на Западе как Mode 2 и (или) "технонаука" (см. параграф 13.2). К этому периоду относится рождение синергетики (см. гл. 17) и информатики (см. гл. 21).