IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
ВТОРАЯ НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В этот период были сделаны и многие научные открытия. Так, в XVIII в. появились первые термометры, которые позволили детально изучать тепловые явления. Вообще в XVIII в. Существовало 19 температурных шкал, из которых до сего дня дошли шкалы Фаренгейта1, Реомюра2 и Цельсия3. В XVIII в. теоретически обосновывалась теория теплорода. Она исходила из того, что во Вселенной содержатся элементарные частички, которые, видоизменяясь, могут превращаться в частицы теплоты, света, магнетизма, электричества.
Возникают эволюционные идеи в биологии и геологии. Золотой век просвещения – такое название получил период подлинного расцвета классического естествознания, наступившего после ньютонианской революции в физике. Множество открытий и смелых гипотез охватывали области физики, космогонии, биологии и химии, основанные на них изобретения оперативно внедрялись в повседневную жизнь.
Одним из важнейших вопросов в области космогонии стало возникновение Солнечной системы. Иммануил Кант4 и Пьер Симон Лаплас5 полагали, что всё начиналось с газопылевой туманности, которая впоследствии превратилась в звезду, вокруг которой вращались планеты.
Идея эволюции коснулась не только космогонии, но и других областей знаний. Особое место эпоха Просвещения, XIX век, заняли в истории биологической науки. Шведский натуралист Карл Линней6 созданием бинарной номенклатуры и своей классификацией подвёл итог многовековому эмпирическому накоплению биологических знаний. Ботаник Королевского ботанического сада в Париже Жан Батист Ламарк7 впервые предложил развёрнутую концепцию эволюционного органического мира. По его мнению, руководящим в эволюционном процессе был принцип градации, основанный на независимости развития или атрофии органов под влиянием упражнения и наследования таких признаков. Иначе всё себе представляли сторонники «теории катастроф» – основатель палеонтологии, француз Жорж Кювье8, английский зоолог и палеонтолог Ричард Оуэн9 и другие. По их мнению, живой мир неоднократно изменялся исключительно в результате глобальных катастроф, стиравших большую часть всего живого с лика Земли.
Английский натуралист Чарльз Роберт Дарвин10, опираясь на результаты наблюдений, накопленных им к 26 годам во время кругосветного путешествия на военном парусном корвете «Бигль», создал свою теорию естественного отбора. Основная идея книги Дарвина «Происхождение видов», изданной в 1859 г., состоит в применении концепции борьбы за существование и естественного отбора.
В это время были установлены на эмпирическом уровне законы генетики основателем этой науки, биологом и священником Грегором Иоганном Менделем11. Открытие расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяциях, переходя из поколения в поколение.
Антуан Лоран Лавуазье12 в опытах по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах установил, что независимо от характера химических процессов и их продуктов, общий вес всех участвующих в реакции веществ не меняется: масса не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому.
Джон Дальтон13 – английский физик и химик – исходя из корпускулярного строения материи и понятия химического элемента по Лавуазье, сделал вывод, что все атомы каждого химического элемента одинаковы и обладают определённым весом.
Йенс Якоб Берцелиус14 – шведский химик, открывший закон постоянства состава молекулы вещества, ввёл деление на два вида. Вещества неживой природы (неорганические) могли выдерживать жёсткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи (органические) такой обработки не выдерживали.
До середины XIX в. химия развивалась хаотически: химики открывали новые химические элементы, описывали их свойства и так накопили огромный эмпирический материал, нуждавшийся в систематизации. Логическим финалом этого процесса стал I Международный химический конгресс (3–5.09.1860, Карслуэ, Германия), на котором окончательно сформулировали и приняли основополагающие принципы: теории валентности, ароматических соединений, стереохимии, электролитической диссоциации Сванте Аррениуса15 и др. Главным же стало открытие периодического закона.
Дмитрий Иванович Менделеев16 – великий русский химик, считал, что любое знание – система, в основе которой лежит единый фактор. В качестве главной характеристики химических элементов он выбрал атомный вес, поскольку все физические законы, следуя механистической картине мира, опирались на эту величину.
Сплошные среды – жидкости и газы – стали предметом изучения для новой науки – термодинамики17. В XIX веке благодаря Джеймсу Клерку Максвеллу18 и Людвигу Больцману19 необратимость ряда явлений термодинамики нашла объяснение с точки зрения теории вероятности: молекулы, разлетевшись из части сосуда по всему сосуду, никогда вновь не соберутся в его части. Хотя из законов механики это вовсе не следует; тепло, перейдя от нагретого тела к холодному, никогда не вернётся назад.
Ролью электричества в живом организме заинтересовались врачи. Американский философ, политик и естествоиспытатель Бенджамин Франклин20 установил природу молнии. Наконец, французский исследователь Шарль Огюстен Кулон21 сумел измерить величины сил электрического заряда и установил основной закон электростатики: электрические силы обратно пропорциональны квадрату расстояния, аналогично гравитации. Электрические явления оперативно нашли практическое применение – после открытия датчанином Хансом Кристианом Эрстедом22 взаимодействия электротока с магнитной стрелкой изобрели электромагнитный телеграф. Русский академик Борис Семёнович Якоби23 создал совершенно новую область применения электричества – гальванопластику.
Говоря о развитии электростатики и электродинамики, нельзя не упомянуть и опыты итальянского врача и физика Алессандро Вольта24, создавшего первый источник постоянного тока – вольтов столб и, наконец, французского математика и физика Андре Мари Ампера25, который смог перевести результаты опытов с электричеством на сухой язык математики. Он ввёл понятие электрического тока и напряжения, электрической цепи.
После того, как великий английский физик и химик Майкл Фарадей26 обнаружил воздействие магнитного поля на световую волну, стало очевидным тождество электромагнитных и световых волн. Новый тип явлений – электромагнитные волны потребовал создания новой концепции. Она была создана Максвеллом на основе опытов Ампера и Фарадея. Язык теории Максвелла был, как и в механике Ньютона, математикой бесконечно малых величин – дифференциальными уравнениями. Электрические машины и радио стали прекрасной иллюстрацией успеха теории.
Но радиоволны требовали среды, в которой они могли бы распространяться. Эта гипотетическая среда – мировой эфир, пронизывающий всё пространство, – могла бы служить абсолютной системой отсчёта, укрепив единство мира. Несмотря на проблемы с эфиром и некоторые другие вопросы, единство свойств электромагнитных, световых, тепловых волн позволило, наконец, создать, как казалось, окончательно единую картину мира в стиле классической физики.
Вторая научная революция в естествознании состоялась.
Литература
1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания : учебник. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: КНОРУС, 2012. – 670 с.
2. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.
3. Интернет-ресурсы https://ru.wikipedia.org/
1 Даниель Габриель Фаренгейт (Фаренхайт; нем. Daniel Gabriel Fahrenheit; 24.05.1686, Данциг (ныне — Гданьск, Польша) – 16.09.1736, Гаага) – немецкий физик.
2Рене́ Антуа́н Реомю́р (фр. René Antoine de Réaumur; 28.02.1683 года, Ла-Рошель, Франция – 17.10.1757, Мэн, Франция) – французский естествоиспытатель и натуралист, энтомолог, физик и математик, член Парижской АН (1708), почётный член Петербургской АН (1737).
3 Андерс Цельсий (швед. Anders Celsius) (27.11.1701, Уппсала, Швеция – 25.04.1744, Уппсала, Швеция) – шведский астроном, геолог и метеоролог (в XVIII веке геология и метеорология считались частью астрономии), создатель новой для своего времени шкалы для измерения температуры, впоследствии получившей его имя.
4Иммануи́л Кант (нем. Immanuel Kant; 22.04.1724, Кёнигсберг, Пруссия – 12.02.1804, там же) – немецкий философ, родоначальник немецкой классической философии, стоящий на грани эпох Просвещения и романтизма.
5Пьер-Симо́н, маркиз де Лапла́с (фр. Pierre-Simon de Laplace; 23.03.1749 – 5.03.1827) – французский математик, механик, физик и астроном; известен работами в области небесной механики, дифференциальных уравнений, один из создателей теории вероятностей. Заслуги Лапласа в области чистой и прикладной математики и особенно в астрономии громадны: он усовершенствовал почти все разделы этих наук. Лаплас состоял членом шести академий наук и королевских обществ, в том числе Петербургской Академии (1802), и членом Французского Географического общества. Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.
6 Карл Линне́й (швед. Carl Linnaeus, Carl Linné, лат. Carolus Linnaeus, после получения дворянства в 1761 году – Карл фон Линней, Carl von Linné; 23.05.1707, Росхульт – 10.01.1778, Уппсала) – шведский естествоиспытатель (ботаник, зоолог, минералог) и медик. В 1732 г. в одиночку совершил научное путешествие в Лапландию, преодолев за пять месяцев более 2000 км. Несколько лет жил в Голландии, защитил здесь докторскую диссертацию и опубликовал ботанические работы, в короткий срок сделавшие его известным во всём мире. С 1741 г. до конца жизни – профессор Уппсальского университета. Линней – создатель единой системы классификации растительного и животного мира, в которой были обобщены и в значительной степени упорядочены знания всего предыдущего периода развития биологической науки. Среди главных заслуг Линнея – введение точной терминологии при описании биологических объектов, внедрение в активное употребление биноминальной (бинарной) номенклатуры, установление чёткого соподчинения между систематическими (таксономическими) категориями. Ещё одним достижением Линнея стало выделение биологического вида в качестве исходной категории в систематике, а также определение критериев отнесения природных объектов к одному виду. Линней – автор активно использовавшейся в XVIII и XIX веке Половой системы классификации растений. В Швеции Линнея также ценят как одного из создателей литературного шведского языка в его современном виде.
7 Жан Батист Пьер Антуан де Моне Шевалье Ламарк (фр. Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, chevalier de Lamarck; 1.08.1744 – 18.12.1829) – французский учёный-естествоиспытатель. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, известную в наше время как одна из исторических эволюционных концепций, называемая «ламаркизм». Отрицал существование видов.
8 Жорж Леопо́льд Кювье́,барон (фр. Jean Léopold Nicolas Frédéric Cuvier; 1769–1832) – французский естествоиспытатель, натуралист. Считается основателем сравнительной анатомии и палеонтологии. Был членом Французского Географического общества. Ввёл разделение царства животных на четыре типа.
9 Сэр Ричард Оуэн (англ. Richard Owen; 20 июля 1804, Ланкастер — 18 декабря 1892, Лондон) — английский зоолог и палеонтолог.
10 Чарлз Ро́берт Да́рвин (англ. Charles Robert Darwin; 12.02.1809 – 19.04.1882) – английский натуралист и путешественник, одним из первых пришедший к выводу и обосновавший идею о том, что все виды живых организмов эволюционируют во времени и происходят от общих предков. В своей теории, развёрнутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов», основным механизмом эволюции Дарвин назвал естественный отбор. Позднее развивал теорию полового отбора. Ему также принадлежит одно из первых обобщающих исследований о происхождении человека. Дарвин опубликовал одну из первых работ по этологии «Выражение эмоций у человека и животных». Происхождение биологического разнообразия в результате эволюции было признано большинством биологов ещё при жизни Дарвина, в то время как его теория естественного отбора как основного механизма эволюции стала общепризнанной только в 50-х годах XX столетия с появлением синтетической теории эволюции. Идеи и открытия Дарвина в переработанном виде формируют фундамент современной синтетической теории эволюции и составляют основу биологии как обеспечивающие объяснение биоразнообразия. Термин «дарвинизм» используют для обозначения эволюционных моделей, восходящих в основе к идеям Дарвина, а в обыденной речи часто называют «дарвинизмом» эволюционную теорию и современный научный взгляд на эволюцию в целом.
11 Грегор Иоганн Мендель (нем. Gregor Johann Mendel; 20.07.1822, Хейнцендорф, Силезия, Австрийская империя – 6.01.1884, Брюнн, Австро-Венгрия) – австрийский биолог и ботаник, монах-августинец, аббат. Основоположник учения о наследственности, позже названного по его имени менделизмом. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков (эти закономерности известны теперь как Законы Менделя) стало первым шагом на пути к современной генетике.
12Антуа́н Лора́н Лавуазье́ (фр. Antoine Laurent de Lavoisier; 26.08.1743 г., Париж – 8.05.1794 г., Париж) – французский естествоиспытатель, основатель современной химии.
13 Джон Дальтон (Долтон) (англ. John Dalton; 6.09.1766 – 27.07.1844) – английский провинциальный учитель-самоучка, химик, метеоролог и естествоиспытатель. Он стал одним из самых знаменитых и уважаемых учёных своего времени благодаря новаторским работам в разных областях знания. Так, он впервые (1794) провёл исследования и описал дефект зрения, которым страдал сам, – цветовую слепоту, позже названную в его честь дальтонизмом; открыл закон парциальных давлений (закон Дальтона) (1801), закон равномерного расширения газов при нагревании (1802), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри–Дальтона). Установил закон кратных отношений (1803), обнаружил явление полимеризации (на примере этилена и бутилена), ввёл понятие «атомный вес», первым рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных масс, заложив тем самым основу атомной теории строения вещества.
14Йёнс Якоб Берце́лиус (швед. Jöns Jakob Berzelius; 20.08.1779, Линчёпинг – 7.08.1848, Стокгольм) – шведский химик и минералог. Член Шведской академии наук, с 1810 года – её президент. Ввёл современные символы химических элементов. Открыл церий (1803), селен (1817), торий (1828). Развил электрохимическую теорию. Предложил термины аллотропия, изомерия, катализ и другие.
15 Сва́нте А́вгуст Арре́ниус (швед. Svante August Arrhenius; 19.02.1859, имение Вик, недалеко от Уппсалы – 2.10.1927, Стокгольм) – шведский физико-химик, автор теории электролитической диссоциации, лауреат Нобелевской премии по химии (1903).
16 Дми́трий Ива́нович Менделе́ев (27.01.[8.02] 1834, Тобольск – 20.01.[2.02] 1907, Санкт-Петербург) – русский учёный-энциклопедист: химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, нефтяник, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель. Профессор Санкт-Петербургского университета; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Среди наиболее известных открытий – периодический закон химических элементов, один из фундаментальных законов мироздания, неотъемлемый для всего естествознания. Автор классического труда «Основы химии».
17 Термодина́мика (греч. θέρμη – «тепло», δύναμις – «сила») – раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем и способы передачи и превращения энергии в таких системах. В термодинамике изучаются состояния и процессы, для описания которых можно ввести понятие температуры. Термодинамика – это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов. Процессы, происходящие в термодинамических системах, описываются макроскопическими величинами (температура, давление, концентрации компонентов), которые вводятся для описания систем, состоящих из большого числа частиц, и не применимы к отдельным молекулам и атомам, в отличие, например, от величин, вводимых в механике или электродинамике. Современная феноменологическая термодинамика является строгой теорией, развиваемой на основе нескольких постулатов. Однако связь этих постулатов со свойствами и законами взаимодействия частиц, из которых построены термодинамические системы, даётся статистической физикой. Статистическая физика позволяет выяснить также и границы применимости термодинамики. Законы термодинамики носят общий характер и не зависят от конкретных деталей строения вещества на атомарном уровне. Поэтому термодинамика успешно применяется в широком круге вопросов науки и техники, таких как энергетика, теплотехника, фазовые переходы, химические реакции, явления переноса и даже чёрные дыры. Термодинамика имеет важное значение для самых разных областей физики и химии, химической технологии, аэрокосмической техники, машиностроения, клеточной биологии, биомедицинской инженерии, материаловедения и находит своё применение даже в таких областях, как экономика.
18 Джеймс Клерк Ма́ксвелл (англ. James Clerk Maxwell; 13.06.1831, Эдинбург, Шотландия – 5.11.1879, Кембридж, Англия) – британский физик, математик и механик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие). Один из основателей кинетической теории газов (установил распределение молекул газа по скоростям). Одним из первых ввёл в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики («демон Максвелла»), получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике (термодинамические соотношения Максвелла, правило Максвелла для фазового перехода жидкость – газ и другие). Пионер количественной теории цветов; автор трёхцветного принципа цветной фотографии. Среди других работ Максвелла – исследования по механике (фотоупругость, теорема Максвелла в теории упругости, работы в области теории устойчивости движения, анализ устойчивости колец Сатурна), оптике, математике. Он подготовил к публикации рукописи работ Генри Кавендиша, много внимания уделял популяризации науки, сконструировал ряд научных приборов.
19 Лю́двиг Бо́льцман (нем. Ludwig Eduard Boltzmann, 20.02.1844, Вена, Австрийская империя – 5.09.1906, Дуино, Италия) – австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории. Член Австрийской академии наук (1895), член-корреспондент Петербургской академии наук (1899).
20 Бе́нджамин Фра́нклин (англ. Benjamin Franklin; 17.01.1706, Бостон, Провинция Массачусетс-Бэй – 17.04.1790, Филадельфия, США) – американский политический деятель, дипломат, изобретатель, писатель, журналист, издатель, масон. Один из лидеров войны за независимость США.
21 Шарль Огюсте́н де Куло́н (фр. Charles-Augustin de Coulomb, 14.06.1736–23.08.1806) – французский военный инженер и учёный-физик, исследователь электромагнитных и механических явлений; член Парижской Академии наук. Его именем названы единица электрического заряда и закон взаимодействия электрических зарядов.
22 Ханс Кристиан Э́рстед (дат. Hans Christian Ørsted,(14.08.1777, Рудкёбинг, о. Лангеланн – 9.03.1851, Копенгаген) – датский учёный, физик, исследователь явлений электромагнетизма.
23 Мориц Герман Яко́би (на русский лад Бори́с Семёнович Якоби; нем. Moritz Hermann von Jacobi; 21.09.1801, Потсдам – 27.02.(11 марта) 1874, Санкт-Петербург) – немецкий и русский физик-изобретатель. Прославился открытием гальванопластики. Построил первый электродвигатель, телеграфный аппарат, печатающий буквы.
24 Алесса́ндро Джузеппе Анто́нио Анаста́сио Джерола́мо Умберто Во́льта (итал. Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta; 18.02.1745, Комо – 5.03.1827, там же) – итальянский физик, химик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве; граф (1801).
25Андре-Мари́ Ампе́р (фр. André-Marie Ampère; 20.01.1775 – 10.06.1836) – великий французский физик, математик и естествоиспытатель, член Парижской Академии наук (1814). Член многих академий наук, в частности иностранный почётный член Петербургской Академии наук (1830). Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввёл в физику понятие «электрический ток». Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества». Работал также в области механики, теории вероятностей и математического анализа.
26 Майкл Фараде́й (англ. Michael Faraday, 22.09.1791, Лондон – 25.08.1867, Лондон) – английский физик-экспериментатор и химик. Член Лондонского королевского общества (1824) и множества других научных организаций, в том числе иностранный почётный член Петербургской академии наук (1830). Открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе современного промышленного производства электричества и многих его применений. Создал первую модель электродвигателя. Среди других его открытий – первый трансформатор, химическое действие тока, законы электролиза, действие магнитного поля на свет, диамагнетизм. Первым предсказал электромагнитные волны. Фарадей ввёл в научный обиход термины ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм, парамагнетизм и др. Фарадей – основоположник учения об электромагнитном поле, которое затем математически оформил и развил Максвелл. Основной идейный вклад Фарадея в физику электромагнитных явлений заключался в отказе от ньютонова принципа дальнодействия и во введении понятия физического поля – непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом.