Наука 19 века

Наука в 19 веке сделала гигантский скачок в развитии, опрокинув многие казавшиеся незыблемыми истины. Для решения технико-экономических задач, которые ставились промышленностью, 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 отношений, 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.

В высшем научно-техническом образовании видное место занимала математика. Резко возросла необходимость применения ее к решению практических задач, выдвигавшихся физикой, химией, астрономией, геодезией, термодинамикой, строительным делом, баллистикой и т. д. Однако новые математические исследования возникали не только в результате непосредственных практических запросов времени, но и в силу внутренней логики развития математики как науки.

В качестве основного математического аппарата новых отраслей механики и физики усиленно разрабатывалась теория дифференциальных уравнений с частными производными. Важным достижением математической науки явилось открытие и введение в употребление геометрической интерпретации комплексных чисел. Английский математик У. Р. Гамильтон (1805-1865 гг.), давший одно из первых точных изложений теории комплексных чисел, явился вместе с тем и одним из создателей векторного анализа (1840-е гг.).

Расширение предмета математики выдвинуло задачу пересмотра ее основных исходных положений, создания строгой системы определений и доказательств, а также критического рассмотрения логических приемов, применяемых при этих доказательствах.

В истории астрономии, физики и химии большое значение имели успехи спектроскопии. Первую спектроскопическую установку соорудил немецкий мастер-оптик И. Фраунгофер (1787-1826 гг.) в нач. 19 в. Он изучал спектры света Солнца, Венеры, Луны и некоторых звезд. Немецкие ученые Г. Р. Кирхгоф (1824-1887 гг.) и Р. В. Бунзен (1811 — 1899 гг.), продолжая исследования Фраунгофера, заложили основы спектрального анализа.

В связи с запросами промышленности, строительства, транспорта и других отраслей промышленности внимание ученых 19 веке привлекли теоретическая и прикладная механика, развивавшиеся в тесной связи с термодинамикой, оптикой и т. д. Для развития механики важную роль играли два фактора — с одной стороны, сближение ее с математикой, и с другой — все возрастающая связь с практикой. Возведение крупных инженерных сооружений с применением новых строительных материалов (в частности, металла); оборудование фабрично-заводских предприятий машинами большой мощности и скорости движения — это и многое другое требовало от конструкторов учета динамических нагрузок, проведения многочисленных исследований свойств упругости физических тел и развития учения о сопротивлении материалов, а также изучения проблем гидромеханики и гидравлики.

Распространение паровых двигателей и изучение их работы содействовали развитию термодинамики, т. е. учения о теплоте как движущей силе. В сер. 19 века эти идеи были развиты применительно к движению молекул английским ученым Уильямом Томсоном (1824-1907 гг.), впоследствии лордом Кельвином и немецким физиком Рудольфом Клаузиусом (1822-1888 гг.). Окончательное оформление механическая теория теплоты и проблема превращения тепловой энергии в механическую получили в трудах немецкого естествоиспытателя Юлиуса Роберта Майера (1814-1878 гг.). Термин «энергия» в современном понимании (вместо выражения «сила») стал впервые применять У. Томсон в 1860-е гг.

Установление механического эквивалента теплоты является заслугой многих исследователей, действовавших одновременно и в ряде случаев независимо друг от друга: Джеймса Прескота Джоуля (1818-1889 гг.) и Уильяма Роберта Грова (1811-1896 гг.) в Англии, Людвига Августа Кольдинга (1815-1888 гг.) в Дании, Германа Гельмгольца (1821-1894 гг.) в Германии. В 1847 г. Гельмгольц дал математическое выражение закона сохранения и превращения энергии. Было установлено, что все виды энергии — механическая, тепловая, электричество, магнетизм — переходят друг в друга.

Серьезные успехи в учении об электричестве и магнетизме были связаны прежде всего с практическим использованием электромагнитных явлений.

В 1820 г. датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777-1851 гг.) произвел важные наблюдения над действием электрического тока на магнитную стрелку.

Французский ученый Ампер (1775-1836 гг.), основоположник электродинамики, открыл и вычислил взаимодействие между двумя электрическими токами, проходящими по проводникам, и установил, что ток в свою очередь создает магнитное силовое поле.

В 1831 г. крупнейший ученый Англии Майкл Фарадей (1791-1867 гг.) открыл и описал явление электромагнитной индукции. Это открытие привело к созданию магнитоэлектрических генераторов и электродвигателей. В 1833 г.

Русский физик Э. X. Ленц (1804-1865 гг.) обобщил законы электромагнитной индукции и установил направление индуктированного тока, а в 1838 г. сформулировал важный для электротехники принцип обратимости генераторного и двигательного режимов электрических машин и практически реализовал его, заставив одну и ту же машину работать в режиме как генератора, так и двигателя. Ряд исследований Ленц провел совместно с Б. С. Якоби. В 1841 г. Джоулем, а несколько позже Ленцем был открыт закон теплового действия тока при прохождении его по проводнику (закон Джоуля—Ленца). Для практической электротехники большое значение имело установление количественных соотношений между величинами сопротивления электрической цепи, электродвижущей силы тока и силы тока, сделанное немецким физиком Г. Омом (1787-1854 гг.) в сер. 1820-х гг. (закон Ома).

В 19 веке произошел переворот в оптических представлениях. Английский ученый Джеймс Кларк Максвелл (1831—1879) выдвинул в 1865 г. электромагнитную теорию света, стимулировавшую опыты и теоретические построения многих физиков. Последователь Эрстеда и Фарадея, Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Математическим выражением нового учения явилась система уравнений, описывающих структуру магнитного 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 гг.) и стало основой для всей радиотехники.

Большими успехами в 19 веке ознаменовались исследования в области физиологии, высшей нервной деятельности и психологии человека, а также медицины.