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 начале 19 века был разработан ряд теорем теории вероятностей (раздел математики, позволяющий по вероятностям одних случайных событий устанавливать вероятности других случайных событий, связанных каким-либо образом с первыми). Сюда относятся теоремы П. С. Лапласа (1749-1827 гг.), С. Пуассона (1781-1840 гг.). В работе Пуассона (1837 г.) впервые получил применение термин «закон больших чисел».

Подлинной революцией в математической науке явилась выдвинутая в 1820-х гг. Н. И. Лобачевским (1793-1856 гг.) теория неэвклидовой геометрии. Несколько позже, в 1832 г. венгерский геометр Янош Больяй (1802-1860 гг.) независимо от Лобачевского пришел к сходным выводам. Мысль о том, что наряду с евклидовой геометрией возможны и другие геометрические системы, возникала также у К. Ф. Гаусса (1777-1855 гг.). 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, также получившую реальное истолкование в ходе последующего научного развития.

Астрономия - первая отрасль науки, в которой воззрение на природу как на нечто неизменное было поколеблено еще во 2-й пол. 18 века, когда  Иммануил Кант, а затем П. С. Лаплас предложили теорию происхождения солнечной системы из раскаленной туманности. Вселенная впервые стала рассматриваться в становлении, изменении и развитии.

Важнейшими достижениями астрономии 19 в. 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, позволили создать телескопы огромной силы. Построенный Уильямом Гершелем (1738-1822 гг.) еще в 1789 г. зеркальный телескоп имел диаметр зеркала 122 см. С помощью усовершенствованных астрономических приборов Гершель открыл планету Уран и обнаружил спутники многих планет. Он же исследовал распределение звезд в пространстве и строение млечного пути, найдя большое число туманностей и звездных скоплений. Его сын Джон Гершель (1792-1871 гг.) открыл свыше 3 тыс. двойных звезд и составил каталог более чем 5 тыс. туманностей и звездных скоплений.

В 1845 г. английский астроном Парсонс (лорд Росс) превзошел Гершеля, создав телескоп с диаметром зеркала 182 см.

Примером плодотворного применения новых научных методов исследования в астрономии было теоретическое обоснование в одно и то же время, но независимо друг от друга французским астрономом У. Леверье (1811-1877 гг.) и англичанином Дж. К. Адамсом (1819-1892 гг.) существования новой планеты Солнечной системы. Эта планета была открыта в 1846 г. немецким астрономом И. Галле в 1846 г. и названа Нептуном.

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).