Характеристика основных этапов развития физики

Каковы же эти круги в истории физики? Мы не будем исследовать состояние науки в древневосточных монархиях: Египте, Ассирии, Вавилонии, хотя совершенно несомненно, что начатки знания в античной Греции были принесены именно из этих стран. Влияние египетской и ассиро-вавилонской науки на науку древней Греции ещё очень мало исследовано, и если раньше это влияние считалось незначительным, то в последнее время выясняется ошибочность этой точки зрения. Как бы то ни было, мы отметим здесь лишь, в соответствии с высказываниями Энгельса, что практические потребности земледелия, скотоводства, орошения и мореплавания вызвали к жизни начатки астрономии, механики и математики. Эти начатки и были усвоены греческой наукой, с изучения которой мы начинаем историю физики.

I период. Наука рабовладельческого общества. Первый период в истории физики - период науки античного рабовладельческого общества. Классическая характеристика рабовладельческого общества дана в работе товарища Сталина "О диалектическом и историческом материализме".

"При рабовладельческом строе основой производственных отношений является собственность рабовладельца на средства производства, а также на работника производства - раба, которого может рабовладелец продать, купить, убить, как скотину. Такие производственные отношения в основном соответствуют состоянию производительных сил в этот период. Вместо каменных орудий теперь люди имели в своём распоряжении металлические орудия, вместо нищенского и примитивного охотничьего хозяйства, не знавшего ни скотоводства, ни земледелия, появились скотоводство, земледелие, ремёсла, разделение труда между этими отраслями производства, появилась возможность обмена продуктов между отдельными лицами и обществами, возможность накопления богатства в руках немногих, действительное накопление средств производства в руках меньшинства, возможность подчинения большинства меньшинством и превращения членов большинства в рабов. Здесь нет уже общего и свободного труда всех членов общества в процессе производства,- здесь господствует принудительный труд рабов, эксплоатируемых нетрудящимися рабовладельцами. Нет поэтому и общей собственности на средства производства, равно как на продукты производства. Её заменяет частная собственность. Здесь рабовладелец является первым и основным полноценным собственником.

Богатые и бедные, эксплоататоры и эксплоатируемые, полноправные и бесправные, жестокая классовая борьба между ними - такова картина рабовладельческого строя"^*.

^* (И. Сталин, Вопросы ленинизма, ОГИЗ, 1947, стр. 555.)

Рабовладельческий строй не стимулирует изобретений, направленных к замене или радикальному облегчению труда человека. Техника античной Греции и Рима, достигшая высокого уровня, особенно в Риме, базируется на основных статических машинах: рычаг, клин, винт, ворот, блок. Она применяется в строительном и военном деле. Мореплавание, включающее как задачи судостроительства, так и вопросы вождения корабля, представляет другую область практики, тесно связанную с естественными науками. На первый план выдвигаются проблемы геометрии и статики. Особенно важно, что эти проблемы обеспечивали тщательное изучение простейших закономерностей природы-пропорциональных зависимостей.

Характер рабовладельческого строя, воспитывавшего презрение к физическому труду у свободного человека, не способствовал развитию экспериментальной науки. Несмотря на наличие искусных инженеров и изобретателей (Архимед, Герон, Витрувий и т. д.), научного эксперимента в эту эпоху, по существу, не было. Научные обобщения строились О на первоначальных наблюдениях. Предлагалось исследовать природу у силой ума, а не обращением к опыту.

Так возникла античная натурфилософия. Таким образом, указанный период характеризуется:

1. накоплением первоначальных наблюдений над явлениями природы (включая магнетизм и электричество);
2. развитием геометрии и статики;
3. созданием основных натурфилософских концепций.

В этом периоде, в свою очередь, можно чётко различить две следующие стадии.

I стадия. Развитие античной натурфилософии. Эта эпоха охватывает хронологически период примерно от VII до IV в. до н. э. Она начинается Фалесом и ионической школой и заканчивается Аристотелем. В течение этого периода вырабатываются общие точки зрения на окружающий мир, вырабатываются основные понятия мышления, исследуются законы мышления и методы познания. Именно в указанный период ставятся вопросы о природе материи и духа, о развитии материального мира и законах этого развития, о строении вселенной, о природе пространства и времени, о природе движения, о природе света и т. д. Возникают такие мощные натурфилософские концепции, как атомистика Демокрита и натурфилософия Аристотеля. Именно в этот период подвергается анализу природа абстракций и их взаимоотношений с конкретной действительностью (Сократ, Платон, Аристотель). Значение указанного периода в истории науки огромно. Собственно говоря, именно в этот период люди учились мыслить и понимать природу и себя.

II стадия. Александрийский период. Хронологически этот период охватывает III в. до н. э. и далее до разложения античного общества. В указанный период достигает вершины своего развития геометрия (Эвклид), статика (Архимед), астрономия (Аристарх, Гиппарх, Птоломей) и прикладная механика (Герон, Витрувий, Папп). Из выдающихся натурфилософов в эту эпоху следует указать на Эпикура и Лукреция Кара, развивающих атомистику Демокрита. В этот период большого развития достигло строительное искусство, военная и морская техника. Возбуждается интерес к практическим проблемам, но, как было уже указано, эти проблемы не выходят из узкого круга статических задач. Хотя в указанный период появляется водяная мельница (используется движущая сила воды), а Герон даёт пример использования движущей силы тепла, однако, эти открытия не могли послужить толчком к серьёзным научным исследованиям.

II период. Наука феодального общества. "При феодальном строе,- говорит товарищ Сталин,- основой производственных отношений является собственность феодала на средства производства и неполная собственность на работника производства,- крепостного, которого феодал уже не может убить, но которого он может продать, купить. Наряду с феодальной собственностью существует единоличная собственность крестьянина и ремесленника на орудия производства и на своё частное хозяйство, основанная на личном труде. Такие производственные отношения в основном соответствуют состоянию производительных сил в этот период. Дальнейшее улучшение плавки и обработки железа; распространение железного плуга и ткацкого станка; дальнейшее развитие земледелия, огородничества, виноделия, маслоделия; появление наряду с ремесленными мастерскими мануфактурных предприятий,- таковы характерные черты состояния производительных сил"^*.

^* (И. Сталин, Вопросы ленинизма, ОГИЗ, 1947, стр. 555.)

Эти новые черты состояния производительных сил и производственных отношений создают предпосылки для развития новой науки, базирующейся на эксперименте. Обычно средневековый период в истории науки считается пустым местом. С внешней стороны такое воззрение справедливо. В течение средневековья не было не только дальнейшего развития античной науки, но и сами достижения античной науки были утрачены. В указанный период процветали: в университетах схоластика и теология, вне университетов - алхимия, магия и астрология, т. е. духовная деятельность человечества проявлялась в антинаучных областях.

И тем не менее этот период не был исторической пустыней в истории наук. Если бы это было так, то непонятен был бы неожиданный расцвет в конце средневековья. Новый уклад жизни делал возможным развитие ремесла и техники. Развитие торговых связей между странами Западной Европы и Востока приводило к географическим открытиям и накоплениям новых фактов. Такие изобретения, как порох, компас, бумага и особенно книгопечатание, подготовляли почву для будущего развития наук. В указанный период становится возможным появление таких глашатаев экспериментального метода, каким был Рожер Бэкон. Энгельс в следующих выражениях характеризует значение средневекового периода в истории естествознания:

"Когда после тёмной ночи средневековья вдруг вновь возрождаются с неожиданной силой науки, начинающие развиваться с чудесной быстротой, то этим чудом мы обязаны опять-таки производству (курс. мой.- П. К.). Во-первых, со времени крестовых походов промышленность колоссально развилась и вызвала к жизни массу новых механических (ткачество, часовое дело, мельницы), химических (красильное дело, металлургия, алкоголь) и физических фактов (очки), которые доставили не только огромный материал для наблюдений, но также и совершенно иные, чем раньше, средства для экспериментирования (курс. мой.- П. К.) и позволили сконструировать новые (курс. Энгельса) инструменты. Можно сказать, что собственно систематическая экспериментальная наука стала возможной лишь с этого времени (курс. мой.- П. К.). Во-вторых, вся Западная и Центральная Европа, включая сюда и Польшу, развивалась теперь во взаимной связи, хотя Италия, благодаря своей от древности унаследованной цивилизации, продолжала ещё стоять во главе. В-третьих, географические открытия,- произведённые исключительно в погоне за наживой, т. е. в конечном счёте под влиянием интересов производства,- доставили бесконечный, до того времени недоступный материал из области метеорологии, зоологии, ботаники и физиологии (человека). В-четвёртых, появился печатный станок" (курс. Энгельса)^*. Энгельс делает в этом месте многозначительное примечание: "До сих пор выставляют хвастливо напоказ только то, чем производство обязано науке; но наука обязана производству бесконечно большим".

^* (Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1948, стр. 147-148.)

Период феодальной науки можно также разбить на две стадии.

I стадия. Арабская физика (VIII-XII). Это период освоения арабами греческого и индусского наследства и перенесения этого наследства в Западную Европу. Особенно большое значение для средневековой науки имели арабские переводы Аристотеля и Птоломея. Заимствованная от индусов система счисления имела также немаловажное значение.

II стадия. Средневековая схоластическая наука (XII-XIV). В течение этого времени развивается схоластическая наука в средневековых университетах. Задача этих университетов (возникших в XII в.) состояла в подготовке церковных кадров. Главнейшим предметом обучения было богословие, и устами своего идеолога Фомы Аквинского церковь провозгласила тезис: "Философия - служанка богословия". Из нецерковных авторов изучался по преимуществу Аристотель, из' которого средневековье взяло наиболее реакционное, отбросив всё живое. Обучение носило догматический характер: комментирование авторитетов. Тем не менее и это университетское образование имело некоторое значение. Хотя и в искажённой форме, но здесь изучали классиков античной философии. В эту эпоху возникли течения "реалистов" и "номиналистов". "Реалисты" в соответствии со взглядами Платона учили об объективном существовании понятий, абстрактных идей (существует идея стола, кровати и т. д.); "номиналисты" учили, что объективно существуют вещи, а понятия - только имена ("nomina") этих вещей. Номинализм был своеобразной формой материализма в условиях средневековья. Таким образом, университетское образование, хотя и скверное, сыграло известную роль в формировании научных воззрений. Нельзя забывать, что в университетах получали своё образование такие будущие реформаторы науки, как Коперник и Галилей. Из учёных этого времени выделяется Рожер Бэкон, воззрения которого оказали большое влияние на развитие науки.

III период. Возникновение новой науки. Мы приведём в своём месте^* блестящую характеристику эпохи возникновения современного естествознания, данную Энгельсом в его "Старом предисловии к диалектике природы". Укажем здесь на следующие основные предпосылки, обусловившие возникновение новой науки.

^* (См. гл. IV.)

Внутри феодального строя (города) возникли в процессе роста производительных сил (развитие ремесла, распределение труда между городом и деревней) новые отношения, для которых рамки феодального строя становились узкими. Появилась буржуазия. Этот восходящий класс нуждался в науке и поддержал начавшуюся борьбу науки за освобождение от теологии.

В условиях этой борьбы возникла новая наука. Период возникновения новой науки мы можем разделить на три стадии.

I стадия. Возникновение нового мировоззрения и подготовка новой науки (XV-XVI).

Эта стадия начинается с эпохи великих открытий (примерно со второй половины XV в.). Именно в эту эпоху начинаются революционные выступления против феодальных порядков и католической церкви, поддерживающей эти порядки. В течение этого периода осваивается классическое наследство, интерес к которому возрос, провозглашаются новые социальные и философские принципы, начинается борьба с средневековой схоластикой. Накапливается новый материал, доставляемый великими открытиями, усиливается интерес к математическим и естественным наукам. Всё чаще и чаще звучит призыв к опыту. Глашатаем экспериментальной науки был гениальный Леонардо да Винчи. Об опыте говорит и учёный кардинал Николай Кузанский.

Основные практические задачи, поставленные перед новой наукой, были обусловлены, в первую очередь, потребностями мореплавания и военного дела. Мореплавание требовало уточнения астрономических наблюдений для целей навигации. Столь,же актуальной проблемой была проблема зрительной трубы, в возможность построения которой после открытия очков не сомневались. Артиллерия поставила задачи баллистики. Таким образом, на первый план выдвигались астрономические, оптические и механические проблемы. Искуснейшие астрономы того времени, как, например, Региомонтан, уже не могли спасти птоломеевской системы, требовалась замена её новой. Тогда появилось бессмертное произведение Коперника. Джордано Бруно объединил идеи Кузанского с мыслями Коперника и создал величественное учение о множественности миров, открывающее необъятные горизонты человеческому дерзанию. Но система Коперника требовала для своего обоснования динамики, потребность в которой ещё более подкреплялась задачами баллистики. За решение этих задач взялись Кардан и Тарталья, сделавшие первый шаг в сторону от аристотелевской динамики. Леонардо и Бендетти также предпринимают атаку на аристотелевскую динамику. Тем самым подготовляется почва для динамических открытий Галилея.

Статика древних усиленно пропагандируется переводами Коммандино. Гвидо-Убальди и особенно Стевин в конце XVI в. доводят статику древних до её завершения. Учение о равновесии наклонного рычага, наклонная плоскость и геометрическое сложение сил стали достоянием физики на пороге XVII в.

Что касается оптических задач, то, кроме камер-обскуры, исследований Леонардо о глазе и теории радуги (Мавролик) ничего существенного сделано не было. Однако разработка оптических проблем началась, и были выдвинуты идеи построения оптических приборов. Итог: в указанный период было освоено наследие древних в области математики, механики, были сделаны первые шаги для построения новой механики и оптики и заложены основы нового мировоззрения!

II стадия. Утверждение нового мировоззрения и создание основ классической физики (XVII в). XVII в.- это век развития мануфактуры и решительного выступления буржуазии (английская революция и революция в Нидерландах). Создаются твёрдые предпосылки для построения новой науки, и именно в XVII в. естественные науки получают мощный толчок вперед. Достаточно привести два примера, чтобы охарактеризовать силу этого толчка и одновременно значение этого периода в истории физики.

Галилей (начало XVII в.) устанавливает закон инерции и открывает законы падения тел. Закон преломления света ему ещё не известен.

Ньютон (конец XVII в.) создаёт основы классической механики и разрабатывает систему физической оптики. Ему известны не только принципы механики, ни и закон тяготения. Ему известен не только закон преломления, но и явления интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии и флюоресценции света. Таков импульс, сообщённый физическим наукам в течение XVII в.

За этот же период, главным образом благодаря героической борьбе Галилея, окончательно восторжествовало новое коперниканское мировоззрение и разбита средневековая схоластика. Бэкон и Декарт разработали метод и основы нового теоретического мышления, нового естествознания. Но самое основное: в течение XVII в. была разработана программа механической физики, осуществление которой составило задачу физики XVIII и XIX вв.

III стадия. Упрочение, ньютоновской физики и завершение построения фундамента классической физики (XVIII в.). XVIII в.- век промышленного переворота в Англии и буржуазной революции во Франции. Это век упрочения победы буржуазии и начала капиталистического строя. В этот же век на научном поприще выступают две страны: Россия и Америка. Особенно важную роль сыграло выступление России, обеспечившей условия научной работы крупнейшим учёным того времени и выдвинувшей гениального Ломоносова, идеи которого далеко опередили свою эпоху. Два основных фактора обусловливают развитие физики в этот период. Во-первых, развитие машинного производства и, во-вторых, стремление расширить область достижений физики XVII в. Развитие машин поставило вопрос об источниках энергии и тем самым стимулировало изучение природы движущих сил: воды, тепла, электричества. Накопленный материал в области механики и оптики и успехи новых методов исследования природы позволили подойти к изучению новых областей: теплоты и электричества. Развитие учения о теплоте (термометрия и калориметрия) и возникновение электростатики - таковы основные результаты физики этого периода. Физика следует при этом ньютоновскому методу: разграничивает отдельные области исследования, накопляет экспериментальные факты и стремится установить количественные соотношения, описывающие исследуемые факты. В этот период отчётливо выясняется метафизический характер теоретического мышления естествоиспытателей и реакционная роль ньютонианства (застой в исследовании оптических явлений). Характерной чертой естествознания этого времени является возникновение гипотез о многочисленных невесомых материях (теплород, флогистон, электрические и магнитные жидкости).

Полную противоположность метафизике ньютонианцев и монадистов представляли идеи Ломоносова, смело шедшего против течения и поднявшего атомистику и картезианскую физику на высшую ступень. Ломоносов активно боролся с теорией невесомых, защищая волновую оптику, и выдвинул кинетическую теорию тепла.

IV период. Период завершения программы классической физики(XIX в.). XIX в.- век крупного технического прогресса, век торжества и упадка капитализма, век начала схваток революционного класса пролетариата с буржуазией. В XIX в. создаётся передовая научная идеология - марксизм.

В XIX в. загнивающий капитализм превращается в тормоз общественного и культурного развития. На научном фронте это выражается в возникновении многочисленных антинаучных, реакционных теорий, способствующих возникновению кризисов в науке, стремящихся подорвать веру в научный прогресс. Роль защитника науки выпадает на долю идеологов передового класса - пролетариата. Диалектический материализм, созданный Марксом, Энгельсом, Лениным, Сталиным, является передовым научным мировоззрением, противостоящим реакционным, антинаучным теориям идеологов буржуазии. Этот период можно разбить на две стадии:

I стадия. Развитие ньютоновской и картезианской физики до закона сохранения энергии.

Это период решительного торжества картезианской физики в оптике и период разработки электромагнитных явлений с точки зрения ньютокианских позиций. Вместе с тем, в этот период все более выясняется взаимосвязь различных явлений природы (электричество и магнетизм, теплота и механическое движение), что подготовляет почву для закона сохранения энергии. С открытия закона сохранения энергии начинается II стадия - развитие кинетической физики и попытки построения единой картины мира на базе старого теоретического мышления.

Громадным шагом в этом направлении были исследования Фарадея и электромагнитная теория Максвелла. С большим успехом разрабатывается атомистика, получившая новое направление и развитие после великого открытия Менделеева. Однако задачу построения единой картины мира физики пытаются решить на старых теоретических позициях. Предпринимается попытка построения механической картины мира. Но явления оптики и электродинамики не укладываются в рамки механистического мировоззрения. Возникает попытка построения электромагнитной картины мира, однако уже факт существования электрона не укладывается в рамки этой картины. Вместе с тем взрыв классической физики подготовляется в области теории излучения (гипотеза Планка). Следует отметить, что все огромные достижения классической физики были сделаны на позициях картезианских. Это воззрение оказалось передовым. Но оно всё же было ограниченным буржуазным воззрением, и новые открытия в физике поставили вплотную перед естествоиспытателями задачу овладения передовой теорией - диалектическим материализмом. Так открывается новый период в истории науки - наука эпохи империализма и пролетарской революции, с её сложным и противоречивым развитием.

В этот период с особой остротой выявляется реакционная, антикультурная роль империалистической системы. Если в первый период своего развития капитализм поддерживал науку, а растущая индустрия способствовала техническому прогрессу, то в период империалистической конкуренции относительно мирному развитию науки и культуры приходит конец. В литературе и искусстве наблюдаются пессимистические, вырожденческие тенденции, в философии процветают реакционнейшие человеконенавистнические течения, а развитие естественных наук стимулируется войнами. В этом отношении показателен пример с атомной энергией, когда крупнейшее научное достижение монополизируется военно-империалистическими кругами, несмотря на протесты учёных. Но вместе с тем, выявляются возможности действительно свободного, действительно неограниченного развития науки в интересах всего человечества, возможности, предоставляемые высшей ступенью развития человеческого общества - коммунизмом. Эти возможности реализуются в стране победившего социализма, в которой роль науки поднята на невиданную в её истории высоту.