Витоки прискорення розвитку науки

І революція в природознавстві

Найважливішим фактором змін вигляду світу є розширення горизонтів наукових знань. Свого часу минуле, XIX, століття здавалося сучасникам втіленням нечуваного технічного прогресу. Дійсно, його початок ознаменувався освоєнням сили пари, створенням парових машин і двигунів. Вони дозволили здійснити промисловий переворот, перейти від мануфактурного виробництва до промислового, фабричного. Замість вітрильників, що століттями борознили морські простори, на океанських шляхах з'явилися пароплави, набагато менше залежали від вітру і морських течій. Країни Європи та Північної Америки вкрилися мережею залізниць, що в свою чергу сприяло розвитку промисловості і торгівлі. Ще в 1870-і рр. були винайдені динамо-машина і електродвигун, електролампи, телефон, дещо пізніше – радіо. У 1880-і рр. – на початку 1890-х рр. були знайдені можливості передачі електроенергії по проводах на великі відстані, з'явилися перші двигуни внутрішнього згоряння, що працювали на бензині, і, відповідно, перші автомобілі, літаки. Розпочався випуск перших синтетичних матеріалів, штучних волокон. Не випадково минуле століття породило такий напрямок в художній літературі, як технічна фантастика. Наприклад, Ж. Верн, з масою подробиць, проявляючи незвичайну проникливість, описував, як зроблені відкриття приведуть до створення підводних човнів, гігантських літальних апаратів, надруйнівних знарядь. Вченим ж, особливо в галузі природничих наук, здавалося, що всі основні відкриття вже зроблені, закони природи пізнані і залишилося лише уточнити окремі деталі. Ці уявлення виявилися ілюзією.

У XIX столітті для подвоєння обсягу наукових знань в середньому потрібно було близько 50 років. Протягом XX століття цей термін скоротився в 10 разів – до 5 років. Подібне прискорення темпів приросту наукових знань пояснюється багатьма причинами. Стосовно до перших десятиліть нового століття виділяється, як мінімум, чотири основних причини. По-перше, наука протягом минулих століть накопичила величезний фактичний, емпіричний матеріал, результати спостережень, експериментів багатьох поколінь вчених. Це і підготувало грунт для якісного стрибка в осмисленні природних процесів. У цьому сенсі науково-технічний прогрес XX століття був підготовлений всім попереднім ходом історії цивілізації. По-друге, в минулому натуралісти в різних країнах, навіть окремих університетських містах, працювали ізольовано, нерідко дублювали розробки один одного, дізнавалися про відкриття колег із запізненням на роки, якщо не на десятиліття. З розвитком транспорту, зв'язку вже в минулому столітті академічна наука стала по суті інтернаціональною. Вчені, що працювали над подібними проблемами, отримали можливість використовувати плоди наукової думки колег, доповнюючи і розвиваючи їх ідеї, безпосередньо обговорюючи з ними гіпотези, що народжувалися. По-третє, важливим джерелом збільшення знань стала міждисциплінарна інтеграція, дослідження на стику наук, межі між якими раніше здавалися непорушними. Так, з розвитком хімії вона стала вивчати фізичні аспекти хімічних процесів, хімію органічного життя. Виникли нові наукові дисципліни – фізична хімія, біохімія і так далі. Відповідно, наукові прориви на одному напрямку знань викликали ланцюгову реакцію відкриттів у суміжних областях. По-четверте, науковий прогрес, пов'язаний з приростом наукових знань, зблизився з технічним прогресом, що проявлялося у вдосконаленні знарядь праці, що випускалися, появі якісно нових їх видів. У минулому, в XVII-XVIII століттях, технічний прогрес забезпечувався за рахунок зусиль практиків, винахідників- одинаків, які вносили удосконалення в те чи інше обладнання. На тисячі малозначних поліпшень припадали одно-два відкриття, які створювали дійсно щось якісно нове. Ці відкриття нерідко втрачалися зі смертю винахідника або ставали виробничим секретом однієї сім'ї або мануфактурного цеху. Академічна наука, як правило, вважала звернення до проблем практики нижче своєї гідності. У кращому випадку, вона з великим запізненням, теоретично пояснювала отримані практиками результати. У підсумку, між появою принципової можливості створення технічних нововведень і їх масовим впровадженням у виробництво проходило дуже багато часу. Так, щоб теоретичні знання втілилися у створення парової машини, знадобилося близько ста років, фотографії – 113 років, цементу – 88 років. Лише під кінець XIX століття наука все частіше починає звертатися до експериментів, вимагаючи від практиків нові вимірювальні прилади, обладнання. У свою чергу, результати експериментів (особливо в галузі хімії, електротехніки), дослідні зразки машин, приладів починають використовуватися у виробництві. Перші лабораторії, ведучі дослідницьку роботу безпосередньо в інтересах виробництва, виникли наприкінці XIX століття в хімічній промисловості. На початок 1930-х рр. тільки в США близько 1000 фірм мали свої лабораторії, 52% великих корпорацій вели власні наукові дослідження, 29% постійно користувалися послугами наукових центрів.

У підсумку, середня тривалість часу між теоретичною розробкою та її господарським освоєнням за період 1890-1919 рр. скоротилася до 37 років. Наступні десятиліття ознаменувалися ще більшим зближенням науки і практики. У період між двома світовими війнами вказаний період часу зменшився до 24 років.

Революція в природознавстві. Найбільш наочним доказом практичного, прикладного значення теоретичних знань стало оволодіння ядерною енергією. Атомна фізика продовжувала займати лідируючі позиції. На рубежі XIX -XX століть в основі наукових уявлень лежали матеріалістичні і механістичні погляди. Атоми вважалися неподільними і незруйновними цеглинками світобудови. Всесвіт, здавалося, підпорядковувався класичним ньютоновским законам руху, збереження енергії. Теоретично вважалося можливим математично підрахувати все і вся. Однак з відкриттям в 1895 р. німецьким вченим В.К. Рентгеном випромінювання, яке він назвав х-променями, ці погляди похитнулися, оскільки наука не могла пояснити їх походження. Дослідження радіоактивності було продовжено французьким ученим А.Беккерелем, подружжям Жоліо-Кюрі, англійським фізиком Е. Резерфордом, який встановив, що при розпаді радіоактивних елементів виникає три види випромінювання, названі ним за першими літерами грецького алфавіту – альфа, бета, гамма. Англійський фізик Дж. Томсон в 1897 р. відкрив першу елементарну частинку – електрон. У 1900 р. німецький фізик М. Планк довів, що випромінювання не є суцільним потоком енергії, а ділиться на окремі порції – кванти. У 1911 р. Е. Резерфорд припустив, що атом має складну будову, нагадуючи мініатюрну Сонячну систему, де роль ядра відіграє позитивно заряджена частка позитрон, навколо якої, як планети, рухаються негативно заряджені електрони. У 1913 р. датський фізик Нільс Бор, спираючись на висновки Планка, уточнив модель Резерфорда, довівши, що електрони можуть змінювати свої орбіти, виділяючи або поглинаючи при цьому кванти енергії.

Ці відкриття викликали замішання не тільки у натуралістів, а й у філософів. Міцна, здавалося, непорушна основа матеріального світу, атом, виявився ефемерним, що складався з порожнечі і ще дрібніших елементарних частинок, які незрозуміло чому випускають кванти. (В той час йшли цілком серйозні дискусії про те, чи не володіє електрон «свободою волі» переміщатися з однієї орбіти на іншу). Простір виявився заповнений випромінюваннями, які не сприймалися органами почуттів людини і, тим не менш, існуючими цілком реально. Ще більшу сенсацію викликали відкриття А. Ейнштейна. У 1905 р. він опублікував роботу " До електродинаміки рухомих тіл», а в 1916 р. сформулював висновки, що стосуються загальної теорії відносності, згідно з якою швидкість світла у вакуумі не залежить від швидкості руху його джерела, є абсолютною величиною. Зате маса тіла і хід часу, які завжди вважалися незмінними, непідвладними точному обчисленню, виявилися відносними величинами, мінливими при наближенні до швидкості світла.

Все це зруйнувало колишні уявлення. Довелося визнати, що основні закони класичної механіки Ньютона не універсальні, що природні процеси підпорядковуються набагато більш складним закономірностям, ніж здавалося раніше, що відкрило шляхи якісного розширення горизонтів наукових знань.

Теоретичні закони мікросвіту з використанням релятивістської квантової механіки були відкриті в 1920-ті рр. англійським вченим П. Дираком і німецьким вченим В. Гейзенбергом. Їхні припущення про можливість існування позитивно заряджених і нейтральних частинок – позитронів і нейтронів – отримали експериментальне підтвердження. При цьому виявилося, що якщо число протонів і електронів в ядрі атома відповідає порядковому номеру елемента в таблиці Д.І. Менделєєва, то число нейтронів у атомів одного і того ж елемента може різнитися. Такі речовини, що володіють іншою атомною вагою, ніж основні елементи таблиці, отримали назву ізотопів.

Широке застосування фізичних і хімічних методів дослідження в біології призвело до створення біофізики та біохімії. Учені проникли в таємниці будівлі білка, приступили до вивчення процесів обміну речовин, виявили, а потім і штучним шляхом отримали перші вітаміни і антибіотики (грамицидин, стрептоміцин і пеніцилін). У дослідженнях біологів використовувалися рентгеноскопія, реактивні ізотопи та електронні мікроскопи. У медичній діагностиці стали застосовуватися електрокардіографи та електроенцелографи – апарати для дослідження функцій серцевого м'яза і головного мозку.

Успіхи фізики і хімії здійснили істотний вплив на розвиток наук про Землю (геофізика, геохімія). Розвідка корисних копалин отримала в своє розпорядження нові методи пошукових робіт, нові прилади та інструменти.

На шляху до створення ядерної зброї. У 1934 р. подружжя Жоліо-Кюрі вперше отримали радіоактивні ізотопи штучним шляхом. При цьому за рахунок розпаду атомних ядер ізотоп алюмінію перетворювався на ізотоп фосфору, потім кремнію. У 1939 р. вчений Е. Фермі, який емігрував з Італії в США, і Ф. Жоліо-Кюрі сформулювали ідею про можливість ланцюгової реакції з виділенням величезної енергії при радіоактивному розпаді урану. Одночасно німецькі вчені О. Ган і Ф. Штрасман довели, що ядра урану розпадаються під впливом нейтронного випромінювання. Так чисто теоретичні, фундаментальні дослідження привели до відкриття величезного практичного значення, яке багато в чому змінило вигляд світу. Складність використання цих теоретичних висновків полягала в тому, що здатністю до ланцюгової реакції володіє не уран, а досить рідкісний його ізотоп, уран-235 (або плутоній - 239). Влітку 1939 р. в умовах наближення другої світової війни А. Ейнштейн, який емігрував з Німеччини, звернувся з листом до президента США Ф.Д. Рузвельта. У цьому листі вказувалося на перспективи військового застосування ядерної енергії та небезпека перетворення фашистської Німеччини в першу ядерну державу. Підсумком було прийняття в 1940 р. в США так званого Манхеттенського проекту. Робота над створенням атомної бомби велася і в інших країнах, зокрема в Німеччині та СРСР, але США випередили своїх конкурентів. У Чикаго в 1942 р. Е. Фермі був створений перший атомний реактор, розроблена технологія збагачення урану і плутонію. Перша атомна бомба була підірвана 16 липня 1945 на полігоні бази ВПС Альмагор. Міць вибуху склала близько 20 кілотонн (це еквівалентно 20 тис. тонн звичайної вибухівки).