Учебное пособие подготовлено в соответствии с Программами кандидатских экзаменов по «Истории и философии науки» для аспирантов и соискателей технических специальностей философия техники

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


10 Наука и техника в средневековой культуре
Развитие городов создает благоприятную почву для возникновения очагов культуры, образования, просвещения. Именно в Средние века
11 Наука и инженерия в эпоху Возрождения
Затем Кант совершит на основе подхода Галилея коперниканский переворот в философии.
Основы инженерного метода Нового времени были заложены 30-летней деятельностью Христиана Гюйгенса по разработке маятниковых часо
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

10 Наука и техника в средневековой культуре


Христианское понимание мира как сотворенного Богом по божественному плану не в последнюю очередь стимулировало поиски законов мироздания. Не будем забывать, что христианство сделало человека подлинным центром тварного мира, возложило на него миссию принципиально невозможную для других существ. Эта миссия определялась способностью человека различать добро и зло, а также его способностью к познанию и творчеству. Средневековье подготовило почву для твердого убеждения в том, что человек в состоянии глубоко проникать в тайны природы.

К числу технических достижений Средневековья следует прежде всего отнести изобретение способов широкого использования силы ветра и воды. Ветряные и водяные мельницы стали неотъемлемой частью сельского пейзажа Европы. Хозяйственное использование силы течения воды далеко не ограничивалось использованием её на мельницах. В описании одного из монастырских хозяйств 12 в. рассказывается, что вода «варит, просеивает, вращает, молотит, орошает, моет, мелет, разминает, повинуясь без сопротивления» (Гайденко В.П., Смирнов Г.А. Западноевропейская наука в Средние века. М., 1980, С. 43-44).

Путь к усовершенствованию многих производственных процессов открыли два выдающихся изобретения Средневековья: кривошип и маховик. Кривошип позволил преобразовать вращательное движение в возвратно-поступательное и наоборот. Тяжелое маховое колесо позволило выравнивать неравномерное усилие двигателя, придавая равномерность вращению. Эти изобретения позволили приводить в движение различные машины: механические решета просеивания муки, молоты в кузницах машины в сукновальнях и сыромятнях. Эти машины получили широкое распространение к началу 12 века.

Появление новых механизмов резко повысило потребность в добыче железа и других металлов, что способствовало развитию горнодобывающей отрасли хозяйства. Изделия из металла начинают производиться в мастерских, расположенных в городах. Города получили новый стимул к росту: средневековая Европа все более урбанизируется. Городское производство нуждается в товарообмене с деревней, который невозможен без наличия достаточного объема денежной массы. Увеличивается потребность в чеканке металлических денег, что, в свою очередь, требует увеличения добычи серебра и меди.

Вокруг городов, замков крупных феодалов и монастырей стали поселяться ремесленники, которые объединялись с цеха со строгой регламентацией производственного процесса.

Развитие городов создает благоприятную почву для возникновения очагов культуры, образования, просвещения. Именно в Средние века возникают первые университеты.

В конце античной культуры происходит переосмысление представлений о природе, науке и человеческом действии с точки зрения представлений о живом христианском Боге. В античности понятие природы имело два значения: того, что существует и является «началом» изменений. В Средние века появляется три новых смысла. Природа начинает пониматься как «сотворенная» Богом; «творящая», хотя Бог природу создал, Он в ней присутствует и все, в природе происходящее, обязано этому присутствию. Третий смысл – «природа для человека».

Под влиянием понимания природы как животворящей за всеми изменениями, которые наблюдаются в природе, человек начинает прозревать скрытые Божественные силы, процессы и энергии. Человек постепенно начинает уяснять, что в природе скрыты огромные силы и энергии, доступ к которым в принципе человеку не закрыт, поскольку природа создана для человека. Поэтому человек при определенных дарованиях в состоянии приобщиться к замыслам Бога. В результате он может узнать устройство и план природы, замыслы и законы. Человек начинает примериваться к активной переделке природы. Считалось, что «Бог соизволил рабам своим – человекам повелевать».

Наука под влиянием христианского мировоззрения не то, что удовлетворяет логике и онтологии, что описывает существующее, а то, что отвечает Божественному провидению и замыслу. Ученый должен быть стараться постигнуть природу как живое целое, как сотворенную и как творящую. Другими словами, ученый должен не только описывать природу, но и выявлять в природе Божественную сущность. На основании этого наука становится не только дискрептивной, но и предписывающей, нормативной. Так ремесленному и церковному действу при создания церквей и храмов должны предшествовать молитвы и посты, они же сопровождают процесс изготовления. Форма и строение всех подобных сооружений определялась не только исходя из традиции и канона, но и Божественной сущности этих сооружений.

Техника средних веков (500 – 1450). Средние века предстают перед нами как эра возрожденного прогресса после длительного периода сравнительного застоя. Средневековье началось с широкого распространения машин, применение которых сдерживалось раньше наличием подневольного труда. Через несколько столетий этой эпохи был сделан ряд изобретений, заложивших фундамент под современный мир. Как следствие весьма заметно повысился жизненный уровень простого люда. Недаром говорят, что крепостным в Х веке жилось лучше, чем народным массам в годы наивысшего расцвета Римской империи.

За пределами Римской империи варварские племена изобретали и совершенствовали орудия труда. Они изобрели косу, которую к них позаимствовали римляне. Усовершенствовали соху, о которой римляне знали, но которой они почти не пользовались. В христианских монастырских орденах монахи занимались как физическим трудом, так и изучением грамоты, впервые насаждая традицию заинтересованности грамотных людей процессами производства.

На протяжении большей части Средневековья Западная Европа была далеко не самой передовой частью мира. Ислам с момента установления своего господства в 7и 8 веках шел несколько веков впереди Запада. И почти до конца этого периода самой передовой в техническом отношении страной был Китай. Средневековая Европа собирала передовые идеи и изобретения у других. После непрерывных потрясений, вызываемых нашествиями варваров Европа создала цивилизацию, основанную на новых машинах.

Европа освоила водяное колесо, применив её принцип в рудодробилках, кузнечных мехах, на лесопилках, для волочения проволоки, для привода токарных станков. К концу 12 века в Европе появились ветряные мельницы. Тем самым, помимо воды была подчинена человеку и сила ветра. Шатровая мельница, в которой ходовая часть помещена в неподвижный корпус, а поворотный шатер несет лопасти и шестеренки, имела мощность в три раза больше козловой мельницы.

До изобретения парового двигателя единственным источником двигательной силы, помимо ветра и воды, был скот. К 9 веку лошадей стали запрягать в оглобли. В итоге расходы на сухопутные перевозки в три раза сократились со времен Римской империи до 18 века. Теперь за сельскохозяйственных работах малоэффективных волов можно было заменить лошадьми и ослами. Лошадь и усовершенствованная упряжь заменяла теперь в этой роли 10 рабов, а хорошее водяное колесо или хорошая ветряная мельница – работу 100 рабов. Новые источники двигательной силы создавали основу для развития более высокой цивилизации без рабства, которое по мере этих источников постепенно отмирало.

С четвертого тысячелетия до нашей эры вплоть до конца средних веков рулевой механизм кораблей оставался, по сути дела, неизменным. При столь слабом рулевом управлении корабли не могли плыть против ветра и всегда находились во власти направления ветра. Поэтому на галерах приходилось держать много рабов, выполнявших разные работы, что способствовало сохранению рабства. Галерные рабы оставались принадлежностью военных судов до тех пор, пока развитие артиллерии не изменило коренным образом в 16 веке тактику морского боя. Пока таран и абордаж были главными способами атаки, маневренность галер обеспечивала им преимущество, но наличие на них множества рабов не позволяло вооружать их в достаточной мере артиллерией. В 8 веке в Китае и в 1з веке в Европе появилось рулевое управление современной конструкции Руль начали прочно навешивать на ахтерштевень, являющийся продолжением виляя и образующий таким образом единое целое со всем судном. Его устанавливали на достаточной глубине под водой, чтобы скрыть от мешающего действия волн. Только в 1492 году, спустя два-три столетия после появления в Европе современного рулевого управления удалось пересечь Атлантический океан. Компас – ещё один важный вклад средневековья в развитие мореплавания – тоже раньше появился в Китае. Большой вклад вперед в развитие судоходства по внутренним водным путям означали шлюзы с воротами. В Китае шлюзы с одними воротами встречаются до нашей эры. За несколько столетий европейские страны утратили способность обеспечивать себя всем необходимым, начав ввозить сырье и готовую продукцию (сначала предметы роскоши, а затем и товары первой необходимости) из всех стран мира. А это дало сильный толчок росту промышленности, а вместе с ней и развитию все более мощных машин Основными средствами передвижения оставалась лошадь с её более совершенной упряжью и более совершенное парусное судно. Эти средневековые изобретения положили начало развитию современного мира машин.

Самым сложным механизмом, созданным в средние века, были механические часы. В бронзовом веке люди пользовались водяными часами У арабов часы оснастили искусным механизмом, заставлявшим каждый час выскакивать наружу какую-нибудь куклу. Но водяные часы никогда не показывали точное время.

Одним из самых поздних и величайших достижений средневековья было книгопечатание. В Китае оно началось на несколько столетий раньше. Европа обязана Китаю изобретение одного из самых основанных материалов для печатания – бумаги.

Заслугу разрешения многих технических задач по усовершенствованию процесса печатания принято приписывать жителю города Майнца Иоганну Гуттенбергу, который первым отлил сменные литеры и стал печатать свои книги приблизительно с 1450 года. Он же подобрал состав красителя для книгопечатания, представлявший собой взвесь черной сажи в льняном масле. К 1500 году книгопечатание проникло в 12 европейских стран. К этому времени уже было издано около 40 000 экземпляров книг.

Начиная с этого времени знания, накопленные человечеством, не предавались забвению и не пылились в королевских собраниях старинных манускриптов, а благодаря библиотекам стали доступны всем, кто умел читать.

Книгопечатание сыграло важную роль в уничтожении одного из самых основных противоречий, которые до тех пор препятствовали наилучшему использованию талантов человека в интересах технического прогресса. Оно разрушило стену отчуждения между мастеровым-практиком и грамотным человеком Книгопечатание сделало книгу доступной широким слоям населения Это была такая же революция, как и открытие железа. Железо демократизировало орудия труда, а книгопечатание сделало то же самое с источниками познания. Оно стало важным моментов в убыстрении темпов технического прогресса. Началось широкое обсуждение научных проблем и обмен идеями. Наука превратилась в широкое поле общественной активности, привлекающим все новых участников для проведения всевозможных опытов создания новых теорий и гипотез.

Одним из изобретений, принадлежащих варварам был кривошип, который позволял превращать поступательное движение во вращательное. В 10 веке кривошипом стали оснащать шарманку. Примерно в 1430 году мы впервые встречаемся в кривошипно-шатунным механизмом, приводившим в движение мукомольную мельницу. Тогда же была соединена педаль, шатун и кривошип в виде привода, знакомого нам по простым швейным машинам. В 13 веке впервые встречается чугун.

Таким образом, средние века изменили лицо промышленности. Началась эра энергетики. Многие виды работ стали выполняться за счет силы воды, ветра и животных. Люди стали заглядывать в будущее В середине 13 века английский монах и ученый Роджер Бэкон писал: «Прежде всего, я расскажу о чудесных творениях человека и природы, чтобы назвать дальше причины и пути их создания, в которых нет ничего чудодейственного. Отсюда можно будет убедиться в том, что вся сверхъестественная сила стоит ниже этих достижений и недостойна их… Ведь можно же создать первые крупные речные и океанские суда с двигателями и без гребцов, управляемые одним рулевым и передвигающиеся с большей скоростью, чем если бы они были набиты гребцами. Можно создать и колесницу, передвигающуюся с непостижимой быстротой, не впрягая в неё животных…Можно создать и летательные аппараты, внутри которых усядется человек, заставляющий поворотом того или иного прибора искусственные крылья бить по воздуху, как это делают птицы… Можно построить небольшую машину, поднимающую и опускающую чрезвычайно тяжелые грузы, машину огромной пользы… Наряду с этим можно создать и такие машины, с помощью которых человек станет опускаться на дно рек и морей без ущерба для своего здоровья… Можно построить ещё и ещё множество других вещей, например навести мосты через реки без устоев или каких-либо иных опор…». Отчасти претворение возможностей в жизнь, о которых повествует Р. Бэкон, не заставило себя ждать. В 1624 году была удачно построена первая подводная лодка.


11 Наука и инженерия в эпоху Возрождения


В эпоху Возрождения происходит смена ведущего культурного начала: на первое место выходит как в античности рациональные, философско-научные представления. Другой особенностью является новое понимание человека. Человек Возрождения сознает себя уже не в качестве твари Божьей, а свободным мастером, поставленным в центр мира, который по своей воле и желанию может стать или низшим или высшим существом. Хотя человек признает своё Божественное происхождение, он и сам ощущает себя творцом.

На место Божественных законов постепенно становятся природные, на место скрытых Божественных сил, процессов и энергий – скрытые природные процессы. Наука и знания теперь понимаются не только как описывающие природу, но и устанавливающие её законы. Выявление законов природы предполагает их конструирование. Необходимым условием деятельности человека, направленной на использование сил и энергий природы, является предварительное познание «законов природы». Другим условием является то, что именно действия человека высвобождают и запускают процессы природы, затем природа действует автоматически. Но пока ученый рефлексирует свою деятельности, сверяя её с Божественным образцом.

Ключевой фигурой здесь является Френсис Бэкон. Он объявляет природу основным объектом новой науки. Природа у Бэкона выступает условием практического (инженерного) действия, производящего «новую природу», как источника естественных процессов, однако вызванных практическими действиями человека. «В действии, - пишет Ф. Бэкон, - человек не может ничего другого, как только соединять и разделять тела природы. Остальное природа совершает внутри себя». (15, С. 108). «Что в Действии наиболее полезно, то в Знании наиболее истинно». (15, С. 197, 198, 200). Тем самым Ф. Бэкон заковал в одну цепь представление о научном познании, об инженерном действии и о природе, как условии и объекте и первого и второго. С этого периода начинает формироваться понимание природы как бесконечного резервуара материалов, сил, энергий, которые человек может использовать при условии, если опишет в науке законы природы.

Творчество Г.Галилея. Перед учеными времен Галилея возник вопрос: как убедиться, что полученное в науке знание является истинным, является необходимым условием практической деятельности? До сих пор таким условием считались комментарии к античным и средневековым научным текстам. Попытаемся реконструировать ход их мысли.

С одной стороны, наука должна описывать и задавать законы природы. С другой – сама природа предъявляет себя в опыте. Если наука построена правильно, то её законы как теоретические состояния природы, будут соответствовать реальным состояниям природы, наблюдаемым в опыте. Естественно, что наука в данном случае понимается иначе, чем в античности и Средние века. Наука начинает трактоваться как своеобразная модель природы, а природа – как моделируемая в науке. Такой взгляд был позднее отражен в известном афоризме: «природа написана на языке математики». Опыт теперь называет рассматриваться как способ удостоверения соответствия теории науки и природы.

Разве можно устанавливать изоморфизм объектов и знаний? Для Аристотеля нет. Но для Платона, идеи которого были популярны в эпоху Возрождения, допускают такую операцию. В философии Платона, как известно, как раз и устанавливается соответствие идей и вещей. Удвоение действительности, соответствие мира идей миру вещей, против чего протестовал Аристотель, в данном случае сослужило свою плодотворную службу. Однако нужно было ещё ответить на вопрос: каким образом опыт может удостоверить соответствие теории и природы? Впервые этот принцип удалось провести в жизнь Галилео Галилею. Но для этого Галилею пришлось опыт как непосредственное наблюдение за явлениями природы, трансформировать в эксперимент, где соответствие теории и явлений природы устанавливалось техническим путем, то есть искусственно. Другими словами, в опыте природа всегда ведет себя иначе, чем предписывает теория, но в эксперименте природа приводится в состояние, отвечающее требованиям теории, и поэтому ведет себя в соответствии с теоретическим выявленными в науке законами.

Немного отвлечемся. В ХХ веке над россиянами был проведен опыт или эксперимент? Американцы сами создавали себе условия, а россиянам были предложены искусственные условия – отмена частной собственности и денег, колхозы, отсутствие материальной заинтересованности, хозрасчета. Действовать нужно было не по собственной инициативе, а по условию – шаг вправо, или влево. Так и воевали. За наступающими Жуков поставил – танки. У немцев танки были впереди. В кино, конечно, было не так. Программа 500 дней, так же предполагала достижение четких позиций. Таким же образом поступил и Егор Гайдар. Таким же образом поступил и Рузвельт. Недавно Сурков сравнивал Путина с Рузвельтом. Отсюда укрепление вертикали власти, вплоть до назначения мэров городов.

Галилей показал, что для использования науки в целях описания естественных процессов природы годятся не любые научные объяснения и знания, а лишь такие, которые, с одной стороны, описывают реальное поведение объекты природы, но, с другой – это описание предполагает проецирование на объекты природы научной теории.

Какая же идеализация интересовала Галилея? Та, которая обеспечивала овладение природными процессами: хорошо их описывала (в научной теории) и позволяла ими управлять (предсказывать их характер, создавать необходимые условия, запускать практически). Установка Галилея на построение теории и одновременно на инженерные приложения заставляет его проецировать на реальные объекты (падающие тела) характеристики моделей и теоретических отношений, т.е. уподоблять реальный объект идеальному. Однако поскольку они различны, Галилей расщепляет в знании реальный объект на две составляющие. Одна составляющая точно соответствовала идеальному объекту. В исследовании Галилея речь шла о свободном падении тела в пустоте, описываемом законом равномерного приращения скорости этого тела. Другая отличалась от него. Эта вторая составляющая рассматривается Галилеем как идеальное поведение, искаженное влиянием разных факторов – среды, трения, взаимодействия тела и наклонной плоскости и т.п. Затем эта вторая составляющая реального объекта, отличающаяся от идеального объекта, уменьшается настолько, чтобы её можно было не учитывать.

До Галилея ученые старались усовершенствовать модель и теорию, чтобы они полностью описывали поведение реального объекта. Расщепление реального объекта на две составляющие и убеждение, что теория задает истинную природу объекта, которая может быть проявлена не только в знании, но и в опыте, направляемом знанием, то есть эксперименте, позволяет Галилею мыслить иначе. Если до Галилея ученые исходили из неизменности самого объекта, то Галилей задумывается над вопросом о возможности так изменить сам реальный объект, практически воздействовав на него, чтобы уже не нужно было изменять его модель, поскольку теперь объект станет соответствовать ей.

Затем Кант совершит на основе подхода Галилея коперниканский переворот в философии.

В отличие от опытов, которые проводили многие ученые и до Галилея, эксперимент предполагал, с одной стороны, вычленение в реальном объекте идеальной составляющей (при проецировании на реальный объект теории), а с другой – перевод техническим путем реального объекта в идеальное состояние, т.е. полностью отображаемое в теории. Интересно, что опытным путем Галилей смог проверить лишь тот случай, где можно было не учитывать действие основных сил сопротивления. Но Галилей открыл путь такого рода идеальным ситуациям. Они открывали новую эпоху в практике человека – эру инженерии, опирающуюся на науку.

Эксперимент Галилея подготовил почву для формирования инженерных представлений, например, представления о механизме. Действительно, физический механизм содержит не только описание взаимодействия определенных естественных сил и процессов, но и условия, определяющие эти силы и процессы. Среди параметров, характеризующих эти условия, физика, как правило, выявляет и такие, которые он может контролировать сам. Так Галилей определил, что такие параметры тела как его объем, вес, обработка поверхности он может контролировать. Оказалось, что можно контролировать даже скорость тела, замедлив его падение на наклонной плоскости. В результате Галилею удалось создать такие условия, в которых падающее тело вело себя строго в соответствии с теорией, т.е. приращение его скорости происходило равномерно, и скорость тела не зависела от его веса. В обычных, неэкспериментальных условиях наблюдаются случае, когда тела в среде падают равномерно и тяжелое тело быстрее, чем легкое. Галилей определил, что эти случаи имеют место при определенном соотношении веса и диаметра тела. Но для этого нужно было контролировать в эксперименте ряд параметров естественных процессов. Контролируя, изменяя, воздействуя на эти параметры, Галилей смог в эксперименте подтвердить свою теорию. В дальнейшем инженеры, рассчитывая нужные для технических целей параметры естественных взаимодействий, научились создавать механизмы и машины, реализующие данные технические цели.

Основы инженерного метода Нового времени были заложены 30-летней деятельностью Христиана Гюйгенса по разработке маятниковых часов.

В ХУ1-ХУ11 вв. сложились две ситуации, настоятельно требовавшие точного измерения времени. Одна была связана с астрономическими наблюдениями, которыми сам Гюйгенс занимался на протяжении всей своей жизни. Вторая ситуация связана с необходимостью определения местоположения корабля (долготы) в дальних морских путешествиях. В связи с развитием морской торговли и судоходства вторая ситуация стала столь острой и значимой, что правительства западноевропейских стран назначили за её решение солидное денежное вознаграждение. За решение этой задачи брались лучшие умы Европы, в том числе Г. Галилей.

К тому времени были известны различные виды часов: песочные, водяные, механические. В «Трактате о свете» Гюйгенс писал: «В истинной философии причину всех естественных явлений постигают при помощи соображений механистического характера. По моему мнению, так и следует поступать, в противном случае приходится отказаться от всякой надежды когда-либо и что-либо понимать в физике». (Франкфурт У. Й., Френк А.М. Христиан Гюйгенс. М., 1962. С. 293).

С Х11 века были известны механические часы как система зубчатых колес с опускающимся грузом. Но эти часы были неточны, требовали постоянного присмотра и ежедневной настройки по солнцу. Главная трудность, с которой столкнулся Гюйгенс – обеспечение равномерности хода. Найденное им решение заключалось в том, что ход часов регулировался посредством маятника, колебания которого поддерживались тем же движением (опускание груза), которое обеспечивало и вращение зубчатых колес часового механизма. В отличие от Галилея Гюйгенс уже знал, что колебания изохронны только для малых амплитуд, а при больших период колебаний увеличивается в прямой зависимости от амплитуды. Гюйгенс решил компенсировать увеличение амплитуды уменьшением длины маятника, для чего нить подвеса должна была прилегать к специальной пластине. К первым часам (патент 1657 г.)форму компенсирующих пластин Гюйгенс подбирал путем «проб и ошибок», что, конечно же, было недопустимо в массовом производстве. После выбора механических часов, нужно было выбрать метод разрешения механических задач. Таковым выступает математический (геометрический) метод. «Однако, - пишет Гюйгенс, - при помощи геометрии я нашел новый, до сих пор неизвестный, способ подвешивания маятников. Я исследовал кривизну некоторой кривой, которая удивительным образом подходит для обеспечения равенства времени качания маятника». (Гюйгенс Х. Три мемуара по механике. М., 1957. С. 9).

В 1659 г. он установил, что такая популярная тогда среди математиков, как циклоида, таутохронна, т.е. если маятник движется по циклоиде, то время качания не зависит от амплитуды. Далее оставалось определить, какую форму должна иметь компенсирующая пластина, чтобы чечевица маятника двигалась по циклоиде. «Для применения моего изобретения к маятникам, - писал Гюйгенс, - мне необходимо было установить новую теорию, а именно, теорию образованию новых линий при посредстве развертывания кривых линий. Я изучил этот вопрос несколько далее, чем нужно для моей цели, так как теория показалась мне изящной и новой». (Там же. С. 10). В результате оказалось, что форма пластины также должна быть циклоидной. Но и это ещё не все: «Я показываю полезность использования в часах сложного маятника. Для изучения его природы я должен был произвести исследование о центре качания».

Кроме этого, к нововведению 1657 г. (способу закрепления груза, движущего весь механизм, при котором часы шли и во время завода, когда груз поднимали) Гюйгенс добавил новую – якорно-анкерную – конструкцию спускового механизма. Наконец, в 1661 г. он предложил подвижные грузы, перемещаемые по стержню маятника для настройки его хода.

Задача точного измерения времени в астрономических наблюдениях была решена. Но в морском плавании, ко всему прочему, необходимо было устранить влияние качки корабля на колебания маятника. Гюйгенс предложил использовать особый (карданов) подвес всей конструкции и треугольный маятник, вместо опускающегося груза – пружинный завод, и составил специальную инструкцию по эксплуатации часов. Все это дало определенный эффект, но не обеспечило достаточной надежности работы часов. Поэтому в 1679 г. Гюйгенс предложил для использования на кораблях пружинные часы с балансиром.