Папярэдняя старонка: Очерки истории науки и техники, 1870-1917 гг.

Аўтар: Виргинский В. С., Хотеенков В. Ф.,
Дадана: 06-10-2014,
Крыніца: Виргинский В. С., Хотеенков В. Ф. Очерки истории науки и техники, 1870- 1917 гг. М.: Просвещение, 1988.

Конца ХIХ - начала ХХ вв.

Глава 14. ОБЩИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Глава 15. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ. АСТРОНОМИЯ

Глава 16. Химия

Глава 17. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Глава 18. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ. РАЗВИТИЕ НАУК О ЗЕМЛЕ

Глава 19. ИТОГИ ТЕХНИЧЕСКОГО И НАУЧНОГО ПРОГРЕССА с 1870 по 1917 год

Глава 14. ОБЩИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Борьба передовых и реакционных идей в естествознании. Естественные и точные науки рассматриваемого периода подвергались радикальной перестройке. Научные открытия подрывали основы прежних традиционных представлений. Против новых идей в естествознании выступили сторонники идеалистических и фидеистских воззрений. К ним относились неокантианцы, отрицавшие возможность подлинного научного познания реального мира. Примером могут служить высказывания немецкого физиолога З. Г ДюбуаРеймона, который в 1872 г. доказывал на Лейпцигском съезде естествоиспытателей и врачей, что по поводу таких «мировых загадок», как материя, сила или сознание, естествоиспытатели должны раз и навсегда заявить: «Ignorabimus», т. е. «Мы никогда не узнаем».

К 70-м гг. относится и возникновение философского учения, известного под названием «эмпириокритицизма» или - по имени одного из его авторов Э. Маха (вторым был Р. Авенариус) «махизма». Это субъективно-идеалистическое учение объявляло понятия и теории, принятые в естественных науках, лишенными объективного значения, чисто условными, созданными лишь для систематизации и удобства обозрения данных чувственного (эмпирического) восприятия. «Эмпириокритики» утверждали, что никакой объективной истины не существует и нельзя даже ставить вопрос о существовании чего-либо за пределами чувственных ощущений субъекта. В частности, они считали незакономерным вопрос об объективности материи.

Другие представители идеалистических течений в науке пытались истолковать новые научные открытия в желательном им духе. Из того, что некоторые свойства материи, которые ранее рассматривались как абсолютные и неизменные, в свете новых открытий оказались присущими только определенным состояниям материи, они сделали вывод, что следует отказаться от самого понятия материи. Неокантианец Г Коген в 1896 г. заявил, например, что новая теория электромагнитных явлений «посредством превращения материи в силу» привела «к победе идеализма».

Особенно усилились подобные попытки после того, как была открыта радиоактивность и экспериментально доказана зависимость массы электрона от скорости его движения, а А. Эйнштейн выступил со своей теорией относительности, гласившей, в частности, что масса тела должна возрастать при увеличении его скорости.

Крупнейшие ученые - сторонники стихийно-материалистических и стихийно-диалектических взглядов (например, Г Лоренц, Л. Больцман, М. Планк на Западе, А. Г Столетов и К. А. Тимирязев в России) - выступали против подобных идеологических течений. Тимирязев называл их «неообскурантизмом». Однако выступления прогрессивных естествоиспытателей не привели к философскому опровержению этих ложных концепций в целом.

Великую историческую задачу разоблачения реакционных нападок на передовую науку и философского истолкования новых научных открытий выполнил В. И. Ленин. В своем труде «Материализм и эмпириокритицизм», опубликованном в 1909 г., Ленин ответил на кардинальные философские, вопросы, возникшие в ходе развития естествознания. Вместе с тем, опираясь на достижения физики и других наук, Ленин поднял учение диалектического материализма на более высокую ступень. Раскрыв философское понятие материи, Ленин показал, что материя есть объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях, существуя независимо от них. Вместе с тем Ленин решительно выступил и против упрощенных, механистических воззрений на материю:

«Материя исчезает,- это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными (непроницаемость, инерция, масса и т. п.) и которые теперь обнаруживаются как относительные, присущие только некоторым состояниям материи. Ибо единственное «свойство» материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания». Основной итог начавшегося тогда переворота в естествознании Ленин видел в доказательстве неисчерпаемости материи: «Диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна...». Все последующее развитие естественных и точных наук вновь и вновь подтверждало эти ленинские слова. Рассматривая фундаментальные проблемы науки, Ленин убедительно доказал, что идеализм и фидеизм несовместимы с прогрессом естествознания: «Естествознание бессознательно принимает, что его учение отражает объективную реальность, и только такая философия примирима с естествознанием!». Преодолевая ограниченность механицизма, естествознание неуклонно движется к более высокой и последовательной форме материализма - к диалектическому материализму.

Организация научных исследований. В последней трети XIX начале XX в. в тесной связи с развитием техники естествознание совершало громадный качественный скачок: появились новые средства выполнения экспериментальных исследований, возникали и решались новые сложнейшие теоретические проблемы, происходила последовательная дифференциация отдельных областей научных знаний на все более узкие, специальные отрасли и одновременно интеграция, при которой обособленно развивавшиеся науки связывались между собой пограничными дисциплинами (физическая химия - на границе физики и химии, биохимия - на стыке химии и биологии, астрофизика, геохимия и т.д.).

В этот период подавляющая доля технических изобретений и усовершенствований уже контролируется и направляется научноисследовательскими институтами (НИИ), конструкторскими бюро (КБ) и другими организациями.

Деятельность ученых все более приобретает коллективные черты. Проблемы, встававшие перед наукой и производством, требовали комплексного решения, осуществляемого усилиями многих специалистов с высокой степенью разделения труда между ними. Но это не исключало и многих важных научных открытий и технических изобретений, сделанных индивидуально.

Деятельность академий наук. Традиционной формой организации научных исследований были национальные академии наук. Однако их значение и доля в проведении исследований в различных странах были неодинаковы. Так, вклад Национальной академии наук (National Academy of Sciences - NAS), учрежденной в США в 1863 г., в разработку общегосударственных проблем был незначительным. Между 1863 и 1913 гг. военное министерство обращалось к Академии всего шесть раз: по проверке чистоты виски, сохранения краски на армейских ранцах, гальванизирующего действия соединений железа и цинка, метеорологическим наукам и их применению, по исследованиям Йеллоустона (Национального парка США). Существовавшее в Англии с 1645 г. Лондонское Королевское общество долго представляло собой кастовую организацию, не связанную с учебными заведениями и оторванную от практических потребностей страны. В конце XIX - начале XX в. Королевское общество реформируется. Усиливается кооперация общества с другими научными учреждениями и университетами. Со дня основания Международной ассоциации академий в 1900 г. Королевское общество представляло в ней Англию. Во Франции академические учреждения были перестроены в первой половине XIX в. Объединяющей организацией стал Институт Франции (L'Institut de France), который подразделялся на 5 академий. Основные исследования в области естествознания проводились в Парижской академии наук, состоявшей из отделения Физико-математических, Химических и естественных наук. В Германии существовало несколько академий в отдельных землях, которые под гегемонией Пруссии вошли в 1871 г. в состав империи. Для проведения исследований в области естественных наук академии создавали специальные лаборатории. Этот процесс усилился после завершения в Германии промышленного переворота. В академических лабораториях и институтах работали многие выдающиеся ученые, проложившие принципиально новые пути в естественных и точных науках. Шведская академия наук активно участвовала в организации различных экспедиций. С конца XIX в. там начали создаваться собственные исследовательские учреждения. В 1877 г. при академии была огранизована исследовательская станция зоологии моря. В Японии в 1879 г. была образована Токийская академия наук, которая в 1906 г. влилась в состав Императорской академии, состоявшей из отделения литературы и общественных наук и отделения естественных прикладных наук. Главным в ее деятельности было оказание помощи и поддержки научным исследованиям, присуждение премий, а также публикация результатов оригинальных исследований. Петербургская академия наук официально называемая Императорской Санкт-Петербургской академией, определялась как «первое ученое общество в Российской империи». Формально в ее обязанности входило «расширять пределы всякого рода полезных человечеству знаний, совершенствуя и обогащая оные новыми открытиями», «приспособлять полезные теории и следствия опытов и ученых наблюдений к практическому употреблению»: Однако эти принципы осуществлялись непоследовательно. Как раз в тот период, когда в пореформенной России началось быстрое развитие, говоря словами Устава академии, «фабрик, мануфактур, ремесл и художеств», в ней победила консервативная группа во главе с секретарем К. С. Веселовским, стремившаяся уйти в «чистую науку». В проекте нового Устава академии (1865) были опущены требования о приложении научных достижений к практике и о том, что она должна заботиться о распространении просвещения. При публичном обсуждении этого проекта Устава он подвергся резкой критике со стороны прогрессивных ученых. В 1866 г. вопрос об изменении Устава был снят. Правительственная реакция 70-80-х гг. укрепила позиции консервативной части академиков. В 1880 г., к негодованию передовой общественности, академия отказала в избрании Д. И. Менделееву.

Несмотря на эти теневые стороны в своей деятельности академия продолжала оставаться авторитетным научным центром России, объединяющим многих выдающихся ученых. Наряду с организацией ряда новых академических учреждений к Петербургской академии наук были присоединены некоторые научные организации других ведомств: в 1886 г. в ее ведение была передана Главная физическая обсерватория (с 1899 г.- Николаевская), в 1883 г.- Физическая обсерватория в Тифлисе, а в 1884 г.- Екатерининская и Иркутская магнито-метеорологические обсерватории. Пулковская обсерватория3 благодаря деятельности в ней Б. Я. Струве и О. В. Струве, Ф. А. Бредихина, О. А. Баклунд, А. А. Белопольского, А. А. Иванова, Н. Н. Павлова и других ученых продолжала занимать одно из первых мест среди наиболее известных обсерваторий мира.

К 1917 г. в состав академии входило пять лабораторий: Физическая, Химическая, Лаборатория по анатомии и физиологии растений, Особая зоологическая и Физиологическая лаборатории, пять музеев, две обсерватории, биологическая станция в Севастополе и т. д. При академии действовало также около 20 различных комиссий: Постоянная центральная сейсмическая (1900), Русское отделение Международного союза для исследования Солнца (1904), Комиссия по исследованию верхних слоев атмосферы (1907) и др.

Но в целом развитие сети научных учреждений академии отставало от запросов практики.

На рубеже XIX-XX вв. в Петербургской академии наук появилась оппозиция правительству, потребовавшая свободы печати, отмены предварительной цензуры и т. д. Передовые ученые боролись за превращение Академии наук из замкнутого «ученого сословия» в национальный научный центр.

Произошло значительное обновление личного состава академии. В 1890-1917 гг. в нее было избрано 68 новых академиков. В начале 1915 г. в Академии наук был поднят вопрос о необходимости широкого изучения естественных ресурсов России для военных нужд. Была создана Постоянная комиссия по изучению естественных производительных сил России (КЕПС). В нее вошли крупнейшие петроградские и московские ученые. В том же году Академия наук создала Полярную комиссию специальный научный центр по изучению арктических районов.

После Февральской революции 1917 г. президентом Российской академии наук был избран выдающийся геолог А. П. Карпинский (1847-1936), а вице-президентом И. П. Бородин (1847-1930) организатор и глава (с 1916 г.) Русского ботанического общества.

Исследовательская работа в других организациях. Наряду с академическими учреждениями все большее значение в деле развития науки приобретали кафедры и лаборатории высших учебных заведений. Особенно это относится к прикладным наукам.

Происходит дальнейшее развитие высшего технического образования. Наиболее успешным оно было в Германии: высшие технические учебные заведения (втузы) открылись в Аахене (1870), Дрездене (1875), Мюнхене (1877), Берлине и Ганновере (1879), Киле (1880), Страсбурге (1885), Геттингене (1888), Гейдельберге (1892), Галле (1894), а вскоре и в Вюрцбурге, Бонне, Карлсруэ, Данциге, Бреслау. В Великобритании в последней трети XIX в. возникают университеты в Ирландии и Уэльсе, а в 80-х гг.- в Бирмингеме, Ливерпуле, Дареме, Лидсе, Шеффилде и Бристоле. В США на базе колледжей стали возникать крупные университеты, сделавшиеся постепенно важными центрами фундаментальной науки: в 1876 г. был основан Университет Джонса Гопкинса (по имени основателя - американского банкира, предпринимателя и филантропа), в 1892 г.- Арморский технологический колледж. В университетах открываются инженерные факультеты. В 1915 г. были созданы Национальный консультативный комитет по аэронавтике и Военно-морской комитет во главе с Т. А. Эдисоном. Оба комитета руководили комплексами лабораторий и научно-исследовательских институтов. Во Франции с 1880 по 1890 г. было открыто 15 новых инженерных школ, а в 1900-1919 гг.- 26 инженерных вузов. В 1877 и 1891 гг. в Швеции открылись два новых университета в Стокгольме и Гетеборге. Бурными темпами развивалась высшая техническая школа Японии. В 1871 г. был создан Технологический колледж, преобразованный в 1877 г. в Технологический институт. В том же году открылся Токийский университет. Государственные университеты были основаны в Киото (1897), Кюсю (1910), Тохоку (1911) и Хоккайдо (1919). В России в эти годы открывается Московское высшее техническое училище (1868), Томский университет (1888), Технологический институт в Харькове (1885) и др. Университеты и высшие технические учебные заведения не только готовили инженерные кадры, но все более превращались в научные центры, в которых вели исследования преподаватели, аспиранты и студенты. Центр научной работы переместился из академических учреждений в высшую школу. На базе университетов развиваются исследовательские лаборатории и институты в основном по естественным и точным наукам.

Так, в Англии при Кембриджском университете в 1869 г. была создана Кавендишская физическая лаборатория. При Оксфордском университете с 1872 г. начала действовать Кларедонская лаборатория, первым руководителем которой был Максвелл. В США были созданы исследовательские центры при Университете Джонса Гопкинса, Чикагском университете, Университете Кларка и др. В тот же период подобные лаборатории, центры и институты появились в Германии, Франции и Скандинавии.

В России при Московском университете были созданы в 1868 г.Геологический кабинет, в 1872 г. - Агрономический институт, в 1892 г. - Географический музей, в 1903 г.- Физический институт, а в 1913 г. Кабинет эмбриологии и гистологии; при Петербургском университете - Физический институт, в Технологическом институте - Химическая лаборатория, лаборатория по химической технологии минеральных веществ, электрохимическая, механическая, инженерная, металлографическая и металлургическая лаборатории.

В Московском высшем техническом училище работали лаборатории химической технологии минеральных веществ (1897), красильных веществ (1899), паровых котлов (1901), механическая (1903), гидравлическая (1904), двигателей внутреннего сгорания (1907), строительная (1908), аэродинамическая (1910), холодильная (1914). В 1915 г. были основаны лаборатории органической химии, металлургическая, технологии питательных веществ, технологии органических веществ и грузоподъемных машин, а в 1917 г.лаборатории паровых турбин, неорганической химии и качественного анализа. При училище действовали Физический институт, Институт механической технологии волокнистых веществ (1901) и ряд других учреждений. В физической лаборатории Московского университета работал П. Н. Лебедев, в лаборатории органической и аналитической химии - Н. Д. Зелинский, в аэродинамической лаборатории МВТУ Н. Е. Жуковский, в химической лаборатории Петербургского университета работали Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров, Н. А. Меншуткин и другие ученые. Все вузовские лаборатории и институты входили в структуру высшего учебного заведения, финансировались из его бюджета и работали по его тематике. Руководители таких лаборатории и институтов обычно заведовали кафедрами. Для проведения исследований в лаборатории и институты в качестве ассистентов привлекались молодые специалисты и студенты. Начала складываться система государственных научно-исследовательских институтов и учреждений. Поощрительные мероприятия государства способствовали наращиванию научного потенциала и сосредоточению ученых на решении наиболее актуальных вопросов науки и техники. В 1891 г. в Берлине открылся Институт инфекционных заболеваний Роберта Коха; в 1894 г.- Общество электрохимии, преобразованное в 1899 г. в Бунзеновское общество; в 1899 г.- Институт экспериментальной терапии Пауля Эрлиха. В 1900 г. в Гамбурге был основан Институт морских и тропических болезней, в 1914 г.Институт мировой экономики и экономики морского транспорта в Киле.

В 1911 г. было образовано «Общество кайзера Вильгельма» организация, стремившаяся координировать и регулировать научные исследования в государственных интересах. При содействии этого общества за период с 1911 по 1914 г. в Германии было открыто 37 НИИ, проводивших как фундаментальные, так и прикладные исследования.

Первый государственный НИИ технического профиля в Англии возник в 1900 г. (в ответ на основание германского Имперского физико-технического центра).

Во Франции в 1887 г. был создан Пастеровский институт. Лаборатория П. Кюри после его смерти была преобразована в 1910 г. в Радиевый институт. В том же году в Сен-Сире был открыт Аэротехнический институт. В 1901 г. возникла «Касса научных исследований», связывающая между собой исследователей различных институтов.

В Италии в 1875 г. был основан Морской гидрографический институт в Генуе и Сельскохозяйственный энтомологический институт во Флоренции, а в 1896 г.- Миланский институт сывороток.

В Японии до первой мировой войны были созданы 72 научноисследовательских учреждения, преимущественно при министерствах.

Созданная в 1847 г. Американская ассоциация за прогресс науки стала теперь координировать деятельность научных учреждений США. В 1900 г. возникла Ассоциация американских университетов.

При некоторых министерствах имелись федеральные лаборатории: при Министерстве торговли в 1901 и 1903 гг. были созданы Национальное бюро стандартов и Бюро цензов, занимавшиеся сугубо прикладными проблемами. При Министерстве сельского хозяйства также была создана лаборатория, занимающаяся не столько исследованиями, сколько экспертизой и распространением передового опыта. В Скандинавских странах были организованы государственные институты по сельскому и лесному хозяйству, здравоохранению, бактериологии, метеорологии и гидрологии, защите растений, ветеринарии и др. В России в связи со значительным ускорением развития крупной промышленности и транспорта влияние науки на производство заметно возросло. В 1882 г. был основан Геологический комитет, занимавшийся собиранием коллекций и изданием карт. В 1893 г. по проекту Д. И. Менделеева была создана Главная палата мер и весов с девятью лабораториями. В 1902 г. было основано первое в России научно-исследовательское учреждение в области радиотехники. В том же году был образован Русский электротехнический комитет международной электротехнической комиссии. В различных странах появлялись и частнопромышленные лаборатории и институты. Первая в США промышленная лаборатория была основана в 1872 г. Т. А. Эдисоном. Лаборатория была своеобразной фабрикой по производству изобретений, где работали профессионалы-изобретатели. В 1886 г. в Бостоне была создана исследовательская химическая фирма «Артур Д. Литтл». В 1893 г. свою лабораторию открыла фотографическая фирма «Истмэн Кодак», в 1895 г.- резиновая фирма «Б. Ф. Гудрич», в 1900 г.- «Дженерал электрик компани». В последующие годы лаборатории основали компании «Дюпон» (1902), «Амёрикэн телефон энд телеграф» (ATT) (1907), Меллоновский институт промышленного исследования (1915).

В Японии в 1917 г. акционерные общества «Токио дэнки», «Мицубиси» и некоторые другие компании создали свои НИИ. В России первые частные научно-технические учреждения были созданы в годы промышленного подъема в 1910-1913 гг.: Петрографический институт «Литогеа» братьев Аршиновых, «Поверхность и недра» П. П. Пальчинского, Физико-техническая лаборатория А. Феоктистова. Исследовательские лаборатории были образованы на заводе «Карболит» в Орехово-Зуеве (1914), на Обуховском и Путиловском заводах. Следует, наконец, отметить создание общих международных научных ассоциаций типа «Международной ассоциации академий» (1900) или отраслевых («Международный союз химиков», 1911).

Приборостроение. Проведение исследований в области естественных и технических наук предполагало наличие и дальнейшее совершенствование специальных приборов, аппаратов и инструментов. Особенно это сказалось в период революционных открытий в различных областях естественных наук. Развитие приборостроения способствовало дальнейшей дифференциации и специализации наук, появлению новых отраслей на стыке наук или в результате применения теорий и принципов одних дисциплин в смежных областях.

Требования науки и техники к увеличению точности измерений начали реализовываться с созданием во второй половине XIX в. контактных микрометров. В конце XIX в. П. Штюкрат сконструировал весы, позволявшие проводить измерения с точностью до 0,0001 мг. На них можно было взвешивать воздух. В то же время начали применять хроноскоп Гиппа для измерения промежутков времени с точностью до 0,001 секунды. Успехи электротехники также были связаны с созданием новых измерительных и контролирующих устройств. Большую роль в разработке электротехнических приборов сыграл английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) (1824-1907). Он изобрел сифон-отметчик, игравший роль приемника при кабельном телеграфировании, квадрантный и абсолютный электрометр - прибор для разложения периодических функций в ряд синусоидальных функций, внес усовершенствования в такие приборы, как глубиномер, компас, гальванометр и др. В общей сложности У Томсоном было получено более 70 патентов и основана приборостроительная фирма.

В 1898 г. английский физик и химик, член Лондонского Королевского общества Дж. Дьюар (1842-1923) изобрел сосуд с двойными стенками, между которыми был создан вакуум для сохранения газов, приведенных в жидкое состояние (сосуд получил его имя ').

К концу XIX в. больших успехов достигло оптическое приборостроение. В 1899 г. П. Н. Лебедев (1866-1912) разработал прибор для изучения светового давления. Исследования русского ученого позволили установить, что свет обладает не только энергией, но и массой.

В 1870 г. К. Фирордт в Германии создал спектрофотометр для измерения спектров поглощения и количественного анализа, а в 1877 г. П. Глен и К. Г Хюфнер сконструировали фотометр, в котором интенсивность света регулировалась с помощью поляризатора.

Важной проблемой физики конца XIX в. было определение скорости света. В 80-90-х гг. американские ученые А. Э. Майклсон (18521931) и Э. У Морли (1838-1923) с помощью интерференционной установки (интерферометр был изобретен Майклсоном) экспериментально доказали, что скорость светового сигнала не зависит от скорости движения его источника. Этот вывод сыграл исключительно важную роль в разработке теории относительности.

После открытия в 1887 г. Г. Герцем явления внешнего фотоэффекта в 1888 г. А. Г Столетов в России создал первый в мире газонаполненный фотоэлемент, основанный на явлении внешнего фотоэлектрического эффекта.

В 1897 г. англичанин Дж. Дж. Томсон (1856-1940) сконструировал электронно-лучевую трубку, с помощью которой он исследовал отклонение катодных лучей в магнитном и электрическом полях и установил, что они представляют собой поток электронов.

В 1907 г. Томсон разработал масс-спектрометр для определения и точного измерения массы ионизированных атомов или молекул газов посредством разделения ионов с различным отношением масс к заряду при прохождении ионизированных частиц в электромагнитном поле. Масс-спектрометры (после усовершенствования их в 1919 г. Ф. Астоном) стали широко применяться в химическом анализе для определения относительного содержания в веществе различных компонентов. Новейшие достижения естествознания успешно использовались в приборостроении. После того как в 1895 г. немецкий физик В. К. Рёнтген (18451923) открыл лучи, в дальнейшем получившие его имя, он создал тип рентгеновской трубки с вогнутым катодом и платиновым антикатодом, которая нашла широкое применение в медицине, химии, физике, металлургии и т. д.

В 1899 г. знаменитый английский физик Э. Резерфорд (1871 1937), закладывая основы современного учения о радиоактивности и строении атома, создал ряд приборов, помогающих успешному осуществлению его экспериментов.

В 1908 г. Резерфорд совместно с немецким физиком X. Гейгером (1882-1945) изобрел прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (газоразрядный счетчик), позже усовершенствованный Гейгером и Мюллером. В 1918 г. Резерфорд создал первую установку для искусственного расщепления атомов азота, которые он «бомбардировал» а-частицами (т. е. ядрами атомов гелия). В результате такого эксперимента Резерфорду удалось впервые наблюдать превращение одного элемента в другой.

Строительство крупных надводных бронированных кораблей и подводных лодок сделало невозможным использование для навигации старых магнитных компасов. Необходим был новый прибор. Во второй половине XIX в. стали вестись поиски путей создания гироскопических приборов для нужд флота. Этим занимались ученые Ж. Сир, Ж- Труве, Ф. Жильбер и Э. Дюбуа - во Франции, М. Гопкинс - в США, У. Томсон (лорд Кельвин) - в Англии, В. Сименс - в Германии. Зародившаяся гироскопическая техника дала искусственный корабельный горизонт (Флернс, 1886) и гироскоп Л. Обри для выравнивания курса торпед (90-е гг. XIX в.). Однако к концу XIX в. гирокомпас создан не был, хотя все необходимые конструктивные решения найдены. Причина этого крылась в неясности основных вопросов механики гирокомпаса, что не позволяло правильно выбрать параметры. Теоретическую часть работы по его созданию выполнил немецкий ученый М. Шулер в 1909 г. Оригинальную конструкцию гирокомпаса предложил американский инженер Э. Сперри (1860-1930). В 1913 г. немецкий физиолог и географ Г Акшюнц-Кёмпфе (1872-1931) испытал на море трехгироскопический компас, показавший хорошие результаты. Гироскопические приборы стали устраивать для ликвидации бортовой качки кораблей. Первый такой успокоитель предложил в 1904 г. немецкий инженер О. Шликк (1840-1913). Дальнейшее усовершенствование гироскопического успокоителя в 1911 г. связано с именем Э. Сперри. Немецкий изобретатель А. Бем изобрел в 1913 г. эхолот навигационный прибор для определения глубины морского дна путем измерения времени, необходимого звуку, чтобы дойти до дна и, отразившись от него, вернуться на судно.

Успехи метрологии. В результате создания, развития и совершенствования всякого рода измерительных приборов и аппаратов к концу XIX в. обозначилась настоятельная необходимость в разработке общих основ измерений, что привело к созданию м е тр о л о г и и - специальной науки о единицах, средствах и методах измерений. Во многих странах устанавливаются единые меры и единицы измерения, создаются предпосылки к установлению международных метрологических отношений. Так, в Германии установлению единых мер и единиц измерений способствовала созданная в 1868 г. Комиссия стандартов (в настоящее время - Государственный институт мер и весов в ФРГ).

В России в 1893 г. по проекту Д. И. Менделеева была создана Главная палата мер и весов на которую было возложено хранение эталонов принятых в России мер и весов, изготовление копий с них, проверка доставленных в палату копий с эталонов мер и весов и измерительных приборов, составление сравнительных таблиц русских и иностранных мер, решение метрологических вопросов. В состав палаты входили электрическая, магнитная, химическая, оптическая лаборатории, высоких температур, водомерная, газомерная, таксометрическая и др. В Главной палате мер и весов под руководством Д. И. Менделеева были обновлены русские эталоны мер и весов. Благодаря деятельности этой палаты уже в конце XIX начале XX в. в России метрическая система мер стала шире применяться в научных исследованиях и технических работах. В начале XX в. специальные метрологические учреждения были основаны в Англии (Национальная физическая лаборатория, 1900) и США (Национальное бюро стандартов, 1901).

Дальнейшее развитие приборостроения дает толчок к появлению новых отраслей производства (точное машиностроение, оптическое приборостроение) и наук (инструментоведение, металлография).

Значительно возросло количество и разнообразие точных приборов, многие из которых приобрели современные очертания.

Вычислительная техника. Создать простой, дешевый и достаточно быстродействующий вычислительный аппарат пытались на протяжении всего XIX в. многие ученые. В Швеции в 1866 г. появился счетный прибор Арцберга, русский математик В. Я. Буняковский в 1867 г. создал самосчеты, в Германии в 1878 г. Лейнер сконструировал свой стержень для сложения, а в 1885 г. инженер Патетйн во Франции предложил свой прибор для сложения.

Около 1876 г. русский математик П. Л. Чебышев (1821 -1894) создал суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. В 1881 г. он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления. Принцип непрерывной передачи десятков широко использовался в различных счетчиках (спидометр Н. Теслы) и вычислительных машинах («Мергенд» в США, «Дирент» в Швейцарии и др.).

В 1873 г. русский инженер В. Т. Однер построил арифмометр,в котором использовал зубчатую передачу с переменным числом зубцов. Начиная с 90-х гг. «Однер-машины» стали создаваться во многих странах мира («Брунович», «Триумфатор» и дрс).

В 1885 г. американский инженер У С. Барроуз запатентовал, а в 1890 г. сконструировал суммирующую «листинговую машину». Это был впоследствии весьма популярный конторский записывающий калькулятор, в котором рычажный набор чисел, существовавший до этого во всех вычислительных машинах, впервые был заменен на клавишный. Машина Барроуза нашла спрос на рынке и начала применяться для коммерческих расчетов.

В 80-х гг. американский инженер и предприниматель Герман Холлерит сконструировал вычислительную машину («Табулятор»), автоматизировавшую процесс обработки данных, используя в качестве носителей информации перфокарты. Вычислительные машины Г Холлерита оказали большую помощь в обработке информации о переписи населения США в 1890 г. Вначале перфокарты вставлялись в машину вручную: один человек пропускал до 1000 карточек в час. Позднейшее усовершенствование машины позволило Холлериту автоматизировать этот процесс и увеличить производительность машины.

В основе «Табулятора» Холлерита лежало соединение принципов механического счета с возможностью некоторого автоматического сопоставления и анализа данных. В 1896 г. Г Холлерит основал фирму по выпуску вычислительной техники и перфокарт. В 1924 г. она была преобразована в фирму IBM («International Business Maschines»). Вычислительные машины Холлерита широко использовались не только в США, но и в Австрии, Канаде и других странах. В 1897 г. они применялись для обработки результатов переписи населения в России. «Табуляторы» Холлерита в начале XX в. с успехом работали на больших предприятиях и в статистических управлениях США и Европы.

Дальнейшее совершенствование счетных клавишных машин связано с именами американских инженеров Е. Фельта и Р. Таррана, которые в 1896 г. создали калькулятор, производивший четыре арифметических действия, а при последующем усовершенствовании обеспечивал отпечатки всех производимых операций. В 1904 г. в Россци А. Н. Крылов предложил конструкцию машины для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений. В 1912 г. такая машина была построена.

В 1907 г. американскому инженеру Дж. Пауэрсу удалось сконструировать автоматический карточный перфоратор. Разработкой счетно-аналитических машин занимались Лангфорд и Дж. Буль.

Следует сказать, что вплоть до конца XIX в. все вычислительные машины были механическими. В конце XIX в. в вычислительных машинах стали использовать электрический привод, причем он был приспособлен и для старых типов машин. Опытный вычислитель, вооруженный такой техникой, мог за рабочий день выполнить не более 1500-2000 арифметических операций. С этого момента начался электромеханический период в развитии вычислительной техники, который продолжался до 40-х гг. XX в., когда появились ЭВМ.

Глава 15. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ. АСТРОНОМИЯ

Математика. В конце XIX - начале XX в. развиваются все разделы математики. Немецкие математики Э. Э. Куммер (1810-1893), Л. Кронекер (1823-1891), Ю. В. Дедекинд (1831 - 1916), Д. Гильберт (18621943) и русский - Е. И. Золотарев (1847-1878) заложили основы современной алгебраической теории чисел. В 1873 г. французский математик Ш. Эрмйт (1822-1901) доказал трансцендентальность числа е, а немецкий - Ф. Линдерман (1852-1939) в 1882 г.- числа л , бельгиец Ш. Пуссен (1866-1962) и французский математик Ж. Адамар (1865-1963) в 1896 г. завершили исследования Чебышева о законе убывания плотности расположения простых чисел в натуральном ряду. Немецкий математик Г. Минковский (1864-1909) и русский - Г Ф. Вороной (18681908) в 80-х гг. ввели в теоретико-числовые исследования геометрические методы. Работы по теории чисел в России после Чебышева блестяще продолжали, кроме Золотарева и Вороного, А. Н. Коркин (1837-1908) и А. А. Марков (1856-1922). Развивались и углублялись классические отделы алгебры. Подробно исследовались возможности сведения решения уравнений высших степеней. Более широкое применение в механике и физике получают вопросы линейной алгебры. Однако центр тяжести теоретических алгебраических исследований переносится в теорию групп, полей, колец, структур и т. д. Многие из этих отделов алгебры нашли применение в естествознании, в частности в теории групп в кристаллографии. На границе между алгеброй и геометрией (с 1873 г.) норвежский математик М. Софус Ли (1842-1899) создает теорию непрерывных групп, методы которой позднее проникают в новейшие области математики и естествознания. Прогрессирует начертательная геометрия. Дифференциальная геометрия евклидова трехмерного пространства получает полное систематическое развитие в работах итальянского математика Э. Бельтрами (1835-1900), французского - Г. Дарбу (1842-1917) и др.

В начале XX в. усиленно разрабатывается топология - раздел геометрии, исследующий качественные свойства геометрических фигур, не зависящие от их размеров и прямолинейности. Итальянцы Т. Леви-Чивйта (1873-1941) и Г Риччи-Курбастро в 1901 г. создали основы так называемого тензорного исчисления, усовершенствовав векторное исчисление. В 1902 г. А. Лебег (18751941) обобщил понятие интеграла.

Немецкий математик Ф. Клейн (1899-1925) и французский А. Пуанкаре (1845-1912) создали теорию автоморфных функций в которой нашла применение геометрия Лобачевского. В дальнейшем французские математики Э. Пикар (1856-1941), Ж. Адамар, Э. Борёль (1871 -1956) и А. Пуанкаре разработали теорию целых функций. Геометрическую теорию функций и теорию римановых поверхностей развивали Д. Гильберт, Г Вейль и др.

В результате систематического построения математического анализа на основе строгой арифметической теории иррациональных чисел и теории множеств, разработанной немецким ученым Г Кантором (1845-1918) в 1879-1884 гг., возникла новая отрасль математики - теория функций действительного переменного (понятия функции, производной, интеграла, основные операции анализа). В эти же годы в трудах Э. Шредера, Г Фреге, Дж. Пеано, Б. Рассела и А. Уайтхеда разрабатывалась и математическая логика.

К. Т. Вейерштрасс (1815-1897) при помощи построенной им теории действительных чисел логически обосновал математический анализ, разработал теорию аналитических функций. Дальнейшее развитие получают теория дифференциальных уравнений и теория вероятностей. В разработке теории вероятностей видное место принадлежит петербургской математической школе (П. Л. Чебышев, А. М. Ляпунов, А. А. Марков и др.). Учебник Маркова «Исчисление вероятностей» (1900) оказал большое влияние на развитие теории вероятностей. В 1906 г. Марков от исследования независимых случайных величин перешел к особым образом связанным величинам (цепям). Только позднее в работах М. Планка, М. Смолуховского и А. Эйнштейна предложенная Марковым схема раскрылась практически. Если в начале XIX в. вероятностные методы использовались в теории артиллерийской стрельбы и теории ошибок, то в конце XIXначале XX в. теория вероятностей применяется в статистической физике и механике, в математической статистике и т. д. В большую самостоятельную ветвь математики вырастают численные методы анализа. Разработкой их занимались Дж. Адамс, К- Штермер, К. Рунге, Г Либман, В. Ритц, Б. Г Галеркин. В результате было составлено большое количество таблиц эллиптических, гиперболических, цилиндрических функций, гамма-функций и др. Для математических наук этого периода характерна, с одной стороны, тенденция к обобщению проблем, а с другой - неразрывная их связь с важнейшими вопросами теоретической и практической механики, физики, астрономии. Мы уже не раз приводили примеры того, какую огромную роль сыграли труды выдающихся ученых по меха^ нике, термодинамике, гидро- и аэродинамике в развитии новых отраслей техники. Одновременно решались и новые чисто математические проблемы.

Механика. Идеи выдающегося русского ученого М. В. Остроградского (1801 -1861) 1 в области механики получили дальнейшее развитие в трудах его учеников и последователей - Н. Д. Брашмана (1796-1866) и Ф. А. Слудского (1841-1897). Исследования немецкого ученого Ф. Рело (1829-1905) привели к созданию в 1875 г. стройной теории механизмов. Рело ввел понятия кинематической пары как элементарной составляющей любого механизма и кинематической цепи как совокупности звеньев, соединенных в кинематические пары.

В России П. О. Сомов (1852-1919) исследовал задачи структуры, классификации механизмов, кинематику изменяемых тел, вопросы распределения скоростей и ускорений в изменяемых системах и т. п. Значительную роль в развитии теории механизмов и машин сыграл Н. И. Мерцалов (1866-1948). Его исследования изложены в трудах «Динамика механизмов» (1914) и «Кинематика механизмов» (1916).

Распространение автоматических регуляторов скорости паровых поршневых машин требовало от ученых разработки теории их работы. Первые такие исследования в этой области провел в 1868 г. английский физик Максвелл.

В 1877-1878 гг. русский ученый и государственный деятель И. А. Вышнеградский (1831 -1895) подбшел к решению задачи автоматического регулирования с точки зрения практики. Он вскрыл условия устойчивости системы регулирования и возникновения самораскачивания машин, динамику работы машины, снабженной регулятором, и показал, что машина и регулятор во время работы образуют единую систему. Труды Вышнеградского оказали большое влияние на все дальнейшие работы в этой области механики во всем мире, и он по праву считается основоположником классической теории автоматического регулирования. В 80-х гг. интерес к проблемам регулирования паровых машин резко ослаб. Основное внимание ученых теперь было обращено на автоматическое регулирование гидротурбин, получавших все более широкое распространение.

К 1893-1899 г., относятся работы словацкого ученого А. Стодолы (1859-1942)1, который развил идеи Вышнеградского, создав начала общей теории регулирования. С 1903 г. вопросами регулирования машин занимался Н. Е. Жуковский. Важнейшей задачей динамики в рассматриваемый период было создание теории гироскопических явлений. С появлением в середине XIX в. нарезных орудий, сообщавших снаряду необходимое для устойчивости в полете вращение, задача внешней баллистики оказалась тесно связанной с динамикой тяжелого твердого тела (гироскопией). Однако после работ Эйлера и Лагранжа, несмотря на усилия ряда выдающихся математиков; проблем'а вращения тяжелого твердого тела вокруг неподвижной то$ки д о д г о не получала дальнейшего развития. В 1888 г. выдающийся руссий математик С. В. Ковалевская (1850-1891) разрешила эту задачу. Дальнейшая разработка теории гироскопических явлении связана с именами русских математиков А. М. Ляпунова, В. А. Стеклова и С. А. Чаплыгина. Одной из сложных проблем механики являлась задача об устойчивости равновесия и движения материальных систем. Значительный вклад в ее решение внесли английский ученый Э. Раус в 1877 г. и Н. Е. Жуковский, который в 1882 г. сформулировал критерии орбитальной устойчивости.

Строгая постановка задачи об устойчивости движения и указание наиболее общих методов ее решения, а также конкретное рассмотрение отдельных важнейших вопросов этой теории принадлежит А. М. Ляпунову (1857-1918). В своих теориях об устойчивости он указал границы применимости методов малых колебаний.

Теория малых колебаний в то время имела большое практическое значение для совершенствования машинной техники и в первую очередь для строительства железнодорожных мостов и создания быстроходных паровозов. Развитие этой теории было тесно связано с решением отдельных технических проблем, в частности проблемы уменьшения качки корабля, разработанной А. Н. Крыловым.

К концу XIX в. в особую область теоретической механики выделилась динамика переменной массы. Основоположник этой наукирусский ученый И. В. Мещерский (1859-1935). Общее уравнение динамики точки переменной массы, выведенное Мещерским в 1897 г., легло в основу теории реактивного движения К. Э. Циолковского. Проблемы механики сплошной среды и теорию упругости разрабатывали М. В. Остроградский, французский механик А. СенВенан (1797-1886), У. Томсон, Г Кирхгоф, В. А. Стеклов и др. Выдающиеся работы по теории упругости принадлежат русским ученым А. В. Гадолину, Д. И. Журавскому и X. С. Головину.

Благодаря работам немецкого математика Г Гельмгольца (1821 -1894) появилось учение о вихрях в жидкостях и были заложены основы динамики вязкой жидкости и газовой динамики. В 80-х гг. XIX в. русский ученый Н. П. Петров (1836-1920) заложил основы нового раздела технической механики - учения о гидродинамическом трении и теории смазки. Почти одновременно, в 1884-1886 гг., и независимо от него

Основы гидродинамической теории смазки разработал английский ученый О. Рейнольдс (1842-1912). В 1900 г. Петров в работе «Трение в машинах» значительно продвинул исследования в этой области.

Теорией смазки занимался и Н. Е. Жуковский, который независимо от Рейнольдса установил главную причину несущей способности вращающегося шипа в подшипнике. В 1906 г. Жуковский совместно с С. А. Чаплыгиным дал точное решение задачи о движении смазочного слоя, имевшее большое практическое значение. Продолжает изучаться понятие идеальной жидкости, появляется понятие вихря и вихревых течений. В исследовании этих проблем далеко продвинулись Г Гельмгольц, И. С. Громека и Г Ламб (1849-1934).

Большую роль в развитии гидродинамики последней трети XIX в. сыграли исследования твердого тела в идеальной жидкости. Трудные задачи интегрирования уравнений движения тела в жидкости привлекли внимание таких математиков и механиков, как А. Клебш (1833-1872), Г. Ламб, Дж. Гринхилл, С. А. Чаплыгин и В. А. Стеклов (1863-1926). Разработка вопросов аэродинамики связана с именами Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина. В конце 80-х гг. Жуковский занимался проблемой подъемной силы и уже в 1890 г. высказал мысль, что подъемная сила является результатом вихревого движения. В 1905 г. задача о подъемной силе была решена. В 1910 г. Жуковскому и Чаплыгину удалось решить задачу о силах, действующих на крыло бесконечного размаха. Совместными усилиями они исследовали вопрос о профильном сопротивлении крыла. Метод, разработанный Чаплыгиным, позволил найти форму профилей крыльев самолетов. Исследования Жуковского о подъемной силе являются основой современной аэродинамики, а теорема о подъемной силе имеет фундаментальное значение для теории крыла.

К концу XIX в. механика достигла высокого уровня развития. XX в., ознаменовавшийся возникновением механики быстрых движений, протекающих со скоростями, близкими к скорости света, заставил критически пересмотреть ряд основных положений классической механики.

Физика. Проблемы изучения энергии. Открытие электрона. Первым основным направлением исследований в области физики в то время стало изучение различных видов энергии.

Важным достижением учения об электричестве и вместе с тем решением проблемы строения вещества было открытие электрона, первой из ставших известными элементарных частиц. В 1878 г. голландский физик Г А. Лоренц (1853-1928) начал разработку электронной теории вещества, сочетая выводы элёктромагнитной теории Максвелла с атомистическими представлениями о строении вещества. В 1891 г. английский физик Дж. Дж. Стоней (18261911) ввел для обозначения «атома электричества» термин «электрон». В 1895 г. Лоренц придал своей электронной теории законченную математическую форму.

Важные исследования были проведены по выяснению природы так называемых катодных лучей, т. е. излучений, возникающих при электрическом разряде в среде разреженного газа. Французский физик Ж. Б. Перрён (1870-1942) в 1895 г. пришел к выводу, что катодные лучи - это поток отрицательных электрических зарядов.

Вывод был экспериментально подтвержден английским ученым Дж. Дж. Томсоном в 1897-1898 гг. Катодные лучи - это поток электронов - к такому выводу пришла физика рубежа XIX и XX вв. В 1904 г. В. Кауфман (1871-1947) экспериментально обнаружил зависимость массы электрона от скорости его движения, что противоречило прежним представлениям о постоянстве массы, рассматриваемой как мера количества материи. Открытие новых видов электромагнитного излучения. В предыдущем томе «Очерков...» (с. 261-262) уже говорилось о первых работах Дж. К. Максвелла в области теории света как частного вида электромагнитных колебаний. Эта теория получила дальнейшее развитие в трудах Максвелла в 70-х гг. XIX в. и полностью подтвердилась исследованиями многих других ученых.

К началу XX в. был уже известен обширный спектр электромагнитных излучений. На одном краю этого спектра оказалась область электромагнитного излучения с волнами наибольшей длины- радиов олн ами . Затем располагалась область инфракрасных лучей невидимого излучения, которое обнаруживается главным образом по тепловому действию. К инфракрасной области примыкала область видимых световых лучей, затем располагались области ультрафиолетовых лучей, рентгеновских лучей и, наконец, гамма-лучей. Длина волны ультрафиолетовых лучей оказалась меньшей, чем у волн видимого света, а у рентгеновских - меньше, чем у ультрафиолетовых. Гамма-лучи обладали еще меньшей длиной волны и соответственно большей проницающей способностью (жесткостью), поскольку она возрастала по мере уменьшения длины волны излучения. Открытие радиоактивности. В 1896 г. француз А. А. Беккерель (1852-1908) заметил, что соли урана действуют на фотопластинку, но их излучение отличается от рентгеновского. Вскоре изучением этого явления занялись в Париже М. Склодовская-Кюри (18671934) и ее муж П. Кюри (1859-1906). В 1898 г. они открыли явление радиоактивного распада, а в 1903 г. измерили тепловой эффект излучения радия, установив, что внешние факторы не влияют на радиоактивный распад. Это, казалось, противоречило закону сохранения энергии. Впервые научное объяснение сущности радиоактивности на базе учения о строении атома дал выдающийся английский физик Э. Резерфорд. В 1898-1900 гг. он установил, что при распаде радиоактивных элементов выделяются два вида излучений, имеющие различную проницаемость, и обозначил их первыми буквами греческого алфавита а(альфа) и 6 (бета). Через три года П. Вийяр (1860-1934) доказал, что имеется также третий вид излучения, сходный по природе с рентгеновскими лучами. Оно было названо гамма-излучением. Позднее было выяснено, что а-лучи - это поток ядер атомов гелия, а 8-лучи - катодные лучи, т. е. поток электронов.

В 1903 г. Резерфорд и Ф. Содди (1877-1956) предложили общую теорию радиоактивности, согласно которой она является следствием самопроизвольного превращения элементов, сопровождающегося излучениями, энергия которых заимствуется из самого атома. Эту теорию ученые подтвердили рядом блестящих опытов.

Была разработана новая модель атома, что имело важное значение для дальнейшего развития как физики, так и химии. Первую модель атома, послужившую прообразом для современных представлений о строении вещества, выдвинул Дж. Томсон в 1903 г. С прежним представлением об атоме, как о простейшей неделимой частице вещества, было покончено. В 1911 г. Резерфорд предложил планетарную модель атома, согласно которой атом представлял собой сложную систему, состоящую из положительно заряженного ядра весьма малого диаметра (по сравнению с диаметром атома), вокруг которого движутся электроны. Около 1900 г. англичанин Ч. Т. Вильсон (Уилсон) (1869-1959), изучая процессы ионизации газов, предположил существование ранее неизвестных излучений большой проникающей силы, вызывавших ионизацию. В 1909 г. швейцарский ученый А. Гокель выяснил, что на высоте 4 тыс. м ионизация значительно сильнее. К 1913 г. эти выводы были подтверждены исследованиями, проведенными в США и Германии. Новые лучи были вначале названы «высотными», а позднее «космическими» так как они проникали в земную атмосферу из космоса. Открытие радиоактивности, квантовая теория и другие достижения физики начала XX в. привели к крушению прежних представлений об атомах. Эти частицы, казавшиеся до тех пор неделимыми, элементарно простыми, неизменными и генетически не связанными друг с другом, оказались сложными, изменяющимися, превращающимися друг в друга. Родилась идея о возможности/использования внутриядерной энергии путем искусственного радиоактивного распада тяжелых элементов.

Квантовая теория. На рубеже XIX и XX вв. немецким физиком М. Планком (1858-1947), занимавшимся термодинамическими проблемами взаимодействий вещества и лучистой энергии, была выдвинута квантовая теория, которая поколебала прежние представления о непрерывности всех излучений. Его сообщение 14 декабря 1900 г. «К теории закона распределения энергии нормального спектра» стало началом квантовой физики. Планк пришел к выводу, что излучение не является непрерывным потоком энергии, а слагается из отдельных порций, «квантов» энергии. Впрочем, вначале Планк не сделал всех необходимых выводов из своего открытия и сопроводил эту гипотезу целым рядом оговорок, значительно ослаблявших ее. Но гипотеза была подхвачена, конкретизирована и развита другими выдающимися физиками. Среди них был А. Эйнштейн (1879-1955) - один из наиболее выдающихся ученых нашей эпохи. В 1905 г. он выступил с докладом о квантах света. «Мы должны предположить,- писал Эйнштейн,- что однородный свет состоит из зерен энергии, ...световых квантов (Lichtquanten), т. е. небольших порций энергии, несущихся в пустом пространстве со скоростью света». Расширив область применения квантовой теории, Эйнштейн объяснил на ее основе физическое явление фотоэлектрического эффекта, т. е. испускания электронов веществом, подвергшимся облучению. Это выступление Эйнштейна вызвало недовольство самого основоположника квантовой теории. Планк говорил тогда, что испытывает неприязнь ко всякой попытке поколебать фундамент классической физики. Лишь к 1911 г. Планк завершил разработку своей квантовой теории, положив в ее основу понятие «квант действия». Вытекавшие из этой теории соотношения между пространством, временем и динамическими явлениями противоречили классической физике. В 1913 г. датский физик Н. X. Бор (1885-1962), исходя из квантовой теории, уточнил планетарную модель атома, предложенную Резерфордом, введя представление о скачкообразном переходе электрона из одного состояния в другое, с одной орбиты на другую.

В ходе дальнейшего развития квантовой теории, к 1920 г., выяснилось, что кванты света и других видов энергии ведут себя в одних случаях как частицы, а в других как волны и при этом для своего движения не нуждаются в «светоносном эфире». В этом проявлялась неразрывная диалектическая связь непрерывности и дискретности (прерывности), присущая природным явлениям. Для научной теории и практики открылись новые, широчайшие перспективы познания природы и использования ее законов для решения технических задач.

Новая физическая картина мира. Возникновение теории относительности. Однако создать общую физическую картину мира, охватив всю совокупность экспериментально установленных фактов единой теорией, не удавалось, поскольку ряд новых фактов, введенных в научный оборот, не укладывался в рамки прежних представлений и, казалось, вступал в противоречие с рядом других факторов, не менее твердо обоснованных опытом.

В частности, результаты весьма точных экспериментов по измерению скорости света, проведенные в США А. Майклсоном и

Э. Морли в 1881 -1887 гг., вступили в противоречие с традиционным представлением о наличии неподвижного «светоносного эфира», в котором якобы распространяются световые волны

Экспериментаторы полагали, что если световой луч распространяется в эфире вдоль того направления, по которому движется вместе с Землей прибор, посылающий этот луч, то скорость луча должна быть меньшей, чем скорость луча, перпендикулярного этому направлению. Однако никакого влияния движения Земли на скорость света не было замечено. Пытаясь объяснить этот неожиданный результат, ирландец Дж. Фицджеральд (1852-1901) и уже упоминавшийся выше Г Лоренц в 1892-1893 гг. независимо друг от друга выдвинули предположение, что приборы испытывают продольное сокращение по направлению движения Земли, а потому разница пробегаемых светом расстояний ими не улавливается. Лоренц дал формулу, согласно которой можно вычислить величину такого сокращения, зависящую от скорости движения.

В 1905 г. А. Эйнштейн выдвинул специальную, или частную, теорию относительности, развитую им в статье «К электродинамике движущихся тел».

Эйнштейн исходил из двух принципов - принципа относительности, гласившего, что во всех инерциальных системах отсчета физические законы формулируются одинаково, и принципа постоянства скорости света, гласившего, что скорость света в вакууме, испускаемого любым источником, не зависит от направления и скорости движения этого источника и наблюдателя. К какому бы материальному телу, находящемуся в инерциальном прямолинейном и равномерном движении, ни относить движение светового луча, его скорость остается той же самой. Никакого «светоносного эфира» как универсальной неподвижной «мировой среды», к которой следует относить все движение, не существует. Развивая исходные положения своей теории, Эйнштейн сделал поразительно смелые и на первый взгляд парадоксальные выводы о свойствах пространства, времени и движения материальных объектов. Если в классической физике господствовало представление о времени как некой абсолютной сущности, независимой от какихлибо материальных процессов и остающейся одной и той же во всех инерциальных системах, то новая теория отрицала единый для всех систем счет времени. Течение времени (и ход часов) меняется в зависимости от скорости движения данной системы. Так, часы, движущиеся относительно наблюдателя, находящегося в другой системе, будут казаться ему идущими медленнее. Явления, одновременные в одних условиях движения, оказываются неодновременными при других условиях, по отношению к другой системе отсчета. Одновременность явлений оказалась не абсолютным, а относительным свойством, зависящим от условий материального движения. Теория относительности отказалась и от старого представления о пространстве как неком «пустом вместилище» и абсолютно неизменной сущности. Свойства пространства и времени оказались зависимыми от движения материальных объектов и тесно связанными друг с другом.

Разработка новых представлений о пространстве и времени привела к необходимости внести существенные изменения и в формулировку законов механики. Если в классической механике скорость движения могла принимать любые значения от нуля до бесконечности, то в «релятивистской механике» она не может превышать величины скорости света (с) в пустоте, равной приблизительно 300 тыс. км/сек. Длина движущегося тела сокращается в направлении движения (с точки зрения наблюдателя, находящегося в другой системе). Не может считаться неизменной и масса тела: она зависит от скорости движения и возрастает при увеличении последней. Вскрылась более глубокая внутренняя связь между массой и энергией. Новая физика выдвинула закон пропорциональности массы и энергии. Он утверждает, что любой объект, обладающий массой, обладает и энергией Е, пропорциональной этой массе m и равной ее произведению на квадрат скорости света (Е=mс2). Следовательно, увеличение энергии, содержащейся в объекте, приводит к увеличению его массы. «Таким образом,- писал физик М. Борн, комментируя теорию относительности,- мы достигли огромного единения наших знаний о материальном мире: материя в наиболее широком смысле этого слова (в том числе свет и другие формы чистой энергии на языке классической физики) имеет два фундаментальных качества: инерцию, измеряемую ее массой, и способность совершать работу, измеряемую ее энергией. Эти два качества строго пропорциональны друг другу». Уже упоминавшийся выше математик А. Пуанкаре независимо от Эйнштейна развил математическую сторону принципа относительности и стал употреблять этот термин с начала 1900-х гг. В 1907-1908 гг. специальную теорию относительности изложил в новой математической форме немецкий ученый Г Минковский. Он предложил рассматривать мир как четырехмерный пространственновременной континуум (связность), в котором время является четвертой координатой. Этим не отрицался факт трехмерности реального пространства, в котором существует все материальное, но подчеркивалось наличие неразрывной связи между пространством и временем. Дальнейшим шагом была общая теория относительности, разработанная Эйнштейном к 1916 г. (отдельные ее положения намечались и в более ранних трудах ученого, начиная с 1907 г.). Специальная теория относительности распространялась лишь на прямолинейные равномерные движения. Общая теория относительности охватывала и ускоренные непрямолинейные движения и привела к выводам о еще более тесной связи свойств пространства и времени с движущейся материей. Сам Эйнштейн выразил эту мысль в 1921 г. в полушутливом ответе на наивную просьбу изложить в нескольких фразах сущность теории относительности: «Прежде считали, что если все материальные тела исчезнут из Вселенной, время и пространство сохраняется. Согласно же теории относительности время и пространство исчезнут вместе с телами». Один из важнейших моментов общей теории относительности принцип эквивалентности, утверждающий физическую неотличимость поля тяготения (гравитационного) и поля, создаваемого ускоренным движением (инерционного). Силовое поле можно называть гравитационным или инерционным в зависимости от выбора системы отсчета. На смену ньютоновскому закону всемирного тяготения Эйнштейн выдвигал новое, в высшей степени оригинальное объяснение явлений взаимного притяжения материальных объектов. Наличие гравитационных полей в некоторой области пространства он объяснял наличием локальной кривизны пространства. Это понятие означает, что метрика пространственновременного континуума отступает от евклидовой (например, траектория луча света отклоняется от прямой при наличии поблизости материального тела). Таким образом, общая теория относительности впервые реально истолковала неевклидову геометрию. Расстояния в пространстве и расстояния во времени, т. е. метрические характеристики реального мира, определяются наличием гравитационных полей.

Астрономия. Для развития астрономии этого периода характерно возникновение особой отрасли, пограничной с физикой, - астрофизики. В астрономии использовались все более совершенные приборы и методы наблюдения. Исключительно важные результаты были достигнуты применением в астрономии спектрального анализа. При помощи спектрального анализа, открытого еще в 1859 г., английский астроном Дж. Локьер (1836-1920) в 1868 г. обнаружил в солнечном спектре линию, не принадлежавшую ни одному из известных тогда земных элементов, и назвал соответствующий этой линии элемент гелием (от греческого слова «гелиос» - солнце). Кроме солнца, спектральный анализ начали применять к изучению звезд, в химическом составе которых астроному У. Хеггинсу (1824-1910) удалось обнаружить наличие большинства земных элементов. Хеггинс положил начало спектральному изучению туманностей за пределами Галактики. Методом спектрального анализа стали определять температуру звезд и направление их движения. Все более широко применяется фотографирование при поисках новых малых планет (астероидов), изучении солнечных протуберанцев и составлении звездных каталогов. Материалы, собранные в 1885-1896 гг. директором обсерватории на мысе Доброй Надежды Д. Гиллем, легли в основу большого звездного каталога (455 тыс. звезд Южного полушария), составленного голландским астрономом Я. К. Каптейном в 1896-1900 гг. На Международном астрономическом конгрессе в 1887 г. в. Париже было принято решение о создании всеобъемлющего каталога звезд. В этой работе приняли участие 18 обсерваторий различных стран, в том числе и Пулковская. Под руководством русского астронома О. А. Баклунд (1846-1916) там был составлен список звезд, вошедших в пулковские каталоги 1900 и 1905 гг. Он был принят в качестве международного списка фундаментальных звезд. Дополненный списком звезд южного неба, составленным Хофом, этот список звезд Баклунд - Хофа определил главное содержание работы всех основных астрономических обсерваторий земного шара на последующие 15-20 лет. В Пулково и Московской университетской обсерватории с 1870 по 1916 г. под руководством астронома В. К. Цераского (18491925) проводилась тщательная разработка астрофотометрии. Цераский создал уникальную коллекцию фотоснимков переменных звезд, которая используется до сих пор. Ему удалось впервые дать в 1895 г. надежную и близкую к действительности нижнюю оценку температуры Солнца. В результате исследований Э. Герцшпрунга, Г Рессела и других была уточнена классификация звезд по их размерам, температуре поверхности и т. д. Астрономы пришли к выводу, что звезды не являются стабильными, а подвержены определенным законам развития. Новую эпоху в небесной механике вообще и решении задачи трех тел в частности открыл А. Пуанкаре. В 1890 г. он показал, что бесконечные тригонометрические ряды, определяющие движение трех тел, будучи расходящимися, могут использоваться для вычисления положения небесных светил только для ограниченных промежутков времени и с тем большей точностью, чем меньше эти промежутки. Пуанкаре создал теорию периодических траекторий, характеризующихся тем, что абсолютная или относительная конфигурация системы периодически повторяется. Методы Пуанкаре оказали существенное влияние на все дальнейшее развитие небесной механики и до настоящего времени вместе с капитальными исследованиями А. М. Ляпунова составляют основы качественной теории дифференциальных уравнений.

В это время возникают новые космогонические теории. Небулярная гипотеза Канта - Лапласа 1 не выдержала испытания временем. В 1906 г. Т. К. Чемберлин и Ф. Р. Мультон выдвинули новую гипотезу происхождения планетных систем вокруг звезд (прежде всего речь шла о Солнечной системе). Они предположили, что в свое время к Солнцу приблизилась какая-то звезда. Силы тяготения вызвали на обеих звездах такие гигантские протуберанцы, что после расхождения звезд из языков вырвавшегося звездного вещества образовались планеты, которые и начали вращаться вокруг своих «родителей». Эта гипотеза держалась почти 40 лет.

В 80-90-е гг. работами Ф. А. Бредихина (1831 - 1904) были созданы теория кометных форм и теория происхождения метеорных потоков и образования периодических комет. Свои исследования Бредихин проводил в Пулковской обсерватории, руководителем которой он был с 1890 по 1895 г. Благодаря исследованиям А. А. Белопольского (1854-1934), Б. Б. Голицына (1862-1916) и других был собран обширный материал, касающийся движения материи на Солнце, Юпитере и Сатурне.

Плодотворно используя так называемый принцип Допплера устанавливающий связь между изменением частоты колебаний, воспринимаемых приемником, и скоростью этого приемника относительно источника волн, Белопольский измерил лучевые скорости (т. е. скорости движения вдоль направления, по которому ведется наблюдение) большого числа звезд. Его наблюдения над переменными звездами составили важный этап в развитии звездной астрономии. Выдающимся вкладом в астрофизику явилось экспериментальное доказательство в 1900 г. А. А. Белопольским справедливости принципа Допплера для световых волн.

Глава 16. Химия

Открытие новых химических элементов. Для развития теоретической химии этого периода исходным и основополагающим было создание Д. И. Менделеевым его периодической системы. Гениальное творение русского ученого наложило печать на развитие химической науки в двух аспектах. Во-первых, пустые клетки таблицы Д. И. Менделеева (в 1871 г. было известно только 63 элемента) заполнились в результате открытий ученых различных стран, причем блестяще подтверждались предположения Менделеева о свойствах некоторых из этих неизвестных тогда элементов. До 1917 г. таблица пополнилась многими вновь открытыми элементами.

Во-вторых, развитие теории строения атома помогло по-новому объяснить физический смысл периодической системы элементов. Выяснилось, что и порядковый номер элемента, и его атомный вес являются характеристиками строения атома данного вещества. Периодическая система элементов нашла подтверждение в работах многих ученых. В 1875 г. французский химик П. Э. Лекок де Буабодран (1838-1912) получил новый элемент - серебристый легкоплавкий металл, названный в честь родины ученого галлием. Практическое применение галлия относится лишь к нашему времени.

В 1878-1879 гг. швейцарский химик Сорэ и шведский ученый П. Т. Клеве (1840-1905) обнаружили и получили небольшое количество солей элемента, окрашенных в оранжевый цвет. Этот элемент был назван гольмием в честь столицы Швеции Стокгольма, в старину называвшейся Гольмия (или Хольмия), где и были найдены эти редкоземельные минералы. В те же годы П. Клеве при активном участии физика Талена открыл тулий, названный учеными в честь античного наименования сказочной северной страны Туле (в данном случае отождествленной со Скандинавией).

Еще в 1839 г. шведский химик Мозандер выделил новую «лантановую землю», которая, как выяснилось впоследствии, представляла собой смесь нескольких веществ. Мозандер назвал ее дидймием (от греческого слова «дйдимос» - двойник). В середине XIX в. «дидимиеву землю» стали получать из самарскита, открытого русским горным инженером В. М. Самарским-Быховцем (1803-1870) в Ильменских горах. В 1879 г. Лекок де Буабодран из «дидймиевой земли» выделил новый элемент, названный им самарием, подчеркнув, что элемент был получен из самарскита. В том же году Ж. де Мариньяк и Лекок де Буабодран выделили из дидимия еще одну «землю», названную ими гадолинием в честь финского химика XVIII в. Гадолина.

Последующие исследования «дидимиевой земли» привели в 1882 г. австрийского химика К. А. фон Вельсбаха к открытию еще двух редкоземельных элементов - празеодима, названного так за свой светло-зеленый цвет (от греческого слова «прасинос» - зеленый, как лук), и неодима (от приставки «нео», т. е. новый, и последнего слога дидимия - «дим»). Таким образом, в начале 80-х гг. дидимий, значившийся в первых вариантах периодической системы Д. И. Менделеева химическим элементом, исчез, а вместо него образовалось четыре новых лантаноида: празеодим, неодим, самарий и гадолиний. В 1886 г. Лекок де Буабодран с помощью спектроскопического анализа «гольмиевой земли» открыл элемент, названный им диспрозием, также относящийся к лантаноидам. Это название было производным от греческого слова «дюспроситос» - труднодоступный. Лишь в 1906 г. Ж. Урбёну (1872-1938) удалось получить диспрозий в чистом виде. В начале XX в. поиски новых лантаноидов продолжались. В 1896-1900 гг. Э. Демарсэ в результате длительных опытов выделил из «самариевой земли» новый элемент, названный им в 1901 г. европием, в честь континента Европа.

Открытие лютеция было связано с изучением иттербия. В 1907 г. Урбену удалось независимо от австрийского химика К. А. фон Вельсбаха открыть этот новый элемент. Лютеций получил свое название от древнеримского названия Парижа (Lutetia Parisorum).

Чешский химик Б. Браунер (1855-1935), которому принадлежит большая заслуга по дальнейшему подтверждению и обоснованию периодической системы, выделил все редкоземельные элементы в особую группу, впоследствии названную лантаноидами Сейчас лантаноиды широко применяются в виде металлов, сплавов и химических соединений в различных отраслях техники. В 1886 г. А. Муассан получил свободный фтор, который вскоре приобрел широкое применение в технологии.

В 1894 г. У. Рамзай (Рэмзи) в сотрудничестве с Дж. Рэлеем (Рейли) (1842-1919) открыл ранее неизвестную составную часть воздуха - газ аргон. Позднее аргон нашел широкое использование в термической обработке легко окисляющихся металлов, в электроосветительных устройствах и т. д. В предыдущей главе уже упоминалось, что в 1868 г. астрономы обнаружили в солнечном спектре линии прежде неизвестного элемента, который был назван гелием. В 1895 г. Рэмзи выделил гелий из некоторых земных веществ. Он оказался инертным газом в 7 раз легче воздуха. Первое практическое применение этого легкого и невоспламеняющегося газа было осуществлено в Германии во время первой мировой войны для наполнения дирижаблей (вместо водорода). В 1898 г. Рэмзи совместно с М. Траверсон открыл криптон, ксенон и неон. Эти инертные газы применяются главным образом в электротехнической промышленности для изготовления неоновых ламп. Последним инертным газом явился радиоактивный радон, открытый Э. Дорном в 1900 г. Радон в наши дни применяется в медицине (радоновые ванны и т. п.).

В 1900 г. бельгийский химик Л. Эррер предложил свести эти «благородные», или инертные, газы в особую, нулевую группу периодической системы элементов. Первым в нулевой группе был поставлен гелий. Сейчас весь вертикальный столбец, составивший нулевую группу, входит в VIII группу элементов.

Напомним, что в начале рассматриваемого нами периода убеждение в неизменности элементов было почти всеобщим. Но Менделеев предвидел, что это воззрение будет поколеблено. «...Было бы весьма интересно,- писал он в 1898 г.,- присутствовать при установке данных для доказательства превращения элементов друг в друга, потому что я тогда мог бы надеяться на то, что причина периодической законности будет открыта и понята». Это предвидение оправдалось.

Конец XIX и начало XX в. было временем открытия радиоактивности таких ранее известных тяжелых элементов, как уран и торий.

В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана - уран-Х В 1913 г. Фаянс и Геринг доказали, что уран превращается в новый изотоп в результате радиоактивного распада. Радиоактивность тория была обнаружена супругами Кюри в 1898 г. В 1902 г. Резерфорд и Содди выделили изотоп тория.

В 1898 г. супруги Кюри открыли радий а в 1902 г. выделили первые 0,1 г чистого препарата радия, опеределив его атомный вес - 225. В последующий период радий применялся как источник 7 -лучей для просвечивания металлических изделий, изготовления светящихся красок, а в медицине - для лечения злокачественных опухолей, кожных и других заболеваний.

В 1898 г. М. Склодовская-Кюри открыла другой радиоактивный элемент - полоний. Он стал использоваться только в последние годы как нейтронный источник в ядерных реакторах.

В 1899 г. Добьёрн, сотрудник Кюри, открыл еще один радиоактивный элемент - актйний (от греческого слова «актис» - излучение). По имени этого элемента весь ряд радиоактивных трансурановых элементов получил потом название «актиноиды».

В 1903 г. Рэмзи доказал, что гелий - это продукт радиоактивного распада радия. В 1914 г. англичанин Ф. Содди теоретически обосновал открытия многочисленных разновидностей радиоактивных веществ, указав, что существуют элементы, почти не отличающиеся друг от друга по химическим свойствам и занимающие одно и то же место в периодической системе элементов, но различающиеся по своему атомному весу, - изотопы. В 1915 г. Содди экспериментально получил радий из урана.

Дальнейшие исследования радиоактивности урана позволили сделать вывод, что актиний - это продукт одного из превращений урана и что могут существовать другие элементы уранового ряда. Подтверждение этому нашли австрийский физик Л. Майтнер (1878-1968) и немецкий химик О. Ган (1879-1968), открыв в 1917 г. протактиний.

Благодаря открытию радиоактивного распада элементов, созданию электронной теории и новой модели атома, сущность и значение периодического закона Менделеева предстали в новом свете. Было установлено, что порядковый (атомный) номер элемента в периодической системе (он обозначается «Z») имеет реальный физический и химический смысл: он соответствует общему числу электронов в слоях оболочки нейтрального атома элемента и положительному заряду ядра атома. В 1913-1914 гг. английский физик Г.Г Дж. Мозли (1887-1915) обнаружил прямую связь между спектром рентгеновских лучей элемента и его порядковым числом. К 1917 г. усилиями ученых разных стран было открыто 24 новых химических элемента, а именно: галлий (Gа), скандий (S5с), германий (Ge), фтор (F); лантаноиды: иттербий(Yb), гольмий (Hо), тулий (Ти), самарий (Sm), гадолиний (Gd), празеодим (Рг), диспрозий (Dy), неодим (Nd), европий (Ей) и лютеций (Lu); инертные газы: гелий (Не), неон (Ne)жаргон (Аг), криптон (Кг), ксенон (Хе) и радон (Rrt) и радиоактивные элементы (к которым относился и радон): радий (Ra)y полоний (Ро), актиний (Ас) и протактиний (Ра). Количество химических элементов в периодической системе Менделеева увеличилось с 63 в 1869 г. до 87 в 1917. За всю историю периодической системы элементов было несколько сот вариантов ее графического изображения.

Известны ее изображения в виде различных геометрических фигур: пространственных, плоскостных, аналитических фигур-спиралей. Наибольшее распространение получили три формы: короткая, предложенная Менделеевым и получившая всеобщее признание, длинная и лестничная. Длинную также разрабатывал Менделеев, а в усовершенствованном виде она была предложена в 1905 г. А. Вернером. Лестничная форма разрабатывалась английским ученым Т. Бейли (1882), датским ученым Ю. Томсоном (1895), а позднее была усовершенствована Н. Бором (1921).

Развитие общей и неорганической химии. Для рассматриваемого периода характерно еще более тесное, чем прежде, сближение химии с физикой и приближение химии к уровню строго математической науки. К началу 70-х гг. в физике было завершено создание термодинамики, электродинамики, развиты исследования в области спектроскопии. Успехи в развитии химии и физики расширили область собственно физико-химических исследований и завершили процесс становления физической химии как самостоятельной науки. Главную роль в этом сыграли Н. Н. Бекетов (1827-1911) и немецкий ученый В. Ф. Освальд (1853-1932)

Бекетов впервые сформулировал и обосновал положение, что физическая химия - это самостоятельная наука, основная задача которой..состоит в изучении связи химических и физических свойств веществ, химических и физических явлений и процессов. В конце XIX в. в результате работ М. Бертло (1827-1907), Ю. Томсона (1826-1909), В. Ф. Лучинина (1834-1911) и Н. Н. Бекетова была создана термохимия, изучавшая закономерности в теплотах образования и теплотах сгорания веществ в зависимости от их химического строения. Благодаря исследованиям Дж. Гиббса (1839-1903), Я. Г ВантГоффа (1852-1911), В. Г Нернста (1864-1941) и других ученых со второй половины XIX в. начинает развиваться химическая термодинамика, изучавшая энергетические эффекты, сопровождающие химические процессы. В 70-х гг. Гиббс сформулировал правило фаз, по которому всякое вещество (система) имеет несколько состояний, разделенных между собой границами (фазовыми границами). Так, вода состоит из трех фаз: льда, воды и водяного пара.

В начале XX в. В. Нернст обнаружил, что по мере приближения к температуре абсолютного нуля тепловой эффект и движущая сила химических реакций все более приближаются друг к другу, а при температуре абсолютного нуля - совпадают. Благодаря тепловому закону стал возможен точный расчет химических равновесий.

В области учения о растворах французский физик Ф. М. Рауль (1830-1901) и ученик Менделеева Д. П. Коновалов (1856-1929) установили законы давления пара над растворами (1881). В 1890 г. Коновалов дал общее определение осмотического давления, которое и сейчас лежит в основе вычисления величин осмотического давления в термодинамике. Разработке осмотической теории растворов способствовали работы Вант-Гоффа, Освальда и шведского химика С. А. Аррениуса (1859-1927). В 1888 г. Освальд открыл названный затем его именем закон разбавления - частный случай общего закона действия масс, который он использовал для объяснения электролитической диссоциации. Согласно этой теории вещества, раствора, через который проводят электрический ток, в процессе электролиза распадаются на ионы, т. е. электрически заряженные частицы. Было доказано, что ион отличается от нейтральной частицы избытком или недостатком электронов. Разработкой теории электролитической диссоциации занимались в России И. А. Каблуков (1857-1942) и В. А. Кистяковский (1865-1952). В 1889 г. Каблуков обнаружил явление аномальной электропроводности в неводных растворах.

Изучение свойств кристаллов наряду с другими физико-химическими исследованиями способствовало возникновению стереохимии. Исследованиями общих закономерностей, управляющих химическими процессами, заинтересовалась возникшая в конце XIX в. крупная химическая индустрия. От изучения скорости и направления химических реакций, влияния на эту скорость среды и других факторов зависела производительность химической промышленности. Всеми этими проблемами стала заниматься новая наука - химическая кинетика. Начало систематическому изучению химических реакций было положено Н. А. Меншуткиным (1842-1907) в 1877 г. В теории гальванических элементов были даны представления об электронных потенциалах (В. Нернст), Вант-Гофф окончательно сформулировал и детально разработал основные принципы формальной кинетики, Аррениус ввел представление об энергии активации.

В 90-х гг. русский ученый А. Н. Бах (1857-1946) создал теорию медленного окисления. В 1905 г. Н. А. Шилов (1872-1930) подробно изучил механизм сопряженных реакций, особое внимание придавая промежуточным продуктам в кинетике сопряженных реакций окисления.

Д. П. Коновалов положил начало исследованиям по физикохимической теории катализа. В 1885 г. он впервые ввел понятие активной поверхности, сыгравшее важную роль в развитии теории катализа. Теорией катализа занимался в 1886 г. Менделеев.

За рубежом С. Оствальд в 1888 г. независимо от Д. П. Коновалова вывел формулу скорости автокаталитических реакций.

В начале XX в. исследованием хода каталитических реакций занялся в России В. Н. Ипатьев (1867-1952). Он исследовал каталитическое действие оксидов металлов при высоких давлениях и температурах и в 1911 г. обнаружил, что при использовании смеси катализаторов их действие усиливается.

В 1878 г. в США Дж. У. Гиббс установил основные законы поверхностных явлений и адсорбции (поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела - адсорбента).

Русскими учеными Н. Д. Зелинским, Н. А. Шиловым, А. В. Раковским (1879-1941) и другими был изучен ряд важных процессов адсорбции на углях и других адсорбентах. В 1903 г. физиолог и биохимик растений М. С. Цвет (1872-1919) открыл способ хроматографического адсорбционного анализа, получившего в дальнейшем широкое практическое применение для различения веществ, близких по свойствам.

В 1879 г. норвежские ученые К- М. Гульдберг (1836-1902) и П. Вааге (1833-1900) открыли закон действия масс, представив его в математической форме, и развили теорию скоростей химических реакций. Химическое равновесие рассматривалось ими не как статический, а как динамический процесс. В 1884 г. француз А. Л. Ле Шательё (1850-1936) сформулировал общий закон смещения химического равновесия в зависимости от внешних факторов (принцип Ле Шателье). В 1884 г. Вант-Гофф, опираясь на выведенное Гульдбергом и Вааге кинетическое выражение закона действия масс, обосновал важнейшие положения теории химической кинетики.

В конце XIX- начале XX в. в России Н. С. Курнаков (18601941) для исследования различных металлических, солевых и органических веществ разработал основы физико-химического анализа.

В 1903 г. он сконструировал прибор для определения термических превращений в металлах, а в 1906 г. ввел измерение электропроводности как метод изучения изменения свойств материалов в зависимости от их состава. Методы физико-химического анализа, разработанные Курнаковым, позволяли проводить исследования материалов без их разрушения, что было совершенно недоступно для применявшихся тогда приемов химических исследований.

С помощью своих методов в 1917 г. Курнаков обнаружил залежи калийных солей в районе Соликамска, что сыграло заметную роль в промышленном освоении богатейших калийных месторождений.

Органическая химия. Вследствие быстро возраставшего количества новых данных, интенсивного накопления фактического материала все более настоятельной становилась необходимость создания единой теории строения органических соединений.

В 1861 г. А. М. Бутлеров (1828-1886) первым четко сформулировал определение понятия химического строения как способа связи атомов в молекуле. Он считал, что химический характер веществ зависит от природы и количества его элементарных составных частей и химического строения соединений. Им была создана теория строения органических соединений.

По сравнению с идеями, выдвигавшимися ранее (теория типов Ш. Жерара, структурная теория А. Кёкуле), эта теория в большей степени способствовала систематизации органических соединений. С ее помощью стало возможным объяснение изомерии и предсказание неизвестных соединений. Структурные формулы наглядно отражали связи между формулой и свойствами вещества. К середине 60-х гг. теория химического строения была подтверждена экспериментально.

Дальнейшее развитие теории Бутлерова связано с именем В. В. Марковникова (1837-1904). В 1869 г. он установил порядок присоединения различных веществ к ненасыщенным углеводородам. Это способствовало более глубокому пониманию строения молекул органических соединений и природы их способности к реакциям. Немаловажное значение для разработки теории органической химии имело возникновение стереохимии. Еще в 1874 г. Вант-Гофф и француз А.-Ж. Ле Бель (1847-1930) независимо друг от друга выдвинули теорию о различном пространственном распределении атомов в молекулах кристаллов одинакового химического состава в тех случаях, когда эти кристаллы обладают различными оптическими свойствами. Таким образом, было расширено представление об изомерии и установлено несколько ее видов.

Наряду с изображением химических связей в виде двухмерных «структурных формул» (как это делалось прежде) появились формулы стереохимические, принимавшие во внимание расположение атомов в трех измерениях. Дальнейшие исследования в области стереохимии продолжил немецкий химик А. Байер (1835-1917). В 1885 г. он на основе своих работ с бензолом предложил «теорию напряжения». В 1888 г. В. Майер назвал строение молекул с учетом их геометрического расположения «стереохимическим строением» и дал тем самым название новой области химии.

В 1890 г. А. Ганч и швейцарец А. Вернер (1866-1919) распространили стереохимические представления на азот. В том же году К. А. Бишоф (1855-1908) выдвинул гипотезу об отсутствии свободного вращения вокруг простой углеродной связи вследствие влияния заместителей, которая затем была развита в современном учении о поворотной изомерии. В 1895 г. П. Вальден открыл оптический круговой процесс («вальденовское обращение») и установил, что на величину оптического вращения влияет химическое строение радикалов, связанных с асимметрическим атомом углерода. Дальнейшее развитие стереохимии стало возможным благодаря открытию электрона и созданию теории строения атомного ядра.

Успехи теории химического строения органических соединений, появление стереохимии, развитие теории валентности стали предпосылками создания химии комплексных соединений. В 1891 1893 гг. А. Вернер выдвинул координационную теорию. В России этой теории придерживался Л. А. Чугаев (1873-1922) - основатель отечественной школы химии комплексных соединений. В 1905 г. он открыл реактив для определения никеля, а в 1915 г. синтезировал предсказанное Вернером аммиачное соединение платины. Исследования Чугаева помогли решить многие задачи разделения и получения платиновых металлов в чистом виде, имевших практическое значение для развития платиновой промышленности.

Успехи химии обеспечили в конце XIX- начале XX в. разработку различных методов органического синтеза. В 1874 г. немец Ф. Тиман (1848-1899) синтезировал ванилин. В 1877 г. француз Ш. Фридёль (1832-1899) и американец Дж. М. Крафте (1839-1917) предложили способ получения ароматических соединений. В Германии К. Фальберг и А. Рёмсен в 1879 г. синтезировали сахарин, который в 500 раз был слаще сахара. Для производства сахарина в Магдебурге был построен завод «Фальберг, Лист и К0». В 1883 г. А. Байер сумел синтезировать индиго. Синтез антипирина - жаропонижающего средства - осуществил Л. Кнорр, получивший также синтетическим путем аспирин, антифебрин, сульфонал и трионал.

В 1884 г. Э. Г Фишер (1852-1919) синтезировал фруктовый и виноградный сахар. Продолжая свою работу, он получил важные сведения о моносахаридах и строении сахаров. Исследования мочевой кислоты позволили ученому установить, что в ее основе лежит аурин - широко распространенное азотосодержащее основание, входящее во многие соединения (кофеин, теобромин, гуанин, адеин, ксантин и др.). Эти исследования подвели Фишера к изучению белка в конце XIX в. В 1897 г. поляки М. В. Ненцкий (1847-1901) и Л. Мархлевский установили химическое родство двух природных пигментов - гемоглобина и хлорофилла, а С. Костанецкий выяснил химическую природу желтых красящих веществ, распространенных в растениях.

В 1887 г. ученик Бутлерова И. Л. Кондаков синтезировал изопрен. Ему удалось установить способность всех диенов с сопряженной системой связей к полимеризации с образованием каучуков. В 1910 г. О. Г Филиппов крекингом паров этилового эфира над металлическим алюминием получил бутадиен. В 1913 г. И. И. Остромысленский (1880-1939) предложил несколько способов синтеза бутадиена. Однако фундаментальные исследования в области химии диеновых углеводородов принадлежат С. В. Лебедеву, который в

1902 г. вскрыл основные закономерности явлений полимеризации органических молекул.

Особенно плодотворным оказался метод французского ученого В. Гриньяра (1871 -1935). Пользуясь им, можно было синтезировать большое число разнообразных органических веществ. За свои разработки Гриньяр в 1912 г. был удостоен Нобелевской премии. В период с 1870 по 1917 г. началось исследование многих сложнейших природных веществ. Одним из таких природных продуктов, содержащих большое число разнообразных углеводородов и других органических соединений - ценнейших материалов для синтеза, стала нефть.

Начал глубокое исследование нефти В. В. Марковников. В 1881 1904 гг. он развернул широкие работы по химии и технологии нефти. Изучая кавказскую нефть, Марковников установил в составе фракций нефти присутствие нового класса углеводородов - нафтёнов.

В те же годы немец О. Валлах (1847-1931) и русский ученый Е. Е. Вагнер (1849-1903) исследовали терпены и сделали вывод, что это особый класс органических соединений, входящих в состав эфирных масел, и ими обусловлен смолистый запах хвойных деревьев. Валлах указал на генетическую связь терпенов с изопреном. За это открытие в 1910 г. он был удостоен Нобелевской премии.

Глава 17. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Развитие эволюционных идей в биологии. Огромный резонанс вызвали в мире труды Ч. Дарвина, особенно вышедшая в 1871 г. книга «Происхождение человека». В России передовая общественность решительно поддержала идеи дарвинизма, тогда как реакционеры и церковные, и светские - ополчились на новое учение. Прославился своими гонениями на прогрессивные научные произведения начальник Главного управления по делам печати М. Н. Лонгинов. В 1872 г. пронесся слух, что он собирается запретить издание перевода книги Дарвина. Писатель А. К. Толстой в связи с этим направил стихотворное «Послание М. Н. Лонгинову о дарвинизме». Оно начиналось ироническим вопросом:

Правда ль это, что я слышу?

Молвят овамо и семо:

Огорчает очень Мишу

Будто Дарвина система?

«Он отрекается от преследования Дарвина,- писал по этому поводу А. К. Толстой. - Тем лучше, но и прочего довольно».

Между тем гипотеза Дарвина о происхождении человека от обезьяноподобных предков получала все новые подтверждения в последующих исследованиях по сравнительной анатомии, физиологии, эмбриологии, палеонтологии и в многочисленных находках останков ископаемого человека. В 1891 -1893 гг. голландец Э. Дюбуа (1858-1940) обнаружил на острове Ява в Индонезии части скелета существа, названного питекантропом 2, которое после долгих дискуссий было признано переходной формой от обезьяны к человеку.

К 1907 г. относится находка челюсти так называемого гейдельбергского человека, жившего в более, позднюю эпоху. В Египте в 1911 г. была обнаружена нижняя челюсть небольшой обезьяны проплиопитека - общей предковой формы человекообразных обезьян и человека. Заслуга развития эволюционных идей в па ле онт ологии принадлежит В. О. Ковалевскому (1842-1883). В своих трудах 1869-1874 гг. он объяснил процессы эволюции млекопитающих в связи с условиями изменяющейся среды. Выявленные им закономерности исторического развития животных получили название «закона Ковалевского». Дарвин высоко оценил труды Ковалевского. Большое значение для обоснования эволюционного учения имели работы второго из братьев - А. О. Ковалевского (1840-1901), основателя сравнительной э мбриологии и физиологии беспозвоночных и одного из основоположников экспериментальной и эволюционной гистологии (науки о тканях). Он установил, что в процессе эмбрионального развития всех многоклеточных животных наблюдаются общие черты, которые свидетельствуют о единстве их происхождения. А. О. Ковалевскому принадлежат многие фундаментальные открытия в области эмбриологии.

Соратником ученого в этих исследованиях, проводившихся с середины 60-х гг., был естествоиспытатель И. И. Мечников (1845-1916). Он выявил закономерности эволюционной эмбриологии беспозвоночных. Работы в области экспериментальной морфологии сыграли важную роль в установлении эволюционного учения и подготовили Мечникова к его последующим работам в области сравнительной патологии, микробиологии и иммунобиологии.

Убежденным защитником и популяризатором дарвинизма, в частности учения о происхождении человека от обезьяноподобных предков, был Т. Г Гекели (Хаксли) (1825-1895). Являясь стихийным материалистом, Гекели боялся, однако, открыто признаться в этом, дорожа своей «респектабельной» репутацией в ханжеском английском «высшем обществе». В свете современных биологических представлений некоторые положения, выдвинутые Геккелем, устарели. Однако заслугой его является формулировка и обоснование (наряду с Ф. Мюллером, работавшим в Бразилии) так называемого биогенетического закона. Согласно этому закону индивидуальное развитие зародыша (онтогенез) данной особи является сокращенным повторением развития всего вида, к которому принадлежит особь, т. е. филогенеза. Дальнейшие исследования русского ученого Н. А. Северцева (18271885) показали, что связь между онтогенезом и филогенезом более сложна, чем полагали Геккель и Мюллер (1912). Но на этом этапе развития науки применение биогенетического закона помогло раскрытию родства между биологическими видами. В эмбриологии (начиная с 80-х гг.) француз Л. Шабри, немецкие исследователи О. Гёртвит (1849-1922), В. Ру (1850-1924) и др. уже стали применять активное вмешательство в процессы развития зародыша. Основываясь на изучении индивидуального развития многих животных, ученые показали, что все изменения, происходящие в эмбриональном развитии,- это результат реакции на внешние и внутренние воздействия.

Важнейшее достижение предшествующего периода - открытие клеточного строения организмов - породило специальную науку о строении, развитии и функции клеток - цитологию. Исследования цитологов и гистологов привели к новым открытиям в области процессов клеточного деления и явлений оплодотворения у животных и растений, содействовали выяснению строения и жизнедеятельности клеточного ядра и его элементов. Существенный вклад в цитологию внес немецкий ученый Р. Вирхов (1821 -1902), утверждавший, что клетки возникают только путем деления. Именно Вирховым в 1859 г. был сформулирован важнейший принцип: «Каждая клетка от клетки». Зоолог Ф. А. Шнейдер (1831 -1890) впервые описал в 1873 г. непрямое деление животных клеток- митоз. В 1882 г. В. Флеминг (1843-1905) детально исследовал процесс деления клеток и расположил его фазы в определенном порядке.

Дарвиновское эволюционное учение, творчески дополненное и уточненное трудами выдающихся ученых разных стран, разрушало старые идеалистические (виталистические) и вульгарно-механистические воззрения на живую природу.

Против дарвиновского учения то открыто, то скрытно выступали, с одной стороны, виталисты и неовиталйсты (Г Дриш и др.), утверждавшие, будто в живых организмах имеется особая «жизненная сила» или «целедействующий фактор», а с другой - психоламаркисты (Р. Франсе, А. Вагнер и др.) и механоламаркисты. Психоламаркисты доказывали, что живая природа наделена сознанием, что организм, части тела и отдельные клетки осознают, как следует реагировать соответственно изменившимся условиям на внешнюю среду, и в результате целесообразно изменяются, передавая вновь приобретенные свойства по наследству. Механоламаркисты не наделяли организмы и их части сознанием, но уверяли, что наследственность обусловлена внешними воздействиями на данный организм, а упражнение или неупражнение органов имеет наследственный эффект. Однако все попытки опровергнуть или извратить теорию Дарвина не увенчались успехом. Изучение вопросов наследственности. У истоков науки, которая сейчас носит название генетики, т. е. учения о наследственности и изменчивости организмов, стоял чешский натуралист Г. И. Мендель (1822-1884). Родители его были крестьянами. Мендель сначала учился в университете в Оломоуце, однако из-за недостатка средств его не закончил. Он стал послушником августинского монастыря в г. Брно, занялся богословием и вскоре сделался помощником преподавателя гимназии, но отсутствие диплома мешало его продвижению по службе. Большую часть жизни Мендель провел в г. Брно, где в 1868 г. он стал настоятелем монастыря. Именно там, во дворе монастыря, в маленьком саду, будучи искусным садоводом, он проводил свои опыты, приведшие к открытию законов наследственности. Опыты по искусственной гибридизации (скрещиванию) разных декоративных сортов гороха привели Менделя к выводу, что существуют некие материальные частицы «наследственного вещества», которые передают потомкам определенные признаки родителей. Результаты своих опытов Мендель опубликовал в 1866 г. Его наблюдения не привлекли тогда внимания.

Между тем в области цитологии произошли важные события. И. Д. Чистяков (1843-1877) в 1874 г., а затем и ряд других исследователей обнаружили структурные элементы клеточного ядра, названные в 1888 г. В. Вальдерейером (Германия) хромосомами К концу 80-х гг. установлено, что клетки каждого вида животных или растений характеризуются определенным числом хромосом. Бельгийский цитолог Э. ван Бенедён (1846-1910) показал, что число хромосом в различных клетках организма постоянно (имеется определенный набор; так, у человека - 46 хромосом), и при образовании половых клеток - яйцеклетки и сперматозоида - в одном из делений не происходит удвоения хромосом. Каждое яйцо и сперматозоид получают только половину типичного для вида количества хромосом.

В 1902 г. американский ученый У Саттон (1876-1916) обратил внимание, что каждая клетка имеет постоянное число пар хромосом, и предположил, что они несут в себе способность передавать физические признаки от клетки к клетке, а каждая хромосома создает копию самой себя для использования в новой клетке. В оплодотворенной яйцеклетке восстанавливается прежнее число хромосом. При делении в оплодотворенной яйцеклетке число хромосом строго сохраняется до образования самостоятельно живущего организма.

Дальнейшее изучение хромосом позволило сделать вывод, что одна хромосома состоит из многих, возможно тысяч, частиц, каждая из которых управляет отдельным признаком. В 1909 г. датский ботаник В. J1. Иогансен (1857-1927) назвал эти частицы гёнам и (от греческого слова «гёнос» - род). В том же году он предложил термины «генотип» - наследственная основа организма, совокупность всех генов, локализованных в его хромосомах, и «фенотип» (от греческого «файно» - являю) - совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития.

Но еще до этого в начале XX в. вспомнили о трудах Менделя. На новой, более широкой экспериментальной базе были повторены его опыты, а предсказанные Менделем частицы «наследственного вещества» были отождествлены с генами.

В 1909 г. для выяснения законов наследственности американец Т. X. Морган (1866-1945) начал систематические эксперименты с плодовой мухой (дрозофилой). Совместно со своими учениками Стертевэнтом, Бриджесом и Меллером Морган изучил основные менделевские законы наследственности. Интересно, что Морган не пользовался термином «ген», хотя Иогансен долгие годы работал вместе с ним, как не пользовался этим термином и первооткрыватель генетических законов Г. Мендель. В 1911 г. они составили первую карту расположения генов в хромосомах (для дрозофилы) . Благодаря открытию сцепления признаков, им удалось построить линейную картину распределения генов в хромосоме и сформулировать основные представления хромосомной теории наследственности. Взгляды Моргана были созвучны воззрениям немецкого биолога А. Вейсмана (1834-1914), выступившего в 1892 г. с теорией «наследственной плазмы», посредством которой передаются потомству наследуемые свойства. Наблюдения за развитием простейших организмов (дафнии и гидры) привели А. Вейсмана к гипотезе о непрерывности зародышевой плазмы. В этой гипотезе он увидел доводы о невозможности наследования приобретенных признаков - вывод, имевший важное значение для развития теории эволюции и дарвинизма. Вейсман провел резкую грань между наследуемыми признаками и признаками благоприобретенными, которые не передаются по наследству. Это имело важное значение для развития теории эволюции и дарвинизма.

В 1886 г. голландский ботаник Г де Фриз (1848-1935) обратил внимание на группу растений, которые своим внешним видом резко отличались от остальных, хотя в общих чертах были сходны с ними. Дальнейшие исследования ученого позволили ему разработать к 1900-1901 годам теорию мутаций, т. е. внезапных изменений признаков и свойств у вновь возникающих видов животных и растений с последующей передачей этих изменений по наследству. Независимо от Фриза еще два ботаника - немец К. Э. Корренс (1864-1933) и австриец Э. Черман - в 1901 г. пришли к сходным выводам. Собрав обширный фактический материал, объективно подтверждающий материалистические воззрения на природу наследственности, перечисленные выше ученые в философском плане зачастую придерживались идеалистических воззрений. Некоторые пытались противопоставить дарвинизму генетику, теорию мутаций или доказывали необходимость «неодарвинизма». Например, Фриз не смог согласовать открытые генетикой факты с эволюционной теорией и выступил против учения Дарвина. Механизм мутаций был раскрыт позднее.

Развитие биохимии. Внедрение химии в биологию привело в конце XIX в. к обособлению биохимии как самостоятельной научной дисциплины. Она получила быстрое развитие в XX в. на основе успехов органической химии. Биохимия растений и биохимия животных сделались важнейшими разделами биологии. Важная роль ферментов (веществ белковой природы, являющихся катализаторами почти всех химических процессов, происходящих в организме) вызвала появление специального раздела биохимии ферментологии. Одним из основоположников этой науки стал А. Я. Данилевский (1838-1923). Проделав множество опытов, русский ученый заметил, что ферменты желудочно-кишечного тракта не только расщепляют белки, но и превращают продукты расщепления обратно в вещество, подобное белку. В 1871 г. Н. Н. Любавин (1845-1918) открыл явление распада белка (казеина) на аминокислоты под воздействием желудочного сока.

В 1903 г. англичанин Ф. Г Гопкинс (1861 -1947) открыл новую аминокислоту - триктофан. Опыты Гопкинса с неполноценным белком (зейном) показали, что небольшая добавка триктофана позволила продлить жизнь подопытных животных.

В 1880 г. Н. И. Лунин (1854-1937), разрабатывая проблемы физиологии и биохимии питания, пришел к выводу, что в полноценную пищу, кроме белка, жиров и углеводов, должны входить и другие вещества, позднее названные витамйнами. Лунин обосновал современное учение о витаминах.

В. В. Пашутин (1845-1901), базируясь на выводах Лунина, пришел к заключению, что цинга- это авитаминоз, а не инфекционное заболевание, как считалось ранее.

В 1896 г. голландский врач X. Эйкман (1858-1930), исследуя болезнь бёри-бёри, установил, что ее излечение возможно простым изменением рациона питания. Однако ученый полагал, что в оболочке зерна риса находится вещество, нейтрализующее токсины, находящиеся в самом зерне. Американский биохимик К. Функ (1884-1967) отнес его к классу аминов и предложил в 1912 г. называть их витаминами (амины жизни): по-латыни vita (вита) жизнь.

В 1913 г. американский биохимик Э. В. Макколлум предложил называть витамины буквами латинского алфавита (Л, В, С и D).

В 1900-1901 гг. появились работы швейцарского ученого М. В. Ненцкого о химической природе ферментов, белков и протоплазмы.

В 1897 г. русский ученый А. Н. Бах окончательно сформулировал теорию процессов медленного окисления на основе представления о ведущей роли активации кислорода. Особые органические вещества - оксигёназы, находящиеся в клетках растений, легко присоединяют молекулярный кислород воздуха, в результате образуется вещество, ускоряющее окисление белков, сахаров и т. д.

В 1868 г. швейцарский биохимик Ф. Мишёр (1844-1895) впервые открыл нуклеиновые кислоты. В 1880 г. биохимику А. Косселю (1853-1927) удалось расщепить их на более мелкие составные части, включавшие фосфорную кислоту и сахар, однако точного состава кислот он определить не смог. Значение этих исследований стало понятно гораздо позже.

В 1897 г. немецкий ученый Э. Бухнер (1860-1917) неожиданно обнаружил, что дрожжевой сок, свободный от живых клеток, обладает хорошей ферментативной способностью. Дальнейшие опыты привели ученого к выводу, что мертвые клетки сбраживают сахар так же хорошо, как и живые, а в клетках нет особых химических веществ, которые могут проявлять свою активность только в присутствии какой-то «жизненной силы». Труды Бухнера способствовали ниспровержению виталистических концепций.

Исключительно важным направлением изучения биохимических процессов была разработка проблемы ф о т о с й н т е з а, т. е. питания зеленых растений при поглощении ими солнечной энергии. Начало этим исследованиям положил К. А. Тимирязев (1843-1920).

В 1871 г. в диссертации, посвященной спектральному анализу хлорофилла, Тимирязев показал применимость к фотосинтезу закона сохранения энергии. В 1903 г. он высказал мысль об участии растений в космическом круговороте энергии и материи. Тимирязев углубил учение о творческой роли естественного отбора, о природе наследственности и законах ее изменчивости. Деятельность Тимирязева сыграла видную роль в борьбе за утверждение и творческое обогащение дарвинизма.

Изучением химической природы хлорофилла занимался М. С. Цвет, разработавший хроматографический метод разделения растительных пигментов. С помощью этого метода ему удалось установить наличие в зеленых растениях двух хлорофиллов и нескольких разновидностей каротиноидов.

В 1901 г. американец Й. Такамйне (1854-1922) выделил в кристаллическом виде активное вещество - адреналин. В 1915 г. его коллега Э. К. Кендалл (1886-1972) сумел выделить из щитовидной железы вещество, названное тироксином.

Физиология и психология. Ведущую роль в развитии физиологии продолжало играть учение И. М. Сеченова (1829-1905) 1 Он развил материалистическую трактовку явлений природы, сформулировал положение о зависимости всех функций организма от окружающей среды и распространил дет ерминиз м (учение о зависимости каждого явления от материальных причин) на понимание высших функций нервной системы. Сеченов создал научную основу психологии и изучения функций нервной системы в духе эволюционной теории Дарвина.

В 1878 г. была опубликована работа Сеченова «Элементы мысли». В ней ученый впервые исследовал роль движений и двигательных ощущений в процессах восприятия и мышления, выдвинул и доказал положение, что произвольные движения, так же как и непроизвольные, являются рефлекторными, но только более сложными по своему механизму. В официальных кругах к Сеченову относились с подозрениями в приверженности к нигилизму. Он сделался излюбленным объектом со стороны реакционеров.

Отповедь одному из бездарных писак этого лагеря Ф. В. Ливанову дал в очерке «Карикатурный идеал» в 1877 г. писатель Н. С. Лесков. В свою книгу «Жизнь сельского священника» Ливанов включил пасквиль на прогрессивную деятельницу 70-80-х гг. доктора медицины В. А. Кашеварову-Рудневу. По описанию Ливанова у нее в комнате было «два человеческих скелета, карты с изображениями типов обезьян, анатомические рисунки и портреты Дарвина и Сеченова». Отметив все неприличие грязных россказней о «сумасбродной женщине-нигилистке Кашеваровой», Лесков добавляет: «И, наконец, о выходке по поводу портрета Сеченова, весьма обстоятельного ученого, известного даже за пределами России, есть вывеска как-то непорядочности?.. Позволительно ли такое обращение с именем ученого человека, делающего не бесчестье, а скорее честь своей родине! И за что же это, не за те ли «рефлексы», где после интересных наблюдений делаются интереснейшие выводы и предположения?»

Заинтересовавшись вопросами наследственности, английский антрополог Ф. Гальтон (1822-1911), двоюродный брат Ч. Дарвина, первым отметил важность изучения однояйцевых близнецов, наследственные задатки которых он считал одинаковыми, а различия приобретенными под влиянием внешней среды. Исследуя частоту проявления высоких умственных способностей в отдельных семьях, Гальтон пришел к выводу об их наследуемости. Ученый предположил, что путем селекции можно развить желаемые качества человека, а нежелательные - устранить. Свои идеи Гальтон сформулировал в книге «Наследственность таланта, его законы и последствия» (1869). Науку о методах активного влияния на эволюцию человечества в целях дальнейшего совершенствования ее природы, об условиях и законах исследования одаренности и таланта, о возможном ограничении передачи наследственных болезней будущим поколениям ученый назвал евгеникой (от греческого слова «эугёнос» - хорошего рода).

Гальтон ставил перед евгеникой гуманные цели, однако ее стали использовать расисты. Основываясь на лженаучных представлениях о неполноценности отдельных рас и народов, они оправдывали расовую и национальную дискриминацию.

Наибольшие достижения были сделаны в изучении функций отдельных органов и физиологических систем организма, а также регуляции и координации их деятельности: выявлена тесная связь между строением органов и их функцией, определены физические и химические закономерности жизнедеятельности организмов.

В 1873 г. русский физиолог В. Я. Данилевский (1852-1939) на основании сведений о теплопроводной способности различных органических веществ оценил количественно энергию, приносимую с пищей. Общее количество тепла, образуемое в организме человека, было измерено в специальном калориметре А. А. Лихачевым в 1893 г.

Успешно шли исследования деятельности мышечной и нервной системы. В 1872 г. Э. Ж. Марей (1830-1904) разработал методы биомеханического анализа движений человека. Принципиально новый подход в понимании природы свойств нервных процессов разработал в 1886 г. Н. Е. Введенский (1852-1922). В 1885 г.

Н. А. Миславский (1854-1928) дал определение функций дыхательного центра и установил влияние на него коры головного мозга.

Усилиями немецких ученых Г Фритча, Е. Гитцига (1870) и Г Мунка (1890), итальянца Л. Лючиано (1893) и русского невропатолога В. М. Бехтерева (1857-1927) были получены сведения о значении различных отделов центральной нервной системы и локализации функций головного мозга. Широко развертывались исследования английского физиолога К. С. Шеррингтона (1857-1952), который в 1892-1900 гг. открыл основные свойства нервных процессов рефлекторной деятельности.

С 1861 г. в России А. А. Шмидт (1831 -1894) разрабатывал теорию свертывания крови. Изучение крови привело в 1902 г. английских физиологов Э. Г Старлинга (1866-1927) и У. М. Бейлисса (1860-1924) к созданию гормональной теории, согласно которой вещества (они их назвали гормонами - от греческого слова «ормао» - приводить в движение, возбуждать), циркулирующие с кровью, поддерживают и регулируют физиологические процессы в организме.

На протяжении всей истории человечества врачи пытались возместить потерю крови путем ее переливания. Однако чаще всего такие опыты заканчивались трагически. К концу XIX в. переливание крови в Европе было запрещено.

Решить проблему переливания крови удалось австрийскому врачу К. Ландштёйнеру (1868-1943). В 1900 г. он обнаружил, что кровь человека различается по способности к склеиванию в комочки и выпадению в осадок (агглютинация) красных кровяных телец (эритроцйтов). По этому признаку он в 1902 г. разделил человеческую кровь на четыре группы (Л, В, АВ и О).

В 1879 г. немецкий физиолог В. М. Вундт (1832-1920) создал первую лабораторию экспериментальной психологии, где изучалась психическая деятельность крыс и обезьян. Позднее ученый перешел к экспериментам с людьми, которые отвечали на специальные вопросы и решали задачи (тесты). На основе полученных ответов давалась оценка умственных способностей человека.

В 1905 г. французский психолог А. Бинё (1857-1912) предложил свой метод, основанный на определении коэффициента умственных способностей, или коэффициента интеллектуальности (КИ).

В 70-х гг. XIX в. начинается деятельность И. П. Павлова (1849-1936). В 1874-1888 гг. Павлов преимущественно занимался физиологией сердечно-сосудистой системы. Его исследования по физиологии пищеварения начались в 1879 г. и получили блестящее развитие в 90-е гг. В 1904 г. за работы в области физиологии пищеварения Павлов был удостоен Нобелевской премии.

С самого начала уделяя особое внимание изучению влияния нервной системы на ход физиологических процессов, Павлов затем перешел к систематическому экспериментальному изучению высшей нервной деятельности и созданию теории условных рефлексов. Первое сообщение об условных рефлексах Павлов сделал в Мадриде на

Международном конгрессе медиков в 1903 г. в докладе «Экспериментальная психология и психопатология на животных». Теория условных рефлексов вскрыла роль нервной системы живых организмов в процессах эволюции и утверждала представления о целостности животного организма.

Были достигнуты большие успехи в решении многих общих и частных вопросов физиологии нервной системы. В 1901-1914 гг. Н. Е. Введенский разработал концепцию парабиоза как общую теорию возбудительного и тормозного реагирования нервной ткани. В 1903-1906 гг. В. Ю. Чаговец первым применил теорию электрической диссоциации для объяснения природы биологического электрогенеза.

Немецкий физиолог Ю. Бернштейн в 1912 г. развил мембранную теорию генерации электрических потенциалов живыми клетками. В 1910 г. Дж. Леб обнаружил влияние ионов на функциональное состояние тканей. В 1913 г. русский физиолог В. В. Правдич-Наминский предложил первую классификацию потенциалов электрической активности при регистрации электрических проявлений головного мозга.

Развитию экспериментального направления в биологии в это время содействовало создание большого количества новых приборов. Много в этой области было сделано французским исследователем Э. Ж. Мареем - изобретателем кардиографа и других графических регистрирующих приборов. Марей применил фотографию для изучения полета насекомых - метод, который нашел дальнейшее развитие в изучении движений животных и человека после изобретения кино. В 1903 г. голландец В. Эйнтховен (1860-1927) сконструировал чувствительный струнный гальванометр, способный обнаруживать чрезвычайно слабые токи, и использовал его для регистрации ритмически изменяющихся электрических потенциалов сердца, помещая на коже специальные электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ), которые он получал, можно выявить различные виды нарушений работы сердца. В 1909 г. А. Ф. Самойлов в России проследил по электрокардиограмме за ходом возбуждения в сердце.

Микробиология и медицина. Областью биологии, смежной с медициной, стала микробиология, сформировавшаяся во второй половине XIX в. в самостоятельную научную дисциплину. Основоположником ее был французский ученый J1. Пастер (1822-1895)

Изыскания Пастера (начатые в конце 50-х гг.) были обычно связаны с запросами практики. Так, его исследования процессов брожения сделались научной основой для использования полезных микроорганизмов в пищевой промышленности. В 1865 г. он предложил метод предохранения вина от порчи. Этот метод, получивший название «пастеризации», и сейчас широко применяется для консервации многих пищевых продуктов. В конце 70-х и 80-х гг. Пастер перешел к изучению микроорганизмов - возбудителей заразных болезней человека и животных и разработке методов эффективной борьбы с ними посредством предохранительных прививок (в 1879 г. он создал рецепт прививки против куриной холеры, в 1881 г.- против сибирской язвы, в 1885 г.- против бешенства). Исследования Пастером патогенных микробов легли в основу учения об иммунитете и развития медицинской микробиологии.

В 1888 г. на средства, собранные по международной подписке, в Париже был основан Пастеровский институт. В работе этого института участвовали ученые разных стран: много лет в нем работал И. И. Мечников. По типу Пастеровского института стали создаваться подобные научные учреждения и в других странах.

В 1876 г. в России О. О. Мотучковским был обнаружен возбудитель сыпного тифа в крови больного. Для этого Мотучковский сам себя заразил кровью больного тифом. В 1878 г. Г Н. Минх (18361896) впервые высказал предположение о переносе возвратного сыпного тифа с человека на человека кровососущими насекомыми.

Французские исследователи Неттёр и Туано, анализируя вспышку сыпного тифа 1892-1893 гг. во Франции, высказали предположение о его распространении вшами. В 1908 г. русский ученый Н. Ф. Гамалёя (1859-1949) на основании эпидемиологических данных утверждал, что сыпной тиф заразен только при наличии вшей. Наконец, в 1909 г. французский врач Ш. Ж. Николь (1866-1936) в опытах на обезьянах доказал, что платяная вошь - переносчик сыпного тифа.

В 1906 г. американский патолог X. Т. Риккетс (1871 -1910) установил, что пятнистая лихорадка Скалистых гор передается через укус клещей, живущих на коже у крупного рогатого скота.

В 1880 г. французский врач Ш. Л. Лаверан (1845-1922) в Алжире при исследовании крови больного солдата открыл возбудителя малярии - простейшего паразита - малярийный плазмодий. Но Лаверану остался неизвестным полный цикл развития этого паразита.

Спустя почти 20 лет английский военный врач Р. Росс (18571932) в Индии нашел в крови птиц кровяного паразита, аналогичного обнаруженному Лавераном, и выяснил, что он передается через укус комаров. Последнее обстоятельство навело Росса на мысль о наличии подобного цикла в случае малярии. Итальянский зоолог Б. Грасси подтвердил предположение Росса и в 1899 г. описал (совместно с А. Биньями и Г Бастианелло) весь сложный цикл развития малярийного плазмодия.

В 70-80-х гг. XIX в. кубинский врач К. X. Финлей (1833-1915) на основании экспериментальных исследований пришел к выводу о вирусной природе желтой лихорадки и о том, что переносчиком вируса является комар. Финлей предложил эффективную систему профилактических мероприятий по борьбе с этим заболеванием.

Работы Росса легли в основу исследований желтой лихорадки американским военным врачом У Ридом (1851 -1902). Сотрудники Рида дали искусать себя комарам, которые перед этим насосались крови больных лихорадкой, а врач Дж. У Лэзир (1866-1900) умер от этой болезни, пожертвовав собой ради блага людей. В 1882 г. немецким ученым Р. Кохом (1843-1910) был найден возбудитель туберкулеза, а в 1883 г., во время его путешествия в Египет и Индию,- возбудитель холеры. Сначала Кох проводил опыты на куске плоского стекла, но его ассистент Ю. Р. Петри (1852-1921) заменил стекло двумя мелкими стеклянными чашками, одна из которых служила крышкой. Чашки Петри до сих пор широко применяются в бактериологии. В лаборатории Коха Г Т. Гафке (1850-1918) открыл в 1884 г. палочки брюшного тифа, а Ф. Леффлёр (1852-1915) - бактерии дифтерита. Леффлер установил возбудителей сапа, ящура, рожи и чумы у свиней. Исследования ученого способствовали развитию учения о вирусных заболеваниях.

Ученик Коха японец Ш. Китадзато (1856-1931) в 1894 г. совместно с Аояма (одновременно с французом А. Иерсёном) нашел возбудителя чумы.

К концу прошлого столетия началось исследование т о к с й н о вядов, выделяемых микробами. В 1890 г. ученик Коха Э. Беринг (1854-1917) открыл лечебные свойства антитоксических сывороток. В 1888-1890 гг. Э. Ру вместе с А. Иерсеном (1863-1943) получил дифтерийный токсин. Это позволило в 1892 г. Берингу совместно с Китадзато изготовить противодифтерийную сыворотку, сразу же получившую применение на практике. Китадзато также впервые получил в чистом виде столбнячный токсин.

В 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864-1920) и независимо от него в 1895 г. голландец М. В. Бёйеринк (1851 1931) открыли существование вирусов. Это открытие легло в основу науки вирусологии.

В 1905 г. немецкие ученые Ф. Шаудин (1871 -1906) и Э. Гофман открыли возбудителя сифилиса - бледную спирохету. Важную роль сыграло в биологии и медицине открытие И. И. Мечниковым в 1883 г. фагоцитоза, т. е. захватывание и переваривание особыми клетками (фагоцитами) инородных тел, в том числе микробов. Если сама по себе фагоцитная теория иммунитета имела исторически ограниченное значение (сейчас процесс борьбы организма с болезнетворными микробами представляется более сложным), то деятельность Мечникова в целом сыграла выдающуюся роль в пропаганде и творческом развитии идей материализма и дарвинизма, а также в изучении опаснейших болезней - чумы, столбняка, сифилиса, бешенства - и разработке методов борьбы с ними.

В 1915 г. английский бактериолог Ф. У. Творт (1877-1950), наблюдая за поколениями бактерий, обнаружил, что некоторые из них как бы окутываются туманом и исчезают. Это дало основание полагать, что у бактерий имеются вирусные болезни, которые вызывают гибель их колоний. Канадский бактериолог Ф. д'Зрёлль (1873-1949) в 1917 г. повторил это открытие и назвал вирусы, поражающие бактерии, бактериофагами - пожирателями бактерий. Обогатилась новыми средствами диагностика. В 1896 г. французский врач, патолог и инфекционист Ф. Видаль (1862-1929) предложил метод диагностики брюшного тифа (реакция Видаля), получивший широкое применение в медицине. В 1906 г. микробиолог и иммунолог А. Вассерман (1866-1925) в Германии разработал методику диагностики сифилиса.

Успехи химической технологии оказали большое влияние на разработку и создание соединений, химически отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а иногда и более эффективным лекарственным действием. Например, о существовании кокаина было известно с 50-х гг., однако его анестезирующее действие было открыто лишь в 1879 г. (Анреп). К началу XX в. было известно свыше ста алкалоидов.

Одним из эффективных антималярийных средств являлся хинин, однако из-за дорогостоящей транспортировки из Америки и тропических стран стоимость его была высокой. В 1877 г. немецкий ученый Кениге из каменноугольной смолы выделил хинолин - хинное масло, стоившее значительно дешевле хинина и потому получившее широкое применение в медицине. Дальнейшее изучение свойств хинолина позволило создать в 1881 г.

более эффективное жаропонижающее и болеутоляющее средство кайрин. Каменноугольная смола стала основой для получения целого ряда синтетических антисептических средств: лизола, солвеола, крезола и др. Еще в 1867 г. английский хирург Дж. Листер (18271912) применил карболовую кислоту (фенол). Прекрасными бактерицидными свойствами обладала салициловая кислота, обнаруженная в коре ивы (ее латинское название - salix). Однако она стала общедоступной лишь тогда, когда Буссу в 1875-1876 гг. получил салицилат натрия - высокоэффективное жаропонижающее и противоревматическое средство. В 1899 г. Дрезер впервые получил аспирин (ацетилсалициловую кислоту). Фенацетин, феназол (антипирин), амидопирин (пирамидон) появились примерно в это же время. К числу высокоэффективных средств, полученных в этот период, относится йодоформ. Это антисептическое средство получали химическим путем из йодистого калия, ацетона, едкого натра и хлорноватистой соли. Другим путем получения йодоформа был электролиз йодистого калия со спиртом.

В 1901 г. Р. Вильштёттер синтезировал тропин, тропинон и кокаин. Камфорную кислоту в 1903 г. синтезировал Г. Кампп. Синтез никотина осуществил в 1904 г. швейцарец А. Пикте (1857-1937), а синтетический наркотик в 1911 г. получил англичанин У Г Пёркин-младший (1860-1929). В 1916 г. в Швейцарии Э. А. Гальдён (1877-1950) синтезировал из 19 аминокислот оптически активный полипептид.

В 1903 г. Э. Фишер и И. Мерлинг получили веронал, а в 1911 г. Г. Гёрлейн - люминал, применяемые как снотворные лекарства. В

1906 г. П. Эрлих синтезировал различные препараты типа этоксила и сальварсана. С их помощью появилась возможность бороться с сонной болезнью и сифилисом. В 1916 г. Р. Котэ, О. Дрёссель и

Б. Хейман получили в Германии действенное средство против сонной болезни и чумы у крупного рогатого скота.

В 1869 г. Либрих ввел в практику новое снотворное средство хлоралгидрат, а с 1894 г. стали использовать хлористый этил. В 1904 г. Эйнхорн впервые получил синтетический новокайн.

В 1900-1901 гг. Л. В. Соболев (1876-1919) сформулировал принципы получения инсулина.

К концу XIX - началу XX в. относится разработка первых антибиотиков. В 1896 г. Гозно выделил микофеноловую кислоту, подавлявшую рост бактерий сибирской язвы, в 1899 г. Эммерлйх и Лоу описали пиациаз - препарат, использовавшийся как местный антисептик.

В 1910-1913 гг. О. Бланк и У Алсберг выделили пенициллиновую кислоту, обладавшую бактерицидными свойствами.

В 1916-1917 гг. Мак-Лен и Хауэл изготовили гепарин - средство, замедляющее свертываемость крови.

Глава 18. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ. РАЗВИТИЕ НАУК О ЗЕМЛЕ

Изучение Земли. Вовлечение большей части земного шара в сферу хозяйственного освоения и военно-политического влияния великих держав стимулировало организацию новых географических экспедиций.

В рассматриваемый период в России продолжалось изучение Сибири и Дальнего Востока. В 1873-1875 гг. А. Л. Чекановский (1833-1876) исследовал огромную территорию Среднесибирского плоскогорья от Енисея до Лены и от Байкала до устья реки Оленьки. Материалы, полученные Чекановским, были впоследствии сведены в стоверстную карту, которая долгое время была единственной для Средней Сибири.

И. Д. Черский (1845-1892) и его жена М. П. Черская с 1873 по 1892 г. изучили геологию берегов Байкала и Западно-Сибирской низменности, исследовали Оймяконское плоскогорье, открыли водораздел Индигирки и Колымы. Строительство Великой Сибирской магистрали, начатое в 1893 г., сопровождалось изучением стоверстной полосы вдоль этой дороги. В 1891 -1902 гг. геолог Л. А. Ячевский исследовал Енисейский кряж. В 1895-1898 гг. В. А. Обручев (1863-1956), А. П. Герасимов (1869-1942) и А. Э. Гедройц составили карту Южного Забайкалья. Участники Восточно-Сибирской горной партии, созданной в 90-х гг. для исследования линии железной дороги, Д. В. Иванов и К. И. Богданович изучили хребет Сихотэ-Алинь, бассейн реки Зеи и Кузнецкий Алатау.

В 1896 г. К. И. Богданович (1864-1947) возглавил ОхотскоКамчатскую экспедицию, которая, помимо поисков золота, изучала побережье Охотского моря и устье Амура. По материалам экспедиции в 1901 г. была составлена карта побережья Охотского моря от устья Амура до города Охотска.

В 1905-1909 гг. для исследования бассейна Хатанги - междуречья Енисей - Анабар, была создана Хатангская экспедиция. В результате ее работы была составлена карта этого района, впервые был описан Анабарский массив как часть Среднесибирского плоскогорья.

В 1909-1913 гг. горный инженер В. А. Вознесенский, изучая угленосность Северо-Восточного Забайкалья, завершил открытие забайкальского хребта Черского. В 1912-1913 гг. В. Н. Зверев открыл долину Алдана, в настоящее время известную под названием Алданская плита.

Интенсивно продолжал изучаться Туркестан. В 1870-1871 гг. военный отряд, в составе которого были А. И. Скасси, А. П. Федченко (1844-1873), Д. К. Мышенков, изучил горные хребты Памиро-Алтая: Туркестанский, Зеравшанский, Гиссарский и Заалийский - и открыл большой ледник Щуровского. Главным итогом этой экспедиции был вывод о принадлежности гор Зеравшанского бассейна к системе Тянь-Шаня.

В 1873 г. для картографической съемки Памира из Индии через Кашмир в Кашгарию была направлена английская военно-политическая экспедиция во главе с Т. Д. Форсайтом. Она сделала маршрутную съемку южного Памира, Пянджа, Амударьи, юго-восточных Каракумов и Мургабского оазиса. Результаты деятельности экспедиции необходимы были прежде всего для обеспечения возможных боевых действий Англии против России, угрожавшей, по мнению англичан, Британской Индии.

В 1874 г. Н. А. Северцов исследовал дельту Амударьи и Аральское море. В 1878 г. в составе комплексной Фергано-Памирской экспедиции Северцов первым выделил Памир в особую горную систему, он доказал, что Памир - это гигантский горный узел, соеди^ няющий Среднюю Азию с Передней Азией, и дал научное описание Памира. Большую работу по исследованию Тянь-Шаня выполнил

И. В. Мушкетов (1850-1902). В 1874-1880 гг. он изучил большую часть Тянь-Шаня, Северный Памир, Алтайскую систему и западную часть пустыни Кызылкум. Карта Средней Азии была им значительно исправлена и дополнена. Исследования Копетдага, Тянь-Шаня и Памира вели в эти же годы И. И. Стобницкий, К. И. Богданович и Д. В. Иванов.

К началу 70-х гг. были организованы исследовательские экспедиции в Центральную Азию. Изучение этих районов связано с именем Н. М. Пржевальского (1839-1898). Первое свое путешествие в Монголию и Китай он совершил в 1870-1873 гг. Пржевальский подробно описал пустыни Гоби, Ордос и Алашань и высокогорные районы Северного Тибета. В результате второй экспедиции (18761877) был открыт и исследован бассейн озера Лобнор. В 1879 и 1883 гг. Пржевальский совершил путешествие на Тибет. Ученый обнаружил два неизвестных вида животных - лошадь, названную его именем, и медведя-пищухоеда. Экспедицией было собрано более 1500 видов растений. Особую ценность представляли географические карты этих районов.

Славную страницу в истории изучения Монголии и Китая открыли географы и путешественники Г Н. Потанин (1835-1920) и М. В. Певцов (1843-1902). В результате их экспедиций 1876, 1878-1879, 1883-1885, 1888-1890 гг. были изучены и составлены карты Монгольского Алтая, Восточной Джунгарии, Гобийского Алтая, Северо-Западной и Центральной Монголии, установлены границы и размеры пустыни Такла-Макан, исследована горная система Кунь-Лунь, открыто высокогорное плато Северо-Западного Тибета, завершено описание целого ряда хребтов.

Участником экспедиций 1883-1885 и 1888 гг. был П. К. Козлов (1863-1935). Он руководил Монголо-Тибетской экспедицией 18991901 гг. и Монголо-Сычуанской экспедицией 1907-1909 гг., во время которой были открыты развалины монгольского города Хара-Хото XIII в. При раскопках нашли большую библиотеку (2000 книг) на тангурском языке и более 300 образцов тангурской живописи. По результатам своих путешествий Козлов в 1923 г. написал книгу «Монголия и Амдо и мертвый город Хара-Хото». Продолжалось исследование Американского континента.

В первые годы после покупки США у России Аляски единственным ее русским исследователем был И. Петров, который составил ее описание в 70-х гг. На протяжении 80-х гг. исследованием Аляски занимались Ф. Шватка, Г. Аллен и Дж. Доусон, который возглавил в 1887-1888 гг. и экспедицию по исследованию Северо-Западной Канады. После открытия золота на реке Клондайк в 1896 г. Аляску стали спешно исследовать военные топографы и геологи США, среди которых выделился А. Брукс. В 1906 г. он опубликовал сводный труд «География и геология Аляски».

В 1872 г. француз П. Монтольё исследовал западный участок Ориноко. В 1877 г. его соотечественник Ж. Н. Крево заснял всю реку Марони (Гвиана) и Жарй - последний значительный приток нижней Амазонки. В 1880-1881 гг. Монтолье нанес на карту весь бассейн реки Гуавьяре. В последующие годы, вплоть до начала XX в., исследованием этих районов занимались этнографы Э. Им-Турн, Ф. Шаффанжон и А. Кудро.

В исследованиях Анд важную роль сыграл итальянский географ А. Раймонди. В 1876 г. он опубликовал свое описание Перу, а в 1889 г.- карту этой страны. Немецкие геологи-вулканологи А. Штюбель и В. Рейс после исследования Кордильер в Колумбии (1869) в 70-80-х гг. изучали экваториальные Восточные и Западные Кордильеры. В семитомном издании «Путешествий по Южной Америке», вышедшем в 1886-1902 гг., они расширили представления об Андийских странах, главным образом об Эквадоре. Изучению тихоокеанской полосы Эквадора посвящены исследования Т. Вольфа. Научное исследование Северо-Западных Анд продолжал англичанин Ф. Саймонс, который в 1878-1884 гг. изучил горы Сьерра-Невада-де-Санта-Марта и полуостров Гуахйра. В эти же годы велись исследования Северо-Восточной Колумбии и Западной Венесуэлы. Здесь немецкие геологи А. Гентер и В. Сивере изучили Восточные Кордильеры, Перуанские и Центральные Анды, открыли Карибские Анды.

К середине XIX в. юго-западная часть Амазонской низменности не была изучена. В 1875-1876 гг. изучением этих районов занимался англичанин Дж. Черч, в 1880-1881 гг.- Э. Р. Хит. В 8090-х гг. изучением рек амазонской системы занимались и сами боливийцы А. Р. Перейра-Лабреа (1871), Э. Реклю. В 90-е гг. поиском выхода Амазонки через речные системы занимался будущий президент Боливии в 1899-1904 гг. X. М. Пандо.

Большую активность в изучении притоков Амазонки проявляли немецкие географы П. Эренрёйх, К. Штейнен, Г Мейер и англичанин Г. Райс.

В 1907 г. бразильский инженер К. М. Рондон с целью прокладки телефонных линий, соединивших западные районы страны со столицей, исследовал «великий водораздел» Ла Платы и Амазонки, названной позже Рондонией.

Шла дальнейшая колонизация Патагонии. С 1873 г. до начала XX в. изучал этот суровый край аргентинец Ф. -Морёно. Изучив Восточную и Западную Пампу, Северную Патагонию, он приступил к исследованию Патагонских Анд. Изучением Патагонии занимались и аргентинец К- Мояно, и англичанин Дж. Дарнфорд.

Стимулом для более детального изучения Патагонских Анд послужил заключенный в 1881 г. аргентино-чилийский договор о разграничении. По этому договору линия раздела проходила через высшие точки гребня. Однако для проведения демаркационных границ не хватало географических сведений. Поэтому с целью получения недостающей информации в период с 1884 г. до начала XX в. были организованы специальные экспедиции со стороны Чили (Г. Стеффен) и Аргентины (Л. X. Фонтана), которые сняли все «белые пятна» с карты Патагонских Анд.

Исследования европейцами Африканского континента были в первую очередь связаны с колониальной политикой великих держав.

В 1868-1885 гг. немецкий исследователь Г. Рольфе пересек Ливийскую пустыню с севера на юг, исследовал Эфиопию, Западную Африку и Занзибар. Рольфе описал свои путешествия в двухтомной книге «Через Африку».

Другим путешественником, исследовавшим Чад, Восточный Судан, Центральную Сахару, Того и Камерун, был Г Нахтигаль, который выступал как официальный представитель правительства Германии. В 1882 г. Нахтигаль превратил Того и Камерун в германские протектораты.

Установлением колониальных границ французских владений в Центральном Судане, оазисов Центральной и Алжирской Сахары, исследованием областей к востоку и северо-востоку от озера Чад занимался Ж. О. Тийо в 1899-1912 гг.

Знаменитым исследователем Южной и Центральной Африки был английский путешественник Д. Ливингстон. После его смерти в 1873 г. известность приобрело имя Г М. Стэнли (1841 -1904) уроженца Англии, работавшего в американской печати. В отличие от Ливингстона, оставившего о себе светлую память гуманностью и бескорыстием, Стэнли выступал глашатаем идей колониализма и господства белой расы. Выполняя задания различных группировок колонизаторов, боровшихся в то время за установление своего владычества в тропической Африке, Стэнли провел обширные исследования. В 1874-1877 и 1887-1889 гг. он достиг озер Виктория и Танганьика, проследил все течения реки Конго и, описав гигантскую дугу «в сердце Черного материка», вышел к Атлантическому океану.

Стэнли сопровождал свои открытия беспощадным подавлением сопротивления местного населения и издевательствами над ним.

Он заключил с вождями договоры, в которых получал право использовать землю и людей племени (всего свыше 400 договоров с двумя тысячами племенных вождей). Особенно большую помощь оказал Стэнли бельгийскому королю Леопольду II в захвате бассейна Конго. Тому же хозяину служил и другой путешественник - майор Г Вйсман (1853-1905). С 1882 по 1890 г. он совершил целый ряд разведывательных экспедиций по притокам рек Касаи-квы и Конго, исследовал озеро Ньяса, основал пост Лулуабург, ставший позднее центром бельгийской экспансии в этом районе.

Исчерпывающую характеристику самого Леопольда далВ. И. Ленин. «Леопольд (Бельгия),- писал В. И. Ленин в «Тетрадях по империализму», деляга, финансист, аферист, купил Конго себе и «развил». Типик!!»

В 1876 г. король Бельгии возглавил «Международное общество «по изучению и цивилизации Центральной Африки», лицемерно провозгласившее своей целью научное исследование тропической Африки, просвещение местного населения и борьбу с рабовладением. На самом деле участники этой ассоциации, представленные национальными комитетами, боролись за политический и экономический раздел региона.

Так, по поручению французского комитета военный моряк П.-С. де Бразза, совершивший в 1875-1892 гг. ряд экспедиций по Экваториальной Африке, основал города Франсвиль и Браззавиль, использовав их в качестве опорных пунктов французской колониальной экспансии в этом районе. Снаряженная германским комитетом экспедиция Бёма и Рейхарда имела целью установление германского владычества в Восточной Африке.

Используя разногласия между державами и опираясь на поддержку влиятельных финансовых кругов, Леопольд И сумел захватить под свой протекторат огромную территорию, объявленную сначала владениями «Международной компании Конго», а потом «Независимым государством Конго». США первыми признали этот захват, а в дальнейшем Морган, Рокфеллер и другие американские финансисты стали партнерами Леопольда по эксплуатации Конго. «Цивилизаторская деятельность» приняла ужасающие формы. О ней рассказал Марк Твен в памфлете «Монолог короля Леопольда» (1905). «Выболтали,- заставляет писатель признаваться короля,- что я через посредство подставных концессионеров прибрал к рукам всю торговлю... что я захватил и крепко держу это государство... а огромные доходы от него кладу себе в карман; что я обратил многомиллионное население в своих слуг и рабов, присваиваю плоды их труда, зачастую даже не оплаченного, забираю себе с помош.ыо плети и пули, голода и пожаров, увечий и виселицы каучук, слоновую кость и прочие богатства, которые добывают туземцы, мужчины, женщины и малые дети...».

За четверть века во владениях короля Леопольда погибло более трети населения. В 1908 г. территория была объявлена бельгийской колонией Конго.

Активно действовали в тропической Африке и португальские колонизаторы. Экспедиция А. А. Сёрпа-Пйнту, Р. Йвенша и Б. Капёлу способствовала закреплению за Португалией территории между реками Нижней Замбези и Рувумой на востоке и огромной территории до реки Квандо на западе.

Продолжалось изучение Австралии. В начале 70-х гг. началось исследование глубинных областей Западной Австралии, что было связано со строительством трансавстралийского телеграфа. С 1872 по 1876 г. усилиями Э. Джайлса, В. Госса, А. Гибсона, П. Уорбертона и Дж. Фореста была открыта и пересечена громадная пустынная полоса: Большая Песчаная пустыня (на севере), пустыня Гибсона (в центре), Большая Виктория (на юге).

В 1879 г. Форест во главе большой экспедиции впервые исследовал горный массив Кимберли на северо-западе Австралии.

Многие путешественники руководствовались в своих опасных и трудных исследованиях совсем иными соображениями, чем правительства и крупные капиталистические компании. Особенно ярко это видно на примере деятельности Н. Н. Миклухо-Маклая (18461888) - замечательного русского географа. Миклухо-Маклай в 7080-х гг. впервые начал изучать папуасское население Новой Гвинеи. Он жил среди туземцев как друг и помощник. Возвратившись в Россию, ученый обнародовал не только чрезвычайно ценные материалы по географии, этнографии и антропологии, но и выступил с важными принципиальными выводами о родстве человеческих рас, опровергающими расистские домыслы о наличии «низших» рас (к которым относили и папуасов). Исследованием Новой Гвинеи в 1871 -1876 гг. занимался и генуэзский натуралист Л. М. Альбёртис. В 1876 г. он поднялся на паровом катере вверх по течению реки Флай.

В 1872-1874 гг. юго-восточную часть Новой Гвинеи обследовал английский военный моряк Дж. Морсби на корабле «Бэсилиск». Немецкий коммерсант О. Финш, действуя в интересах немецкой «Новогвинейской компании», в 1879-1885 гг. посетил Гавайские острова, Микронезию, открыл реку Сепик. Он исследовал также большой архипелаг в Ново-Гвинейском море, назвав его архипелагом Бисмарка. В 1884 г. восточная часть Новой Гвинеи была разделена между Англией (южная, названная Папуа) и Германией (северная часть). Голландия, захватившая западную часть Новой Гвинеи, начала ее освоение только в 1909 г.: X. А. Лоренц изучил Центральную низменность и реку Дигул. Эти страны интересовались Новой Гвинеей лишь с военной и торговой точек зрения. В широких масштабах проводились специализированные научные экспедиции, в частности океанографические (кругосветное путешествие англичанина У Томсона на судне «Челленджер» в 1872-1876 гг. и др.). Важные исследования по физической географии моря были проведены адмиралом С. О. Макаровым. В 1885 г. вышел его труд «Об обмене вод Черного и Средиземного морей». Ценные гидрологические исследования были проведены Макаровым во время его плаваний на корвете «Витязь» в Тихом океане в 1886-1899 гг. В конце 90-х гг. Макаров добился постройки первого в мире ледокола «Ермак», который в 1899 ив 1901 гг. совершил плавания в Арктику (см. выше, с. 123-124). Для рассматриваемого периода вообще характерны многочисленные арктические экспедиции.

В середине XIX в. считалось, что в Центральной Арктике существует свободное от льда море. На поиски «открытого Полярного моря» в 1871 г. была снаряжена американская экспедиция на пароходе «Поларйс» под командой Ч. Ф. Холла. В 1872 г. «Поларис», раздавленный льдами, потонул, а спасшиеся члены экипажа (Ч. Холл к тому времени скоропостижно умер), продрейфовав на льдине до июня 1873 г., так и не нашли «Полярное море».

В 1875-1876 гг. английская полярная экспедиция на двух пароходах «Алерт» и «Дискавери» под руководством Дж. С. Нэрса попыталась пробиться к Северному полюсу, однако потерпела неудачу. Особенное значение имело плавание шведского полярного исследователя Н. А. Норденшельда (1832-1901) на «Веге». Следуя вдоль северных берегов Европы и Азии, Норденшельд впервые в 1878-1879 гг. осуществил сквозное плавание Северным морским путем из Атлантического океана в Тихий. Экспедиция «Веги» была организована шведами при деятельном участии России.

В 1881 г. американская экспедиция А. В. Грили (1844-1935) организовала метеорологическую станцию на северо-востоке Элсмира. Экспедиция на санях продвинулась до 83°30' северной широты, но из-за нехватки продовольствия вынуждена была отступить. В 1884 г. после трех зимовок из 26 членов экспедиции осталось в живых 7 человек, которые и были спасены. В 1890 г. норвежский ученый-океанограф, путешественник и общественный деятель Ф. Нансен (1861 -1930), совершивший в 1888 г. лыжный переход через Гренландию, выдвинул свой проект достижения Северного полюса. Этот план был осуществлен им в 1893-1895 гг. на судне «Фрам». Покинув «Фрам», в 1895 г. Нансен и его спутник Я. Иогансен направились на санях к полюсу, приблизившись к нему на расстояние 450 км. Полет шведа С. А. Андре (1854-1897) к Северному полюсу на воздушном шаре, предпринятый им в 1897 г., закончился гибелью путешественника. Американцу Р. Э. Пйри после ряда попыток, начатых в 1898 г., удалось 6 апреля 1909 г. достигнуть на санях Северного полюса.

В 1912-1914 гг. русский полярный исследователь и гидрограф Г. Я. Седов (1877-1914) на парусно-паровом судне «Св. Фока» совершил экспедицию в северные широты. В августе 1912 г. Седов сделал попытку перейти из Архангельска к Земле Франца-Иосифа, но был затерт льдами у западного берега Новой Земли. Весной 1913 г. Седов подробно и точно описал северо-западный берег Новой Земли. Осенью 1913 г. Седов на освободившемся от льда «Св. Фоке» подошел к Земле Франца-Иосифа и двинулся далее на север, но был остановлен льдами. В начале 1914 г. Седов в сопровождении двух матросов на собачьих упряжках направился от острова Гукера к Северному полюсу. Он умер в пути.

Продолжалось открытие районов Западной Арктики. В 18981902 гг. норвежский исследователь О. Свердруп на судне «Фрам» исследовал большой архипелаг к западу от Элсмира. Вновь открытые острова получили имена самого Свердрупа и большинства его спутников: земля Свердрупа, остров Эллеф Рингнес и т. д.

В 1903-1906 гг. Р. Амундсен (1872-1928) обогнул Северную Америку, следуя из Западной Гренландии через Берингов пролив в Тихий океан, и закончил свое путешествие в Сан-Франциско.

Исследованиями Севера Канады занимался В. Стёфансон (Стивенсон). Его экспедиции 1905-1907, 1908-1912, 1913-1918 гг. позволили изучить обширнейшие территории, установить очертания архипелагов и островов Маккензи-Кинг, Борден, Брон, Лохид и Кинг-Кристиан.

В конце XIX - начале XX в. проводились исследования различных районов Антарктиды. Это было связано с развитием китобойного промысла. В 1893-1894 гг. норвежец К. А. Ларсен открыл участок восточного побережья Земли Грейама, а в 1894-1895 гг. его соотечественник Л. Кристиансен плавал в море Росса и 24 января 1895 г. впервые высадился на материк Антарктиды.

В 1897-1899 гг. Антарктиду исследовала бельгийская экспедиция на пароходе «Бельжика» под командованием А. Ж. де Гомерй. Старшим штурманом там был знаменитый Амундсен. Экспедиция исследовала Южные Шетландские острова, Землю Палмера, затем вошла в море Беллинсгаузена, где «Бельжика» вмерзла во льды. С марта 1898 по март 1899 г. проходила первая в истории имовка в антарктических водах. Экспедиция выяснила, что море Росса летом доступно для плавания и Ледяной барьер не является непреодолимым препятствием для покорения Южного полюса.

В экспедициях 1901 -1905 гг. участвовали исследователи из Англии, Швеции, Франции и Германии. В 1902 г. англичанин Р. Ф. Скотт (1868-1912) на пароходе «Дискавери» достиг мыса Адэр. В том же году германская экспедиция Э. Дригальского открыла Землю Вильгельма II. Шведская экспедиция Норденшельда высадилась в феврале 1902 г. на острове Сноу-Хилл и провела там два года. Французская экспедиция под руководством Ж. Шарко исследовала западный берег Земли Грейама.

В 1908 г. англичанин Э. Г Шёклтон (1874-1922) предпринял санный поход к Южному полюсу, но, не дойдя до него 180 км из-за нехватки продовольствия, повернул обратно.

Р. Ф. Скотт в 1910 г. организовал вторую антарктическую экспедицию. В январе 1912 г. он добрался до Южного полюса, но погиб на обратном пути. Месяцем раньше, 14 декабря 1911 г., Южного полюса первым достиг Амундсен.

Науки о Земле. Под влиянием эволюционного учения Дарвина на смену идеям, объяснившим изменения в облике планеты и населявших ее животных и растений всякого рода катастрофами, стали выдвигаться теории и гипотезы, рассматривавшие геологические явления в их развитии и взаимосвязи.

В период с 70-х до начала 80-х гг. русский ученый В. О. Ковалевский заложил основы эволюционной палеонтологии. Изучая ископаемых животных, он установил закономерную зависимость эволюции организмов от изменяющейся внешней среды. Существенный вклад в развитие эволюционной палеонтологии внесли С. Н. Никитин (1851 -1909), А. П. Карпинский, А. П. Павлов (1854-1929) и М. В. Павлов (1854-1938).

Идей дарвинизма в геологии придерживались английский ученый Т. Г Хаксли, австриец Э. Зюсс (1831 -1914), бельгийский палеонтолог Л. Долло. Последовательным эволюционистом был австрийский геолог и палеонтолог М. Неймайр (1845-1890).

Эволюционная палеонтология оказала значительное влияние на развитие отраслей геологии.

Наряду с геологией - общей наукой о строении, составе и истории развития земной коры - сформировалась г е о ф й з и к а наука о физических свойствах Земли (включая ее водную и воздушную оболочки) и о физических процессах, в ней происходящих. В этот период обособился целый ряд наук о Земле, смежный с другими естественными и точными дисциплинами.

Бурно развивалась с т р а т и г р а ф и я - наука о пространственном взаимоотношении и возрасте горных пород, а соответственно и о геологических эпохах. Получило дальнейшую разработку учение о фа ц ия х (осадочных породах) и закономерностях их смены. Н. А. Головкинский (1834-1897) и А. А. Иностранцев (18431919) установили ряд закономерностей колебательных движений земной коры. Развивались науки о веществе земной коры - кристаллография и минералогия.

В работах Н. И. Кокшарова (1818-1892) и П. В. Еремеева (1830-1899) описательная минералогия превратилась в точную науку. Открытия Е. С. Федорова (1853-1919) обогатили новыми идеями кристаллографическую минералогию, а также геометрическую и оптическую кристаллографию. В начале 90-х гг. кристаллография отделилась от минералогии. Это было связано с разработкой математической теории структуры кристаллов (Федоровым в 1891 г.; Шенфлисом в 1892 г.).

Быстрое развитие пе т р о г р а фии - науки о горных породах было связано с введением микроскопического метода исследований. Изучение горных пород привело к проблеме магмы - ее образования, сущности и изменений. Этими проблемами занимались в России А. Е. Лагорио и Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, а в США - Дэлли и Йддингс.

Первым в России изучение горных пород под микроскопом предпринял А. П. Карпинский в 1869 г. Ему удалось выявить ряд закономерностей состава магматических горных пород. Большой вклад он внес в развитие палеонтологии и стратиграфии: исследовал генетические соотношения между некоторыми ископаемыми формами, разработал учение о колебаниях земной коры и их закономерностях. В 1892 г. под руководством Карпинского была составлена и издана первая полная геологическая карта Европейской России. Работы Карпинского способствовали успешному поиску полезных ископаемых на Урале, Донбассе, в Харьковской и Псковской областях.

Со второй половины XIX в. начала развиваться сейсмология. В 1873 г. была предложена 10-балльная шкала землетрясений (Росси), тогда же были четко выделены три их типа - обвальные, вулканические и тектонические. В 1870 г. А. П. Орлов (1840-1889), в 1895 г. Э. Ребер-Пашвиц, а в начале XX в. Б. Б. Голицын изобрели сейсмографы. В 1879 г. был изобретен магнитометр, что способствовало развитию науки магнитометрии. Выделилась самостоятельная отрасль геологии - океаноло гия. Большую роль в этом сыграли комплексные морские экспедиции английских, американских и норвежских исследователей в 7080-х гг., работы Н. И. Андрусова (1861 -1924) на «Черноморце» в Черном море (1896) и др. Кругосветная экспедиция на «Челленджере» (см. выше) впервые составила карту глубин трех океанов (кроме Северного Ледовитого), изучила химические и физические свойства морской воды и органический мир океанов. На основе развития метеорологии во второй половине XIX в. А. И. Воейков (1842-1916), австрийский ученый Ю. Ганн (Ханн) (1839-1921) и другие создали новую науку - климатологию. Тогда же Фёррель (США) и другие ученые заложили основу динамической метеорологии. В конце XIX в. начались систематические метеорологические наблюдения. Геологические воззрения конца XIX- начала XX в. детально изложил в своем трехтомном труде «Лик Земли» австрийский геолог Э. Зюсс (1883-1909). Он попытался дать историю земной коры на основе разработанной им контракционной гипотезы, объяснявшей тектонические процессы и образование складчатости (горных хребтов и т. п.) охлаждением и сжатием Земли. Эта гипотеза слишком упрощала историю развития Земли, но многие выдвинутые Зюссом понятия и собранный им богатый фактический материал ценны и до сих пор.

Эволюционный принцип нашел применение и в изучении конфигурации и распределении суши и моря, происхождения материков, форм и развития земного рельефа и т. д., а также лег в основу гипотезы о вертикальном перемещении земной коры (фиксизме), которую поддерживали многие ученые. Она объясняла все геологические изменения на Земле поднятием и опусканием геологических пород.

Наряду с фиксизмом в начале XX в. зародилась идея о горизонтальном перемещении земной коры (Рейбиш Зимрат в 1901 1907 гг.; Тейлор в 1910 г.). В 1912 г. немецкий геофизик А. Вегенер (1880-1930) разработал и сформулировал идею дрейфа материков, которая предполагала возможность больших горизонтальных перемещений материковых глыб земной коры относительно друг друга (мобилизм). В основе ее лежит сходство геологического строения разобщенных частей материков - Гондваны (Ю. Америка, Африка, Индостан, Австралия и Антарктида) и Лавразии (Сев. Америка, Европа, северная половина Азии) и совпадение контуров материков. Свою гипотезу о дрейфе материков в течение геологического времени Вегенер опубликовал в книге «Возникновение материков и океанов».

Немецкий ученый Й. Вальтер (1860-1937), будучи последовательным материалистом и дарвинистом, изучал рождение, развитий, старение и гибель различных пород. Он впервые генетически классифицировал горные породы, исследовал условия возникновения ископаемых и современных пустынь. В 1895 г. Вальтер заложил основы новой науки палеобиономии, занимавшейся изучением строения организмов ископаемых животных и растений в зависимости от условий их обитания, перенес в область литологии (науки об образовании осадочных пород) понятие отбора (селекции), аналогичное биологическому. Ученый много внимания уделял методам геологических исследований и разработал научные принципы историко-геологических исследований, в особенности метод актуалйзма, согласно которому можно применять ныне действующие силы природы для объяснения геологических явлений далекого прошлого.

В 80-х гг. появилась наука о почвообразовательных процессах и изменениях, происходящих в почве под совокупным влиянием физических, химических, биологических факторов и деятельности человека,- почвоведение. Основателем ее был В. В. Докучаев (1846-1903). В своем труде «Русский чернозем...» (1883) он подвел итоги многолетних исследований черноземов и сформулировал основные положения современного почвоведения. В 1886 г. он дал первую в мире научную классификацию почв, основанную на лринципе их происхождения. В 1899 г. Докучаев изложил свое учение о «ecтестввенно-исторических зонах», т. е. о ландшафтно-географических зонах, и наметил основные задачи земледелия в отдельных регионах России. В 1891 г. он разработал план борьбы с засухой в степях, предусмотрев в нем ряд комплексных мер (агрономических и лесомелиоративных) воздействия на природу степной зоны.

Вместе с Докучаевым исследованиями в области почвоведения занимались Н. М. Сибирцев (1860-1900) и П. А. Костычев (1845-1895). Сибирцев в 1892 г. принимал участие в экспедиции Докучаева с целью выяснения условий улучшения водного режима почв южных степей России. Располагая большим фактическим материалом о почвах различных районов, он развил учение о почвенных зонах и генетическую классификацию почв и стал первым автором учебника «Почвоведение», вышедшего в 1899 г.

В отличие от господствующих в то время в Западной Европе представлений о почве как землистой горной породе, содержащей примеси органических веществ, П. А. Костычев связал свойства почв с жизнедеятельностью растений и микроорганизмов, показал роль человека в изменении этих связей. Изучая процессы разложения органических веществ почвы, он установил решающую роль в этом процессе различных групп низших организмов и рассмотрел факторы образования перегноя (гумуса). Таким образом, Костычев заложил основы агрономического почвоведения (1886).

Учение Докучаева и его соратников о факторах почвообразования и природных зонах оказало определяющее влияние на развитие почвоведения в России и за рубежом. В 1900 г. была составена первая схема почвенных зон Северного полушария, начаты почвенно-географические исследования в азиатской части России.

Вопросами почвенного лесообразования занимался В. А. Обручев, положив начало новой науке - мерзлотоведению. Кроме того, он изучал вопросы тектоники, геологии, образования месторождений золота и т. д.

Большую роль в развитии агрономии сыграл немецкий ученый Г Гельригер (1831 -1895), опытным путем доказав симбиоз бобовых культур с клубеньковыми бактериями (1888). В этот же период значительно продвинулась вперед отрасль агрономии, которая впоследствии была названа агрофизикой. Русский ученый В. Р. Вильямс (1863-1939) доказал роль биологических факторов (природных сообществ высших зеленых растений и микроорганизмов) в формировании важнейших свойств почв, обусловливающих их плодородие. Он впервые подчеркнул значение биологического круговорота элементов в формировании не только органической, но и минеральной части почв. В 1914 г. Вильямс разработал научные основы травопольной системы земледелия.

Совершенствованию агрономических приемов в значительной степени способствовали работы А. В. Советова (1826-1901), который обобщил все лучшее, что было к тому времени накоплено в русской практике земледелия. Советов дал классификацию систем земледелия и показал историю их развития (1867). Учение о системах земледелия в конце XIX - начале XX в. получило дальнейшее развитие в трудах А. Н. Шишкина, А. П. Людоговского, А. С. Ермолова, И. А. Стебута, В. Р. Вильямса, Д. Н. Прянишникова и др. Используя методы физической и коллоидной химии, К. К. Гедройц (1872-1932) разработал учение о поглотительной способности почвы. Исследования позволили ускорять процессы почвообразования, изменять важнейшие агрономические свойства почвы.

Зарождение отечественной а грохймии в 60-70 гг. связано с Д. И. Менделеевым,,который исследовал вопросы питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Особое внимание Менделеев уделял применению удобрений и использованию питательных веществ подпахотных слоев почвы.

Существенно развил основы русской агрономии А. Н. Энгельгардт (1832-1893). В 70-80-х гг. в своем имении он изучил эффективность минеральных и органических удобрений, в частности роль извести и люпина.

Д. Н. Прянишников (1865-1948) изучил процессы усвоения растениями аммиачного азота, что позволило организовать промышленное производство аммиачных удобрений и широко их применять в земледелии. Проведенные им исследования фосфоритов способствовали развитию производства фосфорных удобрений. Прянишников определил роль бобовых культур в азотном балансе, развил учение о плодосеменной системе земледелия и севообороте. Из принципа эволюции исходила и геохимия, возникшая в начале XX в. Первые труды в этой области принадлежали В. И. Вернадскому (1863-1945), исследовавшему в 1908 г. эволюцию минералов земной коры. Вернадский создал геохимическую классификацию химических элементов, разработал учение о миграции атомов в земной коре, заложил основы генетического направления в минералогии. Вернадский был одним из основоположников б и о геохимии, изучающей роль организмов в геохимических процессах земной коры. Систематические работы Вернадского по изучению явлений жизни в биосфере относятся к 1917 г.

Проблемами геохимии занимался американский ученый Ф. У Кларк (1847-1931).

Норвежский ученый В. М. Гольдшмидт (1888-1947) выявил в 1911 г. закономерные связи распределения химических элементов на Земле с химическими и физическими свойствами их атомов. К середине XIX в. по результатам градусных измерений был получен ряд различных значений размеров земного эллипсоида. Иными словами, Земля не могла быть представлена простой геометрической фигурой. В 1859 г. Ф. Ф. Шуберт в России впервые высказал мысль о том, что Земля более точно может быть представлена трехосным эллипсоидом, и определил его размеры. В 1873 г. немецкий физик И. Листинг ввел понятие о г е о д е, а также наметил пути и методы его изучения. В 1888 г. русский ученый Ф. А. Слудский создал теорию фигуры Земли и разработал некоторые методы ее изучения. Наука геодез ия получила прочную теоретическую базу. Во второй половине XIX в. в связи с развитием теоретических основ геологии начала складываться г е оморфолог ия - наука о рельефе земной поверхности.

В 90-х гг. американский ученый У М. Дейвис (1850-1934) разработал теорию, согласно которой развитие рельефа суши укладывалось в замкнутые циклы (юность, зрелость, старость). Дейвис основал американскую геоморфологическую школу.

Европейскую школу геоморфологии учредили немецкие ученые Альбрехт (1858-1945) и Вальтер (1888-1923) Пенк. А. Пенк разработал классификацию климатов и концепцию древнего оледенения Альп, а его сын В. Пенк установил зависимость между характером рельефа и движением земной коры.

В России геоморфологией занимались П. П. Семенов-Тян-Шанский (1827-1914), П. А. Кропоткин, В. В. Докучаев, И. Д. Черский, И. В. Мушкетов, С. Н. Никитин, А. П. Павлов, В. А. Обручев и др. Были изучены типы рельефа в зависимости от внутренних и внешних сил Земли и его эволюция, разработаны методы исследования эволюционных процессов.

В рассматриваемый период в различных странах продолжалось создание геологических служб.

Первые геологические службы возникли еще в первой половине XIX в. в Бельгии (1810), Англии (1835) и Канаде (1842).

В России Геологический комитет был создан в 1882 г. В 18801900 гг. в ряде стран Европы организовывались постоянные сейсмические станции и комитеты. В 1903 г. была образована Международная сейсмическая ассоциация в Страсбурге.

С 1878 г. начала регулярно собираться сессия Международного геологического конгресса. Седьмая сессия (1897) состоялась в Петербурге.

В 1882 г. был проведен 1-й Международный полярный год.

Глава 19. ИТОГИ ТЕХНИЧЕСКОГО И НАУЧНОГО ПРОГРЕССА с 1870 по 1917 год

Достижения техники. Период был временем быстрого роста техники, хотя и неодинакового в различных отраслях.

Переход к массовому, непрерывно-поточному производству и комбинирование разнообразных технологических процессов были связаны с автоматизацией промышленного производства. Прежние виды энергии не удовлетворяли новых потребностей машинного производства. Проблема могла быть разрешена лишь на основе применения электропривода. Развивается, усложняется и приобретает все более автоматизированный характер система машин на базе электропривода как в сфере производства средств производства, так и производства средств потребления. В энергетике, металлургии, металлообработке, горном деле, химической технологии, строительном деле, на транспорте, в связи реализуется множество новых открытий и изобретений, повышающих производительность труда и увеличивающих власть человека над природой. Из четырех основных сфер материального производства технические усовершенствования в то время достигли наибольшего развития в промышленности, на транспорте и в связи. Сельское хозяйство осваивало новую машинную технику значительно медленнее.

В целом уклад техники 1870-1917 гг. можно охарактеризовать как бойчее высокий этап развития, чем в предыдущий век «пара, угля и железа». В энергетике наряду с быстрым развитием электрических генераторов и моторов были созданы два новых типа тепловых двигателей - п а р о в а я турбина и д в и г а т е л ь внутреннего сгорания, применение которого было особенно широким и позволило перейти к механизации отраслей производства, до этого не выходивших за рамки прежней техники. Подверглись значительным усовершенствованиям поршневые паровые машины и их котельные установки. Они применялись и как движители, непосредственно приводящие в действие рабочие машины, и как первичные двигатели (наряду с паровыми турбинами и разнообразными водяными турбинами) для производства электроэнергии.

В металлургии характерным было вытеснение выработки железа производством стали. К появившимся в предыдущий период мартеновскому и бессемеровскому добавился т о масо вский способ выделки стали. Возникла электрометаллургия. Прогрессировала выработка высококачественной и легированной стали и ферросплавов.

Наряду с широким использованием во всех отраслях производства черных металлов (стали и чугуна) резко возросло потребление цветных металлов, в частности алюминия. Открытие электролитического способа получения алюминия и некоторых других цветных металлов помогало удовлетворить спрос на них.

Добыча каменного угля продолжала расти быстрыми темпами, причем уголь использовался теперь не только как топливо в промышленности и на транспорте, но и как сырье для химической переработки. Одновременно резко увеличилась добыча нефти и усовершенствовались методы ее извлечения из недр и переработки.

Получают самое широкое распространение химические методы обработки сырья. Развивается основная химическая промышленность (производство серной кислоты, соды, хлора), но особое значение приобретает в эти годы химическая технология искусственных и синтетических веществ. Впервые создаются пластмассы, искусственное волокно, синтетические каучук, аммиак и красители.

Расширяется переработка нефти с целью получения керосина, бензина и других нефтепродуктов. Спрос на нефтепродукты увеличивается в связи с применением двигателей внутреннего сгорания.

Совершенствуется перегонка нефти благодаря введению крекингпроцесса, т. е. способа разложения нефти при высоких температурах и давлениях. Были достигнуты большие технические успехи в сфере строительства и благоустройства. В практику вошли обширные (в том числе высотные) жилые, производственные, торговые, декоративные конструкции из стали и железобетона с паровыми, а затем и электрическими лифтами. Совершенствуются различные виды центрального отопления. Электрическое освещение все более вытесняет газовое и керосиновое. Проникают в быт электрические обогреватели и иные приборы. Транспорт превращается в огромную сферу приложения капитала. Средства транспорта становятся основной формой вывоза капитала, важным орудием колониальной политики. Быстро растет мировая железнодорожная сеть. Наибольший прирост железных дорог наблюдается в США, в колониальных и зависимых странах и в России (построена Великая Сибирская магистраль в 7,4 тысЛш длиной).

Основным видом тяги на железных дорогах стали паровозы, конструкция которых совершенствовалась. Начиналось использование электротяги и тепловозов. Наиболее раннее применение электротяга получила в новых видах городского рельсового транспорта- наземного (трамвай) и подземного (метро), а также на горных железнодорожных линиях с длинными туннелями.

Сухопутный безрельсовый транспорт вступил в этап систематической и успешной механизации на основе применения автомобиля (легкового, т. е. пассажирского, и грузового) с двигателем внутреннего сгорания.

К нуждам автотранспорта приспосабливались дороги, строительство которых возрастало и механизировалось. Быстро развивающееся автомобилестроение вошло (наряду с электротехнической, нефтяной, кинематографической и другими новыми отраслями производства) в число излюбленных сфер приложения крупного капитала.

В нефтяной промышленности зародился трубопроводный транспорт, которому суждено было большое будущее.

Значительны технические достижения водного транспорта.

На рубеже XIX и XX вв. тоннаж мирового парового флота впервые превысил тоннаж парусного. Построены были первые суда с паровой турбиной (турбоходы). России, ученые которой сделали большой вклад в теорию и практику судостроения, принадлежит первенство в создании судов с двигателями внутреннего сгорания. Заслугой нашей страны является и создание ледоколов.

В эти годы проложены новые важные искусственные водные пути. Наиболее протяженным из них был Панамский канал (1915), имевший для правящих кругов США большое хозяйственное и военное значение.

Выдающееся техническое завоевание конца XIX - начала XX в.- создание управляемых летательных аппаратов легче воздуха (дирижаблей) и тяжелее воздуха (аэропланов). Моторами летательных аппаратов обоих видов служили двигатели внутреннего сгорания. Однако ни воздухоплавание, ни авиация не стали тогда еще средством регулярного пассажирского воздушного транспорта. Дирижабли и самолеты систематически использовались лишь для военных целей в годы первой мировой войны. В XIX в. многие изобретатели предлагали использовать реактивный двигатель (ракету) для летательных аппаратов в пределах земной атмосферы. Идея использования реактивного аппарата для полетов в космос принадлежит К. Э. Циолковскому, которого заслуженно считают отцом ракетодинамики и космонавтики. К выводам о возможности использования ракетных аппаратов для космических полетов несколько позже пришли и ученые на Западе.

События огромной важности произошли в области техники связи. Последняя четверть XIX в. была временем появления телефона. Наряду с усовершенствованием проводной телеграфной и телефонной связи возник новый вид связи - беспроволочный (радио). Вопрос этот был практически разрешен А. С. Поповым в 18951896 гг.

Для перспектив технического развития особое значение имело применение в радиотехнике электронных ламп. Это содействовало возникновению новой отрасли - электроники.

С усовершенствованием техники полиграфии появились новые средства массовой информации: аппараты для механической записи и последующей репродукции звуков речи, музыки и т. д.- фонограф и граммофон. Был создан кинематограф, получивший за короткое время большую популярность в мире.

В первые десятилетия XX в. начинается механизация сельского хозяйства, которое в основном базировалось на ручном труде и использовании тягловой силы животных. «Ручной труд неизмеримо более преобладает в земледелии над машиной, по сравнению с промышленностью. Но машина неуклонно идет вперед, поднимая технику хозяйства, делая его более крупным, более капиталистическим». Решающей предпосылкой механизации стало применение в земледелии тракторов с двигателями внутреннего сгорания. Успехи химической технологии позволили широко использовать минеральные удобрения. Новая техника стала применяться для хранения, перевозки и переработки сельскохозяйственных продуктов. Рост международного капиталистического разделения труда и развитие мирового рынка вызвали аграрно-сырьевую специализацию таких стран, как Канада, Австралия, Новая Зеландия, Аргентина (наряду с быстрым развитием сельского хозяйства в западных штатах США).

Характерная черта империализма - милитаризм. Величайшие завоевания науки и техники, которые в иных общественных условиях были бы направлены на пользу человечеству, при господстве монополистического капитала используются для усовершенствования средств уничтожения людей и материальных ценностей.

Некоторые виды новых технических средств, которые могли бы применяться для хозяйственных и научных целей, с самого начала предназначались только для боевых действий. Таковы, например, подводные лодки, которым в научной фантастике было предсказано блестящее будущее в деле изучения Мирового океана. Подводные лодки, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями, работающими от аккумуляторов, были использованы в годы первой мировой войны для минирования вод и уничтожения военных и торговых судов.

Широчайшее применение получили во всех армиях телефон, оптические средства связи и радио (особенно в военно-морском флоте).

Военное дело, включая период первой мировой войны, не полностью вступило на уровень машинной техники. Во всех армиях большую роль еще играла кавалерия, артиллерия была, как правило, на-конной тяге и т.д., но крупный шаг к превращению военных действий в «войну машин» был уже сделан, опираясь на достижения металлургии, машиностроения, электротехники, приборостроения, химической технологии и т. д. Военная промышленность достигла огромного развития. Без новой технической базы не удалось бы оснастить армии и флотьГ усовершенствованным пехотным оружием и артиллерией, обесп,ечйть взрывчатыми веществами и таким варварским средством, "как отравляющие вещества, строить гигантские броненосцы, подводные лодки, танки, бронеавтомобили, дирижабли и самолеты.

Переворот в естествознании. В конце XIX в. в естествознании начался подлинный переворот, который в конечном счете и подготовил современную научно-техническую революцию (НТР). В непосредственной связи с запросами материального производства становились и решались новые сложные теоретические проблемы. Шла последовательная д и ф ф е р е н ц и а ц и я отдельных отраслей науки на все более узкие, специальные отрасли, и вместе с тем происходила своеобразная интеграция: отдельные науки связывались между собой пограничными дисциплинами (астрофизика, геохимия, биохимия и т. д.).

Успехи приборостроения вооружили различные отрасли науки новыми средствами для проведения экспериментальных исследований.

В области физико-математических наук этого периода определились три основные направления: исследование строения веществ, изучение проблемы энергии и создание новой физической картины мира. Подготовленные работами предшествующего периода и побуждаемые требованиями материального производства, научные исследования в каждом из этих направлений привели к крупнейшим открытиям: радиоактивности; электрона - первой из известных нам элементарных частиц; новых видов электромагнитных излучений (радиоволн, рентгеновских лучей); сложного строения атома и т.д.

Эти открытия не укладывались в рамки господствовавших до них естественнонаучных представлений. Это привело к созданию новой физической картины мира, получившей отражение в квантовой теории М. Планка, теории относительности А. Эйнштейна, учении о пространственно-временном континууме Г. Минковского.

В области химии не только было открыто множество новых химических элементов, разместившихся в пустых до этого клетках Менделеевской таблицы элементов, но было открыто и превращение элементов. Благодаря открытию радиоактивности и созданию новой модели атома в новом свете предстало значение Периодического закона.

В биологических науках утверждалось эволюционное учение Ч. Дарвина, творчески дополненное и уточненное трудами многих ученых из разных стран. Были обнаружены новые переходные формы между различными классами животного мира и между человеком и высшими животными. Важные открытия были сделаны в области изучения наследственности.

Биохимия растений и животных стала важнейшим разделом биологии. Велики были достижения микробиологии и медицины в выявлении возбудителей заразных болезней и разработке методов эффективной борьбы с ними.

Наряду с геологией сформировались геофизика и геохимия.

Под влиянием эволюционного учения выдвигались новые теории, рассматривающие геологические явления в их развитии и взаимной связи.

В широких масштабах проводилось изучение ранее неисследованных районов земной суши и Мирового океана.

К началу XX в. относятся первые попытки капиталистических государств координировать и регулировать научные исследования, исходя из своих задач. Эти общества и ассоциации играли большую роль в национальной консолидации научных сил и развитии информационных связей между коллективами исследователей.

Усилился контакт между учеными различных стран. Образовались постоянно действующие международные научные организации.

 

Top