Доклад, статья/Физика и математика-История физико-математических наук

Ключевые слова: научная школа, академия, университет, физический институт, лаборатория.

В городе Кротоне, греческой колонии на юге Италии, сложилась первая из известных в истории человечества научно-философско-религиозно-политическая школа: Пифагорейский союз, основателем которого был Пифагор. Пифагорейский союз просуществовал с конца VI в. до середины IV в. до н.э. и оказал громадное влияние на развитие древнегреческой культуры, науки, философии. Пифагорейцем был Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.), выдвинувший гипотезу о вращении шарообразной Земли вокруг Солнца.

В IV в. до н.э. в Афинах Платон создал свою научную школу – Академию, которая была размещена на участке в роще, носившей имя античного героя Академа. Слушателями Академии были Аристотель, Евклид и др. Аристотель (384–322 до н.э.), пробыв в Академии Платона 20 лет, в 335 г. до н.э. основал в Афинах свою философскую школу – Ликей, которая также получила свое наименование от местности, где она располагалась. Аристотель изучал почти все проблемы развития природы и общества и ввел систему научной терминологии, существующую и поныне. Ученики Аристотеля (Теофраст из Эреса, Эвдем из Родоса, Аристоксен из Тарента, Дикеарх из Мессины) стали самостоятельными учеными, сохранившими общий дух основоположника школы, а в отдельных вопросах не останавливавшимися перед существенными отклонениями от взглядов своего учителя [1].

Позднее, когда культурным центром античного мира стала Александрия, возник Александрийский музей (Мусейон), созданный по распоряжению царя Египта Птолемея I в начале 3 веке до н.э. Это был первый государственный исследовательский институт, где сосредоточились уникальные памятники древней науки и культуры [2]. Мусейон представлял собой сообщество ученых, посвятивших себя научным исследованиям и получавшим от царя плату за свою деятельность: труд ученого становится профессией. Здесь особенно интенсивно изучаться астрономия, оптика, механика и математика: Евклид создавал свою геометрию, в богатой библиотеке Архимед познакомился с трудами Демокрита, Евдокса, Евклида.

В эпоху средневековья определенные зачатки коллективных форм научных исследований можно наблюдать сначала на Арабском Востоке, впоследствии в Западной Европе. На IX–XII вв. приходится расцвет науки в арабоязычных странах, и в новых столицах Арабского халифата – Дамаске и Багдаде – были основаны школы по образцу александрийской. Наибольшую известность получила своего рода академия, названная Домом мудрости (или «академией Мамуна» по имени ее основателя халифа аль Мамуна), при котором функционировала хорошо оборудованная обсерватория, имелся штат переводчиков и постоянных ученых (одним из членов Дома мудрости был Ибн Сина). В результате именно в арабских переводах пришли в средневековую Европу «Механика» Герона, труды Аристотеля, Птолемея, Архимеда.

По мере развития общественных отношений, накопления и обновления знаний существенную роль в этих процессах стали играть университеты, а затем и образовавшиеся национальные академии. Первые университеты начали появляться в VIII в. Арабские университеты возникли значительно раньше, чем в Европе. В 735 г. был основан университет в Багдаде, в 755 г. – в Кордове (после завоевания Испании арабами), в 972 г. – в Каире. Преподавали в университетах ученые, достаточно глубоко разбирающиеся в поэзии, астрономии, оптике, механике [3].

Однако уже в XI в. в арабском мире начался упадок физики, но контакты с арабами и расцвет экономической деятельности к тому времени привели к интеллектуальному пробуждению во многих европейских странах. Это привело к появлению университетов и в Европе, и наука поначалу концентрировалась в университетах. Большой популярностью пользовались Болонский, Оксфордский, Парижский, Кембриджский университеты, куда стекались учащиеся со всех концов Европы.

Центром исследования механики был Мертон-колледж Оксфордского университета [4]. «Мертонцы» (Т.Брадвардайн, У.Гейтсбери, Р.Свайнсхед и Дж. Дамблтон) в 20-30-х гг. XIV в. занимаются решением таких проблем механики, как различие между кинематикой и динамикой, уточнение понятия скорости, определение пройденного пути при равноускоренном движении. Исследования оксфордских ученых нашли отклик в Парижском университете, где к середине XIV в. их развивает выдающийся ученый, профессор и ректор Парижского университета Жан Буридан (1300–1358) Замечательной идеей Буридана было понятие импульса (impetus). Именно в Парижском университете начинает развиваться новый индуктивный метод анализа научных проблем. Опираясь на него, Буридан и его ученики Никола Орем (1323–1382) и Альберт Саксонский (1316–1390) исследуют важнейшую проблему Средневековья – проблему относительности перемещения [4, 277].

Расцвет университетской учебной и научной жизни приходится на конец XV и начало XVI вв. Но с середины XVI в. практически во всех университетах Европы обучение приобрело церковно-схоластический характер и оторванные от жизни университеты были не способны к консолидации научных сил, вследствие чего произошло ослабление роли университетов в развитии научного знания.

На этапе становления физики как науки, охватывающего XVI–XVIII вв., важным моментом, определившим развитие и распространение науки, является создание научных академий, особенно в большом количестве появившихся в Италии. Так, целью Академии деи Линчеи, основанной в 1603 г. в Риме, было изучение и распространение научных знаний в области физики. С 1611 г. членом Академии был Галилей. Академия деи Линчеи публиковала важные научные работы, постоянно выступала с открытой защитой учения Галилея, но процветала лишь до смерти ее основателя Федерико Чези в 1630 г. Возрождалась она несколько раз в XVIII, XIX вв. и лишь в 1944 г. преобразована в Национальную академию деи Линчеи.

Утверждение экспериментального направления в естествознании связано с основанной в 1657 г. во Флоренции Академии опытов. Она также организовывалась для пропаганды науки и должна была расширять физические знания путем коллективной экспериментальной деятельности своих членов. На собраниях академий ставились опыты и делались сообщения об их результатах, обсуждались различные вопросы естествознания. Однако деятельность этих академий была недолговечной. Академия опытов просуществовала всего 10 лет и была закрыта под давлением папских кругов, что нанесло большой урон итальянской науке.

По образцу Академии опытов были созданы Лондонское Королевское общество и Парижская академия наук, история основания которых начинается задолго до их открытия с работы кружков ученых.

Так, в Париже большую известность получил в начале XVII в. математический кружок М.Мерсенна, собрания которого во францисканском монастыре стали регулярными еще в 1625 г. Это был кружок математиков, физиков, астрономов, который стал подлинным центром французской науки. Ядро кружка составляли самые блестящие естествоиспытатели того времени: П.Гассенди, Ж.Роберваль, Ж.Дезарг, Р.Декарт. Постоянными посетителями этого кружка был десятилетний Б.Паскаль с отцом. Главным делом жизни Мерсенна была организация обмена научной информации ученых посредством переписки, которую он лично поддерживал со всеми ведущими учеными своего времени, служа своеобразным центром связи между ними [5]. Именно благодаря этой переписке становились известными важные открытия, например, опыты Торричелли с пустотой [6]. Благодаря его деятельности к середине XVII в. Париж стал европейским центром научных связей. Мерсенну очень хотелось, чтобы в Париже была академия наук, но при жизни увидеть ее не удалось.

В 1666 г. Людовик XVI утвердил Парижскую академию наук. Предполагалось, что она должна заниматься решением практических задач, важных для государства. Академики привлекались к исследованию полета снарядов, строительству военных укреплений и т.п. В качестве основного ядра будущей академии наук был использован кружок, сложившийся в свое время у М.Мерсенна. Первым президентом стал приглашенный из Нидерландов Х.Гюйгенс. Организационная деятельность Парижской АН способствовала многим успехам французской науки. Именно ей, начиная с 1669 г., наука обязана знаменитыми градусными измерениями, астрономическими и физическими наблюдениями в экваториальных странах и т.д. После Великой Французской революции в Париже была создана новая Французская академия наук – Институт Франции, член которой Шарль Кулон (1736-1806) установил закон, определяющий силу электростатических взаимодействий.

В XVII в. центр научных исследований из Италии, а затем Франции и Голландии постепенно перемещается в Великобританию, вступившую на путь капиталистического развития и ставшую к концу века сильнейшей морской державой. В этих условиях Лондонское королевское общество стало центром науки, история создания которого также начиналась с частных собраний. Начиная с 1645 г. в Лондоне регулярно собирался кружок любителей естественных наук, на заседаниях которого обсуждались проблемы физики, геометрии, навигации, химии и т.д. В связи с гражданской войной члены кружка кочевали между Оксфордом и Лондоном, с 1654 г. усилиями Роберта Бойля (1627–1691) кружок был преобразован в Оксфордское научное общество [7]. Главная цель Общества состояла в развитии нового экспериментального метода, а потому демонстрация различных новых явлений и приборов составляла одно из основных занятий еженедельных заседаний. После реставрации монархии усилиями Р.Бойля общество оформилось организационно, а в 1660 г. получило статус Лондонского Королевского общества. Девизом лондонского Королевского общества было и остается Nullius in verba – «Ничьих слов не принимать на веру» [8]. Созданное Общество разработало программу исследований, которая охватывала проблемы, поставленные, с одной стороны, практикой – мореплаванием (ориентировка в пространстве и времени, составление карт), военным делом (изучение движения снаряда в воздухе), металлургией, медициной и т.д.; с другой стороны – необходимостью выработать научный взгляд на природу. В Общество вошли выдающиеся физики Р.Бойль, Р.Гук, И.Ньютон, математик Д.Уоллис, математик и астроном К.Рен, формировались как ученые французы Ж.Даламбер, А.Лавуазье, Г.Монж, С.Карно, Ш.Кулон и т.д. Лондонское Королевское общество, хотя и именовалось Королевским, было объединением частных лиц, вносивших членские взносы на расходы общества по подготовке и проведению экспериментов, изданию печатных материалов. Его организационная деятельность способствовала многим успехам наук, в том числе и физики.

В России к концу XVII в. и в политическом, и в экономическом, и в культурном отношениях отставала от передовых западноевропейских стран, уже вступивших на путь капиталистического развития. Школы и высшие учебные заведения (Киевская академия и Московская Славянско-греко-латинская академия) являлись духовными учебными заведениями и преподавание в них носило средневековый, схоластический характер. Условия для создания научной академии появились лишь в XVIII в. в связи с реформами Петра I. В 1724 г. по указу Петра I была организована Петербургская Академия наук. Ровно через год после подписания указа Петр I умер, и академия начала работать уже при его преемнике в 1725 г. Перед Петербургской Академией наук, помимо ее основной задачи – развивать науку и использовать ее для нужд государства, – была поставлена задача подготовки национальных кадров ученых. Все первые академики были иностранцами, и в их задачу входила подготовка русских математиков, физиков, химиков и т.д. Для этой цели при Академии наук были созданы университет и гимназия. Организация Петербургской Академии наук явилась толчком к развитию русской науки [9]. С наибольшей интенсивностью в Академии наук разрабатывались физико-математические науки, так как они нужны были для решения практических задач: укрепления армии, развития мореплавания и т.д. Собравшиеся тогда в Петербурге ученые составили сильный научный коллектив, из которых особую известность имели Даниил (1700–1782) и Николай (1695–1726) Бернулли, Леонард Эйлер (1707–1783), математик Якоб Герман (1678–1733) и другие разносторонние ученые. В результате их деятельности Петербургская Академия наук быстро приобрела славу крупнейшего мирового научного центра. Создание физического кабинета при Академии положило начало экспериментальным физическим исследованиям. Во второй половине XVIII в. Петербургская Академия наук по существу оставалась единственным центром физической науки в России. Самое почетное место в достижениях науки в этот период принадлежит творчеству М.В. Ломоносова (1711-1765), Л.Эйлера, в 1766 г. вернувшегося в Россию, Франца Эпинуса (1724-1802) и Товия Ловица (1757-1804). По своему качеству эта физика занимала одно из первых мест в Европе. Выдающиеся успехи были достигнуты в исследованиях по теории электрических и магнитных явлений, по оптике и оптическому приборостроению. В целом, физики Петербургской Академии много сделали для связи науки с запросами практики, для создания новых учебных пособий и преподавания физики [10], а также для пропаганды ее достижений.

В XVII-ХVIII вв. возникает всплеск научной активности европейских университетов: между ними устанавливались научные контакты, производился обмен студентами и преподавателями, на базе университетов основывались научные общества и издавались научные журналы. Они же стали основой появления новых организационных форм физической науки – физических лабораторий и научно-исследовательских институтов.

Так, первая физическая лаборатория в Германии была создана в Гёттингенском университете В.Вебером (1804–1891), который был приглашен туда в 1831 г. К.Гауссом. В лаборатории Вебера работали ученые из различных стран мира. Здесь работал русский физик А.Г. Столетов, английский ученый А.Шустер и др. Вскоре небольшая лаборатория была расширена и превратилась в 1881 г. в Физический институт.

Профессор Берлинского университета Г.Магнус (1802-1870) в начале 40-х гг. XIX в. создал на собственные средства дома физическую лабораторию для научной работы практикантов. У Г.Магнуса учились молодые исследователи не только из Германии (Э.Варбург, А.Кундт, Р.Клаузиус, Э.Сименс, А.Крёниг), но и из Америки (Дж.Гиббс), Англии (Дж.Тиндаль), России (А.Г. Столетов, М.П. Авенариус), которые впоследствии организовывали новые физические лаборатории для проведения собственных исследований и организации физических школ. На его базе и кружка ученых, группировавшихся вокруг Г.Магнуса, в 1845 г. возникло Берлинское физическое общество, и был создан научный журнал «Успехи физики». В 1863 г. лаборатория была переведена в здание университета и стала государственной лабораторией, достигнув своего расцвета при знаменитом преемнике Магнуса – Г.Гельмгольце. В 1874 г. Г.Гельмгольц возглавил вновь созданный при Берлинском университете физический институт, в который приезжали работать физики всего мира.

Научные исследования ведутся в Оксфорде и Кембридже. В 1831 г. в Англии создается «Британская ассоциация содействия прогрессу науки», которая финансировала научно-исследовательские работы по различным отраслям естествознания. В 1871 г. на средства В.Кавендиша (потомка Г.Кавендиша) при Кембриджском университете была учреждена кафедра экспериментальной физики и начата постройка здания лаборатории, получившей впоследствии название Кавендишской лаборатории. Она была открыта в 1874 г., а первым профессором кафедры и первым заведующим лабораторией стал Дж.К.Максвелл. С тех пор Кавендишская лаборатория стала центром мировой физической науки.

Научная революция конца XIX – начала ХХ в. привела к дальнейшей «коллективизации» науки. К началу XX в. время одиночек-профессоров практически завершилось, и научные исследования стали проводиться тремя категориями работников: преподавателями университетов, сотрудниками научных организаций промышленности и государственными научными сотрудниками. Развитие современной физической науки требует больших финансовых вложений, в связи с чем возросла роль государственных и межгосударственных органов по координации научных исследований, произошло разделение научного труда в международном масштабе, что привело к международной кооперации в физических исследованиях, появлению крупных международных физических институтов, научно-исследовательских центров и координирующих организаций.

И здесь вновь можно упомянуть о вкладе ученых Кавендишской лаборатории в развитие физики, ведь именно здесь были открыт электрон (1897 г.), и нейтрон (1932 г.), расщеплено ядро (1919 г.), созданы камера Вильсона (1912 г.), масс-спектрограф (1913 г.), первый линейный ускоритель (1932 г.) и др. Здесь же сформировалась международная научная школа Дж.Дж.Томсона, получила развитие школа ядерной физики Э.Резерфорда.

На развитие квантовых представлений и становление квантовой механики существенное влияние оказали научные школы в физике, такие как Гёттингенскя теоретическая школа М.Борна, Копенгагенская теоретическая школа Н. Бора. Большую роль в становление отечественной физики оказали: физические школы П.Н.Лебедева и А.Ф.Иоффе, оптическая школа С.И.Вавилова, теоретические школы Л.Д.Ландау и И.Е.Тамма, школа ядерной физики И.В.Курчатова, Казанская научная школа магнитной радиоспектроскопии и многие другие.

Таким образом, развития физики со времен ее зарождения и становления естественным образом связано с развитием ее организационных форм.
Литература:

1. Очерки истории естественнонаучных знаний в древности / Под ред. Микулинского С.Р.– М.:Наука,1982.– С.244.

2. Фролов Э.Д. Античный Мусейон в его развитии от частно-правового института к государственному учреждению // Э.Д. Фролов. Парадоксы истории – парадоксы античности. СПб., 2004. – С. 314-334.

3. Очерки Марджани о восточных народах/ Вст. статья, комментарии, перевод с арабского, старотатарского языка и примечания А.Н.Юзеева. – Казань: Таткнигоиздат, 2003. – С.147-159.

4. Гайденко В.П. , Смирнов Г.А. Западноевропейская наука в средние века: Общие принципы и учение о движении. – М.: Наука, 1989.– С.288.

5. Елизаров В.П. «Республика Ученых»: Лейбниц и Мерсенн // Г. В. Лейбниц и Россия. Материалы Международной конференции. Санкт-Петербург, 26-27 июня 1996 г. / Отв. редакторы Т.В. Артемьева, М.И. Микешин. – СПб: СПб НЦ, 1996.–С.196-223.

6. Фрейман Л.С. Ферма, Торричелли, Роберваль // У истоков классической науки. Сб. статей. – М.: Наука, 1968.–С.220.

8. Копелевич Ю. X. Возникновение научных академий: Середина XVII—середина XVIII вв. – Л.: «Наука, 1974.– С. 52.

9. Развитие физики в России. – В 2-х томах. / Под ред. А.С. Предводителева, Б.И. Спасского. Сост. А. Ф. Коноков. – М.: Просвещение, 1970. – Т. 1– С. 11–12, 33.

10. Смагина Г.И. Академия наук и развитие образования в России в XVIII веке //Вестник РАН. – 2000. – Т. 70, № 7, с. 635-644.