Формирование новой картины мира

Ко второй половине XVII в. наука стала развиваться во всех сферах жизнедеятельности. Новому поколению ученых уже не нужно было сдерживать натиск представителей старого поколения, отстаивающих картину мира, выдвинутую еще Аристотелем. Согласно Аристотелю, Земля представляет собой сферу в центре Вселенной, расположенную ниже Луны (подлунная сфера несовершенных материальных тел). Выше находятся концентрические небесные сферы Луны, Солнца и звезд, состоящие из более чистой, неземной материи; они вращаются вокруг Земли. Каждая часть мироздания имеет назначенное ей место, стремится занять его и обрести покой. Это была логически согласованная система устройства Вселенной и действующих в ней законов физики. Средневековое общество приняло ее, поскольку эта теория соответствовала содержанию Библии. Данная картина была разрушена Коперником и Галилеем. Их теории признавались новой наукой почти единодушно.

Появляется большое количество новых теорий, среди которых корпускулярная теория света французского математика и астронома Пьера Гассенди (1592–1655). Он взял за основу теорию атомов, созданную еще Эпикуром. Согласно гипотезе Гассенди, атомы представляют собой частицы, обладающие массой и инерцией. Они двигаются в пустоте, существование которой доказывали последователи Галилея.

Во второй половине XVII в. активно начинает исследоваться природа света: изучается оптика, появляется теория, что свет – это поток частиц. Исаак Ньютон (1642–1724), исследуя оптические явления, пришел к выводу, что свет имеет волновую природу. Голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) развил волновую теорию света математически.

Развитие оптики привело к появлению микроскопа. Точная дата его появления неизвестна. Первым, кто создал микроскоп с увеличением в 300 раз, был Антон ван Левенгук (1632–1723); тем самым он открыл мир бесконечно малого. С помощью нового устройства были исследованы насекомые, обнаружены бактерии, получила полное подтверждение теория английского врача Уильяма Гарвея (1548–1657) о большом и малом кругах кровообращения.

В 1644 г. итальянский ученый Эванджелиста Торричелли  (1608–1647) открыл атмосферное давление и создал барометр – это была трубка, заполненная ртутью. В результате опытов было замечено, что пространство над столбиком ртути – настоящая пустота. Таким образом, отвергалось предположение, что пустоты быть не может. Позже Паскаль подтвердил эту теорию, поднявшись с барометром на гору и запечатлев изменение давления. Открытие пустоты сыграло огромную роль, послужив в будущем созданию парового двигателя.

Несмотря на общий прогресс науки, основным успехом в XVII в. было открытие Исааком Ньютоном (1643–1726) закона всемирного тяготения. Его главный труд «Математические начала натуральной философии» был опубликован в 1687 г. В этом труде Ньютон обобщил результаты, полученные его предшественниками (Г. Галилеем, И. Кеплером, Р. Декартом, X. Гюйгенсом, Дж. Борелли, Р. Гуком, Э. Галлейем и др.) и результаты собственных исследований. Он впервые создал единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Ньютон нашел объяснение открытиям Коперника и Галилея. Он совершил то, что пытались сделать до него: физически обосновал движение планет вокруг Солнца и объяснил причину удерживания их на орбитах.

Открытия Ньютона служат венцом научной революции. Выдвинутые им законы являются величайшими достижениями в области физики и естествознания. Они стимулировали развитие науки еще более 200 лет. В конце XVII в. завершилась научная революция, были достигнуты успехи в физике, математике, биологии. Развитие химии еще не началось, но для этого возникли все предпосылки. Самое важное то, что наука сформировалась как институт: была разрушена старая средневековая картина мира и сформирована новая.

Первая половина XVIII в. – время освоения научных достижений, зародившихся в XVII в. Появилась новая философия, перед которой стояла задача доказать существование альтернативы религиозной картине мира. В эту эпоху начинается распространение науки далеко за пределы Англии, Франции и Голландии. По образу французской и английской академий были созданы академии наук в Германии и Австрии, появились академии в Швеции и России (1724). Создание научной базы в России принадлежит Михаилу Ломоносову (1711–1765).

Развитие науки в XVI–XVIII вв. сыграло огромную роль в истории человечества. Наука превратилась в институт, стала влиять на все сферы экономики и общества. Ее развитие тесно переплетено с развитием техники, которая в эту эпоху достигла новых высот. В конце XIX – начале XX в. произошла революция в естествознании. В этот период были сделаны крупнейшие научные открытия, которые привели к пересмотру прежних представлений об окружающем мире. Ведущую роль в науке играли страны Западной Европы – в первую очередь Англия, Германия и Франция. В 1897 г. английский физик Джозеф Томсон (1856–1940) открыл первую элементарную частицу – электрон, входящий в состав атома. Оказалось, что атом, который раньше рассматривался как неделимая последняя мера материи, сам состоит из более мелких частиц. Французские физики Антуан Беккерель (1788–1878), Пьер Кюри (1859–1906) и Мария Кюри (1867–1934) исследовали эффект радиоактивности и пришли к выводу о том, что некоторые элементы произвольно излучают энергию. В 1901 г. Макс Планк (1858–1947, Германия) установил, что энергия выделяется не сплошными потоками, как думали раньше, а отдельными пучками – квантами. В 1911 г. английский физик Эрнест Резерфорд (1871–1937) предложил первую планетарную теорию строения атома, согласно которой атом представляет собой подобие Солнечной системы: вокруг положительного ядра движутся электроны – отрицательные частицы электричества. Нильс Бор (1885–1962, Дания) в 1913 г. выдвинул предложение о скачкообразном переходе электрона с одной орбиты на другую; при этом электрон получает или поглощает квант энергии. Открытия Бора и Планка послужили фундаментом для развития теоретической физики. После исследований в области квантовой физики новый феномен не укладывался в ньютоновское понимание вещества, материи. Объяснение этому явлению дал Альберт Эйнштейн (1879–1955), который в своей теории относительности (1905) доказал, что материя, пространство и время взаимосвязаны. Ньютоновская картина мира с абсолютным пространством и абсолютным временем была окончательно отвергнута. По Эйнштейну, время при скоростях, близких к скорости света, замедлялось, а пространство могло искривляться. Работы ученого получили всемирную известность.

В 1869 г. великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) открыл периодический закон химических элементов. Было установлено, что порядковый номер элемента в периодической системе имеет не только химический, но и физический смысл, так как соответствует числу электронов в слоях оболочки того или иного атома.

Быстрыми темпами развивались электрохимия, фотохимия, химия органических веществ естественного происхождения (биохимия) и химическая фармакология. Опираясь на достижения биологии (учение о клеточном строении организмов) и теорию австрийского натуралиста Грегора Менделя  (1822–1884) о факторах, влияющих на наследственность, немецкий ученый Август Вейсман (1834–1914) и американский ученый Томас Морган (1866–1945) создали основы генетики – науки о передаче наследственных признаков в растительном и животном мире. Классические исследования в области физиологии сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения осуществил русский ученый Иван Петрович Павлов  (1849–1936). Изучив влияние высшей нервной деятельности на ход физиологических процессов, он разработал теорию условных рефлексов.

Достижения биологии дали мощный толчок развитию медицины. Продолжая исследования выдающегося французского бактериолога Луи Пастера (1822–1895), сотрудники Пастеровского института в Париже впервые разработали предохранительные прививки против ряда болезней: сибирской язвы, куриной холеры и бешенства. Немецкий микробиолог Роберт Кох (1843–1910) и его многочисленные ученики открыли возбудителей туберкулеза, брюшного тифа, дифтерита, сифилиса и создали лекарства против них. Благодаря успехам химии медицина пополнилась рядом новых препаратов. В лекарственном арсенале врачей появились широко известные ныне аспирин, пирамидон и другие средства. Врачами разных стран мира разрабатывались основы научной санитарии и гигиены, меры по профилактике и предупреждению эпидемий.

Во второй половине XIX в. от терапии (или внутренней медицины, которая первоначально охватывала всю медицину, кроме хирургии и акушерства) отпочковываются новые научно-практические отрасли. Например, педиатрия, существовавшая и прежде как отрасль практического врачевания, оформляется в самостоятельную научную дисциплину, представленную кафедрами, клиниками, обществами (выдающимся представителем ее в России был Н.Ф. Филатов). Невропатология  и психиатрия также превращаются в научные дисциплины на основе успехов в изучении анатомии и физиологии нервной системы и клинической деятельности Ф. Пинеля, Ж.М. Шарко (Франция), А.Я. Кожевникова, С.С. Корсакова, В.М. Бехтерева (Россия) и многих других ученых в разных странах.

Наряду с лечебной медициной развивается медицина профилактическая. Поиски не только эффективного, но и безопасного метода предупреждения заболевания оспой привели английского врача Эдуарда Дженнера (1749–1823) к открытию вакцины (1796), применение которой позволило в дальнейшем радикально предупреждать это заболевание путем прививок. В XIX в. венский врач И. Земмельвейс (1818–1865) установил, что причина родильной горячки кроется в переносе заразного начала инструментами и руками медиков, ввел дезинфекцию и добился резкого сокращения смертности рожениц.

Работы Л. Пастера, который установил микробную природу заразных болезней, положили начало «бактериологической эре». Основываясь на его исследованиях, английский хирург Джозеф Листер (1827–1912) предложил антисептический метод лечения ран, применение которого позволило резко уменьшить число осложнений при ранениях и оперативных вмешательствах. Открытия немецкого врача Р. Коха и его учеников привели к распространению так называемого этиологического направления в медицине: врачи стали искать микробную причину заболеваний. Микробиология и эпидемиология получили развитие во многих странах. Были открыты возбудители и переносчики различных инфекционных болезней. Разработанный Р. Кохом метод стерилизации текучим паром был перенесен из лаборатории в хирургическую клинику и способствовал развитию асептики. Описание отечественным ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864–1920) «мозаичной болезни табака» (1892) положило начало вирусологии. Теневой стороной всеобщего увлечения успехами бактериологии была несомненная переоценка роли микроба-возбудителя как причины заболеваний человека. С деятельностью Ильи Ильича Мечникова (1845–1916) связаны переход к изучению роли самого организма в инфекционном процессе и выяснение причин возникновения невосприимчивости к заболеванию – иммунитета. Большинство видных микробиологов и эпидемиологов России конца XIX – начала XX в. (Д.К. Заболотный, Н.Ф. Гамалея, Л.А. Тарасович, Г.Н. Габричевский, А.М. Безредка и др.) работали совместно с И.И. Мечниковым. Немецкие ученые Э. Беринг и П. Эрлих разработали химическую теорию иммунитета и заложили основы серологии –  учения о свойствах сыворотки крови.

В области физико-математических наук этого периода определились три основных направления:

• исследование строения веществ;

• изучение проблемы энергии;

• создание новой физической картины мира.

Научные исследования в этих сферах не укладывались в рамки господствовавших до сих пор естественнонаучных представлений. Они привели 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 было не только открыто множество новых химических элементов, разместившихся в пустых до этого клетках менделеевской таблицы элементов, но и обнаружено превращение элементов. Благодаря открытию радиоактивности и созданию новой модели атома в новом свете предстало значение периодического закона Менделеева.

В биологических науках утверждалось эволюционное учение Ч. Дарвина, творчески дополненное 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 государств координировать и регулировать научные исследования исходя из своих задач. Общества и ассоциации, созданные на этой основе, стали играть 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.