Наука в XIX – начале XX в.

Наука в университетах

В XIX – начале XX в. научные исследования были локализованы в немногих странах. Дж. Бернал констатирует: «В 1896 году практически вся мировая наука концентрировалась в Германии, Англии и Франции. Остальные же научные центры в Европе и Америке в действительности представляли собой вспомогательные местные филиалы науки этих стран, а в Азии и Африке наука была сравнительно мало развита»[16]. Сама научная деятельность осуществлялась на базе университетов. В Германии первую университетскую научную лабораторию создал в 1825 г. выдающийся химик Юстас фон Либих — профессор университета г. Гиссена. Ее школу прошли ученые, оставившие глубокий след в науке: Август Гофман, Фридрих Кекуле, Н.Н. Зинин и многие другие. С 30-х гг. университеты различных германских государств усиленно создают научные лаборатории.

Со второй половины XIX в. в структуре ряда германских университетов появляются научно-исследовательские институты. Они финансировались из университетского бюджета, работали по тематике факультетов, обычно возглавлялись заведующим кафедрой соответствующего профиля. В этих институтах тесно переплетались обучение и научная работа, к которой привлекались не только преподаватели, но и студенты. Научно-исследовательские институты в высших учебных заведениях в короткий срок стали одной из наиболее эффективных форм организации исследований. На рубеже XIX–XX вв. выделились своими достижениями исследовательские центры при Берлинском и Гейдельбергском университетах, Высшей технической школе в Ганновере, Физико-химический институт Вильгельма Оствальда в Лейпциге.

В Великобритании Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1846 г. организовал лабораторию при университете г. Глазго. В 1872 г. начала действовать Кларедонская лаборатория в Оксфорде. К 1874 г. относится официальное открытие получившей впоследствии высочайшую научную репутацию Кавендишской лаборатории при Кембриджском университете. Первым ее директором был один из крупнейших ученых Джеймс Клерк Максвелл. Французские университеты восстановили утраченную при Наполеоне I административную самостоятельность в 1896 г. Наряду с учебной работой они начали подготовку научных кадров и проведение исследований. Для этого создавались специализированные институты и центры, ориентированные на решение практических задач в области химии, агрохимии, бактериологии, гигиены и т. п.

Научно-исследовательские учреждения

В конце XIX – начале XX в. в ряде европейских стран и США возникли научные учреждения нового типа – самостоятельные лаборатории и институты. В отличие от университетских они обладали автономией, т. е. имели собственный бюджет, штат, управленческий аппарат, выступали как юридическое лицо. Появление подобных учреждений означало преобразование научной деятельности из индивидуальной в коллективную форму, т. е. переход к новому, более высокому уровню. Это отвечало потребностям времени: сложность и многогранность стоявших перед исследователями проблем требовали для их разрешения усилий многих ученых, зачастую различных специальностей.

Созданию научно-исследовательских институтов способствовала также возникшая на определенном этапе развития необходимость решения общегосударственных научных проблем прикладного характера, которые не вписывались в профиль университетов с их «чистой» наукой и были не под силу частнопредпринимательским организациям. В таких случаях организатором научных исследований становилось само государство. Опыт создания правительственных исследовательских учреждений ведет свою историю с 1676 г., когда в Гринвиче была открыта Королевская обсерватория для наблюдения за небесными телами с целью улучшения навигационных таблиц. Тогда это было не правилом, а исключением, а в XIX в. государственные лаборатории численно умножились и укрепили свое положение. Британское правительство в 1832 г. основало Отдел по геологическим изысканиям, финансировало учрежденное в 1854 г. Метеорологическое управление, которое разместило на побережье континентальной Европы станции по наблюдению за погодой, снабжало военные и торговые корабли приборами для океанографических наблюдений и получало от них отчеты. В 1900 г. была открыта Национальная физическая лаборатория – первый в Англии государственный технический научно-исследовательский институт. На его базе в числе других проводил эксперименты Королевский авиационный завод.

В Германии практические задачи решали Комиссия стандартов-, созданная в 1868 г., Государственное статистическое управление (1872). Вне системы высшей школы действовали Государственный физико-технический институт, Институт инфекционных заболеваний Роберта Коха (1891), Институт экспериментальной терапии Пауля Эрлиха (1899). Сами названия организованных в Германии Института морских и тропических болезней (1900), Института мировой экономики и экономики морского транспорта (1914) говорят о тематике и целях проводившихся в них исследований.

В США также появляются учреждения, призванные решать научно-технические вопросы. Это были Армейский корпус инженеров (1802), Армейский исследовательский центр по изучению озер (1841), Армейский корпус связи (1863), Геологическая служба Министерства внутренних дел (1879), Бюро погоды (1890), различные научные подразделения в других ведомствах. Научным центром национального значения стал основанный в 1846 г. в Вашингтоне Смитсоновский институт[17]. Его деятельность субсидировалась и контролировалась федеральным правительством, дававшим заказы на исследования в области геологии, географии, химии, метеорологии, военно-инженерного дела. В XX в. государственное регулирование научных исследований стало еще более широким. В 1901 г. организовано Национальное бюро стандартов. Выявившееся с началом Первой мировой войны отставание ряда отраслей военной промышленности побудило учредить в 1915 г. Военно-морской консультативный комитет и Национальный консультативный комитет по аэронавтике (предшественник позднейшего НАСА – Национального управления по аэронавтике и освоению космоса). Созданный в 1916 г. Национальный исследовательский совет, включивший чиновников, представителей благотворительных фондов, Национальной академии наук, университетов и промышленных лабораторий, координировал работу по научно-техническому обеспечению производственных программ.

Частнокапиталистический сектор науки

Переход к монополистической стадии капитализма и расширение производства стимулировали новую тенденцию в развитии науки: более активное приложение ее к практике. В это время достижения науки не только продвинули далеко вперед теоретические представления в самых различных областях знания, но и преобразовали многие технологии, оживили старые и создали предпосылки для возникновения новых отраслей промышленности. Наука постепенно становилась существенной составной частью производства. В связи с этим монополистические объединения проявляли все большую заинтересованность в научных исследованиях. В начале XX в. в США была найдена эффективная возможность вложения средств в науку. Налоговое законодательство страны предоставило значительные льготы частному капиталу, предназначенному для благотворительной деятельности в области культуры, образования, науки. Крупнейший владелец железнодорожных и сталелитейных компаний Эндрю Карнеги, отойдя от дел и продав свои предприятия, в 1902 г. создал благотворительный фонд своего имени. Поместив в него деньги, Карнеги освободил от уплаты подоходного налога значительную часть состояния и в то же время наладил систематическое финансирование исследовательских работ. К 1915 г. число подобных фондов достигло 27 и в дальнейшем продолжало быстро расти. Рокфеллеровский Институт медицинских исследований в 1920 г. имел бюджет в 23 млн дол. Подобные инъекции частного капитала привели к тому, что американская наука в некоторых отраслях начала опережать европейскую.

В других странах нашли место иные формы финансирования и организации научной деятельности частнопредпринимательскими компаниями. Во Франции общества кооперативных исследований аккумулировали добровольные вклады промышленных предприятий. Они, так же как и в США, освобождались от уплаты налогов. Результаты исследований переходили в пользование всех пайщиков. В Германии ориентация монополий на использование научных достижений и новейших технических решений выразилась в формировании Общества содействия развитию науки имени кайзера Вильгельма, созданного в 1911 г. Оно имело статус самоуправляющейся организации под покровительством канцлера. Финансовое обеспечение шло за счет средств промышленных монополий. В рамках Общества кайзера Вильгельма к 1914 г. действовало 37 институтов, тесно связанных с промышленностью. Большинство из них наряду с фундаментальными проводило и прикладные исследования по заказам металлургической, химической, угольной и других отраслей промышленности. Высокую эффективность в обеспечении научно-технического прогресса показали промышленные лаборатории. В качестве профессионально действовавших постоянных научно-исследовательских организаций они впервые появились еще в 1850 г. для обслуживания германской лакокрасочной промышленности. Затем эта форма организации прикладных исследований распространилась и в других странах, особенно в США.

Учреждение Нобелевской премии

О возросшем авторитете науки свидетельствует международное признание Нобелевской премии, названной по имени ее учредителя – шведского инженера, изобретателя динамита и бездымного пороха Альфреда Нобеля[18]. Он был не только крупным исследователем, но и удачливым предпринимателем, одним из самых богатых европейских капиталистов. Незадолго до кончины, в 1895 г., Нобель достойно распорядился своим состоянием, завещав 31 млн шведских крон из имевшихся у него 33 млн (или 9 млн дол., что эквивалентно примерно 100 млн дол. в конце 70-х гг. XIX в.) на выплату премий его имени. В завещании говорилось: «Капитал мои душеприказчики должны перевести в процентные бумаги, создав фонд, проценты с которого будут выдаваться в виде премии тем, кто в течение предшествующего года принес наибольшую пользу человечеству.

Указанные проценты следует разделить на пять равных частей, которые предназначаются: первая часть тому, кто сделал наиболее важное открытие или изобретение в области физики, вторая — тому, кто совершил крупное открытие или усовершенствование в области химии, третья — тому, кто добился выдающихся успехов в области физиологии или медицины, четвертая — создавшему наиболее значительное литературное произведение, отражающее человеческие идеалы, пятая — тому, кто внесет весомый вклад в сплочение народов, уничтожение рабства, снижение численности существующих армий и содействие мирной договоренности»[18].

Созданные отдельно по каждой из премий Нобелевские комитеты на основе предложений научной общественности в обстановке строгой тайны решают вопрос о кандидатах. Первые присуждения Нобелевских премий состоялись в 1901 г. Их получили Эмиль фон Беринг за работы в области физиологии и медицины, Вильгельм Конрад Рентген — по физике и Якоб Хенрик Вант-Гофф — по химии.

Революционный переворот в физике

Наукой, положившей начало революционным преобразованиям в естествознании, стала физика. В 1895 г. Рентген открыл глубокопроникающие лучи, названные впоследствии рентгеновскими. Спустя совсем немного времени, 20 января 1896 г., американские врачи с помощью лучей Рентгена впервые увидели перелом руки человека. Это произвело ошеломляющее впечатление. Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям: в 1896 т. Анри Беккерель обнаружил излучение урана, т. е. явление радиоактивности. Это направление в физике продолжили Пьер Кюри и его жена Мария Складовская-Кюри, которые нашли более сильные, чем уран, источники радиоактивности – полоний и радий. Последний мог причинить непоправимый вред здоровью находившихся вблизи от него людей. В 1903 г. П. Кюри и А. Лаборд, зафиксировав выделение радием теплоты, установили существование внутриатомного источника энергии. Последовавшие одно за другим открытия доказали сложность строения атома, наличие в его составе положительно заряженного ядра (Эрнест Розерфорд), вращающихся по принадлежащих им орбитам отрицательных [19] частиц-электронов {Джозеф Джон Томсон), их движение по собственным орбитам, изменение которых приводит либо к излучению, либо к поглощению энергии {Нильс Бор), возможность расщепления атома (Розерфорд). Совокупность этих и других открытий, их теоретическое осмысление привели к созданию ядерной физики.

Вновь установленные явления не согласовывались с господствовавшей в XIX в. идеей непрерывности физических процессов. Это противоречие разрешил Макс Планк, выдвинувший в 1900 г. предположение, согласно которому атомы отдают энергию не непрерывно, а выделяют ее порциями, квантами. Этим в науку был введен принцип дискретности, т. е. раздельности, прерывности. Отсюда вытекало, что в природе наряду с явлением непрерывности закономерно имеют место и скачкообразные процессы.

Стремительный рывок совершила теоретическая физика в связи с разработкой Альбертом Эйнштейном специальной (1905) и общей (1916) теории относительности. Раскрывая ее сущность, Эйнштейн подчеркивал: «Теория относительности изменяет законы механики. Старые законы несправедливы, если скорость движущейся частицы приближается к скорости света. Новые законы движения тела, сформулированные теорией относительности, блестяще подтверждаются экспериментом»[20]. В свете теории относительности безраздельно господствовавшие геометрия Эвклида и теория тяготения Ньютона предстали как отражение частных условий материального мира. Установленные же Эйнштейном законы поля и движения отразили более общие закономерности природы. Он пришел к выводу о тесной связи свойств пространства и времени с материей.

Достижения химической науки

Вторая половина XIX в. характеризовалась выдающимися достижениями в области химии. В 1869 г. Д.И. Менделеев открыл периодический закон, согласно которому химические и физические свойства элементов находятся в зависимости от их атомных весов. На основе найденной закономерности Менделеев предсказал и точно описал свойства трех не известных еще науке элементов. Впоследствии они были экспериментально выделены: в 1875 г. – галлий, в 1879 г. – скандий и в 1886 г. – германий. Менделеевская периодическая таблица показала свои неоспоримые прогностические возможности, что неоднократно подтверждало открытие новых элементов.

Интенсивное развитие получила физическая химия, предмет которой – исследование физических изменений в связи с химическими реакциями. Ее успехи во многом связаны с деятельностью Вильгельма Оствальда, Якоба Хендрика Вант-Гоффа, Сванте Аррениуса. Под влиянием теоретических исследований этих ученых значительно продвинулось практическое использование достижений химической науки в промышленности, включая получение серной и азотной кислот, белильной извести и едкого натра, анилина, электрохимические процессы добывания металлов и т. п. Благодаря работам Фридриха Августа К скуле, Жозефа Ле Беля,А.М. Бутлерова сформировалась органическая химия, объектом которой являются соединения углерода. Созданная трехмерная модель расположения атомов в пространстве дала возможность анализировать и синтезировать сложные соединения. В результате были получены новые синтетические красители и синтетические материалы: пластмассы (целлулоид, бакелит), искусственный шелк, вискозные химические волокна, заменители каучука и др.

Великие открытия в биологии

Развитие биологической науки в конце XIX в. связано прежде всего с окончательным утверждением эволюционной теории. Автор «Происхождения видов» (1859) Чарльз Дарвин в 1871 г. опубликовал книгу «Происхождение человека», в которой обосновал процесс его эволюции. Важную роль в разработке эволюционных идей сыграл и Томас Гекели — второй после Дарвина создатель теории видообразования.

Дарвину было ясно, что изменения в отдельном виде порождают эволюцию, но он не смог объяснить, чем вызывается сама изменчивость видов. Природу наследственного механизма раскрыл чешский натуралист Грегор Иоганн Мендель. Он установил, что в ядре каждой клетки содержится некий, по его представлениям, наследственный фактор, содержащий некоторые признаки организма и отвечающий за их передачу по наследству. В результате индивидуальные свойства передаются из поколения в поколение без смешения и усреднения. Свои опыты Мендель завершил в 1866 г., но они не получили признания у современников. Лишь в 1900 г. голландский ученый Хуго де Фриз, немецкий исследователь Карл Эрих Корренс и австрийский биолог Эрих Чермак независимо друг от друга и почти одновременно вторично открыли и сделали всеобщим достоянием законы наследственности Менделя. В 1909 г. датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен для обозначения единицы наследственного материала ввел понятие «ген», ставшее общепринятым термином.

Привели к важным открытиям исследования в области цитологии – науки о строении, развитии и функциях клеток. Еще в 70 – 80-х гг. XIX в. Вальтер Флеминг выявил в ядре клетки структурные образования, получившие название «хромосомы». После начатых в 1910 г. опытов Томаса Ханта Моргана стала окончательно ясной связь между генами и хромосомами. Гены являются частью хромосом и носителями отдельных наследственных свойств и признаков, а хромосома содержит наследственную информацию в целом. Но сами гены далеко не во всех случаях устойчивы. Это в 1900 г. заметил Хуго де Фриз, который внезапные изменения признаков у потомков назвал мутациями. Своим возникновением они обязаны либо случайным в развитии организма событиям, либо искусственным воздействиям, при которых поражается один из генов. Развитие биологии и ее составной части – генетики укрепили теорию эволюции живого мира.

Связь науки и техники

Великие открытия в теоретической науке в момент их свершения в большинстве случаев еще не оказывали непосредственного воздействия на отдельные отрасли промышленного производства или сельского хозяйства. Для этого потребуется время. Но они поднимали общий уровень теоретических исследований, которые давали возможность привести в систему известные данные и на основе целостных знаний о предметах и явлениях дать ключ к решению технических проблем. Дж. Бернал идею приоритета науки в научно-техническом прогрессе выразил словами: «Постоянные и накопленные со временем усовершенствования в технике могут исходить от инженеров, но выдающиеся преобразования происходят лишь в результате вмешательства науки»[21]. Только после того как естествознание открыло и изучило различные виды материи и формы ее движения, многообразные силы природы и их законы, техника получила возможность практически их использовать. Электротехника и электроэнергетика, переработка нефти и химическое производство в целом, моторостроение, авиация и многие другие отрасли стали возможны лишь в результате научных открытий и крупнейших изобретений. Прогресс техники постепенно, но неуклонно оказался в прямой зависимости от научных достижений, машинная индустрия по-существу явилась технологическим воплощением науки.