Век изобретательства: от механизированной экспериментальной науки к механизированной промышленности, 1700–1800 гг.

Век изобретательства: от механизированной экспериментальной науки к механизированной промышленности, 1700–1800 гг.

Как оказалось, открытия Ньютона и экспериментальная программа Королевского научного общества были как раз тем, что требовалось для запуска промышленной революции. И она была незамедлительно начата в Британии. Европа же, все еще очарованная картезианским рационализмом, отстала почти на столетие.

Отделение континентальной картезианской от ньютоновской и экспериментальной науки в Британии отчасти создавалось и, безусловно, там и там закреплялось действиями религиозных властей. Когда Декарт начал издавать свои труды в 1630-х гг., религиозные власти немедленно забили тревогу. Идея механической вселенной или частиц в движении, без активного вмешательства Бога, была для них немыслимой. Декарту пришлось скитаться по Европе, избегая проявлений враждебности со стороны властей, католических и протестантских. Что объединяло итальянских, испанских и французских католиков, голландских кальвинистов и немецких пиетистов, так это глубокая вера в божественное всемогущество и непогрешимость истории, изложенной в Библии. Однако через несколько десятилетий интеллектуалы Европы уже были глубоко преданы картезианской науке, а к концу XVII в. и Французская академия наук (континентальный конкурент лондонского Королевского научного общества) вдохновлялась идеологией картезианства.

Иезуиты, контролировавшие значительную часть начального образования во Франции, Испании, Италии и Южной Германии, решили помириться с картезианством. Они даже были готовы преподавать Декартову математику и определенную часть его физики, а также приняли его логический подход. Они, однако, настаивали на том, что Бог мог вмешиваться в дела вселенной, творя чудеса, а душа и Святой Дух не были частью материального, движимого частицами миром. Иезуиты также приняли модель Солнечной системы, впервые разработанную Тихо Браге, согласно которой все планеты вращались вокруг Солнца, кроме Земли, расположенной в центре Вселенной, причем Солнце со всеми остальными планетами вращалось вокруг Земли. Это вполне удовлетворяло католическую церковь и стало моделью, входившей в учение иезуитов на протяжении многих десятилетий.

Католиков вполне устраивало то, что для проверки гипотез картезианцы использовали логику, а не эксперимент. Иезуиты стали настоящими мастерами логического аргумента и могли легко примирить многие элементы новой механической науки с потребностями церкви. Ньютоновская модель, однако, всецело ими осуждалась. Они посчитали, что таинственная сила тяготения слишком напоминает магию, а экспериментальный подход к открытию и получению знаний был слишком непредсказуемым.

Совершенно иной была реакция в Британии, где Ньютона поддержала англиканская церковь. Как мы отмечали в главе 6, политическая и религиозная борьба в Британии привела не к появлению единой официальной государственной церкви, навязывавшей жесткую ортодоксию, а к двум ярко выраженным государственным церквям — англиканской в Англии и пресвитерианской в Шотландии — с терпимым отношением к католикам и неофициальным протестантам, таким как квакеры, пуритане и другие.

Когда Ньютон опубликовал «Математические начала натуральной философии» в 1687 г., немногие полностью поняли эту работу. Но в течение нескольких лет популяризация создала простой образ механической вселенной, приводимой в движение мудрым Создателем и поддерживавшейся в гармонии благодаря тому, что все тела следовали простым законам. Сила тяготения считалась не магической или таинственной силой, но промыслом всемогущего Создателя, использовавшего единый закон тяготения, чтобы упорядочить приливы и выделить Луне, планетам и всем земным телам надлежащее им место. Для установления гармонии среди людей различной веры англиканская церковь начала использовать Ньютонову вселенную как образец божественной мудрости и гармонии, в которой каждая планета и Луна следовала своим путем в согласии с единым сводом естественных законов. Церковь даже содействовала изучению упрощенной версии законов Ньютона в качестве основы нравственной и плодотворной жизни.

В начале XVIII в. при поддержке церкви и благодаря славе Ньютона Королевское научное общество пользовалось всенародной любовью и восхищением, что не могло не привести к всеобщему интересу к его экспериментальной практике. Продажи научных приборов резко выросли как на внутреннем, так и внешнем рынке, так что к середине XVIII в. Лондон стал мировым центром по производству подобной аппаратуры. Часто проводившиеся открытые лекции, демонстрации и деятельность провинциальных научных обществ привлекали массу почитателей из самых разных слоев общества — дам и джентльменов, ремесленников, предпринимателей.

Как мы отметили в главе 7, ремесленники, предприниматели, производители приборов и знать (даже духовенство) занимались своими собственными программами экспериментов и вели наблюдения в надежде прийти к собственным открытиям и новым полезным знаниям. Именно это сотрудничество и многостороннее исследование промышленного процесса стало ключевым в достижении успеха. Так, хотя, например, Дени Папен, помощник Роберта Бойля и куратор экспериментов в Королевском научном обществе, разработал одну из первых моделей парового поршневого двигателя, ему так никогда и не удалось построить работающую модель (однако ему принадлежит еще одно практическое изобретение-скороварка). Скорее, именно простой ремесленник, Томас Ньюкомен, сумел изготовить рабочие детали и разработать комплексную систему впускных и выпускных клапанов, позволивших создать рабочий паровой двигатель.

Ньюкомен, безусловно, узнал о возможности двигателя без наддува и основных принципах атмосферного давления и создании вакуума путем конденсирования пара из публикаций Королевского научного общества и из открытых лекций, читавшихся по всей стране. Но именно его опыт в горной промышленности и навыки ремесленника позволили ему разработать действующий паровой двигатель.

Аналогичным образом несколько десятилетий спустя изготовитель приборов Джеймс Уатт взял научные разработки Джозефа Блэка и других, касавшиеся скрытой теплоты и идей об эффективном использовании энергии, основанных на Ньютоновой рабочей механике, и использовал их для построения усовершенствованного парового двигателя. Сам Уатт свободно вращался в мире ремесленников и изготовителей инструментов и горных инженеров, заинтересованными его трудами (которые и построили полнофункциональные двигатели, основываясь на его модели), и в мире академических ученых в университете Глазго и Королевского научного общества, и в мире предпринимателей и промышленников, таких как Джон Робак и Мэтью Бултон (его партнеров по сбыту и производству паровых двигателей). Именно эта подвижная среда, сводившая вместе талантливых людей идей, людей, умевших создавать механизмы и работать с ними, и людей с рыночным чутьем, каждый из которых стремился следовать экспериментальным программам изобретательства для создания новых продуктов и новых процессов, сделали открытие парового двигателя, а позднее промышленную революцию реальностью.

Два фактора имели определяющее значение для развития практического научного машиностроения, для его поддержки промышленниками и предпринимателями и распространения среди тысяч ремесленников и технических работников. И эти два фактора были характерны только для Британии и, возможно, нигде более возникнуть не могли. Первым было превращение экспериментальных исследовательских программ с использованием научной аппаратуры и открытий и демонстрации эмпирических взаимосвязей в независимый, основополагающий метод получения знаний. Вторым фактором было принятие экспериментального метода, использование научных приборов и осознание текущих научных исследований в качестве насущных элементов в образовании и жизни простых людей — в особенности тех, кто искал работу в промышленности.

Оба этих элемента были частью наследия Фрэнсиса Бэкона, который был одновременно и философом, и лордом-канцлером (или же генеральным прокурором) Англии в начале XVII в. Бэкон настаивал на том, что публичные эксперименты были наилучшим путем к новому знанию. Кроме того, Бэкон утверждал, что экспериментальное знание приведет к более значительным усовершенствованиям в промышленном производстве, медицине, ремеслах и всех полезных искусствах, чем какое-либо знание, приобретаемое посредством логики или следованию древней традиции.

Королевское научное общество приняло Бэкона как одного из своих героев. Оно не только послужило рупором его идей об экспериментальном и инструментальном исследовании как истинном пути к знанию, но и популяризировало представления Бэкона о том, что экспериментальные программы должны вести к полезному знанию, а следовательно большему материальному благосостоянию и процветанию. Именно это его представление (что экспериментальное знание станет полезным для предпринимателей, ремесленников, производителей, торговцев и всех участвующих в полезных родах деятельности) побудило общество публиковать и широко освещать его труды. Также его убеждение привело к основанию технических библиотек и лекториев по распространению знания, которое общество называло «новой философией» или «экспериментальной философией».

В особенности в Шотландии, для которой после ее унии с Англией в 1707 г. открылся целый ряд новых возможностей, исследователи, доктора, юристы, духовенство и предприниматели принялись улучшать положение своей отсталой на тот момент страны, создавая новую, современную образовательную программу для сограждан, в основном ориентированную на новое знание и научные открытия, а не на древние тексты. На протяжении XVIII в. в шотландских университетах Глазго, Эдинбурга, Абердина и Сент-Эндрюса разрабатывался наиболее передовой и эмпирический курс обучения в мире.

В XVIII в. шотландские университеты воспитали целую плеяду выдающихся физиков, ученых и политических и экономических мыслителей Европы и Америки (президент Принстонского университета во время американской революции Джон Уизерспун был шотландцем, учившимся в Эдинбурге). Шотландия, бывшая до XVIII в. одним из беднейших регионов Европы, за короткое время стала одним из ведущих интеллектуальных центров мира, а к XIX в, — центром промышленных инноваций, горной промышленности и производства. Она добилась этого, обратившись к новым открытиям, экспериментальным методам и ньютоновским подходам к науке, а также благодаря признанию того, что обучение этим открытиям и методам должно стать ключевой частью интеллектуального багажа каждого — от механика до крупного промышленника. И скорее всего не случайно, что Джеймс Уатт был именно шотландцем, работавшим с паровыми двигателями в университете Глазго, и что многие другие шотландские инженеры, такие как Джон МакАдам, Уильям Мердок и Томас Телфорд, сыграли ведущую роль в промышленной революции.

Кроме того, обучение на основе новейших научных открытий и по последнему слову экспериментальной методики стало общепринятым в Британии благодаря открытым лекциям, демонстрациям, а также распространению плакатов и учебников, доступных в технических библиотеках по всей стране. Развилась даже небольшая отрасль промышленности, дававшая упрощенное представление и популяризировавшая практические формулы из последних научных трудов. Каждый — от ремесленника до представителя высших классов — мог свободно получить практические знания в области последних исследований, и многие так и поступали.

Женщины разделяли всеобщее увлечение образованием, и многие из них стали крупными учеными и изобретателями. Среди них — палеонтолог Мэри Эннинг, ботаник Анна Аткинс, математик Августа Ада Байрон Лавлейс, астроном Каролина Гершель и физик Мэри Соммервиль в Британии, поклонница Британии мадам Де Шатле в Париже (переводившая труды Ньютона на французский) и астроном Мария Митчелл в Соединенных Штатах.

Усвоение экспериментального метода и общедоступность последних научных открытий превратило ремесленников и изготовителей приборов в современных инженеров. Именно близкое знакомство бизнесменов и промышленников с преимуществами эксперимента и научного исследования — и потенциалом исследований в создании ценнейших инноваций — побудило предпринимателей нанимать и финансировать инженеров для усовершенствования своей деятельности. Примерно столетие спустя после публикации в 1687 г. фундаментальной работы Ньютона только Британия содействовала обучению и популяризации экспериментального метода и Ньютоновой механики среди ремесленников, инженеров и предпринимателей, побуждая представителей всех этих групп объединяться с ведущими научными исследователями и даже разрабатывать свои собственные исследовательские программы и заниматься изобретательством. Вот так Британия впервые в истории сделала научное проектирование обычной и вполне ожидаемой частью экономического производства.

В большинстве европейских стран до конца XVIII в., напротив, различия между ремеслом, предпринимательством и научной работой оставались четко выраженными. Промышленников и производителей больше заботило знание своей продукции, торговых секретов и рынков сбыта, чем научное знание или методы, которые привели бы к созданию новых процессов или продуктов. Тем временем европейские математики продолжали свои исследования, не слишком заботясь об их практической применимости. Экспериментаторы и теоретики Французской академии наук оставались элитой, занятой внутренними дебатами; их работа не получала широкого освещения и не доносилась до французской публики XVIII в. В дебатах в главных салонах Франции гораздо больше внимания уделялось политике и реформированию королевских учреждений, чем экспериментальной науке.

Поразительно, что в конце XVIII — начале XIX вв., даже после того, как ошибки картезианской механики стали общеизвестными, а французский ученый Антуан Лавуазье провел экспериментальную революцию в химии, масштабы применения научных открытий в производстве и промышленных процессах во Франции были совершенно несравнимы с британскими. Многие французские ученые продолжали рассматривать механику главным образом как совокупность проблем абстрактной математики, а не эмпирического исследования реального мира. А что если бы не было никаких британских успехов в инженерии и производстве, подтолкнувших французов и других европейцев к развитию своей собственной практической и научной инженерии? Возможно, европейские математики действительно достигли бы уровня, сопоставимого с достижениями прошлых поколений китайских, индийских и мусульманских математиков, но, как и у последних, их работа едва ли оказала бы сколько-нибудь значительное влияние на промышленное производство.