Создание и использование научных приборов

Развитие техники подготовило в XVI-XVII вв. создание, усовершенствование и использование многих точных, необходимых для развития научных знаний приборов [36, 37].

Быстрое распространение научных знаний, возможность не только дать описание конструкции, но и показать общий вид и схему инструментов привлекло к ним большое число исследователей и инструментальных мастеров. В XVI в. большое внимание уделялось конструированию и изготовлению приборов для проведения астрономических наблюдений на море. Для определения широт стали использовать град-шток, начались поиски средств определения долгот, которое вообще и особенно на море было связано с огромными трудностями.

Велись работы и по усовершенствованию геодезических, маркшейдерских и особенно морских компасов; в XVI в. для устранения погрешностей показания приборов под влиянием качки на море была разработана конструкция компаса накардановом подвесе, а в XVII в. к компасу присоединили алидаду с диоптрами, получившую в морских компасах название пеленгатора; маркшейдерские же и геодезические компасы стали называться буссолями. Дотелескопические астрономические инструменты достигли наибольшего расцвета в конце XVI в.

Френсис Бэкон (1561-1626 гг.)

Датский астроном Тихо Браге создал на о-ве Гвэн обсерваторию, оснащенную тончайшими инструментами. В 1598 г. он опубликовал подробное описание более 25 инструментов обсерватории и методику работы с ними. Сочетание тщательности выполнения и технических усовершенствований при изготовлении инструментов с аккуратностью ж настойчивостью дроведения наблюдений, введение поправок за счет различных погрешностей сделали результаты наблюдений Тихо Браге непревзойденными по точности. Немецкий астроном Иоганн Кеплер обработал многолетние наблюдения Браге и вывел законы движения планет. В этом открытии Кеплера важную роль сыграли инструменты Тихо Браге.

Конец XVI и первая половина XVII в. ознаменовались созданием ряда новых инструментов и приборов, позволивших проводить систематические опыты, сделать интереснейшие научные открытия «погда после темной ночи средневековья, - писал Ф. Энгельс в «Диалектике природы», - вдруг вновь возрождаются с неожиданной силой науки начинающие развиваться с чудесной быстротой, то этим чудом мы опять-таки обязаны производству. Во-первых, со времени крестовых походов промышленность колоссально развилась и вызвала к жизни массу новых механических (ткачество, часовое дело, мельницы), химических (красильное дело, металлургия, алкоголь) и физических фактов (очки) которые доставили не только огромный материал для наблюдений, но также и сонно иные, чем раньше, средства для экспериментирования и позволили сконструировать новые инструменты. Можно сказать, что собственно систематическая экспериментальная наука стала возможной лишь с этого времени» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 501).

Ренэ Декарт (1596-1650 гг.)

Эти созданные человеком самые разнообразные новые приборы для аолюдении и измерений позволили исключительно расширить область) естественных органов чувств. Основной принцип новых приборов и годов работы с ними заключался в том, что изучаемые процессы и явле ия, не воспринимаемые непосредственно органами чувств человека годаря приборам делались доступными для исследования. Наиболее герны в этом отношении телескопы, позволившие наблюдать огромные, Е евидямые из-за их колоссальной отдаленности, планеты, звезды, туманности. Зрительная труба появилась в конце XVI в., по-видимому, почти одновременно в Италии и Голландии. Достоверные сведения о конкретной зрительной трубе, использованной для наблюдений, связаны с именем Галилея. В 1609 г. он, зная о существовании зрительных труб и используя естественнонаучные знания, накопленные к этому времени, изготовил зрительную трубу, получившую впоследствии название «телескоп» и применил ее для астрономиче ских наблюдений. Открытия Галилеем с помощью телескопа солнечных пятен, четырех спутников Юпитера, гор на Луне и фаз Венеры получили широкую известность.

В трубе Галилея выпуклая линза служила объективом, а вогнутая - окуляром. В 1611 г. Кеплер опубликовал описание новой зрительной трубы, состоявшей из двух выпуклых линз. Эта схема, по сравнению со схемой Галилея, имела ряд преимуществ: помимо большого поля зрения, она давала в фокальной плоскости действительное изображение наблюдаемого объекта. Это позволило в дальнейшем, поместив в фокусе крест нитей, а впоследствии - сетку нитей, использовать зрительную трубу в качестве визирного приспособления. С появлением в 40-70-х годах XVII в. окулярного микрометра, изобретение которого связано с именами В. Гаскойна, X. Гюйгенса, Ж. Пикара, А. Озу, трубу стали использовать и для измерения малых углов. Это значительно расширило возможности телескопа, превратив его из инструмента наблюдательного в измерительный.

'Воздушный телескоп' XVII в

Несовершенство первых одхголинзовых телескопов, дававших нерезкое и окрашенное изображение, вызвало дальнейшие усовершенствования. Чтобы устранить оптические дефекты, стали изготовлять линзы с большим фокусным расстоянием, изображение получалось менее окрашенным, но труба значительно удлинялась. Так, например, Ян Гевелий создал телескоп длиной 49 м. Чтобы избежать трудностей изготовления такой длинной трубы, он отказался от сплошной трубы и создал так называемую воздушную. В XVII в. существовали различные воздушные трубы,. В одних объектив и окуляр не были связаны между собой - объектив располагался на столбе, а окуляр - на штативе, в других -и объектив, и окуляр прикреплялись с двух сторон к доске, или раме, необходимой длины, которая подвешивалась на столбе. Помощник наблюдателя с помощью веревок и блоков изменял положение такой «трубы» [38]. Конечно, наблюдения с таким инструментом требовали от астронома и его помощников исключительного терпения и упорства. Поэтому мысль исследователей обратилась к вогнутым зеркалам, которые, так же как и линзы, давали в фокусе изображение наблюдаемого объекта, но не окрашенное, так как лучи не проходили через стекло, а отражались от зеркальной поверхности. Однако у зеркал был свой большой недостаток. Сравнительно легко изготовляемые сферические зеркала не давали резкого изображения. Вместо хроматической аберрации стало необходимым устранять аберрацию сферическую. История телескопа - это постоянная конкуренция между телескопами линзовыми (рефракторами) и зеркальными (рефлекторами). Она продолжалась с переменным успехом на протяжении более трех столетий и завершилась уже в XX в. созданием как бы компромиссной системы зеркально-линзовых телескопов, в которых использовались преимущества и устранялись недостатки обеих этих систем [39]

Не меньшую роль в развитии науки сыграл микроскоп, имя изобретателя которого, так же как и изобретателя телескопа, достоверно неизвестно. Микроскоп дал возможность исследовать близкие к нам, но не видимые из-зи исключительной малости объекты микромира-микробы. В 1609-1610 гг. свои первый микроскоп сконструировал Г. Галилей. В его микроскопе был использован принцип «голландской» зрительной трубы, которая имела положительную линзу (объектив) и отрицательную линзу (окуляр). Успехи в шлифовании стеклянных линз позволили создать простые микроскопы с увеличением до 300 раз. Нидерландский биолог А. Левенгук, используя линзы, которые он сам изготовлял, провел многочисленные наблюдения различных микроскопических объектов. Результаты наблюдений и открытий он сообщал в письмах в Лондонское Королевское общество (публиковались в трудах с 1673 г.) [40]

Исаак Ньютон (1643-1727 гг.)

В 1500 г. Леонардо да Винчи изобрел анемометр (указатель силы ветра), причем он предложил укреплять его на наружной стенке экипажа и высказал идею измерять скорость передвижения по силе возникаюших воздушных потоков. Из других прибор можно назвать ареометр, проекционный фонарь, слуховую трубу.

К новым инструментам можно отнести также стереоскоп Леонардо да Винчи (1500 г.), барометр Торричелли (1643 г.), манометры Вивиани (1642 г.) и Паскаля (1646 г.), вакуумный насос Герике (1650 г.) лот, угломеры, приборы для черчения и рисования [41].

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716 гг.)

В рассматриваемый период в странах Западной Европы в условиях господства феодального способа производства развивались элементы капиталистических отношений и происходил процесс первоначального накопления капитала. Однако феодальный строй был еще достаточно силен, и политическая власть во всех странах была сосредоточена в руках феодалов. Феодализм успешно заглушал ростки капитализма, пробивавшие?ебе путь в Италии, и сумел свести на нет буржуазную революцию XVI в. в Нидерландах. Поэтому достижения техники, новые данные естественных наук не могли получить широкого применения. Как указывал К. Маркс, «мануфактура не была в состоянии ни охватить общественное производство во всем его объеме, ни преобразовать его до самого корня. Она выделялась как архитектурное украшение на экономическом здании, широким основанием которого было городское ремесло и сельские побочные промыслы. Ее собственный узкий технический базис вступил на известной ступени развития в противоречие с ею же самой созданными потребностями производства» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 381).