Наука и изобретательство в мануфактурный период
«Мануфактурный период развивал первые научные и технические элементы крупной промышленности» (Маркс).1 Как мы уже видели, в эпоху позднего феодализма наметились первые великие сдвиги, сокрушившие старую схоластическую науку, в основном оторванную от технической практики, и создавшие предпосылки мощного подъема новой буржуазной культуры. В грозных раскатах реформационного движения, охватившего все европейские страны, в великой крестьянской войне первой половины XVI в., в Нидерландской революции конца этого столетия ?и в других великих социальных катаклизмах эпохи, выковывается идейное оружие восходящего капитализма — естествознание, философия, литература, искусство.
Родоначальником новой науки является английский ученый Френсис Бэкон (1561—1626), провозгласивший опыт и экспериментальное исследование единственным источником установления всякого научного положения, закона, теории. В своей работе «Новый органон», вышедшей в 1620 г., Бэкон подробно обосновывает значение индуктивного метода в естествознании и поднимает знамя борьбы с средневековой схоластикой, верой в непререкаемые авторитеты, подчинением догматам христианской церкви.
В XVII в. философская и естественно-научная теория быстро двигается вперед. Гоббс (1588—1679), Локк и Тол-ланд в Англии, Спиноза в Голландии развивают основные положения механического материализма. В лице крупнейших представителей нового миросозерцания философия и наука становятся органически связанными областями знания. Так, французский философ Декарт (1596—1650) является основателем аналитической геометрии и одним из первых механиков мануфактурного периода, другой французский мыслитель Паскаль (1623—1662) — творцом нового учения о жидкостях (гидравлика); немецкий философ Лейбниц (1646—1716) был одним из основателей дифференциального исчисления на ряду с английским ученым Ньютоном (1643—1727); голландский ученый Гюйгенс (1629—1695) — не только крупнейшим механиком эпохи, но и создателем оригинальных философских теорий.
Для развития техники XVI—XVIII вв. наибольшее значение имели успехи механики и математики, положившие начало «онаучиванию» технологического процесса мануфактуры.
Для отдельных отраслей производства наибольшую роль сыграли химические теории в горно-металлургическом деле, астрономические теории и разработка законов оптики — в стекло-зеркальном производстве, гидростатика и учение о теплоте— в энергетике, агрономические учения — в сельском хозяйстве.
Родоначальником современной механики является Галилей, установивший и сформулировавший основные законы статики и динамики твердых тел (законы свободного падения тел, изохронного качания маятника, равномерного движения, принцип инерции и др.). Из последователей Галилея наибольший вклад в механику XVII в. сделали Гюйгенс и Ньютон. Законченную форму теоретическая механика приобретает в трудах ученых XVIII в. — Эйлера, Даламбера и Лагранжа (последний обобщает механические законы в своих уравнениях движения). Базой для развития, формулировки и опытной проверки основных положений механики этой эпохи явилось «спорадическое применение машин в XVII в., так как оно дало великим математикам того времени практические опорные пункты и стимулы для создания современной механики».1 Влияние техники на науку ясно можно обнаружить из анализа происхождения многих важных технических принципов той эпохи. Так, напр.,. противоречие между недостаточной мощностью водяного колеса и разрастанием передаточного механизма в мельницах «было одним из тех обстоятельств, которые побудили к более точному исследованию законов трения». «Точно также, — говорит Маркс, — нерегулярность действия двигательной силы на мельницах,, которые приводились в движение ударом и тягой при помощи коромысел, привела к теории и практическому применению махового колеса, которое впоследствии стало играть такую большую роль в крупной промышленности».2 Маховое колесо, появившееся, повидимому, в XIV в., получает широкое распространение в XVI—XVII вв., становясь одним из важнейших элементов передаточного механизма ремесленной машины. Его главное назначение — выравнивать неравномерный ход рабочих машин и аккумулировать энергию, получаемую от двигателя, для последующей передачи исполнительному механизму. Такую функцию маховое колесо выполняет в токарных станках, самопрялках, прокатных станах и в особенности на мельницах, основанных часто на прерывистом движении. На мельницах, как указывает Маркс, развилось вообще все учение о трении, «а стало быть и все исследования о математических формах системы зубчатой передачи, зубцов ит. д.».1 При изучении передаточных механизмов мануфактуры, больше чем каких-либо других ее технических объектов, обнаруживается взаимосвязь науки и техники. Разнообразие форм и конструктивных разновидностей аппаратов, трансформирующих и передающих движение, становится очевидным даже при самом поверхностном просмотре технических сочинений XVII—XVIII вв. Наиболее важными типами передачи в мануфактурный период являются: 1) старая зубчатая передача; 2) канатная передача; 3) ременная передача. Зубчатая передача, известная уже с давних времен, обычно применялась в сочетании с валом. Зубчатые колеса являются лишь соединительными звеньями, необходимыми в тех случаях, когда требуется либо переменить направление оси вращения' (напр. преобразовать ее из горизонтальной в вертикальную), либо изменить скорость вращения. Такой способ передачи функционирует обычно лишь на небольших расстояниях, примерно до 10 м. Пространственное разрастание передаточного механизма при увеличении размеров исполнительного наталкивается здесь обычно на недостаточную мощность двигателя, в особенности когда это происходит в централизованной мануфактуре с ее значительной концентрацией материальных средств производства. Огромное увеличение силы трения при большом количестве зацеплений привело, во-первых, к созданию новых, более совершенных форм зубчатой связи, а во-вторых, к широкому распространению другого, также известного еще в древности типа передачи при помощи цепи. Последняя является важным элементом многочисленных подъемных сооружений. Цепь играет некоторую роль и в возникающей в недрах мануфактуры паровой
передача. Повидимому, одно из первых применений канатной передачи встречается в середине XVI в. в сверлильном станке для нарезки гемм, описанном
в работе итальянского механика Кардано. Другой тип канатной передачи возникает в начале XVII в. В сочинении немца Якоба де-Страда, в одном из рисунков такая передача служит приводом большого точильного круга, который, в свою очередь,
при помощи зубчатого колеса и шестерни дает движение жерновым мельницам.
Ременная передача появляется в XV в. и используется в мануфактурный период для некоторых рабочих аппаратов.
В технических сочинениях XVII в. упоминаются станки, приводимые во вращательное движение ремнями, причем иногда применялось скрещивание ремня (рис. 2).
Однако случаи применения в XVI—XVII вв. каната (или шнура) и ремня все-таки довольно редки и интересны лишь как возникновение нового технического принципа, повсеместное практическое осуществление которого относится к эпохе промышленного капитализма.
Для подготовки технической структуры фабрики с ее передачей энергии от единого мотора через трансмиссию многим исполнительным механизмам существенное значение имеют первые формы такой передачи, осуществленные на некоторых участках мануфактурного производства.
машине, что очень важно с точки зрения подготовки элементов будущего «универсального мотора». Двумя принципиально-новыми типами передачи, представляющими достижение технической мысли конца феодального периода и эпохи мануфактуры, входящими потом в арсенал технических средств капиталистической фабрики XIX в. в качестве основных ее передаточных механизмов, — являются канатная и ременная
Впервые привод от одного мотора к нескольким станкам стал практиковаться, повидимому, на металлургических заводах первой половины XVI в. Образец такой трансмиссии, примененной для раздувания нескольких мехов, показан на рис. 3. Аналогичный трансмиссионный аппарат, приводящий в действие толчею, мельницу и три мешалки для дробления, размалывания и промывки зо-
лотой руды и смешения золота со ртутью, описывается в трактате немецкого металлурга середины XVI в. Агриколы.
В XVII—XVIII вв. трансмиссия получает распространение уже во многих централизованных мануфактурах. Так осуществлялось историческое созревание одного из главных элементов крупной капиталистической промышленности.
При рассмотрений техники мануфактурного периода капитализма, Маркс на ряду с мельницей в качестве другого важнейшего технического объекта выдвигает часы, на которых «развилась вся теория равномерного движения». Действительно, трудно указать еще какой-либо аппарат, дававший столь богатое опытное поле для работы механиков. Часы явились как бы опытной моделью всего механического искусства вообще. Еще в древности были известны типы солнечных, песочных и водяных часов. В эпоху феодализма делаются попытки создать часы в форме механического аппарата, завод которого соединен с гирями. В XV—XVI вв. на церквах и ратушах многих европейских городов (напр., Страсбурга, Нюрнберга , Руана) появляются башенные колесные часы. Однако до конца XVI в. не было достаточной научной базы для превращения часов в точный измерительный прибор. Теоретические работы Л. да-Винчи (ум. в 1519 г.) и Кардана не установили еще основного для часового механизма принципа изохронности колебаний. Решающее значение имеет появление в последней трети XVI в. на научной арене фигуры Галилео Галилея (1564—1642), являющегося основоположником классической механики XVII в. Открытые им в 1582 г. законы колебания маятника (прямая пропорциональность квадратов времен колебания маятников их длинам, постоянство времени колебания при уменьшении амплитуды) сделали этот последний наиболее пригодным для измерения времени прибором. Однако Галилей не занялся практическим приложением своего открытия, и разработка новой конструкции часов выпала на долю его учеников и последователей. Наибольшее значение здесь имели работы голландского механика Христиана Гюйгенса, являющегося творцом математической теории маятника и, по существу,' основателем современного часового искусства. В 1656 г. он берет патент на свои первые часы с маятником, а в дальнейшем занимается усовершенствованием ряда деталей часового механизма и изобретает балансир и спиральную пружину, являющуюся аккумулятором энергии; постепенное разворачивание последней обеспечивает длительное действие многочисленных частей механизма, а работа маятника — равномерность передвижения стрелок.
После Гюйгенса в последней трети XVII в. конструкция часов разрабатывается механиками разных стран в плане придания им портативной формы карманных часов.
В 70-х годах карманные часы уже имеют хождение в Англии. В начале XVIII в., во избежание изменения длины маятника под влиянием изменений температуры, стали устраивать так наз. компенсационные маятники, использующие то обстоятельство, что различные металлы имеют неодинаковый коэффициент расширения (маятник надлежащим образом составляют из разнородных металлических стержней).
XVIII в. является эпохой расцвета часового производства. Трудно назвать хотя бы одного крупного механика этого времени, который не отдал бы дань часам, не являлся бы своего рода «часовых дел мастером».
Огромное значение часов в мануфактурный период определялось не их ролью в практике тогдашнего производства — эта роль была крайне незначительной — а тем, что они представляли собой первый самодействующий аппарат, т. е. автомат. Этот принцип был перенесен в XIX в. с часов на различные объекты фабричной техники и стал одной из важнейших тенденций развития крупной машинной индустрии. «Не подлежит ни малейшему сомнению, — говорит Маркс, — что в XV111 в. часы впервые подали мысль применить автоматы... к производству».1
XVII—XVIII вв. характеризуются повышенным интересом широких технических кругов к изобретению всевозможных автоматических игрушек. При узком ремесленном базисе мануфактуры с ее преобладающим употреблением ручных инструментов, изобретатели очень часто не имеют возможности приложить свои силы к сфере общественно-полезных усовершенствований и вынуждены переключать свою творческую энергию со станков и аппаратов, призванных увеличить эффективность человеческого труда, на бесцельные или узкие по своему назначению механические игрушки, рассчитанные на спрос ведущих праздную жизнь верхушек общества.
Творческие замыслы и проекты большого идейного содержания принимают порою уродливую искривленную форму забавных технических «кунштюков». Эта черта эпохи очень ярко отображена в судьбе знаменитых механиков XVIII в. Так, напр., крупнейший русский изобретатель И. П. Кулибин, работавший над центральными проблемами своего времени (проект водоходного судна, одноарочный мост, самокатка, оптический телеграф, часы), не мог добиться практической реализации своих важных изобретений. В условиях феодально-крепостной России он должен был стать «придворным механиком». Предприимчивость, энергия и дарование Кулибина уходили на из готовление диковинных игрушек и автоматов, хитроумных аппаратов для театральных празднеств, красивых безделушек, служащих предметом развлечения в аристократических салонах, механических приспособлений в комнатах царского дворца.
Точно так же другой гениальный механик XVIII в. француз Вокансон, разочаровавшись в возможности плодотворной деятельности в области текстильной промышленности (он был инспектором королевских шелковых мануфактур и изобрел механический ткацкий станок для тканья простых и узорчатых материй, не нашедший себе практического применения), начал потом разменивать свое искусство первоклассного механика на «упражнения» в производстве автоматов и, превратившись в полукомедианта, разъезжал с ними по разным городам Европы.
Такова была участь всех изобретателей, живших в эпоху,, когда возможности технического прогресса оказывались несовместимыми с узко-очерченными рамками общественного производства. Отсюда — уход изобретателей в мир механической выдумки и фантазии, «пестрый, буйный и жуткий мир, в котором люди жили до тех пор, пока наука не разбила его вдребезги» (Зомбарт).1
На ряду с математикой и механикой значительные успехи делает в мануфактурный период и астрономия. Великая гелиоцентрическая гипотеза Коперника подвергалась в течение XVI в. постоянным нападкам и запрещениям церкви и не была окончательно научно обоснована, так как еще допускала движение планет по эпициклам, т. е, по кругам, центры которых описывают в свою очередь другие круги. Победу новой астрономической системе обеспечивают только в начале XVII в. открытия Иоганна Кеплера (1571—1630).
Противоречия коперниковскбй гипотезы были устранены открытым им законом обращения планет вокруг солнца по эллипсам, в одном из фокусов которого находится солнце. Вместе с двумя другими законами Кеплера это положение лежит в основе современной астрономии. Благодаря работам Галилея и других астрономов XVII в., изучение небесных светил ставится на твердую опытно-научную почву. Возникают обсерватории и создаются новые астрономические приборы, в первую очередь, подзорные трубы, при помощи которых оказывается возможным производить точные астрономические наблюдения. В связи с этим получает развитие техника шлифовки оптических стекол, которую в особенности усовершенствовал Гюйгенс. Установление Ньютоном (1643—1727) в 1685 г. закона всемирного тяготения и определение силы тяготения планет к солнцу как пропорциональной массе планеты и обратно-пропорциональной квадрату расстояния ее от солнца, а также работы Ньютона по оптике (1704 г.), дают новый толчок астрономии, а также научной и прикладной оптике. Для развития металлургии в XVII—XVIII вв. большое значение имеет разработка в эту эпоху научно-физических и, в особенности, химических теорий. Работами французского физика Мариотта (1620—1684) и английского — Бойля (1626—1691) положены были основы физики газообразных тел; француз Папен (1647—1714) впервые исследовал свойства пара и заложил первые элементы теории паровой машины.
Химия, не ставшая еще в XVII в. на твердую научную почву, ноуже почти освободившаяся от алхимических фантазий о философском камне, превращающем одни металлы в другие, создает на рубеже XVII и XVIII вв. отброшенную впоследствии теорию флогистона, некоего субстанционально-присущего огню вещества, соединяющегося с окисями металлов при их плавке. Для своего времени эта теория, основоположником которой был немецкий ученый Шталь (1660—1734), дала удовлетворительное объяснение металлургическим процессам и имела большое значение для тогдашней практики металлургического производства. На почве флогистонной теории стояли крупнейшие химики XVIII в. (до Лавуазье) — знаменитый Реомюр (1683—1757), Блек (1728—1799), открывший и изучивший углекислоту, Пристлей (1733—1804),, исследовавший свойства водорода.
Развитие гидротехники в связи с первенствующим положением водяного колеса в мануфактурный период быстро двинуло вперед разработку законов гидравлики. Как указывает Энгельс, науку гидростатику создала необходимость регулировать, горные потоки в Италии. Творцом новой гидростатики является голландский ученый Стевен (1543—1620). До него учение о жидкостях находилось на том уровне, до которого его довел две тысячи лет тому назад Архимед. В XVII в., крупнейший вклад в гидравлику был сделан учеником Галилея Торичелли (1608—1647), положившим начало работам с разреженными парами и газами, и французским философом, математиком и физиком Паскалем (1623—1662).
Расцвет естественно-математических наук в XVII в. имел одним из своих последствий зарождение научных обществ и журналов и издание научной литературы по вопросам философии, механики, физики, химии, астрономии, физиологии, ботаники, агрономии и т. д. Университеты, раньше стоявшие во главе умственной жизни, теряют теперь свое значение, являясь, главным образом, оплотом старых реакционно-схоластических традиций. Центрами новой науки становятся государственные академии, возникающие обычно из различных обществ ученых. Из них наибольшую роль в научной жизни сыграли три: английская («Королевское общество»—1662 г.), членами которой были Ньютон, Бойль, Гюйгенс; французская (1666 г.) и немецкая (1700 г.). «Лондонское королевское общество», в состав которого входили преимущественно экспериментаторы-исследователи, начало издавать в 1665 г. специальный журнал «Philosophical Transactions*). В том же году вышел первый номер французского научного журнала «Journal de Scavans». Эти начинания вскоре нашли отклики и в других странах. В 1682 г. в Лейпциге основывается журнал «Acta еш-ditorum», деятельным корреспондентом которого был Лейбниц, печатавший там свои многочисленные математические статьи. С 80-х годов XVII в. начинают издаваться несколько научных журналов в Голландии.
В XVIII в. появляется новый участок научной деятельности — ученые экспедиции (географические, ботанические, астрономические), давшие возможность внести значительные поправки в астрономические и географические карты и более точно исследовать флору и фауну земного шара. Организация таких экспедиций стимулировалась не только научными целями, но определялась также общим направлением французской и английской колониальной политики XVIII в.