2.6. Развитие техники и технических наук в XIX –XX вв.

Принято различать ремесленное производство, мануфактурное и машинное. В ручном труде орудие труда играет роль единственного опосредующего звена между субъектом и объектом. В машинном производстве цепь опосредующих звеньев значительно возрастает. Даже если источником движения была рука человека, машина играла роль посредника между рукой и орудием труда, рабочим инструментом (ткацкие, токарные станки с ручным приводом). Машины появились еще в Древнем мире и в Средневековье, но играли тогда второстепенную роль, подавляющая часть производства была основана на ручном труде. В мануфактурах роль машин возрастает, но ручной труд также еще распространен. Мануфактуры – переходный этап от ручного труда к машинному.

Промышленная революция началась в Англии в 60-х. гг. XVIII в. В XIX в. промышленная революция шла во Франции, Германии, Италии, США, России. Если в ремесленных мастерских использовались ручные орудия труда, а в мануфактурах машины, приводимые в действие мускульной силой человека, животных, силой ветра или воды, то в ходе промышленной революции на фабриках основным становится паровой двигатель. Отдельные модели парового двигателя появлялись в XVII веке. Модели постоянно совершенствовались. Наиболее удачной стала модель Джеймса Уатта (патент 1784 г. на универсальный двигатель крупной промышленности).

На первом этапе промышленной революции рабочие машины внедрялись в текстильном производстве. На втором этапе паровой двигатель был внедрён во всех отраслях производства. На третьем этапе были изобретены металлообрабатывающие станки, перевернувшие технологии машиностроения. Был изобретены передаточные механизмы от парового двигателя к исполняющим машинам, что открыло дорогу созданию крупных заводов и фабрик.

Сначала люди производили продукцию вручную, затем люди стали производить машины, которые производили продукцию. А затем и сами машины стали производиться машинами – это еще один этап промышленной революции. Для этого было необходимо добиться стандартизации деталей и машин («нормализации»), совместимости и взаимозаменяемости.

Профессия инженера могла стать массовой только в эпоху крупного машинного производства, когда объективно возникла потребность в носителях этой профессии, и когда в ответ на эту потребность стала формироваться система профессиональной подготовки инженеров. Существовавшие в Европе университеты и академии наук не могли взять на себя эту функцию. Возникали средние и высшие технические школы, ставшие центрами формирования технических наук. В подготовке инженера, в отличие от подготовки мастера, ремесленника, четко выделяется этап теоретического обучения, предшествующего практической выработке навыков. Первоначально в таких заведениях обучение имело практический характер, в форме передачи практических знаний и умений от наставника ученикам, но постепенно ориентация на освоение и применение естественнонаучных знаний усиливалась. Ярким примером такого учебного заведения стала основанная в 1794 г. Парижская политехническая школа (Гаспар Монж), по образцу которой позднее стали создаваться инженерные школы в других странах. В России первые технические школы начали появляться с начала XVIII в. (горные, морские, военно-инженерные).

Подъем технического знания до научного уровня стал возможен, во многом, благодаря деятельности высших технических школ. Естественнонаучные теории проникали в прикладные технические знания и привели к возникновению технических наук. Технические науки возникли на стыке производства и естествознания. В них технические знания поднялись с эмпирического на теоретический уровень, а естественнонаучное знание получило практическое приложение.

Первыми возникли технические науки механического цикла (теория механизмов и машин, детали машин). Во-первых, механическое движение – простейшая форма движения, поэтому механика стала развиваться раньше других разделов физики. Механическое движение макроскопических тел человек может непосредственно наблюдать органами чувств, поэтому оно легче поддается описанию, в отличие, например, от химических, электрических, тепловых процессов. Во-вторых, был накоплен богатый практический опыт создания всевозможных устройств, использующих механическое движение. Теория механизмов и машин как первая техническая наука начала формироваться в конце XVIII в. К 30-м гг. XIX. в структуре этой науки сформировались основы кинематики, к середине XIX в. сложилась динамика машин.

Одной из первых технических наук стала также техническая термодинамика, как теория паровой машины. Паровые двигатели в начале XIX в. уже широко применялись. Изобретение парового двигателя – классический пример развития технического знания на эмпирическом уровне без применения естественнонаучных знаний. Хотя теоретические основы теплотехники начали формироваться уже е в XVIII в., в том числе, благодаря российским ученым (М.В. Ломоносов, Г.В. Рихман), изобретатели паровой машины, не зная еще законов термодинамики, смогли эмпирическим путем найти способ преобразования тепловой энергии в механическую. Но дальнейшее совершенствование парового двигателя было невозможно без естественнонаучного обоснования, без глубокого познания природных процессов, лежащих в основе его функционирования. Потребность в совершенствовании уже применявшегося на практике парового двигателя стимулировала развитие термодинамики, как естественнонаучной теории, и технической термодинамики, как науки технической. Гельмгольц математически обосновал закон сохранения энергии (1847). Клаузиус и Томсон сформулировали второе начало термодинамики.

Начиная с XV-XVI вв. происходило накопление знаний по химической технологии в процессе развития промышленного производства кислот, щелочей, солей и др. Эти знания долгое время оставались на эмпирическом уровне и имели характер описания конкретных производств и их оборудования. Химические процессы гораздо сложнее поддаются научному, теоретическому объяснению, чем процессы механические. Становление химической технологии как науки относят к сер. XVIII - сер. XIX вв.

До сер. XIX в. техника, в основном, опережала науку и стимулировала её развитие. Из производства шел заказ на новую технику, новая техника иногда изобреталась без особых вливаний научных теорий, без естественнонаучного сопровождения. Но дальше использование этих изобретений наталкивалось на проблемы, достигало предела возможностей эксплуатации эмпирически полученных принципов. Возникала потребность во вмешательстве естествознания. Этому способствовали четыре фактора: 1) Дефицит сырья, получаемого старыми способами, при росте спроса. Это стимулировало научный поиск способов синтетического производства. 2) Низкая эффективность эмпирически изобретенных технологий (паровая машина Ньюкомена требовала много угля, локомотив Стефенсона двигался медленно, а при больших скоростях сильно вибрировал). 3) Увеличение масштабов производства вело к достижению критических пределов техники, сконструированной по эмпирически полученным принципам. Эти пределы уже невозможно было отодвинуть на базе существующих принципов. 4) Требовалась большая точность технических процедур, недостижимая имеющейся техникой.

Эволюционное улучшение техники на базе имеющихся принципов исчерпало свои возможности. Наука позволяла вывести технику за пределы этих ограничений, путем выведения качественно новых принципов построения техники из естественнонаучных теорий, а не из имеющейся технической практики, не путем экстраполяции известных процессов. «Теория может играть роль эвристики в изобретении».¹ Так наука помогла усовершенствовать производство стали, очищая руду от фосфора, помогла усовершенствовать конструкцию локомотива. Техника стимулировала науку на поиски, предъявляла заказ, а наука двигала вперед технику, исчерпавшую возможности роста на собственной основе.

Таким образом, уже с сер. XIX в. наука начинает опережать технику и направлять её развитие. Так исследование электромагнитных явлений способствовало развитию электротехники (70-е гг. XIX в.). Ушедшая вперед наука выходила на практическое приложение своих знаний. Наука стала существенно влиять на технику, изобретая то, что не могло быть изобретено техниками-практиками, не следовало из ремесленной техники (например, телеграф, телефон – из электродинамики). Но делали это, все же, не сами естествоиспытатели, а люди с инженерным складом ума. Взаимодействие естествознания и техники в XIX в. все-таки еще не было систематическим. Оно зависело от многих случайных факторов (личные контакты ученых и практиков, вненаучные стимулы и др.). Сами естествоиспытатели, ведомые исследовательским интересом, зачастую не тратили время на поиск возможностей практического применения своих открытий. Максвелл и Герц работали над теорией электромагнитного поля, ведомые чисто познавательным интересом, не принимая во внимание возможность ее практического приложения в технике. Герц, уже сконструировав передатчик и приемник электромагнитных волн, не смог увидеть в этом возможностей практического применения. В.К. Рентген, изначально выучившийся на инженера, посвятил себя физическим исследованиям. Он отказался патентовать изобретенную им трубку, испускавшую х-излучение, и не занимался непосредственно конструированием приборов для практического применения своего открытия.

Но в ХХ веке характер научной и инженерной деятельности меняется, эпизодическое влияние науки на технику и производство сменяется систематическим взаимодействием. Научная и инженерная деятельность уже не могут развиваться обособленно, они тесно переплетаются, образуя единый процесс познания и использования законов природы, в котором научные открытия и технические изобретения являются последовательными этапами. Время между научными открытиями и их практическим воплощением неуклонно сокращается. Это общая и устойчивая тенденция. Границы между инженерной деятельностью и научной становятся все более условны и подвижны. С одной стороны, в университетах, исследовательских институтах создаются технопарки, позволяющие пройти этапы НИР, НИОКР, создания прототипа и выпуска малой серии продукции. С другой стороны, крупнейшие промышленные компании создают свои исследовательские лаборатории. В США уже в 1920 г. существовало около 300 таких лабораторий. Выстраивается цепь, на одном конце которой познавательная деятельность ученых, а на другом преобразующая деятельность инженеров.

С 70–х гг. XIX в. до сер. ХХ в. продолжается классический этап развития технических наук, в ходе которого они окончательно выделились в самостоятельную область научного знания. Произошло их дисциплинарное оформление, формирование языка и методов познания. Технические науки стали строиться по образцу естественных наук, заимствуя структуру, организацию научного сообщества. Институционализация технических наук проявилась в становлении системы многоуровневого технического образования, в открытии технических школ по различным направлениям, в постепенном повышении их статуса, в приравнивании их к университетской науке (в них проводились самостоятельные научные исследования, им было дано право присуждать докторские степени). В 1935 г. в составе Академии наук СССР было создано Отделение технических наук.

Накопление знаний вело к дифференциации технических наук. В конце XIX – н. XX вв. наибольшее развитие получила электротехника, что привело к качественным изменениям в промышленности. Паровой двигатель уступал место электрическому. В рамках электротехники зарождается радиотехника.

В промышленности на первый план выходят машиностроение и приборостроение, металлургия, энергетика, горное дело, химическая промышленность и транспорт. Возникают все более крупные поточные, конвейерные производства. Началась автоматизация производства.

В советской и российской науке этап развития, начавшийся в сер. ХХ в. принято называть научно-технической революцией. Происходит дальнейшее нарастание скорости развития технологий. Человечеству понадобилось 700 тыс. лет, чтобы придумать, как приделать к каменному рубилу деревянную рукоятку и создать каменный топор (первые составные орудия труда). И всего 50 лет потребовалось, чтобы перейти от движения по земле к освоению космоса.

Начало НТР оказалось связано с завершением второй мировой войны. Военный конфликт стимулировал развитие военной техники, достижения которой затем способствовали развитию мирных технологий. Так было с разработкой ядерного оружия, а впоследствии – ядерной энергетики, а также с разработкой ракетного оружия и освоением космоса. Впоследствии «холодная война» также стимулировала развитие военно-промышленного комплекса.

Советские и многие российские ученые видят сущность НТР в слиянии науки и производства и в превращении науки в непосредственную производительную силу общества. На основе науки возникают качественно новые отрасли производства, которые не могли возникнуть из предшествующей производственной практики (ядерная энергетика, радиоэлектроника и вычислительная техника и др.). Углубляются интегративные тенденции, обусловленные необходимостью взаимодействия технических наук при реализации комплексных проектов. В качестве локомотива развития высоких технологий в настоящее время выступают нанотехнологии, биотехнологии и коммуникационные технологии. Применение высоких технологий вызывает глубокие изменения структуры отраслей производства, приводит к сворачиванию одних и к возникновению других отраслей.

Задачи НТР на современном этапе: 1) сбережение окружающей среды и природных ресурсов; 2) эффективное использование альтернативных источников энергии; 3) создание новых экологически чистых материалов с заданными свойствами; 4) дальнейшая информатизация всех сфер жизни с одновременным повышением информационной безопасности.

Негативным последствием НТР стало углубление глобальных проблем современности. Во второй половине ХХ-го столетия под влиянием научно-технического прогресса и ускорения темпов развития обостряются всевозможные противоречия, усиливается диспропорция в социально-экономическом, политическом, культурном развитии, в демографической и экологической ситуации.