Шейпак А.А. История науки и техники. Часть 1. Материалы и технологии

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

А.А. ШЕЙПАК

ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Часть первая

Издание 2-е

МОСКВА 2007

УДК 30.г

ББК 63.3

Ш 39

Рецензенты: В.Б. Миносцев, проф., д-р физ.-мат. наук, зав.

каф. «Общая и прикладная математика» Московского государствен-

ного индустриального университета;

Д.В. Штеренлихт, д.т.н., проф. Московского государственного

университета природообустройства

Ш 39

Шейпак А.А.

История науки и техники. Материалы и технологии: Учеб.

пособие. Ч. I. – 2-е изд., с изм. и доп. – М.: МГИУ, 2007. – 276 с.

ISBN 978-5-276-00970-4

Настоящее издание входит в серию учебных пособий по курсу «Ис-

тория науки и техники». В соответствии с учебным планом содержит

сведения по истории становления человеческой цивилизации: об этапах

развития техники и технологий, по истории современной промышлен-

ности.

Первая часть пособия рассказывает об истории возникновения пер-

вых орудий труда и технологий, а также знакомит читателя с краткой

историей легкой и пищевой промышленности.

Предназначено для студентов всех направлений и специальностей,

изучающих курс «История науки и техники».

Рекомендовано редакционно-издательским советом Московского

государственного индустриального университета в качестве учебного

пособия.

УДК 30.г

ББК 63.3

ISBN 978-5-276-00970-4 © А.А. Шейпак, 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Если представить себе все направления специалистов, выпускае-

мых высшими учебными заведениями в виде пирамиды, площади сече-

ния которой будут пропорциональны потребности в этих специалистах,

то в самом верху будут находиться космонавты и телеведущие. Основа-

ние же пирамиды, безусловно, займут технологи, которые производят

большую долю материальных ценностей: организаторы производства,

конструкторы технологической оснастки, станочники, инструменталь-

щики, кузнецы, литейщики, сварщики, слесари.

Поэтому рассмотрение в учебной дисциплине «История науки и

техники» вопросов возникновения и развития различных ремесел являет-

ся чрезвычайно важным. Московский государственный индустриальный

университет (МГИУ) одним из первых в стране ввел эту дисциплину в

учебные планы всех инженерных специальностей, причем рабочая про-

грамма дисциплины предусматривает как общеобразовательные темы

(первая часть учебного пособия), так и более специализированные темы,

представляющие больший интерес для отдельных специальностей, на-

пример для автомобилистов.

Отметим, что история науки и техники является предметом изуче-

ния и в такой прагматичной стране, как Германия. Так, в Штутгартском

техническом университете есть институт истории техники, который яв-

ляется подготовительным для всех студентов. После окончания этого ин-

ститута они выбирают инженерную специальность с учетом не только ее

потребности в обществе, но и принимая во внимание возможные пути ее

развития.

История вообще и история науки и техники в частности всегда были

политическими науками. Было время, когда нас учили, что все появилось

впервые в нашей стране, что давало остроумным людям повод к известной

шутке-афоризму: «Россия – родина слонов». В последние годы появилась

другая опасная тенденция: утверждать, что Россия всегда была и останется

отсталой страной, способной только перенимать достижения передовых

капиталистических стран. Во все времена в нашей стране рождались талан-

ты и находились люди, которые эти таланты поддерживали. Так должно

быть и сейчас и всегда.

Изучение истории техники полезно в нравственном отношении и

может дать вполне ощутимую пользу в будущей практической деятель-

ности. Желаю автору учебного пособия и его команде дальнейших успе-

хов в работе.

Заслуженный деятель науки Российской Федерации

доктор технических наук, профессор

О. В. Таратынов

Не то дорого знать, что земля круглая,

а то дорого знать, как дошли до этого.

(Л. Н. Толстой)

Historia est magistra vitae.

(История – учительница жизни.)

ВВЕДЕНИЕ

Под техникой мы понимаем систематическое применение раз-

личных отраслей знания к решению практических задач. Использу-

ется либо совокупность результатов нескольких наук, либо практи-

ческий опыт. Мир техники – различные машины, приборы, элек-

тронные устройства – окружает нас в прямом и в переносном смыс-

ле с самого раннего детства до глубокой старости. Недаром один из

известных американских писателей Митчел Уилсон, физик по обра-

зованию, писал, что, по его мнению, современный человек должен

знать технику так же хорошо, как сто – двести лет тому назад люди

знали сельское хозяйство. Но техника меняется так быстро; одна

модель машины сменяется другой, более совершенной, появляются

новые, ни на что не похожие устройства, облегчающие жизнь. Такое

многообразие невозможно изучить. К тому же и сама техника, и

книги о ней так быстро стареют. Но, может быть, эта изменчивость

и является самой важной характеристикой технических объектов.

Люди стремятся создавать новое для того, чтобы жить лучше. А из-

вестно, что иногда новое – хорошо забытое старое. Поэтому познать

творческий процесс несравненно важнее, чем узнать устройство и

принцип действия возможно большего числа машин. Итак, надо

знать историю техники. Она не стареет и заметно не меняется, если

пишется добросовестными людьми, которые не обязаны подчинятся

произвольной доктрине, жестким догматам. Если мы будем знать,

как создавались новые орудия труда и новые машины, то сможем

использовать эти знания в настоящем и будущем для обучения ме-

тодам творчества. Нельзя понимать написанное буквально. Трудно

утверждать о существовании определенного, достаточно строгого

алгоритма. Один из исследователей процесса творчества В.В. Нали-

мов отметил, что "... процесс создания новых гипотез не обладает

какими-то особыми чертами, которые были бы присущи только

науке". Однако достаточное количество интересных примеров мо-

жет перейти в новое качество, хотя для одних этот процесс будет

более быстрым, чем для других. Что нужнее всего? Человеческие

культуры с течением времени развивались от простых форм к более

сложным, лишь изредка постоянный рост прерывался временным

регрессом. Развитие, как правило, шло не плавно, а сопровождалось

взрывообразными скачками, когда появлялись новые открытия и

прогрессивные технологии распространялись по огромным про-

странствам. Что является двигателем прогресса техники и матери-

альной культуры? Для начальной эпохи развития человечества ответ

достаточно однозначен: голод и холод. Однако и в дальнейшем эти

чувства были постоянными спутниками человечества. Люди страда-

ли от голода и холода всегда, хотя развитие общества шло по пути

все большего и большего потребления пищи и тепла в расчете на

среднего человека. Однако пища и особенно одежда очень скоро

стали производиться не только для удовлетворения насущных по-

требностей, но и для самовыражения. Тут уместно вспомнить не

только знаменитые Лукулловы пиры вельможей Древнего Рима или

ужин японского императора. Пища зажиточного крестьянина была

таким же индикатором превосходства над более бедным собратом.

А назначение одежды для обозначения места человека в обществе!

Одежда покрывается вышивкой, золотыми аппликациями, драго-

ценными камнями.

Самым страшным двигателем прогресса является война. Оче-

видно, что захватнические войны вряд ли могли начинать слабые

общества, большинство членов которого голодают или замерзают.

Войны начинали чаще всего сильные государства или племена, соз-

нающие свою мощь и желавшие ее показать и утвердить. Л.Н. Гу-

милев убедительно показал, что древние кочевые народы шли впе-

ред для приобретения, когда бывали сильными, и уклонялись и ук-

рывались, когда сил было мало. Великий греческий философ Герак-

лит из Эфеса писал, что "война есть отец всего, царь всего. Она сде-

лала одних богами, других людьми, одних рабами, других свобод-

ными". Награбленные на войне богатства очень часто не использо-

вались, а становились символами мощи или принадлежности к из-

бранному богом народу. В то же время достижения военной техни-

ки порождали прогресс во всех областях материальной культуры.

Конверсия и двойные технологии стары как человеческое общество.

Лук стал основой для создания сверлильных и токарных станков,

создатели грозных арбалетов строили башенные часы.

Мы знаем многих изобретателей: И.И. Кулибин и

М.Т. Калашников в России; Роберт Фултон и Томас Альва Эдисон в

Америке; Джеймс Уатт и Джордж Стефенсон в Англии. Часто их

именами называют улицы и площади городов. А недавно один под-

московный город был назван "Королев" – в честь Главного конст-

руктора первых космических кораблей. Каждый изобретатель, каж-

дый творческий человек обладает своей особой манерой ставить и

решать оригинальные задачи. Каждый из них по-своему талантлив и

неповторим. Конечно, современные психологи творчества заявляют,

что они знают в чем дело: для того чтобы получить приемлемое ре-

шение проблемы в приемлемое время, нужно иметь большую вос-

приимчивость и совершенствовать ее неустанно и непрерывно. А

каким образом? Очевидно, и путем изучения творческих методов

великих людей прошлого. Мы не знаем имен первых изобретателей.

Кто изобрел, например, каменный топор? Или лук? Древние греки

считали, что мифический Прометей подарил людям огонь и всевоз-

можные ремесла. В средневековье считали, что все людское мастер-

ство объясняется божественным озарением. А секреты новых ма-

шин и новых технологий тщательно скрывались от непосвященных,

не входивших в цеховые гильдии. Позднее, в эпоху Возрождения,

появились книги с описанием машин и механизмов иногда с ссыл-

ками на изобретателя, иногда без них. И тогда автор книги стано-

вился первооткрывателем. Затем появился "патент", что в переводе

означает открытая грамота. Один из первых патентов получил вели-

кий Галилей как автор нового водоподъемного устройства. Техни-

ческие открытия стали индивидуальной интеллектуальной собст-

венностью. Их стало возможно продавать и покупать. Очень часто

создатели получали небольшое вознаграждение, а состояния и слава

доставались удачливым владельцам патентов, купившим их у авто-

ров. Не следует забывать, что предприниматели иногда разорялись,

сделав ставку не на достаточно прибыльную новинку. В последние

годы имена изобретателей снова часто становятся неизвестными.

Это связано, во-первых, с тем, что над созданием новых образцов

работают громадные коллективы людей и иногда неизвестно, кто

первый сказал главное слово. А во-вторых, очень важным стал во-

прос "доводки" идеи до хорошо работающего образца. Появилась

даже такая профессия "доводчик". Это о них говорят как о людях с

воображением конструктора, тонкими пальцами ювелира и терпе-

нием вола. Инженеры при найме на работу иногда подписывают до-

говор, в котором за условную плату, например, один доллар, они

передают все права на свои будущие изобретения фирме. Не следу-

ет думать, что в случае перспективного изобретения они останутся

без соответствующего вознаграждения. Умное руководство фирмы

так не поступит. Однако и автором, и владельцем патента выступит,

например, "Мерседес-Бенц" или "Дженерал-Электрик". Если, ко-

нечно, для рекламных целей руководство фирмы не решит назвать

имена людей, ибо совет директоров прекрасно разбирается, кто из

сотрудников создает себе имя за счет фирмы и кто создает или мо-

жет создать славу фирме.

Как человек выделился из мира животных и стал создавать

орудия труда? Существуют две основные гипотезы: божественная и

эволюционная. Гипотеза привнесения основ земной цивилизации

инопланетянами (см. известный бестселлер Эриха фон Денникена

«Воспоминания о будущем» [1] является разновидностью первой,

ибо не объясняет возникновения развитой цивилизации на других

планетах. Следует отметить, что католическая церковь в настоящее

время не отвергает учения Чарльза Дарвина, однако вопрос, на ка-

кой стадии закончился акт творения и начался процесс развития, ос-

тается открытым. История человеческого рода становится по мере

открытия археологов все более древней. Человек умелый homo habi-

lis (2,5 миллиона лет тому назад), затем человек прямоходящий

homo erectus (1,5 миллиона лет тому назад), поздним подвидом ко-

торого является неандерталец и, наконец, человек разумный (homo

sapiens), к которому относятся все ныне живущие люди.

Одно из наиболее значительных научных достижений было

сделано Алланом Уилсоном и Ребеккой Канн из Калифорнийского

университета в Беркли (США) в 1991 году. Генетические исследова-

ния показывают, что нашим общим предком была африканская жен-

щина, жившая примерно между 100-150 тысяч лет тому назад (общее

количество особей тогда составляло не более 10000 чел.). Различные

группы людей были вытеснены человеком современного типа. По-

видимому, архаичные женщины не передали митохондриальных ге-

нов современным людям в Европе, Восточной Азии и Австралии. К

такому же выводу приходят и лингвисты, хотя до реконструкции

общего языка еще далеко. Эта задача необычайно трудоемка, не-

смотря на применение компьютеров. Есть и другие сложности. Язы-

ки за одно тысячелетие теряют около 20% морфем. Это значит, что за

5000 лет два некогда родственных языка могут утратить все общие

лексические единицы. Существенно за этот срок поменяется и грам-

матика, так что языки становятся не родственными.

Открытия в пещерах подразумевают проживание современных

людей бок о бок с неандертальцами в течение 60 тыс. лет, однако

свидетельств скрещивания между ними нет. Примерно 40 тыс. лет

назад, в результате смешения одного биологического вида людей

различных типов, в Европе появился современный человек. Харак-

терная деталь – неандертальцы, вероятно, ушли не сразу, а вымира-

ли постепенно. Наиболее древние скелеты первых современных лю-

дей, найденные на территории Израиля, находились на расстоянии

всего нескольких миль от современных им остатков неандертальцев.

Отметим, что время существования homo sapiens насчитывает не бо-

лее 10000 поколений, а основные географические расы сформирова-

лись около 1500 поколений назад. Необходимо отметить, что воз-

никновение рас – не результат приспособления людей к определен-

ным условиям жизни, а случайный продукт малых выборок. На но-

вую территорию приходила маленькая группа людей, приносившая с

собой не весь генофонд человека, а какую-то его случайную часть.

В журнале Science генетики Хенрик Кэссман и Сванте Паабо из

Института эволюционной антропологии Макса Планка опубликовали

статью о своих исследованиях ДНК людей и шимпанзе. Результаты

исследований свидетельствуют: в то время как шимпанзе имеют дос-

таточно много разных предков, люди произошли от очень ограни-

ченного числа сородичей. И вовсе не исключено, что всего от двух.

Вывод сделан на основании того, что шимпанзе генетически разнятся

между собой гораздо больше, чем люди. А чем больше разницы, тем

больше разных предков вносили свои гены в общий геном.

Ученые исследовали ген Xq13.3, расположенный на Х-

хромосомах людей и шимпанзе. Функция этого гена пока неясна,

однако известно одно его интересное свойство: мутации его проис-

ходят чрезвычайно редко. И значит, у обоих видов он сохранился

без изменений с незапамятных времен. Так вот обнаружено, что у

шимпанзе этот ген имеет почти в четыре раза больше вариаций, чем

у людей. К тому же у обезьян он в три раза древнее.

Исследования генетиков доказали, что генофонд "братьев

меньших" гораздо богаче человеческого. Их гены гораздо сильнее

отличаются друг от друга, чем, скажем, гены европейцев и афри-

канцев. И по сравнению с обезьянами, люди разных рас оказались

необычайно близки генетически. А дальнейшее изучение гена

Xq13.3 позволило предположить, что наша "праматерь Ева", обла-

дающая полным комплексом генов Homo sapiens, соблазнила, если

верить писанию, доверчивого Адама примерно 200 тысяч лет назад.

Первые следы применения огня находят на европейских сто-

янках ледниковой эпохи (примерно 400000 лет). Они относятся к

эпохе человека прямоходящего, который вышел за пределы своей

африканской родины. Однако только к концу нижнего палеолита,

порядка 100000 лет назад, костер становится практически постоян-

ным спутником человека. Именно это достижение многие ученые

считают отправным пунктом для окончательного размежевания ми-

ра животных и человечества. Вместе с членораздельной речью кос-

тер дал такой элемент культуры, как совместную трапезу. Если жи-

вотные утоляют голод совершенно случайно, для человека совмест-

ное принятие пищи является обычным и составляет определенный

ритуал. После открытия огня (в природе огонь встречается редко:

вблизи вулканов при извержении и при лесных пожарах, вызванных

молнией или самовозгоранием на торфяных болотах) приготовление

пищи входит в повседневную практику. Огонь позволил совершен-

ствовать изделия из дерева; без него был бы невозможен век метал-

лов. Самые архаичные народы добывают огонь путем трения дерева

о дерево или ударом кремня о кремень. Долго добывание огня было

трудным делом (это прекрасно описано в романе Рони Старшего

«Борьба за огонь»), поэтому костер старательно охраняли. С тех пор

огонь и очаг стали символизировать семью, ибо сохранение огня

становится священной обязанностью. Кроме кулинарии огонь стал

применяться для освещения (лампы и факелы существуют по край-

ней мере десятки тысяч лет), для согревания и отпугивания хищни-

ков.

Технологию изготовления орудий труда, которые начал изго-

тавливать человек умелый, с большей долей достоверности можно

отнести не к творческой деятельностью, а к инстинктивным навы-

кам. Многие представители животного мира либо используют ок-

ружающие их предметы в качестве орудий, либо даже создают их.

По мере усовершенствования орудий труда и навыков, росла

численность человечества. 12000 лет тому назад в конце палеолита

на Земле жило не более 5 миллионов собирателей и охотников. К

пятому тысячелетию до нашей эры население земли возросло до 20

миллионов. Это было результатом неолитической революции: пере-

довая часть человечества перешла от присваивающей формы хозяй-

ства к производящей (земледелие и животноводство). Термин "не-

олитическая революция" ввел английский антрополог и историк

Гордон Чайльд. Он несколько условен, так как перемены происхо-

дили в течение нескольких тысячелетий и не одновременно по всей

земле. Земледелие и скотоводство позволяет создавать и накапли-

вать излишки продуктов и совершенствовать разделение труда. По-

являются первые ремесла и люди, наделенные функцией руково-

дства. Общество раскололось на привилегированных и трудящихся.

Появляется государство, которое предполагает использование

средств принуждения. Переход к веку металлов (4000 лет до новой

эры) не привел к более радикальной смене хода эволюции человече-

ства по сравнению с земледелием и животноводством.

За семнадцать веков нашей эры численность людей возросла с

200 миллионов до 500 миллионов. В XIX веке население земли дос-

тигло миллиарда, а к началу XX века –двух миллиардов. Сейчас нас

6 миллиардов.

Можно ли научить человека изобретать, то есть создавать су-

щественно новое? Разумеется, ответ будет положительным. Суще-

ствует множество подходов для решения поставленной задачи.

Один из возможных подходов был предложен в нашей стране [2, 3]

и успешно развивается [3]. Изучение опыта прошлых поколений

также помогает решению поставленной проблемы. Правда, совре-

менные исследования показывают, что гениальность максимум на

20-30% зависит от воспитания и личных трудов. 70-80% – это врож-

денное. Однако и 20% в наше время означает очень много, значи-

тельно больше, чем сто-двести лет тому назад, когда великий Гете

утверждал, что гений – «это 1% таланта и 99% пота». Совершенно

очевидно, что если нерационально использовать 20%, то пропадут и

главные 80%.

Один из творцов исторического материализма, Фридрих Эн-

гельс, утверждал, что «труд создал человека». Однако существуют и

другие мнения. Так, известный итальянский гуманист Лоренцо Вал-

ла (1403-1457) отмечал пять важнейших условий, необходимых для

успешной творческой работы: 1) общение с образованными людь-

ми; 2) изобилие книг; 3) удобное место; 4) свободное время; 5) ду-

шевный покой. Тогда можно достичь высшего мерила счастья –

земной радости человеческого бытия.

Человек умелый существовал более миллиона лет. Примерно

столько же действовал на земле и человек прямоходящий. Они не-

утомимо трудились, изготавливая каменные и деревянные орудия,

занимаясь собирательством и охотой. Однако заметного прогресса

не было, и эти виды вымерли. Человек разумный получил наряду с

другими инстинктами инстинкт творчества. Американский физик и

писатель Митчел Уилсон писал: «…есть такой особый инстинкт –

тяга к творчеству; считается, что это свойственно только художни-

кам, но такой инстинкт заложен почти в каждом человеке. И когда

он заставляет тебя что-то создавать, какая же это, должна быть, ве-

ликая и чистая радость.

В.Р. Дольник прямо пишет, что не может понять, как труд мог

создать человека [4]. Человека создал естественный отбор. На при-

мере многих видов животных видно, что во многих случаях естест-

венный отбор может происходить в направлении увеличения мозга

и повышения интеллектуальности. Необходима сложная и разнооб-