Розділ 2. Гідроенергетичні ресурси, їх використання. Принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС і ГАЕС

«Над буйным хаосом стихийных сил
Сияла людям мысль, как свет в эфире.
Исканьем тайн дух человека жил,
Мощь разума распространялась в мире...,
Во все века жила затаена
Надежда вскрыть все таинства природы...» 

В.Я. Брюсов

Мистецтво пізнавати навколишній світ... Тільки найдопитливіші люди, спостерігаючи за довкіллям, виявляючи знаттєлюбність і прагнення до знань, зі стародавніх часів були не просто збирачами і колекціонерами знань, а вже розбиралися у фактах, прагнули досягти глибшого розуміння явищ і намагалися здобути загальні ідеї зі своїх спостережень. І лише зовсім небагато хто з тих людей, що жили і нині живуть на Землі, котрі зуміли перетворити своїм розумом світ, відкрили і створили за історично осяжний період головне з того, що взагалі було відкрите і створене людством на нашій планеті. Згідно з обставинами, що складаються, вони, володіючи допитливим розумом і в міру дарованого їм таланту збирали, охороняли, відкривали і створювали духовне і матеріальне багатство світу. Серед усіх цінностей є і найбільші відкриття на шляху розвитку людства: добування вогню, приручення тварин, перехід до землеробства, винахід кам'яної сокири, мотики, луку, колеса, кераміки, виникнення кольорової і чорної металургії, використання енергії вітру, води, пари, створення двигуна внутрішнього згоряння, оволодіння електричною та атомною енергією. Як бачимо, потяг до пізнання мав величезне значення в житті всього людства.

На зорі розвитку людства у різних народів відкриття неодноразово повторювалися невідомими нам творцями і врешті-решт стверджувалися на практиці, стаючи надбанням усього людства. Пам'ять про цих творців збереглася в легендах, міфах в образах героїв, титанів, наприклад таких, як Прометей, що викрав у богів вогонь для людей.

В умовах стародавніх цивілізацій, де світогляд мав зазвичай релігійно-міфологічне забарвлення, пошана до праці, знань, техніки, захоплення результатами їх застосування проявлялися в міфах, культах. Так, у стародавніх релігіях Дворіччя існував міф про перших правителів-напівбогів, які нібито навчили людей досягненням техніки і культури. У Стародавній Греції зародилося пошановування Афіни – богині мудрості, яка вважалася покровителькою наук, праці, законодавства і культури.

У Стародавньому Єгипті вважалося, що бог Озирис навчив людей землеробству, іригації, будівництву, лікуванню і календарному обчисленню часу. Можна припустити, що основою багатьох стародавніх міфів були спогади про реальних людей – винахідників, учених.

Як стверджує англійський філософ Ф. Бекон (1561–1626), «Єгиптяни наділяли божествен ністю і святістю винахідників речей».

На найбільш ранніх етапах розвитку цивілізації жерці, волхви, маги часто володіли також знаннями з науково-технічних питань, а храми були специфічними сховищами таких знань, які перепліталися з фантастичними віруваннями.

У ту далеку епоху з'являлися геніальні вченівинахідники, що вражали сучасників своїми знаннями. У круговерті часу історія вкрай рідко зберігала їх імена. Таким був знаменитий Імхотеп – мудрець, учений, винахідник, лікар, що жив у Єгипті в XXVIII ст. до н.е.

З якнайдавніших часів людині доводилося удосконалювати знаряддя виробництва, облаштовувати в міру можливостей своє життя. На кожному етапі розвитку цивілізації рівень технічних засобів, що використовуються, залежав від пізнання людиною навколишнього світу, його законів і вміння використовувати їх на практиці в реальному житті.

«Кожний новий крок у розвитку людства вимагав від наших предків усе більших знань і умінь», – писав академік В. О. Кириллін.

Прагнення до пізнання виникало насамперед з потреби. Грандіозним досягненням людства стало штучне добування вогню ще за часів середнього палеоліту, що забезпечило надійний захист від холоду, хижаків, можливість освоювати раніше неприступні північні райони, готувати їжу. У побудованих 6–8 тис. років тому із глини і соломи будинках стародавніх землеробів Месопотамії головне місце відводилося вогнищу. Більшість наших сучасників уже не уявляє, що це таке, але генетична пам'ять непідвладна часу: тепліше і значуще, ніж «домашнє вогнище», про свій будинок і не скажеш.

Але був й інший чинник – інтелектуальна насолода природою і розумінням того, що відбувається і чому, насолода, одержувана від процесу пізнання. Вона могла народитися ще в ті далекі часи, коли люди кам'яного віку дивували своїх дітей розповідями про навколишній світ, про богів, коли з великою увагою спостерігали за життям тварин і створювали малюнки на камені, насолоджуючись, мабуть, своїм мистецтвом. Подібне здивування і захоплення характерне для кожного століття, коли вчені створювали науку як мистецтво розуміти природу. Для багатьох учених наука стала метою життя. «Я належу до числа тих, хто вважає, що в науці є велика краса. Учений у своїй лабо раторії не тільки технік; перед явищами природи він переживає такі ж почуття, які відчуває дитина, слухаючи чарівну казку», – писала в 1933 р. Марія Склодовська-Кюрі, перший учений, що отримав за наукові відкриття Нобелівську премію двічі.

Кожна епоха по-своєму відводить науці місце в житті суспільства. Розвиток цивілізації неминуче веде до зміни ролі та місця науки, характеру і спрямованості наукових інтересів, темпів її розвитку й ефективності використання результатів.

У своєму поступальному русі наука пройшла довгий нелегкий шлях, долаючи крок за кроком всі перешкоди, накопичуючи знання і роблячи відкриття, від великих учених давнини, середніх століть, нової історії і до нашого часу.

...Творіння інтелекту переживають галасливу суєту поколінь і протягом століть осявають світ світлом і теплом...
А. Ейнштейн

Найвище достоїнство науки в тому, що вона сполучає воєдино думки вчених багатьох поколінь, розсіяних у часі і просторі, протягом усього розвитку цивілізації.

Н. Вінер зазначав: «Наукові традиції, як гаї секвої, можуть існувати тисячі років, дереви на, яку ми споживаємо зараз, – результат вкладень, зроблених сонцем і дощем багато століть тому назад».

Уже в період розквіту стародавніх цивілізацій разом із розвитком господарської діяльності людини розвиток отримали і начала науки.

У IV тисячолітті до н.е. в країнах Стародавнього Сходу – Месопотамії, Єгипті, Китаї, Індії, а пізніше – в країнах американського континенту, у Стародавній Греції і Римі наука робить перші кроки в області наукового пізнання світу, починають складатися перші галузі природознавства, з яких виділяються такі самостійні точні та природничі науки, як астрономія, механіка, математика, пізніше хімія, причому потреби практики стимулювали їх розвиток. Учені були і природодослідниками, і філософами.

Саме розвиток землеробства, іригації, все більш далекі подорожі, будівництво міст, гігантських споруд старовини, таких як піраміди, храми, акведуки тощо, вимагали відповідних знань в області астрономії, механіки, математики.

Розвиток астрономії в Єгипті та Месопотамії привів у IV–III тисячоліттях до н.е. до створення сонячного і місячного календарів, було винайдено годинник. У Китаї астрономи обчислили періоди затемнення Сонця і Місяця.

У Месопотамії починаючи з VIII ст. до н.е. було створено регулярну астрономічну наглядову службу, яка дозволила розширити уявлення про небесні тіла, розраховувати їх положення в часі та просторі.

В області математики значних успіхів досягли арифметика і геометрія. На рубежі IV і III тисячоліть до н.е. в Єгипті вживали слова і знаки для позначення тисяч, мільйона, система обчислення була в основному десятковою; було започатковано алгебру.

Багато досягнень математиків Стародавнього Сходу були надалі використані у грецькій математиці, що заклала основи сучасної математики.

Великий вклад у розвиток математики в Стародавній Греції внесли Піфагор (582– 500 рр. до н.е.) і його школа, які також багато зробили в області геометрії, астрономії і фізики; вчені знаменитої іонійської школи в VI–IV ст. до н.е. Їх дослідження передували роботам Евкліда (достовірно відомо, що його наукова діяльність проходила в Олександрії у III столітті до н.е.), який у своїх знаменитих «Елементах» з тринадцяти книг уперше виклав найважливіші положення планіметрії і стереометрії, а розроблену ним систему аксіом і постулатів використовували багато поколінь математиків. Ідеї, запропоновані його учнем Аполлонієм (близько 262–190 рр. до н.е.), серйозно вплинули на розвиток аналітичної геометрії. У цей період розвиток математики в Індії і Китаї також привів до важливих відкриттів.

Хоча в період становлення наука була справою відданих одинаків, проте саме завдяки ним стародавні цивілізації мали серйозні наукові досягнення.

Міфи і легенди тих далеких років відображають передбачення майбутніх досягнень людського розуму, про які мріяли видатні мислителі сивої давнини. Це насамперед міфи про польоти людини. Так, про можливість здійснити політ за допомогою винайдених людиною засобів йдеться у давньогрецькому міфі про Дедала і його сина Ікара. У давньоіндійському епосі «Рамаяна» описано політ на небесній колісниці, яка пересувалася сама по собі, світилася у польоті, як вогонь у літню ніч.

В іншому давньоіндійському епосі «Махабхарата» згадується про дивну зброю, застосування якої веде «до загибелі всього живого»:

«Здригалася земля..., впав морок і затьмарилося сонце... Декілька років після цього сонце, зірки і небо були сховані хмарами і негодою». І на закінчення йдеться: «Але зброя ця ніколи не застосовувалася і не повинна застосовувати ся проти людей».

У Стародавньому Єгипті вчені зазвичай належали до вищих прошарків суспільства, у тому числі до касти жерців. Закликав їх не нехтувати практичним досвідом, «ученістю дарма не хизуючися», в одному зі своїх повчань у XXV ст. до н.е. мудрець і придворний радник Птахотеп.

У Стародавній Греції і Римі праця учених і фахівців вважалася негідною громадянина. Наукою займалися ті, хто не міг жити інакше і бачив у цих заняттях сенс життя, або ті, для кого наука ставала джерелом існування. Тому, незважаючи на відсутність у суспільстві особливого потягу до знань, стародавній світ дав людству великих учених, філософів, письменників, художників. З другого боку, винахідництво, особливо якщо було пов'язане з військовою справою, користувалося пошаною в суспільстві.

Великий дар передбачення присутній у багатьох наукових ідеях, відкриттях, винаходах античних учених і винахідників, які набагато випереджали свій час і були втілені в життя через тисячоліття.

Так, Архіт із Тарента, учений піфагорійської математичної школи, створив у 390 р. до н.е. механізм у вигляді голуба, здатного махати крилами і злітати.

Один із найбільших механіків античності Ктесибій, що жив у III ст. до н.е., змайстрував орган, що діяв від повітряного насоса. Його сучасник Філон Візантійський влаштував нижче за випускний отвір фонтану кулю з чотирма зігнутими трубками. Витікаючи з них, вода обертала кулю. Він створив один із перших реактивних приладів, випередивши майже на два тисячоліття винахід сегнерового колеса. Філон дав опис деяких військових машин і механічних іграшок, заснованих на принципах пневматики.

Герон Олександрійський (близько I ст. н.е.), надаючи велику увагу розвитку механіки, створив низку пристроїв, заснованих на дії нагрітої пари, яка своїм тиском приводила в дію механізми, що відкривали храмові ворота, тощо.

У винайденому Героном еоліпилі, що використовував подібно до кулі Філона реактивний принцип, діяла пара. Герон уперше застосував принцип, на основі якого майже через два тисячоліття опісля було створено парову турбіну.

Фалес Мілетський (приблизно 625–547 рр. до н.е.), якого вважають засновником античної філософії, вперше привів дані про притягання заліза і легких предметів натертим тканиною янтарем.

До геніальних передбачень відносять гіпотезу астронома Аристарха Самоського (приблизно 320–250 рр. до н.е.) про обертання кулеподібної Землі навколо своєї осі та про рух її навколо Сонця. Проте його ідеї залишилися поза увагою, і більше двох тисяч років панувала геоцентрична система Всесвіту.

Видатний представник іонійської школи Геракліт (близько 530–470 рр. до н.е.), творець старогрецької діалектики, вперше вчив, що вічний і безперервний рух – основний закон Всесвіту. Йому належить вислів: «Усе тече, усе змінюється».

Арістотель з бюстом Гомера (з картини Рембрандта, 1653 р.) Арістотель (близько 384–322 рр. до н.е.) – давньогрецький філософ і педагог. Майже двадцять років Арістотель учився в Академії Платона. У 343–336 роках до н.е. був вихователем і вчителем юного Олександра Македонського в столиці Македонії Пелле. Арістотель і його учні зробили безліч істотних спостережень і відкриттів, які залишили помітний слід в історії багатьох наук. Сам Арістотель особливо велику увагу приділяв фундаментальним філософським проблемам.

Основи атомістики були закладені Левкіппом (V ст. до н.е.). Великий вчений і філософ Демокріт (близько 460–370 рр. до н.е.) розвинув учення античної атомістики, виходячи з вічності матерії: ніщо не створюється з нічого, всяка зміна – це лише роз'єднання і об'єднання частин. Основу всього складають незмінні та неподільні атоми, які знаходяться в безперервному русі, впливаючи один на одного за допомогою поштовхів і тиску.

У період розвитку античної науки наукове пізнання мало нерозчленований характер, у зв'язку з чим для найвидатніших учених була властива енциклопедичність знань.

Хоча враховувався якоюсь мірою практичний досвід, результати спостережень і досліджень, проте наука про природу ґрунтувалася перш за все на далеких від дійсності умоглядних підходах, їй була властива певна абстрактність. Її сильною стороною були сміливість і самостійність поглядів.

Поступово починається процес відділення науки від релігії. Хоча свідомість більшості учених, філософів ще не звільнилася від традиційних релігійних уявлень, проте вже з'являються окремі філософи, що піддають їх критиці. Так, за вільнодумство афінський філософ Анаксагор, що жив у V ст. до н.е., трохи не поплатився життям.

Першим усвідомив необхідність систематичних досліджень видатний античний учений і філософ Арістотель.

У своїх творах він охоплює практично всі відомі на той час області знання: природничі науки (математику, механіку, фізику, астрономію, біологію), медицину, логіку, психологію, історію, філософію. Арістотель був великим систематизатором знань, накопичених за часів античності.

Його праці є енциклопедією знань античного світу, вони вражають повнотою і широтою охоплення, у багатьох областях знань Арістотель досяг значного прогресу, насамперед у біології, логіці. Із сучасних позицій його досягнення у фізиці, астрономії менші.

У своїх природничо-наукових творах він намагався закласти основи фізики, ґрунтуючись на спостереженнях і досвіді.

Його наукові роботи, ідеї і уявлення про Всесвіт робили дуже великий вплив на розвиток наукової думки і філософію впродовж двох подальших тисячоліть.

Видатна роль у розвитку науки, і в першу чергу механіки, належить великому вченому, винахіднику Архімеду (287–212 рр. до н.е.). Він зробив великий внесок у розвиток фізики, механіки, гідростатики, математики, астрономії, причому строгість своїх теоретичних побудов він поєднував з експериментальною перевіркою і використанням на практиці, в чому далеко випередив свій час. Архімед зробив численні винаходи, які були тісно пов'язані з потребами практики. Учений, який очолював оборону Сіракуз, був убитий після взяття міста римлянами. За легендою Архімед сказав перед смертю римському солдату: «Не чіпай моїх креслень».

Досягнення давньогрецької цивілізації і науки, що сприйняла знання, накопичені в країнах Стародавнього Сходу, мали величезне значення в історії людства.

Сучасний американський учений Л. Гулд відзначав: «Класична грецька цивілізація харак теризувалася єдністю мистецтва, науки і техніки – єдністю, що є, поза сумнівом, від мінною рисою всіх великих цивілізацій, єдні стю, яка потім зникла і знов відродилася за Леонардо да Вінчі».

Саме діяльність і досягнення давньогрецьких учених стали задовольняти критерії, що визначають науку, коли вона являє собою систему знань і результатом діяльності наукових співтовариств стає досягнення нових знань. Цьому сприяли створювані наукові школи і різні навчальні заклади.

Так, у VII ст. до н.е. діяла іонійська школа, в 530 р. до н.е. було створене піфагорійське філософсько-наукове товариство, що займалося математикою, астрономією, теорією музики. Близько 387 р. до н.е. Платон організував в Афінах Академію – філософську школу, що продовжувала традиції піфагорійців, у роботі якої брали участь Арістотель, Геракліт та інші вчені. Ця школа, що проіснувала близько тисячі років, була закрита в 529 р. за наказом імператора Юстиніана І.

Близько 335 р. до н.е. Арістотель заснував в Афінах філософську природничо-наукову школу – Лікей, що стала важливим науковим центром і діяла впродовж багатьох сторіч після смерті Арістотеля.

На початку III ст. до н.е. правитель Єгипту Птоломей І заснував в Олександрії наукову школу Мусейон і знамениту, найбільшу в античному світі бібліотеку. Мусейон був одночасно науковою установою і науковою школою, мав велике значення для розвитку науки. Тут були зібрані кращі учені та філософи, створені найсприятливіші умови для дослідницької роботи. У Мусейоні вчилося багато давньогрецьких учених, у тому числі й Архімед. У 391 р. Мусейон було зруйновано, найбільший культурний скарб античності – Олександрійську бібліотеку – було спалено під час антиязичницьких погромів, влаштованих християнами-фанатиками.

У IV ст. місто Удджайн в імперії Гуптів у Північній Індії стає великим університетським центром з викладанням природничо-наукових дисциплін, філософії, геології. Подібні університети, де також навчалися студенти з Китаю, Тибету, Монголії, Бухари, Японії, були відкриті й в інших містах Індії.

У V ст. в південно-іранському місті ГундеШахпур за зразком Мусейона було засновано Академію, яка проіснувала до захоплення міста арабами в 639 р.

У період раннього середньовіччя великий внесок у розвиток математики зробили індійські вчені, а в IX–XIII ст. – арабські. У VII–X ст. у Китаї сформувалася система освіти, що включила вищі школи, де вивчали і природничі науки, були утворені наукові установи – «ради вчених». У середні віки до XV ст. Китай залишався країною з розвинутою наукою і передовою технологією. Велика увага розвитку науки надавалася в Арабському халіфаті. При дворі халіфа аль-Мамуна наприкінці VII ст. було засновано наукову установу – Будинок мудрості, де працювало багато вчених на чолі з відомим математиком аль-Хорезмі. У VIII– X ст. товариства вчених виникають у Багдаді.

У Кордовському халіфаті в IX–XV ст. у вищих школах Кордови, Барселони, Севільї та інших міст викладали, крім богослів'я, природничі науки, в наукові центри приїжджали вчені не тільки з усього мусульманського світу, а й із Західної Європи.

Успішно розвивалася наука в Середній Азії, де в VIII–XII ст. жили видатні вчені, мислителі й поети, такі як один із найбільших математиків і астрономів аль-Хорезмі (783–850 рр.), учений-енциклопедист Аль-Біруні (973 – близько 1050 рр.), що створив фундаментальні роботи з математики, астрономії, фізики, геології, виходячи з яких допускалася можливість руху Землі довкола Сонця; один із найвидатніших мислителів, філософ, учений і лікар ІбнСіна (Авіценна, близько 980–1037 рр.); великий поет, філософ, астроном і математик Омар Хайям (близько 1048–1123 рр.). У його чотиривіршах (рубаї) – сміливість думки, віра в можливості людини, його розуму:

«Світоч думки, чаша співчуття – ми,
Світоч вищого розуму – ми,
Вислів на цьому божественному персні,
На безцінному кільці всесвіту – ми!»

У середньовіччі наука в Європі виявилася у скрутному становищі й багато сторіч, аж до кінця другої половини XV сторіччя, знаходилася у стані застою, в ній панувала церковна схоластика. З IV ст. почався наступ на «язичницьку» науку і філософію. При загальному нехтуванні наукою в той період слідували один за одним прояви варварства, здатні задушити в зародку будь-яке прагнення до пізнання. Візантійський імператор Юстиніан I у 529 р. змусив навіки замовкнути філософську школу в Афінах, що проіснувала близько тисячі років, і цим актом грубого насильства припинив діяльність грецької філософії, що мала величезне значення в долі людства. У 415 р. натовп фанатиків розтерзав в Олександрії видатну вчену Іпатію.

Коли в 1484 р. Колумб виклав свої думки щодо морського шляху до Індії перед схоластичними зборами, то останні на підставі церковних учень твердо і ясно доводили йому, що він ніколи не повернеться назад, оскільки цього не допускає форма Землі. Думка вищої церковної установи вважалася на той час неспростовною, і Колумбу тоді відмовили в допомозі. Його перша експедиція відбулася тільки в 1492–1493 роках. Повернення Колумба послужило фактичним спростуванням поглядів послідовників схоластики про форму Землі й стало початком кінця схоластичного періоду в науці.

Вплив християнської церкви все зростав, освіта і наука повністю залежали від неї, центрами ученості стають монастирі, а згодом – численні університети, що виникли з XI ст., де проводилися вкрай обмежені наукові дослідження. Церковна влада здійснювала жорсткий ідеологічний контроль над діяльністю університетів. Традиція замінювала експеримент, забобони володарювали над наукою, розцвітала схоластика. Релігійні фанатики вважали своєю найважливішою задачею перешкоджати вільному розвитку наукової думки. Вивчення творів античних філософів дозволялося, але за допомогою думок і поглядів, що містилися в них, духовні особи намагалися довести істинність церковного вчення. Так, видатний представник богословської науки Фома Аквінський, посилаючись на твори Арістотеля, доводив, що ангели рухають зірки. Вся наука також знаходилася під владою церковних догм. Навіть ще в 1500 році йшлося: «Щоб стати вченим, треба напам'ять знати Арі стотеля; розуміти його – не має значення; сумніватися в його словах – богохульство».

З часом філософія стародавніх мислителів усе ж таки зробила свій живильний і плідний вплив. У XIII столітті завершилася вражаюча своїм розмахом та інтенсивністю перекладацька діяльність, завдяки якій у Західній Європі стало можливим знайомство з цілісною арістотелівською спадщиною і з величезним обсягом літератури про досягнення східної філософії і науки. Знання, принесені зі Сходу завдяки походам хрестоносців і торгівлі, що розвивалася в XI–XIII століттях, згодом лягли в основу багатьох наукових відкриттів. І навіть у ХХ ст. знання давньокитайської філософії допомогло чудовому датському фізику Нільсу Бору створити свою теорію будови атома, а видатний учений В. І. Вернадський при розробці вчення про біосферу, особливо підкреслюючи значення космічних чинників, користувався стародавньою індійською філософією.

За монастирськими стінами стали зустрічатися окремі дослідники, наукові ідеї яких набагато випереджали свою добу. Геніальний англійський чернець Роджер Бекон (1214–1294) осягнув усі знання свого часу, його природничо-наукові праці охоплюють фізику, хімію, алхімію, медицину, астрологію і фізико-математичну географію. Особливо докладно вивчав Бекон явища магнетизму і навіть провадив експерименти, досліджуючи його вплив на рослини. Багату фантазію виявив він і в області механіки, де взявся за спорудження саморушних екіпажів і кораблів, літальної і водолазної машин, пристосувань для підняття великих вантажів, прагнучи прокласти шлях до застосування відомих на той час законів механіки в практичному житті. У всіх своїх творах він таврував неуцтво і забобони, вірячи в могутність людського розуму, надавав особливе значення експериментальним доказам наукових положень. Так, він закликав: «Спостерігайте те, що відбуваєть ся! Перестаньте підкорятися догмам і авто ритетам; погляньте на світ!» Цьому універсальному вченому церковне начальство не тільки заборонило будь-які заняття науками і спілкування з іншими вченими, але він ще повинен був десять років знемагати в'язнем, і вже старою, немічною людиною, незадовго до смерті, був звільнений з ув'язнення.

Твори Бекона і його ідеї приховували. Це стало причиною того, що експериментальний напрям в області фізичних досліджень, до якого Бекон з таким мистецтвом проклав шлях, у той час не отримав розвитку. І лише пізніше, в середині XVI сторіччя, твори Роджера Бекона були надруковані в уривках і зробили великий вплив на розвиток науки.

Перший університет у Західній Європі було засновано в місті Палермо в першій половині XI ст. Поява університетів, найбільшими з яких були Паризький та Оксфордський, засновані у 1160 та 1167 рр. відповідно, ознаменувала серйозні зміни в інтелектуальному і духовному житті Європи.

В університети приймали всіх охочих навчатися практично без обмежень.

Вміст, характер і мета навчання в них означали насамперед відхід від монастирської культури, створювалися факультети, де навчали деяким світським професіям. Університети, як правило, включали чотири факультети: вільних мистецтв, медичний, юридичний і теологічний. Установка на те, щоб дати в них (звісно, в межах, що допускалися церквою) раціональне обґрунтування вірі, обумовлювала високу оцінку ролі розуму. А це, по суті, викликало інтелектуальну зацікавленість і прагнення до раціонального міркування поза сферою теології. Наукова думка в XIII–XIV ст. зосереджується в основному в двох університетських центрах – Паризькому та Оксфордському.

Необхідність у науці поступово зростала. Великі географічні відкриття (морський шлях до Індії довкола Африки, відкриття Америки і торгівля, що успішно розвивалася) вимагали збільшення виробництва товарів, що було неможливо без розвитку техніки. Тому забобони в науці відступали на задній план, їх відтісняли експериментальні спостереження і висновки.

Найбільшим загальноосвітнім і богословським центром України, Росії і Білорусі була Києво-Могилянська академія – родоначальниця Слов'яно-греко-латинської академії. Датою заснування академії вважають 1615 рік – рік створення Київської братської школи. У 1632 році школу перетворили на колегію, в якій викладали знамениті просвітителі свого часу – Іов Борецький, Мелетій Смотрицький, Іннокентій Гізель та ін. Підтримку колегії надавав св. митрополит Петро Могила, який зробив її чудовим на ті часи навчальним закладом. Його ім'я залишилося в назві колегії, яка в 1701 році, отримавши статус і права академії, стала називатися Києво-Могилянською академією. Вона багато зробила для поширення освіти і розвитку культури на слов'янських землях. В академію приймали незалежно від станового походження представників духовенства, дворян і різночинців. Серед студентів академії було також немало представників Сербії, Польщі, Молдавії, Угорщини, Болгарії, Греції. Під безпосереднім впливом і за її допомогою в 1686 році була відкрита Слов'яно-греко-латинська академія в Москві, ректорами і професорами якої були в основному вихованці Києво-Могилянської академії. Немало видатних українських і російських представників духовенства, вчених, письменників, державних діячів отримали освіту в Києво-Могилянській академії. Тут навчалися представники керівництва першого складу Синоду Ст. Яворський, Ф. Прокопович, А. Лопатинський, письменник Сімеон Полоцький, філософ і поет Г. Сковорода, майбутні гетьмани І. Мазепа, П. Орлик, перший російський міністр народної освіти П. Заводовський, канцлер О. Безбородько та багато інших.

Протягом трьох сторіч, що передували XVII століттю, в Європі росли і ширилися ідеї Відродження, виникали прогресивні погляди в мистецтві та літературі, нові течії в релігії. У цей період відроджувалося краще з культурного і наукового надбання античного світу, руйнувалися канони догматичного мислення середньовіччя. Міцні лещата традиційної схоластики слабшали, вікове неуцтво поступалося місцем вивченню грецьких авторів в оригіналах. Виробництво паперу і народження друку повсюдно сприяли розповсюдженню знань, посилювався загальний інтерес до науки. Завдяки розвитку навігації з'являлися нові ринки, нове ставлення до навколишнього світу, а також нові можливості інтелектуального розвитку. Розповсюдження книгодрукування зробило науку доступною широким колам населення. Науковими дослідженнями стали займатися люди, які вийшли з різних прошарків суспільства і принесли із собою нові погляди та ідеї, а головне – забутий метод вільного судження у справі наукового дослідження. Водночас вільно розвиваються мистецтво і ремесла, допомагаючи проявлятися неспокійному і спраглому за знаннями людському розуму.

Безсмертне творіння Данте Аліг'єрі «Божественна комедія» (початок XIV ст.) сповістило про настання епохи Відродження, коли набули нового значення людська особистість і її духовний світ.

Творчість діячів епохи Відродження стверджує безмежні можливості людини, його волі та розуму, красу і гармонію дійсності, цілісність і струнку закономірність Всесвіту. Так, найбільший учений і геніальний інженер проявляється у знаменитому художнику епохи Відродження Леонардо да Вінчі.

Леонардо да Вінчі настільки випередив свій час, що оцінити його наукову творчість випало на долю лише подальших поколінь. Хоча безсмертним на всі часи його ім'я зробили твори в області мистецтва, проте і наукові обдарування Леонардо да Вінчі не були нижчими за художні.

Із захопленням науково і практично він якнайгрунтовніше займався спостереженням і дослідженням природи, вивчив математику, фізику, астрономію, геологію, анатомію. Його знання в цих областях тим більше гідні здивування, що Леонардо вів мандрівне життя і його багата діяльність в мистецтві залишала йому мало часу для наукових занять. Всюди, де тільки зупинявся Леонардо да Вінчі, він умів отримувати зі своїх пізнань користь для практичного життя. Жваво цікавився виробництвом різних речей, і в його записниках з'являються ескізи і схеми винаходів, які повинні допомогти промисловості, що зароджувалася: ланцюгові силові передачі, верстат для насічки напилків, численні ткацькі машини. Перебуваючи на службі у міланського герцога, Леонардо споруджував фортеці, осушував болота в долині річки По, забезпечував місто водою і керував спорудженням будівель у Мілані. Як наголошувалося в першій книзі цього видання, він зробив неоціненний внесок у розвиток гідравліки, гідротехніки і гідравлічних двигунів. Не обійшов Леонардо да Вінчі своєю увагою і машини енергетичні. В його записах містяться ескізи теплових двигунів, він запропонував новий тип млинового колеса – з вертикальним валом і ложкоподібними із заокругленням лопатями, його перу належить креслення так званого голландського вітряка.

Ескізи та схеми із записних книжок Леонардо да Вінчі

Від його геніального розуму не могло залишитися прихованим те, що з трьох вимірів простору людина власне володіє лише двома і що третє доступне їй тільки до певної висоти. З цих роздумів зародилося в ньому бажання змайструвати машину, за допомогою якої людина могла б підійматися в повітря, як птах. До речі, саме він правильно показав, що повітря є пружним тілом, має складові частини і вагу. Переконаний, що підгрунтям будь-якої фізичної задачі повинні залишатися досвід і математика, Леонардо, перш ніж перейти до проекту літальної машини, зайнявся дослідженнями природи пташиного польоту, які й зараз вважають класичними. Він також розробив проекти пристроїв, що нагадують гелікоптер і парашут.

Якої ясності досягала думка цього великого дослідника в області фізики, найкраще видно з того, що у своїх працях він, на сторіччя випередивши час, вказував, що багаторазові спроби вирішення проблеми «вічного двигуна» («реrpetuum mobile») – неможливі й ця проблема ніколи не буде розв'язана. Найбільший фахівець із робіт Леонардо да Вінчі Карло Педретті встановив, що запис про неможливість побудови вічного двигуна, який знаходиться у складеному Леонардо Міланському кодексі, датується 1493 р. У 1775 р. Французька академія ухвалила рішення не розглядати пропозиції про вічні двигуни, оскільки побудова їх неможлива.

Леонардо да Вінчі (1452–1519)
Леонардо да Вінчі вважав спостереження та експеримент єдино правильним підходом до науки: «Марні й повні помилок ті науки, які не народилися з експерименту, матері всіх фактів, і які не можна звести до одного ясного експерименту». Вкрай важливим він вважав поєднання теорії з практикою: «Той, хто захоплюється практикою без науки, – немов стерновий, що ступає на корабель без керма і компасу; він завжди не впевнений, куди пливе». Леонардо да Вінчі перший запропонував використовувати для посилення тяги повітря жерстяну трубу над гнотом лампи, чим досягалося усунення кіптяви і збільшення яскравості світла. Надалі жерстяну трубу було замінено скляною.

 
Саме в цей час в Європі активно створюють різні наукові установи нового зразка – академії наук. Початок цьому було зроблено в Італії: ще в 1560 р. у Неаполі утворилася Академія таємниць природи; в Римі діяла Академія Лінчєї, членом якої був Галілео Галілей; у Флоренції Академію досвіду створило сімейство Медичі. На початку XVII століття в Лондоні виник гурток учених, які регулярно збиралися для обговорення наукових проблем. «Ми, – розказував один із членів цього гуртка, – залишили осто ронь богословські та політичні питання, а займалися розглядом і обговоренням дослі джень з природознавства і суміжних із ним наук, як от: фізика, анатомія, геометрія, астрономія, мореплавання, статика, магне тика, хімія, механіка та природничо істо ричні досліди, знайомлячись зі станом цих наук удома і за кордоном». На базі цього гуртка в 1662 р. було організовано Лондонське королівське товариство, членами якого були такі відомі вчені, як Бойль, Гук, Гюйгенс, Ньютон. З 1666 р. набула офіційного статусу Паризька академія наук. На початку 1724 р. за наказом Петра I і в Росії засновують академію наук – Петербурзьку.

Розуміння важливості та ролі знань було одним із чудових якостей, властивих російському імператору Петру I. Його вчинки і рішення в царині науки мають системний, по-державному стратегічно продуманий характер. Програма діяльності Петербурзької академії наук не була скопійована з програм інших академій, а була цілком самостійною, продиктованою потребами Росії, яка швидко розвивалася. Перед нею ставилися теоретичні та практичні цілі – розробка і поширення корисних практичних знань. Водночас академія повинна була стати не тільки науково-дослідним, а й навчальним закладом. Як дослідницька установа вона ділилася на три класи: математичний, фізичний і гуманітарний. Академія виконувала важливі роботи з вивчення природи і продуктивних сил країни. Наукова робота велася в стінах самої академії, в її кабінетах, лабораторіях, майстернях. Наукові видання академії – «Коментарі» й «Нові коментарі» – незабаром набули світової популярності. Як фахівців для роботи в академії запросили чудових західноєвропейських учених – математика Леонарда Ейлера, фізика Георга Ріхмана, братів Бернуллі та ін., а до числа шести перших російських академіків увійшов М. В. Ломоносов.

Ці організації сприяли розвитку науки, в яку прийшов експеримент, істинність висновків стали перевіряти його результатами. Створювали нові прилади, і за їх допомогою людський розум став глибше пізнавати закони природи. Наукові академії надавали підтримку експериментальним дослідженням, заохочували дискусії та обмін думками, великим внеском у розвиток науки була можливість публікацій наукових праць. Учені більше не обмежувалися особистим листуванням для повідомлення про свої наукові відкриття. Тепер ці відкриття перевіряли експериментально, обговорювали, а потім публікували у пресі. З ними можна було ознайомитися і застосувати їх на практиці. Жвава і широка дискусія сприяла тому, що наукові проблеми буквально «кружляли в повітрі».

Найважливішим досягненням науки епохи Відродження стало утвердження Миколою Коперником (1473–1543) геліоцентричної системи світу, обґрунтованої в його праці «Про обіг небесних сфер». «У середині всіх цих орбіт, – писав Коперник, – знаходиться Сонце. Тому не марно називали Сонце душею Всесвіту...».

Пізанська баштаВеликий італійський вчений Галілео Галілей одним із перших вітав просування науки на ту нову сходинку розвитку, де критичне мислення і фантазія ученого з'єдналися в єдину співдружність теорії та експерименту.

Галілей був не тільки професійним ученим та інженером, а й мислителем, дотримувався в основному матеріалістичних поглядів на довколишній світ. Пізнаючи природні явища, учений вірив в існування їх незалежно від людини. За його уявленнями, природа безмежна, отже, безмежний і процес пізнання. Він вважав, що світ раціональний, і все в ньому підлягає механічній причинності. Пошук причин явищ, що цікавлять нас, – головна мета науки. Галілей неодноразово підкреслював, що при проведенні будь-якого дослідження наукові гіпотези слід перевіряти експериментами. Справжній експеримент, на думку Галілея, повинен бути способом перетворення мислення. Таким чином, підхід Галілео Галілея до дослідження природних явищ по суті був таким самим, як і в сучасних дослідників.

Галілей зробив низку великих відкриттів, запровадив як основу наукового пізнання опис даного експерименту мовою математики. Він вважав, що знання, отримані експериментальним шляхом, мають приводитися в систему за допомогою абстрактних математичних уявлень. «Наука, що зв'язує теорію та експери мент, фактично почалася з робіт Галілея», – писали А. Ейнштейн і Л. Інфельд.

Праці Галілея лежать в основі сучасної фізики і служать джерелом знань для всіх наступних поколінь. Його справедливо вважають не тільки батьком експериментальної фізики, як це давно стало традицією, а й великим ученим-теоретиком. Як стверджував Бертран Рассел, «при про тиставленні бажаного з дійсним знання дістаються важко... Галілей зробив перший великий крок до накопичення надійних знань, що мають загальний характер. Тому його можна вважати прабатьком сучасної науки».

Галілео Галілей (1564–1642) Галілео Галілей був сином італійського дворянина Вінченцо Галілея, філософа і музиканта. Він навчався в монастирі, потім вступив до університету вивчати медицину, але захопився математикою, фізикою, астрономією, механікою, познайомився з творами Евкліда, Архімеда, Арістотеля і з величезною енергією та ентузіазмом почав займатися математикою і механікою рухомих тіл. Галілей із захопленням вивчав старовинні книги, перевіряючи їх твердження та ідеї за допомогою експериментів. Він наполегливо проводив досліди сам і використовував чужі експерименти, доки не досягав правильного вирішення проблеми. Життєрадісний, з чудовим почуттям гумору, спостережливий, він незабаром набув широкої популярності своїми відкриттями в області механіки та астрономії. Галілей був великим учителем і мислителем, володів таким блискучим полемічним талантом, що міг перевершити філософів, вихованих на старих традиціях, користуючись їх же власними аргументами.

Пристрасно і з вражаючою майстерністю читав він свої лекції, писав твори про рух, механіку, астрономію. Ще в молодості, коли він був викладачем математики при Пізанському університеті, виникла суперечка про те, чи залежить швидкість падіння тіл від їх ваги. Прихильники Арістотеля вважали швидкість падіння тіл прямо пропорційною їх вазі. Як стверджував його учень і біограф Вінченцо Вівіані (1622–1703), Галілей для розв'язання цього питання став проводити досліди з вивчення законів вільного падіння тіл, використовуючи Пізанську похилу башту, і довів, що швидкість тіл при вільному падінні не залежить від їх ваги. Роботи Галілея, його лекції і дискусії, в яких він підтримував вчення Коперника, незалежність поглядів, нетерпимість у відношенні до схоластики і переконливість доказів привели до розбіжностей з авторитарними представниками церкви і важких випробувань, що виникли для Галілея. Як і праці Коперника, його твір «Діалог про дві системи – птолемеєву та коперникову» було занесено до числа заборонених книг, а самого вченого притягнули до суду інквізиції.

З 1633 року після суду інквізиції і вимушеного зречення від учення Коперника хворий, вже майже сліпий Галілей, перебуваючи під наглядом інквізиції, не кидає заняття наукою. У 1638 році в Голландії виходить з друку найзнаменитіший з його творів – «Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, які відносяться до механіки і місцевого руху». У ньому міститься опис його досліджень прискореного руху (які потім лягли в основу законів Ньютона), досліджень пружності тіл (в одній із бесід він доводить, що вода не може бути піднята насосом на висоту, більшу за 18 ліктів – 10,33 м) і його обґрунтування обчислення нескінченно малих. На полях екземпляру «Діалогу про дві системи – птолемеєву та коперникову», що належав Галілею, його рукою зроблено зауваження: «З приводу нововведень. Ну хто може сумніватися в тому, що нововведення, які намагаються зробити рабами чужої волі розуми, створені богом вільними, не можуть не призвести до найсильнішої смути? Вимагати, щоб люди відмовлялися від власних думок і підкорялися думкам інших, і призначати осіб, абсолютно неосвічених в науці або мистецтві, суддями над людьми вченими, наділяючи їх владою поводитися з останніми на свій розсуд, – це такі нововведення, які здатні довести до загибелі республіку і зруйнувати державу».

Нелегко давалося вченим досягнення наукової істини. Тернистим був шлях науки в століттях. К. А. Тімірязєв писав: «Багаття задушило голос Бруно, змусило зректися Галілея, спрово кувало легкодухість Декарта». До цих вчених цілком можна віднести слова бельгійського поета Е. Верхарна:

Ісаак Ньютон (портрет роботи Г. Кнеллера, Національна портретна галерея, Лондон)Исаак Ньютон (1643 –1727) – один із найбільших учених за всю історію, котрий заклав основи сучасного природознавства, творець класичної фізики. Його роботи з оптики, астрономії, математики стали найважливішими етапами в розвитку цих наук. Але найголовнішим, що назавжди внесло його ім'я в історію науки, було створення нової системи механіки. Ньютон сформулював основні закони механіки і був творцем єдиної фізичної програми опису всіх фізичних явищ на базі механіки, відкрив закон всесвітнього тяжіння і розробив на його основі теорію руху небесних тіл. Він пояснив припливи в океанах, заклав основи механіки суцільних середовищ, акустики і фізичної оптики.

«Пускай же каменист и неприступно крут
Твой путь за истиной в погоне,
Дерзанья золотые кони
В грядущее тебя взнесут!»

«Щасливий той, хто пізнав причини», – цей напис було вибито на медалі, створеній на честь І. Ньютона.

Сконструйований Ньютоном у 1671 р. телескоп-рефлектор (другий, поліпшений) став приводом обрання його в січні 1672 р. членом Лондонського королівського товариства, в якому з 1703 р. і до кінця життя він був беззмінним президентом. У 1687 р. побачила світ його праця «Математичні начала натуральної філософії», яка містить основні поняття і аксіоматику механіки, зокрема три основні її закони і закон всесвітнього тяжіння. Вихід у світ «Начал» відкрив новий період в історії пізнання світу, оскільки в них уперше містилася завершена система механіки, закони якої керують великою кількістю процесів у природі. Велич задуму автора, що піддав математичному аналізу систему світу, глибина і строгість викладу вразили сучасників. Його відкриття зробили величезний вплив на розвиток науки нового часу, що базується на експериментальних дослідженнях.

Наукова творчість Ньютона зіграла винятково важливу роль у розвитку мистецтва пізнання природи. За словами А. Ейнштейна, «Ньютон був першим, хто спробував сформулювати елементарні закони, які визначають часовий хід широкого класу процесів у приро ді з високим ступенем повноти і точності» і «...зробив своїми працями глибокий і сильний вплив на весь світогляд у цілому».

Всім було абсолютно ясно, що в основі існування Всесвіту, і Землі зокрема, лежать універсальні закони Всесвіту, просторові та кількісні взаємозв'язки, властивості і процеси. Про це так писав відомий японський фізик Х. Юкава: «Обдумуванням фізичної картини світу займалося багато вчених планети після Ньютона: як для нього, так і для них це було могутнім джерелом інтересу до нашої науки. Прагнення утвердити новий погляд на світ, створити новий образ Всесвіту – чудове, і мені здається, що це компетенція фізиків, а не філософів. Звичайно, Ньютон абстрагується, але він залишає найістотніше і створює єдину картину світу. Йому належить при наймні побудова теорії Сонячної системи...» Медаль, випущена в 1726 році на честь Ісаака Ньютона

Отже, досвід і математичний розрахунок – ось ті основні наукові методи, застосування яких за уявленнями цих прекрасних учених – Г. Галілея та І. Ньютона – дозволяють успішно досліджувати світ природних явищ. Основи сучасної науки, які були закладені в XVI–XVII ст., пов'язують насамперед з іменами Г. Галілея та І. Ньютона.

Успіхи, досягнуті об'єднаними зусиллями вчених в пізнанні світу, у створенні основ усіх сучасних знань, були величезні. Завдяки цьому наукова революція, пов'язана з іменами Коперника, Галілея, Кеплера, Тіхо Браге, Ньютона, Гільберта та багатьох інших, у XVI–XVII століттях остаточно розірвала пута середньовічної схоластики. Настав час дослідного, експериментального вивчення природи. Наука як мистецтво пізнавати природу розвивалася за такими головними напрямами: у міру зростання свободи слова зростало і загальне значення науки, заснованої на експерименті; відбувалося накопичення фактичних знань і теорії; розвивалися математичні методи для вирішення тих або інших задач; винаходилися і конструювалися нові прилади для проведення експериментів; змінювалися наукові методи і ставлення до науки. Дискусії і публікація праць допомагали їй ставати загальнонародною та універсальною. Істинність науки стала впливати на людський розум, а накопичення нових практичних знань привело до значних досягнень у техніці.

«Наука – це невпинна багатовікова робота думки звести разом за допомогою системи всі явища нашого світу, які можна пізнати».

А. Ейнштейн

Титульна сторінка книги Ісаака Ньютона «Математичні начала натуральної філософії»

Великі заслуги в розвитку сучасної науки належать видатному фізику, механіку і математику, члену Петербурзької академії наук Л. Ейлеру (1707–1783). Його пристрасть до науки була вражаючою. Навіть коли осліпнув, він продовжував до кінця життя працювати з колишнім завзяттям, диктуючи свої роботи учням.

Великий російський учений М. В. Ломоносов (1711–1765) – учений з енциклопедичними знаннями, який багато зробив для вітчизняної науки, його праці мали значний вплив на розвиток фізики, математики, астрономії, хімії, геології. Одним із найбільших його досягнень було утвердження закону збереження енергії.

Ломоносову було властиве прагнення все створене в науці використовувати в промисловості. Як висловився О. С. Пушкін, «Ломоносов не тільки створив перший російський універ ситет, а й сам був першим нашим універси тетом». Природничі науки отримали в XIX і особливо в ХХ ст. надзвичайно швидкий розвиток. Науково-технічна революція в ХХ ст. з'явилася внаслідок високого рівня розвитку науки і виробництва.

Як бачимо, розвиток теоретичної думки в той чи інший період часу залежав від того, наскільки своєчасно назріла необхідність у даній теорії і наскільки підготовлений грунт для сприйняття нових ідей як з інтелектуальної, так і з практичної точки зору. Наукове пізнання будувалося з допомогою перехресного процесу досліджень і міркувань з усіх боків. До важливих відкриттів часто рухалися не навпростець, а досліджуючи явища природи у різних напрямах, переходячи від однієї гіпотези до іншої, яку в свою чергу піддавали перевірці. Різними шляхами нагромаджувалися нові знання, потім їх перевіряли з різних точок зору. Збіг результатів, отриманих різними методами дослідження, давав упевненість у тому, що досягнуті знання мають надійну основу. Кожне покоління примножувало знання, розробляло нові методи і технічні прийоми для їх перевірки, знаходило відповіді на старі питання і ставило нові. «Наші знання ніколи не можуть мати кінця, саме тому, що предмет пізнання нескінченний», – відзначав Б. Паскаль.

Одна і та сама проблема в певний момент часто привертає увагу багатьох учених одночасно, і вирішення однієї і тієї самої задачі може бути отримане не однією людиною, а кількома, незалежно одна від одної. Успіх може випасти на долю одної з них, якій вдається відстояти своє відкриття, свою теорію. Створення такої теорії, яка давала б найсильніше відчуття інтелектуального задоволення й упевненості, – це справжнє мистецтво, те, що ми називаємо пізнанням навколишнього світу.

Не все в сучасній науці можна уявити, наприклад електрон, що має корпускулярнохвильові властивості. Тому і засади квантової механіки часто сприймаються важко. Один із найбільших радянських фізиків Л. Д. Ландау сказав із цього приводу: «Найбільшим дося гненням людського генія є те, що людина здатна зрозуміти речі, які вона вже не в змозі уявити». Для багатьох учених наука стала сенсом їх життя. До них відносяться слова Галілея: «Ніщо велике в світі не творилося без пристрасті».

Проходять тисячоліття, і людина, збагатившися знаннями, пізнавши закони природи, стає творцем матеріальних благ – головною силою, що визначає розвиток суспільства. Але сам процес оволодіння мистецтвом пізнавати навколишній світ вельми тривалий і непростий.

Наука зробила людину всесильною, але ця сила може бути спрямована не тільки на користь людства для творення, а й на руйнування, на знищення всього, що ми називаємо цивілізацією. Одне з найвидатніших відкриттів сучасної науки – відкриття явища радіоактивності А. Беккерелем у 1896 р., що зробило величезний вплив на розвиток науки й дозволило оволодіти атомною енергією, – найгостріше порушило питання про моральну відповідальність учених перед суспільством, про необхідність широкої міжнародної співпраці учених, направленої проти використання новітніх наукових досягнень у воєнних цілях.

Розвиток цивілізації, потреби практики, виробництва висунули перед ученими задачі пізнання теплових, електричних і магнітних явищ, радіоактивності, вивчення можливості їх використання. І тому завжди доречно пам'ятати про тих учених, які створювали науку і своєю працею залишили помітний слід на Землі. І надалі ми пригадаємо багатьох із тих, хто зробив свій скромний внесок у пізнання явищ природи, знання яких у майбутньому допомогло людині створити зовсім новий світ – світ сучасної енергетики.