химического исследования веществ стало открытие эпохи пластмасс и
синтетических материалов.
Наша собственная эпоха сформирована исследованиями материалов. Лаборатории
компании "Белл", принявшей нынешнюю свою форму в 1925 году, начали программу
исследований по повышению надежности и срока службы вакуумных ламп, бывших
основой тогдашней телефонной сети. Частая замена ламп обходилась дорого, а во
многих случаях менять их было крайне сложно и неудобно. Наконец в 1940 году
физик Уильям Шокли и его сотрудники из лаборатории компании "Белл" попытались
использовать в электронных усилителях не вакуумные лампы, а полупроводниковые
устройства. Их решение привело к прогрессу в понимании того, как движутся
потоки электронов в полупроводниках через "дыры" в их кристаллической
структуре. Хотя эти исследования начались с весьма практических проблем
повышения надежности телефонной связи, результатом оказался вполне
фундаментальный вклад в науку, удостоенный Нобелевской премии.
Промышленные технологии: использование физики
Еще прежде того, как Дальтон нашел подход к систематизации химического знания,
физики достигли важных результатов, хотя это знание было такого рода, что
яснее было, как использовать его в астрономии, -- а не в повседневной жизни.
Только после 1875 года физика начала влиять на промышленные технологии.
Но семена будущего влияния были посеяны раньше. В начале XIX века исследования
электричества привели к ряду открытий, имеющих фундаментальное значение для
современной физики. Были открыты электрический ток, гальванические батареи и
явление электромагнитной индукции. Сэмюэл Ф. Б. Морзе нашел им практическое
применение в телеграфе уже до гражданской войны в Америке. После гражданской
войны Томас Эдисон, Джордж Вестингауз, Элия Томсон, Чарльз Стейнметц и многие
другие нашли применение электричеству в освещении и во многих других областях,
а в 1890-х годах в промышленности начали использовать электродвигатели.
Позднейшие исследования электричества стали частью истории современной
теоретической физики. В 1864 году Джеймс Кларк Максвелл, исходя из
математических вычислений, предсказал существование электромагнитных волн.
Густав Герц в 1886 году экспериментально подтвердил утверждения Максвелла, а в
1895 году Вильгельм Конрад Рентген открыл Х-лучи. В том же году Гуглельмо
Маркони использовал волны Герца для передачи по беспроволочному телеграфу.
Семнадцатью годами позже аппаратами Маркони были оборудованы уже столько судов
в Северной Атлантике, что было кому броситься на помощь к гибнущему Титанику.
Эдисона признают пионером в организации потока изобретений в области связи и
электричества, прежде всего имея в виду созданную им в 1876 году в
Менло-Парке, штат Нью-Джерси, "фабрику открытий", в которой работало
пятнадцать сотрудников. Эдисон был телеграфистом, когда он в возрасте 21 года
получил первый патент на звукозаписывающий телеграф. Изобретение не имело
коммерческого успеха. Но Эдисону принадлежат и более ценные изобретения в
телеграфии, в том числе созданная в 1874 году система, позволившая компании
"Вестерн Юнион" передавать одновременно по два сообщения в каждом направлении,
что повысило пропускную способность линий в четыре раза [Boorstin, The
Americans, p. 529].
Лаборатория в Менло-Парке погрузилась в создание системы электрического
освещения. Дэниел Бурстин подчеркивает, что Эдисон изобрел не просто
электрическую лампу, а систему домашнего освещения и создал компанию для ее
производства и сбыта. Система включала станцию-генератор (динамо), подводку
напряжения к дому или офису и провода, переключатели, розетки и патроны для
использования электричества [там же, с. 533--535].
Лаборатория Эдисона зримо использовала научное знание в промышленных целях и
тем самым вдохновляла и поддерживала множество независимых изобретателей. Ее
изобретения всегда тщательно учитывали возможности сбыта, и это понятно:
фабрика не выживет, если ее продукты не раскупаются. Но у лаборатории в
Менло-Парке последователи нашлись не очень быстро: только через 25 лет начали
возникать исследовательские лаборатории в промышленности. Германская
химическая промышленность, бывшая практически монополистом в производстве
красок, начала создавать собственные исследовательские лаборатории только в
1890-х годах. [Краткий обзор развития в Германии см.: J. J. Beer, The
Emergence of the German Dye Industry (Urbana: University of Illinois Press,
1959).]
В 1892 году "Дженерал Электрик" поглотила компанию Эдисона, сохранив при этом
Чарльза Стейнметца в качестве инженера-консультанта. Стейнметц получил
образование в области математики, электричества и химии в университетах
Германии. Он эмигрировал в Соединенные Штаты в 1889 году из-за своей
приверженности к социализму, вызвавшей трения с властями. Стейнметца
интересовали, прежде всего, математика и теория электричества, где он и
добился наибольшего. В качестве независимого изобретателя он запатентовал
более двухсот изобретений. Немного позднее, в 1900 году "Дженерал Электрик"
наняла преподавателя химии из Массачусетского технологического института
Виллиса Р. Уайтни для организации постоянной исследовательской лаборатории
[Boorstin, The Americans, pp. 540--542]. Интерес к химии отчасти объяснялся
необходимостью улучшить материалы для нитей накаливания, чтобы сделать их
конкурентоспособными с производимыми в Германии.
После 1880 года расстояние между чистой наукой и промышленностью уменьшилось,
если судить по тому, что интервал между научным открытием и его коммерческим
применением начал сокращаться. Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831
году, но только через полвека трансформаторы и электродвигатели стали важным
коммерческим продуктом. В бессемеровском конвертере использованы знания о
химии сталеплавления, полученные за полвека до этого. Но уже Маркони нашел
применение волнам Герца, через девять лет после открытия. Рентгеновские лучи
нашли применение в медицине еще быстрее.
К началу XX века прикладная наука явно развернулась в сторону создания новых
продуктов и процессов. Дистанция .между фундаментальными и прикладными науками
становится исчезающе малой. В последние годы электронная промышленность
настолько успешно реализовывала научные открытия, что вопрос теперь во времени
освоения производства. Одной из хороших иллюстраций того, как прикладная наука
временами опережает фундаментальные исследования, служит работа лаборатории
"Белл", предпринятая с чисто коммерческими целями и заслужившая Нобелевскую
премию за потрясающе интересное открытие остаточной радиации большого взрыва.
[Открытие было результатом попытки найти источник помех в системе спутниковой
связи. Созданный для этого приемник был использован "для вполне прозаичного
наблюдения за источниками радиоволн, расположенных за пределами плоскости
нашей галактики". James S. Trefil, The Moment of Creation (New York: Charles
Scribner's Sons, 1983), p. 16. "Пензиас и Вильсон обнаружили, ...что в
принимаемых ими сигналах было необъяснимо много "шумов", вроде хлопьев на
экране или атмосферных помех в радиоприемнике. Они ухлопали массу времени на
то, чтобы избавиться от этого сигнала, поскольку были уверены, что он не
приходит сверху, а создается в самом приемнике... Но какие бы внешние
воздействия они ни устраняли, посторонний сигнал сохранялся..." Там же.
"Наконец пришли к заключению, что этот шум представлял собой остаточную
радиацию большого взрыва." Другое популярное описание открытия см.: Joseph
Silk, The Big Bang (San Francisco: W. H. Freeman & Company, 1980), pp.
75--77.]
Естественные науки: видимое, невидимое и профессионализация
Технологии конца XIX века завершили начатое химиками изменение отношений между
фундаментальной наукой и промышленными технологиями. Стоит рассмотреть природу
этого изменения.
Пока основой промышленных технологий был видимый мир механики, где
причинно-следственные связи доступны непосредственному наблюдению,
совершенствование технологий осуществлялось почти исключительно усилиями
ремесленников, которые были, конечно же, более настойчивыми, одаренными и
изобретательными, чем большинство их современников, но ни в коем смысле они не
были людьми науки. Есть обрывочные (и только обрывочные) исторические сведения
о вкладе ученых в развитие керамического и текстильного дела, в сельское
хозяйство, в мелиорацию земель, в развитие водяных колес и ветряных мельниц, в
горное дело, металлургию, металлообработку, в изготовление плугов, в
архитектуру, строительство, в производство часов, оружия, доспехов, упряжи,
седел, стремян, повозок, карет, инструментов, в производство красок,
оптических стекол, в судостроение, в искусство навигации и печати -- короче
говоря, во все то, что антропологи назвали бы предметами материальной
культуры. Даже заимствование из других культур -- китайской, индийской или
исламской -- гораздо чаще осуществлялось торговцами или солдатами, а не
учеными: арабскую систему счисления, которая была одним из самых значительных
примеров культурного заимствования, принес на Запад купец Леонард из Пизы.
Примерно с 1875 года фронт промышленных технологий Запада начал смещаться от
видимого мира рычагов, шестерен, эксцентриков, шатунов, осей и коленчатых
валов к невидимому миру атомов, молекул, электронных потоков, электромагнитных
волн, индукции, магнетизма, амперов, вольтов, бактерий и вирусов. В результате
изменился главный источник совершенствования промышленной технологии. Новым
источником стала система взаимных связей между работой ученых в
фундаментальных науках, располагающих значительной автономией, стремящихся к
знанию ради самого знания и получающих средства в виде грантов и субсидий, не
связанных напрямую с экономической ценностью исследований, с одной стороны, и
работой ученых-прикладников, работающих внутри хозяйственного сектора и
получающих средства в соответствии с экономической ценностью их работ -- с
другой.
Считается, что научный метод был изобретен Галилеем и Бэконом в начале XVII
века. Основным в их подходе было подчеркивание фундаментальной важности
наблюдения, эксперимента и рассуждения как пути к истине, а Галилей, также,
использовал эксперимент для демонстрации ложности принятых тогда теорий. Но
ремесленник легко осваивал здравый смысл предлагавшегося подхода к
изобретениям -- наблюдение, эксперимент, рассуждение. Метод Галилея сам по
себе не привел к разделению науки на прикладную и фундаментальную наук, и не
профессионализировал промышленные технологии. Для этого потребовались две
вещи: во-первых, природные явления, понимание и использование которых целиком
или частично зависело бы от существующих научных объяснений; и, во-вторых,
научные объяснения такого рода, которые могут быть поняты (легко или даже в
принципе) только людьми со специальной подготовкой.
Природных явлений было в избытке: электричество, электромагнитные волны, гены
и поведение атомов и молекул в химических реакциях, например. Научные
объяснения основывались на постулировании неких сущностей и процессов, которые
поддавались только косвенному наблюдению, через их действие, и могли быть
поняты только подготовленными учеными. Важно понять, почему в конструировании
и производстве промышленной продукции эти постулированные наукой невидимые
сущности могли оказаться полезнее, чем здравый смысл квалифицированных
механиков и ремесленников. В конце концов, человечество тысячелетиями
объясняло природные явления с помощью невидимых сущностей -- эльфов, сил
тяготения, флогистона и дальтоновских атомов. Но невидимые сущности из научных
объяснений имели одно громадное преимущество перед эльфами и их коллегами из
басен и мифов: экспериментальная проверка могла показать, что последние не
только невидимы, но и вовсе не существуют, как это проделал Антуан Лавуазье с
флогистоном, и как случилось с атомами Дальтона после открытия элементарных
частиц. Стреноженные экспериментальной проверкой существования и свойств своих
невидимых сущностей, научные объяснения доказали свою надежность в качестве
