Тема 2.2. Нові відкриття у фізико-математичних і природничих науках та технічні винаходи останньої чверті ХІХ – початку ХХ ст

Розвиток математики та астрономії. У період з 1871 р. до 1914 р. нові відкриття в математиці, астрономії, природознавчих та технічних науках підірвали основи старої механістичної картини світу й створили умови для розвитку нових еволюційних ідей. Точні науки у цей час розвиваються на основі практичного досвіду, збагачуючи його новими відкриттями. На межі окремих наукових знань виникають нові науки: фізична хімія, біохімія тощо.

Початок нового періоду в розвитку математики був пов’язаний з дослідженнями в галузі неевклідової геометрії, які проводили італійський учений Еудженіо Бельтрамі та німецький математик Фелікс Клейн.

Видатною подією в галузі аксіоматичного методу була опублікована 1899 р. праця німецького математика Давіда Гільберта, який вперше розв’язав задачу побудови геометричної системи, яка логічно розгорталася з точно сформульованих незалежних посилань. Цим Гільберт зробив вагомий внесок у математичну логіку. Практичне значення цього відкриття виявилося з часом.

Наприкінці ХІХ ст. значного розвитку отримало вчення про загальні властивості скінченних і особливо нескінченних множин. Теорія множин як математична дисципліна була розроблена у 1874–1884 рр. німецьким математиком Георгом Кантором. Ідеї та поняття теорії множин знайшли застосування практично у всіх галузях математики. Теорія множин стала однією з основ розвитку теорії функцій дійсної змінної, сучасної загальної топології та інших дисциплін.

У розглядуваний період великого розвиту набула теорія ймовірностей. Цей розділ математики займається вивченням випадкових подій, настання яких заздалегідь неможливо точно передбачити й перебіг яких, здавалося б, за однакових умов, може відбутись зовсім по-різному в залежності від випадку. Теорія ймовірностей особливо швидко почала розвиватися з прогресом статичної фізики, знайшла застосування у природознавстві та техніці. На її основі розвинулася теорія спостережень, яка набула розвитку у зв’язку з потребами геодезії та астрономії, а також у теорії стрільби. Велике значення у цій галузі математики мали праці російського ученого Андрія Маркова-старшого. Так, теорія марковських ланцюгів дала можливість розв’язати фізичні проблеми броунівського руху та дифузії.

На межі ХІХ і ХХ ст. значним напрямком у розвитку математики було вчення про симетрію у загальному вигляді, тобто теорія груп. Спочатку вона розвивалася як допоміжний апарат для розв’язання рівнянь вищих степенів у радикалах. На межі століть важливе значення закономірностей симетрії виявилося у багатьох інших розділах науки: геометрії, кристалографії, фізиці, хімії. Завдяки цьому методи і результати теорії груп отримали досить значне поширення. Так, у 90-х рр. ХІХ ст. Євграф Федоров розв’язав за допомогою теоретико-групових методів важливу проблему кристалографії – задачу класифікації різноманітних кристалічних просторових решіток.

На початку ХХ ст. вчені багатьох країн продовжували розробляти проблеми топології, яка сформувалася в окрему галузь математичних знань у зв’язку з розробкою проблем теорії функцій комплексної змінної і якісної теорії диференціальних рівнянь Анрі Пуанкаре. На той час топологія вже визначилась як вчення про ті властивості геометричних образів, які не змінюються при безперервній їх деформації.

У розглядуваний період виникає поняття функціонального простору, а також основних ідей функціонального аналізу. В математиці простір визначається як множина об’єктів, між якими є відношення, подібні за своєю структурою до звичайних просторових. Історично першим є поняття евклідового тривимірного простору, який розглядається як множина точок, пов’язаних певними зв’язками. Внаслідок постійного його збагачення виникло поняття функціонального простору, в якому точками є функції. Такі простори розглядались італійськими математиками В. Вольтерра (1887) та С. Пінкерле (1895), а також Д. Гільбертом (1904) і угорським ученим Ф. Рісом (1912).

Нові досягнення математики – створення аксіоматичного методу теорії множин, відкриття нових аспектів теорії ймовірностей, теорії груп, топології, функціонального аналізу – тісно пов’язані зі змінами й розвитком наукових уявлень про явища матеріального світу. Через специфіку предмету й методу дослідження математика часто теоретично випереджає відкриття багатьох фізичних та інших законів природи. В подальшому природничі науки все частіше звертаються до методу математичного аналізу свого матеріалу.

Якщо наука до другої половини ХІХ ст. не знала шляхів для пояснення фізичної природи процесів і явищ, що відбувались у всесвіті, то тепер астрономія отримала нові методи вивчення космосу: спектральний аналіз і фотографію, які ґрунтувалися на досягненнях фізики та хімії. Астроспектроскопія й фотографія зумовили швидке вдосконалення нової галузі астрономії – астрофізики.

В останній третині ХІХ ст. була розроблена класифікація зіркових спектрів. Вивчення спектрів небесних світил дозволило довести існування об’єктів як зіркової (зіркові системи, скупчення), так і газової (газові туманності) природи.

Перші точні визначення зіркових величин були проведені у 70-х рр. ХІХ ст.; були створені досить точні фотометричні каталоги. На кінець століття астрономія вже використовувала досить значні матеріали: власні рухи, паралакси тощо.

Суттєвий розвиток отримала зіркова астрономія, яка під час досліджень закономірностей зіркової системи, крім геометричних характеристик, почала широко використовувати отримані астрофізичними методами фізичні характеристики зірок: спектральні класи, променеві швидкості, показники кольору. Це дозволило набагато глибше з’ясувати закономірності будови і розвитку зіркового світу.

1906 р. Якобус Каптейн запропонував міжнародний план дослідження зіркового світу шляхом вивчення зірок у 206 обраних площах, які рівномірно були розподілені по небу. Досліди, які проводилися за цим планом, надали значний матеріал для вивчення будови і динаміки зіркової системи. Під час виконання цього плану накопичувалися відомості про зіркові величини, спектральні класи, власні рухи, променеві швидкості. Велике значення мали й інші міжнародні праці, такі як складання зонних астрономічних каталогів, фотографічні «карти неба» тощо.

Негативний вплив на світогляд астрономів на межі ХІХ і ХХ ст. мала загальна криза природознавства, яка виявилася в астрономії у тенденції до заперечення безмежності всесвіту в часі й до визнання нашої Галактики єдиною зірковою системою, яка включає всі небесні тіла. Однак дослідження, які провели передові вчені, довели існування інших зіркових систем. Склався новий розділ зіркової астрономії – позагалактична астрономія. Нові відкриття в астрономії у розглядуваний період визначили перехід від вивчення лише часткових питань, які торкалися природи окремих небесних тіл, до з’ясування загальних закономірностей їх будови і розвитку.

Фундаментальні відкриття у фізиці. Природознавчі науки на межі ХІХ і ХХ ст. головну увагу приділяли питанням будови матерії, її мікроструктурі. Дослідження попереднього періоду привели до чіткого розмежування атома і молекули. За допомогою періодичної системи Менделєєва був встановлений зв’язок між атомами, але закономірності змін самих атомів ще не були з’ясовані. Висувалися лише припущення, що атом є складним утворенням. Крім того, існувала думка про наявність ефіру – однорідного світового середовища нез’ясованої будови. Електрика розглядалась як флюїд, тобто речовина особливої будови.

В останній чверті ХІХ ст. вчення про електрику почало займати центральні позиції не тільки у фізиці, але й в усьому природознавстві. 1873 р. Джеймс Максвелл створив електромагнітну теорію світла. Розвиваючи ідеї Фарадея, він розробив класичну теорію електромагнітного поля. З розробленої ним системи рівнянь електродинаміки випливало, що повинні існувати електромагнітні хвилі. Реальність цих хвиль була експериментально доведена Генріхом Герцом у 1887 р. Він показав, що ці хвилі також, як і світлові промені, відбиваються, заломлюються і т.д. Протягом наступного десятиліття були відкриті майже всі діапазони електромагнітних хвиль.

1895 р. німецький фізик Вільгельм Рентген, досліджуючи проходження струму через трубки без повітря, відкрив електромагнітне випромінювання, яке назвав Х-променями. Невдовзі було доведено, що промені Рентгена – це електромагнітні хвилі дуже короткої довжини. Це відкриття набуло широкого практичного застосування.

Російський фізик Петро Лебедєв у 1891 р. отримав короткі електромагнітні хвилі, які заповнювали діапазон між звичайними радіохвилями і більш короткими інфрачервоними променями. Він також експериментально довів, що електромагнітні хвилі можуть спричиняти також тиск. Дослідження Лебедєва показали, що електромагнітні випромінювання характеризуються не лише енергією, але й масою.

Відкриття Герца, Рентгена, Лебедєва та інших учених доповнили теорію електромагнітного поля Максвелла й усунули її недоліки. Максвелл переніс центр уваги з електромагнітних зарядів на електромагнітне поле. Воно і речовина у вченого виявилися розірваними. Внаслідок цього питання про електромагнітні заряди, які породжують поле і випромінюють електромагнітні хвилі, питання про природу носіїв заряду і струму вивчалося спочатку без зв’язку з електромагнітним полем.

1870 р. англійський учений Вільям Крукс відкрив катодні промені в розрядній трубці з розрідженим повітрям. Через чотири роки британський фізик Джордж Стоні дав перше кількісне визначення заряду атома електрики і назвав цей заряд «електроном». Стоні назвав електроном найменший електричний заряд, пов’язаний з іоном одновалентної речовини. Його співвітчизник Джозеф Томпсон 1897 р. довів, що катодні промені є потоком негативно заряджених електронів. Остаточно атомну будову електричних зарядів було доведено 1911 р. дослідами американського вченого Роберта Ендрюса Мілікена. Відкриття та дослідження електронів, їхні взаємодія та рух зробили помітний вплив на вчення про речовину.

Розвиток вчення про електромагнітне поле, відкриття електрона, встановлення електромагнітної структури атома призвели до синтезу цих досягнень у електромагнітній теорії, яка набула розвитку на межі ХІХ і ХХ ст. Остаточно її сформулював у 1909 р. голландський учений Гендрік Лоренц у праці «Теорія електронів». Все різноманіття видів матерії він розглядав як наслідок взаємодії позитивних і негативних елементарних зарядів (електронів) та ефіру. Однак подальший розвиток науки довів, що не може бути універсальних теорій, які б пояснювали всі явища. Теорія Лоренца не відповідала фактам при поясненні безперервного і перервного.

Французький фізик Антуан Беккерель у 1896 р., проводячи досліди з сіллю урана, встановив, що її випромінювання здатне проходити крізь непрозорий папір. Його роботу продовжили Марія Склодовська-Кюрі і П’єр Кюрі, які встановили, що такі промені випускають усі сполуки, які містять уран і торій. Такі речовини отримали назву радіоактивних. Вже 1898 р. дослідники змогли отримати з уранової руди радій. Згодом було встановлено, що радіоактивність проявляється у вигляді альфа-, бета- і гамма-променів.

Англійський фізик Ернест Резерфорд 1911 р. під час дослідження розсіювання ядер гелію – альфа-частинок – атомами різних речовин встановив, що ці частинки відхиляються на незначні кути, хоча зіштовхуються з сотнею тисяч атомів. Лише у деяких випадках альфа-частинка відхиляється на кут у 120–150°. Отже, зустрічні атоми пронизуються швидкою й масивною альфа-частинкою. Резерфорд запропонував планетарну модель атома: у центрі якої знаходиться позитивно заряджене ядро, а його маса майже дорівнює масі атома.

Але згідно класичної електродинаміки, електрони, які рухаються у середині атома, повинні були б безперервно втрачати свою енергію на випромінювання електромагнітних хвиль. Їхній рух у середині атома припинився б у мільйонні частки секунди. Але це суперечило великій стійкості атома. При цьому світло, яке випромінював атом згідно електронної теорії, повинно було б мати безперервний спектр. Але досліди, проведені з розпеченими газами (тобто сукупністю атомів, які мають велику енергію) показали, що вони випромінюють цілком визначений лінійний спектр, характерний для даної речовини.

Отже, з’ясувалось, що на основі класичної механіки й електродинаміки неможливо пояснити процеси, які відбуваються у середині атома. Численні теоретичні узагальнення та практичні дослідження, проведені у різних країнах світу в 1913 р. змінили погляди вчених на проблему будови атома. На початку року був відкритий закон перетворення елементів у процесі радіоактивного розпаду. Він пояснював альфа- і бета-розпад як зсув електронів у періодичній системі. Майже одночасно цей закон був доведений англійським фізиком Фредеріком Содді та польським Казимиром Фаянсом. Потім Содді відкрив явище ізотопії. Наприкінці року на засіданні Фізичного товариства у Копенгагені Нільс Бор зробив доповідь «Про спектр водню», в якій дав опис нової динамічної моделі атома.

Значним досягненням фізики у цей час було створення квантової механіки – теорії руху мікрочастинок. Вона дозволяла враховувати хвильові, атомістичні та корпускулярні властивості матерії. Згодом квантова механіка як галузь теоретичної фізики стала основою ядерної фізики.

Відправною точкою квантової механіки стала квантова теорія світла. Ще 1900 р. німецький фізик Макс Планк зробив припущення про те, що елементарні випромінювачі (атоми) можуть віддавати свою енергію електромагнітному полю, тобто випромінювати світло лише дискретними порціями – квантами. Загальнонаукове значення роботи Планка полягало у тому, що він відкинув закони класичної фізики і ввів у науковий обіг уявлення про перервний, квантовий обмін енергією між випромінюючими системами і полем випромінення.

Німецький фізик Альберт Ейнштейн у 1905 р. висловив думку про те, що світло є сукупністю елементарних світлових частинок – фотонів, або квантів світла. Він запровадив поняття про квантову (дискретну) структуру поля випромінювання. Це дало змогу пояснити багато фізичних явищ: закони фотоефекту, люмінесценції, фотохімічні закономірності тощо.

Узагальненням розвитку фізики початку ХХ ст. була спеціальна (1905) та загальна (1915) теорія відносності А. Ейнштейна. Вона відкрила нові наукові уявлення про простір, час та тяжіння. Вчений довів, що уявлення про абсолютний простір і час, які будувалися на законах класичної механіки, суперечать законам, що були відкриті в фізиці на межі ХІХ–ХХ ст. Простір і час – є формами існування рухомої матерії й окремо, незалежно від матерії, не існують.

Теорія відносності Ейнштейна є однією з основ всієї сучасної фізики. За її допомогою відбуваються дослідження атома та його ядра, а також елементарних частинок. Загальна теорія відносності вивчає космологічні проблеми.

Хімія, геологія, механіка та біологія на передових позиціях науково-технічного прогресу. На розвиток загальнотеоретичних уявлень хімічної науки наприкінці ХІХ ст. помітний вплив мали як відкриття, зроблені у попередній період, так і сучасні здобутки у галузі фізики. На базі термодинаміки, електродинаміки, спектроскопії формуються фізична хімія та виникають її самостійні розділи.

Хімія у другій половині ХІХ ст. досягла помітних успіхів у галузі синтезу органічних речовин, використовуючи відкриття, зроблені у попередній період Фрідріхом Велером і Миколою Зініним. 1865 р. німецький хімік Фрідріх Август Кекулє запропонував формулу будови бензолу. Вже наступного року французький вчений Марселен Бертло синтезував тензол з ацетилену. На основі реакції диазоторування, відкритої німецьким хіміком Петером Гріссом, яка стала основою великого класу азотофарбників, виникає промисловість синтетичних барвників. Метод синтезування різноманітних органічних речовин Віктора Гріньяра, відкритий у 1900 р., значно прискорив її розвиток.

Хімічна наука на підставі досягнутих результатів у теоретичних розробках почала здійснювати помітний вплив на розвиток хімічних технологій: створюється виробництво пластмас, синтетичних барвників, рідкого палива, ліків; вдосконалюються технологічні процеси в металургії, виробництві фарб.

Одним з напрямів розвитку органічної хімії було дослідження синтезу природної сировини й вдосконалення способів її переробки. Під час дослідження складу і будови каучуку були зроблені перші спроби його синтезу.

На межі ХІХ–ХХ ст. формується самостійний напрям фізико-хімічних досліджень – термохімія. Дослідження хімічних процесів за допомогою термодинаміки призвело до появи хімічної термодинаміки. Теорія електролітичної дисоціації, запропонована Сванте Арреніусом у 1887 р., та подальше вивчення хімічних процесів, перетворили електроліз у промисловий спосіб отримання алюмінію, хлору та інших речовин.

Розвиток колоїдної хімії був обумовлений вивченням розчинів. Ці дослідження призвели до вдосконалення процесів очищення нафти та води, покращення якості фарбування, появи фотографії.

1884 р. Якоб Гендрик Вант-Гофф оприлюднив свої кінетичні рівняння, що було підсумком роботи багатьох дослідників стосовно визначення швидкості хімічних реакцій. Він спирався на закон діючих мас, відкритий у 1879 р. Като Максиміліаном Гульдбергом і Петером Вааге, та на загальний закон зміщення хімічної рівноваги в залежності від зовнішніх факторів Анрі Луї Ле Шательє (1884).

На початку ХХ ст. працями багатьох учених (Г. Тамман, М. Курнаков) було створено фізико-хімічний аналіз. Він допоміг встановити кількісну залежність між складом та властивостями різноманітних систем речовини – розчинами, сплавами тощо. Тепер науковці отримали можливість досліджувати умови осаджування солі та створювати сплави з потрібними властивостями.

Завдяки відкриттю будови атома, поглиблюється розуміння будови молекули та природи хімічного зв’язку. В основі перших гіпотез про участь електрона в утворенні хімічного зв’язку було положення про переміщення електронів від одного з атомів до іншого. Так, 1915 р. Вальтер Коссель, а наступного – Гілберт Льюіс запропонували електронні теорії валентності й хімічного зв’язку. Описовий бік цих теорій добре узгоджувався з моделлю атома Нільса Бора.

У розглядуваний період подальший розвиток отримали такі розділи механіки, як динаміка твердого тіла, теорія стійкості, механіка рідин і газів. Перехід до нарізної зброї у середині ХІХ ст. зробив розробку проблем стійкості, рівноваги і руху матеріальних систем дуже важливою. Вони отримали розвиток у теорії гіроскопу, якою займалися російський учений О. Ляпунов і французький А. Пуанкаре. Так, 1892 р. вийшла друком праця Ляпунова «Загальна задача про стійкість руху». Розв’язання теоретичної проблеми обертання важкого тіла навколо нерухомої точки для випадку, коли центр його ваги не знаходиться на осі симетрії, у 1888 р. зробила Софія Ковалевська.

Бурхливий розвиток авіації на початку ХХ ст. призвів до появи нового розділу гідродинаміки – аеродинаміки. Важливе значення у її створенні мали праці Миколи Жуковського. У 1904 р. він розробив формулу для визначення підіймальної сили крила, про що зробив доповідь під назвою «Про приєднані вихори» у листопаді наступного року на засіданні Московського математичного товариства. У 1910–1912 рр. Жуковський провів розрахунки сили, яка діє на крило, а також розробив декілька теоретичних профілів крила. У наступні шість років він провадив дослідження, за допомогою яких була створена теорія повітряного гвинта. Праці Жуковського є основою всіх аеродинамічних розрахунків літаків. Розвитком теорії крила займався також німецький учений Людвіг Прандтль.

Праця Сергія Чаплигіна «Про газові струмені» (1902) започаткувала нову галузь механіки – газову динаміку. Повністю значення цього дослідження визначилося лише через кілька десятиліть, коли почалося вивчення сил, з якими повітря впливає на літак, що летить на швидкості, яка наближається до звукової.

Різноманітні ракети (освітлювальні, сигнальні, феєрверки) на пороховій основі людство використовувало століттями. Але лише з появою праць Івана Мещерського «Динаміка точки змінної маси» (1897) та «Зрівняння руху точки змінної маси» (1904) з’явився новий розділ механіки – динаміка змінної маси, який досліджував політ ракет. У 1903 р. вийшла праця Костянтина Ціолковського «Дослідження світових просторів реактивними приладами», в якій були викладені теорія руху ракети з урахуванням зміни її маси, принципова схема реактивного двигуна на рідкому паливі та математично обґрунтована можливість застосування багатоступеневих реактивних апаратів у міжпланетному сполученні.

У перші десятиліття ХХ ст. різними проблемами розвитку космонавтики займалися й інші дослідники: Р. Годдард (США), Ф. Цандер (Росія), Р. Есно-Пельтрі (Франція), Г. Оберт (Німеччина), Ю. Кондратюк (Україна). Так, у 1909 р. Роберт Годдард вперше зробив енергетичний розрахунок рідинної воднево-кисневої ракети з урахуванням можливості застосування також інших видів палива. Тоді ж він розглянув схему багатоступеневої ракети. 1916 р. Годдард провів експериментальні дослідження зі сталевими камерами порохового ракетного двигуна з метою визначення їх ККД. 1917 р. Юрій Кондратюк (справжнє ім’я – Олександр Шаргей) вивів основне рівняння руху ракети у бік Місяця та зробив його аналіз.

Будівництво залізничних мостів, швидкісних пароплавів, весь розвиток техніки наприкінці ХІХ ст. призвів до появи теорії вимушених коливань і вчення про резонанс, започаткованих дослідженнями Лагранжа. Особливо плідно у цьому напрямку працював німецький математик Карл Вейєрштрасс. На початку ХХ ст. розробляється нова галузь теорії коливань – теорія нелінійних коливань, що було пов’язано з розвитком технічної акустики, електротехніки та радіотехніки.

Розвиток геології був тісно пов’язаний з прискореним зростанням промислового виробництва, яке потребувало велику кількість кам’яного вугілля, металу, нафти. Це викликало поглиблення геологічних знань, значного розширення пошукових робіт і вдосконалення їх проведення.

У геології формуються загальні теорії, що пояснюють геологічні явища як взаємозв’язані ланки єдиного процесу розвитку Землі. Так, у 70-х рр. ХІХ ст. вийшла друком книга австрійського вченого Едуарда Зюсса «Обличчя Землі», в якій була висунута контракційна гіпотеза – гіпотеза стискання Землі. Вона розглядала життя нашої планети як складний тривалий період, де всі геологічні процеси були пов’язані між собою й відбувалися під дією природничих факторів. Але контракційна теорія спрощувала схему розвитку Землі. Тому на початку ХХ ст. з’явилися нові гіпотези та теорії.

Одним з досягнень геології кінця ХІХ ст. було вчення про особливості геологічних відкладень у залежності від умов осадових накопичень (теорія фацій), авторами якого були російський учений Микола Головкінський та німецький – Іоганнес Вальтер. Тоді ж були закладені основи палеогеографії та порівняльної стратиграфії (М. Неймайєр, О. Павлов), а також біостратиграфії (М. Андрусов). Так, ученими-палеогеографами було встановлено льодовикове походження четвертинних відкладень (П. Кропоткін); накопичені нові відомості про клімати минулого. Це сприяло розвитку загальних матеріалістичних уявлень про історію нашої планети.

Використання мікроскопічного методу аналізу гірських порід за допомогою поляризаційного мікроскопу в петрографії дозволило глибше вивчити мінерали під час утворення вивержених порід.

У зазначений період велика кількість робіт була проведена з вивчення геології окремих регіонів земної кулі. Регіональна геологія у той час мала велике практичне значення, оскільки дозволяла перейти до складання геологічної карти світу.

Таким чином, розвиток наукових досліджень у 1871–1914 рр. пішов переважно у трьох напрямках: вивчення структури матерії (зокрема, структури атома); дослідження проблем енергії та створення нової фізичної картини світу.

Нові дослідження в галузі будови речовини, атома, проведені на межі ХІХ–ХХ ст. довели, що механістична картина світу вкрай недосконала й помилкова. Відомі науці закони класичної механіки при поясненні мікроструктури речовини виявилися помилковими. Водночас помилковими виявилися і механістичні, метафізичні, філософські концепції, природничо-науковими джерелами яких були стара класична механіка і механістична картина світу.

Весь процес переходу до нових основ фізичної науки відбувався в умовах формування нової картини всесвіту й супроводжувався значними змінами не тільки у галузі природознавства, але й у філософії. На межі ХІХ–ХХ ст. особливо загострилися суперечки між матеріалізмом та ідеалізмом навколо філософських проблем природознавства. Так, суб’єктивні ідеалісти з відкриття радіоактивності зробили висновок про те, що це нібито підриває основи принципу збереження енергії, оскільки випромінювання під час радіаційного розпаду свідчить про виникнення енергії з нічого. Крім того, стверджувалося, що з відкриттям зміни маси електрона підривається принцип збереження маси. Оскільки масу ототожнювали з матерією, то робився висновок про те, що «матерія зникає».

Боротьба навколо філософських проблем природознавства мала велике соціальне значення, оскільки в неї втягнулися найвидатніші представники філософії того часу.

Поява та розвиток нових видів транспорту і зв’язку. Використання бензинового двигуна в автомобілебудуванні почалось з 1885 р., коли німецький винахідник Готліб Даймлер отримав відповідний патент і використав двигун у конструкції автомобіля. Наприкінці ХІХ ст. досліди зі створення автомобіля отримали широке розповсюдження у всьому світі. За кілька років напівкустарне виробництво було поставлене на промислову основу і з’явились перші автомобільні заводи: 1896 р. в Айзенасі (Німеччина) та Спрінгфілді (США), 1899 р. у Туріні (Італія).

Справжній прорив у автомобілебудуванні стався 1902 р., коли американський підприємець Генрі Форд, маючи 7-річний досвід конструювання й виробництва автомобілів, налагодив процес їх масового складання. Він був першим, хто зумів отримати технічний, технологічний та комерційний зиск від запровадження конвеєра.

Розвиток двигунів внутрішнього згоряння на початку ХХ ст. призвів до створення тракторної промисловості на підставі досвіду використання гусеничного рушія та парових колісних тракторів, накопичений у ХІХ ст. Визначились два типи тракторів за призначенням: промислові та сільськогосподарські.

На межі ХІХ–ХХ ст. припадає зародження літакобудування. Для розвитку авіації велике значення мали дослідження природи польоту нерухомого крила німецького винахідника Отто Лілієнталя (1889), які були оприлюднені на початку ХХ ст.. На їх основі брати Уілбур та Орвіл Райти (США) збудували літак Flyer, який 17 грудня 1903 р. здійснив свій перший політ. Заслуга братів Райтів полягала у тому, що вони використали бензиновий двигун і надійну біпланну схему будови літака.

З початком другого десятиліття ХХ ст. авіація виходить на новий якісний рівень, коли створення перших літакобудівних заводів призвело до розвитку авіаційної промисловості як нової галузі виробництва.

Практичне втілення ідеї телефонування започаткували праці німецького фізика Філіпа Рейса зі створення апаратури, здатної зберігати відповідний тембр голосу під час передачі звуку. Паралельно над цією проблемою працювали учений Ілайша Грей та винахідник Александр Грейам Белл. У вдосконаленні телефонних апаратів взяли участь сотні вчених і винахідників з різних країн, найбільш відомими з яких були Д. Юз, Т. Едісон, Е. Берлінер, Ф. Блейк, К. Адер.

Наприкінці ХІХ ст. дротовий електричний зв’язок існував між багатьма містами і країнами, однак він обмежувався лише нерухомими об’єктами. Створити бездротову сигналізацію дозволило застосування електромагнітних хвиль завдяки роботам німецького фізика Генріха Герца. Олександр Попов застосувавши електромагнітні хвилі, відкриті Герцом, створив високочастотний іскровий генератор, у схемі якого містились усі елементи радіопередавача. Навесні 1897 р. він встановив свої прилади на кораблях Балтійського флоту й домігся зв’язку на відстані 5,5 км. Гульєльмо Марконі використав відкриття Герца і Попова й провів радіозв’язок через Атлантичний океан, який здійснювався за допомогою іскрових генераторів (1901).

З початком Першої світової війни відбувся перехід від іскрових (затухаючих передавачів) до радіостанцій з дуговим генератором незатухаючих коливань. Це було практичне втілення ідей данського винахідника Вальдемара Поульсена (1904), засекречене німецьким командуванням до початку війни.

1904 р. англійський інженер Джон Флемінг винайшов двоелектродну лампу – діод, а вже за два роки її вдосконалення, здійснене американцем Лі де Форестом (приєднав до лампи третій електрод-сітку), призвело до створення триелектродної лампи (тріоду) – основи майбутньої електронної радіолампової техніки.

Початок кінематографу започаткували досліди Томаса Едісона та братів Огюста та Луї Люмьєр. 1888 р. Едісон запропонував методику моментальної фотозйомки з послідовною серією проектування зображень на безперервну смужку, яка знаходилася на циліндрі або на пласкому диску. Наступного року він застосував целулоїдну плівку для свого апарату. На початку 1895 р. брати Люмьєр вперше здійснили проекцію на екран знятих ними кінокартин.

На початку ХХ ст. розпочинаються роботи зі створення математичних машин. Першу з них – апарат для інтегрування диференціальних рівнянь було розроблено 1912 р. під керівництвом академіка Олександра Крилова у Петербурзі. Згодом праці у цьому напрямку отримали назву диференціальних аналізаторів (механічні інтегруючі машини).

Винайдення та застосування нових засобів транспорту та зв’язку, як і запровадження у виробництво наукових відкриттів і винаходів значно вплинуло як на весь розвиток техніки й промислового виробництва, так і на суспільне життя. За якихось двадцять років побут населення багатьох країн зазнав докорінних змін. Але, на жаль, нові відкриття в науковій сфері й, особливо, у техніці почали використовуватись у першу чергу для потреб війни.

Theme 2.2. The new discoveries in physics, mathematics, the natural sciences and technical inventions of the last quarter of the 19^th century

An important event in the sphere of the axiomatic method was the work of the German mathematician David Hilbert, published in 1899, who first decided to build a geometric system, logically developed from precise, independent packages. This Gilbert made a significant contribution to mathematical logic.

Set theory as a mathematical discipline was developed in 1874–1884 by the German mathematician Georg Cantor. Set theory has become one of the pillars of the development of the theory of functions of a real variable, modern General topology and other disciplines. Probability theory especially quickly began to develop with progress of static physics, has found application in science and technology. At the turn of the 19^th–20^th centuries an important part in the development of mathematics was teaching about the symmetry in a general manner, that is, the theory of groups. The concept of functional analysis is also formed.

In the second half of the 19^th century astronomy gets new methods of studying the cosmos: spectral analysis, picture, based on the achievements of physics and chemistry. Study of Spectra of heavenly bodies helped to prove the existence of objects as stellar and gaseous nature.

In the last quarter of the 19^th century the teaching of electricity began to occupy the central position in physics. In 1873, James Maxwell created the electromagnetic theory of light. In 1895, the German physicist Wilhelm Conrad Roentgen, exploring the passage of current through the tube without air, opened the electromagnetic radiation, which he called x-rays. Soon it was shown that electromagnetic waves are of very short length. In 1874, the British physicist George Stonej gave the first quantitative determination of the charge of the atom of electricity and called the charge of the «electron». Finally, the atomic structure of the electrical charges has been proven in 1911, by the American scientist Robert Andrews Milliken.

French physicist Antoine Becquerel, conducting experiments with uranium salt found that its radiation can pass through the opaque paper. Curies have established that these rays produce all compounds containing uranium and thorium. Such substances have been called radioactive. The starting point of quantum mechanics was the quantum theory of light. In 1900, German physicist Max Planck cast aside the laws of classical physics and introduced the idea of discontinuous quantum exchange of energy between the lamp and the radiation field. Summarizing the development of the physics of the beginning of the 20^th century had been the special (1905) and general theory of relativity, developed by the German physicist Albert Einstein. It has opened a new scientific concept of space, time and gravitation.

Chemical science, based on the results achieved in the theoretical works, initiated a marked influence on the development of chemical technologies: a production of plastics, synthetic dyes, liquid fuels, medicines; improved technological processes in industry.

During the period under review, such sections of mechanics, as solid state dynamics, theory of stability, mechanics of liquids and gases received their further development. The rapid development of aviation has resulted in aerodynamics. Essential for its creation were the works of the Russian scientist Nikolai Zhukovsky. At the beginning of the 20^th century the developing problems of space started in various countries.

And the development of geology in this period was closely related to the accelerated growth of industrial production, which required large amounts of coal, metal, and oil.Use the gasoline engine in the automotive industry began in 1885, when German inventor Gottlieb Daimler received the patent and used the engine in the vehicle.The automotive industry is already before the World War I influenced the progress in all branches of engineering due to the increase in car production and related orders for the necessary equipment, materials and components.

The great importance for the further development of aviation had the nature study of real flight wing of German inventor Otto Lilienthal (1889).Based on them, the brothers Wilbur and Orville Wright (United States) built the airplane «Flyer», which first flew on December 17, 1903.

The German physicist Heinrich Hertz has dedicated several works to exploring the electromagnetic waves. Based on them, the Russian scientist Alexander Popov and Italian inventor Guglielmo Marconi established the radio transmitters.The experiments of Thomas Edison and the brothers Augusto and Louis Lumiere put the s tart of the cinema.