1600–1699 годы н. э.
1600
Уильям Гильберт, придворный врач королевы Елизаветы I, физик, изучавший магнитные явления, публикует книгу «De magnete, magneticisque corparibus etc», первую работу по экспериментальной физике. В ней он впервые вводит понятие статических электрических сил и проводит их разницу с магнитными силами. Он так же сделал открытие, что Земля представляет собой гигантский магнит, такой же, как и камни Перегринуса, объяснил принципы работы компаса. Ему так же приписывается введение в обращение слова «электрический», которое произошло от греческого «электрон», что означает «янтарь».
Магнитам приписывались многие поразительные свойства, и сегодня магнитные браслеты используются для некоторых терапевтических целей. Во времена Гильберта верили, что изменница может быть выведена на чистую воду, если положить ей под подушку магнит. Это должно было заставить ей кричать или выбросить её из постели во время сна.
Гильберт говорил о других вещах, например, что запах чеснока не влияет на показания корабельного компаса. Неизвестно, проводил ли он эксперименты с изменницами.
Гильберт был одним из ведущих учёных, использовавших экспериментальный метод научного исследования, рассматривая рациональное мышление греческого философа Аристотеля и его последователей в качестве более низкого уровня исследований. Он признал Коперниканский гелиоцентрический взгляд, что было достаточно опасно в то время, поскольку в этом случае не Земля, а Солнце являлось центром Вселенной. Он был современником итальянского астронома Галилео Галилея (1564-1642), который принципиально стоял на защите результатов на основе физических результатов научного метода и точных измерений, противопоставляя их метафизическим принципам и формальной логике. Эти взгляды привели Галилея к серьёзному конфликту с церковью и они старались выставить его еретиком.
Экспериментальный метод, в противовес рационального мышления, привели к научной революции, что отделило науку от философии.
Гильберт умер от бубонной чумы в 1603 году, оставив свои книги, глобусы, инструменты и минералы Физическому колледжу, но он был разрушен в 1666 году во время великого пожара в Лондоне, который к тому же привёл к завершению чумы.
1603
Итальянский обувщик и алхимик из Болоньи Винченцо Касциароли, в поисках философского камня для превращения металлов в золото, нашёл камень, в котором заподозрил наличие золота. Он прокалил его с углём и селитрой, но камень не превратился в золото, вместо этого после охлаждения он стал слабо светиться в темноте. После того, как это свечение ослабевало, он мог быть «перезаряжен» на ярком солнечном свете. Этот камень стал известен как «lapis solaris» или «солнечный камень». Так было открыто явление фосфоресцирования, простейший метод хранения солнечной энергии в химической форме.
1605
Английский философ и юрист Фрэнсис Бэкон изобрёл пятиразрядный код шифрования, состоявший только из букв «a» и «b». Он назвал его «двухсимвольным кодом», который позже был перенят в пятибитный бинарный код код Бодо из единиц и нулей, который использовался на протяжении ста лет для передачи информации в двадцатом столетии с помощью телеграфа.
Более важно то, что Бэкон, вместе с Гильбертом, были первопроходцами научного метода, хотя неизвестно, встречались ли они когда-нибудь.
Бэкон критиковал идею о том, что научные достижения и открытия должны проводиться через рациональное размышление. Он защищал идею открытия новых знаний через научные эксперименты. Явления должны наблюдаться, а гипотезы должны быть построены на наблюдениях. Если эксперименты дают повторяемые результаты, то на их основании может быть сделан вывод.
В его публикации 1605 года «Улучшение познания» (The Advancement of Learning) он утверждал «Если человек начинает с уверенности, он закончит в сомнениях; но если он предпочтёт начать с сомнений, он закончит уверенностью».
Бэкон умер в результате одного из своих экспериментов. Он изучал возможности сохранения мяса заполнением курицы снегом. Эксперимент был удачным, но Бэкон умер от бронхита, вызванного холодной курицей или влажной постелью, когда он был отправлен на лечение своей простуды.
В настоящее время многие «бэконийцы» заявляют, что по крайней мере несколько пьес Шекспира в действительности были написаны Бэконом. Одним из аргументов в этом споре выступает то, что только Бэкон обладал необходимой широтой знаний и эрудицией, которая отражается в пьесах Шекспира.
1608
Голландский мастер очков немецкого происхождения Иоанн Липперсгей, подал заявку на патент на телескоп, который предполагалось использовать для военных целей. Патент не был выдан по причине того, что «многие люди уже обладают знаниями об этом изобретении». Тем не менее, патент Липперсгея является первым документом, раскрывавшем сущность этого изобретения. Согласно легенде телескоп был изобретён случайно, когда Липперсгей или двое его детей играли с линзами в его магазине, и заметили, что изображение церковной башни на расстоянии выглядит чётче, если рассматривать его через две линзы друг за другом. Это открытие перевернуло астрономию. В то время пионерские работы Коперника, Браге и Кеплера были основаны на тысячах старательных наблюдений невооружённым глазом без преимуществ телескопа.
1609
После смерти датского имперского математика Тихо Браге в 1601 году, немецкий математик Иоганн Кеплер получил астрономические данные, которые Браге собирал многие годы прилежными наблюдениями. Из этой массы данных движений планет, собранных с помощью телескопа, Кеплер вывел три закона движения планет, два первых из которых он опубликовал в «Новой астрономии» (Astronomia Nova), в 1609 году, а третий был опубликован в книге «Гармония мира» (Harmonices Mundi) в 1619 году.
Первый закон Кеплера (закон эллипсов): каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Второй закон Кеплера (закон площадей): каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.
Третий закон Кеплера (гармонический закон): квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет.
Законы Кеплера были первыми, которые позволили точное предсказание будущих положений и орбит планет, в то же время они эффективно устранили аристотелевскую и птолемейскую модель геоцентрического движения планет. Другие основания были обеспечены Галилеем (смотрите ниже).
Кеплер вывел эти законы эмпирически за годы наблюдений, выполненных Браге, серьёзная задача, но всё ещё оставались неясны принципы, которые приводили к этому движению. Ответ был дан Ньютоном.
Гениальность Кеплера померкла, когда судебные разбирательства установили, что он убил Браге для того, чтобы завладеть данными его наблюдений.
1610
Итальянский физик и астроном Галилео Галилей был первым, кто наблюдал небо через рефракционный телескоп. Этот телескоп он сделал самостоятельно на основании знаний о телескопе Липперсгея, и с его помощью наблюдал четыре луны Юпитера, которые до этого не были видны невооружённым взглядом. Идея о том, что Земля не является центром Вселенной была революционной, разрушая таким образом геоцентрическую модель мира, называемую так же птолемейской моделью Вселенной, которая более тысячи лет выступала основой религиозных и аристотелевских размышлений. В то же время наблюдения гор (кратеров) на Луне так же вступало в противоречие с теорией Аристотеля о том, что небесные тела представляют собой очень гладкие сферы.
Свои наблюдения он опубликовал в труде «Звёздный вестник» (Sidereus Nuncius), придав дополнительную славу научной революции в астрономии, начавшейся около ста лет назад с публикации теории Коперника о гелиоцентрическом устройстве мира, что привело Галилея к конфликту с церковью. Обвиняемый в еретических взглядах, Галилей, преклонился перед инквизицией и признал, что гелиоцентрическая теория была ошибкой. Он был обвинён и определён под домашний арест до конца жизни.
Галилей так же известен благодаря тому, что продемонстрировал, что все тела падают на землю с одинаковым ускорением, независимо от их массы, бросая шары различного размера с Пизанской башни, опровергнув теорию Аристотеля о том, что скорость падения тел прямо пропорциональна их весу, хотя нет никаких доказательств, что именно Галилей провёл этот эксперимент. Известно, что такой эксперимент был проведён Саймоном Стевином, фламандским математиком, механиком и инженером, в 1586 году.
В 1971 году астронавт Апполона-15 Дэвид Скотт повторил эксперимент Галилея на безвоздушной луне с пером и молотком, показав, что не сдерживаемые атмосферой, они падают на поверхность с одинаковым ускорением. Хотя факт посещения Луны до сих пор остаётся под вопросом.
1614
Шотландский барон, 8-й лэрд Мерчистона, Джон Непер опубликовал книгу под названием «Описание удивительной таблицы логарифмов» (Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio), в которой он описывает новый метод проведения сложных вычислений умножения и деления проведением сложения и вычитания; приложением к книге служили вычислительные таблицы. Логарифмические таблицы, содержавшие 241 пункт, потребовали от него 20 лет предварительных вычислений.
Основной идеей Непера было то, что если сопоставить геометрической прогрессии арифметическую, то умножение в геометрической прогрессии можно заменить на сложение в арифметической шкале. Возможно, он был знаком с книгой Михаэля Штифеля «Arifmetica integra», в которой высказывалась подобная идея, но автор не предпринял попыток к её развитию. Рассмотрим школьный пример:
то есть может быть выполнено сложение показателей степени
из-за чего возникают трудности в представлении промежуточных чисел. Этой проблемы можно было бы избежать применив вещественное число в качестве показателя степени, но к концу XVI столетия человечество только научилось обращаться с нулём, и идея вещественных показателей степени не показалась бы им привлекательной.
Публикация Непера была подарком для астрономов и математиков. Одним из них был Генри Бригс, профессор математики из Грешем-колледжа в Лондоне, который преодолел около 560 километров до Эдинбурга в течение года для того, чтобы встретиться с изобретателем нового математического инструмента.
Тем временем в 1617 году Непер опубликовал описание нового изобретения в его «Рабдологии». Это был практический метод умножения с использованием «числовых родов». Известные как «кости Непера» они не использовали метод логарифмов (смотрите так же далее о Гюнтер).
Уже старый и тяжело больной, Непер умер в том же году, так и не увидев результаты своей работы. Логарифмы Бригса используются и по сей день под названием десятичных логарифмов.
Непер так же опубликовал толкование Апокалипсиса в своей книге «A Plaine Discovery of the Whole Revelation of St. John» в 1593 году, которая была представлена в виде теорем и доказательств и имела большой успех.
1620
Эдмунд Гюнтер, профессор астрономии Грехем-колледжа, где Бригс был профессором математики, поместил логарифмическую шкалу на деревянную планку, которую использовал для выполнения умножения и деления путём сложения и вычитания логарифмов. Эта линейка стала прообразом логарифмической линейки.
1621
Английский математик и священник, Уильям Отред, друг Бригса и Гюнтера из Грехем-колледжа, поместил две шкалы Гюнтера рядом, обеспечив прямое сложение и вычитание логарифмов, изобретя таким образом логарифмическую линейку, ставшую незаменимым инструментом каждого инженера на следующие 350 лет до изобретения электронного калькулятора в 1970-х. Отред так же создал круглую версию логарифмической линейки.
1628
Английский медик Уильям Гарвей опубликовал книгу под названием «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus), в котором он впервые описал циркуляцию крови и её перекачивание по телу сердцем, разрушая оставшиеся Аристотелевские утверждения в то, что сердце отвечает за «разумность», а мозг служит «охлаждающим устройством» для крови. Он доказал, что вопреки существовавшему ранее мнению, что кровь образуется из пищи и поступает в органы в одностороннем направлении, она движется по организму по замкнутому циклу.
1629
Итальянский ученый Николо Габео опубликовал труд под названием «Philosophia Magnetica», в котором он впервые употребил термин «электрическое отталкивание».
1642
В возрасте шестнадцати лет французский математик Блез Паскаль сконструировал механический калькулятор, способный выполнять сложение и вычитание. Известный как «паскалин», он стал прототипом последующих счётных машин. Несмотря на его полезность, эта величайшая инновация провалилась, так и не сумев привлечь внимание учёных и экономистов, поэтому было изготовлено только пятьдесят экземпляров. Тридцать лет спустя его изобретение померкло, после того, как Лейбниц изобрёл калькулятор с четырьмя функциями, который мог выполнять умножение и деление наравне со сложением и вычитанием.
Паскаль так же стал первопроходцем в работах по гидравлике, ставших основой для закона Паскаля: давление равномерно распределяется в каждой точке покоящейся жидкости независимо от того, в какой точке жидкости оно было приложено. Он так же разъяснил, как использовать этот принцип для трансформации силы в гидравлическом прессе. Эта система должна содержать два цилиндра с поршнями разного поперечного сечения, соединённые с общим резервуаром или просто трубкой друг с другом. Когда к малому поршню прикладывается сила, она создаёт давление в резервуаре, пропорциональное площади поршня. Это же давление прикладывается к большому поршню, но из-за того, что его площадь больше, это приводит к тому, что развиваемая на нём сила будет пропорционально больше. Отношение этих двух сил пропорционально отношению площадей поршней. Таким образом, цилиндры работают по принципу, аналогичному принципу рычага, который может увеличивать прикладываемую силу. Спустя полтора века в 1795 году Джозеф Брама получил патент за изобретение гидравлического пресса.
Единица давления была названа «Паскаль» в его честь, заменив ранее использовавшиеся фунт на квадратный дюйм (пси) или Ньютон на квадратный метр.
Кроме гидравлики, Паскаль ввёл определение вакуума. В то время традиционным взглядом была аристотелевская мысль о том, что пространство должно быть заполнено невидимой материей, и вакуум считался невозможным.
В 1653 году Паскаль описал способ определения коэффициентов биномиального ряда, названного позже «треугольником Паскаля». В следующем году Кавалер де Мере, большой поклонник азартных игр, предложил Паскалю решить некоторые задачи, возникающие при определённых игровых условиях. Первая задача де Мере — о количестве бросков двух игральных костей, после которого вероятность выигрыша превышает вероятность проигрыша, — была решена им самим, Паскалем, Ферма и Робервалем. В ходе решения второй, гораздо более сложной задачи, в переписке Паскаля с Ферма, закладываются основы теории вероятностей.
Паскаль не претендовал на изобретение одноимённого треугольника, поскольку было известно, что об этом треугольнике было известно персидским математикам в XI и XII веках, а так же китайским математикам в XI и XIII веках, а так же в других местах в Европе, которые часто называли в честь местных математиков.
Большую часть своей жизни Паскаль страдал от плохого здоровья и умер в возрасте 39 лет после ухода из науки, последние десять лет своей жизни он занимался религией, эти результаты были опубликованы в «Мыслях», посвящённых защите христианской веры.
1643
Эванджелиста Торичелли, работавший в качестве секретаря Галилея, и помогший ему добиться места придворного математика при дворе великого герцога Фердинанда II, в 1643 году выполнил первый в мире барометр для измерения атмосферного давления. Принцип действия этого барометра состоял в уравновешивании силы давления атмосферы и силы веса столбика ртути.
1644
Французский философ и математик Рене Декарт опубликовал свой труд «Первоначала философии» (Principia Philosophiae), в котором он сформулировал следующие основные мысли:
Бог сотворил мир и законы природы, а далее Вселенная действует как самостоятельный механизм.
В мире нет ничего, кроме движущейся материи различных видов. Материя состоит из элементарных частиц, локальное взаимодействие которых и производит все природные явления.
Математика — мощный и универсальный метод познания природы, образец для других наук.
Он представлял собой первого математика современной школы, который полагал, что аристотелевский метод исследования не годится для получения знаний, и что только математика способна обеспечить «истинное» знание, поэтому все остальные науки должны базироваться на ней. Он не признавал ведущей роли экспериментального метода исследований и представлял свою математическую логику как главный инструмент.
Одной из его наиболее известных работ является «Рассуждения о методе...», опубликованной в 1637 году, включавшей приложения «Диоптрика», «Метеоры» и «Геометрия», призванные продемонстрировать применение рассмотренного им метода на конкретных науках. Считается, что эта книга ознаменовала переход от эпохи Возрождения к философии Нового Времени и современному научному познанию.
В 1649 году Декарт принял спонсорство от шведской королевы Кристины после многолетней травли за «вольнодумство», которая пригласила его на работу в Стокгольм. Вскоре после переезда он умер. Одной из причин смерти предполагается пневмония, поскольку день королевы начинался в 5 часов утра, а Декарт привык вставать около 11 часов. Всего несколько месяцев холодного северного климата и прогулок по дворцу в 5 часов утра привели к смерти. По другой версии он умер от отравления мышьяком агентами церкви, стремившейся обратить королеву Кристину в католичество.
1646
Слово «электричество» впервые употребляется Робертом Брауном. Кроме этого он не внёс другого вклада в науку.
1651
Немецкий алхимик, химик и аптекарь Иоганн Рудольф Глаубер в своём труде «Practise on Philosophical Furnaces» описал безопасный клапан для химических реторт. Он предложил конический клапан с крышкой, которая должна подниматься при высоком давлении, выпуская пар, чтобы давление упало, и затем закрывался обратно под собственным весом. Сегодня современные версии клапана Глаубера служат основой для «предохранительных клапанов», используемых в герметичных батареях для предотвращения взрывов батарей. Кроме вклада в химию он так же сделал множество усовершенствований лабораторной посуды.
Глаубер одним из первых стал применять в лаборатории стеклянную посуду и внёс ряд усовершенствований в конструкцию печей для приготовления стекла; разработал способы получения окрашенных стёкол и основал промышленное стекловарение в Тюрингии.
Глаубер подробно изучил вопрос об образовании и составе солей и кислот, внёс заметный вклад в разработку способов получения целого ряда неорганических веществ. Он первым выделил ряд солей, которые предназначал для использования в качестве лекарственных средств. В 1649 году он первым описал сырой бензол, полученный разгонкой каменноугольной смолы.
В 1658 году Глаубер опубликовал «Полное руководство по химии» (Opera Omnia Chymica), где содержалось описание различных методов исследования в химии, которая широко перепечатывалась позднее.
1654
Ремесленик Мариани изготовил первый в мире герметичный стеклянный жидкостный термометр в Academia del Cimento во Флоренции для великого герцога Тоскании Фердинанда II. Он использовал спирт в качестве жидкости, но он был не слишком точным, кроме того, не было стандартизированной шкалы.
1656
Датский физик и астроном Кристиан Хигинс сделал первые действующие маятниковые часы, которые позволили выполнять точное измерение времени. Предыдущие механические часы показывали прогресс медленно поднимающимся уровнем воды или медленно опускающимся грузом, и были точными только в пределах больших интервалов времени, например, часа. Часы Хигинса позволили измерять время очень точно в относительно коротких интервалах, около секунд. Его часы были построены на постоянном периодическом движении маятника, при этом опускающийся груз передавал достаточно энергии маятнику для преодоления силы трения и сопротивления воздуха чтобы часы не остановились.
Галилей выдвигал аналогичную теорию об использовании движения маятника, но она не была доведена им до практической реализации.
Хигинс так же проводил астрономические наблюдения, отметил характеристики колец Сатурна и поверхности Марса. Он так же первый сделал возможным измерение расстояния до звёзд. Он предположил, что Сириус имеет ту же яркость, что и Солнце и, сравнив интенсивность падающего на Землю света, вычислил расстояние до Сириуса, около четырёх триллионов километров. В действительности звезда оказалась в 20 раз дальше, но это не было ошибкой в его вычислениях — в действительности Сириус гораздо ярче солнца, но у него попросту не было способа узнать это. Если бы он обладал знаниями о реальной яркости Сириуса, его расчёты были бы гораздо ближе к известным на сегодняшний день.
1658
Ирландский архиепископ Джеймс Ашшер, следуя литературной интерпретации Библии, вычислил, что Земля была сотворена вечером 22 октября 4004 года до н. э.
1660
Английский математик и астроном Ричард Таунли вместе со своим другом физиком и врачом Генри Пауэром установили расширение воздуха на различных высотах с помощью фиксированной массы воздуха в U-образной трубке Торичелли с открытым концом, при этом изменение атмосферного давления приводит к смещению столбика ртути. Они отметили расширение воздуха на различных высотах холма и затем измерили давление и установили, что давление газа обратно пропорционально его объёму. Они рассказали о своём открытии Роберту Бойлю, независимому современнику и химику, который проверил результаты и позже опубликовал их под названием «закона Бойля». Бойль сослался на заключения Таунли как на «гипотезу Таунли».
1660
В Лондоне основано Королевское общество, первоначально называвшееся «Колледжем пропагандирования обучению физико-математическим экспериментам». Первые члены включали химика Роберта Бойля и архитектора Кристофера Рена, который спроектировал собор Святого Павла в Лондоне.
1661
Хигинс изобретает U-образный манометр, модифицируя барометр Торичелли, для определения разности давлений. В обычном U-образном манометре разность давлений газов (в действительности разность сил) уравновешивается весом столба жидкости. Этот тип манометров подходит для измерения небольших разниц давлений, обычно между давлением жидкости и местным атмосферным давлением на открытом конце трубки.
Ирландский химик Роберт Бойль опубликовал «The Sceptical Chymist», в котором он ввёл понятие «элемента». В то время было идентифицировано только двенадцать элементов, которые включали металлы: золото, серебро, медь, олово, свинец, цинк, железо, сурьму и ртуть и два неметалла: углерод и сера, которые были известны с древних времён, и висмут, который был открыт в Германии около 1400 года н. э. Платина была известна южноамериканским индейцам с древних времён, но привлекла внимание европейцев только в XVIII веке. Бойль самостоятельно открыл фосфор, который извлёк из мочи в 1680 году, увеличив количество элементов до четырнадцати.
Будучи алхимиком, он верил в возможность превращения металлов, но в то же время был первым, кто нарушил алхимические традиции тайны и опубликовал детальные результаты своих экспериментов, включая неудачные эксперименты.
1662
Этот закон стал первым в серии «газовых законов».
Это отношение так же было открыто английским математиком Ричардом Таунли и французским физиком Эдми Мариотте в 1676 году и известен под этим именем в не-англоговорящих странах. Так же закон часто называется законом Бойля-Мариотте.
1663
Отто фон Герике, бургомистр Магденбургский, изобрёл первый электрический генератор, который вырабатывал статическое электричество трением набивки о большой вращающийся шар серы, который приводился ручным кривошипом. Была так же механизированная версия, первая машина, которая демонстрировала разряды в 600 году до н. э. и «вырабатывала» электрические разряды. У фон Герике не было идей относительно того, что это были за разряды, и его машина в то время относилась к «магическим» или «трюковым». Эта машина уже позволяла проводить эксперименты с электричеством, но этого не происходило до 1729 года, когда возможность электрической проводимости была открыта Греем, когда заряженный серный шар перемещался в место, где будет проводиться эксперимент. Генератор фон Герике оставался обычным способом производства электричества на протяжении целого века.
Фон Герике стал известен благодаря своим исследованиям вакуума и его конструкции Магденбургских сфер. В 1650 году в результате экспериментов по проверке аристотелевской теории о том, что «вакуум» не может существовать, как и многие другие теории Аристотеля, был принят философами как непререкаемая истина, и воплощён в девизе «Природа не терпит пустоты», фон Герике опроверг эту теорию экспериментами. В 1650 году он сконструировал специальный поршень для воздушного насоса, с помощью которого откачал воздух из комнаты, показав тем самым, что звук колокольчика не может распространяться в вакууме; было так же установлено, что вакуум не поддерживает горение и жизнь. Для демонстрации силы вакуума (а точнее, это была сила атмосферного давления) в 1654 году он сконструировал две полые медные полусферы, которые были соединены фланцами, образуя полную сферу. Когда воздух был удалён из сферы, атмосферное давление сжало сферы настолько, что две упряжки лошадей по разные стороны не смогли разорвать их, но это удалось сделать когда сфера снова была наполнена воздухом.
1665
Бойль опубликовал описание гидрометра (ареометра) для измерения плотности жидкости, который используется и в настоящее время для измерения плотности электролита в свинцово-кислотных батареях. Ареометр состоит из герметичной капсулы, на дне которой находится свинец или ртуть, которая расположена в стеклянной трубке. Жидкость, плотность которой необходимо измерить, втягивается в трубку обычно с помощью резиновой груши. Высота расположения капсулы указывает на плотность жидкости.
Ареометр, возможно, был изобретён греческим математиком, вероятно, первой женщиной-учёным, Гипатией.
1665
Английский учёный Роберт Гук опубликовал «Микрографию», в которой он иллюстрировал ряд маленьких насекомых, и результаты своих наблюдений с помощью микроскопа, который он сконструировал самостоятельно специально для этой цели. Он включил описание глаза мухи и небольших частичек растительных материалов, к которым он применил термин «клетки», поскольку они напомнили ему клетки тюремной решётки. Публикация так же содержала первое описание оптического микроскопа. Возможно, это и вдохновило Антони ван Левенгука. Публикация Гука была первым фундаментальным трудом, опубликованным в рамках Королевского общества, и стал первым научным бестселлером, вдохновив многих людей интересоваться и получать новые знания в области микроскопии.
1666
В Париже королём Луи XIV основана Французская академия наук (French Académie des Sciences) при прямом влиянии Жана-Батиста Колберта, министра финансов Франции, в виде государственной организации, целью которой было распространение и защита Французских научных знаний и разработок. Его основной экономической политикой была защита природы и вовлечение правительства в регулирование торговли и производства, отголоски которой мы можем наблюдать и по сей день.
1668
Датский драпировщик, галантерейщик и учёный Антони ван Левенгук, вдохновлённый трудом Гука «Микрография», изготавливает свой первый микроскоп. Известный как «отец микробиологии», он попутно производит около 450 высококачественных линз и 247 микроскопов, которые используется для изучения биологических видов. Он первым наблюдал и описал одноклеточные организмы, и первый выдели и описал мышечные волокна, бактерий, сперматозоиды и движение крови в капиллярах. Ван Левенгук информировал Британское Королевское Общество о результатах своих обширных экспериментов и, в конечном итоге, стал его членом.
1675
Бойль открыл электрическую силу, которая может передаваться через вакуум и описал явления притяжения и отталкивания.
1676
Профессиональный английский инженер, архитектор, физик, изобретатель, социолог и публицист Роберт Гук, называемый так же английским Леонардо (были и другие, например, Кейли), открыл закон, благодаря которому остался известен и по сей день. Закон, названный «законом Гука», описывает пружину, растяжение которой прямо пропорционально приложенной силе или, как он описал на латыни, «Ut tensio, sic vis» («каково растяжение, такова и сила»). Из этого энергия, которую хранит пружина, может быть определена интегрированием силы по растяжению пружины. Сила, приходящаяся на единицу растяжения получила название «коэффициента упругости». Гук в действительности открыл этот закон в 1660 году, но опасался, что это вызовет споры с Ньютоном, поэтому опубликовал свою идею в виде анаграммы «ceiiinosssttuv» для регистрации приоритета. Этого и не произошло до 1676 года, пока он не раскрыл сущности. Этот случай может являться предпосылкой существующих сегодня цифровых меток времени.
Гук был землемером в Лондоне и помогал Кристоферу Рену в новой отстройке города после великого пожара в 1666 году. Он так же сделал многое в оптике, микроскопии, астрономии, конструировании часов, теории пружин и газов, классификации ископаемых, метеорологии, навигации, музыки, механической теории и изобретениях, но многие из его изобретений остались в тени открытий современника Ньютона, с которым он был в постоянных спорах. Гук заявил о своём участии в некоторых открытиях Ньютона, но он не был способен восстановить математическую основу теорий. По крайней мере, была хотя бы одна тема, в которой он не был специалистом.
1673
Между 1673 и 1686 годами немецкий математик, дипломат и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц разработал собственную теорию математических вычислений и опубликовал первые положения дифференциального исчисления в 1684 году, дополнительные интегральным исчислением в 1686 году. Независимо от него эти же методы были разработаны Ньютоном. Ньютон разработал их раньше, но Лейбниц раньше опубликовал их, поэтому приоритет многие годы принадлежал именно ему. Запись Лейбница была приспособлена к Ньютоновской, но концепции их разработок одни и те же.
Так же он ввёл в обращение слова слова «функция», «переменная», «константа», «параметр» и «координата» для пояснения своих изысканий.
Лейбниц был эрудитом и вторым кандидатом на титул «последнего человека, который знал всё». Будучи ребёнком, он изучил латынь в 8 лет, затем греческий в 14 и в то же время поступил в Лейпцигский университет, где получил степень бакалавра философии, степень бакалавра юриспруденции в 17 лет и магистра в философии и юриспруденции в возрасте 20 лет. В 21 год он получил докторскую степень по юриспруденции в Альтдорфе. В 1672 году в возрасте 26 лет он отправляется по дипломатическим делам в Париж, где встречается с Кристианом Хигинсом, который ввёл его в математику и вдохновил к изучению математики более основательно.
В 1679 году Лейбниц выдвинул концепцию бинарной арифметики в своём письме французскому математику и иезуитскому миссионеру в Китае Буве, показав, что всякое число может быть выражено только цифрами 0 и 1. В настоящее время эта посылка является основой современной цифровой логики и обработки сигналов в компьютерах и устройствах связи.
Кроме этого, Лейбниц утверждал, что Бог может быть представлен Вселенной, а «ничего» может быть представлено нулём, а так же то, что Бог создал «всё» из «ничего». Он полагал, что логика Христианства поможет обратить Китай в христианскую веру. Для того, чтобы доказать это, он искал исторический прецедент, зашифрованный в 64 гексаграммах китайской И-цзин, так же известной как «Книга перемен», изобретённой первым китайским императором-шаманом Фу Си около 2800 года до н. э. и впервые записанным в потерянном руководстве Чжоу И в 900 году до н. э. Гексаграммы представляют собой блок из шести непрерывных или прерывистых линий, которые образуют в общей сложности 64 комбинации. Непрерывные линии отражают свет, энергию, мужественность, силу, Ян с активной энергией, а прерывистые линии отражают мрак, слабость, женственность, Инь с пассивной энергией. Согласно И-цзин, две энергетические полярности Инь и Ян противоположны и дополняют друг друга, отражая таким образом всю Вселенную в её прогрессе и постоянной двойственности.
Несмотря на это, И-цзин имеет большее отношение к случайностям, нежели к математике. Первое упоминание бинарной системы исчисления относится к индийскому математику Пингала, датированному между V и II веками до н. э.
В 1671 году Лейбниц изобрёл четырёхфункциональный механический калькулятор, который мог выполнять сложение, вычитание, умножение и деление десятичных чисел, который он продемонстрировал Королевскому обществу в Лондоне в 1673 году, но они не были впечатлены его прототипом (Паскаль изобрёл свой двухфункциональный калькулятор в 1642 году, который мог выполнять только сложение и вычитание). В 1676 году Лейбниц улучшил конструкцию, использовав шаговые цилиндры для привода колёс, чтобы разделить их на единицы, десятки, сотни и т. д. для работы с отдельными разрядами. Странно, что будучи изобретателем двоичного исчисления, он не использовал его принципы в своём калькуляторе.
Наиболее известным его философским изречением является то, что «Бог создал лучший из возможных миров».
1681
Французский физик и изобретатель Дени Папен изобрёл клапан сброса давления, называемый так же предохранительным клапаном, который предотвращает взрывы сосудов под давлением. Несмотря на то, что Папен считается его изобретателем, такой клапан был описан тридцатью годами ранее Глаубером; клапан Папена был регулируемым и стал обязательным узлом паровых двигателей, спасшим многие жизни, предотвратив взрывы.
Изобретение предохранительного клапана стало результатом его работы со сжатым паром. В 1679 году он изобретает скороварку.
Изучая работу поршня в цилиндре и стремление пара к поднятию крышки в его скороварке, в 1690 году он выдвигает идею об использовании давления пара для совершения полезной работы. Он поместил небольшое количество воды в цилиндр, закрытый поршнем. При нагреве вода превращалась в пар, давление которого поднимало поршень вверх. Охлаждение цилиндра приводило к конденсации пара и появлению разряжения, под действием которого поршень двигался вниз (в действительности это атмосферное давление заталкивало поршень до тех пор, пока давление с обеих сторон цилиндра не выравнивалось). Это возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре стало основой для поршневого парового двигателя. Папен выдвинул два применения своего парового двигателя. Одним из них было присоединение к поршню кривошипа, который позволил бы превращать возвратно-поступательное движение во вращательное, а вторым было использование поступательного движения поршня для привода вёсел лодки с паровым двигателем. К сожалению, он не смог привлечь спонсоров для реализации этих идей. Папен был не первым, кто использовал поршень, фон Герике предложил это раньше, но Папен первый предложил использовать энергию пара для совершения полезной работы.
В 1707 году в сотрудничестве с Лейбницом (всё ещё не впутываясь в их спор с Ньютоном), он публикует «Искусство перекачки воды с помощью пара». Насос Лейбница-Папена выполнял те же операции, что и насос Савери, изобретённый им в 1698 году, и его заявка привела к продолжительному спору с вовлечением Лондонского Королевского общества для установления «истинного» автора насоса с паровым двигателем. Насос Савери не содержал поршня, и использовал вакуум для того, чтобы засасывать воду из ёмкости ниже насоса, и давление пара для выталкивания воды вверх. Насос Папена не использовал вакуум, а только давление пара, и не мог поднимать воду с уровня ниже насоса.
G и M являются предохранительными клапанами. C и E являются обратными (однонаправленными) клапанами. Ёмкость D возле предохранительного клапана E представляет источник воды, которая должна быть поднята. Практически это может быть большой резервуар или бассейн. Давление пара на свободный поршень I в цилиндре H толкает поршень вниз, выталкивая воду через обратный клапан C в напорный трубопровод. Когда давление пара «стравливается» через кран F в атмосферу, позволяя воде проходить через обратный клапан E и заполнять цилиндр H, поднимая поршень вверх до уровня воды в резервуаре, после чего клапан E закрывается и цикл повторяется снова.
К сожалению, насос Папена использовал использовал закрытый цилиндр, соединённый (или помещённый внутрь) с бассейном с водой, из которого она поступала через обратный клапан в нижнюю часть цилиндра. В цилиндре поршень свободно размещался на поверхности воды, верхней точкой которой был уровень воды в ёмкости. Пар из отдельного нагревателя подавался в верхнюю часть цилиндра над поршнем, выдавливая воду через другой обратный клапан снизу цилиндра в верхнюю ёмкостью. Просто выпуская пар из цилиндра через клапан, давление воды снаружи приводило к повторному наполнению цилиндра до уровня воды в ёмкости. Необходимости в охлаждении не было, поскольку конструкции не требовался вакуум в цилиндре.
Папен так же предложил способ использования насоса для создания вращательного движения. Он предложил питать поднятой водой водяное колесо, через которое вода опускалась бы обратно в нижний резервуар, образуя замкнутый контур.
Как и многие спонсируемые изобретатели, Папен умер в бедности.
Смотрите так же о паровых двигателях.
1687
Ньютон публикует книгу с названием «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (Математические начала натуральной философии), одну из самых важных и влиятельных книг, когда-либо опубликованных. Она была написана на латыни была переведена на английский только в 1729 году.
По стечению обстоятельств, Ньютон родился в 1642 году, в том же году, когда умер Галилей.
Он выполнил ряд значимых исследований в области оптики, продемонстрировал в 1672 году, что белый свет состоит из спектра цветов радуги. Он использовал призму для разделения белого света на составляющие цветового спектра, а так же вторую призму для того, чтобы показать, что цвета могут быть обратно собраны в белый свет.
Ньютон широко известен благодаря его механике, законам движения и гравитации. Концепция гравитации стала совершенно новой. Ранее движения планет объяснялись Гилбертом и его современником Кеплером и другими, но все они имели характер магнитных сил.
Три высказанных им закона формулируются в настоящее время следующим образом:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
Первый закон Ньютона может выглядеть переформулировкой принципа инерции Галилея, сопротивления, которое измеряется массой.
Ньютон стал одним из основоположников научной революции. Он собрал воедино все открытия, сделанные до него в математике, астрономии и физике и сформулировал полноценное описание физического мира. Влияние публикации законов Ньютона на научное общество было одновременно глубоким и широким. Законы Ньютона и его методы обеспечили основу, на которой были построены другие теории, например, динамика жидкости, кинетическая энергия и совершённая работа, ставшие основой технических знаний, которые позволили конструировать машины и начать индустриальную революцию, с другой стороны объясняя принципы работы Вселенной.
С другой стороны, не менее значимым является тот факт, что Ньютон первым показал в общем виде принципы, объясняющие естественные явления, события и процессы, а не только механическое движение, вместе с тем сформулировав законы в форме математических уравнений, позволяя проводить анализ и прогнозирование. Законы Природы в математической форме являются основой современной науки. Трёхтомный труд стал основной отправной точкой в научной мысли, отодвинув суеверия и «рациональное мышление» как пути поиска «чудес» в природе. Обоснование Ньютона поддерживалось так же математическими способами дифференциального и интегрального исчислений и дифференциальных уравнений, разработанных в 1665 и 1666 годах, за два десятка лет до того, как он написал «Математические начала натуральной философии», но не использовавшиеся до этого времени. Это стало важным преимуществом в научных знаниях, которое позволило расширить диапазон существовавших математических инструментов для описания природы и для проведения научного анализа.
Ньютон вступил в длительный спор с Робертом Гуком, который заявил приоритет на некоторые идеи. Ньютон ответил ему цитатой «Если я видел дальше, то от того, что стоял на плечах гиганта», которая была написана в саркастическом письме Гуку, который был низкорослым, больше похожим на гнома, поэтому и в письме Гук никак не может выглядеть «гигантом».
Лейбниц, работая одновременно с Ньютоном, изобретает способы дифференциального и интегрального исчислений и спорит с Ньютоном о том, кто в действительности является изобретателем этих методов. Ньютон первым изобрёл этот метод, но Лейбниц опубликовал работу раньше. В настоящее время не представляет сомнений, что они оба пришли к этой идее независимо. Ньютон сделал своё открытие через изучение касательных к кривым и переменных, изменяющихся во времени, в то время как Лейбниц достиг этих же заключений через вычисление площадей под кривыми через переменные x и y, через использование бесконечно малых значений приращений.
Ньютон известен как основатель современной физики, но, несмотря на большую славу, которая пришла к нему ещё при жизни, он остался человеком простых вкусов, закрытым и скромным. Он не женился, посвятив всю жизнь науке.
Ньютон никогда не витал в облаках. В то время он не получал удар яблоком.
1698
Поиск метода замены ручного или животного труда для подъёма воды из угольных шахт, английский офицер Томас Севери разработал механический или, более корректно, гидравлический насос, работающий с помощью пара. Он назвал этот процесс «подъёмом воды с помощью огня». Севери был впечатлён большой силой атмосферного давления, работающего вместе с вакуумом, продемонстрированным фон Герике экспериментом с Магденбургскими сферами. Он так же заключил, что вакуум может создаваться путём конденсирования пара в закрытом объёме и использовал этот принцип в качестве основы для первого практического насоса для перекачки воды с помощью пара, который стал известен как «друг шахтёра». Насос Севери не создавал механического движения, но использовал атмосферное давление для подъёма воды в вертикальной трубе из колодца или шахты, для заполнения парового сосуда наверху, и давление пара в этом сосуде для вертикального движения воды в трубе вверх над паровым сосудом.
Важным компонентом насоса были паровые бойлеры A и L, паровые ёмкости C и I, и всасывающий и напорный трубопроводы, которые содержали обратные клапаны E, F, G, H, которые он называл «защёлками».
Некоторое количество воды в паровом котле A превращается в пар, проходит через клапан B в паровой сосуд, выталкивая воду через обратный клапан E в напорный трубопровод. Столб воды в напорном трубопроводе держит напорный клапан закрытым, поэтому вода не возвращается в паровой сосуд. Затем подача пара прекращается и ёмкость охлаждается холодной водой снаружи через распылитель J, что приводит к конденсации пара, создавая вакуум. Он заставляет воду подниматься из колодца через всасывающий трубопровод и обратный клапан Н в паровой сосуд. Столб воды в паровом сосуде держит этот клапан закрытым, поэтому вода не может вернуться в колодец из трубопровода. Когда сосуд заполнен водой, пар снова подаётся в него и цикл повторяется. Его установка состояла из двух частей, поэтому, когда в паровой сосуд C набиралась вода из всасывающего трубопровода, из парового сосуда I вода выталкивалась в напорный трубопровод.
Теоретически максимальная глубина, с которой насос Севери может поднимать воду до парового сосуда ограничена атмосферным давлением и составляет около 10 метров, но из-за утечек реальная система может работать не более 7,5–8 метров. Это требует того, чтобы насос устанавливался в глубине шахты вблизи уровня воды, что очень опасно из-за близости угля и огня. С другой стороны максимальная высота подъёма воды ограничена давлением пара и безопасностью парового сосуда, а так же предохранительными клапанами, которые были непрактичными, серьёзным недостатком доступных в XVII веке технологий. Подробнее о паровых двигателях.
Last updated
