Иногда приходится слышать высказывания о том, что наука оторвана от производства. На самом деле такие заявления делают люди, которые не захотели или не смогли получить образование. Эти люди бесконечно далеки не только от науки, но и от жизни, включая такие ее важные проявления как инженерное дело и производство. В текущем 2024 году мы отмечаем важный для страны юбилей, который обязывает нас поговорить о фундаментальной науке и о некоторых ее героях, а также о том влиянии, которое наука оказывает на технологический прогресс и на нашу жизнь. Российская академия наук в 2024 году празднует свой трехсотый день рождения, а вместе с ней юбилей отмечает и все отечественное научное сообщество.

История академии началась 28 января (8 февраля) 1724 года. В этот день Петр I издал указ о создании Петербургской академии наук. За годы своего правления последний царь и первый император сделал многое для России: создал флот, открыл первый в стране музей, построил на болотистой местности целый город. И, конечно, основал академию наук — старейшее и крупнейшее научное учреждение России. Академия наук стала родоначальницей всей системы научной и образовательной деятельности в стране. Была задумана система непрерывного образования. Одновременно с Академией наук создавались университет и гимназия. Благодаря научным достижениям первых членов академии наук в России появились обсерватории, музеи, исследовательские лаборатории и университеты. Россия взяла курс на науку и образование. Откуда у Петра Первого возникла идея создать академию? На это повлияли поездки в Европу, где император черпал вдохновение и возможности для развития государства российского. И подсказал императору такой шаг Готфрид Лейбниц. Единственным высшим учебным заведением в то время в России была Греко-славяно- латинская академия, основанная в 1687 году Симеоном Полоцким при московском Богоявленском монастыре. Там преподавали древние языки и богословие, но о западной науке, к тому времени довольно уже развитой, конечно, ничего не знали.

В семнадцатом веке в западной Европе одна за другой создавались светские научные академии. Наиболее проницательным государственным деятелям стало понятно, какую практическую силу заключает в себе светская наука. Первой была основана в Риме в 1603 году академия «рысьеглазых». Среди академиков с особой остротой зрения, необходимого для научного поиска, был и Галилео Галилей. В 1660 году было основано Лондонское королевское общество, а в 1666 году при Людовике XIV основана Парижская академия наук. В Парижской академии принцип «академической свободы» был осуществлен в самом полном варианте: академики получают содержание от государства, но они свободны в выборе направлений своих исследований.

Они не назначаются, а избираются другими академиками. Они не могут быть уволены, так как избраны пожизненно. За это их в народе стали называть «бессмертными». К концу семнадцатого века Парижская академия приобрела немалый авторитет, многие ученые из других стран желали стать ее иностранными членами. Одного из них, а именно Лейбница, она настолько впечатлила, что он убедил прусского короля учредить подобную академию в Берлине, что и было сделано в 1700 году. Берлинская (впоследствии Прусская) академия наук, наряду с Французской академией и Лондонским королевским обществом, были самыми сильными академиями в мире.

Петр во время своих заграничных поездок посещает Лондонское Королевское общество, Гринвич, Оксфорд, многочисленные музеи и лаборатории. Приезжая в Голландию, он тесно общается с голландскими мыслителями и другими виднейшими иностранными философами. Увиденное и услышанное производит на него большое впечатление. После таких встреч и поездок мысль организовать в России научные и учебные центры, подобные университетам и академиям Западной Европы, уже никогда не покидает царя.

Особенно много император общался с немецкими учеными, в том числе с известным ученым того времени, математиком, философом, физиком и языковедом Готфридом Лейбницем, который и подсказал императору устройство академии.

Этот универсальный гений имел большое влияние на распространение просвещения, образования и вообще культуры в России.

В продолжение последних двадцати лет своей жизни, от 1696 до 1716 годов, Лейбниц непрестанно интересовался Россией, виделся с Петром Великим пять раз, притом два раза по несколько недель. Он вел постоянную переписку с целым рядом государственных деятелей России, разработал план организации Академии наук в Петербурге, наметил сеть университетов в Москве, Киеве и Астрахани, указал, как организовать среднее и высшее образование в России, и поставил ряд общих вопросов, которые должны быть решены в России. В одном из писем 1712 года он написал Петру следующее: "Я не принадлежу к числу тех, которые питают страсть к своему Отечеству или к какой-нибудь другой нации, мои помыслы направлены на благо всего человеческого рода; ибо я считаю отечеством Небо и его согражданами всех благомыслящих людей, и мне приятнее сделать много добра у русских, чем мало у немцев или других европейцев, хотя бы я пользовался среди них величайшим почетом, богатством и славой, но не мог бы при этом принести много пользы другим, ибо я стремлюсь к общему благу"

Современники ценили Лейбница за философские труды и конструирование арифмометра. Мы понимаем, что он совершил подлинную революцию в математике, открыв независимо от Исаака Ньютона дифференциальное исчисление. Это открытие привело к бурному развитию теоретической механики и многих разделов теоретической физики. Представить сейчас науку и инженерное дело без дифференциального исчисления, математического анализа в целом и без дифференциальных уравнений просто невозможно. Следует отметить, что обозначения производных, введенные Лейбницем, широко используются, в отличие от обозначений Ньютона, не только потому, что Лейбниц опубликовал свои работы в этой области в 1684 году, в то время как Ньютон не торопился с публикацией.

Обозначения Лейбница оказались более общими, удобными и лучше приспособленными для многократного дифференцирования и дифференцирования функций нескольких переменных.

В разгоревшемся впоследствии споре по вопросу приоритета между Лейбницем и Ньютоном сторону Лейбница приняли швейцарские математики братья Якоб и Иоганн Бернулли. Они в числе первых поняли значение этого открытия, приняли деятельное участие в развитии и продвижении нового раздела математики. Следует понимать, что публикации Лейбница по математическому анализу были малоизвестны математикам того времени, а Якоб и Иоганн Бернулли были одними из первых, кто попытался понять, развить и применить теорию Лейбница. Эта творческая связь семьи Бернулли с Лейбницем оказала впоследствии ключевое влияние на развитие математической науки в России.

Лейбниц также описал двоичную систему счисления — важнейший ключевой базис построения всех современных компьютеров. Кроме символической логики, которая играет важную роль в современных вычислениях, Лейбниц также видел преимущество двоичной системы счисления в приведении арифметических действий к самой простой и единой универсальной форме.

Важную роль в разработке организационных принципов будущей Академии наук сыграло посещение Петром в 1717 году Франции. Там он побывал во многих научных и образовательных учреждениях. В том числе в парижской Академии наук, где Петру продемонстрировали новейшие достижения французской науки и техники: модели подъемных машин, химические опыты и рисунки для издания по истории искусств. В 1717 году он принял участие в заседании академии, а через полгода после этой поездки за участие в составлении подробнейшей карты Каспийского моря и его побережья члены французской Королевской академии наук единогласно избирают Петра I иностранным членом своей академии. Торжественное открытие Академии наук Российской империи состоялось 27 декабря 1725 г. (7 января 1726 г.) — к сожалению, уже после смерти Петра.

Академия открылась под президентством доктора медицины Лаврентия Лаврентьевича Блюментроста. Еще в 1724 г. Блюментрост составил проект об учреждении Академии и докладывал об этом царю. Как только проект был утвержден, Лаврентий Блюментрост принялся за устройство Академии. Он стал приглашать ученых из- за границы, и благодаря ему в Академии вскоре появились специалисты, которые уже снискали к тому времени определенную известность в Европе. Другие же обрели ее, уже работая в Академии в России. В число первых академиков вошли: математики Якоб Герман, Николай и Даниил Бернулли, Христиан Гольдбах, Георг Бильфингер, астроном и географ Жозеф Делиль.

Единственным уроженцем России среди академиков первого состава был только сам президент Академии Лаврентий Блюментрост. Братья Николай и Даниил Бернулли — племянники Якоба, сыновья и ученики Иоганна Бернулли — были приглашены Блюментростом как представители известной в математической среде семьи, связанной также с Готфридом Лейбницем. По современным меркам они были молодыми учеными. Николаю было 30 лет, а Даниилу 25. Николай Бернулли, к сожалению, вскоре после прибытия в С.-Петербург в июле 1726 года заболел и умер. Даниил Бернулли после смерти брата возглавил кафедру математики и работал в С. Петербурге до 1733 года. Даниила Бернулли можно по праву считать самым знаменитым из академиков первого призыва. После возвращения в Базель он остался почетным членом Петербургской академии, в ее журнале опубликованы 47 из 75 трудов Даниила Бернулли.

Во время пребывания в России он напечатал «Замечания о рекуррентных последовательностях» (1728) и подготовил свой главный труд: монографию «Гидродинамика». Более всего Даниил Бернулли прославился трудами в области математической физики и теории дифференциальных уравнений — его считают, наряду с Д"Аламбером и Эйлером, основателем математической физики.

Он обосновал кинетическую теорию газов и первый выступил с утверждением, что причиной давления газа является тепловое движение молекул. В своей классической «Гидродинамике» Даниил Бернулли вывел как следствие закона сохранения энергии уравнение стационарного течения несжимаемой жидкости, лежащее в основе динамики жидкостей и газов (закон Бернулли): P + ρgh + ρV2/2 = const.

Самая большая заслуга Даниила Бернулли в области становления научной математической школы России состоит в приглашении им в С.-Петербург своего друга Леонарда Эйлера. Этот ученик Иоганна Бернулли прибыл в С.-Петербург в 1727 году в двадцатилетнем возрасте. Эйлера следует по праву считать самым знаменитым ученым восемнадцатого века.

Жизнь Леонарда Эйлера была полна удивительных открытий, принесших человечеству огромную пользу. Его масштабный вклад в развитие математики (создание нескольких новых математических дисциплин), механики, физики и астрономии невозможно переоценить, а его познания в самых разнообразных отраслях науки вызывают восхищение. За всю свою жизнь он издал более 850 трудов, в которых содержатся глубокие исследования не только в области математики, физики, механики и астрономии, но и в области ботаники, химии, медицины, древних языков. Он был почетным или иностранным членом во многих академиях наук по всему миру.

Отметим революционное для науки и инженерной практики только одно из научных достижений Леонарда Эйлера — континуальный подход к описанию сплошной среды. Континуальная модель предполагает, что вещество объекта полностью заполняет занимаемое им пространство, игнорируя тот факт, что материя состоит из молекул и атомов. Такой, на первый взгляд, идеалистический подход обеспечивает достаточно точное описание материи в масштабах, намного превышающих межатомные расстояния. И главное, концепция сплошной среды позволяет проводить интуитивный анализ сплошной среды с помощью дифференциальных уравнений, которые описывают поведение такого вещества в соответствии с физическими законами, такими как сохранение массы (уравнение неразрывности), импульса и энергии.

Бесценен вклад Эйлера в становление непрерывного математического образования в России. Он написал множество учебников в области механики, элементарной и высшей математики и воспитал целую плеяду талантливых российских математиков. Пятеро из его учеников стали академиками, что, безусловно, положило начало знаменитой математической школе России.

Теоретические исследования Даниила Бернулли и Леонарда Эйлера в области математики и механики послужили основой и были предвестником первой промышленной революции (паровые машины, мосты, разнообразные промышленные машины и механизмы, кораблестроение), разразившейся в последней трети восемнадцатого века. А вторая промышленная революция, начавшаяся в последней трети следующего девятнадцатого века, связана с развитием термодинамики, химии, металлургии и в значительной степени с электрификацией, телеграфом и электрическими машинами.

В подготовку второй промышленной революции весомый вклад внесли ученые, развивающие теорию электрических взаимодействий и магнетизма. Прогрессу в этом разделе физики в значительной степени способствовал наш соотечественник Эмилий Ленц, ставший академиком в 1834 году в 30-летнем возрасте. Его лекции по физике и физической географии отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Такими же качествами обладали и его учебники физики и физической географии. «Руководство к физике, составленное по поручению Министерства народного просвещения для русских гимназий Э. Ленцом, академиком Императорской Академии наук и профессором физики при Императорском С. П. Б. университете» (1839) выдержало 11 изданий.

Многие его научные исследования относятся к физической географии: о температуре и солености моря, об изменчивости уровня Каспийского моря, о барометрическом измерении высот, об измерении магнитного наклонения и напряженности земного магнетизма и другие. Ленц объяснил голубой цвет неба, возникновение радуги, кругов (гало) около Солнца и Луны. Но главные его достижения относятся к области электромагнетизма. Это в первую очередь правило Ленца, согласно которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (например, движению), которым он вызывается (1834).

Работы Ленца в этом направлении позволили ему сформулировать фундаментальный принцип обратимости электрических машин. Экспериментально доказав обратимость генераторного и двигательного режимов электрических машин, физик совершил настоящий переворот в развитии электротехники. Принцип обратимости электрических машин является следствием закона сохранения энергии. Механическая энергия превращается в генераторе в электрическую. В электрическом двигателе электрическая энергия превращается в механическую энергию. Вы можете представить сейчас промышленность и наши ежедневные будни без электрической генерации, передачи электроэнергии на большие расстояния по проводам и без электрических двигателей? Другим фундаментальным результатом ученого надо признать закон Джоуля-Ленца (1842):
Q = I²Rt, который формализовал в виде конкретной зависимости превращение электрической энергии в тепловую. Без этого закона невозможно обойтись при правильном подборе проводов, расчете электрических нагревателей и плавких предохранителей.

В данной статье мы коснулись деятельности некоторых славных героев становления российской науки в восемнадцатом и девятнадцатом веках. Бурные события века двадцатого требуют отдельного рассмотрения, к которому мы и вернемся в последующих публикациях

АВТОР СТАТЬИ: Слободов Евгений Борисович,
президент и технический директор
ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг»