XIX век ─ последний этап классической науки. Формирование современных концепций естествознания в конце XIX ─ начале ХХ вв.

Математическая наука в XIX в. развивалось как самостоятельное научное направление и как методическая основа для исследования в самых различных направлениях естествознания и, прежде всего, в механике, термодинамике, электродинамике, оптике. В частности, составление чертежей машинного оборудования, зданий и сооружений промышленного, транспортного и бытового характера стимулировали оформление новых направлений в геометрии: дифференциальной геометрии; начертательной геометрии (Г.Монж). К наиболее важным достижениям математической науки рассматриваемого периода относятся создание векторного анализа (Г.Грасман, У.Р.Гамильтон), дальнейшее развитие теории вероятностей (П.С.Лаплас, А.Лежандр, С.Пуассон, К.Ф.Гаусс), разработка неэвклидовой геометрической системы (математическое учение о пространстве Г.Римана), возникновение новой отрасли математики ─ теории функций действительного переменного и развитие численных методов анализа (Г.Кантор, Дж.Адамс, К.Штернер, К.Рунге и др.).

Новые математические исследования возникли в силу внутренней логики развития математики как науки и в результате непосредственных практических запросов данного времени. Многие из математических идей впоследствии получили практическое применение к задачам физики, химии, астрономии, строительного дела, баллистики и т.д.

В сфере развития физической науки предшествующим периодом была подготовлена теоретическая и экспериментальная база для будущих открытий и обобщений. Так, уже к началу второй половины XIX в. физики обладали значительным запасом знаний по электричеству, магнетизму и оптике, владели способами количественного расчета этих явлений и способами их измерений. В частности, в XIX столетии в связи с бурными темпами промышленного роста и успехами в транспортной сфере большое развитие получила теоретическая и прикладная механика. На первом планебыли проблемы динамики, кинематики, теория упругости тел, учение о сопротивлении материалов, гидромеханика, гидравлика. Конструкторы машинных и инженерных сооружений были поставлены перед необходимостью учета так называемых динамических нагрузок, которые вызывают значительные силы инерции.

Среди наиболее важных достижений физической науки в XIX в. исследования Х.К. Эрстеда и А.М. Ампера, которые привели к возникновению электродинамики. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, Т. Зеебек ─ термоэлектрический эффект. Г.С. Омом была создана теория электрических цепей, в которой он вводит четкие понятия электродвижущей силы, электропроводности и силы тока. С учетом этих понятий он сформулировал известный закон изменения напряжения в сети. Д.К. Максвелл создал теорию электромагнитного поля, а опыты немецкого физика Г.Р. Герца доказали существование электромагнитных волн, сыгравших решающую роль в утверждении теории.

Исследования Т.Юнга (Англия) и О.Ж.Френеля (Франция) серьезно оспорили ньютоновскую корпускулярную теорию света. На основе нового физико-математического истолкования возродилась теория Х. Гюйгенса о том, что свет ─ волновое движение эфира. Волновая оптика, разработанная Т. Юнгом и О.Ж. Френелем, теоретически объясняла все известные оптические явления, включающие отражение, преломление, полное внутреннее отражение, прямолинейность распространения света, дифракцию, интерференцию, двулучепреломление и поляризацию.

Важнейшим направлением в оптике стал спектральный анализ. Накопление научных фактов в области спектральных исследований происходило по двум направлениям ─ исследование спектров испускания и исследование спектров поглощения. Объединить эти два направления удалось немецким ученым Г. Кирхгофу и Р. Бунзену, которых считают основоположниками спектрального анализа. С помощью своего метода они открыли новые химические элементы цезий и рубидий. В дальнейшем на основе спектрального анализа другими учеными были открыты еще несколько элементов, в частности таллий и индий. А.И. Физо с помощью собственной оригинальной установки впервые измерил скорость света в наземных условиях. Ж.Б. Фуко разработал метод, который позволял сравнивать скорости распространения света в различных средах.

Фундаментальные исследования свойств инфракрасного излучения были проведены итальянским физиком М. Меллони. При помощи термомультипликатора (приемник инфракрасного излучения, изобретен Л. Нобиле) ему удалось показать, что инфракрасные лучи неоднородны, в различной степени поглощаются материалами, интенсивность тепловых лучей зависит не только от температуры, но и от типа источника, была исследована поляризация тепловых лучей. Опыты М. Меллони окончательно утвердили мнение о единой природе световых и тепловых лучей в рамках волновой теории.

Химическая наука в XIX создавалась в процессе преодоления традиционных представлений флогистиков (ученых химиков, считающих, что флогистон есть «начало горючести»: гипотетически составная часть веществ, которую они якобы теряют при горении и обжиге). Начало научной химии несомненно было положено в трудах А. Лавуазье ─ основателя количественного метода исследования. Он во многом опроверг постулаты флогистиков, разработал химическую номенклатуру веществ, ввел в научный оборот термины «кислород», «водород», «азот» и др., обосновал закон сохранения массы вещества. Среди открытий и теории в этой отрасли научного знания разработка учения о молекулярно-атомистическом строении вещества. Дж.Дальтон и И.Я.Берцелиус составили таблицу атомных весов (46 элементов) и открыли новые элементы: цезий, селен, торий. Были открыты законы кратных объемов для химических взаимодействий газов (Дальтон, Гей-Люсак, Берцелиус) и о том, что в одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул (Ш.Жерар, С.Канницарро), введены понятия валентности и обнаружено явление изометрия (Ю.Либих, Ф.Велер).

Крупнейшим достижением биологической науки ХIХ в. было возникновение клеточной теории (Т. Шванн и М. Шлейден), которая явилась одним из общебиологических обобщений, основой эволюционного учения. Также к наиболее важным открытиям относятся возникновение эмбриологии (К.Ф.Вольф и И.Ф.Меккель), микробиологии и иммунологии (Луи Пастор), генетики (И.Г. Мендель), создание эволюционного учения (Ч.Р. Дарвин).

Благодаря успехам в естествознании и применению новых приборов медицина стала подлинной наукой в XIX в. Были разработаны методы антисептики (Л. Пастер и Д. Листер) и асептики (безгнилостный метод лечения ран и профилактика уничтожения микроорганизмов, то есть стерилизация).

Географические исследования ХIХ в. обогатили науку огромным количеством нового фактического материала. Возникали географические общества, начали собираться международные географические конгрессы. Среди наиболее значимых экспедиции в Антарктиду (Дж. Уэддел, Дж. Росс, Ж.Дю Мон-Дюрвиль), в Африку (Д. Ливингстон и Г.М. Стенли), в Южную Америку (А. Гумбольдт), исследование Австралии Д. Стюартом (1862). В целом, к началу ХIХ в. у географов сложились в основном правильные представления о форме и размерах материков, но внутри континенты и океанские районы были изучены недостаточно.

Рубеж ХIХ─ХХ веков ─ первый этап становления современных концепций естествознания.