Творцы научной революции в средние века

А.С. Пушкин

 

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК

(на примере оптики, оптоэлектронике, приборостроения)

ВВЕДЕНИЕ

Лекции предназначены для изложения дисциплины «Введение в специальность» студентам – бакалаврам, обучающимся по направлению 12.03.02.

Ход истории науки и образования в данной работе рассматривается на примере развития приборостроения, оптики и оптического приборостроения, а развитие оптического приборостроения, в свою очередь, - на примере истории микроскопии.

 Где и когда зародилась наука? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Дело в том, что разные авторы вкладывают в понятие «наука» различные содержания:

· если науку отождествлять с практическими знаниями, накопленными поколениями людей для передачи опыта потомству, то она появилась на заре человеческой истории;

· если науку представлять как систематическое знание, то она родилась приблизительно в VI - V веках до н.э. в Древней Греции;

· если наука – это знание, основанное на экспериментальных данных, то она появилась в Европе в XVI - XVII веках.

Одни историки подчеркивают важнейшую роль китайской и индийской цивилизаций в развитии науки и техники, а другие считают, что учителями латинского Запада были арабы. Но арабы учились у древних греков и персов. Древние греки в свое время учились у древних египтян, финикийцев и вавилонян и т.д. Таким образом, свой вклад в науку вносили разные цивилизации.

В ХIХ - ХХ веках начинает складываться синтез науки, техники и производства. Деятельность ученого в этом случае мотивируется не столько духовными запросами искания истины, как в предыдущие века, сколько стремлением получения практического технико- производственного эффекта.

Вопрос о научном знании как историческом процессе рассматривал американский философ науки Томас Кун (1922 - 1996) в своей книге «Структура научных революций» (1962). Мы будем придерживаться идеи деления состояния науки по Куну. Он считает, что «нормальная наука» представляет собой совокупность важнейших научных достижений, которые признаются научным сообществом и принимаются им в качестве образца, например, евклидова геометрия и классическая механика. Кризисную ситуацию в науке Т. Кун называет «экстраординарной наукой» или «научной революцией».

А что происходит между революциями? Между революциями наука либо развивается и накапливает знания в рамках принятого мировоззрения без особых потрясений, либо ее развитие тормозится или даже деградирует. Когда в истории происходили наиболее резкие изменения мировоззрений, повлекшие за собой научные революции?

1-я научная революция произошла в VI веке до н. э. в Греции. Это время можно считать временем рождения науки, все дисциплины которой существовали в рамках натурфилософии.

2-я научная революция произошла в XVII веке в Западной Европе. Изменения мировоззрения были связаны с эпохой Возрождения и Просвещения. Вершиной науки Нового времени стала теории всемирного тяготения, сформулированная Ньютоном в XVII веке. Математику и физику XVIII века принято называть классическими.

3-я научная революция произошла в XX веке и произошла она «на планете Земля». Впервые научные достижения повлияли на мировоззрение, а не наоборот, как в предыдущие эпохи. Философия физики XX века сформировалась на теории относительности, квантовой механике и термодинамике открытых систем (физической синергетики). Эти открытия привели к пересмотру фундаментальных понятий классической физики.

В настоящее времямы являемся свидетелями 4-ой научной революции (Индустрия 4.0).   Появление в XX веке компьютеров привело к колоссальному увеличению объемов перерабатываемой информации и ее доступности. Если в конце XVIII столетия сумма человеческих знаний удваивалась примерно за 50 лет, в середине ХХ века — за 10 лет, то сейчас период удвоения составляет уже 2 — 3 года. Этот экспоненциальный рост называют информационным взрывом. К чему он приведет? Возможно, фундаментальные открытия в области космологии и элементарных частиц приведут к философским проблемам, решение которых создаст предпосылки для новой научной революции…

Кроме того, необходимо учитывать, что на ход развития науки огромное влияние оказывает мировоззрение ученого независимо от того, сознает он это или нет, хотя практика научно-исследовательской работы порой порождает иллюзию, будто это влияние чрезвычайно мало. Ощутимое влияние мировоззрения на науку проявляется только в эпохи научных революций, т. е. в периоды его резкого изменения, вслед за которым и происходит переоценка фундаментальных теоретических понятий. Причем необходимо подчеркнуть, что движущей силой этого процесса являются люди, образующие научное сообщество, смена господствующего мировоззрения которых и влияет на науку.

Объектами изучения для студентов направления 12.03.02. являются конструкции и технологии оптоэлектроники — раздела электроники, занимающейся вопросами использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации. В более широком смысле в данной работе также рассматривается развитие приборостроения в целом.

Приборостроение — область науки и техники, занимающаяся разработкой и производством средств измерений, обработки и представления информации, автоматических и автоматизированных систем управления.

Основным направлением развития приборостроения является измерительная техника, состоящая из методов и приборов измерения механических, электрических, магнитных, тепловых, оптических и других физических величин. Измерительные приборы совместно с автоматическими управляющими и с исполнительными устройствами образуют техническую базу автоматизированных систем управления технологическими процессами.

В России, до 1929 года, приборостроение было развито слабо, и было представлено всего несколькими небольшими предприятиями по выпуску термометров, манометров, весов и других простых устройств. Промышленное развитие отрасли началось в 1929—1932 годах вместе с процессами индустриализации.

     История науки и техники помогает ориентироваться в настоящем и предвидеть будущее. Знание история науки и техники помогает устанавливать связь между явлениями и способствовать их осмыслению. Анализ прошлого показывает, что темпы развития науки и техники возрастают от года к году. Глубокое знание прошлого может подсказать новые, не использованные ранее возможности, ускорить прогресс. Знание истории приборостроения может избавить от повторения того, что было испробовано и не дало положительных результатов.

   Знание истории позволяет оценить роль сотрудничества ученых и инженеров разных стран в создании фундаментальных открытий. Примером служит «изобретение радио», где сочетаются труды английских ученых (Максвелла и Фарадея), немца Герца, француза Бранли, русского ученого Попова. И, наконец, надо понимать, что история науки и техники является частью человеческой цивилизации. Цивилизация – это ступень общественного развития и материальной культуры, это и современная мировая культура.

 

ТВОРЦЫ НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ В СРЕДНИЕ ВЕКА

 

Первые сведения об электричестве наши предки нашли в природе. В городе Милет на Средиземном море жил знаменитый ученый древности – греческий философ Фалес. Он первый описывал и исследовал способность янтаря (камня электрос) притягивать пушинки, вату, соломинки, если его потереть о шерсть. Он же впервые демонстрировал своим ученикам способность магнита притягивать железные опилки. Долгие годы янтарь и магнит исследовали отдельно.

Впервые с научных позиций на электрические и магнитные явления посмотрел придворный врач английской королевы Елизаветы – Вильям Гильберт (1540-1603).

Гильберт родился в 1540г. в небольшом городке Кольчестере на юго-востоке Англии. Медицине он обучался в Кембриджском университете. С 1573г. он поселился в Лондоне, приобрел славу хорошего врача и вскоре был назначен придворным врачом Елизаветы. Гильберт в совершенстве знал многие древние языки, в том числе и арабский. Однажды неизвестной болезнью заболел посол Ивана Грозного. Елизавета приказала найти средство для излечения посла. В.Гильберт обратился к арабским рукописям C века, посвященным врачебному искусству. Средства были найдены, посол исцелен, а Гильберт заинтересовался главами “Книги милосердия” арабского химика Абу-Музи-Джабира (Гербера), жившего в VIII веке, посвященными таинственным свойствам магнитной руды. Изучая древние рукописи, Гильберт установил, что магнитная руда известна с древности. Существует предание, что первым ее открыл греческий пастух Магнес, заметивший, что подбитая железом обувь прилипает к земле. Гильберт первым начал изучать свойства искусственных магнитов. В 1600г. выходит его знаменитое сочинение «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле», в котором описываются многочисленные эксперименты с магнитными и электрическими телами. Гильберт первым обнаружил связь между электрическими и магнитными явлениями, он установил, что электрическое притяжение значительно слабее магнитного, но присуще всем телам, а магнитное притяжение присуще только носителям магнетизма.

Великий Галилей писал: «Величайшей похвалы заслуживает Джильберт…за то, что он произвел такое количество новых и точных наблюдений. И этим посрамлены пустые и лживые авторы…».

Надо помнить, что это было время, когда в городах Европы сжигали на кострах «ведьм», в университетах царила «созерцательная» наука. Гильберт умер 30 ноября 1603г. и завещал все свои приборы Лондонскому обществу медиков, председателем которого состоял. В 1670г. все его труды погибли во время городского пожара, но его заслуги перед наукой не забыты. Его считают отцом науки о магнетизме и электричестве. Он первый ввел само понятие «электрический».

Опыты Гильберта продолжил Отто фон-Герике (1602-1686). Герике был бургомистром города Магдебурга. Он изобрел первую в истории электрическую машину. Герике налил расплавленную серу в стеклянный шарообразный сосуд (размером с детскую голову). Когда сера застыла, он разбил стеклянную оболочку, насадил шар на железную ось с рукояткой и установил ее на деревянном станке. Шар надо было натирать рукой, чтобы он притягивал легкие тела, электризовал пушинки. Свои исследования по электричеству Герике опубликовал в книге «Новые опыты» (1672г.).

После Герике вопросами электричества занимались англичане Грей и Уилер, французы Шарль Дюфе и Жан Нолле.

11 Октября 1745г. Эвальс фон-Клейст в г. Каммини (Померания) продемонстрировал медицинскую колбу, наполненную ртутью, способную накапливать заряды на гвозде. Аналогичный прибор продемонстрировал Питер Мушенброк, профессор физики в г. Лейдене (Голландия). Подобный накопитель электричества получил название «лейденской банки». Во Франции Ж.Нолле демонстрировал лейденскую банку королю Людовику XV. Во время опыта сильным электрическим разрядом были убиты воробей и мышь. Статистическое электричество получило название «голубого убийцы».     

Человеческой жертвой электричества стал Рихман. Вопросами статистического электричества в России занимались М.В.Ломоносов(1711-1765) и Георг-Вильгельм Рихман (1711-1753). Рихман погиб во время грозы при проведении опытов. Обыватели сказали: «Небесная кара за дерзновенные опыты».

Громоотводы в Петербурге (6 штук) были поставлены только через 30 лет.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765), ученый поэт, художник, родился 8/19/ ноября 1711 года в деревне Мишанинской Архангельской губернии в семье помора. С детства у него было огромное желание учиться, и в 19 лет он с рыбным обозом ушел в Москву. С большим трудом, т.к. он не был дворянского происхождения, поступил в Славяно-греко-латинскую академию. Потом он учился в Киевской духовной академии, университете при Петербургской Академии наук, затем в 1736-41г.г. учился за границей, где изучал естественные и технические науки. При возвращении из-за границы Ломоносов был назначен адъюнктом физического класса Петербургской Академии наук. В 1743 г. Ломоносов стал профессором химии /академиком/ Петербургской Академии наук.

Огромный вклад внес Ломоносов в русскую науку. Он создал химическую лабораторию, почти подошел к открытию атомного строения вещества, открыл закон сохранения вещества, открыл атмосферу Венеры, сконструировал точный телескоп, изучал атмосферное электричество. Участвовал в создании фарфорового производства и изготовления смальты для мозаик. Ломоносову принадлежит труд «Теория электричества, изложенная математически».

В 1755г. Ломоносов открыл Университет в Москве. Положил начало научному изучению истории России. Был избран членом Шведской Академии наук.

Умер Михаил Васильевич Ломоносов 4(15) апреля 1765г. в Петербурге, похоронен в Александро-Невской лавре.

Первую теорию статистического электричества создал Бенджамен Франклин (1706-1790). Б. Франклин мальчиком работал на мыловаренном и свечном заводах, потом в типографиях. Физикой увлекся в детстве и изучал ее самостоятельно.

В Бостоне он увидел опыт доктора Спенса с электрической машиной. Когда Франклин узнал об изобретении Клейста и Мушенброке, он сам создал усилительные банки и произвел с ними опыты. После этого он понял, что молния-это электрический разряд. Многочисленные опыты с воздушными змеями подтвердили его теорию. Ему принадлежит создание молниеотвода. Б. Франклину принадлежит первая теория статистического теории. Он являлся иностранным членом Петербургской Академии наук. Он умер 17 апреля 1790г. Весь культурный мир скорбел вместе с американским народом. В Америке электричества. Он ввел понятия положительного и отрицательного электричества. Франклин создает первый в Америке университет, организует первую публичную библиотеку. Становится борцом за отмену рабства. Ему принадлежат экономические был объявлен месячный траур.

К концу 18 в. свойства неподвижных электрических зарядов были достаточно изучены и объяснены.

Последний закон статистического электричества открыл физик Шарль Кулон.

Задачу измерения электрических и магнитных сил решил французский ученый Шарль Кулон (1736-1806). Он был физик и военный. Ему принадлежит идея создания крутильных весов (1784).

В крышку широкого стеклянного цилиндра вставлялась высокая стеклянная трубка, внутри которой подвешивалась тонкая серебряная проволока. Верхний конец проволоки крепился в головке трубки. На нижнем конце горизонтально подвешивалась палочка из непроводящего материала. Шарик стержня передавал шарику на палочке ½ своего заряда. После этого одинаково заряженные шарики отталкивались, двигался шарик на проволочке. О величине взаимодействия судили по углу закручивания.

F= , где r-расстояние между центрами заряженных шариков.

 

Эра статического электричества закончилась Шарлем Кулоном, создавшем в 1784 г. крутильные весы. Прошло 200 лет от выхода в свет научного труда Гилберта (в 1600г). о статическом электричестве, до появления источников движущегося электричества. Только 21 ноября 1800 г. Алессандро Вольта доложил об открытии в зале французского Национального института в Париже. До этого с 1786 г велись дебаты между Луиджи Гальвани (1737-1798)

и А. Вольта (1745-1827) о живом электричестве.

 

8 сентября 1786 г. Л. Гальвани демонстрировал препарированную лягушку жене и одному из учеников. Когда ученик коснулся ножом бедренного нерва, мышцы лягушки сократились. Эти же сокращения наблюдались при разрядах стоящей рядом электрической машины. Гальвани начал исследовать «электрические судороги» лягушки. Наибольшие судороги наблюдал, когда лапки были заземлены, а рядом происходил электрический разряд.

Потом Гальвани стал исследовать влияние молнии. Проволока с крыши подводилась к лапке, вторая проволока опускалась в колодец, судороги предшествовали грому, согласовываясь с молниями. Гальвани считал, что лягушка является электроскопом. Поскольку он не использовал источники электричества, то решил, что лягушка является сама источником электричества. Так возник термин "животное электричество". В 1791 г. выходит работа Гальвани "Тракт о силах электричества при мышечном движении"

После выхода трактата, многие физики начали исследовать животное электричество. Итальянского профессора Алессандро Вольта называли «гением между физиками», он был признанным авторитетом в области электричества. Вольта подключал к лягушке лейденскую банку и тоже получал судороги. Потом он обратил внимание, что наибольшие сокращения проявляются, если обкладка лейденской банки и проводник из разных материалов. Потом с помощью 2-х различных металлов сокращал мышцы без лейденской банки.

     В результате многочисленных опытов (даже с собственным языком) пришёл к выводу: -источником электричества (возбудителями) являются разнородные металлы при их соприкосновении. Лапки лягушки – чувствительный электроскоп.

     Поздние опыты показали, что оба учёных были правы. В мускулах животных действительно возникает электричество, но в тот же момент победил Вольт с его теорией о «металлическом электричестве».

     Вольта сделал сообщение в Париже (21.11.1800) о получении гальванического электричества от столбика пластин серебро + цинк; медь + цинк?После доклада Наполеон (тогда первый консул) поздравил учёного и распорядился повторить опыты с целью использования их военной технике. Вольта наградили большой золотой медалью и учредили 2 крупные денежные премии за лучшие работы в этой области.

     Больше Вольта не сделал открытий и умер в старости, окружённый почётом, 5 марта. Луиджи Гальвани умер 1798 г. на 61 году жизни после того, как лишился своего профессорской должности заказ присягнуть новому правительству после вторжения наполеоновской армии в Италию.

 В середине ХIХ века электричество приобрело широкую известность. Оно расширило возможности человека, дало ему новые знания о природе и окружающем мире.

     В повседневной жизни человечество стало использовать электрический свет, средства связи – телеграф и телефон, электрический двигатель.

     Молодой профессор физики Петербургской медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров 23 ноября 1802 года сделал замечательное открытие.

     Он изучал вопрос о проводимости льда и угля, используя батарею Вольта. Он первый создал и наблюдал яркий белый свет между углями, в пламени которого бесследно исчезли гвоздь, железная проволока и тонкая медная пластина.

 Его труды о Гальвани-Вольтовых опытах (1803 г.) не были известны за рубежом.

Василий Владимирович Петров родился 19 июля 1761 г. в городе Обояни Курской губернии. В 1808 г в присутствии императора Александра I ему пожаловали звание академика, а в 1833 г. уволили в отставку с ничтожной пенсией. Скончался 22 июли 1834 г.

Открытие Петрова повторил английский химик самоучка Хэмфри Дэви в июле 1810 г. В лондонской газете писали по этому поводу:

«Применение электричества для целей освещения невозможно: яркость электрического света болезненно отражается на глазах и опасна для них; электрический свет способен вызвать головную боль; и вообще электрический свет скорее ослепляет, чем освещает. И, кроме того, электрическое освещение очень дорого обходилось бы вследствие большой стоимости батареи».

     Практическое применение вольтовой дуги стало возможным после появления дешёвых источников электричества, благодаря исследованиям научного помощника Дэви-Майкла, Фарадея, который в 1831 г. впервые обратил магнетизм в электричество, т. е. создал магнито-электрическую машину: электрический двигатель и генератор.

 

Передача информации на расстояние  была одной из важных задач, которая с незапамятных времён стояла перед человечеством и объяснялась социальны ми потребностями людей, необходимостью общения в условиях, исключающих непосредственный зрительно-речевой контакт. Для её решения были использованы сначала звук и свет – хорошо известные людям явления. При этом в весьма отдалённые исторические времена уже сложились принципы осуществления связи на расстоянии – использование акустического резонанса, отражения света, передача сообщений посредством эстафеты (ретрансляция), кодирование, т.е. использование условных сигналов и др. Эти принципы легли в основу многих систем связи, в том числе и современных.

Характерным примером ранней звуковой сигнализации является древнейший,,язык свистов”, который применяется до сих пор, в ряде регионов Австралии, Турции, Кавказе, Пиренеях и в других  местах. Ещё ко времени палеолита относятся способы сигнализации звуком – посредством барабанов, рупоров, колотушек, свистков, а также светом – с помощью факелов и костров. С освоением металла, в частности бронзы и меди, появляются гонги и колокола.               

Термин,,связь’’ возник очень давно и приобрёл одинаковый смысл во всех языках для обозначения способов передачи информации, в основном с применением каких-либо технических средств.

Проблема передачи информации и применение средств связи, оказались тесно связанными с развитием транспорта, с необходимостью перемещать на расстояние людей и грузы. С помощью гонцов (как пеших, так и всадников) можно было передавать устную и письменную информацию. Приручение голубей сделало возможной голубиную почту. Так зародилась почтовая связь,

но почта имела малую скорость передачи сообщений, в то время как звуковая и световая сигнализация делали это весьма быстро. Каждый из этих видов связи имел свою специфику.  Уже в глубокой древности сформировался основной круг целевых задач, которые должны были решаться средствами связи. Эти задачи определили поиски и находки в технике связи на многие последующие годы и столетия.

Важнейшая, первая такая задача связи состояла  в передаче сигналов на возможно большее расстояние, при этом важно было, чтобы в процессе передачи не возникало искажения сигналов. Это требование поставило вторую задачу связи – надёжность передачи информации, достоверность воспроизведения в месте приёма переданных сигналов. В решении этих двух задач получил практическое воплощение важный принцип эстафеты, или ретрансляции, когда весь участок между пунктами связи делился на участки с промежуточными пунктами приёма – передачи. Методы ретрансляции лежат в основе современной связи, широко применяются до настоящего времени и вероятно ещё долго останутся в практике.

Исторические источники дают описание различных древних способов световой и звуковой сигнализации. Ещё на ранних ступенях развития человек понял, что звуковая сигнализация в отличие от световой является средством ближней связи, в то время как световые сигналы способны преодолевать большие расстояния. Тогда и возникли понятия,,ближняя” и,,дальняя” сигнализации. При этом понятие,,дальней связи” стало применяться  чаще к сигнализации на расстояние с применением ретрансляции.

Использование звуковых и световых технических средств сигнализации породило новую проблему: замену речевой информации условными сигналами, применение условных сигналов, заранее известных, на передающей и на приёмной стороне.

Одно из первых упоминаний о звуковой военной сигнализации барабанами и бубнами в Древней Руси относится к 907 г., ко времени похода князя Олега на Царьград.

Развитие общества, рост его экономических требований выдвигали новые задачи для сигнализационных систем. Прежде всего возникла необходимость передачи не только условных сигналов, но и сообщений произвольного содержания. С появлением письменности эта задача была связана с умением,,читать” на расстоянии сообщения, передаваемые сигналами, соответствующими знакам письменности. Этот весьма важный в развитии связи момент определялся разработкой методов передачи любой информации  сочетанием ограниченного круга условных сигналов.

В средние века большое развитие и широкое распространение получила флажковая сигнализация. В 1699 Пётр I ввёл систему сигналопроизводства

 (т.е. кодирования).

Становление способа производства, промышленный переворот конца XVII – начала XVIII в. послужили сильным толчком к развитию средств связи. Появились так называемые оптические телеграфы. Одним из пионеров применения оптических телеграфов стал известный в Европе английский естество-испытатель Роберт Гук, его телеграфы получили применение на Британских островах и в английском военно-морском флоте.

Общей особенностью ранних средств связи до электрического периода было использование четырёх важных приёмов, которые легли в основу дальнейших средств передачи информации: во-первых, ретрансляция, во-вторых, применение условных знаковых языков – кодирование, в-третьих, использование физического явления звукового резонанса, в-четвёртых, использование отражения света в светосигнальных средствах. Резонанс и отражение займут ещё более важное место и в более поздних средствах связи, в особенности когда станет известно, что эти явления присущи не только механическим колебаниям, но также и электрическим, в том числе электромагнитным.

Француз Клод Шапп (1763—1805) изобрёл систему связи, названную телеграфом, что означает,,пишу издалека”. Она работала следующим образом. На вершинах холмов строили специальные башни.  На каждой башне устанавливали особую конструкцию с двумя длинными планками, которые могли принимать 49 положений. Каждое положение соответствовало букве или цифре. Операторы передавали сообщения с одной башни на другую. Эта система работала очень успешно. К середине ХIX в. протяжённость её линий только во Франции составляла около 4828 км.

Ещё в 1753 г. некто,,Ч.М.” опубликовал статью об электрическом телеграфе. Он предлагал посылать электрические заряды  по многочисленным изолированным проводам.,,Шарики на нём будут электризоваться и притягивать лёгкие тела с изображением букв.”

,,Ч.М.” – Чарльз Морисон, шотландский учёный из  города Ренфлю не смог наладить работу своего изобретения.

Только через 21г. в 1774г. женевский физик Георг Лесаж предложил 25 проволок (по числу букв алфавита).

Электрическая машина работала последовательно и притягивала бумажки с буквами слово передавалось 10—15 мин. 1 страница текста – сутки и более.

Ещё через 13 лет Ломон предложил буквенный код. Тогда ему понадобилась 1 проволока, 1 электроскоп, 1 электрическая машина.

В 1796 г. испанский физик Сальва по требованию короля в окрестностях

Мадрида устроил телеграфную линию, по которой передавал условные сигналы электрическими искрами на 50 км. И только  после открытия Вольта баварский врач и естествоиспытатель Самуил Земмеринг в 1809 г. запустил электрический телеграф, где использовал электрохимическое разложение воды на 35 электродах, - (пузырьковый телеграф).

Открытие Эрстеда о влиянии гальванического тока на магнитные стрелки 

позволили Андре Амперу использовать это явление для телеграфирования.

,,С помощью такого количества проводов, сколько существует букв в алфавите, гальванического элемента, установленного вдали от проводов, можно устроить ряд телеграфов, и с помощью его передавать на любое расстояние, через любые препятствия слова и фразы”.

Он высказал только идею, но не собирался её разрабатывать.

Разработкой этой идеи занимались американский художник Сэмюэль Морзе       (1791-1872) и русский физик Павел Львович Шиллинг.

В 1832 г. заработал телеграф между Зимним дворцом и МПС.

Шиллинг изобрёл свой код, и передача осуществлялась по 2 проводам. Каждая буква обозначалась сочетанием нескольких отклонений стрелки вправо и влево. Экономия проводов, но  не времени. С. Морзе придумал свою знаменитую телеграфную азбуку.

Он знал флотскую флажковую азбуку, которую ввели в Англии ещё в XVIIв.

С. Морзе был преподавателем эстетики и рисования в Нью-Йоркском университете. Там были мастерские, где профессор изящных искусств занимался чёрной работой. Морзе сам смастерил подковообразный магнит и другие детали телеграфа, т.к. денег купить их у него не было. При передачи сообщения долгие сигналы соответствовали тире, короткие – точкам. Морзе изобрёл ключ для замыкания тока при передачах. Лента в телеграфе двигалась от пружинного механизма, а перо к ленте прижималось электромагнитом. В 1837 г. Морзе внёс своё предложение в конгресс США и получил отказ, т.к. влиятельные сенаторы не разрешили ставить на своих землях телеграфные столбы.

Первая в США действующая линия связи между Вашингтоном и Балтимором (63 км) была построена в 1844 г., тогда как телеграфная линия длинной 25 км между Петербургом и Царским Селом начала работать в 1843 г.

В 1850 г. русский учёный Борис Семёнович Якоби создал первый буквопечатающий аппарат, где комбинации импульсов тока управляли поворотом колеса, на котором были установлены буквы. Ранее (1837 г.) Б.С. Якоби прославился изобретением электрического двигателя.

В Англии с 1837 г. широко распространён  был стрелочный 6-ти проводной телеграф физика Чарльза Уинстона и морского инженера Вильяма Гука.

Но идея стрелочного телеграфа им не принадлежала. Они заимствовали её у П.Л. Шиллинга, демонстрировавшего свой стрелочный телеграф на заседании Общества естествоиспытателей в Бонне, где присутствовал В. Гук.

В 1850 г. был проложен подводный кабель через пролив Ла-Манш. Позднее кабельная связь была осуществлена между Англией и Ирландией, а также между Англией и Нью-Йорком. После этого воздушные линии перестали строить, т.к. это оказалось экономически нерациональным. В России аппарат Морзе  внедрял с 1854 г. немецкий промышленник Вернер Сименс, получая при этом астрономические прибыли.

Проволочный телеграф, в рассматриваемый период, претерпел различные

 усовершенствования.

В 1855 г. английский изобретатель Д.Э. Юз разработал буквопечатающий

аппарат, нашедший широкое распространение.     В основу работы телеграфного аппарата был положен принцип синхронного движения ползуна передатчика и колеса приёмника. Опытный телеграфист на аппарате Юза мог передать до 40 слов в минуту.

Быстрый рост телеграфного обмена и увеличение производительности телеграфных аппаратов натолкнулись на ограниченные возможности телеграфистов, способных достичь скорости передачи при длительной работе только до 240-300 букв в минуту.

Требовалось заменить ручную работу телеграфиста специальными механизмами, предварительно фиксирующими информацию, а затем осуществляющими её передачу с постоянной скоростью независимо от человека.

Задача предварительной фиксации информации была решена английским изобретателем Ч. Уинстоном. В 1858 г. он создал перфоратор для набивания дырок в бумажной ленте, соответствующих точкам и тире азбуки Морзе. В этом   же году он сконструировал и передатчик. В 1867 г. Уинстон изготовил телеграфный приёмник, которым и завершил разработку своей приёмопередающей системы.

В 1871 г. Стирис изобрёл дифференциальное дуплексное телеграфирование, при котором два сообщавшихся пункта одновременно вели передачу и приём телеграмм.

Проблемой последовательного многократного  (мультиплексного) телеграфирования, при котором по одной и той же линии можно было передавать или принимать более одной телеграммы, занимались Гинтль, Фримен, В. Сименс, Гальске и Т.А. Эдиссон.

Однако эту проблему блестяще решил французский механик Ж.Бодо (1845- в 1874 г., положив в основу пятизначный  код. Он сконструировал   аппарат, скорость приёмо-передачи которого достигала до 360 знаков в

минуту. В 1876 г. им был создан пятикратный аппарат, увеличивавший скорость приёмо-передачи в 2,5 раза.

Помимо этих аппаратов, Бодо разработал дешифраторы, печатающие механизмы и распределители, ставшие классическими образцами телеграфных приборов. Аппаратура Бодо получила широкое распространение во многих странах и была высшим достижением телеграфной техники второй половины XIX в.

Если в Европе использовали телеграфную аппаратуру Бодо, то в США

широкое распространение получили телеграфные приборы, в основе работы которых лежала   схема, созданная Т.А. Эдисоном и Д.Т. Преслотом в

1874 г. Эта схема обеспечивала передачу четырёх телеграмм по одной телеграфной линии. В России с 1904 г. на телеграфных линиях между Петербургом и Москвой использовались аппараты Бодо.

Первые попытки передачи на расстояние неподвижных изображений относятся к началу второй половины XIX в. В 1855 г. итальянский физик Дж. Казелли сконструировал электрохимический фототелеграф с открытой электрохимической записью изображения при приёме.

В 1870 г. в России существовало 714 телеграфных станций. К началу ХХ в. протяжённость телеграфных линий в России составляла 300 тыс. км.

Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX в. появился телефон. Телефонный аппарат Филиппа Рейса, сконструированный в начале 60-х гг. XIX в, не получил практического применения.

Дальнейшая разработка телефона связана с именами американских изобретателей И. Грея(1835-1901) и А.Г. Белла. Участвуя в конкурсе по практическому разрешению проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. оба американца сделали заявку   на практически применимые телефонные аппараты. Поскольку заявка Грея была сделана на 2 часа позже, патент был выдан Беллу 7 марта 1876 г., а возбуждённый Греем процесс против Белла был им проигран.

Рассказывают, что когда в 1876 г. главный инженер британских почт и телеграфов сэр Вильям Прис услыхал об изобретении телефона, он воскликнул: ”Возможно, американцам и нужен телефон, у нас же, к счастью, хватает пока посыльных!”. Восклицание это оказалось чересчур поспешным. Ни одно изобретение в мире не было признано так быстро и  не развивалось так стремительно, как телефон.

Подобно многим важным изобретениям в истории, телефон появился по 

ошибке. Он возник в результате попыток разработать прибор для передачи по одному проводу нескольких сигналов кода Морзе. Сегодня этот способ известен как уплотнение, или мультиплексирование сигналов.

Легенда гласит, что Белл экспериментировал с многоканальным телеграфным передатчиком, в то время как его помощник Томас Ватсон наблюдал за приёмником в другой комнате. Случайно пролив на свои брюки кислоту, Белл позвал ассистента. В пылу события он забыл о том,  что Ватсон не мог его слышать. Но, к его большому удивлению, Ватсон явился очень быстро: он услышал призыв Белла из приёмника.

Как на идею телефона натолкнулся Грей, история умалчивает, но основные принципы его изобретения очень напоминают принципы Белла. Нет необходимости отслеживать  в деталях незначительные различия между телефонами Белла и Грея. Ясно одно: телефон стал тем изобретением, время которого пришло.

Несколькими месяцами позже Белл продемонстрировал разработанный им 

электромагнитный телефон, который выполнял роль и передатчика и приёмника.

Аппаратом заинтересовались деловые круги, которые помогли изобретателю основать,,Телефонную компанию Белла”. В последствии она превратилась в могущественный концерн.

В 1878 г. Д.Э. Юз доложил Лондонскому королевскому обществу, членом

которого он состоял, об открытии им микрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты, Юз обнаружил, что колебания плохого контакта прослушиваются в телефоне. Испробовав контакты, изготовленные из различных материалов, он убедился, что эффект с наибольшей силой проявляется при применении контактов из прессованного угля. Основываясь на этих результатах,  Юз в 1877 г. сконструировал телефонный передатчик, названный им микрофоном.

,,Компания Белла” использовала новое изобретение Юза, так как эта деталь, отсутствовавшая в первых аппаратах Белла, устраняла основной их недостатокограниченность радиуса действия.

Над  усовершенствованием телефона работали многие изобретатели: В.Сименс, Адер, Говер, Штекер и др. 

Вскоре Томас Эдисон (1847-1931) сконструировал другой тип телефонного аппарата (1878). Впервые введя в схему телефонного аппарата индукционную катушку и применив угольный микрофон из прессованной ламповой сажи, Эдисон обеспечил передачу звука на значительное расстояние.

Первая телефонная станция была построена в 1877 г. в США по проекту

венгерского инженера Т. Пушкаша (1845-1893).

Для последующего развития телефонных сетей имела большое значение 

предложенная П.М. Голубицким (1845-1911) в 1885 г. схема телефонной станции с электропитанием от центральной батареи, расположенной на самой станции. Эта система питания телефонных аппаратов позволила создать центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек. В 1882 г.

П.М. Голубицкий изобрёл высокочувствительный  телефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы с помощью изменения положения телефонной трубки. Этот принцип сохранился во всех современных аппаратах. В 1883 г. им же был сконструирован микрофон с угольным порошком.

В 1887 г. русский изобретатель К.А. Мосцицкий создал,,самодействующий

центральный коммутатор” – предшественника автоматических телефонных станций. (А.Т.С.)

В 1889 г. американский изобретатель А.Б. Строунджер получил патент на АТС.

В 1893 г. русские изобретатели М.Ф. Фрейденберг (1858 – 1920) и С.М. Бердичевский-Апостолов предложили свой,,телефонный соединитель”. Демонстрация макета этой станции на 250 номеров не получила одобрения в России.

В дальнейшем Фрейденберг, находясь уже в Англии, в 1895 г. запатентовал 

один из важнейших  узлов современных АТС – искатель (устройство для

автоматического поиска номера вызываемого абонента), а в 1896 г. – искатель машинного типа. В том же году Бердичевский-Апостолов создал оригинальную систему АТС на 10 тыс. номеров.

Конец XIX – начало ХХ в. были связаны с бурным строительством сети телефонной связи. Внутри городов связь осуществлялась как по проводам воздушной телефонной сети, так и посредством подземных кабелей.

В 1915 г. инженер В.И. Коваленков разработал и применил в России первую дуплексную телефонную трансляцию на триодах. Установка на линии телефонной связи такого промежуточного усилительного пункта позволяла значительно увеличить дальность передачи.

К этому времени в мире было установлено около 10 мл. телефонных аппаратов, действовало свыше 200 тыс. АТС. Весь земной шар был опутан проводами и кабелями. Приближалось время беспроводной связи. 

Ганс Эрстед (1777-1851) (Дания) профессор физики жил в Копенгагене и исследовал магнитные явления, возникающие при сильных электрических разрядах, в том числе и молний.

Наблюдал, что стальные иглы способны намагничиваться и размагничиваться, магнитные стрелки меняли полярность – корабли теряли курс в грозу из-за дефектов в работе компасов.

Зимой 1819/20гг. во время лекции Эрстед демонстрировал опыты по изучению теплового действия гальванического элемента. Один студент обратил внимание, что стрелка компаса меняет положение при изменении тока в электрической цепи. Эрстед не смог объяснить любопытному студенту это явление, но 21 июля 1820г. выходит книга Эрстеда «Опыт, касающийся действия электрического конфликта на магнитную стрелку». Под «электрическим конфликтом» - Эрстед понимал движение электричества т. к. не было ещё понятия электрического тока. Но это было описание, а не теоретическое объяснение явления. Теоретически обосновать это явление сумел французский физик Андре Ампер.

Ампер создал новый раздел в учении об электричестве – электродинамику, ввел понятие электрический ток, выявил единство сил электричества и магнетизма.

Ввел «правило пловца»

Можно сказать, что радиотехника зародилась благодаря открытию единства и взаимосвязи электричества (электрического поля) и магнетизма (магнитного поля).

18 сентября 1820г. в Парижской Академии Наук Ампер начал серию докладов по электромагнетизму. Он стал «Нашим великим Ампером». Через месяц другие французские учёные Био и Савар установили опытным путём закон действия гальванического тока на магнит.