В итоге, в работах указанных авторов были заложены основы аналитической (рациональной по терминологии того времени) механики, развитой затем в трудах Ж. Даламбера, Ж.Л. Лагранжа, Л. Эйлера и др. Без этого важнейшего научного достижения века Просвещения все последующие крупнейшие открытия в естествознании XIX—XX вв. (электродинамика Дж. Максвелла, теория относительности А. Эйнштейна, квантовая механика и др.) были бы немыслимы.
Этот вывод можно проиллюстрировать десятками примеров. Ограничимся двумя, связанными с именем Леонарда Эйлера (1707—1783), пожалуй, самой крупной фигуры в науке XVIII столетия. В 1753 г. Эйлер усовершенствовал теорию движения Луны. На основе его работ гёттингенским астрономом Тобиасом Майером (1723—1762) были составлены лунные таблицы, которые использовались мореплавателями до 1823 г. Однако затем Эйлер пришел к выводу, что необходимо создать другую теорию Луны. Эта вторая лунная теория Эйлера (1772) была оценена по достоинству только спустя сто лет, когда американский математик и астроном Дж. Хилл, опираясь на методику Эйлера, заложил основы современной теории движения Луны.
Другой пример. В 1752 г. Эйлер доказал теорему, утверждающую, что для любого выпуклого многогранника (тетраэдра, октаэдра, икосаэдра и т. д.) числа его граней (Г), ребер (Р) и вершин (В) связаны простым соотношением: В — Р + Г = 2. Именно знакомство с этой теоремой помогло первооткрывателям молекулы фуллерена С60 (1985)[9], которая стала первым примером углеродного кластера, открывшего новый мир наномерных структур, осознать результаты своих экспериментов и сформулировать гипотезу о структуре фуллеренов.
Исследования в области аналитической механики были подчинены задаче построения механики как дедуктивной науки, аналогичной по структуре геометрии Эвклида. Если Ньютон, закладывая основы классической механики, использовал преимущественно геометрические методы и рассуждения, то создатели «рациональной» механики опирались на аппарат дифференциального и интегрального исчислений и на теорию дифференциальных уравнений, которая ими же и создавалась. Иными словами, механические процессы описывались на языке математических формул, а не геометрических репрезентаций, что открывало совершенно новые перспективы для развития этой области знания, в частности позволяло применить законы Ньютона к описанию движений упругих и неупругих тел, а также к вопросам гидродинамики и гидростатики. Кроме того, в XVIII в. ньютоновская механика обогатилась несколькими важными понятиями, например понятием «vis viva» (живая сила), по современной терминологии — кинетическая энергия тела (mν2/2), действие, момент количества движения и др. При этом развитие аналитической механики способствовало прогрессу математики. Например, предложенное Даламбером уравнение колебаний струны (1747), вызвало плодотворную дискуссию между ним и Эйлером о природе математической функции, которая вовлекла в свою орбиту крупнейших математиков XVIII в. — Лагранжа, Лапласа, Монжа и др.
Бурное развитие аналитической механики и гидравлики, других областей науки, стимулировалось не только чисто научными интересами, но и практическими задачами (усовершенствованием двигателей, работающих от энергии движущейся воды, определением зависимости дальности полета пушечного ядра от сопротивления среды, нахождением зависимости скорости судна от сопротивления воды и т. д.). Любопытным примером использования математических методов для решения социальных проблем служат работы Эйлера и Лагранжа, посвященные страхованию.
Физические и математические методы начали применяться также в других науках, в частности в химии и в геологии. Так, в 1792—1794 гг. немецкий химик И.В. Рихтер (1762—1807) опубликовал трехтомный трактат «Начала стехиометрии как способа измерения химических элементов». Французский геолог Ж.Э. Геттар (1715—1786) высказал предположение о закономерностях распространения горных пород, минералов и ископаемых, послужившую основой создания геологических карт, и опубликовал в 1746 г. первую геологическую карту, близкую современной. В 1762 г. немецкий естествоиспытатель Г.Х. Фюксель (1722—1773) ввел в геологию основные стратиграфические понятия и термины, такие, как «пласт» (страта), «залежь» (ситус) и т. п. Когда использование аналитических методов было ограничено или же вообще не представлялось возможным, исследователи обращались к табличным методам систематизации и формализации эмпирического материала (примером могут служить таблицы химического сродства), а также к иным таксономическим подходам.
Вершиной и одновременно итогом развития механики в XVIII в. стала монография Ж.Л. Лагранжа (1736—1813) «Аналитическая механика», опубликованная в 1788 г., спустя сто с небольшим лет после выхода «Математических начал натуральной философии» Ньютона. Все данные Лагранж систематизировал и изложил, используя практически современные математические средства. В статику Лагранж ввел принцип виртуальных скоростей и доказал, что с его помощью обобщаются и остальные принципы механики. В динамике он исследовал отношение моментов сил и моментов движения. Он доказал принцип сохранения «живой силы» (кинетической энергии) и наименьшего действия, изучал движение центра тяжести, вращение тел и механику жидкостей. Изложение материала было построено таким образом, что каждой определенной главе по статике соответствовала и подобная ей глава по динамике. Лагранж широко использовал в своей книге уравнение, которое впоследствии было названо его именем и которое до сих пор является одним из основных уравнений теоретической физики.
При этом Лагранж с гордостью заявил, что в его работе, основанной на достижениях главным образом Эйлера и его собственных, нет ни одной геометрической схемы, все выражено на языке уравнений. Это заявление отражало очень важную черту естествознания века Просвещения — тенденцию к формализации все возрастающего массива знаний о природных явлениях, что проявилось и в создании систем классификации, и в математизации естествознания, и в проведении исследований, предполагающих высокоточные (по тому времени) измерения. Можно сказать, что наука эпохи Просвещения — это наука систематизирующая и квантифицирующая. В результате и математика, и те разделы физики, которые поддавались математизации (а это прежде всего механика, земная и небесная, и оптика) принимали более абстрактную, рассудочно-рациональную, дедуктивную форму, и эта форма рассматривалась как идеал, к которому должны стремиться не только все науки о Природе, но и науки об обществе.
От естественной истории к биологии
В отличие от наук, связанных с изучением неорганической природы, подчиненной строгим, математически выраженным законам, концепции о живом находились под влиянием разнообразных философско-мировоззренческих идей. До недавнего времени было принято рассматривать любую биологическую проблему XVIII столетия в свете дилеммы «механицизм — витализм». Однако реально столь жесткого противостояния не было. Механицизм, анимизм, витализм, телеология и теология уживались не только в головах отдельных ученых, но их элементы были представлены в одних и тех же трудах, ретроспективно оцениваемых сейчас как биологические. На самом же деле вплоть до конца XVIII в. отсутствовали и сама биология как наука, изучающая основные черты жизни, и термин для ее обозначения.
Впервые в этом смысле этот термин использовал, не определяя его содержание, в 1797 г. немецкий врач Т. Роозе (1771—1803). Три года спустя о биологии писал другой немецкий врач и антрополог К.Ф. Бурдах (1776—1847), но в широкое употребление новое понятие вошло благодаря французскому естествоиспытателю Ж.-Б. де Ламарку (1744—1829) и врачу из Бремена Г.Р. Тревиранусу (1776—1837). Они в 1802 г. независимо друг от друга определили термин «биология» (Ламарк — в книге «Гидрогеология», Тревиранус — в своем шеститомном труде «Биология, или Философия живой природы», 1802—1821), зафиксировав тем самым ее оформление как специальной дисциплины. До этого отрасли будущей биологии развивались или в рамках естественной истории, рассматривавшей геолого-минералогические, географические и биологические объекты как равноценные, или как сферы медицины, связанные с изучением лекарственных растений, а также анатомии, эмбриологии и физиологии человека. Дифференциация и реформа естественной истории и медицины завершились к началу XIX в. выделением из них отраслей, связанных с изучением жизни как единого объекта. Само оформление представлений о биологии стало итогом осознания учеными специфики жизни и целостности живых систем, преодоления ими крайностей механицизма и витализма, синтезированных в органицизме (organizism), т. е. в представлениях о несводимости целого к сумме его частей. Недавно это интеллектуальное движение было не совсем корректно названо «витализацией природы» (П. Райл).
На протяжении XVIII в. и механицисты, и виталисты в основном разделяли теологические воззрения и считали, что все сотворено богом для блага человека. Они принимали учение Лейбница о «предустановленной гармонии» и его представления об абсолютной непрерывности явлений, выраженные в афоризме «Природа не делает скачков». Живые существа выстраивались ими в единый ряд, члены которого существовали изначально и были созданы Богом; соответственно, виды были неизменными, допускались лишь внутривидовые вариации (креационизм), а эмбриогенез воспринимался как строго запрограммированный еще в дни Творения (преформизм). Соответственно, и целесообразность живого оценивалась как изначальное свойство организмов, а вся природа описывалась как Храм, свидетельствующий о «мудрой предусмотрительности» ее Творца. Реакцией на механистическую философию, господствовавшую в физике и астрономии, стала публикация большого количества сочинений по «натуральной теологии». В этом отношении типичными были названия книг крупного немецкого зоолога Ф.Х. Лессера «Теология насекомых» (1742) и «Теология раковинных» (1744).
Систематика растений и животных стала первой биологической дисциплиной, сформировавшейся в недрах естественной истории. Начав с классификаций по морфологическим признакам, натуралисты все больше использовали данные об анатомии, эмбриологии, физиологии, биогеографии и экологии организмов, сформировав уже к концу XVII в. понятие «вид» для определения основной формы существования жизни. Объединяя всю информацию о видах, их критериях, свойствах, ареалах и взаимодействиях с другими видами и абиотическими факторами, систематика становилась центром интеграции разрозненных знаний об организмах, добытых не только в естественной истории, но и в других отраслях знания.
К началу XVIII в. стало очевидным, что описание организмов невозможно без классификаций, построенных на иерархии таксонов. Эту работу, начатую в XVII в. И. Юнгом, Дж. Рэем и Ж. Турнефором, успешно продолжил шведский натуралист К. Линней (1707—1778). Он не только описал около 5500 новых видов растений и животных, но и провел коренную реформу классификационной практики. Суть реформы заключалась во введении бинарной номенклатуры, по которой каждый вид обозначался двумя названиями — родовым и видовым, а также принципов синонимики, обязательности цитирования предшествовавших источников и латинских названий для каждого таксона. Линней установил также ступенчатое многообразие органических форм, расположенных в ясной субординации систематических категорий (класс, отряд, род, вид, разновидность), использовал четкие и краткие диагностические признаки (ключи) для определения близких форм и для построения иерархических систем, навел порядок в номенклатурном хаосе. Он разработал научный язык систематики, введя более тысячи специальных терминов. Хотя церковь враждебно встретила систему Линнея, опиравшегося в классификации растений на половые признаки и объединившего человека, обезьян, лемура и придуманного им «человека-животного» (троглодита) в один отряд приматов, сам Линней не сомневался в том, что сумел в целом верно отразить план Творения. Это стимулировало его к вдохновенной работе над совершенствованием и расширением системы на протяжении всей жизни. Если первый вариант «Системы природы», опубликованный в 1735 г., насчитывал всего 16 страниц, то в тринадцатом посмертном трехтомном издании (1788—1793), подготовленном и существенно дополненном и переработанном И.Г. Гмелиным, их было уже 6257.
Вклад Линнея в разработку теоретической биологии не ограничивался только систематикой. Его по праву считают одним из основоположников экологии. Название опубликованного им трактата «Экономия природы» (1749) оказалось столь удачным, что до сих пор используется в монографиях и учебниках по экологии. Линнею также принадлежит выражение «баланс природы», заимствованное из бухгалтерии. Слова «экономия» и «баланс» указывали прямо на аналогию между обществом и природой. Аналогия как способ доказательства была усилена Линнеем в трактате «О политике природы» (1760), в котором он доказывал, что любой вид участвует в «бизнесе» и все виды тесно связаны общим мероприятием (рынком). Из экономики Линней прямо и легко переходил к биологической теме: порядок — совершенная приспособленность видов к климатическим факторам (горизонтальные связи) и к пищевым связям (вертикальные связи). Жизнь на Земле представлялась ему в виде циклов, выступающих организующим началом порядка природы. Строгую последовательность и преемственность циклов Линней подробно демонстрировал на растительных сообществах, описывая их преобразования от лишайников до зрелого леса (или, как теперь говорят, климаксного сообщества), загнивания деревьев и возможного повтора цикла. Интересна и данная Линнеем характеристика экологической роли насекомых, которые изображены не столько как вредители, сколько как регуляторы численности других видов. Пытался он вычислить и скорости заселения Земли животными и растениями после экологических кризисов, в том числе и после Всемирного Потопа. Фактически Линней построил законченную концепцию общей экологии, повлиявшую на многие исследования в естественной теологии, особенно в Великобритании, что в свою очередь стало важной предпосылкой для возникновения дарвинизма.
Благодаря трудам Линнея систематика была признана точной естественно-научной дисциплиной и стала любимым занятием интеллектуальной элиты вплоть до начала XX в. Описания видов в форме кратких диагнозов позволяли наглядно представить многообразие признаков и стимулировали дальнейшее развитие систематики, где лидирующая роль вначале принадлежала ботаникам. Это объясняется как относительной простотой диагностических признаков растений, так и тесной связью ботаники с медициной, сельским хозяйством и лесоводством, требовавших простых и точных определений для практически значимых видов. Зоологи же продолжали изучать крупные таксономические группы. Зоологической энциклопедией того времени стала «Естественная история» (в 36 т., 1749—1788) Ж. де Бюффона (1707—1788), продолженная Б.Ж.Э. де Ласепедом и Л. Добантоном. В ней было много очерков о жизни животных, их распространении, связях со средой и др. Фактически в этом издании были заложены основы зоогеографии и аутоэкологии, сформулированы элементы нового трансформизма и новой философии жизни, порывавшей с представлениями Лейбница и вводившей ньютонианство в естественную историю. Бюффон рассматривал организм как целостную систему, взаимодействующую с окружающей средой, а человечество как часть этого взаимодействия. Не случайно выход в свет в 1749 г. первых трех томов этого сочинения многие современные авторы оценивают как одно из важнейших событий в интеллектуальной истории века Просвещения.
