Історичні події в Україні на початку XX століття наклали свій відбиток і на розвиток науки та наукових досліджень. Внаслідок безцеремонного державного і партійного втручання в структуру наукової творчості суттєвих деформацій зазнали принципи функціонування наукової спільноти, що в свою чергу негативно вплинуло на формування як соціальної інфраструктури науки, так і внутрішніх механізмів відтворення наукового знання. Деформувалася не лише система наукового суспільствознавства, руйнувалось і природознавство, де шляхом директив перекривались одні наукові напрями і стимулювались інші.
Разом з тим при аналізі розвитку української науки вже в 20-30-і роки не можна оминути суттєвих успіхів і досягнень у галузі природознавства і техніки. Навіть найкоротший перелік результатів у цих галузях переконує в цьому.
Так, академік-математик М.П.Кравчук, займаючись питанням перестановочних матриць і властивостей комутативних підгруп повної лінійної групи, одержав вельми істотні результати, про які оповів на II Всесоюзному математичному з'їзді (1934 р.).
Результати світового рівня були отримані в галузі математичної фізики М.М.Криловим і М.М.Боголюбовим. Роботу М.М.Боголюбова "Про деякі нові методи варіаційного обчислення" (1930 р.) на Міжнародному конгресі з проблем варіаційного обчислення було відзначено премією Болонської академії наук. Починаючи з 1932 р. М.М.Крилов і М.М.Боголюбов розбудували новий напрям математичної фізики — теорію нелінійних коливань. Науковці створили методи асимптотичного інтегрування нелінійних рівнянь, що описують коливальні процеси, і математичне обґрунтування цих методів. Особливо слід відзначити обґрунтування М.М.Криловим і М.М.Боголюбовим загальної теорії динамічних систем, дуже важливої для багатьох наукових напрямів. У сучасну науку ввійшли запропоновані ними поняття ергодичної множини, нерозкладного розподілу ймовірностей.
У 1935-1937 рр. М.М.Крилов і М.М.Боголюбов, розробивши загальну теорію мір, зробили достатньо вагомий внесок у проблематику функціонального аналізу. Разом з М.Г.Крейном вони суттєво означили дослідження українських математиків у цій галузі.
С.Н.Бернштейн запропонував першу аксіоматику теорії ймовірностей і продемонстрував новий підхід щодо доведення граничних теорем для сум випадкових величин, зв'язаних у ланцюг Маркова. Цей підхід став основою для побудови теорії стохостичних диференційних рівнянь. Істотний внесок М.П.Кравчука у теорію кореляції, теорію кривих розподілення, в розробку додатків теорії моментів у математичній систематиці.
Д.М.Сінцов та Г.Ф.Пфейффер досягли значних результатів у галузі диференційних рівнянь. Ю.Д.Соколов опрацював аналітичні і якісні методи небесної механіки. Значний вплив на розвиток якісної теорії диференційних рівнянь мали роботи М.М.Крилова і М.М.Боголюбова, присвячені загальним динамічним системам.
Дореволюційні традиції високого рівня досліджень у галузі аналітичної механіки зберігались у 20-30-і роки в академічних центрах Києва і Дніпропетровська. Більше того, відбулося трансформування наукового пошуку в потужний напрям прикладного характеру. Істотний внесок у це зробив І.Я.Штаєрман. Разом зі своїми учнями В.М.Челомеєм, І.М.Рапопортом і О.Кільчевським він успішно займався проблемами аналітичної механіки суцільного середовища. Колектив знайшов рішення так званої "оберненої задачі варіаційного обчислення", з'ясував умови виникнення параметричних коливань деяких механічних систем.
З використанням розроблених М.М.Криловим і М.М.Боголюбовим асимптоматичних методів періодичних і квазіперіодичних коливань вдало вирішувалися технічні проблеми. Оригінальні дослідження науковців у галузі нелінійних коливань надруковано у монографіях "Новые методы в нелинейной механике и их применение к изучению работы электрических генераторов" (1934 р.), "Введение в нелинейную механику" (1937 р.).
В Інституті будівельної механіки досконало вивчалися питання механічної міцності конструкцій та матеріалів і взагалі будівельної механіки. Після дослідження втомленості деревини було запропоновано метод оцінки її механічних властивостей. Значного розмаху набули дослідження міцності конструкційних матеріалів. Обґрунтування енергетичного критерію умов руйнування від утоми дозволило проводити розрахунки на втому високонавантажених деталей машин і створювати нові конструкції дослідних машин.
У 30-і роки в розробку актуальних питань будівельної механіки вагомий внесок зробили К.К.Симінський, Є.О.Патон, Б.М.Горбунов, Ф.П.Белянкін, М.В.Корноухов, О.А.Уманський, М.Д.Жудін. Запропонований метод початкових параметрів для розрахунку інженерних споруд, теорія розрахунку балок на пружній основі, теорія просторових рам не лише знайшли широке застосування в проектуванні, але мали і фундаментальне значення. Аналогічну цінність мали дослідження О.М.Динника в галузі стійких прямих стержнів перемінного перерізу, що ґрунтувалися на використанні функцій Бесселя і методи розрахунку арок різноманітного обрису.
Лідером розвитку багатьох напрямів фізики став Харківський фізико-технічний інститут. У 1932 р. в цьому закладі ввели в дію прискорювач і вперше в Радянському Союзі здійснили ядерну реакцію, розщепивши ядро літію. Цей експеримент відіграв вирішальну роль у прогресі прискорювальної техніки і ядерної фізики. Фізико-технічний інститут у 30-ті роки - один із світових центрів теоретичної фізики. Л.Д.Ландау, Є.М.Ліфшиц, І.Я.Померанчук, Ю.Б.Румер у ці роки розробили термодинамічну теорію фазових переходів, термодинамічну теорію доменної структури феромагнетиків, теорію поглинання високочастотних звукових коливань, електронну теорію металів та ін. Класичні результати одержали харківські науковці в галузі магнетизму, фізики напівпровідників, фізики низьких температур, радіофізики.
У 1929 р. у Києві створено академічний Інститут фізики, в якому головним напрямом досліджень стала фізика напівпровідників. Істотними результатами у цьому напрямі слід вважати розробку сірчисто-срібних фотоелементів із високою інтегральною чутливістю, відкриття явищ від'ємної та замороженої фотопровідності напівпровідників. Науковці розвинули теорію контакту напівпровідника з металом і теорію дифузних напівпровідникових випрямлячів.
Іншим важливим напрямом розробок Інституту фізики було дослідження електронних явищ на поверхні металів. Лідер пошуку Н.Д.Моргуліс разом зі своїми співробітниками досяг значних результатів при дослідженні поверхонь іонізації і нейтралізації, катодного розпилення і вторинної іонно-електронної емісії. Було обґрунтовано першу квантово-механічну теорію поверхневої іонізації, необхідну для дослідження властивостей метало плівкових катодів. Велике практичне значення мало обґрунтування уявлень про катодне розпилення і вторинну іонно-електронну емісію.
Інститут фізичної хімії у Дніпропетровську й Інститут хімії у Києві значною мірою визначали передовий рівень хімічних наук. Теоретичною основою для розвитку фізичної хімії стало розроблене Л.В.Писаржевським уявлення про електрони. Вони дозволили О.І.Бродському з колегами розгорнути доскональне вивчення залежності механізму хімічних процесів від хімічної будови реагуючих речовин. Наслідок - відбудова загальної теорії розділення ізотопів у дистиляційних і термодифузних колонках і розробка методів ізотопного аналізу водню і кисню. Для прогресу досліджень у галузі ядерної фізики виключне значення мало одержання в Інституті фізичної хімії під керівництвом О.І.Бродського концентратів дейтерію важкої води.
Л.В.Писаржевський і В.А.Ройтер вперше обґрунтували електронну теорію каталізу, М.В.Поляков розробив теорію гетеро-гомогенного аналізу, відкрив явище виходу з поверхні каталізатора в об'єм реакційного середовища.
В.О.Плотников із колегами-науковцями в Інституті хімії одержав вагомі результати, досліджуючи проблеми електрохімії неводних розчинів. Вони опрацювали значну кількість подвійних і потрійних систем із застосуванням неводних розчинів, показали практичне значення неводних розчинів для створення гальванічних елементів та електролітів.
Хімічні інститути брали участь у виконанні програми досліджень із питань розширення сировинної бази коксування за рахунок залучення газового і слабоспікливого вугілля, підвищення технічного рівня коксохімічної промисловості.
Електронна теорія, теорія гальванічних елементів і електродних потенціалів, запропоновані Л.В.Писаржевським, разом з ученням О.І.Бродського про хімію стабільних ізотопів і теорію їх розділення обумовили суттєвий прогрес неорганічної хімії. Здійснено ряд досліджень з питань термохімії комплексних сполук, синтезу і вивченню молекулярно-іонного стану в неводних розчинах, започатковано розвиток хімії рідкісних, рідкісноземельних елементів. Велику користь мали лабораторні дослідження застосування кисню в процесі виплавлення сталі та чавуну.
В Інституті фізичної хімії були розроблені методи аналізу металів і сплавів. Значного розвитку набули теоретично обґрунтовані фізико-хімічні методи аналізу. В Інституті хімії Я.Н.Фіалковим із колегами була проведена значна кількість досліджень у галузі фізико-хімічних і хімічних методів аналізу фармацевтичних об'єктів. А.К.Бабко виконав систематичне дослідження реакцій, суттєвих для фотометричних методів аналізу, з подальшою розробкою їх теорії. Він уперше довів ступінчастий характер утворення і дисоціації комплексних сполук.
З 1934 р. в Академії наук почали проводитися дослідження щодо створення технологічних схем водовідпрацювання, сконструйовано вітчизняну апаратуру очистки і знезараження води.
У 30-і роки в Україні почалися систематичні роботи з одержання порошків різних металів методом електролізу розплавів. У 1931 р. В.О.Плотников із співробітниками вперше одержали порошок цирконію. У 1938 р. Е.М.Натансон розробив метод одержання порошків колоїдної дисперсності. Були проведені також перші дослідження з метою одержання залізного порошку з прокатної окалини і рудного концентрату з допомогою газового відновлювача. Ці дослідження мали перспективне значення для подальшого обґрунтування технологічних схем порошкової металургії.
Інтенсивні дослідження з теорії твердого тіла розпочато в 30-і роки в Харківському фізико-технічному інституті. Це місто стало одним з найбільших центрів теоретичної фізики. Фундаментальне значення для розуміння фазових перетворень у твердих тілах мала розвинута Л.Д.Ландау в 1935-1937 рр. термодинамічна теорія фазових переходів другого роду.
Істотні результати з теорії слабкої надпровідності (ефект Джозефсона, тунельні контакти тощо) одержав І.О.Кулик у Фізико-технічному інституті низьких температур АН УРСР. Там же В.П.Галайко сформулював кінетичні рівняння, які дали змогу дослідити нестандартні і нелінійні явища у напівпровідниках. В Інституті фізики АН УРСР В.А.Пашицький розглянув новий плазмовий механізм надпровідності у двозонних провідниках, де суттєвою є взаємодія електронів із плазмовим акустичним коливанням.
Інший великий центр у галузі теорії твердого тіла виник у Києві, де з кінця 30-х рр. С.І.Пекар та його школа в Інституті Фізики АН УРСР, а згодом, з 1960 р., в Інституті напівпровідників проводили інтенсивні дослідження з теорії неметалевих кристалів.
У Дніпропетровському фізико-технічному інституті з 1932 р. розпочалися фундаментальні дослідження з фізики міцності і пластичності. Тут під керівництвом Г.В.Курдюмова здійснено класичні рентгенографічні дослідження гартування й відпускання сталей, мартенситних перетворень у кольорових сплавах. Провідне місце у дослідженні міцності і пластичності посідає вивчення елементарних процесів деформації і зміцнення матеріалів ракетобудування (В.Ф.Зелінський, А.І.Волощук, А.І.Стукалов).
Значних успіхів українськими ученими досягнуто в галузі фізики низьких температур, розвиток якої почався після створення в Харкові першої в СРСР кріогенної лабораторії, яку очолив Л.В.Шубніков. 1931 року в лабораторії розпочалися роботи з рідким воднем, в 1932 - з рідким гелієм. У 1933-1934 рр. Л.В.Шубников і Л.Д.Ландау сформулювали багато наукових напрямків, які з наступні роки розвинулися в фізичні школи Б.Г.Лазарєва, І.М.Ліфшиця, А.І.Ахієзера.
До перших досліджень з радіофізики в Україні належать праці О.П.Грузинцева, Й.Й.Косоногова, М.Д.Пильчикова і Ф.Н.Шведова. У широкому плані питання радіофізики і радіотехніки почав займатися у Харківському університеті Д.А.Рожанський. У 20-х рр. його учні А.О.Слуцкін і Д.С.Штєйнберг встановили, що у діоді, поміщеному в магнітне поле, можуть збуджуватися електромагнітні коливання високої частоти. У 1929 р. вони створили магнетронний генератор на довжину хвилі 7,3 см, випередивши зарубіжних вчених. В 1939 р. у Харківському фізико-технічному інституті був створений перший в СРСР радіолокатор, що давав можливість визначати всі три координати літака під час його руху в повітрі (А.О.Слуцкін, О.Я.Усиков, С.Я.Брауде, І.Д.Трутень та ін.). У ньому вперше в світі застосовано дециметровий магнетрон. У 1944 р. розроблено імпульсний метод і прилад для визначення характеру і місця пошкодження повітряних і кабельних ліній електропередач (О.І.Усиков). Створені у 1977 р. в Інституті радіофізики і електроніки АН УРСР низьковольтні магнетрони безперервної дії міліметрового діапазону (І.М.Вигдорчик, В.Д.Науменко, В.П.Тимофеєв) не мають аналогів за кордоном.
Величезний вклад у дослідження фізики плазми, спрямовані на розв'язування таких проблем, як термоядерний синтез, розробка магнітогідродинамічного способу перетворення теплової енергії в електричну, створення нових джерел радіохвиль, освоєння космосу тощо, внесли українські вчені, зокрема Харківського фізико-технічного інституту, Інституту ядерних досліджень АН УРСР, Інституту фізики АН УРСР, а також Київського, Харківського та Ужгородського університетів. Фізики Академії наук України зробили вагомий внесок у розробку теоретичних основ фізики плазми. Великою мірою завдяки їх зусиллям розроблена кінетична теорія плазми. Основною в цьому напрямі є праця Л.Д.Ландау "Кінетичне рівняння у випадках кулонівської взаємодії", створена в Харківському фізико-технічному інституті (1936 р.). Фундаментальні результати з кінетичної теорії одержав М.М.Боголюбов, розробивши строгий метод одержання кінетичних рівнянь із рівнянь механіки (1946 р.). Цікаві результати одержали А.О.Коломєнський та О.Г.Ситенко (1955 р.), вивчаючи втрати енергії зарядженої частинки, що рухається в анізотропному середовищі і прикладом якої може бути плазма в магнітному полі. В галузі фізики плазми не можна не згадати таких видатних українських фізиків, як О.І.Ахієзер, В.І.Алєксін, В.В.Довгополов, К.М.Степанов, О.Г.Ситенко, Г.Я.Любарський, О.Б.Киценко, В.Д.Шапіро, Е.Л.Пашицький, П.Н.Томчук, В.М. Чорноусенко, І.П.Якименко та ін.
Науково-дослідні роботи в галузі зварювання металів розпочалися в Академії наук України з ініціативи Є.О.Патона на кафедрі інженерних споруд, при якій він створив лабораторію зварювання (1929 р.). Дослідження в галузі зварювання як в нашій країні, так і за кордоном проводилися розрізненими й нечисленними дослідницькими групами, які не могли виявити причин невдалого застосування зварювання. Потрібні були комплексні дослідження, які б охоплювали механіку зварних конструкцій, металургію процесу зварювання, металознавство зварних з'єднань, фізику дугового розряду. Необхідність таких досліджень довів Є.О.Патом. З його ініціативи 1 січня 1934 р. був створений Інститут електрозварювання АН УРСР. Є.О.Патон визначив основні наукові напрями діяльності інституту, які й до сьогодні не втратили своєї актуальності. У період 1937-1941 рр. сформувалось уявлення про дугове зварювання як металургійний процес. Знайдено окремі підходи до розв'язування проблем боротьби з тріщинами і порами в наплавленому металі (В.І.Дятлов, А.М.Ланін). Під керівництвом Є.О.Патона розвивалися дослідження з автоматизації дугового зварювання (1934 р.). Створено перші автомати для зварювання відкритою дугою, знайдено шляхи стабілізації дуги і захисту розплавленого металу внаслідок застосування так званих хрестових дротів (1937-1938 рр.), розроблено перші зразки ріжучого основного та допоміжного устаткування, що входить до складу установок для механізованого зварювання. У 1939-1940 рр. була завершена розробка методу високопродуктивного автоматичного зварювання під флюсом. Інститут розробив технологію зварювання броньованої сталі, що дало можливість створити поточне механізоване виробництво бронекорпусів танків. З допомогою автоматичного зварювання під флюсом було налагоджено виробництво авіабомб, артилерійських систем. Довоєнний і воєнний періоди діяльності Інституту електрозварювання, якому в 1945 р. було присвоєно ім'я Є.О.Патона, можна розглядати як становлення нової наукової школи. Саме в цей період виросли фахівці, які надалі очолили основні напрями наукових досліджень в інституті (В.В.Шеверницький, О.А.Казимиров, Г.В.Раєвський, А.М.Макара, Б.Є.Патон, В.І.Медовар, С.І.Фрумін).
У 30-ті роки доля прикладних досліджень в українській науці неперервно зростала. Це було неминуче в умовах індустріалізації країни. До того ж структура народногосподарського комплексу України із промисловістю, яка швидко розвивалася, не тільки через директивні органи, але й іманентно впливали на підвищення рівня досліджень у галузі прикладного природознавства і технічних наук.
Держава доклала багато зусиль для перетворення науки в реальну силу промислово-господарчого розвитку. Академії наук, на відміну від 20-х років, надавалася суттєва фінансова і матеріальна підтримка. Але вплив на науку з боку партійно-державного апарату здійснювався в жорстоко-тоталітарних формах, часто некомпетентно, що вело до зруйнування механізмів самоорганізації наукової спільноти. Природничі і технічні науки також повного мірою витримали на собі репресивну політику сталінщини по відношенню до інтелігенції. Знищувалися відомі вчені, з ідеологічних міркувань перекривалися перспективні наукові напрями.
У зв'язку зі здійсненням наукових проектів, що потребували значних матеріальних і фінансових ресурсів, наука в XX ст. в багатьох своїх напрямках стала галуззю державної політики, посилилась її залежність від держави. В СРСР розподіл науки і її організація стали функціями державно-адміністративного бюрократизованого управління наукою, яке з часом внесло деструктивні зміни в наукову спільноту і його спроможність до самоорганізації. В таких умовах існування наукового соціуму підсилюється вірогідність помилки у визначенні пріоритетів розвитку науки, фундаментального значення наукових ідей і тем, а також особистих авторитетів учених, рівня їх компетенції і якості результатів досліджень. Найвідомішою з таких помилок була лисенківщина. Використання в науці методів управління виробництвом фактично виключало участь наукової спільноти в оцінці результатів досліджень, у виборі напрямів і об'ємів їх фінансування. Критерії оцінки наукової діяльності все більше набували утилітарного характеру, що невпинно вело до "вимивання" теоретичних розробок.
Дослідження з квантової електродинаміки в Україні були розпочаті в Інституті фізики АН УРСР (1961-1962 рр.), який і досі зберігає у цій галузі провідне становище як за масштабом робіт, так і за науковим потенціалом. В Інституті фізики АН УРСР запропоновано голографічний метод одержання "зображення" самих світлових полів без об'єктів, що збурюють їх. Метод дає можливість відновлювати амплітудно-фазовий розподіл лазерних пучків. Дослідження з оптичної голографії в Інституті фізики АН УРСР розпочато в 1966 р. з ініціативи А.Ф.Прихотько.
Серйозні дослідження проводилися в Україні з радіоастрономії, які розпочалися у 1956 р., коли був організований відділ радіоастрономії Інституту радіофізики і електроніки АН УРСР. Перша виконана у відділі робота була присвячена проблемам радіолокації Сонця (Ф.Г.Басе, С.Я.Брауде). Видатну роль у становленні і розвитку астрономії в Україні відіграв О.Я.Орлов. Йому належить заслуга створення Полтавської гравіметричної обсерваторії (1926 р.) та Головної астрономічної обсерваторії (1944 р.).
У повоєнні десятиліття в Україні сформувалися наукові напрями і школи в багатьох галузях науки.
У математиці дослідження з теорії функцій нелінійних диференційних рівнянь і нелінійних коливань вивели українську науку на передові рубежі в світі. Важливі результати були отримані також у геометрії, алгебрі, математичній фізиці. Вченим-математикам належить пріоритет у розробці ефективних методів наближеного інтегрування диференційних рівнянь, побудована строга аксіоматика асимптотичних методів нелінійної механіки і теорія багаточастотних коливань, на основі якої розроблені математичні моделі і алгоритми аналізу складних явищ у нелінійних коливальних системах, які мають широке розповсюдження в природі і техніці.
В.К.Сидоренко, П.В.Дмитренко
Основи наукових досліджень
Навчальний посібник для вищих педагогічних закладів освіти