(1801 г. – 1861/62 г.)
В 50-х годах XIX столетия жители Санкт-Петербурга часто могли видеть на берегу Невы массивную фигуру коротко стриженного пожилого человека. Без зонтика и калош он стоял под проливным дождем, устремив взгляд в темную воду реки. Многие знали, что это знаменитый профессор Михаил Васильевич Остроградский. Можно было подумать, что ученый на старости лет философски размышляет над пройденным жизненным путем. Вряд ли… Скорее всего, он решал очередную математическую проблему. От этого он отвлекаться не любил, а дождь был ему нипочем.
Василий Остроградский, отец математика, происходил из казацкого рода, как и его жена Ирина, в чьей родословной даже упоминался гетман Данила Апостол. Однако семья была не так уж и богата. Василий работал копиистом, затем канцеляристом на почтамте. Михаил появился на свет в родовом имении Остроградских, селе Пашенном Кобелякского уезда 12 (24) сентября 1801 года. Рос мальчик крепким, здоровым. Среди его детских увлечений было одно, которое наводит на мысль о рано проявившемся таланте математика, – он любил измерять глубину ям и колодцев, а кроме того – наблюдать за работой водяных мельниц. Впрочем, родители это не очень поощряли, да может, оно ничего и не значило.
Мальчика отдали учиться в пансион при Полтавской гимназии. Жил он в доме для бедных дворян. Пансионом в то время заведовал Иван Котляревский. Однако, судя по всему, образование там давали довольно слабое (о чем писал Василию полтавский опекун братьев Михаила и Осипа Остроградских). В частности, это касалось и арифметики, которую «на словах, вроде, знали», а если копнуть, оказывалось, что еле умеют считать. Да и сам Михаил, похоже, не отличался тягой к знаниям, хотя в характеристике и было написано, что ум у мальчика острый. Еще мальчиком отец устроил Михаила на ни к чему не обязывающую должность в канцелярию полтавского гражданского губернатора. Естественно, юный Остроградский никаких обязанностей не выполнял, но по традиции «солдат спал, служба шла». В 12 лет Михаил «дослужился» до чина коллежского регистратора, что впоследствии пригодилось ему при поселении в Петербурге.
В стране только что отгремела война 1812 года, и мальчик больше, чем измерениями, занимался изучением военной истории, мечтал стать гусаром. Отец, идя навстречу пожеланиям сына, повез его в Петербург для определения на военную службу. Но не довез. По дороге им встретился брат Ирины Остроградской – Иван Сахно-Устимович. Он стал горячо убеждать Василия в необходимости фундаментального образования для сына, предлагал отдать его в сравнительно недавно открывшийся Харьковский университет. К неудовольствию Михаила отец согласился. Так в 1816 году Остроградский стал студентом физико-математического отделения Харьковского университета. Подготовительное отделение он закончил быстро, его успехи отметили и перевели в действительные студенты. Но и это не было еще решающим фактором в определении будущего Михаила Васильевича. Решающим стал переезд на квартиру преподавателя математики Андрея Павловского. Тот не был выдающимся ученым, но был начитан и влюблен в свою специальность. Вдохновенно беседуя и занимаясь со своим квартирантом, он и ему внушил любовь к точным наукам. Вскоре обнаружилось, что ученик схватывает на лету то, что ему, Павловскому, не давалось годами, да еще и отмечает логические неувязки, промахи в обучении. Павловский открыто объявил Остроградскому, что у него впереди большое будущее.
В то время ректором университета был видный ученый Тимофей Федорович Осиповский. Сам он читал курсы по математическому анализу, механике и астрономии. Его отношение к математике и физике сказалось на судьбе талантливого студента, поддерживало его на выбранном пути. Михаил Васильевич получил студенческий аттестат и был представлен Осиповским на получение кандидатского диплома. Кандидатский экзамен по математике Остроградский сдал успешно, но тут на сцену вышел преподаватель философии и богословия некто Дудрович. Он давно враждовал с ректором и потребовал, чтобы молодой ученый сдал и экзамен по философии. Однако сам он отказался принимать этот экзамен. Осиповский был в ярости, а Дудрович отправил жалобу на имя попечителя учебного округа Карнеева. В нем Дудрович, в частности, писал: «Явная ко мне ненависть господина ректора Харьковского университета Осиповского… доходит уже до крайности. За мой отказ экзаменовать студента Остроградского из философии он самым непристойным образом изливал на меня досаду, кричал… что я сумасшедший, записался в мистики…» Далее Дудрович говорит, что, несомненно, под мистиками понимают и самого Карнеева, и министра духовных дел и народного просвещения Голицына, о котором, дескать, Осиповский не раз говорил, что тот невежда и ничего, кроме Библии, в жизни не читал. Стоит напомнить, что в то время в стране поднималась волна реакции, царь был настроен действительно более чем религиозно. Министр Голицын был известен как мракобес и завоевал на поприще «воспитания» России в православном духе славу не меньшую, чем Аракчеев на поприще гражданском и военном. А Осиповский действительно был настроен оппозиционно, не скрывал и своих материалистических воззрений. Так что Дудрович сделал верную ставку, заканчивая письмо так: «Сей-то рассудок г. ректора является причиною, что ни один почти из обучающихся по части математики студентов, коих он глава, почитающий все за вздор и сумасшествие, что не подлежит его математическим выкладкам, не ходит ни на богопознание и христианское учение, ни на лекции по части философии…» Осиповского вскоре уволили, математическая школа в Харькове надолго пришла в упадок. А дело Остроградского Карнеев передал Голицыну. Из его канцелярии ответили, что Остроградский должен еще раз, во избежание неразберихи, сдать экзамены для получения аттестата, а затем уже в должном порядке заниматься кандидатской степенью. Решение было совершенно несправедливым, и Остроградский публично попросил вычеркнуть его из списков выпускников. А диплом у него отобрали еще по ходу разбирательства… Так что будущий академик свидетельства об университетском или, по-нашему, – высшем образовании не имел.
Его это, правда, не очень расстроило. Михаила Васильевича интересовала сама наука, а не ее атрибуты. Он попросил отца отправить его в Париж. В то время там работали такие светила мировой математической, технической науки, как Коши, Лаплас, Лагранж, Пуассон, Фурье. Именно во Франции формировался математический аппарат теории упругости, теории распространения тепла, математической теории электричества, магнетизма, теории распространения волн. Все это хорошо совпадало с научными интересами Остроградского, который всю жизнь тяготел к прикладной математике.
Отец, воспользовавшись финансовой помощью все того же Устимовича, нашел средства для поездки Михаила. В 1822 году он выехал из Полтавской губернии. Но в первый раз до Парижа (и вообще до границы) не добрался. Случайный попутчик обокрал наивного юношу. Василий Остроградский почесал в затылке, но наскреб еще раз нужную сумму. Вскоре Михаил Васильевич уже был во французской столице. Приняли его там хорошо. Остроградский слушал лекции в Сорбонне и Коллеж де Франс. Свел знакомство с теми, кто уже заочно был его кумиром, обедал у Коши. Способности российского молодого ученого не укрылись от его коллег. Они с одобрением читали приносимые им результаты вычислений. В 1825 году Огюстен Коши писал в одной из своих работ: «Наконец, молодой русский, одаренный большою проницательностью и весьма сведущий в анализе бесконечно малых, г-н Остроградский, воспользовавшись этими интегралами и их преобразованием в обыкновенные, дал новые доказательства формул, о которых я упоминаю». Михаил обаял французских мэтров и живым своим характером, остроумием, неприхотливостью. Жил он в холодной мансарде, отец высылал деньги нерегулярно, и в 1826 году Остроградский угодил в долговую тюрьму Клиши, поскольку не смог расплатиться за «харч и постой». В камере он написал и отправил в Парижскую академию наук «Мемумар о распространении волн в цилиндрическом бассейне». Статья была встречена очень хорошо. Ее прочитал и Коши. Он же и выкупил из тюрьмы талантливого коллегу. Коши и Лаплас дали рекомендацию Остроградскому, с помощью которой он устроился надзирателем в учебную коллегию Генриха IV, где им остались весьма довольны.
В 1828 году, так и не получив (поскольку и не собирался) свидетельства об окончании какого-либо учебного заведения, Остроградский направился в Россию. Ему опять «повезло» наткнуться на воров – он был ограблен под Франкфуртом и дальнейший свой путь продолжал «автостопом», на телегах и пешком. Весной 1828 года босой и оборванный Михаил Остроградский вышел к городу Дерпту (ныне Тарту в Эстонии), где назвался учеником Лапласа и Коши и попросил помощи у местных студентов. Студент Дерптского университета, а впоследствии знаменитый поэт Николай Языков пишет родным: «Дней пять тому назад явился ко мне неизвестный русский пешеход от Франкфурта – ему мы тоже помогли: вымыли, обули, одели, покормили и доставили средства кормиться и дорогой до Петербурга. Ему прозвание – Остроградский; он пришел в Дерпт почти голым: возле Франкфурта его обокрали, а он ехал из Парижа… к брату в Петербург».
Запросив и получив от отца патент на чин коллежского регистратора (в конце жизни он уже был тайным советником), Остроградский поселяется в столице, останавливается он у брата Осипа. За подозрительным пришельцем установлено полицейское наблюдение. Остроградский же времени зря не теряет. Он быстро свел знакомство с местной научной элитой и легко убедил их в том, что перед ними действительно серьезный ученый, математик с опытом работы за границей. В том же 1828 году он был избран адъюнктом Академии наук, через два года стал экстраординарным и в 1831-м – ординарным академиком. Впоследствии он был принят в ряды Римской, Американской, Парижской и Туринской академий.
Перед математиком открываются двери салонов. Колоритный ученый, он, человек высокий, большой физической силы, общавшийся с самыми видными представителями мировой науки, пользуется большим успехом. «Платье сидело на нем мешком, а ноги напоминали слоновьи. Широкое лицо было освещено одним глазом, но зато умным и проницательным, даже лукавым…»[73] Он прекрасно танцевал, был остер на язык, бегло говорил по-французски. Украинский акцент, от которого Остроградский не избавился до конца жизни, умение ввернуть малороссийскую прибаутку добавляли ему шарма и любопытства в глазах сливок общества. Дамы были в восторге от неординарного, хотя и ординарного академика.
Практически сразу по приезде в Петербург Остроградский начал преподавать в Морском кадетском корпусе. Вскоре он стал читать лекции и в Институте корпуса инженеров путей сообщения, с 1832 года был профессором Главного педагогического института (который и основан был не без его участия), с 1840 года Остроградский (в дополнение ко всему) – профессор Главного инженерного училища, с 1841 – Главного артиллерийского училища. Ученый читал лекции по математике, механике, небесной механике.
В 1847 году император назначил Михаила Остроградского главным наблюдателем за преподаванием математических наук в военно-учебных заведениях. Остроградский обязан был отвечать за программы и учебные планы, инспектировать кадетские учебные корпуса, проводить совещания преподавателей, руководить составлением учебных пособий, присутствовать на выпускных и приемных экзаменах, следить за пополнением библиотек, руководить комиссиями по испытанию кандидатов на преподавательские должности и т. д. и т. п. Во времена правления Николая I математическим наукам уделяли особое внимание, а Михаила Васильевича вскоре стали называть первым математиком России. Император доверял ему и преподавание цесаревичам. В военных учебных заведениях усилиями Остроградского математика стала читаться, пожалуй, лучше, чем в университетах России.
Недаром некоторые биографы утверждают, что Остроградский мог бы сделать гораздо больше для развития математической науки, если бы не читал столько лекций, не выполнял столько государственных поручений. Ведь Михаила Васильевича регулярно привлекали к участию в самых различных комитетах и комиссиях. То он занимался кассами для помощи увольняющимся из флота матросам и офицерам, то участвовал в проектировании водопровода в северной столице, определял астрономическое положение населенных пунктов Российской империи. Основными же заказчиками были Генеральный штаб и Морское ведомство – ученый занимался исследованием применения электромагнитной силы к движению судов, написал немало трудов по внешней баллистике.
Была еще и работа в Академии наук. Здесь Остроградскому удавалось оставаться в стороне от традиционных разборок немецкой и русской партий. (Обе группировки считали его своим.) Он был постоянным участником различных академических комиссий, сделал за свою жизнь более 80 докладов в Академии, писал отзывы. Один из таких отзывов стал пятном на репутации Остроградского как ученого. В 1832 году он получил работу казанского математика Лобачевского «О началах геометрии». Идеи гениального ученого оказались столь смелы, а слог его труда столь сложен[74], что любящий во всем четкость и ясность Михаил Остроградский отозвался о геометрии Лобачевского резко отрицательно. Также плохо он встретил и другую работу казанского профессора – «О сходимости рядов».
Работа Остроградского в качестве университетского преподавателя стала легендой. О ней оставлено немало воспоминаний, многие студенты вспоминали Михаила Васильевича самыми теплыми словами. Но есть и такие, кто в целом Остроградским остался недоволен.
Михаил Васильевич более всего ценил в ученом (и студенте) умение внятно и ясно пояснить свою мысль, изложить основы, вникнуть в суть проблемы. Многочисленные свидетельства говорят о том, что лекции Остроградского были незаурядны, интересны, открывали восторженным слушателям мир науки.
«Он был выдающийся ученый и вместе с тем обладал удивительным даром мастерского изложения в самой увлекательной и живой форме не только отвлеченных, но, казалось бы, даже сухих математических понятий».
Однако другие ученики именитого ученого утверждают, что лекции Остроградского были интересны только наиболее способным студентам, которые умели схватывать на лету. Курс же в среднем знал математику хуже, чем у других профессоров.
И никто не отрицает, что Михаил Васильевич действительно всегда специально выделял на курсе наиболее талантливых, их он лелеял, называл «геометрами», иногда давал клички – Пифагор, Ньютон, Лейбниц. Эти самые «геометры» часто бывали у него дома, он охотно с ними беседовал. За время своей преподавательской деятельности он вырастил целую плеяду крупных ученых – в первую очередь в области прикладной математики. Наверное, стоит назвать Вышнеградского – основоположника теории автоматического регулирования, Петрова – создателя теории гидродинамической смазки.
Остальных «негеометров» ученый называл по-разному – в Главном инженерном училище «гусары» и «уланы», в Главном педагогическом институте – «землемеры», в Артиллерийском училище – «конная артиллерия», на которую он вообще не обращал никакого внимания. Если для способных студентов он был кумир, то остальные боялись его как огня. На экзамене Остроградский проверял в первую очередь сообразительность, общий уровень усвоения материала, а следовательно, просто вызубрить не было никакой возможности. А нрав у академика был крутой, да и голос зычный. «Вы, душенька, если попадете на войну, не бойтесь, что вас в лоб ранят, потому что он у вас медный!» Так что молодые офицеры заранее ложились в лазарет, чтобы иметь оправдание своей неявки. Кстати, этот крутой нрав куда-то исчезал у грозного профессора при виде начальства, особенно представителей генералитета. Анекдоты утверждают, что Михаил Васильевич на приемах и светских раутах даже не подходил к столу, где сидел генерал, – боялся. Когда в аудиторию заходили инспекторы, профессор начинал спотыкаться и мямлить.
Кстати, он вообще курс читал хоть и интересно, но неровно. Практически никогда не вычитывал программу. Михаил Васильевич читал громко и быстро. Мог обходиться без записи на доске (в том числе и в лекции, содержащей сложные формулы, – вероятно, это приводило студентов в восторг), но уж если начинал писать, то покрывал крупными буквами всю доску, а затем бросался к столу. Его черная клеенка тоже шла в ход, а затем профессор поднимал тяжелый стол, переворачивал и показывал студентам. После этого жадно пил воду.
Для лекции Остроградскому обычно приносили два стула, на которые он усаживал свою массивную фигуру, два графина с водой, два стакана. Из одного он пил, в другой макал палец, чтобы смахивать вечную слезу, выступающую из-под очков. Забываясь, в ходе лекции Остроградский начинал макать в какой-нибудь из стаканов губку для вытирания мела, потом ею же вытирал глаз.
Зачастую Михаил Васильевич совсем не хотел читать лекцию. Тогда он начинал живо рассказывать о великих полководцах, умело чертить на доске планы военных сражений – о военной истории он знал все[75]. Он вообще неплохо знал историю, очень неплохо литературу, цитировал (в том числе и на занятиях) на память стихи Сумарокова, Пушкина. Любимым же его поэтом был Тарас Шевченко, с которым он был дружен. После возвращения из многолетней ссылки Тарас Григорьевич записал в дневнике: «Великий математик принял меня с распростертыми объятиями, как земляка и как надолго отлучившегося куда-то своего семьянина. Спасибо ему». Цитирование Кобзаря в стенах высших учебных заведениях Петербурга было делом опасным, но Остроградскому власти прощали все. Любил Остроградский и рассказать анекдот, а иногда с этого и начинал лекцию – просил «уланов», «землемеров» и т. д. рассказать что-нибудь веселенькое. Если анекдот был достаточно свеж и смешон, счастливчик получал хорошую оценку, если нет – плохую.
Иногда Остроградский мог и не прийти на лекцию. Это бывало в то время, когда он с упоением работал над решением какой-нибудь научной проблемы. Он запирался в своем кабинете, жену прогонял. Могло ученого посетить озарение и в совершенно неожиданном месте. Рассказывают, что однажды он прямо на улице остановился и стал лихорадочно что-то записывать мелом на задке экипажа. Когда кучер тронул, Остроградский побежал за ним. Писал математик очень плохо, брат, получая его письма, иногда просто не вскрывал их, зная, что каракули Михаила все равно разобрать не сможет. «Маленькi люди погано пишуть», – говорил математик.
Женился Остроградский в 1831 году втайне от родителей на курляндской дворянке Марии Васильевне фон Люцау, воспитаннице Купферов, в доме которых (академик Купфер был коллегой Михаила Васильевича) Остроградский и познакомился с будущей супругой. Мария Васильевна была женщиной яркой – музицировала, пела, писала стихи. В 1833 году родился первенец Виктор, за ним дочери – Мария и Ольга. Жизнь в браке не была счастливой. Жена ушла от чудаковатого ученого к соседу по имению – помещику Козловскому. А супруга последнего вскоре поселилась у Остроградского.
Блестящая карьера Михаила Васильевича сделала его примером для украинской молодежи. Направляя свое чадо в институт, родители благословляли его словами: «Становись Остроградским!» Математик был одной из самых занимательных личностей России того времени. Конечно, его хорошо знали и те, кто не разбирался в математике. Но бессмертие ему обеспечили не разнообразные странности, а научные труды. Золотыми страницами имя воспитанника Харьковского университета записано в книгу истории мировой науки.
Запаситесь терпением, список будет внушительным. Остроградскому принадлежат труды по математическому анализу, математической физике, теории теплоты, аналитической и небесной механике, гидромеханике, теории упругости, геометрии, статистике и прочее, и прочее. В частности, он сформулировал общий вариационный принцип для неконсервативных систем; принцип наименьшего действия Гамильтона – Остроградского – ученые работали над одним и тем же независимо друг от друга; методы исследования распространения тепла в жидкости и твердых телах; разработал общую теорию удара и теорию волн на поверхности тяжелой идеальной жидкости. Остроградский вывел правило преобразования переменных под знаком кратного интеграла, которое теперь излагается во всех учебниках математического анализа, зачастую без указания авторства (что только подчеркивает гениальность автора). Вывел ученый и знаменитую формулу (названную впоследствии формулой Остроградского – Грина), преобразующую интеграл по объему в интеграл по поверхности; формулу приведения кратного интеграла к интегралу меньшей кратности. Имя Остроградского носит метод выделения рациональной части неопределенного интеграла, позволяющий алгебраическим путем представить его в виде суммы слагаемых, причем второе слагаемое рациональной части не содержит. Задолго до Римана Михаил Остроградский высказал принцип локализации в теории сходимости тригонометрических рядов.
Знаменитый математик Чебышев утверждает, что Михаил Васильевич сделал бы в два раза больше, если бы его не засосало «болото» постоянного преподавания…
После кончины матери Михаил Васильевич, который всегда гордился тем, что он атеист и материалист, становится религиозен, в доме горят лампады, сам он регулярно ходит в храм. Но обладающий железным здоровьем Остроградский вовсе не ждал смерти. Тем неожиданнее для всех оборвалась жизнь выдающегося ученого.
Михаил Васильевич с большой нежностью относился к родной земле. Он любил проводить свой отдых в Украине, любил ее природу и язык. Даже в Петербурге служанка готовила ему борщ и вареники. (В отличие от многих земляков, вина Остроградский не пил. Зато нюхал табак.) Летом 1861 года математик отправился в свое имение. Там много купался, играл с крестьянскими детьми. Домочадцы заметили у него на спине нарыв. Тот быстро назревал, и Михаил Васильевич в ноябре поехал показаться врачу в Полтаву. Чувствовал он себя уже неважно. В декабре его состояние резко ухудшилось. В петербургских газетах публиковали бюллетени о здоровье академика. 20 декабря (1 января 1862 года по новому стилю) около полуночи заволновавшийся вдруг больной крикнул двоюродному брату, чтобы тот записал новую мысль, и… умер. Он был похоронен в своем имении в фамильном склепе Остроградских.
ЛЕНЦ ЭМИЛИЙ ХРИСТИАНОВИЧ
(1804 г. – 1865 г.)
Эмилий Христианович Ленц родился 24 февраля 1804 года в городе Дерпт (ныне Тарту, Эстония). Христиан Гейнрих Фридрих Ленц, его отец, занимал должность об ер-секретаря городского магистрата. Он умер в 1817 году, когда Эмилию было 13 лет. Его вдова, Луиза, оказалась в очень тяжелом положении – семья фактически осталась без средств. Трудно даже представить, какие трудности пришлось преодолеть женщине, чтобы вырастить двух сыновей (у Эмилия был младший брат Роберт) и дать им хорошее образование. Посильную материальную поддержку семье Ленца оказывал дядя, профессор химии Ф. И. Гизе.
Луиза смогла устроить детей в частную школу Диттлера. Здесь Эмилий проявил великолепные способности в математике и естественных науках. Не отставал он и по другим предметам и скоро стал лучшим учеником гимназии. По совету дяди юноша, окончив гимназию, поступил на естественнонаучный факультет Дерптского университета. И здесь Эмилий проявил свои способности, кроме того, он приобрел опыт работы с физическими приборами, который очень пригодился ему в дальнейшем.
В 1821 году умер Ф. И. Гизе, в результате чего юноша и его семья остались без поддержки. Эмилий был вынужден перейти на теологический факультет, учеба на котором давала определенное материальное обеспечение. Но и сам Ленц, и его преподаватели прекрасно понимали, что для богословия он не создан. Помимо лекций теологического факультета, Эмилий продолжал заниматься физикой и посещал лабораторию. Вскоре ректор университета, профессор Паррот, нашел возможность вернуть талантливого физика в его родную естественнонаучную стихию. Для кругосветной научной экспедиции требовался физик. Ректор рекомендовал на эту должность Ленца. Для нужд экспедиции Паррот и Ленц в короткий срок совместно разработали новые научные приборы: лебедку-глубомер и батометр (прибор для взятия проб воды и определения ее температуры на различных глубинах).
Экспедиция стартовала в августе 1823 года и продолжалась почти три года. За это время Эмилий Ленц провел множество океанографических, метеорологических и геофизических исследований. Он брал пробы воды с различных глубин, занимался определением ее солености, плотности, температуры, изучал океанические течения. В результате молодой ученый смог вывести зависимость солености морской воды от силы ветров и количества солнечного света: например, на экваторе, при наибольшем количестве солнечного света, ветра не сильны. Образовавшиеся при испарении воды пары остаются над поверхностью моря и препятствуют дальнейшему испарению. Поэтому на экваторе соленость воды меньше, чем к северу и к югу от него, где дуют пассаты. Также Ленц установил, что причиной возникновения океанических течений являются не только ветра, как считалось ранее, но и различия в плотности воды в разных широтах. Эмилий вернулся из экспедиции опытным и умелым ученым-экспериментатором.
Вскоре после возвращения Ленц поселился в Петербурге и посвятил следующий год обработке полученных результатов. Океанографические исследования ученого стали темой диссертации на соискание степени профессора, которая была успешно защищена им в 1827 году в Гейдельбергском университете. В феврале 1828 года ученый подал в Императорскую академию наук доклад: «Физические наблюдения, произведенные во время кругосветного путешествия под командованием капитана Отто фон Коцебу в 1823, 1824, 1825 и 1826 гг.». Работа произвела на академиков прекрасное впечатление, и в мае Ленца единогласно избрали адъюнктом Академии по физике.
В 1829–1830 годах Эмилий Ленц снова принял участие в экспедиции, на сей раз сухопутной. Ее целью было исследование ресурсов земель, недавно вошедших в состав империи в результате Кавказской войны. Ученый принял участие в первой попытке восхождения на Эльбрус, которая, правда, оказалась неудачной. Немного не дойдя до вершины, путешественники были вынуждены повернуть назад из-за большой рыхлости снега, препятствовавшей передвижению. В высшей из достигнутых точек Ленц произвел измерения атмосферного давления, по которым примерно установил высоту вершины. В мае 1830 года ученый вернулся в Петербург. За два месяца до этого он был заочно избран экстраординарным академиком.
К экспериментальным исследованиям электромагнетизма, которые увековечили его имя, Ленц приступил в 1831 году в академической лаборатории. В этом году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Узнав об этом открытии, Ленц сразу же начал исследования, целью которых было определение закономерности этого явления. Особенно ученого интересовало направление индукционного тока. 29 ноября 1833 года в докладе Академии наук Ленц сообщил о найденном правиле, позже названном его именем. Согласно правилу Ленца, индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать изменение потока, которое вызывает данный ток. Доклад этот быстро получил всемирную известность и был опубликован во многих странах Европы. Следует отметить, что правило Ленца ценно не только само по себе, как способ определения направления тока. Оно является важной закономерностью теоретической электродинамики. Кроме того, в 1847 году Гельмгольц математически обосновал закон сохранения энергии и показал, что правило Ленца является следствием этого закона в области электромагнитных явлений.
Научную деятельность Эмилий Ленц сочетал с общественной работой в Академии наук. В 1834 году он стал штатным академиком по физике. Также, в период с 1832 по 1836 год, Ленц обрабатывал и публиковал результаты Кавказской экспедиции.
В 1836 году Эмилий Христианович получил приглашение возглавить кафедры физики и физической географии Петербургского университета. В дальнейшем деятельность ученого была во многом связана с университетом. В 1840 году он стал деканом физико-математического факультета, а в 1863-м – ректором. Но педагогическая деятельность Ленца работой в университете не ограничивалась. Он долгие годы заведовал кафедрой физики Главного педагогического института, преподавал в Морском кадетском корпусе, Михайловской артиллерийской академии. Учениками Ленца были Менделеев, Тимирязев, Семенов-Тян-Шанский и многие другие известные ученые. В 1839 году Эмилий Христианович закончил работу над учебным пособием «Руководство к физике, составленное для русских гимназий». Эта книга благодаря сочетанию высокого научного уровня и доступности изложения стала одним из самых популярных учебников физики и многократно переиздавалась. Ленц постоянно вносил в учебник дополнения и исправления в связи с новыми открытиями в физике. Последнее, тринадцатое издание «Руководства к физике» вышло в 1870 году, уже после смерти автора.
Но все хлопоты, связанные с преподаванием, составлением учебника и административной работой не мешали Ленцу проводить научные исследования. В 1842 году он провел серию блестящих экспериментов по изучению теплового действия электрического тока. Результатом стала статья «О законах выделения тепла гальваническим током», в которой Ленц изложил установленный им закон теплового действия тока. Согласно этому закону, количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника. Годом раньше к таким же выводам пришел и английский физик Джеймс Прескотт Джоуль. Сейчас закон носит имя обоих ученых.
Одновременно с этими экспериментами Ленц начал активно сотрудничать с известным физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби, создателем электродвигателя и гальванопластики. Совместно ученые исследовали электромагниты и магнитные свойства железа. Они разработали методики расчета параметров электромагнитов в электрических машинах. Результаты совместных исследований двух выдающихся ученых публиковались в 1838–1844 годах в работе «О законах электромагнитов». Позже Ленц исследовал закономерности влияния температуры на сопротивление металлов, открыл обратимость электрических машин.
В 1845 году было основано Русское географическое общество. Одним из его учредителей стал Ленц, он вошел в Совет Общества и до конца своих дней выполнял в нем большой объем работ. Не оставил ученый и своей научной деятельности в области географии. В 1851 году увидел свет его фундаментальный труд «Физическая география». Свое отношение к главной задаче этой науки Ленц сформулировал так: «Заключается в определении: по каким именно физическим законам совершаются и совершались наблюдаемые нами явления». В своей книге Ленц описывал строение земной коры, рассуждал о происхождении пород, из которых она состоит, отмечал ее постоянные изменения в результате вулканических процессов, влияния воды и атмосферы, деятельности живых существ. Также автор исследовал закономерности суточных и годовых изменений метеорологических элементов[76], рассматривал природу электрических и оптических явлений в атмосфере, в частности, нашел объяснение появлению радуги, гало[77]. Ленц нашел причину наблюдаемого небольшого повышения температуры воды с глубиной в южных широтах и предположил, что сходное явление должно наблюдаться и в водах Северного Ледовитого океана. Это предположение было подтверждено экспедицией Фритьофа Нансена 1893–1896 годов на корабле «Фрам». В «Физическую географию» вошли результаты и более ранних исследований автора, например, объяснение причин различия солености вод на разных широтах, о которых мы писали выше. При изучении атмосферных процессов Ленц особое внимание предлагал уделять действию энергии солнечного света, которое называл их главной причиной. Рассуждал ученый и о круговороте воды в природе. Он стал одним из основоположников учения о взаимодействии Мирового океана с атмосферой. Географы по достоинству оценили «Физическую географию». Книга неоднократно издавалась и в России, и за ее пределами.
Осенью 1864 года у Эмилия Ленца резко ухудшилось зрение. Для лечения он поехал в Рим. Вначале все шло хорошо, казалось, здоровье ученого постепенно приходило в норму. Зрение восстанавливалось, и Эмилий Христианович уже мог без особого напряжения читать и писать. Но 10 февраля 1865 года ученый внезапно умер от кровоизлияния в мозг. Похоронен знаменитый российский физик в Риме.
ГАЛУА ЭВАРИСТ
(1811 г. – 1832 г.)
30 мая 1832 года пожилой крестьянин, ехавший на один из парижских рынков, услышал в придорожных кустах стон. Остановив телегу, он обнаружил в траве молодого человека, раненого выстрелом в живот. Это был Эварист Галуа. На следующий день двадцатилетний юноша умер в больнице. После него осталось небольшое количество коротких математических работ, которые были опубликованы спустя 14 лет. Но лишь к 1870 году французский математик Жордан детально изучил работы Галуа и в своем обширном труде подробно изложил идеи и выводы убитого почти за сорок лет до этого юного гения. Только тогда ученые поняли значение открытий Эвариста Галуа. И только тогда научный мир начал осознавать масштабы потери. Но кем же был этот юноша, чью плодотворную научную жизнь и, возможно, великолепную карьеру, оборвал на взлете выстрел на дуэли?
Эварист Галуа родился 25 октября 1811 года в городе Бур-ля-Рен неподалеку от Парижа. Его родители были прекрасно образованными людьми. Отец, Никола Габриэле Галуа, был директором коллежа, а затем, во время «Ста дней» Наполеона, горожане избрали его на пост мэра. До сих пор на здании мэрии Бур-ля-Рен висит мемориальная доска с надписью «Г-ну Галуа, бессменному мэру коммуны в течение пятнадцати лет, – признательные жители». Популярность Галуа-старшего среди земляков была настолько высока, что даже во время реставрации монархии, когда большинство чиновников в лучшем случае распрощались со своими должностями, он остался мэром. Его жена, Мария Аделаида Демант, была дочерью судьи.
До 12 лет обучением Эвариста занимались родители, в основном, мать. Затем, в октябре 1823 года, Галуа отправился в Париж и поступил в Королевский коллеж Луи-ле-Гран – достаточно известное в то время учебное заведение. По воспоминаниям учителей Эварист был способным учеником, но при этом отличался необычными манерами, был неуживчив, несдержан. Тем не менее, первые три года он считался хорошим учеником и даже получил похвальный отзыв за сочинение на греческом языке, написанное для конкурса на соискание стипендии. Но, проучившись совсем немного в первом классе, Галуа был возвращен во второй (классы в коллеже нумеровались от четвертого до первого, в обратной привычной нам последовательности). Преподаватели посчитали, что юноша слаб здоровьем и недостаточно созрел для того, чтобы завершить обучение.
Удивительно, что именно в этих довольно сложных обстоятельствах и открылись способности Галуа к точным наукам. Обучаясь повторно во втором классе, он имел возможность посещать дополнительные занятия по математике. Школьные учебники не нравились Эваристу, и он взял в библиотеке «Элементы геометрии», написанные известным французским математиком Лежандром. Книга с первых же страниц увлекла Галуа. Вскоре он взялся и за более сложные труды Лагранжа: «Решение численных уравнений», «Теорию аналитических функций», «Лекции по теории функций». Едва тлевший ранее интерес к математике быстро разгорался, вскоре он превратился в жадное пламя. Эварист поглощает один за другим труды выдающихся математиков: Эйлера, Гаусса, Якоби и других. Юноша нашел свое призвание. Один из преподавателей, учивших Галуа в тот период, говорил о нем: «Он был одержим бесом математики».
Для того чтобы иметь возможность продолжить изучение точных наук, Эварист решил поступить в Парижскую политехническую школу и стал самостоятельно готовиться к экзаменам. Но поступить в Политехническую школу летом 1828 года Галуа не удалось. Скорее всего, ему не хватило конкретных математических знаний, и это при том, что он прекрасно разбирался в самой науке. Так или иначе, молодой человек был вынужден еще на год остаться в выпускном классе коллежа. Это имело и свои преимущества: теперь он смог пойти в специализированный математический класс. Новый преподаватель математики, молодой профессор Ришар, приятно удивил Эвариста, не ожидавшего от продолжения обучения в коллеже ничего хорошего. Ришар был прекрасным преподавателем и воспитал нескольких выдающихся математиков. Он быстро обратил внимание на Галуа и позже писал, что тот был «значительно выше своих товарищей». Учитель убедил Эвариста опубликовать первую научную работу (в апреле 1829 года) и отправить сообщение в Академию наук. Но академики оставили сообщение Галуа без внимания.
2 июля 1829 года в семье Галуа произошла трагедия. Как мы уже писали, популярность Галуа-старшего среди жителей Бур-ля-Рена была чрезвычайно высока. Но на него обрушился с высоты церковной кафедры один излишне рьяный молодой кюре. Он приписывал Никола Галуа составление анонимных эпиграмм на его же родственников, которые, по некоторым сведениям, сам и сочинял. Клевета и травля довели мэра до отчаяния, и он повесился в своей парижской квартире. Через несколько недель его сын вновь провалил экзамены в Политехническую школу. Даже принимая во внимание тяжелое моральное состояние, в котором находился Эварист в связи со смертью отца, такой результат до сих пор вызывает удивление. Ведь математические таланты юноши уже не вызывали сомнений. Но подробности об экзамене неизвестны. Рассказывали, что Эварист провалился потому, что отказался отвечать на некоторые вопросы, считая, что они слишком просты и носят издевательский характер. Есть предположение и о том, что Галуа излагал экзаменаторам свои математические теории, которые не были поняты. Позже Эварист говорил, что ему пришлось услышать «сумасшедший хохот экзаменаторов».
Осенью того же года Галуа, по совету Ришара, поступил в Нормальную школу. Учеба в ней не только позволила юноше продолжить занятия математикой, но и обеспечила ему материальное содержание. Дело в том, что после смерти мужа Мария Галуа оказалась в непростом финансовом положении. Как мы уже писали, Нормальная школа готовила преподавателей. Ее студенты давали обязательство по окончании учебы минимум шесть лет отработать на государственной должности. В Нормальной школе Эварист познакомился с Огюстом Шевалье, убежденным последователем мыслителя-утописта Сен-Симона. Галуа очень сдружился с Огюстом и под его влиянием стал интересоваться политикой.
В 1829 году Галуа написал несколько серьезных математических статей. Он предоставил их на соискание Большой математической премии Академии наук. Но путь к научному признанию преградило фатальное невезение. Секретарь Академии Фурье, которому были переданы рукописи Галуа, умер, и работы опять затерялись. Только в 1830 году три небольшие статьи были опубликованы в «Бюллетене барона Феррюсака».
В июле 1830 года произошла революция, положившая конец правлению Карла X, который был вынужден отречься от престола в пользу своего внука Луи Филиппа Орлеанского. 19-летний Галуа стремился стать непосредственным участником восстания. Но в разгар революционных событий (в ночь с 28 на 29 июля) директор Нормальной школы Гиньо просто запер двери и не выпускал на улицы студентов. Интересно, что Гиньо оказался единственным директором парижского учебного заведения, который запретил своим воспитанникам принимать участие в демонстрациях. Галуа с одним из своих товарищей всю ночь безуспешно пытались выбраться на улицу и принять участие в восстании, но это им не удалось.
В ноябре 1830 года Эварист вступил в Общество друзей народа – одну из самых крупных организаций республиканцев. Одновременно он записался и в артиллерию Национальной гвардии – вооруженного гражданского ополчения. В своем учебном заведении Галуа не только пытался пропагандировать свои политические взгляды, но и выступил против администрации. Он резко осуждал Гиньо и его единомышленника – члена ученого совета Нормальной школы Кузена. Нападки закончились тем, что Гиньо заключил Галуа под домашний арест. Об этом конфликте узнали газетчики. В то время существовало два основных печатных органа, популярных в научно-образовательных кругах: проправительственная газета «Лицей» и оппозиционная «Лa газетт дез эколь». В последней 5 декабря 1830 года появилась очередная статья, критикующая руководство Нормальной школы. К статье прилагалось письмо «воспитанника Нормальной школы», в котором в издевательской форме рассказывалось о поведении Гиньо во время революционных событий. До сих пор нет стопроцентной уверенности в том, что автором этого письма был Галуа, но и особенно сомневаться в причастности Эвариста к его опубликованию не приходится.
Уже 9 декабря Гиньо отправил непокорного студента домой и составил доклад министру, в котором дал Галуа крайне негативную характеристику и настаивал на его отчислении. Параллельно директор добился публикации письма, осуждающего поведение Галуа и подписанного группой студентов. По всей видимости, на них просто грубо надавили, но справедливости ради следует сказать, что основная масса соучеников действительно не разделяла взглядов Галуа и не одобряла его действий.
8 января 1831 года совет народного образования опубликовал свое решение: «Согласно докладу г-на советника Кузена по поводу временного исключения Галуа и принимая во внимание рапорт г-на директора Нормальной школы Гиньо, объясняющий причины, по которым он прибегнул к этой мере,
Постановить:
Немедленно исключить Галуа из числа воспитанников Нормальной школы.
Решение о его дальнейшей участи будет вынесено позднее».
Уже на следующий день «Ла газетт дез эколь» опубликовала беспрецедентное по тем временам объявление: «В четверг 18 января господин Галуа начнет читать курс высшей алгебры. Лекции будут происходить по четвергам в 1 ч. 15 м. дня в книжной лавке Кайо, улица Сорбонны, дом № 5. Курс рассчитан на молодых людей, неудовлетворенных преподаванием этой науки в коллежах и желающих углубить свои знания. Лекции познакомят слушателей с несколькими теориями, никогда ранее не излагавшимися публично.
Некоторые из них совершенно оригинальны. Достаточно упомянуть о новой теории мнимых чисел; теории уравнений, разрешимых в радикалах; теории чисел и теории эллиптических функций, изучаемых с помощью чистой алгебры».
Первая лекция собрала более тридцати слушателей. К сожалению, идеи Галуа оказались для большинства из них чрезмерно сложными, а, мягко говоря, средние дидактические способности Эвариста пониманию не способствовали. С каждым разом слушателей становилось все меньше, и вскоре лекции были прекращены.
За день до первой лекции на заседании Академии наук Лакруа[78] и Пуассону было поручено рассмотреть поданную накануне работу Галуа. Это была та же статья, которую юный математик подавал годом раньше. На этот раз Эварист добавил предисловие, в котором просил Академию хотя бы прочитать его работу. В письме он также впервые высказал мысль о том, что его научной карьере стал препятствовать образ, созданный в результате политической деятельности.
Но, попав однажды в водоворот политической жизни, Галуа уже не мог, да и не хотел из него выбираться. Еще 31 декабря 1830 года королевским декретом Национальная гвардия была упразднена. Но две батареи отказались разоружиться. 19 артиллеристов были арестованы. Троих впоследствии отпустили, а над остальными в начале апреля состоялся суд. Республиканцы воспользовались заседанием как удобным случаем публично высказать свои политические идеи. Суд превратился в митинг, но, тем не менее, о поддержке своих товарищей республиканцы не забыли. «Отказников» защищали опытные адвокаты, которые легко добились оправдательного приговора.
9 мая 1831 года Общество друзей народа устроило банкет. Было решено не произносить речей, даже тосты составили заранее, чтобы не провоцировать полицию. Но молодые республиканцы, среди которых был и Галуа, были возмущены таким положением дел. Ближе к концу празднования Эварист произнес тост: «За Луи Филиппа», при этом недвусмысленно поигрывая обнаженным кинжалом. Тут же возникла паника. Говорят, что Александр Дюма-отец, сидевший за почетным столом, ретировался, выпрыгнув в окно. Галуа был арестован.
15 июня он оказался на скамье подсудимых. Юношу обвинили в подстрекательстве к покушению на жизнь короля. Несмотря на то что он вел себя просто-таки вызывающе, адвокат умудрился добиться оправдательного приговора.
Неугомонный «друг народа» провел на свободе меньше месяца. На 14 июля республиканцы назначили проведение манифестации в честь 42-й годовщины взятия Бастилии, во время которой предполагалось посадить символическое дерево свободы. За три дня до этого правительство приняло решение об аресте лидеров республиканской партии. Естественно, что была запрещена и демонстрация. Галуа и многие его товарищи по Обществу избежали ареста, не ночуя дома. 14 июля он и его друг Дюшатле, одетые в форму Национальной гвардии, стали во главе 600 манифестантов. Полиция умело отделила их от толпы и арестовала.
В ожидании суда Эварист просидел в тюрьме более трех месяцев. На этот раз правительство не повторило своей недавней ошибки. Чтобы процесс не превратился в очередной митинг республиканцев, подсудимым предъявили только обвинения в незаконном ношении формы и оружия. Дюшатле осудили на три месяца тюремного заключения, Галуа – на девять.
В тюрьме Эварист получил известие о том, что его очередная попытка добиться признания академиков закончилась провалом: на основании заключения, данного Пуассоном и Лакруа, Академия отказалась подтвердить правильность его выводов. Однако даже в тюрьме юноша не прекращал заниматься математикой. По всей видимости, он работал над двумя статьями, предисловия к которым были найдены в его бумагах. Но сами тексты работ обнаружены не были.
16 марта 1832 года, в связи со вспышкой холеры многие заключенные, в том числе и Галуа, были переведены в больницу, находившуюся под наблюдением полиции. Срок заключения Галуа истекал 29 апреля. До нас дошло очень немного сведений о том, как провел Эварист последний месяц своей жизни. Известно, что после освобождения он оставался в больнице, где у него завязался роман с некоей девушкой, которой, по всей видимости, была дочь врача Стефани Фелиция Потери дю Мотель. Из-за нее и произошла дуэль, лишившая Францию, безусловно, самого одаренного математика того времени. Имя противника Галуа точно не известно. Александр Дюма писал, что Эварист стрелялся с неким Пешо д’Эрбенвилем, бывшим членом артиллерии Национальной гвардии. С другой стороны, 4 июня в одной из газет была опубликована заметка: «Париж, 1 июня. Вчера злосчастная дуэль отняла у науки юношу, подававшего самые блестящие надежды. Увы, его преждевременная известность связана только с политикой. Молодой Эварист Галуа, подвергшийся год тому назад судебному преследованию за тост, произнесенный во время банкета в “Ванданж де Бургонь”, дрался на дуэли с одним из своих юных друзей. Оба молодых человека – члены Общества друзей народа и оба фигурировали в одном и том же политическом процессе. Есть сведения, что дуэль была вызвана какой-то любовной историей. Противники избрали в качестве оружия пистолеты. Когда-то они были друзьями, поэтому сочли недостойным целиться друг в друга и решили положиться на судьбу. Стреляли в упор, но из двух пистолетов заряженным был только один. Пуля ранила Галуа навылет. Его перенесли в больницу Кошен, где он умер спустя два часа. Галуа исполнилось двадцать два года, его противнику Л. Д. чуть меньше».
На основании этого сообщения большинство современных исследователей склоняется к выводу, что противником Эвариста был не кто иной, как Дюшатле, возглавивший вместе с ним демонстрацию 14 июля 1831 года. Долгое время также бытовала версия о том, что убийство Галуа стало результатом провокации со стороны властей и что дуэль произошла из-за подкупленной проститутки. Но такое предположение, скорее всего, вызвано активно распространяемыми среди республиканцев слухами и вряд ли имеет под собой реальную основу.
29 мая смертельно раненный Галуа написал несколько писем. Одно из них – друзьям-республиканцам: «Я прошу моих друзей не винить меня за то, что я умираю не за свою страну. Я умираю, став жертвой бесчестной кокетки и двух глупцов, обманутых ею. Я завершаю свою жизнь, как жертва жалкой клеветы. О, почему я должен умереть за нечто столь ничтожное, столь презренное? Я призываю небеса в свидетели, что только под нажимом, уступая силе, я поддался на провокацию, которую изо всех сил пытался предотвратить».
Второе – Огюсту Шевалье: «Мой дорогой друг!
Я сделал несколько открытий в области анализа. Первое из них относится к теории уравнений пятой степени и других целых функций.
В теории уравнений я исследовал условия разрешимости уравнений в радикалах; мне представился случай углубить эту теорию и описать все возможные преобразования уравнения, даже если оно не разрешимо в радикалах. Все это изложено здесь в трех мемуарах…
За мою жизнь я часто отваживался выдвигать утверждения, в которых я сам не был уверен. Но все написанное было мне ясно более года, и было бы не в моих интересах оставаться под подозрением, будто я высказывал теоремы, не располагая доказательством.
Попроси Якоби или Гаусса опубликовать их мнение не о том, верны ли мои теоремы, а о том, насколько они важны. Я надеюсь, что найдутся несколько человек, которые сочтут полезным разобраться в моих каракулях.
Дружески обнимаю тебя. Э. Галуа».
В «каракулях», написанных в ночь перед дуэлью (два листка, найденных на столе), Галуа пытался обобщить положения своей теории. Правда, информация о том, что Эварист и сформулировал их той страшной ночью, является преувеличением. Наиболее важной из работ Галуа стал «Мемуар об условиях разрешимости уравнений в радикалах», найденный позднее в его бумагах. Именно в этом труде юный гений ответил на вопросы, которые оказались не по зубам ни его предшественникам, ни современникам. Основываясь на введенных им же фундаментальных понятиях теории групп, он обобщил теорию алгебраических уравнений и определил условия, при которых решение уравнений высших степеней с одним неизвестным сводится к решению цепи других, более простых алгебраических уравнений. Часто говорят, что тем самым двадцатилетний математик заложил основы современной алгебры.
30 мая в 10 часов утра Эварист Галуа скончался. Перед смертью он просил своего брата Альфреда: «Не плачь, не плачь, мне нужно все мое мужество, чтобы умереть в двадцать лет…»
БУЛЬ ДЖОРДЖ
(1815 г. – 1864 г.)
В процессе становления науки все большую роль для карьеры будущих ученых приобретало качество образования, получаемого в детстве. Самоучек, добившихся научного признания, становилось все меньше и меньше. Но в первой половине XIX в. такие случаи еще происходили. Одним из ярчайших примеров этого был гениальный английский ученый Джордж Буль.
Родители Джорджа не были богаты. Отец, Джон, занимался изготовлением обуви, мать, в девичестве Мэри Энн Джойс, до замужества работала камеристкой. Джон и Мэри поженились в 1806 году. Они переехали в город Линкольн, где Джон открыл обувную мастерскую. В свободное время он увлекался наукой, а поскольку увлечение это было весьма сильным, развитию собственного дела должной энергии он не уделял. Девять лет в семье не было детей, неудивительно, что Джон и Мэри уже потеряли надежду на появление наследника. Но в 1815 году Мэри забеременела и 2 ноября родила мальчика. Младенец был очень слаб. Родители крестили его уже на следующий день после рождения, назвав Джорджем, в честь деда по отцовской линии. Возможно, Бог услышал их молитвы, возможно, сказалась необычайная забота, которой родители окружили такого долгожданного первенца, но ребенок выжил, окреп и стал быстро развиваться, как физически, так и умственно. Мальчик оказался настоящим вундеркиндом.
Уже в полтора года (!) Джордж стал посещать линкольнскую школу, в которой обучались дети торговцев. Затем (до семи лет) он учился в коммерческой школе, которой управлял один из друзей Джона Буля. Уже тогда мальчик проявлял свои выдающиеся способности, правда, иногда весьма своеобразным образом. Однажды Джордж не пришел на занятия. Его нашли в городе, где он занимался тем, что… зарабатывал деньги. Ребенок в детском переднике безошибочно произносил по буквам сложные слова, а восторженная толпа кидала ему в награду монеты.
Первые уроки математики Джордж получил от отца. Под его же руководством мальчик начал строить оптические приборы. В семь лет он пошел в начальную школу Общества народных школ[79]. Здесь Джордж продолжил удивлять всех своими лингвистическими талантами. Отец договорился о дополнительных уроках латыни с местным книготорговцем Уильямом Бруком, который впоследствии подружился с Джорджем и позволял ему пользоваться своей обширной библиотекой. В 12 лет, овладев латынью под руководством Брука, талантливый мальчик самостоятельно занялся греческим. А когда ему было четырнадцать, вокруг вундеркинда возник скандал, и, опять же, весьма своеобразного свойства. Он сделал превосходный перевод поэмы Мелеагра. Отец, гордый успехами своего сына, издал его. Но один из местных учителей возмутился, утверждая, что 14-летний мальчик не мог так качественно перевести с древнегреческого сложную поэму.
В сентябре 1828 года Джордж Буль стал посещать Коммерческую академию Бэйнбриджа. Конечно, образование в Академии на тот момент уже не соответствовало запросам талантливого юноши, но лучшего его родители обеспечить не могли. Теми же предметами, которые не входили в школьную программу, Джордж занимался самостоятельно. Так он освоил немецкий, французский, итальянский. Собственно, на Академии систематическое образование Буля и окончилось. Уже в 16 лет он начал работать помощником учителя в одной из школ Донкастера – Джон Буль практически разорился, и семья очень нуждалась.
Интересно, что вначале своего жизненного пути Джордж подумывал о духовной карьере. Но затем он увлекся математикой и вскоре оставил мысль сделаться священником. В 1833 году Буль некоторое время преподавал в Ливерпуле, затем в Академии Холла в Уоддингтоне – небольшом городке под Линкольном, и наконец в 1834 году, открыл в Линкольне собственную школу. В это время Джорджу было только 19 лет.
В 1838 году Роберт Холл, основатель Академии в Уоддингтоне, умер, и Джорджу Булю было предложено возглавить это заведение. Вместе с родителями, двумя братьями и сестрой Джордж перебрался в Уоддингтон, и семейство стало совместно заведовать делами школы. Это помогло решить финансовые проблемы. Но молодой ученый к этому времени уже имел свои собственные идеи о том, каким должно быть образование. Еще во время существования его первой линкольнской школы он написал эссе, в котором рассуждал об этом. Буль настаивал на необходимости прежде всего понимать, а не запоминать материал – идея на тот момент не такая уж и распространенная. Кроме того, он утверждал, что в воспитании нужно большое внимание уделять формированию морально-этических ценностей, и полагал этот аспект работы педагога наиболее трудным, но и при этом наиболее важным. Поэтому, по мере улучшения материального положения семьи, Джордж все чаще и чаще возвращался к идее создания собственной академии.
В 1840 году, скопив достаточно денег, Буль на свой страх и риск вернулся в Линкольн, где открыл школу-интернат. Вскоре семья присоединилась к Джорджу, и они опять стали работать вместе. К счастью, с коммерческой точки зрения идея оказалась удачной, и больше Були не испытывали материальных проблем. Необходимо отметить, что добившись финансовой самостоятельности и положения в обществе, Джордж много средств и времени тратил на благотворительную деятельность. Он, в частности, стал активным членом Комитета, организовавшего Дом кающихся женщин. Задачей этой организации была помощь молодым девушкам, вынужденным заниматься проституцией. В этом отношении Линкольн был крайне неблагоприятным местом, здесь находилось около 30 публичных домов. Даже мэр города признавал, что подобного нет больше ни в одном городе Англии. Также Джордж поддерживал Ремесленный институт, читал там много лекций, добился учреждения при институте научной библиотеки.
Со временем Буль все больше и больше увлекался математикой. Педагогическая и организационная деятельность отнимала очень много времени, для самостоятельных занятий математикой оставались только ночи. Но и этого гению Буля хватило для того, чтобы вскоре заявить о себе как о серьезном математике. Еще в Уоддингтоне Джордж увлекся работами Лапласа и Лагранжа. На полях их книг он делал примечания, которые впоследствии легли в основу его первых изысканий. С 1839 года молодой ученый стал отправлять свои работы в новый «Кембриджский математический журнал». Его статьи были посвящены различным вопросам математики и отличались самостоятельностью суждений. Постепенно английские математики стали обращать внимание на линкольнского самоучку. Одним из первых его оценил редактор журнала Дункан Грегори, который быстро понял, что имеет дело с гениальным ученым. В дальнейшем Грегори много переписывался с Булем и помогал ему советами.
Но научные устремления Джорджа Буля на этом не были полностью удовлетворены. Он ощущал нехватку систематического образования и научной сферы общения. Одно время Джордж подумывал о том, чтобы получить в Кембридже математическую степень, но необходимость финансово поддерживать семью заставила его отказаться от этой мысли. К тому же Грегори писал Булю, что в таком случае ему пришлось бы оставить собственные оригинальные исследования, а они уже начинали приносить автору славу. В 1842 году Джордж отправил именитому математику Августу де Моргану работу «Об общем методе анализа, применяющего алгебраические методы для решения дифференциальных уравнений». Морган добился публикации этой статьи в материалах Королевского общества, и она была удостоена медали Общества за вклад в развитие математического анализа. А в 1847 и 1848 годах были написаны труды «Математический анализ логики» и «Логическое исчисление», которые буквально вознесли Буля на вершину научного Олимпа.
Интересно, что первая из этих работ была чем-то вроде памфлета, в котором автор пытался доказать, что логика более близка к математике, чем к философии. Сам Буль позже расценивал ее как поспешную и несовершенную демонстрацию его идей. Но коллеги, особенно Морган, очень высоко оценили «Математический анализ логики». В любом случае, в этих трудах, а также в написанном позднее (в 1854 году) «Исследовании законов мышления, базирующихся на математической логике и теории вероятности» Буль заложил основы так называемой «алгебры логики» или «булевой алгебры». Он показал аналогию между логическими и алгебраическими операциями. Иными словами, ученый основывался на том, что математические операции можно производить не только над числами. Он придумал систему обозначений, пользуясь которыми, можно закодировать любые высказывания. Далее Буль ввел правила для манипулирования высказываниями, как обыкновенными числами. Манипуляции сводились к трем основным операциям: И, ИЛИ, НЕ. С их помощью можно производить основные математические действия: сложение, вычитание, умножение, деление и сравнение символов и чисел. Таким образом, английский ученый подробно изложил основы двоичной системы счисления. Надо сказать, что идеи Джорджа Буля лежат в основе всех современных цифровых устройств.
В 1830–1840 годах английское правительство планировало создание новых колледжей в Ирландии. В 1846 году Буль подал прошение о назначении его профессором в один из колледжей. Но поначалу оно оставалось неудовлетворенным, ведь Джордж не имел научной степени. После же выхода упомянутых выше работ математика-самоучку поддержал целый ряд известных ученых, в первую очередь – Морган. В результате в августе 1849 года Буль получил кафедру математики в Куинз-колледже в Корке. О популярности Джоржда в его родном Линкольне говорит тот факт, что в честь его отъезда в городе был дан праздничный ужин, а земляки вручили ученому ценные подарки. Надо сказать, что и на новом месте Джордж Буль проявил себя с самой лучшей стороны. Он принял активнейшее участие в деле становления нового учебного заведения. Уже весной 1851 года Джордж был назначен директором по науке.
Примерно в это же время произошли изменения и в личной жизни Джорджа Буля. В 1850 году он познакомился с Мэри Эверест, племянницей одного из профессоров колледжа. (Интересно, что другим дядей Мэри был известный геодезист Джордж Эверест, который первым измерил высочайшую вершину Земли.) Летом 1852 года Мэри вновь побывала в Корке, а затем Буль посетил ее семейство. Несмотря на большую разницу в возрасте (17 лет), между Мэри и Джорджем завязались дружеские отношения. Они много переписывались. При встречах Буль также давал своей юной приятельнице уроки математики – получить систематическое образование представительнице слабого пола в те времена было очень сложно. Джордж долго скрывал свои чувства к Мэри и только в 1855 году решился сделать предложение. Это произошло после того, как умер отец девушки, и она осталась практически без средств к существованию. Брак был счастливым. В семье родилось пять дочерей, одна из которых, Этель Лилиан Войнич, стала известной писательницей, автором романа «Овод».
После выхода в свет «Исследования законов мышления» Джордж Буль получил почетные степени от Дублинского и Оксфордского университетов, а в 1857 году был избран членом Лондонского королевского общества. В дальнейшем он опубликовал еще две важные работы: «Трактат о дифференциальных уравнениях» (1859) и «Трактат о вычислении предельных разностей» (1860), которые сыграли большую роль в развитии математики.
Смерть Джорджа Буля была очень неожиданной. Он был полон сил, энергии, много работал, еще больше планировал сделать. Опасение внушали только некоторые проблемы с легкими, которые появились после переезда в Корк – город с более влажным климатом, чем Линкольн. 24 ноября 1864 года случилось, казалось бы, вполне заурядное событие, которое в итоге привело к трагическим последствиям. По дороге в колледж Буль попал под дождь и сильно промок. Тем не менее, он не отменил занятий и проводил их в мокрой одежде, из-за чего сильно простудился. Вскоре простуда перешла в воспаление легких. Победить болезнь не удалось, и 8 декабря Джордж Буль умер.
ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ
(1818 г. – 1889 г.)
Бенджамин Джоуль, богатый пивовар, жил в Солфорде, неподалеку от Манчестера. 24 декабря 1818 года его жена Эллис родила мальчика. Ему дали имя Джеймс Прескотт. В семье уже был один сын, Бенджамин. Еще двое детей умерли в младенчестве. После Джеймса в семье Джоулей родилось еще трое детей: две девочки и мальчик. Начальное образование маленькие Джоули получали дома. Джеймс был болезненным ребенком – у него были проблемы со спиной, но благодаря специальным упражнениям и процедурам он окреп и поправился. Скорее всего, из-за болезни Джеймс рос застенчивым и скромным.
Джеймс и Бенджамин, практически одногодки, были очень дружны и учились вместе. В 1834 году отец отправил братьев в Манчестерское литературно-философское общество, где они должны были изучать химию.
В жизни большинства великих ученых были свои великие учителя. Для Джоуля таким учителем стал знаменитый химик и физик Джон Дальтон, который в те годы был президентом Манчестерского литературно-философского общества. Занятия с Дальтоном оказали большое влияние на братьев Джоулей и пробудили у них интерес к науке. Дальтон учил молодых людей арифметике, алгебре, геометрии, естественной философии и, конечно же, химии. К сожалению, вскоре, в 1837 году, у Дальтона случился удар, и он был вынужден отказаться от преподавания. Но великий ученый успел поселить в сердцах юных братьев Джоулей интерес к исследованиям и обучить их основам экспериментаторской работы. Конечно, изначально этот интерес больше напоминал мальчишеские забавы. Например, изучая эхо, Джеймс потерял в горах отцовский пистолет. В другой раз у него от неудачного выстрела обгорели брови. Исследуя электричество, Джеймс и Бенджамин сконструировали электрическую машину и подвергали друг друга и детей прислуги весьма чувствительным ударам тока. Отец, тем не менее, поощрял увлечения наукой и даже выделил для этого специальную комнату.
Но не следует думать, что все свое время юноши посвящали учебе и развлечениям. С пятнадцатилетнего возраста Джеймс работал на заводе отца, здоровье которого оставляло желать лучшего, а, следовательно, требовалась помощь сыновей. Джоуль довольно долго оставался ученым-любителем. Основным местом приложения его талантов, времени и сил было отцовское предприятие. Исследования Джеймс проводил в свободное время, зачастую по ночам. Первые серьезные работы были посвящены изучению электричества и магнетизма. В 19 лет он построил оригинальный электромагнитный двигатель, описание которого было напечатано в журнале «Анналы электричества». Эта публикация и стала первой работой Джеймса Джоуля. А уже в 1840 году молодой ученый сделал первое открытие. Он обнаружил эффект магнитного насыщения и определил значение предела намагничивания для железа. Джоуль тут же нашел применение полученному результату и сконструировал электромагниты большей силы, чем имевшиеся до того. А далее открытия пошли одно за другим. В 1842 году Джоуль обнаружил и описал явление магнитострикции – изменения размеров и формы кристаллического тела при намагничивании. Параллельно ученый занялся изучением тепловых эффектов электрического тока. И здесь результат не заставил себя долго ждать. В 1841 году Джоуль обнаружил важную закономерность: количество тепла, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока, пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока в цепи и времени прохождения тока. В 1842 году независимо от Джоуля к такому же заключению пришел российский ученый Эмилий Христианович Ленц. Англичанин опубликовал свои результаты только в 1843 году в работе «Тепловой эффект магнитоэлектричества и механическая ценность теплоты», поэтому приоритет в данном случае установить сложно. Впрочем, этот вопрос особых споров не вызвал, и поэтому сейчас это соотношение называют законом Джоуля – Ленца.
Но почему же Джеймс не спешил обнародовать информацию о своем открытии? Дело в том, что он рассматривал этот закон только как промежуточный результат на пути к решению довольно-таки смелой задачи более глобального масштаба. Он хотел доказать, что существует количественное соотношение между силами разной природы, приводящими к выделению теплоты. Поэтому параллельно английский ученый начал исследования еще в одной области физики: с 1843 года он всесторонне изучал различные температурные явления, что привело к нескольким фундаментальным открытиям. В 1843 году Джоуль экспериментально показал, что теплоту можно получить за счет механической работы, и вычислил механический эквивалент теплоты[80]. К необходимости введения такого понятия Джеймс пришел еще раньше: ученые испытывали трудности из-за невозможности привести механическую работу и количество теплоты к одним единицам измерения. Продолжив исследования в этой области, Джоуль открыл еще один закон: внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и не зависит от плотности (объема) газа. Теперь этот закон называют именем Джоуля.
Что же касается личной жизни ученого, то в 1847 году Джеймс Джоуль женился на Эмили Граймс. К сожалению, семейное счастье Джоуля разрушила трагедия. В 1854 году Эмили умерла, оставив двоих детей: сына Бенджамина Артура и дочь Алису Эмилию. Всю оставшуюся жизнь Джеймс Джоуль оставался вдовцом.
В 1847 году произошло еще одно важное событие: Джоуль познакомился с Уильямом Томсоном. С будущим бароном Кельвином он впервые увиделся на встрече Британской ассоциации по распространению научных знаний в Оксфорде. Джоуль делал очередной доклад о механическом эквиваленте теплоты. Позже Томсон писал: «На встрече в Оксфорде я познакомился с Джоулем, и это знакомство вскоре перешло в дружбу, которая продолжалась на протяжении всей жизни».
Знаменательная встреча произошла в Альпах, где Джеймс и Эмили проводили медовый месяц. По дороге супруги совершенно случайно встретили Томсона, который ехал в горы на отдых. Трудно сказать, насколько рада была этой встрече Эмили – ведь ученые тут же занялись исследованиями, в частности, продолжая изучение тепловых явлений, приложили немало усилий, чтобы определить разницу температур воды в верхней и нижней части водопада Каскад де Саланш. Правда, Томсон позже писал, что жена его коллеги питала к подобной деятельности живой интерес.
Сотрудничество двух выдающихся ученых своего времени оказалось очень плодотворным. Например, совместно они пришли к выводу, что метеор[81] – это явление, связанное с сильным нагреванием и воспламенением тела, с громадной скоростью входящего в атмосферу. Помимо активной переписки, в ходе которой Джоуль и Томсон обменивались идеями, они провели и немало совместных исследований. В частности, в 1853–1854 годах коллеги, изучая тепловые явления и поведение газов в различных условиях, открыли эффект, получивший название эффект Джоуля – Томсона. Заключается он в охлаждении газов при медленном адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой) протекании их через пористую перегородку. Этот эффект используется для сжижения газов. Также ученые посвятили много времени исследованиям тепловых явлений в жидкостях. Плодом их совместных усилий стала и термодинамическая температурная шкала, носящая имя Кельвина.
Конечно же, Джеймс Джоуль не оставлял и самостоятельных изысканий. В 1848 году он выступил в Манчестерском литературно-философском обществе с важнейшим докладом, который стал одним из основополагающих в становлении кинетической теории газов. Джоуль – ярый противник концепции теплорода, все еще бытовавшей в то время, не просто теоретически оспаривал ее положения, но и подтверждал свою точку зрения расчетами. В дальнейшем ученый показал, что скорости движения частиц при определенной температуре пропорциональны квадратному корню температуры (при этом должна быть использована термодинамическая шкала). Параллельно Джоуль много занимался теорией распространения звука и вычислением его скорости. Не вдаваясь в подробности, следует сказать, что здесь он смог устранить несколько ошибок, допущенных его предшественниками.
Будучи талантливым экспериментатором и незаурядным инженером, Джеймс Джоуль также приложил много усилий для усовершенствования существующих и создания оригинальных научных приборов. Он усовершенствовал гальванометр, на порядок увеличил точность измерения температуры и принципиально улучшил конструкцию термометров, приспособленных для измерения температуры атмосферы, модернизировал барометр, создал один из первых ртутных вакуумных насосов.
Доклад 1847 года о механическом эквиваленте теплоты, который Джоуль сделал в Британской ассоциации по распространению научных знаний, произвел впечатление не только на Томсона. На заседании присутствовала и более значимая на тот момент фигура – Майкл Фарадей, который отдал должное идеям ученого-самоучки. В 1849 году по инициативе Фарадея Джоуль выступал с докладом о механическом эквиваленте теплоты в Королевском обществе. В следующем году Общество опубликовало материалы доклада, и Джеймс Джоуль стал его членом. В 1852 году ученому была присуждена золотая медаль Королевского общества. Позже научное признание выразилось еще в двух наградах: в 1866 году Королевское общество удостоило его медалью Копли[82], а в 1880 году Джоуль был награжден медалью Альберта от Общества искусств, которую ему лично вручил принц Уэльский.
Долгое время Джеймс Джоуль фактически оставался ученым-любителем. Его основной профессией по-прежнему было пивоварение. Но в 1854 году, после смерти жены, Джоуль наконец продал отцовский завод и целиком посвятил себя науке. Дальнейшие биографические сведения об ученом довольно скудны: и без того не очень общительный Джоуль после кончины супруги стал еще более замкнут. Подавляющую часть времени он уделял самостоятельным изысканиям: в основном, продолжал начатые ранее исследования. В частности, много усилий ученый приложил для уточнения значения механического эквивалента тепла.
С 1872 года состояние здоровья Джеймса Джоуля ухудшилось. Но ученый боролся с обстоятельствами и даже принял на себя некоторые административные обязанности: его избрали президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний. Эту почетную должность Джоуль занимал до 1887 года. Долгое время он жил и проводил исследования на средства, полученные от продажи отцовского предприятия. Но, в конце концов, (примерно к 1875 году) эти деньги закончились. Ученый ходатайствовал о выделении ему пенсии, но добился этого только к 1878 году.
Умер Джеймс Джоуль 11 октября 1889 года в своем доме в Сейле, недалеко от Чешира. В этом же году на Втором международном съезде электриков было принято решение назвать в честь ученого единицу работы и энергии электрического тока. Позже эта единица стала применяться также и для измерения количества теплоты и вошла в систему СИ.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 298.
