(1821 г. – 1894 г.)

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц был ученым очень широкого профиля. В энциклопедиях можно встретить, например, такую характеристику его вклада в науку: «автор фундаментальных трудов по физике, биофизике, физиологии и психологии». Тем не менее, мы, рассказывая об открытиях и достижениях немецкого ученого, постараемся больше внимания уделить тем из них, которые имеют отношение к точным наукам.

Отец ученого, Август Фердинанд Юлиус Гельмгольц, получил прекрасное образование, окончив два факультета Берлинского университета. Сначала он учился на теологическом факультете и занимался философией. Затем вступил добровольцем в прусскую армию и два года участвовал в антинаполеоновских войнах. Вернувшись после подписания Парижского мира в 1814 году в Берлин, Фердинанд вновь поступил в университет, на сей раз на филологический факультет. Окончив университет, он некоторое время работал в качестве домашнего педагога, а затем в 1820 году занял место старшего учителя в гимназии Потсдама, где преподавал филологию, классическую литературу, философию, одно время даже математику и физику. Возможно, именно здесь находятся корни универсальной образованности и широты сферы научных интересов его сына. Преподаванием Фердинанд Гельмгольц не ограничивался: он немало занимался наукой и опубликовал ряд трудов по греческой культуре, педагогике, философии. Вскоре после переезда в Потсдам Фердинанд женился на Каролине Пенне, дочери артиллерийского офицера. Их первенцем и стал Герман Гельмгольц, появившийся на свет 31 августа 1821 года.

В раннем детстве Герман часто болел, много времени вынужден был проводить в постели, что в какой-то мере способствовало развитию раннего интереса к чтению. Но отец много внимания уделял здоровью ребенка, и к семи годам регулярные занятия гимнастикой, прогулки в окрестностях Потсдама и плавание принесли свои плоды: Герман окреп и болел гораздо реже.

В 1830 году мальчик поступил в младший класс Потсдамской гимназии. Еще раньше, в начальной школе, стало понятно, что зубрежка несистематизированного материала дается ему с большим трудом. При этом он прекрасно запоминал стихи и вскоре очень полюбил поэзию. К точным же наукам, особенно к геометрии, у Гельмгольца проявился настоящий талант. Химией и физикой мальчик много занимался самостоятельно, он штудировал соответствующие книги, имевшиеся в библиотеке отца, вместе с товарищем пытался воспроизводить описанные там эксперименты, нанося подчас непоправимый вред домашнему имуществу и одежде своих ближних. Также следует отметить, что юный Гельмгольц неплохо играл на фортепиано и всерьез интересовался музыкой.

Отец поощрял стремление Германа к науке. Но жалованье учителя было небольшим, и семья испытывала трудности. А за обучение в университете нужно было платить, да и изучение физики в те времена не могло обещать твердого заработка. Поэтому Гельмгольц-старший настоял, чтобы его сын выбрал профессию врача. Осенью 1838 года Герман отправился в Берлин, в медико-хирургический институт Фридриха-Вильгельма, экзамены в который успешно сдал еще годом раньше. Как и все студенты, обучавшиеся за государственный счет, Гельмгольц подписал обязательство по окончании института 10 лет проработать врачом в прусской армии.

Медицинское образование всегда требовало много сил и времени, и институт Фридриха-Вильгельма не был исключением из этого правила. Тем не менее, Герман не только умудрялся успевать в учебе, но также самостоятельно изучал математику, физику и посещал университетские лекции, в частности, курс физиологии профессора Иоганнеса Мюллера. В начале 1841 года он приступил к работе над диссертацией. Но летом того же года его на долгое время выбила из колеи болезнь (скорее всего, тиф). Вернуться в институт Герман смог только в ноябре. В середине 1842 года теоретические занятия окончились, и 30 сентября Гельмгольц вступил в должность практиканта-хирурга при госпитале «Шаритэ». 2 ноября он защитил диссертацию под названием «О строении нервной системы у беспозвоночных». И в этой, и во всех последующих работах Герман, вслед за своим учителем Мюллером, придерживался исключительно физико-химического подхода к физиологии. Кроме того, он сделал и существенное открытие, показав, что нервные клетки и их отростки являются единым целым.

После завершения практики в 1843 году молодой ученый был назначен эскадронным хирургом гусарского полка, дислоцированного в Потсдаме. Работы было не очень много, что позволило Герману продолжать свои изыскания и даже создать небольшую лабораторию. Он изучал механизм работы мышц и вырабатывание тепла в процессе мышечных сокращений. Эти исследования, видимо, и привели его к фундаментальному физическому обоснованию. 23 июля 1847 года военный хирург из Потсдама выступил в Берлинском физическом обществе с докладом «О сохранении силы». Этот доклад сделал знаменитым его автора. В нем Гельмгольц математически обосновал закон сохранения сил (закон сохранения энергии), проанализировав известные в те времена физические явления, обозначил универсальность этого закона. Он показал, что процессы, происходящие в живых организмах, также подчинены закону сохранения энергии (в дальнейшем для удобства мы будем использовать это современное название). В частности, это стало важным аргументом, разрушившим бытовавшую тогда концепцию некоей «живой силы», якобы лежащей в основе существования организмов. Справедливости ради отметим, что еще в 1842 году закон сохранения энергии сформулировал немецкий естествоиспытатель Майер, но его работы долгое время остались непризнанными. Впоследствии Гельмгольц не оспаривал приоритет Майера, сейчас же закон сохранения энергии зачастую называют законом Майера – Гельмгольца.

В 1848 году друг Гельмгольца Брюкке был назначен профессором физиологии в Кенигсбергский университет. На освобожденное им место преподавателя анатомии в Берлинской академии художеств он порекомендовал Гельмгольца. По ходатайству Академического сената Германа освободили от службы, он стал преподавателем анатомии и ассистентом при анатомическом музее. Впрочем, эти должности Гельмгольц занимал недолго. Вскоре Брюкке покинул Кенигсберг, и уже 19 мая Герман был представлен на освобождаемую им должность экстраординарного профессора физиологии и общей патологии.

26 августа 1848 года Гельмгольц женился на Ольге фон Вельтен, и молодожены отправились в Кенигсберг обустраивать свое семейное счастье. Ольга не только взвалила на себя все бытовые заботы, но и, будучи девушкой образованной, помогала мужу в его исследованиях. Кроме того, дом Гельмгольца быстро стал одним из центров культурной жизни города: здесь часто проходили музыкальные вечера, ставились любительские спектакли. Летом 1850 года в семье появился первый ребенок – девочка, получившая имя Катерина Каролина Юлия Бетти. В 1852 году Ольга родила сына Рихарда.

Первые годы работы в Кенигсберге были очень плодотворными. В январе 1850 года Гельмгольц сделал доклад о значительном открытии – он измерил скорость распространения нервного импульса. В дальнейшем ученый продолжил исследования в этой области, для чего сконструировал несколько приборов для измерения коротких промежутков времени.

Еще одной областью научных интересов Германа Гельмгольца было изучение зрения. Он сконструировал так называемое глазное зеркало, или офтальмоскоп – прибор, позволяющий рассматривать дно глаза. В дальнейшем ученый сделал еще несколько основополагающих открытий в области физиологии зрения и фактически положил начало научной офтальмологии.

С середины 1850-х годов Гельмгольц был вынужден искать себе место в городе с более мягким климатом. Причиной стал постоянный кашель, мучивший его жену. Врачи считали, что Ольге не подходят неблагоприятные погодные условия Кенигсберга. 27 марта 1855 года ученый получил назначение на кафедру анатомии и физиологии Боннского университета.

В Бонне, куда Гельмгольц переехал в середине сентября, он очень быстро завоевал популярность среди студентов, его лекции посещали гораздо больше слушателей, чем в Кенигсберге. А вот экспериментаторская работа продвигалась из рук вон плохо – в Бонне фактически отсутствовала необходимая аппаратура, и ученому приходилось довольствоваться только скромным набором личных инструментов. В 1856 году Гельмгольц опубликовал первую часть «Руководства по физиологической оптике» – книги, которая долгое время оставалась настольной и для офтальмологов, и для физиков-оптиков. В это же время ученый стал много внимания уделять и акустике. Его достижения в этой области сопоставимы с таковыми в оптике, недаром Германа Гельмгольца считают одним из основоположников физиологии зрения и слуха. В 1858 году он также опубликовал блестящую чисто физическую работу, в которой заложил основы теории вихревого движения жидкостей.

Тем временем анатомия, которую Гельмгольц был фактически вынужден преподавать, не соответствовала его научным интересам, его преподавательская деятельность имела все меньшее отношение к научным изысканиям. Кроме того, в министерство поступила жалоба, в которой Гельмгольца обвиняли в некомпетентности и пренебрежении к самому предмету анатомии. Поэтому в 1858 году он принял предложение возглавить кафедру физиологии в Гейдельберге.

Вскоре после переезда, в конце 1859 года, Ольга Гельмгольц, так и не оправившись от болезни, умерла. 16 мая 1861 года ученый женился на Анне фон Мохл, дочери одного из гейдельбергских профессоров. Впоследствии Анна родила троих детей.

В Гейдельберге Герман Гельмгольц продолжил исследования в области акустики, что привело к созданию нескольких важных работ по психофизиологии чувств. Кроме того, он продолжил систематизировать результаты своих прошлых открытий и 1866 году завершил работу над «Руководством по физиологической оптике». После этого интересы ученого стали все больше смещаться к физике. В 1868 году он создал теорию разрывных движений газов, сыгравшую большую роль в развитии аэродинамики. В 1870 году Гельмгольц стал членом Прусской академии наук. Через год он принял предложение возглавить кафедру физики в Берлинском университете и возглавил создание нового Института физики.

Работая в Берлине, Герман Гельмгольц много времени посвятил исследованиям в области электродинамики. Ученый пытался искать доводы в пользу какой-либо из существовавших тогда электродинамических теорий. В частности, под его руководством Герц открыл электромагнитные волны. Сам Гельмгольц еще в 1869 году установил колебательный характер разряда лейденской банки и показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (то есть фактически создал колебательный контур). Наконец, в 1881 году он выдвинул идею атомарной природы электричества.

Универсальность научных талантов немецкого ученого не переставала удивлять даже после того, как он ограничился исключительно физическими тематиками. В 1873 году он выступил с изложением теоретических вопросов управляемого воздухоплавания. В следующем году создал теорию аномальной дисперсии волн[83]. Далее последовали несколько важных работ по теоретической механике. Исследуя явление электролиза, ученый обобщил закон Фарадея, создал теорию конвекционных токов.

В 1882 году Герман Гельмгольц дал новую формулировку второму началу термодинамики, позволившую применить его к изучению химических процессов. Тогда же было введено понятие свободной энергии (энергии Гельмгольца) – энергии, которую необходимо сообщить телу для приведения его в термодинамическое равновесие с окружающей средой (ныне энергию Гельмгольца часто называют изохорно-изотермическим потенциалом).

В 1888 году Гельмгольц стал первым президентом Физико-технического имперского ведомства в Шарлоттенбурге (близ Берлина). Несмотря на загруженность административными обязанностями, пожилой ученый продолжал свои научные изыскания. Еще в 1875 году он сделал попытку применить открытые им закономерности вихревых движений к исследованию атмосферных явлений, положив тем самым начало научной метеорологии. В 1888–1890 годах он вернулся к своим идеям, изложил теорию ветров и объяснил механизм образования волн.

Последние работы Гельмгольца (1891–1892 годы) были посвящены теоретической механике. В 1891 году ученые всего мира праздновали 70-летний юбилей своего немецкого коллеги. В честь этого события были собраны средства для учреждения премии имени Гельмгольца за лучшие работы в тех областях науки, которыми занимался ученый.

8 сентября 1894 года Германа Гельмгольца не стало. Можно смело сказать, что он был последним великим универсалом научного мира. Немецкий ученый всего несколько лет не дожил до учреждения Нобелевских премий, но, вполне вероятно, он мог стать последним ученым, удостоенным этого самого престижного научного трофея сразу в трех областях: физиологии и медицины, физики и химии.

ЧЕБЫШЕВ ПАФНУТИЙ ЛЬВОВИЧ

(1821 г. – 1894 г.)

Пафнутий Чебышев родился 14 (26) мая 1821 года в селе Окатово, Калужской губернии в дворянской семье. Его отец, Лев Павлович, ветеран войны 1812 года, после завершения военной карьеры поселился в небольшом семейном имении. Неподалеку от Окатова находился Пафнутьев монастырь. По всей видимости, в честь монастыря мальчик получил свое, в общем-то, нечасто встречающееся имя.

О детстве Пафнутия известно немного. Всего в семье Чебышевых было девять детей: пятеро мальчиков и четверо девочек. Начальное образование дети получали дома. Мать, Аграфена Ивановна, обучала их грамоте, а двоюродная сестра Авдотья Сухарева – французскому языку и арифметике. По воспоминаниям родственников уже в детстве Пафнутий, с тех пор как научился считать, предпочитал всем детским играм и забавам решение математических задач и конструирование из дерева игрушек, моделей различных приборов, строений, механизмов. Рассказывали, что даже когда мать отправляла его гулять в сад, мальчик раскладывал на земле камешки и подсчитывал их, а позже начал сам себе придумывать задачи. Но не только увлечение миром цифр мешало Пафнутию принимать участие в шумных детских забавах. С детства у мальчика одна нога работала неполноценно, он хромал. Безусловно, это обстоятельство также сыграло свою немаловажную роль в формировании характера будущего ученого.

В 1832 году семья Чебышевых покинула Окатово и перебралась в Москву – Пафнутию и его старшему брату нужно было готовиться к поступлению в университет. Для обучения мальчиков математике был приглашен один из лучших московских педагогов Платон Николаевич Погорельский: строгий, но очень талантливый учитель. Латыни Чебышева учил студент-медик Алексей Тарасенков, позже ставший известным врачом и писателем.

В возрасте 16 лет Чебышев поступил на математическое отделение философского факультета Московского университета. На формирование научного мировоззрения юноши большое влияние оказал профессор математики Н. Д. Брашман – убежденный сторонник развития прикладного направления в науке. Этот преподаватель обратил внимание на талантливого студента и занимался с ним дополнительно. Преподавая механику, Брашман старался предлагать молодым ученым такие темы для диссертаций, которые имели бы практическое значение. Впоследствии Чебышев, вслед за своим учителем, уделял большое внимание практической ориентации своих изысканий. В частности, в статье «Черчение географических карт» Пафнутий Львович писал: «Сближение теории с практикой дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает; сами науки развиваются под влиянием ее, она открывает им новые предметы для исследования, или новые стороны в предметах давно известных.

Несмотря на ту высокую степень развития, до которой доведены науки математические трудами великих геометров трех последних столетий, практика явно обнаруживает неполноту их во многих отношениях; она предлагает вопросы, существенно новые для науки, и таким образом вызывает на изыскание совершенно новых метод.

Если теория много выигрывает от новых приложений старой методы или от новых развитий ее, то она еще более приобретает открытием новых метод, и в этом случае наука находит себе верного руководителя в практике».

Учился Чебышев исключительно на отлично, в 1841 году, будучи студентом четвертого курса, он получил свою первую награду – серебряную медаль за работу «Вычисление корней уравнений». В этом же году Пафнутий закончил университет. К этому времени финансовое положение Чебышевых пошатнулось, и юноше пришлось самостоятельно искать себе средства к существованию. Его оставили в университете, где он начал работу над диссертацией. В 1843 году Чебышев опубликовал свою первую серьезную работу, за ней последовали другие, и вскоре имя молодого русского математика стало известно в научных кругах Европы. Известно, что Пафнутий Львович изначально ориентировался на международное признание: свои работы он писал по-французски и публиковал их в европейских журналах. Однажды, много позже, Чебышева назвали «блестящим российским математиком», на что он ответил, что является «международным математиком».

Дальнейшая карьера Чебышева складывалась более чем благополучно. В 1846 году он защитил магистерскую диссертацию на тему «Опыт элементарного анализа теории вероятности». Годом позже молодой ученый был приглашен в Петербургский университет. К тому времени двое младших братьев Чебышева учились в Петербургском артиллерийском училище, и Пафнутий Львович решил принять предложение, чтобы быть поближе к братьям. В 1847 году он подготовил и защитил диссертацию на право чтения лекций «Об интегрировании с помощью логарифмов», еще через два года – докторскую диссертацию «Теория сравнений». Последняя работа была удостоена Демидовской премии[84] и, опубликованная в виде книги, больше чем полвека служила одним из серьезнейших пособий по теории чисел. Должность профессора Петербургского университета Чебышев занимал более тридцати лет. В мае 1852 года ученый на несколько месяцев отправился в заграничную поездку, посетил Францию, Англию, Германию. Пафнутий Львович общался с иностранными учеными, много времени посвятил изучению работы паровых двигателей и других механизмов: например, станков французского механика Жака де Вокансона, арифметической машины Паскаля. Его интерес к практической механике, зародившийся еще в детстве, не угасал на протяжении всей жизни. В 1853 году Чебышев был избран адъюнктом Петербургской академии наук, в 1856-м стал экстраординарным, в 1859-м ординарным академиком, еще через год – членом-корреспондентом Парижской академии.

Как преподаватель Пафнутий Чебышев отличался пунктуальностью, нередко переходящей в педантичность. Он никогда не опаздывал на занятия, но и ни минуты не задерживал слушателей дольше положенного времени. Но это отнюдь не значит, что его лекции были сухими. Чебышев довольно часто прерывал изложение чисто математического материала, садился в специально приготовленное для таких случаев кресло и делал большие отступления, в рамках которых рассказывал о научном и практическом значении данной области, истории исследований в ней.

Судя по дошедшим до нас сведениям, жизнь Пафнутия Чебышева протекала спокойно и размеренно, без каких-либо особенно ярких событий и потрясений. Как и в детстве, когда юный Пафнутий предпочитал обычным для его сверстников играм решение математических задач, так и позже, когда он уже стал знаменитым, ученый предпочитал всем иным занятиям научные изыскания. Он занимался широким кругом вопросов, относящихся к самым разным областям математики: теории приближения функций, теории вероятности, теории интеграции, теории чисел, теории механизмов и другим. И в каждой из этих областей Пафнутий Львович не только оставил свой след, но и надолго определил направление ее развития, стал автором фундаментальных открытий, создал свои оригинальные методы исследования, открывшие новые возможности не только перед его отечественными последователями, но и перед математиками всего мира. Естественно, что для сколь-нибудь полного описания заслуг ученого нам не хватит ни места, ни компетенции, поэтому мы приведем только примеры наиболее важных и впечатляющих его открытий.

Самым знаменитым достижением Чебышева в области теории чисел является то, что он стал фактически первым со времен античности ученым, внесшим ясность в вопрос о распределении простых чисел. Еще Евклид доказал, что количество простых чисел неограниченно, а Эратосфен нашел способ их нахождения (так называемое решето Эратосфена). Дальнейшие исследования в этой области носили исключительно эмпирический характер. Так, Лежандр[85] и Гаусс экспериментально подобрали формулу, согласно которой количество простых чисел, которое содержится в промежутке от 2 до некоего достаточно большого числа n , приблизительно в lnn раз меньше, чем число n. В 1840-х годах французский математик Жозеф Луи Франсуа Бертран также эмпирическим путем нашел правило, согласно которому в промежутке от n до 2n, где n – любое число, больше единицы, – обязательно содержится хотя бы одно простое число. Чебышев показал, что гипотеза Лежандра – Гаусса содержит ошибку, и исправил ее. Затем он доказал гипотезу Бертрана. Математики, современники Чебышева, были в восторге. О работе Пафнутия Львовича по исследованию простых чисел говорили, что для дальнейших сдвигов в этой области необходим ум, настолько превосходящий ум Чебышева, насколько ум Чебышева превосходит ум обыкновенного человека.

В теории вероятности Пафнутий Львович первым начал систематически вводить в рассмотрение случайные величины, создал метод моментов – новый прием доказательства предельных теорем[86] в весьма общей форме, и при этом очень простыми методами доказал закон больших чисел – общий принцип теории вероятности, в силу которого совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых весьма общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, а также провел еще целый ряд важнейших исследований, которые стали базой для развития русской школы теории вероятности.

Большинство же работ Чебышева относились к математическому анализу. Этой области математики была посвящена, как мы писали выше, и его диссертация на право чтения лекций. Большое внимание ученый уделял интегрированию алгебраических функций. Здесь одним из самых важных результатов стала его теорема об условиях интегрируемости в элементарных функциях дифференциального бинома (1853).

Целый ряд работ Чебышева по математическому анализу был тесно связан с теорией механизмов. Во время заграничной поездки 1852 года Чебышев, в частности, очень интересовался параллелограммом Уатта – шарнирным механизмом, превращающим возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала паровой машины. Этот механизм имел существенный недостаток: в нем прямолинейное движение подменялось криволинейным, в результате чего возникали вредные сопротивления, и детали быстро изнашивались. Изучая параллелограмм Уатта и пытаясь найти его оптимальные параметры, Чебышев пришел к задаче о наилучшем приближении функций. В 1854 году он выпустил обширный труд «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов», в котором заложил основы нового направления в математике – теории наилучшего приближения функций многочленами. В этой же работе были приведены так называемые полиномы Чебышева. Не вникая в подробности, следует сказать, что эти полиномы до сих пор являются важнейшим средством математических, физических и технических исследований.

Пафнутий Львович не только занимался теорией механизмов, но и конструировал их на практике. Всего он создал около 40 оригинальных механизмов и более 80 их модификаций. Были среди них и направляющие механизмы, функции которых были аналогичны задаче параллелограмма Уатта. Отдельного внимания заслуживает работа по созданию арифмометра. В 1876 году Пафнутий Львович выступил на V сессии Французской ассоциации содействия преуспеванию науки с докладом «Суммирующая машина с непрерывным движением». К сожалению, информации о конкретном содержании доклада мало, но скорее всего речь в нем шла об одной из первых моделей суммирующей машины, созданной Чебышевым. Позже Пафнутий Львович создал новую модель суммирующей машины ив 1878 году передал ее в Парижский музей искусств и ремесел, а в 1881 году отправил туда же и множительно-делительную приставку к ней. Арифмометр Чебышева был не очень удобен в применении, но имел немало прогрессивных особенностей, использованных в дальнейшем другими изобретателями.

В 1882 году Пафнутий Чебышев оставил преподавательскую работу, однако научную деятельность не прекращал до конца своих дней. Он продолжал поддерживать связи со своими коллегами и учениками, раз в неделю принимал их у себя дома, обсуждал с ними планы новых исследований, помогал решить затруднения, возникшие в тех или иных вопросах.

Поздней осенью 1894 года Пафнутий Львович перенес на ногах грипп – его деятельная натура не терпела праздности, и отлеживаться в постели он не любил. 7 декабря у Чебышева был приемный день, он общался с учениками, делился планами своих будущих работ. Утром следующего дня он встал, самостоятельно оделся, заварил чай. Когда через несколько минут вошла прислуга, бездыханный ученый сидел за столом возле еще горячего стакана. Причиной смерти стал паралич сердца.

КИРХГОФ ГУСТАВ РОБЕРТ

(1824 г. – 1887 г.)

«В жизни Кирхгофа не было ничего выдающегося, что соответствовало бы необычайности его гения. Его жизнь была обычной жизнью немецкого профессора университета. Великие события происходили исключительно в его голове».

Людвиг Больцман

В начале XIX века в Кенигсберге (нынешнем Калининграде) проживал советник юстиции Карл Фридрих Кирхгоф. Карл и его жена, Джоанна Генриетта, принадлежали к довольно многочисленной прослойке образованных жителей Кенигсберга. 12 марта 1824 года Генриетта родила сына, которому дали двойное имя Густав Роберт. О его раннем детстве известно немного, но мы знаем, что мальчик отличался живым нравом и был довольно общителен. Впрочем, эти качества оказались особенностями детского характера. Со временем Густав Роберт стал человеком молчаливым и даже нелюдимым.

Вместе со своими старшими братьями Густав Роберт посещал гимназию. Учился он хорошо, особенно ему давались физика и математика. Последней юноша до поры до времени отдавал предпочтение, считая, что физика представляет собой «скучные наблюдения и скучные расчеты». От подобной точки зрения будущий физик отказался под влиянием замечательного ученого и преподавателя Франца Эрнста Неймана, у которого он учился на физико-математическом факультете Кенигсбергского университета. Именно под руководством Неймана Густав Роберт сделал в 1845 году свою первую научную работу – исследование прохождения электрического тока через пластинки. Уже через два года Кирхгоф открыл названные позже его именем правила, описывающие закономерности протекания постоянного тока в разветвленных цепях. В том же 1847-м году молодой ученый получил первую научную степень и право на научную командировку в Париж. Впрочем, воспользоваться этим правом ему не удалось по политическим причинам – зимой 1848 года (22–24 февраля) во Франции произошла революция.

В 1848 году Кирхгоф защитил диссертацию в Берлинском университете и занял в нем должность приват-доцента. Кроме того, он стал действительным членом Берлинского физического общества. В это время молодой ученый разрабатывал теорию изгиба пластинок. В Берлине Густав провел два года, после чего ему было предложено место экстраординарного профессора физики в Бреславле (ныне – город Вроцлав в Польше). Но здесь Кирхгоф тоже проработал недолго. В 1851–1852 годах в Бреславле преподавал Бунзен[87]. Сотрудничество двух талантливых ученых очень быстро переросло в дружбу.

В 1852 году Бунзен перебрался в Гейдельбергский университет и вскоре добился того, что туда же был приглашен в качестве профессора физики и Кирхгоф. Но не следует думать, что получение этой должности стало исключительно результатом протекции. Густав Кирхгоф к тому времени был уже широко известен в научном мире, его приглашали не только в Гейдельберг, но и в университеты Берлина и Бонна. Нужно сказать, что как раз в это время Гейдельбергский университет, один из старейших в Германии, переживал период своего расцвета, туда приходило много молодых и талантливых ученых, формировалось одно из крупнейших научных сообществ Европы. И Кирхгоф по праву занял достойное место в новом сообществе. Следующие 20 лет своей жизни ученый провел в Гейдельберге.

Густав Кирхгоф был блестящим преподавателем, и слава о его педагогических способностях быстро распространилась далеко за пределы Гейдельбергского университета. Учиться к нему съезжались студенты со всего мира. На лекциях ученый успевал в короткое время изложить слушателям удивительно обширный и структурированный материал. Он также руководил экспериментальными работами своих студентов, привлекал их к собственным исследованиям. Правда, находились и критики, считавшие лекции Кирхгофа слишком уж сухими. Так известный математик Феликс Клейн писал: «Он читал наизусть гладко обработанную рукопись и скорее позволил бы себе посреди лекции заглянуть в нее, чем дал бы повод обвинить себя в небольшом отступлении от написанного».

С переездом в Гейдельберг совпало еще одно значительное событие в жизни Густава Кирхгофа – он женился на дочери своего бывшего преподавателя математики Кларе Ришело. Казалось бы, личная жизнь ученого складывалась вполне удачно. Брак был многодетным, у счастливых супругов родилось четверо детей: две девочки и два мальчика. Но в 1869 году Клара умерла, и Кирхгоф был вынужден самостоятельно воспитывать детей. Положение осложнялось еще и тем, что ученый к этому времени частично потерял подвижность в результате несчастного случая. Он мог перемещаться только на костылях или в инвалидном кресле. Тем не менее, в 1872 году Кирхгоф повторно вступил в брак, его второй женой стала Луиза Бромелль. Этот брак был бездетным.

Научная же деятельность Густава Кирхгофа проистекала вполне благополучно. После переезда в Гейдельберг он много работал совместно с Бунзеном. В частности, коллеги изучали спектры пламени, окрашенного парами различных солей. Здесь нужно сделать небольшое отступление. Еще в 1814 году немецкий физик Йозеф Фраунгофер описал исследованные им темные линии в спектре Солнца – линии поглощения, названные позже его именем. Справедливости ради следует сказать, что еще раньше эти линии были обнаружены англичанином Уильямом Хайдом Уолластоном, но открытие Фраунгофер сделал независимо, а его исследование было более качественным и полным.

Но вернемся к работам Кирхгофа и Бунзена. В 1857 году ученые получили очень качественно отшлифованную призму, изготовленную Фраунгофером. Этот ученый достиг больших успехов в усовершенствовании методов изготовления оптических приборов, в частности, шлифовки. Новая призма дала ученым возможность начать серию исследований, которые привели к созданию в 1859 году спектрального анализа. К этому времени Кирхгоф и Бунзен обнаружили, что различные химические элементы имеют свой специфический спектр излучения. Это открытие стало мощным инструментом для дальнейших открытий. Уже в 1860 и 1861 годах с помощью спектрального анализа ученые открыли два новых элемента: цезий и рубидий.

Незадолго до этого в 1859 году Кирхгоф сформулировал закон излучения, ныне носящий его имя. Согласно этому закону, отношение испускательной способности тел к их поглощательной способности не зависит от природы тела и равно испускательной способности абсолютно черного тела при такой же температуре. Абсолютно черное тело – это тело, полностью поглощающее все падающее на него электромагнитное излучение. Моделью-приближением абсолютно черного тела является непрозрачное полое тело с небольшим отверстием. Попавший в отверстие луч света многократно отражается от стенок и при каждом отражении частично поглощается ими. Через некоторое время он поглощается почти полностью.

Понятие абсолютно черного тела было введено Густавом Кирхгофом. Также он стал первым физиком, правильно объяснившим происхождение вышеупомянутых линий Фраунгофера, сделав предположение о химическом составе солнечной атмосферы. Кирхгоф показал, что линии в спектре испускания натрия соответствуют фраунгоферовым линиям. Ученый предположил, что в состав атмосферы Солнца входит натрий и затем экспериментально подтвердил это предположение. Он смог сымитировать солнечный свет в лаборатории, внеся в пламя горелки поваренную соль.

В этот же промежуток времени (1854–1859 годы) Густав Кирхгоф провел значительные исследования в области механики. Здесь он особо интересовался вопросами деформации, равновесия и движения упругих тел, гидродинамики. Каких-то основополагающих открытий в механике Кирхгоф не сделал, но в развитии этой области физики большую роль сыграла его книга «Механика», представлявшая собой курс лекций. Эта книга надолго стала одним из основных немецких пособий по данному предмету и издается до сих пор. Интересна она еще и тем, что в ней ученый ввел свою концепцию «силы» – достаточно проблемного и многозначного понятия.

К концу 1870-х годов здоровье Кирхгофа сильно ухудшилось. В конце концов из-за болезни глаз и усилившихся болей в ноге ему пришлось отказаться от лабораторных исследований. Но оставлять научные изыскания Кирхгоф не собирался. Он нашел новое применение своему научному таланту в исследованиях по математической физике. В 1875 году ученый покинул Гейдельберг и возглавил кафедру математической физики в Берлинском университете. С этого времени и до самой смерти он работал над трактатом «Лекции по математической физике». Эта блестящая книга сыграла большую роль в развитии теоретической физики. Первая ее часть вышла в 1876 году, а четвертая, последняя, в 1894-м, уже после смерти ученого. Умер Густав Кирхгоф 17 октября 1887 года от опухоли мозга.