Физики, химики и математики: жизнь и открытия. часть 2

Продолжаем узнавать об интересных моментах из жизни и научной деятельности известных ученых.

Вильгельм Фридрих Гершель родился в 1738 году в Ганновере в семье музыканта. В возрасте 19 лет он отправился в Англию и вскоре стал композитором, дирижером, учителем музыки и органистом в церкви города Бат. К 1766 году он всерьез увлекся астрономией и сконструировал свой первый телескоп-рефлектор. Ему пришлось собственноручно шлифовать зеркала из зеркальной бронзы - сплава олова с медью. Едва выдавалась свободная минутка между концертами, Гершель спешил к себе в мастерскую и трудился над зеркалами. Вскоре его телескоп пригласили посмотреть Невилла Маскелина, занимавшего в те годы пост королевского астронома. Сэр Невилл, внимательно изучив прибор, вынужден был признать, что тот превосходит все телескопы Лондона.

С помощью своего телескопа Гершель совершил ряд открытий: прежде всего он обнаружил новую планету - Уран. Он хотел назвать ее Георгиумом, в честь короля
Георга III, но Королевское общество почему-то этому воспротивилось.

Слава Гершеля все росла, и наконец король пригласил его в Виндзорский замок на должность своего домашнего астронома. Двое ганноверцев быстро сдружились, и
Георг III взял Гершеля под свое покровительство.

За свою жизнь Гершель собрал своими руками более 400 телескопов. Обозревая небо, он наткнулся на множество туманностей, относительно которых выдвинул гипотезу, что это скопления звезд (само собой, гипотеза впоследствии подтвердилась). У открытого им Урана Гершель нашел два спутника, а кроме того, наблюдал двойные звезды - то есть пары звезд, обращающиеся вокруг общего центра масс.

Много шуму наделало замечание Гершеля по поводу обычных звезд: благодаря первоклассным зеркалам, где оптические искажения (аберрации) сводились к минимуму, звезды он видел предельно четкими, круглыми и без расходящихся лучей вокруг. Это поразило достопочтенного Генри Кавендиша (1731 - 1810) - лучшего, наверное, экспериментатора той эпохи. (Невероятно стеснительный и эксцентричный холостяк, Кавендиш избегал всякого контакта с людьми и даже построил в доме вторую лестницу, чтобы случайно не столкнуться лицом к лицу со слугой).

Сэр Джон Гершель любил вспоминать услышанный им от отца анекдот на сей счет. В 1786 году, на званом ужине у мистера Обера (уважаемого астронома-любителя, построившего под Лондоном, в Дептфорде, частную обсерваторию и установившего там телескоп, который принято было называть "крепышом Шорта" (Short's dumpy), и тот был не хуже многих других телескопов Англии), Гершеля усадили рядом с мистером Кавендишем, которого все считали самым неразговорчивым из людей. Какое-то время он действительно не произносил ни слова, затем неожиданно повернулся к соседу и произнес:

- Говорят, вы видели звезды круглыми, доктор Гершель?.
- Круглыми как пуговицы, - отвечал тот.

Повисла долгая пауза. В конце ужина Кавендиш разомкнул губы еще раз и с недоверием в голосе переспросил:

- Круглыми как пуговицы?
- Так точно, круглыми как пуговицы, - повторил Гершель, и на этом разговор был окончен.

Большую часть жизни Гершеля его незамужняя сестра Каролина вела его хозяйство и помогала ему в наблюдениях, так что со временем и сама сделалась опытным астрономом. Король даже назначил ее астрономом-ассистентом с жалованьем в 50 фунтов в год. За ряд открытий, но прежде всего за редактирование и расширение знаменитого каталога небесных тел Джона Флемстеда в 1772 году ей присудили золотую медаль Королевского астрономического общества. (Тут можно добавить, что, когда в 1712 году великий труд Флемстеда, названный им "Небесной историей", только появился на свет, разразился страшный скандал. Флемстед с маниакальным упрямством перепроверял все данные и ничему не позволял просочиться наружу из Гринвичской обсерватории, пока сам он не обдумает все как следует, - а это занимало годы. Однажды Исааку Ньютону срочно понадобились данные, которые он никак не мог получить из Гринвича. Тогда Ньютон обвинил Флемстеда в том, что тот удерживает информацию, тогда как государственная должность обязывает его выдавать ученым данные по первому требованию. В конце концов Ньютон разными ухищрениями получил то, что ему требовалось, и более того - добился опубликования всех данных Флемстеда. Раздосадованный Флемстед в запале назвал Ньютона вором и сжег 300 из 400 вышедших экземпляров.).

11 сентября 1800 года Уильям Гершель совершил самое замечательное из своих открытий, причем благодаря чистой случайности. Он задался вопросом, порождает ли свет теплоту и как на этом сказывается цвет. Луч солнечного света, проходящий сквозь узкое окно в затененной комнате, он пропустил сквозь призму, и "радуга" проецировалась на специальный экран. Перед каждой из полос определенного цвета Гершель установил термометр и стал ждать, когда тот покажет прирост температуры. Не дождавшись эффекта, он отправился обедать, а когда вернулся, то обнаружил, что Солнце с тех пор сместилось, так что термометр оказался уже за красной полосой на самом конце спектра. Однако, к его изумлению, температура все же поднялась. Гершель сразу понял, что источник тепла - излучение, которого он не видит. Так он открыл инфракрасное излучение - с его помощью тела передают тепло на расстояние.



В 1816 году Уильяма Гершеля произвели в рыцари, а в 1821-м, за год до смерти, избрали президентом Королевского астрономического общества. Его сын Джон, также впоследствии произведенный в рыцари, пошел по стопам отца - младший Гершель прославился прежде всего своими фотометрическими исследованиями, измерением количества света, приходящего от звезд.





Планета Уран, открытая Уильямом Гершелем в 1781 году, в XIX веке вдруг стала вызывать у астрономов беспокойство. Алексис Бувар обнаружил, что траектория ее движения по орбите отклоняется от предсказанного - хотя расчеты, основанные на законах Ньютона, учитывали и притяжение Солнца, и влияние других планет. Не вкралась ли ошибка в сами законы Ньютона? Или, возможно, на Уран влияет еще одна, неучтенная, планета?

Орбиту такой гипотетической планеты впервые попробовал вычислить в 1843 году юный Джон Коуч Адамс, недавний выпускник Кембриджа. Задача представлялась нелегкой, однако после трех лет упорной работы Адамс смог предъявить предварительные результаты. Когда Адамс решился показать их почтенному профессору Джеймсу Челлису, директору Кембриджской обсерватории (который единолично распоряжался тамошним телескопом и никого к нему не подпускал без веских оснований), тот от него просто отмахнулся, посоветовав обратиться к королевскому астроному сэру Джорджу Эйри. Сэр Джордж тоже не сильно помог: он сообщил Адамсу, что поиски новой планеты стоит начинать только после более детальных расчетов. На них у раздосадованного Адамса ушел еще год.

Тем временем Урбен Жан Жозеф Леверье (1811 - 1877) из парижской Политехнической школы проделал те же расчеты и в 1846 году опубликовал свои прогнозы относительно положения и вероятных размеров загадочной планеты. Пытаясь увлечь этой идеей французских звездочетов, Леверье тоже столкнулся с трудностями - его отправили к директору Берлинской обсерватории. Письмо Леверье пришло в Берлин 23 сентября, и той же ночью помощник директора обсерватории, Иоганн Готтфрид Галле, приступил к поискам. По счастливому стечению обстоятельств, как раз перед тем обсерватория получила недавно заказанную превосходную карту неба. Благодаря ей неуловимое небесное тело было найдено Галле всего за несколько часов. Взволнованный, он написал Леверье: "Планета, расположение которой Вы указали, действительно существует. В тот же день, когда я получил Ваше письмо, я обнаружил звезду восьмой величины, которой нет на превосходной Carta Horta XXI".

Едва вышла статья Леверье, Эйри, вероятно, испытал угрызения совести и немедленно обратился к Челлису с просьбой начать поиски неизвестной планеты. Однако карта звездного неба, которая имелась у Челлиса, не могла сравниться с Carta Horta XXI. Только когда Галле сообщил о своих успехах, Адамс понял, что тоже видел новую планету. Адамс, человек скромный и молчаливый, не выказывал зависти к удачливому конкуренту. Когда они с Леверье познакомились в Кембридже, он даже с ним подружился.



Открытие Нептуна - так назвали планету в парижском Бюро долгот, хотя Эйри и настаивал, чтобы, не нарушая традиции, планету назвали именем греческого бога Океана, а Галле предпочел бы Нептуну и Океану Януса, - стало сенсацией. Вопервых, законы Ньютона и модель планетарной системы Кеплера с триумфом продемонстрировали свою мощь. Но, что еще важнее, наблюдения эффектно подтвердили теоретический прогноз! Последнее поразило воображение как широкой публики, так и политиков, которым впервые представился шанс воочию убедиться в важности научных изысканий. Говорят, что именно тогда правительства европейских стран начали всерьез интересоваться наукой.

Сэр Джон Гершель, сын Уильяма Гершеля, написал популярную статью об открытии Нептуна для журнала The Athenaeum, где лестно отозвался о работе Адамса. В прессе заговорили об ущемленной национальной гордости. Однако расчеты Адамса так и не были опубликованы, и во Франции начали всерьез подозревать коварного англичанина в плагиате. Английские газеты в ответ обвинили французов, что те искажают истину и на самом деле это они воры - украли британское открытие. Леверье с горечью сетовал Эйри на то, что Гершель пытается лишить его права на первоклассное достижение: расчеты Леверье были точнее расчетов Адамса и при этом заняли вдвое меньше времени. Эйри отвечал примирительно:

"Дорогой сэр, я получил ваше письмо от 16 числа (октября 1846 года), и мне жаль, что статья сэра Джона Гершеля так вас огорчила. Убежден, что сэр Джон Гершель тоже бы расстроился - этот добрейший человек щепетильнее всех, с кем я знаком, в своем стремлении быть справедливым ко всем и никого при этом не обидеть".

Последовали новые контробвинения и перепалки в том же духе, однако Адамс никогда и ни в чем не обвинял Леверье, равно как и Леверье - Адамса, поскольку и тот и другой признавали, что их расчеты были проделаны независимо друг от друга. Впоследствии оба ученых удостоились множества почестей: Адамс стал следующим после Эйри королевским астрономом, а Леверье сменил Араго на посту директора Парижской обсерватории.




Андре Мари Ампер (1775 - 1836) - известный французский ученый, чье имя увековечено в названии единицы силы тока. Явный вундеркинд, он, по рассказам, еще в раннем детстве запомнил наизусть все 20 томов "Энциклопедии" Дидро и Д'Аламбера. Задолго до изобретения эсперанто он самостоятельно выдумал искусственный язык с совершенно новыми словарем и синтаксисом.




Ампер обладал способностью глубоко сосредоточиться - свойственная многим гениям черта, которая, однако, часто выглядит как эксцентричная рассеянность. Размышляя о физических или математических задачах, Ампер вытаскивал из кармана огрызок мела и использовал в качестве доски любую подходящую поверхность. Как-то очередная мысль застала его врасплох во время прогулки по Парижу, и он принялся лихорадочно искать ту самую поверхность, где можно было бы выписать цепочку умозаключений. Под руку попался только задник экипажа-двуколки, который весьма скоро покрылся сетью уравнений. Когда рассуждения близились к развязке, Ампер с удивлением заметил, что доска удаляется, набирает скорость и исчезает вдали, унося с собой решение его задачи.

Томас Гоббс (1588 - 1679), будучи истинным философом, иногда баловался и более конкретными науками. К примеру, он сформулировал весьма остроумную (хотя и неверную) теорию распространения света. Однако математика его не интересовала, пока однажды, как сообщает Джон Обри в "Кратких жизнеописаниях", он не наткнулся на раскрытый том Евклида, забытый кем-то в библиотеке. На странице нашлось утверждение, которое Гоббс сразу же счел невозможным. Читая далее, он перешел по ссылке к другому утверждению, а от того к следующему - и так далее, пока в конце концов не убедился, что исходное утверждение верно. "Это, - сообщает Обри, - заставило его полюбить геометрию, и я часто слышал заявления мистера Гоббса, что у того вошло в привычку чертить линии на собственных бедрах и на простынях, и там же делить и умножать".




Следует признать, Гоббс великим математиком не был, но это не мешало ему оценивать свои способности слегка завышенно. Он сумел себя убедить, что решил задачу о квадратуре круга, в те времена еще занимавшую лучших математиков Европы, и рьяно вступил в препирательства на сей счет с высокомерным оксфордским профессором математики Джоном Валлисом. В бешенстве Гоббс обрушил всю силу своего красноречия как на Валлиса, так и на его коллегу из Оксфорда, Сета Уорда; сохранились записи его яростных филиппик. "Итак, следуйте своим путем, - наставлял он их, - бескультурные Попы, бесчеловечные Святые, мнимые Доктора Морали, равнобездарные Коллеги, вопиющие Иссахары, презреннейшие Образцы и Предатели Академии..." Эти слова, не вполне соответствовавшие истине, не принесли Гоббсу победы в том споре.

Известно множество других примеров, когда научные работы записывались на предметах, для этого не предназначенных. Замечательная математическая школа, выросшая, как казалось, на пустом месте в городе Львове (тогда, в 1920-х, принадлежавшем Польше), устраивала собрания в кофейне "Шкоцька" ("Шотландское кафе"). Кофейню выбрали из-за мраморных столешниц, которые как нельзя лучше подходили для карандашных заметок, а к концу напряженного дня все надписи без труда стирались.

А вот еще пример чрезмерной задумчивости - с участием Нильса Бора. В юности он и его брат Харальд, известный математик, были образцовыми спортсменами. Харальд выступал за футбольную сборную Дании и завоевал серебряную медаль на Олимпийских играх 1908 года. Нильс был вратарем футбольного клуба.




Из его ошибок на поле запомнился случай во время матча с немецким клубом, когда игра по большей части шла на немецкой половине поля. Внезапно, однако, "мяч закрутился у ворот датчан, и все ждали, что Нильс Бор выбежит и схватит его. Но, ко всеобщему удивлению, тот остался стоять на месте, сосредоточив все свое внимание на стойке ворот. Мяч наверняка влетел бы туда, не верни Бора в реальность окрик решительного зрителя. Его извинения после матча звучали удивительно: Бору пришла в голову математическая задача, которая его так увлекла, что пришлось прямо на стойке ворот делать выкладки".





Антуана Лорана Лавуазье (1743 - 1794) принято считать основателем современной химии. Он ввел принцип точных измерений, особенно в том, что касалось взвешивания сходных веществ и продуктов реакции; именно столь последовательная приверженность количественному подходу в противовес простым наблюдениям позволила ему совершить большую часть его великих открытий. Лавуазье был человеком довольно тщеславным, а иногда и заносчивым, но при этом абсолютно честным в науке. Он, никогда не нуждавшийся, сумел найти себе жену не только умную и красивую, но и весьма богатую. Все складывалось в его жизни вполне благополучно, однако его служба в "Главном откупе", организации, занимавшейся сбором налогов, в конце концов привела его на эшафот. В 1794 году, во время революционного террора, откупщика Лавуазье признали врагом народа и казнили.

Лавуазье не испытывал неловкости, пользуясь результатами чужих работ, и редко признавал заслуги современников. Несмотря на все это, именно он первым установил различие между простыми и сложными веществами и осознал значение кислорода (правда, это открытие одновременно с ним сделали англичанин Джозеф Пристли и швед Карл Вильгельм Шееле). Лавуазье назвал кислород греческим словом oxygen, которое расшифровывается как "порождающий кислоты" (неточный перевод укоренился в немецком языке: слово Sauerhoff обозначает "кислое вещество"). Лавуазье сформулировал закон сохранения вещества, и таким образом расквитался с теорией флогистона, царившей в тогдашней химии.

Флогистон был детищем немецкого ученого Георга-Эрнста Шталя. Так он назвал невесомый флюид, которым, как полагал ученый, пронизаны все горючие вещества: когда они горят, флогистон высвобождается в форме вихревого потока, он, собственно, и есть пламя. Соглашаясь со Шталем, Пристли - который до самой смерти оставался убежденным приверженцем теории флогистона - настаивал, что, когда вещества сжигают на воздухе, флогистон исчезает, оставляя после себя инертный остаток, не способный поддерживать горение или жизнь; этот газ (азот) он называл "дефлогистированным воздухом". Однако Лавуазье показал, что вещества, сжигаемые в атмосфере кислорода, на самом деле набирают вес предсказуемым образом, а некоторые (например, красная окись ртути) можно заставить отдать поглощенный кислород обратно. Свою победу над Пристли Лавуазье отметил пышным торжеством, состоявшимся в его парижском особняке, где собирались сливки общества.



Его тщеславие было раздуто до такой степени, что зачастую делало его посмешищем. Так, например, в 1789 году, вскоре после падения Бастилии, Лавуазье устроил показательный суд над теорией флогистона. Он созвал в гости множество известных персон и разыграл перед ними судебный процесс. Лавуазье и еще несколько человек заседали в судейских креслах, а обвинение зачитывал миловидный юноша, выступавший под именем Кислород. Защитник, весьма изможденный господин в годах, загримированный под Шталя, зачитал свою апелляцию. Затем суд вынес решение и приговорил теорию флогистона к смерти через сожжение, и тогда супруга Лавуазье, облаченная в белый хитон жрицы, бросила книгу Шталя в костер, словно исполняя некий обряд.

После этого курьезного эпизода Лавуазье прожил недолго. Когда к власти пришли якобинцы, его арестовали, провели расследование и отправили на гильотину. В приказе было написано: "Республика в ученых не нуждается" (впрочем, есть основания полагать, что это уже некий миф). Современник Лавуазье, математик Жозеф-Луи Лагранж, заметил, что "время требовало отсечь эту голову, но не хватит и века, чтобы произвести на свет другую такую". Свидетели казни ученого говорили, что Лавуазье держался достойно, а один из них заметил: "Не знаю, видел ли я последнюю и тщательно сыгранную роль актера, или же мои прежние суждения о нем были неверны и погиб действительно великий человек". Стоит добавить, что Лавуазье был не единственным ученым, ставшим жертвой революции. Известного астронома Жана Сильвена Байи, который первым вывел траектории спутников Юпитера, обвинили в том, что он причастен к разгону мирной демонстрации на Марсовом поле в 1791 году. Как старший депутат (депутат третьего сословия) тот, вероятно, и вправду нес ответственность за случившееся. Как бы там ни было, Байи отправили на гильотину. Еще одним ученым, погибшим во время революции, был математик маркиз де Кондорсе. Он был убит в тюрьме - его, вероятно, отравили, не дожидаясь казни. Погибли и многие другие ученые, но их имена не так известны.





Ганс Кристиан Эрстед (1777 - 1851), профессор из Копенгагенского университета, на одной из своих лекций поставил опыт, направивший развитие физики в новое русло. Эрстеда интересовал магнетизм, но он не разделял мнения своих коллег, полагавших, что магнетизм и электричество (флюиды, как назвал их Ампер) - явления разной природы. Напротив, считал он, это силы, порождаемые всеми веществами, и такие силы способны взаимодействовать друг с другом. Действительно, было известно, что компас на корабле, куда попала молния, иногда меняет полярность. Поразмышляв над этим, Эрстед задался вопросом: начнет ли отклоняться стрелка компаса вблизи тонкого провода, по которому течет ток?

Неясно, почему Эрстед решил проверить свою гипотезу прямо перед аудиторией - для начала он мог бы убедиться в ней сам. Впоследствии он признавался, что испытывал колебания. Благоразумие подсказывало: опыт может и не удаться, и он, Эрстед, будет выглядеть глупо. Тем не менее Эрстед решился действовать. Он пропускал ток по платиновому проводу до тех пор, пока тот не засветился. Компас лежал в точности под проводом, и, прежде чем он успел его сдвинуть, стрелка отклонилась. Эффект был мал и практически незаметен для слушателей, которые отреагировали вяло, однако сам Эрстед был изумлен. Отчего, думал он, ток вдоль оси иглы поворачивал ее в сторону? Как такое может быть?



Он размышлял три месяца, а потом отправился в лабораторию. Наконец, после ряда экспериментов, он понял, что электрический ток инициирует возникновение магнитной силы, и сформулировал известное правило: ток порождает магнитную силу, направленную перпендикулярно течению тока. Двенадцатью годами позднее Майкл Фарадей в Англии и Джозеф Генри в Америке обнаружили и обратную связь: меняющееся магнитное поле порождает электрический ток в проводящем контуре. Джеймсу Клерку Максвеллу оставалось только все это объяснить.


Продолжение следует!