Ольга Грейгъ
Русская Наука. Украденные открытия

Полная версия

История 4
«Задача Кирхгофа», «вектор Умова» и наветы

Современником и коллегой А.Г. Столетова был другой замечательный физик, профессор Московского университета Н.А. Умов.

Николай Алексеевич Умов(1846–1915) родился 23 января (4 февраля) 1846 г. в городе Симбирске (после – Ульяновск) в семье военного врача, поклонника естественных наук и страстного коллекционера. Есть сведения, что родоначальником семейства Умовых был помещик Казанской губернии Павел Михайлович Наумов, который имел нескольких детей от крестьянки Матрёны Тихоновны, которая якобы отказалась стать его венчанной супругой, дабы не рассорить того с родными. По ходатайству П.М. Наумова и по высочайшему повелению всем детям казанского помещика было дозволено носить фамилию Умовы. Кстати, обычное явление: часто незаконнорожденным дворянским детям разрешали носить «усеченную» фамилию отца. К тому же все пути-дороги таким детям были открыты, многие из них шли в науку и принесли славу своему Отечеству.

Николай Алексеевич Умов

Юный Николенька рано почувствовал страсть к естественным наукам и физике. Учась в гимназии в Москве, он твердо для себя решил, что станет преподавателем в области физико-математических наук. В 1863 г. поступил на математическое отделение физико-математического факультета Московского университета. По окончании учебы (1867) был оставлен для подготовки к профессорскому званию. В 1870-м одаренный молодой человек печатает в «Математическом сборнике» исследование «Законы колебаний в неограниченной среде постоянной упругости». Путем своеобразного приема Умову удалось рассмотреть задачи о распространении поперечных колебаний отдельно от задач, связанных с продольными колебаниями. В задаче о продольных колебаниях он пришел к выводам, данным ранее французским ученым Пуассоном, однако русский ученый нашел иные пути, более совершенные к получению ответа. Выводы, полученные относительно поперечных колебаний в неограниченной среде, он распространяет и на оптические явления. И, принимая во внимание некоторые дополнительные предположения, касающиеся свойств гипотетической среды, являющейся носителем световых колебаний (малая плотность, идеальная упругость и т. д.), Николай Алексеевич получает уравнение оптики, совпадающее с уравнениями, полученными знаменитым Буссинеском.

В 1871 г. Н.А. Умов защитил магистерскую диссертацию «Теория термомеханических явлений в твердых упругих телах». Публичная защита состоялась в 1872 г. в Московском университете, и прошла весьма успешно.

В 1871–1893 преподавал в Новороссийском университете в Одессе; с 1875 – профессор этого университета.

Там, в южной Одессе Николай Алексеевич Умов довольно часто встречался с гением русской физиологии М.И. Сеченовым, с выдающимся русским бактериологом И.И. Мечниковым. Три благородных титана великой Русской Науки, двигающие семимильными шагами прогресс человечества.

Считается, что теоретическую физику Николай Алексеевич изучал самостоятельно по трудам Г. Ламе, Р. Клебша и Р. Клаузиуса, потому что в отечественных университетах такого курса тогда еще не читали. И что самообразование определило направление оригинальной мысли и суждений ученого. Занимаясь впоследствии опытной физикой, Умов сумел достичь в ней блестящих результатов. Глобальное значение имеют его работы по изучению спектра лучей, рассеянных поверхностями различных веществ. Именно исследуя это явление, талантливый русский физик создал метод спектрального анализа, помогающий по виду спектра судить о составе вещества, которое рассеяло свет.

В 1874 г. Умов защитил докторскую диссертацию «Уравнения движения энергии в телах», в которой ввел в науку совершенно новое понятие о движении энергии. В диссертации он развил мысль, что потенциальная энергия не может образоваться в одной простой среде и что для этого необходимы хоты бы две среды, из которых вторая (скрытая, не поддающаяся непосредственному наблюдению среда), принимает на себя часть кинетической энергии. «Потенциальная энергия есть не что иное, как живая сила движений некоторых сред, неощутимых для нас», – писал он. С его точки зрения количество кинетической энергии всегда остается неизменным при всякой смене явлений. Оно только перераспределяется при переходе с частиц одной среды на частицы других сред, или же с одних форм движений на другие. Кинетическая энергия всегда связана с движущейся частицей, и находится там же, где и частица. Так возникает понятие о движении энергии.

Умов показал и обосновал как, используя это понятие, можно выразить законы взаимодействия электрических зарядов, токов и магнитных полюсов. Умов ввел понятие плотности потока энергии, получивший название «вектор Умова».

Ученый составил дифференциальные уравнения движения энергии в твердых телах постоянной упругости и в жидких телах. Применяя свои наработки к распространению волн в упругой среде, Умов заключает, что энергия целиком переносится волной от одной точки к другой. «Количество энергии, проходящей через элемент поверхности тела в единицу времени, равно силе давления или натяжения, действующей на этот элемент, умноженной на скорость движения элемента», – гласит простая теорема Умова. Аналогичная теорема, но совершенно иным путем, была выведена творцом электромагнитной теории света Максвеллом.

В 1881 г. голландский ученый Гринвис показал, что данный «закон Умова» можно с успехом применять к толкованию явлений соударения упругих тел.

Итак, идеи Н.А. Умова оказали серьезнейшее влияние на дальнейшее развитие представлений об энергии. Умов впервые ввел в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии. Однако его взгляды разделяли далеко не все коллеги; многие крупные ученые высказывали резкие возражения. Но…

* * *

Через десять лет, в 1884 г. английский физик Пойнтинг применил идеи Умова к исследованию электрического поля. Сейчас уравнение движения энергии – одно из главных уравнений физики, и западная наука считает его основоположником именно Пойнтинга.

* * *

Дж. Г. Пойнтинг (1852–1914) также апеллировал понятием плотности потока электромагнитной энергии, используя для описания распространения энергии вектор, названный уже… «вектором Пойнтинга»; справедливости ради, следует заметить, что иногда применяется определение «вектор Умова – Пойнтинга». И опять же: где и кем…

Джон Генри Пойнтин

Профессор Николай Алексеевич Умов, решая задачи о стационарном движении электричества, дал метод, с помощью которого можно найти определение электрического тока на любой произвольной поверхности. Однако и в этих вопросах зарубежная наука отдает приоритет другим исследователям.

Густав Роберт Кирхгоф

Во время своей поездки за границу в 1875 г. Николай Алексеевич Умов представил известному физику Кирхгофу свою работу на тему «О стационарном движении электричества на проводящих поверхностях произвольного вида». До Умова эти же задачи решались учеными лишь для частных случаев; к примеру, физик Больцман решил ее для сферы и круглого цилиндра, а Кирхгоф – для плоскости. Тогда как Умов дал решение задачи в самом простом виде; он свел вопрос о распределении электрических токов на поверхности любого вида к вопросу о распределении токов в плоской пластинке, представляющей собой так называемое конформное отображение рассматриваемой поверхности на плоскости. И эта трудная задача не поддавалась иностранным ученым мужам.

* * *

Результаты, полученные Умовым, Киргхоф в слегка видоизмененном изложении опубликовал в ежемесячнике Берлинской академии наук под своим именем; украденный труд русского ученого стал частью научного труда немецкого физика.

То, что сделано Умовым, теперь известно как «задача Кирхгофа».

* * *

Густав Роберт Кирхгоф (1824–1887) – член Берлинской академии наук (1874), член Санкт-Петербургской академии наук (1862). В год встречи с нашим соотечественником он возглавил кафедру математической физики в Берлинском университете.

Кража интеллектуальной собственности весьма огорчила Николая Алексеевича, и впоследствии он не единожды возмущенно делился обидой с близкими коллегами.

Начиная с 1886 г. Умов помимо теоретических исследований стал интересоваться и экспериментальной физикой, сохраняя сей непраздный интерес до конца жизни. В 1888–1891 гг. он экспериментально исследовал диффузию веществ в водных растворах; поляризацию света в мутных средах; открыл эффект хроматической деполяризации лучей света, падающих на матовую поверхность. В 1893 профессор Николай Алексеевич Умов вернулся в Москву и стал читать курс теоретической физики в столичном университете. После смерти выдающегося физика А.Г. Столетова, Умов в 1896 возглавил кафедру физики. Он же явился организатором постройки физического института; «Такое положение дел, несогласное ни с обязанностями, ни с достоинством русской нации, должно окончиться… Учреждение в Москве физического института, согласно всем требованиям, предъявляемым современной наукой, соответствовало бы и действительно назревшим потребностям и тому значению, которое имеет в деле просвещения России Московский университет», – писал он.

За годы работы в науке Н.А. Умовым были выполнены важнейшие теоретические и практические исследования. Он занимался исследованиями земного магнетизма, во многом упорядочив эти довольно-таки запутанные на тот момент познания. В первые годы ХХ века Умов провел анализ многих сложных формул Гаусса в теории земного магнетизма, поставив на научную основу вопрос о распределении магнитных сил по земной поверхности. Что позволило определить вековые изменения магнитного поля Земли. Профессор Э. Лейст в заключении к своему очерку, посвященному научным трудам Умова, написал: «Гаусс исходил из геометрического представления и составил потенциальную формулу с эмпирически определяемыми 24 коэффициентами. Умов, наоборот, составил комментарий к этим коэффициентам и перевёл их опять в геометрический образ, но в совершенно иных плоскостях. Так дополняют друг друга два гениальные мыслителя Карл Фридрих Гаусс и Николай Алексеевич Умов».

В последние годы жизни ученый занимался также вопросами относительности и квантовой теории.

В 1910 г. увидела свет первая работа Умова, посвященная теории относительности, созданной Эйнштейном в 1905 г.; спустя два года появляется его новая, более значимая работа по тому же вопросу «Условия инвариантности волнового уравнения», которую знаменитый русский ученый Н.Е. Жуковский назвал лучшим математическим толкованием принципа относительности. Его слова: «Подобно тому, как неевклидовская геометрия и геометрия многих измерений опираются на инвариантность обобщенного представления об элементе дуги, принцип относительности по Умову имеет свое математическое содержание в инвариантности волнового уравнения распространения света». Это были последние работы автора.

Как и многие люди той просвещенной эпохи, русский ученый Н.А. Умов был организатором ряда просветительских обществ; членом Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии; в течение ряда лет избирался президентом Московского общества испытателей природы; выпускал журнал «Научное слово». Сорок лет Николай Алексеевич отдал науке и преподаванию в университетах. Аудитории во время лекций, читаемых профессором Умовым, были переполнены, причем приходили и студенты других факультетов. Прекраснодушный человек, с седой копной волос и проницательным взглядом вел пространные беседы о великих достижениях мировой и отечественной физики, о космосе и мироздании, которым подчинены физические законы. Для своих лекции он придумывал массу остроумных приборов, которые постоянно использовал, отчего студенты сравнивали своего преподавателя с магом.

Любопытны воспоминания о нем писателя Андрея Белого (наст. Борис Николаевич Бугаев; 1880–1934), окончившего математический факультет Московского университета в 1903 году, приобщившегося к большой литературе и ставшего впоследствии «теоретиком символизма». Его описательство довольно пространно и очень колоритно, но остановимся на кратком отрывке. Умов «всходил на кафедру: сверкать умом, жизнью, блеском, срывать голубой покров неба и показывать коперниковскую пустоту в величавых жестах и в величавых афоризмах, которые он не выговаривал, а напевно изрекал, простерши руки и ставя перед нами то мысли Томсона, то мысль Максвелла, то свою собственную: «На часах вселенной ударит полночь»… Пауза. «Тогда начнется – час первый»… Или: «Мы – сыны светозарного эфира»… Он любил пышность не фразы, а углубленной мысли, к каждой долго подбирал образ… И образы его были крылаты… и ставились они перед сознанием нашим всегда неожиданно, при демонстрации очень помпезно обставленного опыта. Он любил помпу в хорошем смысле и поражал наше студенческое воображение».

Советская историография сообщает, что «в 1911 г. вместе с группой ведущих профессоров Умов покинул Московский университет в знак протеста против реакционных действий министра просвещения Л.А. Кассо». Подобный протестный фарс вызывает большое сомнение: во-первых, уважаемому профессору на тот момент было шестьдесят пять лет, во-вторых, никаких «реакционных» действий министерством просвещения Российской Империи не предпринималось, а были попытки прекратить провокационные беспорядки, регулярно вызываемые большевистскими агитаторами и агентами, прошедшими западную «революционную школу». Разложение в среде молодежи, нигилистские, ярко выраженные радикальные и террористические взгляды не могли не вызвать ответной реакции властей. Однако власти поступали слишком толерантно, слишком демократично. Это станет очевидным в 1917 году, когда в кормчии государственного судна прорвутся красные бандиты, уничтожающие, извращающие не только систему просвещения, но и умы человеков разумных.

История 5
Умышленно забвенное имя

Во всех учебниках по математическому анализу приводится формула, дающая возможность производить вычисление кратного интеграла, сведя эту задачу к вычислению другого, более простого интеграла – интеграла с меньшей кратностью, чем заданный.

* * *

В отличие от многих отечественных, зарубежные учебники не объясняют, кто же автор этой формулы. Умышленно забвенное имя – та же кража открытия, над которым трудился человеческий гений.

* * *

«Безвестным» автором применяемой математиками всего мира формулы был один из виднейших математиков первой половины XIX века М.В. Остроградский, академик не только Русской, но также Туринской, Римской, Американской академий, член-корреспондент Парижской академии наук.

Михаил Васильевич Остроградский

Михаил Васильевич Остроградский (1801–1862) уроженец деревни Пашенная Кобелякского уезда Полтавской губернии. В восемь лет он был определен в пансион при Полтавской гимназии – в «Дом для воспитания бедных дворян». Однако по желанию отца после 3-го курса подросток оставил гимназию Отец хотел определить мальчика на военную службу, да и Миша буквально бредил этой мечтой. В 1816 г. его повезли в Санкт-Петербург для зачисления в один из гвардейских полков. Однако все свершилось по-иному. Один из близких родственников настоял, чтобы юноша учился в университете; в 1817 г. Михаила приняли в Харьковский университет.

Харьков начала ХХ века. Главный корпус Технологического института

И в 1820 г. Михаил заканчивает физико-математическое отделение Харьковского университета, ректором которого был (с 1813 по 1820 гг.) известный ученый Осиповский, издавший четырехтомный «Курс математики». Это было первое отечественное полное руководство по математике, не уступающее многим иностранным сочинениям того времени. Большинство наших преподавателей и ученых, занявших в первой половине XIX в. кафедры математики в университетах Российской Империи, учились по этому руководству.

Харьков начала ХХ века. Императорский университет

Рассказывают, что в первые годы обучения Михаил Васильевич довольно равнодушно относился к предметам, не проявляя ни любопытства, ни задора. В мечтаниях ему виделся лишь блестящий мундир гвардейского офицера. Интерес к математике в нем пробудил Павловский – университетский преподаватель математики, у которого студент Михаил поселился в конце второго учебного года. С этого времени Остроградский начинает с увлеченным порывом вникать в математику, так что вскоре обращает на себя благосклонное внимание профессоров, в том числе и ректора Осиповского. Математический талант давал возможность увлеченному предметом юноше схватывать прочитанное, подмечать промахи и ошибки в изложении. В 1820 г. он с отличием заканчивает университет и получает так называемый «студентский аттестат». Считая необходимым поддержать талант молодого человека, Осиповский предложил присудить М.В. Остроградскому первую ученую степень кандидата, и делает об этом представление в Совет университета. Однако личный враг ректора профессор философии Дудрович категорически высказался против. В результате у Остроградского… отобрали аттестат потому, что он не слушал курс «Благопознания и христианского учения». Для получения аттестата ему предложили вновь подвергнуться экзамену, но тот горделиво отказался. А в 1822 году отправился в Париж «доучиваться» у французских математиков.

Дальнейшее образование за границей Остроградский получал, слушая лекции Ампера, Пуассона, Фурье, Лапласа, Коши. В 1825 году математик и член Парижской Академии наук Огюстен Луи Коши (1789–1857) выказывался о нем, как о чрезвычайно талантливом молодом человеке. Известно, что с Огюстеном Коши русский математик станет вести дружескую переписку до самой смерти талантливого французского ученого. В 1826 году М.В. Остроградский представил свой первый мемуар «О волнообразном движении жидкости в цилиндрическом сосуде».

Говорят, Михаил Васильевич со многими корифеями французской науки вошел в самые тесные отношения. Когда отец, настойчиво требовавший его возвращения, прекратил высылать сыну деньги, его в Париже быстро пристроили преподавателем математики в колледж Генриха IV.

Только в ноябре 1827-го Михаил Васильевич возвратился на родину и получил должность профессора офицерских классов Морского кадетского корпуса; с 1830 г. он – профессор Института корпуса инженерных путей сообщения; с 1832 г. – Главного педагогического института; с 1840 – Главного инженерного училища; с 1841 – Главного артиллерийского училища в Санкт-Петербурге.

Вскоре по возвращению из-за границы М.В. Остроградский был принят в Русскую Императорскую Академию наук сначала в качестве адъюнкта, а затем и академика. Звание ординарного академика по прикладной математике ученый получит в 1831-м.

Здание Академии наук со стороны Невы. Ф. Дюрфельдт, 1792 г.

Характерной чертой Остроградского было то, что он всегда брался за коренные вопросы предмета, не останавливаемый никакими трудностями. Пытливый ум ученого не замыкался в пределах одной только чистой математики. Он постоянно работал и над проблемами из области практической физики и механики, а также небесная механика и астрономии. Он с одинаковым успехом работал в разных областях, зачастую опережая своих европейских коллег. Важнейшие работы русского ученого относятся к области интегрального и дифференциального исчисления. Некоторые случаи распространения тепла в движущихся средах, распространения волнообразного движения в цилиндре, и общие вопросы, касающиеся законов движения упругого тела, – составляли предмет изысканий М.В. Остроградского, в которых он конкурирует с наиболее выдающимися математиками, часто улучшая их результаты, опережая их научную мысль. Он вывел уравнение движения упругого тела, создал теорию удара и разобрал проблему распространения волн по поверхности жидкости. Он внес существенные улучшения в методы интегрирования простейших функций, считавшиеся вполне установленными благодаря работам выдающегося немецкого математика XVIII в. Леонарда Эйлера, почти пятнадцать лет работавшего в Академии наук Санкт-Петербурга.

Одной из значимых в его обширном научном наследстве осталась формула, которая в математических символах выражает открытый им «принцип наименьшего действия» – всеобщий принцип механики. Основываясь на вариационных исчислениях, заложенных Л. Эйлером, Михаил Васильевич Остроградский в 1834 г. в изданиях Русской Академии наук публикует мемуар о вычислении вариаций кратких интегралов (на французском языке), в котором дал уникально-простое решение этой, казалось бы, труднейшей проблеме. Появился в полном переводе в 1861 г. как приложение к книге английского математика и историка математики Тотгентера, посвященной истории развития вариационного исчисления. Но Парижская Академия, поощряющая все значимые научные открытия, умышленно не заметила труда нашего соотечественника.

* * *

Зато когда французский математик Саррюс закончил работу по той же, что и Остроградский, теме, в 1840 г. Парижская Академия присудила ему премию!

* * *

Впоследствии установили, что премированный математик в своем труде внес путаницу в расчетах и дал совершенно неверное решение.

«Принцип наименьшего действия», описанный русским математиком Остроградским, является своего рода сокровищем теоретической механики. Ведь все механические системы подчиняются этому «принципу». И, значит, можно в математических уравнениях отобразить движение разнообразной системы колес, рычагов и т. д. Этот принцип явился одним из средств вывода дифференциальных уравнений механических и физических процессов. Итак, понятно, что математические уравнения наилучшим образом помогают инженерам в их деле создания сложных механизмов.

* * *

Запад, игнорируя открытие Остроградского, автором вариационного метода в механике, т. е. «принципа наименьшего действия» считает английского математика Гамильтона.

* * *

Справедливости ради надо сказать, что член Ирландской академии наук Уильям Роуан Гамильтон (1805–1865) вывел свой «принцип» независимо от трудов нашего соотечественника.

Замолчать стараются и тот факт, что знаменитую формулу Остроградского преобразования интегралов по объему в интегралы по поверхности (найденную им в 1828 г.) использовал знаменитый английский ученый Максвелл (1831–1879), создавая свою математическую теорию электричества.

* * *

Зарубежная наука связывает открытие этой формулы «преобразования интегралов» с именами Гаусса и Грина.

* * *

Выпускник университета Карл Фридрих Гаусс (1777–1855), с 1807 г. возглавлявший кафедру математики и астрономии в этом же учебном заведении и одновременно являвшийся директором Гёттингентской астрономической обсерватории, был в высшей степени талантливым исследователем. Его труды столь обширны, что он не нуждается в приписывании ему чужих открытий.

Английский математик Джордж Грин (1793–1841) свое соотношение интеграла по объему к интегралу по поверхности обнаружил и описал также, как и Остроградский, в 1828-м. И тут можно лишь констатировать: все идеи витают в воздухе…

Среди значимых для математической науки открытий – и формулы Остроградского в теории приближенных вычислений, которая учит как правильно обрабатывать результаты наблюдений и опытов, как с нужной точностью вести вычисления и расчеты.

Ряд своих выдающихся работ ученый Остроградский посвятил математической физике. Его новаторский ум и исследования сыграли огромную роль в развитии физики и техники.

Влияние М.В. Остроградского, как преподавателя и профессора, было чрезвычайно велико. Он читал столь сложный материал столь легко, доступно, образно и ярко, что его лекции охотно посещали не только студенты, но и вольнослушатели. К слову, в Российской Империи существовала уникальная практика: лекции (хоть простых преподавателей, хоть ученых-знаменитостей) студенты могли посещать по выбору, на лекции также допускалась и публика со стороны. Процесс просвещения был необычайно демократичен, а образование было доступно всем подданным Империи. После захвата власти большевиками у многих революционных деятелей в биографических данных записали (см. советские энциклопедии): закончил такой-то университет; хотя на самом деле этот человек никогда не числился в студентах и диплома о высшем образовании не получал, а являлся всего лишь вольнослушателем, изредка приходящим на лекции «просветиться» по собственной охоте (зато охотно получал уроки революционной борьбы в многочисленных зарубежных террористических центрах, подготавливавших революцию в России).

Остроградский по праву считается пропагандистом науки, служителем русской математической культуры.

Среди тех, кто занимал профессорские кафедры в следующем поколении, почти все были его учениками. М.В. Остроградский – один из первых русских профессоров, сумевших поставить преподавание математики на более высокий уровень, как того требовало время новых открытий. В начале второй четверти XIX в. в Российской Империи проявляют свои таланты ученые, занявшие видное место в европейской науке; просвещенная Россия старается ни в чем не уступать Западу, а во многом даже опережать его. В славном ряду успешных ученых – русские математики С.К. Котельников, С.Я Румовский, В.Я. Буняковский, Н.И. Лобачевский и, конечно же, М.В. Остроградский. Михаил Васильевич, до конца дней считавший себя истинно русским ученым и не раз подчеркивающий это перед иностранными коллегами, скончался от злокачественной язвы 1 января 1862 года во время поездки из своего поместья в Санкт-Петербург.

Труды Остроградского уже при жизни принесли ему великую и заслуженную славу в ученом мире России и далеко за ее пределами. «Становись Остроградским», – так напутствовали в те времена молодых людей, отправляющихся грызть гранит наук, поступающих в высшие учебные заведения Империи.