Ольга Грейгъ
Русская Наука. Украденные открытия
История 6
Кто отыщет универсальную фигуру равновесия?
Более двухсот лет ведущие математики Европы бились в поисках общей теории, указывающей, какую форму принимает вращающаяся жидкость. Над решением этой загадки трудились немецкие математики Гаусс и Якоби, ее пытался решить француз Лаплас, а также Ньютон, Клеро, Лиувилль и многие другие. На решение этой труднейшей проблемы нацелил своего любимого ученика А.М. Ляпунова и выдающийся русский математик Пафнутий Львович Чебышев (1821–1894).
Александр Михайлович Ляпунов
Краткая официальная биография А.М. Ляпунова в энциклопедических справочниках представлена так:
Александр Михайлович Ляпунов (25.5(6.6).1857, Ярославль, – 3.11.1918, Одесса), русский математик и механик, академик Петербургской АН (1901; член-корреспондент 1900). В 1880 г. окончил Петербургский университет; с 1885 г. доцент, с 1892 г. профессор Харьковского университета; с 1902 г. работал в Петербургской Академии Наук.
Известно, что Михаил Васильевич Ляпунов (1820–1868), талантливый русский астроном, отец будущего математика, по окончании Казанского университета работал в университетской обсерватории, а с 185 по 1854 гг. директорствовал в ней. Он даже участвовал в экспедиции по определению разности долгот Пулкова и Альтоны (1843). Самой известной из его работ является работа, посвященная исследованию туманности Ориона.
Незадолго до рождения сына Михаил Васильевич оставил деятельность астронома в обсерватории казанского университета, получив должность директора Демидовского лицея. В 1864 г. семья переезжает в имение супруги М.В. Ляпунова, находящееся в Симбирской губернии. Там будущий академик под началом и руководством отца получает первоначальное образование. После смерти отца (1870) мальчик поступает сразу в третий класс Нижегородской гимназии и в 1876 г. оканчивает ее с золотой медалью. В тот же год юноша поступает сначала на естественное отделение физико-математического факультета Санкт-Петербугского университета, но через месяц переводится на математическое отделение, так как, по его словам, имел особую тягу к математическим наукам.
На последнем курсе университета Александр Михайлович Ляпунов получил золотую медаль за сочинение на тему, предложенную факультетом. И по окончании высшего учебного заведения молодой талантливый ученый оставлен известным профессором механики Д.К. Бобылёвым при университета для подготовки к профессорскому званию по кафедре механики.
Неизгладимое впечатление на юношу произвел не только знаменитый П.Л. Чебышев, лекциям которого он внимал с особым тщанием, но и великий русский естествоиспытатель, основоположник отечественной физиологической школы Иван Михайлович Сеченов (1829–1905). Благодаря их таланту и неустанному труду на ниве науки и просвещения, Ляпунов для себя понял: его жизнь пуста и примитивна без научного творчества. К слову, великий русский математик был женат на Наталии Рафаиловне, урожденной Сеченовой.
Современники утверждали, что Александр Михайлович не позволял себе никаких развлечений; спать ложился в предутренние часы, работая до 4-х или 5-и часов утра. Он ограничил даже круг общения, оставив подле себя лишь родственников да ученых, среди коих были самые совершенные умы. Говорят, он производил впечатление сурового, замкнутого и хмурого человека. Однако за этой внешней оболочкой скрывался уникальный творец, наделенный природой изумительной математической силой изобретательного ума.
Работы А.М Ляпунова, посвященные проблеме нахождения фигур равновесия однородной вращающейся жидкой массы, стали величайшей победой математики! Настало время, когда создания подобной теории требовали многие отрасли науки и техники. К примеру, ученым-астрономам она была необходима, чтобы выяснить происхождение солнечной системы, понять как и почему образовались планеты. Глобальные задачи требовали скорых решений.
В 1884 г. 26-летний математик в своей магистерской диссертации далеко продвинул решения в заданной области, опередив все известные исследования, посвященные фигурам равновесия. Но проблема не была решена до конца; и это еще больше распаляло талантливого молодого мыслителя. И хотя его работа была многократно выше всех известных, Ляпунов выказывает недовольство, спеша докопаться до истины.
В то же время другой ученый, французский математик Анри Пуанкаре несколько позднее Ляпунова (1887 г.) получает отдельные результаты, основанные на нестрогих доказательствах и даже… догадках. Но тут же раструбив на весь мир, заявляет о своих успехах, убеждая ученую братию, что якобы «можно сделать много возражений, но в механике нельзя требовать такой же строгости, как в чистом анализе». И так как интерес к проблеме фигур равновесия был настолько велик, что обращалось внимание на любое малейшее новшество, приближающее к разгадке, то…
* * *
…работа Пуанкаре, содержащая малую толику того, что было открыто и обосновано в диссертации русского математика Ляпунова, способствует тому, что ее автора в 1887 г. избирают членом Парижской Академии.
* * *
К примеру, известно, что А. Пуанкаре открыл бесчисленное множество новых форм равновесия вращающейся однородной жидкости, отличных от эллипсоидов, – т. е. как раз то, что уже содержалось в IV тезисе магистерской диссертации А.М. Ляпунова! Но работа француза была встречена на «ура». Имя профессора Парижского университета и новоиспеченного члена Парижской Академии Жюля Анри Пуанкаре (1854–1912) обретает мировую известность. И уже через четыре года после этого события Лондонское королевское астрономическое общество присудило ему золотую медаль.
Анри Пуанкаре
Опираясь на рассуждения А. Пуанкаре, английский астроном и математик Дж. Дарвин (сын знаменитого Чарльза Дарвина) даже построил свою космогоническую теорию. Согласно его теории об образовании двойных звезд, при охлаждении однородная вращающаяся жидкая звезда, сжимаясь, будет увеличивать скорость своего вращения; при увеличении же угловой скорости вращения, с одновременным увеличением плотности, жидкая звезда будет последовательно изменять свою форму, проходя сначала устойчивые эллипсоидные формы вращения Маклорена, затем формы устойчивых трехосных эллипсоидов Якоби, и, наконец, ответвляться в форму грушевидных фигур А. Пуанкаре; при дальнейшем охлаждении грушевидная форма разрывается на две звезды. Но!
Благодаря многолетней напряженнейшей работе гениальный русский математик Александр Михайлович Ляпунов доказывает, что гипотеза члена Лондонского королевского общества, профессора Кембриджского университета Джорджа Хоуарда Дарвина (1845–1912), основанная на умозаключениях Пуанкаре, что грушевидная жидкая масса устойчива, неверна! Ляпунов доказал, что нет универсальной фигуры равновесия, и что она меняется в зависимости от скорости вращения. Это была полная победа русской математической мысли!
Свою работу на эту тему Александр Михайлович опубликовал в 1905 г., и с тех пор у него завязывается длительная полемика с Дж. Дарвиным. В 1908 г. Дарвин публикует свои новые расчеты, причем получая… тот же конечный результат. И вновь Ляпунов предпринимает усилия объяснить все заново, разжевывая материал коллегам, как детям, не знающим отчего все должно быть так, а не иначе. Он пишет многостраничный труд, подробно, шаг за шагом излагая свои гигантские вычисления.
Десятилетним сверхнапряженным трудом А.М. Ляпунов опроверг ложную космогоническую теорию Дж. Дарвина об образовании двойных звезд. И ученый мир наконец признал эту огромную заслугу русского гения.
А теперь некоторые краткие, но важные подробности из биографии этого уникального ученого, которых вы не встретите в советских (самых фундаментальных) энциклопедиях.
Обе диссертации, написанные математиком, были переведены на французский язык; Александр Михайлович был избран почетным членом Петербургского, Казанского и Харьковского университетов, иностранным членом Академии наук dei Lincel в Риме, членом-корреспондентом Парижской Академии наук, иностранным членом кружка в Палермо, почетным членом Харьковского математического общества, непременным членом Общества любителей естествознания в Москве и многих-многих других.
Цикл работ Ляпунова по фигурам равновесия вращающейся жидкости и устойчивости этих фигур занимает центральное место во всей теории фигур равновесия. И если до него были установлены эллипсоидальные фигуры равновесия для однородной жидкости, то Александр Михайлович впервые доказал существование фигур равновесия однородной и слабо неоднородной жидкости, близких к эллипсоидальным. Он установил, что от некоторых эллипсоидальных фигур равновесия ответвляются близкие к ним неэллипсоидальные фигуры равновесия однородной жидкости, а от других эллипсоидальных фигур равновесия ответвляются фигуры равновесия слабо неоднородной жидкости. Он также разрешил задачу, предложенную ещё в начале его научной деятельности его выдающимся учителем П.Л. Чебышевым, о возможности ответвления от эллипсоидальной фигуры равновесия с наибольшей (возможной для эллипсоидов) угловой скоростью неэллипсоидальных фигур равновесия. Ответ получился отрицательным.
А.М. Ляпунов впервые строго доказал существование близких к сфере фигур равновесия медленно вращающейся неоднородной жидкости при весьма общих предположениях об изменении плотности с глубиной. Специалисты также приведут вам множество иных примеров, над разгадкой которых трудился Ляпунов.
Впрочем, решение проблемы фигуры равновесия – всего только глава во всей огромной массе трудов ученого. Значительны труды академика Ляпунова в области математической физики. Решив так наз. задачу Дирихле, он подсказал ученым и инженерам как решать общие проблемы движения жидкости, электричества и т. д. Его работа «О некоторых вопросах, связанных с задачей Дирихле» (1898) основана на исследовании свойств потенциала от зарядов и диполей, непрерывно распределённых по некоторой поверхности. Во всех полных курсах математической физики можно обнаружить понятие «поверхностей Ляпунова».
Теория устойчивости движения Ляпунова имеет исключительное значение; благодаря ей конструкторы впоследствии рассчитывали устойчивость самолета в полете. К примеру, проблему устойчивости приходилось решить, чтобы создать наиболее прочный при динамических нагрузках коленчатый вал авиационного мотора и построить самолет, спокойный и в полёте и при взлёте-посадке.
Александр Михайлович доказал центральную предельную теорему теории вероятностей, и этот труд как «теорема Ляпунова» вошел во все учебники теории вероятностей и математической статистики. Фундаментальные результаты научных трудов А.М. Ляпунова продвинули русскую науку на более высокий, почти недосягаемый уровень.
Уникальный ум, удивительный талант, необыкновенный человек. Однако окончание земной жизни этого великого русского ученого было нетипичным для человека разумного и благородного, коим являлся Александр Михайлович, но во многом типичным для эпохи, на которую припала его кончина.
В 1917 г. он с больной туберкулезом супругой оказывается в Одессе, где надеется, что мягкий климат излечит его верную и горячо любимую подругу. Но революция, падение монархии и кровавая бойня в Отчизне, преданным сыном которой он был всегда, подорвала не только здоровье, но и лишила веры в возможность увидеть прежнюю прекрасную, рассудочную жизнь. В день смерти Наталии Рафаиловны 3 ноября 1918 г. великий ученый заканчивает жизнь самоубийством. Оставив одну-единственную просьбу: похоронить его рядом с супругой.
Потерять одновременно и жену и Отечество было выше сил настоящего патриота, подданного Российской Империи. Пока что мы говорим об украденных открытиях; но настанет момент, и мы более подробно поговорим об украденных жизнях тех, кто составляли славу и гордость великой страны.
История 7
«Без испытания не утвердится ни один закон природы»
Если Ломоносов основал химическую науку, то Менделеев открыл главный закон, управляющий миром химических элементов.
До открытия этого закона уже было известно 62 (в других источниках – 64) химических элемента и описаны их многие свойства. Но не было единой точки зрения на этот мнимый хаос, представлявшийся некоторым ученым мужам темным лесом без видимых тропинок. Только к концу XIX века был наконец открыт закон, которому подчинялись все найденные и еще не найденные элементы.
Дмитрий Иванович Менделеев(1834–1907) родился 8 февраля 1834 г. в сибирском городе Тобольске в семье директора местной гимназии Дмитрия Ивановича. В год рождения сына отец ослеп, отчего все хлопоты по поддержанию дома, воспитанию сына и ведению хозяйства полностью легли на Марию Дмитриевну, матушку будущего гения химических наук. Она даже взяла на себя управление стекольной фабрикой брата, располагавшуюся в 25 километрах от Тобольска. Когда в 1848 г. этот завод сгорел, семья переехала в Москву, к брату Марии Дмитриевны. Но до переезда Дмитрий Менделеев успел завершить курс обучения в гимназии, и после стал студентом физико-математического факультета Санкт-Петербургского педагогического института, который окончил с золотой медалью в 1855 году.
Дмитрий Иванович Менделеев
Первая работа ученого увидела свет, когда тому было двадцать лет; в ней шли научные рассуждения о составе минералов ортита и пироксена. Д.И. Менделееву довелось учительствовать в гимназиях Симферополя и Одессы, прежде чем защитить диссертацию на степень магистра на тему «Об удельных объемах» и получить двухгодичную научную командировку за границу. Как и другие наши соотечественники той порыт, Дмитрий Иванович работал в лабораториях известных немецких ученых Бунзена и Кирхгофа. Тогда же им в результате опытов было установлено существование критической температуры кипения жидкостей; проведены исследования над капиллярностью, расширением жидкостей и т. д. Некоторые из его первых печатных трудов увидели свет там же, в Германии.
По возвращении на Родину, Дмитрий Иванович Менделеев получил место профессора Санкт-Петербурского практического технологического института; а с 1866 г. стал читать лекции в университете северной столицы. Помимо этого талантливый физик и химик читал лекции на Владимирских женских и на Бестужевских женских курсах, плодотворно работая на ниве женского просвещения.
В 1865 г. Менделеев защитил диссертацию на степень доктора химии на тему «О соединении спирта с водой». В 1869 г. открывает периодический закон; свои выкладки под названием «Соотношение свойств с атомным весом элементов» он публикует в журнале Русского химического общества. К статье была приложена и периодическая таблица, в которой ученый расположил элементы в порядке возрастания их атомного веса. Излагая суть основного закона химии, Дмитрий Иванович указывал на существование еще неизвестных науке элементов, но которые обязательно будут обнаружены.
Ныне это величайшее открытие именуется «периодической таблицей Менделеева». Оставляя в пустых клеточках места для неизвестных элементов, ученый, учитывая характер соседних элементов, описывает примерный атомный вес и свойства тех, которые еще предстоит открыть.
В том же 1869 г. Д.И. Менделеев выпускает самый грандиозный труд «Основы химии», сразу же переведенный на английский, немецкий, французский и другие языки.
Несмотря на то, что некоторые иностранные ученые отнеслись к открытию Менделеева с явным недоверием, предпринимались попытки украсть это гениальное открытие, приписав себе.
* * *
Право называться автором периодического закона оспаривали в Германии – Л. Мейер; во Франции – де Шанкуртуа; в Англии – Ньюлендс.
* * *
После чего Дмитрию Ивановичу Менделееву пришлось самолично и неоднократно отстаивать честь Русской Науки.
Немецкий химик Юлиус Лотар Мейер (1830–1895) свою таблицу элементов опубликовал в 1870 г., но вскоре был вынужден признать, что она «в существенном идентична с данной Менделеевым». Так что пришлось ему все же отказаться от претензий на первенство. Пожалуй, он был единственным из этой троицы, отказавшийся участвовать в заведомо ложной кампании и письменно подтвердил приоритет великого русского ученого.
Французский профессор парижской высшей горной школы Александр Эмиль Бегье де Шанкуртуа (1820–1886) еще в 1862 г. предложил пространственную схему для классификации химических элементов, однако его предложения не вызвали особого интереса со стороны коллег. Схема была громоздка, сложна для понимания и во многом запутана. Однако не успела появиться до гениальности простая в столь сложной и обширной теме таблица Д.И. Менделеева, как французы спохватились, пытаясь удостоить почестями своего «первооткрывателя».
Джон Александер Ньюлендс (1838–1898), профессор химии лондонского колледжа, работая над классификацией химических элементов в 1863–1865 гг., предложил свой «закон октав». Он расположил элементы в порядке возрастания их эквивалентов и обнаружил, что номера некоторых сходных по химическим свойствам элементов отличаются на число, кратное 7, – так же, как крайние звуки октав в музыкальной гамме. Эмпирический подход к данному вопросу и желание во что бы то ни стало подогнать химию под аналогию с музыкальной гаммой, привели к тому, что английский химик стал соотносить к сходным элементам и явно несходные. Не удивительно, что его доклад о «законе октав», прочитанный в 1866 г. в Английском химическом обществе, вызвал насмешки присутствующих. Но после опубликования Менделеевым стройной периодической таблицы химических элементов, Ньюлендс неоднократно предпринимал попытки оспорить приоритет русского ученого в этом замечательном открытии.
Тогда же Дмитрий Иванович писал: «Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и неожидаемых, и оправдания тех следствий в опытной проверке. Потому-то, увидев периодический закон, я со своей стороны (1869–1871 гг.) вывел из него такие логические следствия, которые могли показать – верен он или нет… Без такого способа испытания не может утвердиться ни один закон природы. Ни де Шанкуртуа, которому французы приписывают право на открытие периодического закона, ни Ньюлендс, которого выставляют англичане, ни Л. Мейер, которого цитировали иные как основателя периодического закона, не рисковали предугадывать свойства неоткрытых элементов, изменять «принятый атомный вес атомов» и вообще считать периодический закон новым, строго поставленным законом природы, могущим охватывать еще доселе необобщенные факты, как это сделано мною с самого начала».
В августе 1875 г. французский ученый Лекок де Буабодран путем спектрального анализа обнаружил в цинковой обманке новый элемент, названный им галлием (от старинного наименования Франции – Галлии). Это был тот неизвестный доселе химический элемент, который Дмитрий Иванович Менделеев назвал экаалюминием.
В 1884 г. шведский химик Нильсон открывает второй из предсказанных русским ученым элементов. Свойства скандия, как окрестил элемент открыватель, совпали со свойствами менделеевского экабора. Причем, оправдались даже опасения Менделеева, что его поискам станет мешать присутствие другого химического элемента – иттрия.
Д.И. Менделеев за работой
В 1886 г. немецкий ученый Винклер открыл третий недостающий элемент из периодической таблицы, указывая в своем сообщение, что открытый им германий и есть предсказанный Менделеевым экакремний.
Наступило полное торжество открытого величайшим русским гением главного закона естествознания, дававшего ключ к разгадкам строения материи.
«Периодическому закону, – указывал Дмитрий Иванович, – будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели бы затереть, особенно немцы». К слову, в 1880 г. когда шла борьба «немецкой школы» за ведущее место в русской науке, Д.И. Менделеев мог быть избран академиком в Русскую Императорскую Академию наук, однако его имя было забаллотировано некоторыми немецкими учеными, трудящимися в стенах этого заведения. Советские историки утверждают, что место академика, предназначенное Менделееву, получил «посредственный химик Бейльштейн». Однако талантливый русский ученый, химик-органик Федор Федорович Бейльштейн (1838–1906), автор многотомного справочника по органической химии, хотя и имел неоспоримо меньшие заслуги перед наукой, чем великий Менделеев, но выдвигался на место в академию наук в 1882 г.; сначала был избран на заседании физико-математического отделения, а затем после протеста А.М. Бутлерова забаллотирован. И попал в ряды ординарных академиков только в 1886 г.
Менделеев на открытке
Предвосхищая и открытие новых элементов (их и открыли несколько десятков, руководствуясь таблицей), и дальнейшее развитие естествознания, Менделеев предсказал, что атом неделим лишь химическим способом, не раз рассуждая об этом в своих научных работах. Впоследствии – с помощью закона Менделеева; исходя из теории строения атомов, созданной в 1819 году (!) русским профессором Московского университета Михаилом Григорьевичем Павловым (1793–1840), читавшем об этом на курсе физики своим студентам; и благодаря многим иным открытиям, – русскими учеными будет создана первая модель атома, представленная системой, состоящей из ядра и электронной оболочки. Эту модель построили ученые Б.Н. Чичерин и Н.А. Морозов. Так естествознание вторглось в недра атома; так появилась затем новая наука – физика атомного ядра.
Русское Императорское Техническое общество извещало Д.И. Менделеева, что в Твери снаряжается воздушный шар для наблюдения затмения и что ученый в случае желания «лично может воспользоваться поднятием шара для научных наблюдений». На фото – военный воздушный шар «Русский» под командованием опытного аэронавта поручика (впоследствии генерала) А.М. Кованько
Дмитрий Иванович Менделеев рассуждал и о возможности изменения количества энергии при разложении или образовании атомов. Указав тем самым путь к овладению атомной энергии. В этом был величайший прорыв в науке, заложенный все же не столько Менделеевым, сколько Ломоносовым. Однако, следуя гениальным мыслям и открытиям поморского самородка, Дмитрий Иванович создает свою эпоху в химической науке.
С годами труды и имя Дмитрия Ивановича Менделеева получают широкое признание: он избирается почетным членом Американской, Ирландской и Югославской академий наук; Дублинского королевского общества; действительным членом Лондонского королевского общества, Эдинбургского королевского общества; Римской, Датской, Бельгийский, Чешской, Краковской и других академий наук. Различные многочисленные зарубежные университеты – Оксфордский, Кембриджский, Пристонский, Геттингенский и другие избирали его почетным доктором. Дмитрий Иванович Менделеев также был избран почетным членом десятков иных иностранных обществ. Он читал лекции по приглашению Лондонского и других иностранных университетов; получал почетные звания, многочисленные премии и награды. Всегда и во всем подымаясь, как он сказал в своем предисловии к восьмому изданию «Основ химии», к вершинам «истин самих по себе в их абсолютной чистоте».
