Падуанский период

Переход в 1592 г. в Падуанский университет ознаменовал собой начало плодотворнейшего периода в жизни Галилея. Он вплотную подходит к изучению законов динамики, изобретает первый физический прибор для исследования тепловых процессов — термоскоп, усовершенствует подзорную трубу и первым догадывается использовать ее для астрономических наблюдений, он становится самым активным и авторитетным сторонником системы Коперника, обретая благодарность и уважение потомков и деятельную враждебность многих современников.

В динамике основным достижением Галилея было создание принципа относительности. Решительно отказавшись от ошибочных представлений Аристотеля о движении, Галилей сумел понять то, что и поныне, спустя три с половиной века, составляет фундамент теории относительности: движение (Галилей, естественно, имел в виду только процессы механического движения) относительно, т. е. нельзя говорить о движении, не уточнив, по отношению к какому «телу отсчета» оно происходит; но законы движения безотносительны и поэтому находясь в закрытой кабине (он образно писал «в закрытом помещении под палубой корабля»), нельзя никакими опытами установить, покоится ли эта кабина, или же она движется равномерно и прямолинейно («без толчков», по выражению Галилея).

Термоскоп можно считать прообразом термометра, и, чтобы подойти к его изобретению, Галилей должен был радикально переосмыслить представления перепатетиков о тепле и холоде.

Первые известия о подзорной трубе дошли до Венеции довольно быстро, и Галилей заинтересовался этим изобретением и значительно усовершенствовал прибор. И вот, 7 января 1610 г. произошло знаменательное событие: направив трубу с 30-кратным увеличением на небо, Галилей заметил возле планеты Юпитер три светлых точки; это были спутники Юпитера (позже Галилей обнаружил и четвертый). Повторяя наблюдения через определенные интервалы, он смог убедиться, что спутники обращаются вокруг Юпитера. Это было зримой наглядной моделью кеплеровской системы, убежденным сторонником которой сделали Галилея размышления и опыт.

Были и другие важные открытия, еще более подрывавшие доверие к официальной космогонии с ее догмой о неизменности мироздания: появилась новая звезда; хорошая подзорная труба позволила обнаружить фазы Венеры и убедиться, что Млечный путь состоит и огромного числа звезд. Открыв солнечные пятна и наблюдая их перемещение, Галилей совершенно правильно объяснил это вращением Солнца. Были открыты горы на Луне. Даже этот беглый перечень позволил бы причислить Галилея к величайшим астрономам, но его роль была исключительной уже по той причине, что он произвел поистине революционный переворот, положив начало инструментальной астрономии в целом. Нужно заметить, что и сам Галилей понимал важность сделанных им астрономических открытий, придав вышедшему в 1610 г. сообщению о них гордое название «Звездный вестник».

Возвращение во Флоренцию

После выхода этой книги, предваряемой посвящением новому Тосканскому герцогу Козимо II Медичи, Галилей получает от него давно желанное приглашение вернуться во Флоренцию. К тому времени слава о его трудах прокатилась по всей Италии, вызывая восхищение у одних и яростную ненависть у других. Приходится признать, последних было подавляющее большинство. Правда, до поры недобрые чувства таились. Более того, когда в 1611г. Галилей приезжает в Рим, это выглядит триумфально. Его благосклонно принимают первые лица города и церкви. Но он еще не знает, что за ним уже учреждена секретная слежка.

К 1612 г. наступление противников Галилея усиливается. В следующем году его ученик Кастелли, профессор Пизанского университета, сообщает ему, что поднят вопрос о несовместимости открытий Галилея со Священным Писанием, причем в числе обвинителей активно выступила и мать герцога Тосканского. В ответом письме Кастелли Галилей дает глубокий и развернутый ответ на все обвинения. Это, по существу, программный документ, в котором делается попытка четко разграничить сферы науки и церкви. Почти два года церковь молчит, может быть, не имея о письме точных сведений, хотя о нем многие уже знали и в Пизе, и в Риме, и во Флоренции. Когда же копия письма (к тому же с намеренными тенденциозными искажениями) направляется в инквизицию, то узнавший об этом Галилей в начале февраля 1616г. направляется в Рим в надежде отстоять свое учение.

Первый процесс

Обстоятельства и на этот раз ему благоприятствовали. Незадолго появилось сочинение одного священника, который высказывал мысли о том, что учение Коперника не противоречит религии. Рекомендательные письма герцога Тосканского убедили инквизицию, что подозрения Галилея в ереси необоснованны.

Галилею, однако, предстояла попытка решить самую трудную задачу легализовать свои научные взгляды. Он начал энергично действовать. По воспоминаниям современников, он обладал блестящим даром популяризатора и полемиста, и его многочисленные выступления имели несомненный успех. Но он, как теперь видно, переоценил силу научных доводов и недооценил силы и власти защитников идеологических догм. 5 марта 1616 г. появился декрет конгрегации, в котором говорилось, что одни

книги, в которых излагалось учение Коперника, в том числе, и его собственные труды, должны быть «временно задержаны», а другие и вовсе уничтожены. Это был удар и по Галилею, и даже стали говорить, что он был подвергнут церковному покаянию и отрекся от своего учения. Галилей, поняв, что продолжение открытой защиты его взглядов стало невозможным, вынужден, выпустив в 1623г. остро полемическую книгу «Пробирные весы», сменить тактику. Открытая защита системы Коперника под запретом, но не возбраняется использовать форму диалога- диспута. И вот, 2 августа 1632 г. во Флоренции выходит «Диалог о двух системах мира — птолемеевой и коперниковой».

Второй процесс

Выход этой книги, весть о которой быстро облетела не только Италию, но и всю научную Европу, вызвал незамедлительную реакцию инквизиции. 23 ноября 1632 г. Галилею предписано явиться в Рим. Он просит отсрочки; ему 70 лет, он болен (о чем представляет свидетельство). Его грозят доставить на суд в цепях. В феврале Галилея на носилках доставляют в Рим. До 12 апреля он живет в доме тосканского посланника, а затем его водворяют в тюрьму инквизиции. Допросы, требования отречения, угрозы пыток и, возможно, самое ужасное: грозят уничтожить все его труды. На некоторое время Галилея отпускают, он возвращается в дом посланника, но в ночь с 21 на 22 июня, накануне отречения, он опять в тюрьме. Попытки Галилея оправдываться тем, что «Диалоги» — всего лишь дискуссия, на этот раз безуспешны. Они лишь усиливают раздражение судей. 22 июня Галилея привозят в доминиканский монастырь св. Минервы и заставляют подписать отречение. Вряд ли нужно объяснять, что пятно позора легло не на Галилея, а на тех, кто его судил.

Последние годы

После процесса Галилей был объявлен «узником святой инквизиции» и местом его жительства был определен сначала Рим, а затем Арчетри (вблизи Флоренции). Однако до 1637г., когда он потерял зрение, Галилей продолжал напряженно работать и завершил подготовку книги «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению», которую он сам справедливо называл своим шедевром. В ней подводится итог всех его достижений в области механики. В этой книге, в отличие от «Диало-

гов», изложение строится так, будто полемика со сторонниками Аристотеля утратила актуальность и пора было утверждать новые научные взгляды. В книге, как и в «Диалогах», ведется рассказ о четырех «днях», или «диалогах». Начало первого из них посвящено вопросу о скорости света; хотя она так велика, что попытка определить ее на опыте не увенчалась успехом, идея метода измерения была реализована тремя веками позже. Далее обсуждается то, что теперь называют движением по инерции и вопросы о колебаниях маятников, что приводит Галилея к замечательным идеям, касающихся распространения волн вообще и акустических волн в частности. «День второй» посвящен твердости и разрушению материалов. Последующие два «дня» — вопросам динамики, в частности движению тел по наклонной плоскости. Благодаря помощи друзей Галилея его последняя книга была напечатана, и он успел еще до кончины в Арчетри 3 января 1642г. порадоваться этому.

Литература

Кузнецов Б. Г. Галилео Галилей. М., 1964.

Шмутцер Э. Ш. В. Галилео Галилей. М., 1987.

Галилей Галилео. Избранные труды. М.: Наука, 1964.

Эванджелиста ТОРРИЧЕЛЛИ1608-1647

Пожалуй, имя этого ученого начала XVII в. для многих теперь ассоциируется лишь с «торричеллиевой пустотой», хотя ему в действительности принадлежит и много иных научных заслуг.

Эванджелиста Торричелли (Torricelli) — итальянский физик и математик, с 1643г. придворный математик герцога Тосканского и профессор математики и физики Флорентийского университета, родился 15 октября 1608 г. в Фаенци. Он происходил из знатного рода и получил хорошее образование. В двадцатилетием возрасте переехал в Рим и стал учеником математика Бенедетто Кастелли (1577-1644), который прежде преподавал в Пизе, сделавшись там ревностным приверженцем, другом Галилео Галилея и активным пропагандистом его идей. Когда профессор-перипатетик Боскалья, при пылкой поддержке матери тосканского герцога, поднял вопрос о несовместимости от-

крытий и утверждений Галилея с каноническими церковными положениями, именно Кастелли имел мужество вступить в полемику.

Из всех учеников Кастелли больше всех увлекся трудами Галилея 20-летний Торричелли. Он даже продолжил исследования Галилея, предложив новые обоснования некоторых положений из появившегося в 1638г. капитального труда учителя «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению».

Незадолго до конца жизни Галилей (хотя он к тому времени полностью потерял зрение) познакомился с сочинением Торричелли и так высоко оценил их, что по предложению Кастелли пригласил Торричелли к себе в Аррачи в качестве помощника в исследованиях по механике.

Работа Торричелли под непосредственным руководством великого учителя длилась, увы, всего три месяца, до кончины Галилея. Но даже за это время было сделано немало: было написано продолжение «Бесед» (издано оно было позже).

Великий герцог Тосканский после кончины Галилея назначил Торричелли на освободившуюся должность придворного математика, на которой он и оставался до конца своей недолгой жизни.

Продолжая исследования по механике, начатые Галилеем, Торричелли, в частности, занимался проблемой скольжения тяжелых тел по наклонной плоскости и (не зная, что это уже сделал ранее сам Галилей) доказал, что скорости этих тел определяются только высотой их начального расположения. Он также уделял большое внимание изучению движения тел, брошенных под различными углами к горизонту. В труде Торричелли приводятся баллистические таблицы для читателей, не владеющих латынью. Торричелли здесь даже переходит на итальянский язык.

Однако основные научные результаты Торричелли касаются не движения твердых тел, чем занимались его предшественники, в том числе, и его главный учитель, Галилей, а жидкостей. Его нередко считают даже создателем гидродинамики. Он много занимался вопросами, касающимися вытекания струй жидкости из отверстий в стенках сосудов. Так, он установил, что эти струи имеют параболическую форму.

Не ограничиваясь качественным описанием, Торричелли стремился исследовать и количественную сторону явлений. В его труде, посвященном движению жидкостей, можно прочитать

следующие замечательные слова: «Вырывающаяся из сосуда вода имеет в точке истечения ту же скорость, которую имело бы произвольное тяжелое тело, а значит, и отдельная капля той же воды, падая свободно с верхнего уровня этой воды до уровня отверстия».

Торричелли установил, что отношения скоростей, с которыми жидкости вытекают из отверстий, расположенных на разных расстояниях от поверхности жидкости, равно отношению корней квадратных от этих расстояний. Из этого следует, что что количество жидкости, вытекающей за одинаковые времена из находящегося на горизонтальном дне сосуда отверстия, убывает в арифметической прогрессии, составленной из нечетных чисел.

Изготовив приспособление, позволяющее направлять вверх струю жидкости, вытекающей из сосуда, Торричелли убедился, что она поднимается ниже верхнего уровня жидкости в самом сосуде. Но он выдвинул и предположение, что дело здесь в сопротивлении, которое испытывает струя; легко усмотреть в этом одну из самых первых догадок, относящихся к закону сохранения энергии.

Но главной заслугой Торричелли можно признать доказательство им наличия атмосферного давления. В 1644г. он писал: «Мы погружены на дно безбрежного моря воздушной стихии, которая, как известно из неоспоримых опытов, имеет вес, причем он наибольший вблизи поверхности Земли...»

Еще Галилею было известно, что воду из колодцев можно поднимать всасывающим насосом лишь на ограниченную (около 10 м) высоту. Торричелли дал этому правильное объяснение, связав подъем воды в таком насосе с давлением атмосферного воздуха. Из этого объяснения вытекало, что если на месте воды оказывается ртуть, удельный вес которой в 14 раз больше, чем у воды, то уравновешиваемый давлением атмосферы столб ртути должен быть, соответственно, в 14 раз меньшей высоты, чем водяной,

Прямая проверка опытом, проведенного по поручению Торричелли его учеником Вивиани, подтвердила это. В 1643 г. они оба сделали следующий опыт: «Они взяли трубку в два локтя длины, наполнили ее ртутью и опрокинули в сосуд с ртутью,

закрыв предварительно открытый конец ее. Когда этот конец был открыт, то ртуть в трубке опустилась до высоты И1^ локтя, оставаясь потом на этом уровне». Фактически, это было изобретением ртутного барометра.

Образовавшаяся при этом над ртутью пустота была названа впоследствии «торричеллиевой».

Этим опытом, кроме всего прочего, было опровергнуто удерживавшееся многие годы утверждение о том, что «природа боится пустоты».

Торричелли, поняв существование атмосферного давления и открыв при помощи изобретенного им прибора, что оно подвержено изменениям, пошел еще дальше, предсказав, что это давление должно изменяться и в зависимости от высоты: что вскоре было подтверждено прямыми наблюдениями в горах. Торричелли даже понял, что ветер над Землей вызывается тем, что в разных местах атмосферное давление может быть (хотя бы из- за разницы температур) различным.

Открытия Торричелли вызвали в ученом мире огромный интерес. Может быть, на этом фоне менее ярко выглядели другие его достижения. Но и о них нельзя не упомянуть. Так, он был не только прославленным ученым, но и одним из лучших мастеров по изготовлению линз для оптических инструментов.

Хотя Торричелли не дожил и до 40 лет, у него было много учеников, он был широко известен не только в Италии, но и далеко за ее пределами.

Литература

1. Льоцци М. История физики. М.: Мир, 1970.

Роберт БОЙЛЬ1627-1691

Тот факт, что между объемом газа, его давлением и другими «параметрами», как их принято называть, имеется определенная зависимость, может казаться теперь вполне очевидным. Но это отнюдь не выглядело очевидным во времена Роберта Бойля, когда даже понятия «газ», «давление» и т.д. не обрели еще такой ясности, которая позволила бы четко поставить вопрос о том, что мы называем теперь «уравнением состояния», т.е. записанном в математической форме соотношении между величинами, относящимися к состоянию вещества. Бойль был первым, кто сумел сделать шаг в этом направлении.

Роберт Бойль (Boyle) — английский физик, химик и философ, член Лондонского Королевского общества с 1663г., родился в конце января 1627г. в старинной ирландской аристократической семье Ричарда Бойля, графа Корка.

Первые годы жизни ребенка были не слишком счастливыми. Трех лет он потерял мать, был хилым и болезненным. По существовавшей тогда в аристократических семьях традиции, когда Роберту исполнилось 8 лет, его отдали в Итонский колледж, одно из престижных закрытых учебных заведений Англии. Через три года отец забрал его оттуда, чтобы направить для продолжения учебы в Европу, в Швейцарию. В Женеве Роберт в течении двух лет изучал математику, философию и юриспруденцию. Потом он предпринял длительное путешествие по Европе, в частности по Италии, где с увлечением знакомился с произведениями искусства.

В 17 лет Бойль возвращается в Англию. Потеряв к этому времени и отца и став круглым сиротой, он поселяется у своей сестры, но скоро переезжает в унаследованное им поместье Стальбридж в графстве Дортсетшир. Там он прожил 8 лет и, по-видимому, там он и начал заниматься экспериментированием, хотя ни одной работы за эти годы он не опубликовал.

В 1654г. начинается новый период в жизни Бойля. Он переезжает в Оксфорд, один из признанных центров тогдашней науки. Будучи состоятельным человеком, Бойль оборудует лабораторию и вместе со своим ассистентом, юным Робертом Гуком (1635-1703), будущим прославленным ученым и членом Королевского общества, приступает в 1655г. к опытам. До 1668 г. Бойль остается директором и научным руководителем этой лаборатории. Появившаяся в 1660 г. книга, итог этой работы, сразу стала классической. В ней описывался воздушный насос, изобретенный Бойлем и позволивший провести многочисленные эксперименты, и один из основных результатов, вошедший в физику под названием закона Бойля — вывод о том, что давление постоянной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально занимаемому им объему. Этот закон известен также как «закон Бойля-Мариотта», но Эдм Мариотт (1620-1684), член Парижской академии наук, установил его лишь в 1676 г., а опубликовал — в 1679.

Теперь мы понимаем, что этот закон верен лишь приближенно. Но чтобы пришло такое понимание, потребовалось около двухсот лет. Теперь в школах на уроках физики, когда проходят закон Бойля-Мариотта, учитель объясняет, что он относится к «идеальным» газам, а к реальным газам применим лишь приближенно.

Здесь уместно некоторое отступление.

Часто говорят, что физика — одна из основных наук о природе. Иногда уточняют: о неживой природе. Но это уточнение принимается не всеми — ведь природа едина и ее законы универсальны и всеобъемлющи. Но есть важное отличие методов исследования физика и биолога: первый часто пользуется моделями. Эти модели должны быть достаточно упрощенными по сравнению с реальными объектами, чтобы обеспечивать возможность количественного исследования, но, разумеется, они должны отражать то, что наиболее существенно в этих объектах. Несколько упрощая, можно сказать, что физики научились создавать «работоспособные» модели неживой материи. Биология имеет дело с более сложными объектами, так что и процесс эффективного моделирования здесь неизмеримо сложнее.

Модель идеального газа — одна из самых ранних и простых в физике. Теперь, когда известна молекулярная структура материи, нетрудно понять, что модель идеального газа применима при не слишком больших давлениях, когда расстояния между молекулами значительно больше их размеров, и когда энергия теплового движения молекул значительно превосходит энергию их взаимодействия. Поэтому, например, даже в недрах звезд, где плазма сильно сжата, из-за того что температуры весьма велики, она ведет себя как идеальный газ.

Бойль был далек от понимания всех этих положений, но у него был великий учитель — опыт, который и привел Бойля к созданию и количественному описанию первой из идеализированных моделей вещества — модели идеального газа.

После 1660г. интересы Бойля все больше перемещаются в сторону химии. В 1661г. выходит его книга «Химик-скептик», в которой вновь лейт-мотивом является идея о необходимости экспериментального подхода и высказываются оригинальные соображения о том, что следует понимать под «элементами» в химии.

В 1665г. Бойль избирается почетным доктором физики Оксфордского университета, а через три года — членом Королевского общества.

Еще в Оксфорде Бойль много внимания уделял организации «Философской коллегии», где происходило общение ученых, где они делали доклады и обсуждали их. В Лондоне он принимал активное участие в использовании опыта работы этой коллегии в Королевском обществе и даже в 1680 г. был избран его президентом, но отказался от этой чести.

До конца жизни в январе 1692 г. Бойль много и плодотворно трудился. Он доказал, например, что масса материалов увеличиваются при их прокаливании, что при дыхании и горении расходуется только часть воздуха. Бойль опубликовал результаты своих трудов более чем в двух десятках книг во многих статьях. Его работы получили известность в научных центрах Европы.

Литература

1. Крицман В. А. Роберт Бойль, Джон Дальтон, Амедео Авогадро. М.: Просвещение, 1978.

Христиан ГЮЙГЕНС1629-1695

Оптика — один из разделов физики, возникновение и начало развития которого относится еще ко временам античности. Правда, высказывания древних о природе света были обычно, если не фантастичны, то наивны. Но к началу XVII в., когда оптические инструменты уже получили широкое распространение, вопрос о том, что такое свет, снова занял в физике важное место.

Здесь напрашивались два варианта ответа, подсказываемые аналогиями. Либо из светящегося тела вылетают какие-то световые частицы — это корпускулярный вариант, на котором остановил свой выбор Исаак Ньютон, либо нечто подобное испусканию звука, когда от источника, в котором происходят колебания, в некоторой окружающей его среде расходятся волны. По этому пути пошел нидерландский физик, механик и астроном Христиан Гюйгенс, который вошел в историю физики, главным образом, как один из основоположников волновой оптики.

Предки Христиана Гюйгенса (Huygens) занимали в истории его страны видное место. Отец, Константин Гюйгенс (1596— 1687), в доме которого 14 апреля 1629 г. родился будущий знаменитый ученый, был широко образованным человеком, знал языки, увлекался музыкой; после 1630г. он стал советником Вильгельма II (а впоследствии и Вильгельма III). Король Яков I возвел его в сан рыцаря, а Людовик XIII пожаловал орденом Св. Михаила. Его дети — четыре сына (Христиан был вторым) и одна дочь также оставили добрый след в истории.

Одаренность Христиана проявилась уже в раннем возрасте. В 8 лет он изучил латынь и арифметику, учился пению, в 10 — познакомился с географией и астрономией. В 1641 г. его воспитатель писал отцу ребенка: «Я вижу и почти завидую замечательной памяти Христиана», а двумя годами позже: «Я признаюсь, что Христиана нужно назвать чудом среди мальчиков».

А мальчик в это время, изучив греческий, французский и итальянский языки и освоив игру на клавесине, увлекся механикой. Но не только этим: он охотно занимается и плаванием, танцами и верховой ездой.

Шестнадцати лет Христиан вместе со старшим братом Константином поступает в Лейденский университет для подготовки по праву и по математике (последнее — охотнее и успешнее; одну из его работ преподаватель решает переслать знаменитому Декарту). Через два года старший брат начинает работать у принца Фредерика-Генрика, а Христиан с младшим братом переезжает в Бреду, в «Оранскую колегию». Отец готовил и Христиана к государственной службе, но у того были другие устремления, В 1650 г. он возвращается а Гаагу, где его научной деятельности мешали только преследовавшие его некоторое время головные боли.

Круг научных интересов Гюйгенса продолжал расширяться. Он увлекается трудами Архимеда по механике и Декарта (а позже — Ньютона и Гука) по оптике, но не перестает заниматься математикой. В механике главные его исследования относятся к теории удара и к проблеме конструирования часов, имевшей в то время исключительно важное прикладное значение и занимавшей всегда в работе Гюйгенса одно из центральных мест.

Первые его достижения в оптике также можно назвать прикладными. Вместе с братом Константином он занимается усовершенствованием оптических инструментов и достигает в этой области значительных успехов (эта деятельность не прекраща-

ется много лет; в 1962 г. он изобретает трехлинзовый окуляр, носящий поныне его имя. Занимаясь усовершенствованием телескопов, Гюйгенс, однако, в «Диоптрике» написал: «...человек, который бы смог изобрести подзорную трубу, основываясь лишь на теории, без вмешательства случая, должен был бы обладать сверхчеловеческим умом»).

Новые инструменты позволяют делать важные наблюдения: 25 марта 1655г. Гюйгенс открывает Титан — самый большой спутник Сатурна (кольцами которого он интересовался давно).

В 1657г. появляется еще один труд Гюйгенса «О расчетах при игре в кости» — одна из первых работ по теории вероятностей. Еще одно сочинение «Об ударе тел» он пишет для своего брата. Вообще 50-е годы VII в. были временем наибольшей активности Гюйгенса. Он приобретает известность в научном мире. В 1665г. он избирается членом Парижской академии наук.

Гюйгенс с неослабевающим интересом изучал оптические труды Ньютона, но не принял его корпускулярную теорию света. Гораздо ближе ему были взгляды Роберта Гука (1635-1703) и Франческо Гримальди (1618-1663), считавших, что свет имеет волновую природу.

Но представление о свете-волне сразу же порождало множество вопросов: как объяснить прямолинейное распространение света, его отражение и преломление?

Ньютон давал на них убедительные, казалось бы, ответы.

Прямолинейность — это проявление первого закона динамики: световые корпускулы движутся равномерно и прямолинейно, если на них не подействуют какие-то силы. Отражение тоже объяснялось как упругое отскакивание корпускул от поверхностей тел. Несколько сложнее дело обстояло с преломлением, но и здесь Ньютон предложил объяснение. Он считал, что когда световая корпускула подлетает к границе тела, на нее начинает действовать сила притяжения со стороны вещества, сообщающая корпускуле ускорение. Это приводит к изменению направления скорости корпускулы (преломление) и ее величины; следовательно, по Ньютону, скорость света в стекле, к примеру, больше, чем в вакууме. Этот вывод важен хотя бы уже тем, что он допускает экспериментальную проверку (позже опыт опроверг мнение Ньютона).

Гюйгенс, как и упоминавшиеся выше его предшественники, считал, что все пространство заполнено особой средой — эфиром — и что свет — это волны в этом эфире. Пользуясь аналогией с

волнами на поверхности воды, Гюйгенс пришел к такой картине: когда фронт (т.е. передний край) волны доходит до некоторой точки, т.е. колебания достигают этой точки, эти колебания становятся центрами расходящихся во все стороны новых волн, и движение огибающей всех этих волн и дает картину распространения фронта волны, а перпендикулярное к этому фронту направление и есть направление распространения волны. Так, если фронт волны в пустоте в какой-то момент плоский, то он остается плоским всегда, что и соответствует прямолинейному распространению света. Если же фронт световой волны достигает границы среды, то каждая точка на этой границе становится центром новой сферической волны и, построив огибающие этих волн в пространстве как над, так и под границей, нетрудно объяснить как закон отражения, так и закон преломления (но при этом приходится принять, что скорость света в среде в п раз меньше, чем в вакууме, где п — это тот самый показатель преломления среды, который входит в недавно открытый Декартом (1596-1650) и Снеллиусом (1580-1626) закон преломления.

Из принципа Гюйгенса вытекает, что свет, как и любая волна, может и огибать препятствия. Это представляющее принципиальный интерес явление действительно существует, но Гюйгенс счел, что «боковые волночки», возникающие при таком огибании, не заслуживают большого внимания.

Представления Гюйгенеса о свете были далеки от современных. Так, он считал, что световые волны — продольные, т.е. что направления колебаний совпадают с направлением распространения волны. Это может показаться тем более странным, что сам Гюйгенс, по-видимому, уже имел представление о явлении поляризации, которое можно понять только рассматривая поперечные волны. Но не это главное. Принцип Гюйгенса оказал решающее влияние на наши представления не только об оптике, но и о физике любых колебаний и волн, занимающей теперь одно из центральных мест в нашей науке.

Литература

Веселовский И. Н. Христиан Гюйгенс. М.: ГУ-ПИ Мин. Прос. РСФСР, 1959.

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. Т. 1. М.: Наука, 1974.

Льоцци М. История физики. Гл. 6. М.: Мир, 1970.

Роберт ГУК1635-1703

Роберт Гук (Нооке) — английский физик, астроном, ботаник, архитектор и изобретатель, один из ярчайших представителей науки XVII в., один из создателей и деятельный член Лондонского Королевского общества, его секретарь в 1677-1683 гг., профессор Лондонского университета — родился 18 июля 1635 г. на острове Уайт в проливе Ла-Манш в семье настоятеля церкви Всех Святых. Ребенок был тщедушным и хилым, но, вопреки опасениям близких, он выжил.

Потеряв в 1648г. отца, Роберт был определен учеником художника Питера Лели и переехал в Лондон. Гук впоследствии отзывался о времени обучения довольно неодобрительно (он не любил запах красок и, кроме того, считал, что глупо платить за обучение тому, чему можешь научиться и сам). Однако в дальнейшем, когда он иллюстрировал свои труды, плоды учебы очень пригодились.

Четырнадцати лет Гук поступил в Вестминстерскую школу Башби, где проучился до 1653г. Он оказался блестящим учеником. Рассказывают, что он за неделю проработал шесть книг геометрии Евклида. В школе Гук изучил латинский — язык научного общения того времени, а также греческий и древнееврейский и даже научился играть на органе.

Важным событием в жизни Гука был переезд в Оксфорд, где он стал студентом и хористом в церкви Христа, а через год — ассистентом, а потом и ближайшим сотрудником Роберта Бойля (1627-1691). В это же время Гук знакомится с участниками Оксфордского «Невидимого коллекджа» — это было первым опытом научно-организационного общения, которому суждено было в дальнейшем занять важное место в его жизни.

Конец 50-х и начало 60-х годов принесли Гуку первые значительные успехи. Он изобрел весьма удачный воздушный насос, опубликовал трактат о капиллярных движениях жидкостей и придумал пружинный привод механизма карманных часов; впоследствии это породило спор о приоритете с Гюйгенсом (16291695). В 1662г. Оксфордский университет присвоил Гуку степень магистра искусств, и он был назначен куратором экспериментов Королевского общества.

Это общество (английский аналог академии наук) тогда еще только формировалось. В 1663г. Гук составил устав Королевского общества, 3 июня был избран его членом, а впоследствии (1677) — секретарем. В 1664г. на Англию обрушилось бедствие — чума. Многие поспешили уехать из Лондона. Гук остался. Незадолго перед этим он стал профессором Грешемовского колледжа и получил квартиру в его здании, а январе 1665г. был пожизненно избран куратором экспериментов Королевского общества.

Должность куратора была почетной, но далеко не простой. Нужно было готовить и демонстрировать новые эксперименты. Куратор не только не получал вознаграждения, но должен был нести определенные затраты. Хотя Гук вовсе не был богат, он охотно выполнял эту работу, которая, помимо всего прочего, помогала его собственным исследованиям, а также создавала ему авторитет почетного и полезного клиента-консультанта у мастеров, изготовлявших приборы и инструменты. Вот как писали о его работе в «Истории Королевского общества»: «Гук произвел перед Обществом удивительное разнообразие экспериментов, например относительно действия вакуума, о силе артиллерийско-

го пороха, о термическом расширении стекла. Между прочими вещами он показал первый действительный микроскоп и множество открытий, сделанных с его помощью, первую ирисную дифрагму и целый ряд новых метеорологических приборов».

Не нужно думать, что деятельность Королевского общества встречала всеобщее одобрение. Даже великий Джонатан Свифт в «Путешествии Гулливера» довольно ядовито высмеивал академиков.

В 1665 г. вышел из печати капитальный труд Гука «Микрография». Это было не только изложением результатов принципиально нового применения микроскопа как исследовательского инструмента. Книга гораздо шире и глубже. В ней описано 57 «микроскопических» и 3 «телескопических» эксперимента. Гук исследует растения, насекомых и животных и делает важнейшие открытия, касающиеся не только отдельных органов, но и клеточного строения тканей. Рассматривая окаменелости, Гук фактически выступил как основатель палеонтологии.

Гук снабдил книгу превосходными, выполненными им и представляющими самостоятельный и научный, и даже художественный интерес гравюрами. Автор «Микрографии» выдвигает оригинальные идеи, касающиеся света, тяготения и строения материи. Он постоянно изобретает. Так, он придумывает вычислительную машину, которая позволяет выполнять любые арифметические действия, усовершенствует прибор для исследования магнитного поля Земли.

Блестяще талантливый, Гук не был легким в общении человеком. Нередко он вступает в дискуссии с другими учеными. Так, в 1674г. он спорит с Гевелиусом (1611-1687), отстаивая идею использования телескопов в угломерных инструментах. Порой, приходится признать, дискуссии бывают слишком резкими, особенно когда дело касается вопросов приоритета.

Из работ второй половины 70-х годов особо можно выделить исследования по теории упругости, основным результатом которых явился знаменитый закон Гука. Если, например, рассматривается удлинение проволоки под воздействием определенной силы, то этот закон формулируется так: относительное удлинение (т.е. увеличение длины, отнесенное к первоначальной длине), пропорционально величине этой силы, обратно пропорционально сечению проволоки и зависит от того, из какого материала она изготовлена. Гук даже понял, что такой закон справедлив только в случае малых деформаций.

В 1672г. членом Лондонского Королевского общества был избран Исаак Ньютон (1643-1727), но вовсе не как величайший из физиков-теоретиков, а как создатель удачного зеркального телескопа (Гук, заметим, также изготовил телескоп-рефлектор). В течение многих лет отношения между Ньютоном и Гуком почти постоянно оставались напряженными. Иногда расхождения касались частных вопросов. Так, в 1679 г. возник спор «о фигуре кривой, которую будет описывать падающее тело». Но чаще они затрагивали фундаментальные проблемы.

Из них особо резкими были те, что касались представлений о физической природе света. Ньютон выдвинул и отстаивал теорию, согласно которой свет представляет собой поток особых частичек — световых корпускул. Гук же полагал, что свет состоит из очень быстрых и коротких вибрационных движений некоторой прозрачной среды, через которую он проходит. Таким образом, уже здесь возникла дискуссия между сторонниками корпускулярного и волнового механизмов. Со временем этот спор достиг такого накала, что Ньютон принял твердое решение: пока жив Гук, не публиковать никаких работ по оптике.

Тяжело переживали обе стороны разгоревшийся в 1686 г. спор о приоритете в вопросе о законе всемирного тяготения. По- вид имому, Гук действительно сам понял, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами, и он обвинил автора знаменитых «Начал» в плагиате. Он написал в Королевское общество, что давно знал о притяжении между телами, но загруженность другими работами не позволила ему заняться этой проблемой обстоятельнее. Впрочем, многие исследователи считают, что даже если Гук и знал «закон обратных квадратов», лишь Ньютон не только правильно определил закон взаимодействия, но, сформулировав основные законы механики, объяснил на их основе движения планет, приливы и отливы океана и вообще открыл новую страницу в книге науки.

Что же касается Гука, то он действительно не только постоянно интересовался проблемой тяготения, но и провел начиная с 1671г. серию опытов по его изучению, несмотря на огромную перегруженность работой. Ведь ему приходилось заниматься и не одними научными проблемами.

В 1665г. в страшном пожаре выгорела значительная часть Лондона. Восстановительными работами после пожара руководил выдающийся английский архитектор Кристофер Рен (16321723), ближайшим помощником и другом которого был Гук. На-

пряженнейшая работа (спать удавалось не более трех-четырех часов в сутки) растянулась на четыре года, и можно лишь поражаться, как Гуку удавалось совмещать ее с научными и другими трудами. Правда, эта работа несколько улучшила материальное положение Гука, но за это приходилось платить здоровьем, и без того не блестящим.

Постепенно слабея, Гук не только продолжал работу, но и включал в нее все новые области. Он заинтересовался устройством мускулов и начал придумывать их механические модели, получил степень доктора медицины, занялся изучением янтаря и читал об этом лекции, прочитал также лекцию о причинах землетрясений. Последним изобретением больного и почти ослепшего Гука был морской барометр. Об этом изобретении в феврале 1701г. на заседании Королевского общества доложил Эдмонд Галлей (1656-1742), который уже четверть века назад вошел в круг близких друзей ученого.

Роберт Гук, один из самых разносторонне одаренных людей своего времени, скончался в своей квартире в Лондоне в Греше- мовском колледже 3 марта 1703 г.

Литература

Боголюбов А.Н. Роберт Гук. М.: Наука, 1984.

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. Т. 1. М.: Наука, 1974.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Кудрявцев П. С. История физики. Т. 1, гл. 8. М.: Учпедгиз, 1948. 5. Льоцци М. История физики. Гл. 6. М.: Мир, 1970.

Исаак НЬЮТОН

1643-1727

Лсаак Ньютон — один из основоположников современной физики, сформулировавший основные законы механики и создавший единую физическую программу описания всех физических явлений на ее базе, определившую все развитие физики более чем на два столетия, открывший закон всемирного тяготения, объяснивший движение планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а также приливы в океанах, заложивший основание механики сплошных сред, акустики и физической оптики, — один из величайших ученых всех времен.

Исаак Ньютон (Newton) появился на свет 14 января 1643 г. в деревушке Вулстроп в семье мелкого фермера, умершего до рождения сына. Младенец был недоношенным; бытует легенда, что он был так мал, что его поместили в овчинную рукавицу, лежавшую на лавке, из которой он однажды выпал и сильно ударился головкой об пол.

Когда ребенку исполнилось три года, его мать вторично вышла замуж и уехала, оставив его на попечение бабушки. Ньютон рос болезненным и необщительным, склонным к мечтательности ребенком. Его привлекала поэзия и живопись, вдали от сверстников он мастерил бумажных змеев, изобрел ветряную мельницу, водяные часы, педальную повозку. Начало школьной жизни было трудным. Учился он плохо, был слабым мальчиком, и однажды одноклассники избили его до потери сознания. Переносить унизительное положение было для самолюбивого Ньютона невыносимо, и оставалось одно: выделиться успехами в учебе. Упорной работой он добился того, что занял первое место в классе.

Интерес к технике заставил Ньютона задуматься над явлениями природы; он углубленно занимался и математикой. Об этом позже написал Жан Батист Био (1774-1862). «Один из его дядей, найдя его однажды под изгородью с книгой в руках, погруженного в глубокое размышление, взял у него книгу и нашел, что он был занят решением математической задачи. Пораженный таким серьезным и деятельным направлением столь молодого человека, он уговорил его мать не противиться далее желанию сына и послать его < ... > для продолжения занятий».

После серьезной подготовки Ньютон в 1660 г. поступил в Кембридж в качестве Subsizzfr’a (так назывались неимущие студенты, которые обязаны были также прислуживать членам колледжа), что не могло не тяготить его.

За шесть лет Ньютоном были пройдены все степени колледжа и, как это ни поразительно, заложены основы всех его дальнейших великих открытий.

О том, какими исключительными математическими способностями он обладал, можно судить хотя бы из сказанных им много лет спустя слов, что геометрию Евклида он воспринял как нечто почти очевидное и само собой разумеющееся.

В 1665 г. Ньютон стал магистром искусств.

В 1665 г., когда в Англии свирепствовала эпидемия чумы, он решил временно поселиться в Вулстропе. Именно там он начал активно заниматься оптикой; поиски способов устранения хроматической аберрации в линзовых телескопах привели Ньютона к исследованиям того,что теперь называется дисперсией, т.е. зависимости показателя преломления от частоты. Многие из проведенных им экспериментов (а их насчитывается более тысячи) стали классическими и повторяются и сегодня в школах и институтах.

Много времени Ньютон уделял и химическим опытам, в частности, когда он экспериментировал со сплавами для зеркала телескопа-рефлектора.

После поразивших воображение современников открытий Галилея, первым применившего в астрономических наблюдениях зрительную трубу, техника шлифовки линз и всего, что могло бы усовершенствовать телескопы, начало бурно развиваться. В поисках путей улучшения изображений создавались телескопы очень большой длины, испробывались линзы различной формы и системы линз из различных стекол, но радикальных успехов это не приносило.

Ньютон раньше других пришел к выводу, что помимо сферической аберрации, т.е. дефектов изображений, вызываемой сферической формой поверхностей линз, большое влияние имеет и хроматическая аберрация, т.е. различие в преломлении лучей разного цвета. При помощи опытов со стеклянными призмами Ньютон утвердился в уже высказывавшемся ранее мнении, что лучи света различного цвета преломляются по-разному, что и порождает неустранимые никаким изменением формы линз дефекты изображения.

Поняв это, Ньютон первым решил, что устранить хроматическую аберрацию можно, заменив фокусирующую линзу в телескопе фокусирующим зеркалом. Придя к такому решению, он сам приступил к изготовлению телескопа-рефлектора. Работа была не из простых. Ньютон долго искал состав металла для зеркала и способ его шлифовки. Этот телескоп был длиной всего в 15 см, но он позволял разглядеть спутники Юпитера. Телескоп был осмотрен королем Карлом II и членами недавно учрежденного (1662) Королевского общества, — ив 1671г. Ньютон был избран его членом. Вся дальнейшая научная жизнь Ньютона связана с этим Обществом, президентом которого ему суждено было стать 30 ноября 1703 г.

Через 9 лет после первого телескопа Ньютон изготовил и второй, большего размера и дававший изображение лучшего качества. Теперь этот прибор хранится в музее Королевского общества.

Лейт-мотивом всех оптических исследований Ньютона было стремление понять физическую природу света. Сначала Ньютон склонялся к мысли, что свет — это волны во всепроникающем

эфире, но позже он отказался от этой идеи, решив, что сопротивление со стороны эфира должно было бы заметным образом тормозить движение небесных тел. Эти доводы привели Ньютона к представлению, что свет — это поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока они не встретят препятствия.

Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения (упругое отражение) и, правда не без дополнительного предположения, закон преломления. Это предположение заключалось в том, что световые корпускулы, подлетая к поверхности воды, например, должны притягиваться ею и потому испытывать ускорение. По теории скорость света в воде должна быть больше, чем в воздухе (что вступило в противоречие с более поздними экспериментальными данными и явилось впоследствии одним из основных аргументов против корпускулярной концепции Ньютона).

Особое место в исследованиях Ньютона по оптике занимает вопрос о цвете. Здесь пестрота мнений была особенно впечатляющей. Тогда (и даже позже) удерживалось мнение Аристотеля, что различие цветов определяются тем, что «свет и темнота» смешиваются в различных пропорциях.

Ньютон при помощи неотразимо убедительных опытов доказал, что цвет — свойство самого света, а не сред. Этот вклад Ньютона в физическую оптику можно отнести к числу важнейших, но он был далеко не единственным и даже не главным.

Основной оставалась проблема: что представляет собой свет, какова его физическая природа?

Широко распространенное представление о Ньютоне как авторе и неколебимом стороннике представления о свете как о потоке корпускул являются неоправданно упрощенным. Ньютону были известны и те явления, которые мы и теперь продолжаем считать проявлениями волновых свойств света — цвета тонких пленок (в их числе даже носящие красноречивое название «кольца» Ньютона), дифракция, т.е. огибание светом границ непрозрачных тел и др.; он привлекал для объяснения этих фактов представления о некой среде, в которой световые корпускулы могут вызывать волновые движения.

В длительной и мучительной полемике с его самым непримиримым оппонентом Робертом Гуком, отстаивавшим волновую концепцию, Ньютон высказывал глубокие и, возможно, не до конца оцененные и поныне доводы.

Накал полемики, нужно заметить, был таков, что на каком- то этапе Ньютон решил отказаться от публикаций своих работ и даже хотел выйти из членов Общества; и он, и Гук были исключительно яркими личностями, но абсолютными антиподами: обстоятельнейший и даже порой медливший с опубликованием своих идей и открытий Ньютон и Гук, всегда торопившийся открывать и заявлять о своих открытиях, были несовместимы.

Действительно, как писал в превосходной книге о Ньютоне наш выдающийся оптик С. И. Вавилов, «.. .нельзя не удивляться широте и гениальной прозорливости Ньютона, интуитивно угадавшего в XVII в. двустороннесть световых явлений». В этой книге приведены и слова секретаря (в 1685-1689 гг.), земляка и однофамильца Ньютона Гемфри Ньютона, являющиеся одним из немногочисленных документальных свидетельств о великом ученом.

«В то время он писал свои «Principia», по его распоряжению я переписывал это великолепное произведение, прежде чем послать в печать. < ... > Сэр Исаак был в это время очень любезным, очень скромным и, по-видимому, никогда не впадал в раздражение; за исключением одного случая я никогда не видел, чтобы он смеялся. < ... > Он постоянно был занят работой, редко ходил к кому-нибудь или принимал у себя гостей, за исключением двух-трех друзей — д-ра Эллиса, м-ра Лотона и химика м-ра Вигани. Он не позволял себе никакого отдыха и передышки, не ездил верхом, не гулял, не играл в кегли, не занимался спортом; он считал потерянным всякий час, не посвященный занятиям. Редко уходил он из своей комнаты, за исключением только тех случаев, когда ему надо было читать лекции как Лукасовскому профессору. Лекции мало кто посещал и еще того меньше понимал. Часто приходилось читать перед пустыми стенами. Посторонних он принимал с простотой и почтением; если его приглашали на ужин или обед, что случалось очень редко, он с удовольствием устраивал ответное угощение. Занятиями увлекался он настолько, что часто забывал обедать. Нередко, заходя в его комнату, я находил обед нетронутым на столе, и только по моему напоминанию он, стоя, что-нибудь съедал. Я никогда не видел, чтобы он садился за обед сам, без напоминания. В тех редких случаях, когда он принимал гостей, присутствовало главным образом начальство колледжа. Раньше двух-трех часов он редко ложился спать, а в некоторых случаях засыпал только в пять, шесть часов утра. Спал он всего четыре или пять часов,

особенно осенью и весной, когда в его химической лаборатории ни днем ни ночью почти не прекращался огонь. < ... > У Ньютона в это время не было ни учеников, ни товарищей по комнате, которые помогали бы ему в работе. Только один раз за все время он был болен и пролежал несколько дней в постели; страдания он выносил с большим терпением, совершенно безразлично относясь к жизни и смерти.»

На формирование корпускулярных представлений Ньютона о свете явным образом повлияло, что в то время он уже в основном завершил работу, которой суждено было стать основным итогом его трудов — создание основанной на сформулированных им законах механики единой физической картины Мира.

В основе этой картины лежало представление о материальных точках — физически бесконечно малых частицах материи и о законах, управляющих их движением. Термин «физически бесконечно малые» означает, что размеры этих частиц значительно меньше типичных масштабов длины в рассматриваемой системе; так, размеры планет значительно меньше радиусов их орбит, что позволило Ньютону рассматривать планеты как материальные точки, движущиеся вокруг Солнца.

Это был дерзостный шаг: Ньютон декларировал, что механика едина, что нет разницы между «земной» и «небесной» механикой и, более того, именно описание движения Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца явилось пробным камнем для механики в целом.

Проникнувшись идеей об относительности движения, Ньютон предельно четко сформулировал свои представления о пространстве и времени. Пространство выступало как бесстрастный фон, как некая абсолютная координатная сетка, по отношению к которой происходят движения материальных точек и на которую материя не оказывает никакого влияния.

Те системы отсчета, в которых не испытывающие воздействия частицы движутся без ускорения, называются «инерциальными»; первый закон (первая «аксиома») механики Ньютона как раз и устанавливает это. Время также «абсолютно»: есть как бы мировые часы, отсчитывающие мгновения для всей Вселенной, и на их ход ничто не влияет.

Первый из законов Ньютона был фактически определением инерциальных систем отсчета: именно в таких системах не испытывающие никаких воздействий материальные точки движутся равномерно и прямолинейно.

К открытию этого закона за сто лет до Ньютона близко подошел уже Галилей, первым понявший, что вопреки господствовавшему столетия мнению Аристотеля, для того чтобы тело двигалось с постоянной скоростью, вовсе не нужно его все время подталкивать. Но если у Галилея положение о движении по инерции выглядело как качественное, то Ньютон понял необходимость строгого математического количественного описания.

Второй закон механики играет центральную роль. Он гласит, что изменение за единицу времени количества движения (произведения массы на скорость) равно силе, действующей на материальную точку. Масса каждой из этих точек является неизменной величиной; вообще все эти точки «не истираются», по выражению Ньютона, каждая из них вечна, т.е. не может ни возникать, ни уничтожаться.

Материальные точки взаимодействуют, и количественной мерой воздействия на каждую из них является сила. Задача выяснения того, каковы типы сил имеющихся в природе, от каких физических величин они зависят, является корневой проблемой механики.

Если закон взаимодействия, т.е. вид сил известен, то, опираясь на сформулированные математически законы механики, можно, зная их начальные положения и скорости, рассчитать, каким будет движение точек.

Применив (впервые не только в физике, но и в истории науки вообще!) такой метод количественного описания, Ньютон объяснил движение планет вокруг Солнца, Луны вокруг Земли, движения комет и даже приливы в океанах. Это был принципиально важный шаг не только в небесной механике, но фактически и в механике в целом, да и в естествознании вообще.

Далеко не очевидно, что даже если точно известны действующие на материальную точку силы, для исчерпывающего предсказания ее движения достаточно указать всего лишь две величины — ее положение (координаты, если пользоваться языком математики) и скорость в какой-то момент времени, по традиции именуемый начальным. Если бы двух этих величин было недостаточно, для предсказания движения материальной точки потребовалось бы детальное знание всей ее предыстории.

Когда речь идет о механике Ньютона, неизбежен и общефилософский вывод, о котором говорят как о «лапласовском детерминизме». Действительно, пусть мы из-за ограниченности наших возможностей не можем знать мгновенных значений

координат и скоростей всех материальных точек Вселенной; но если допустить, что существует некий абсолютный всеобъемлющий Разум, которому доступно полное и точное знание, то законы механики должны однозначно определить всю дальнейшую картину движения этих точек, а значит, и все, что произойдет в будущем во Вселенной. Полная предопределенность, неизбежный фатализм.

Пока механика считалась универсальным и точным инструментом описания всех явлений в природе, этому выводу противопоставить было нечего, разве что невразумительные доводы о вечной и неустранимой неполноте наших знаний («нельзя объять необъятное»). Положение изменилось только с появлением квантовой теории, когда выяснилось, что классическая механика имеет определенные границы применимости, что есть более фундаментальные, более общие законы природы, и они имеют не детерминистический, однозначно предсказывающий эволюцию объектов, а статистический, т. е. вероятностный характер и что одновременного точного значения всех координат и скоростей частиц, из которых построена вся материя, не существует, так что задавать их принципиально невозможно (да и само представление о том, что такое «частица» претерпело радикальные изменения).

Но все это пришло спустя два столетия безраздельного и триумфального господства механики Ньютона, «классической механики», как ее часто называют (противопоставляя ее квантовой механике).

Наконец, напомним еще и третий закон — закон «равенства действия и противодействия», который объяснял, почему полный импульс любого тела, не испытывающего внешних воздействий, остается неизменным, как бы ни взаимодействовали между собой его составные части.

Поставив проблему изучения различных сил, Ньютон сам же дал первый блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой.

Ньютон пришел к закону всемирного тяготения еще в начале научной деятельности, когда ему исполнилось всего 23 года, но публикация этого великого открытия произошла лишь через

полтора десятка лет. Общеизвестны знаменитые слова Ньютона: «Причину этих свойств силы я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю». В то же время заведомо неправы те, кто приписывает Ньютону мнение, что вообще незачем пытаться искать физический механизм тяготения.

Закон всемирного тяготения и законы механики — созданный Ньютоном теоретический аппарат описания движений позволил ему решить ряд важнейших задач, в первую очередь, дать количественное объяснение открытых Кеплером законов движению планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, понять движение комет и природу морских приливов.

Великий труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)». Автор показал себя в этом труде и одним из крупнейших математиков, с именем которого связано дифференциальное и интегральное исчисление (по терминологии самого Ньютона — флюксионное исчисление и метод квадратур). Но, как это ни кажется теперь удивительным, автор далеко не везде и не всегда пользуется этим новым в то время эффективным математическим аппаратом, отдавая предпочтение геометрическим (весьма трудным для нынешнего понимания) методам.

Труды Ньютона не могли не произвести огромного впечатления на умы исследователей. Программа единого механического описания всех явлений природы — и «земных», и «небесных» — на долгие годы утвердилась в физике. Более того, многим физикам в течении двух столетий сам вопрос о границах применимости ньютоновской механики представлялся чуть ли не кощунственным: безраздельно царила убежденность, что механика — универсальный инструмент физических исследований. Лишь к концу XIX в. начала распространяться принципиально новая идея — идея о многообразии форм материи, различающихся по законам, определяющим их бытие, т.е. поведение в пространстве-времени. До этого в течении двух с половиной веков ни о каких иных формах материи, кроме механической, физики и не помышляли.

Не только движение небесных тел и окружающих нас предметов на Земле, потоки в жидкостях и в газах, но даже и оптические явления считались подвластными законам механики Ньютона. (Даже после того, как от представлений о свете как о потоке механических корпускул, которые выдвигал и сам Ньютон, пришлось отказаться в пользу волновых концепций, меха-

ника не отошла на дальний план: световые волны долго рассматривались как волны в эфире — некоей механической среде, заполняющей все пространство.)

Ньютону обязаны становлением механика сплошных сред и акустика (он ввел понятие длины волны, нашел зависимость скорости распространения волн от упругости и плотности среды).

Оставалась, впрочем, одна из областей физики, на которую законы механики вначале не распространяли — учение о теплоте. Так обстояло дело даже после того, как термодинамика не только возникла как один из важных разделов физики, но и получила значительное развитие. Однако появление работ, посвященных молекулярно-кинетическому истолкованию тепловых явлений, радикально изменило положение. Механика решительно вторглась и в эту область: движение молекул рассматривалось опять-таки как механическое.

Насколько глубоко идеи Ньютона проникли во все области физики, видно хотя бы уже из того, что когда началось глубокое изучение электрических и магнитных явлений (а Ньютон также уделял этим проблемам внимание), и Кулон, и Ампер, да и все другие исследователи, чьи труды подготовили появление электродинамики Фарадея и Максвелла, в первую очередь обратились к проблеме сил, электрических и магнитных.

Последние десятилетия жизни Ньютона разительно непохожи на первые. Тому были и объективные причины: в Англии началась острая политическая и религиозная борьба, и Ньютон оказался вовлеченным в нее и даже был избран в парламент (по словам его современников, он только один раз на заседании нарушил молчание, попросив закрыть форточку). Большая перемена в его жизни произошла, когда его 1696 г. назначили хранителем, а затем и директором Монетного двора в Лондоне. Нужно заметить, что это вовсе не было синекурой: Ньютон и здесь проявил себя как исключительно деятельный и творческий работник, наладив трудное и ответственное дело перечеканки монет. Заняв эту (придворную по статусу) должность, Ньютон в 1703г. вскоре становится президентом Королевского общества, а спустя два года королева Анна возводит его в дворянство.

Но пора активной творческой работы навсегда миновала. Последние 25 лет жизни Ньютона не принесли ему значительных новых научных достижений. Тому была и трагическая причина:

в конце 80-х — начале 90-х гг. Ньютон перенес тяжелое психическое заболевание. Полагают, что он не перенес удара, когда во время пожара (от опрокинутой собачкой Алмаз горевшей свечи) огонь уничтожил многие из его рукописей. Был даже период, когда Ньютон перестал понимать свои собственные работы.

Когда здоровье, подорванное годами чрезмерного умственного напряжения, постепенно начало восстанавливаться, Ньютон все же лишь ограничивался редактированием и переизданием прежних трудов.

Много нервов отняли у Ньютона и полемики, связанные с проблемами приоритета. Кроме уже упоминавшейся борьбы с Гуком, оспаривавшим честь открытия закона всемирного тяготения, был еще спор с великим немецким математиком Лейбницем, касавшийся того, что мы называем дифференциальным и интегральным исчислением. Теперь понятно, что оба этих великих ученых действовали независимо, но усилиями окружающих они были втянуты в неприятную дискуссию.

Математика в трудах Ньютона играет служебную, вспомогательную роль, он развивает ее как инструмент физических исследований. Но даже если бы в его научное наследие вошел только вклад Ньютона в математику, он по праву мог бы называться великим ученым как творец «исчисления бесконечно малых», автор «бинома Ньютона», исследований по теории рядов и многим другим.

Много времени и трудов уделял Ньютон и химии (и даже, как ни удивительно это теперь звучит, — и алхимии). Но о результатах этих его трудов мы почти ничего не знаем, во многом из-за того, что основная часть рукописей погибла во время пожара.

Из его многочисленных сочинений на религиозные темы сохранились также не все. Что касается переписки Ньютона, то найдены и опубликованы многочисленные получавшиеся им письма, но гораздо меньше — написанные им.

В 1725г. здоровье Ньютона заметно ухудшилось, хотя он продолжал деятельность в Королевском обществе и в Монетном дворе. Утром 18 марта он еще читал газеты и беседовал с доктором, но вечером впал в бессознательное состояние и в ночь с 20 на 21 марта в возрасте 84 лет он тихо скончался. Тело Ньютона было перевезено в Лондон из его дома в Кенсингоне и торжественно похоронено в Вестминстерском аббатстве.

Передают, что незадолго до кончины Исаак Ньютон сказал:

«Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскивает камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неизведанным».

Литература

1. Вавилов С. И. Исаак Ньютон. М.: Наука, 1989.

Шарль КУЛОН1736-1806

Шарль Огюстен Кулон (Coulomb) — французский физик и инженер, экспериментальные исследования которого имели основополагающее значение для формирования учения об электричестве и магнетизме, член Парижской академии наук, — родился 14 июня 1736г. на юго-западе Франции, в Ангулеме. Его отец Анри Кулон, правительственный чиновник, вскоре после рождения Шарля переехал с семьей в Париж, где некоторое время занимал доходную должность по сбору налогов, но, пустившись в спекуляции, разорившие его, вернулся на родину, на юг Франции, в Монпелье. Шарль с матерью остался в Париже.

В конце 40-х годов его поместили в одну из лучших школ того времени для молодых людей дворянского происхождения «Колледж четырех наций», известный также как Колледж Мазарини. Уровень преподавания там был достаточно высок, в частности, большое внимание уделялось математике. Во вся-

ком случае, юный Шарль настолько увлекся науками, что решительно воспротивился намерениям его матери избрать для него профессию медика, или, в крайнем случае, юриста. Конфликт стал настолько серьезен, что Шарль покинул Париж и переехал к отцу в Монпелье.

В этом городе еще в 1706 г. было основано научное общество, второе после столичной академии. В феврале 1957г. 21-летний Кулон прочитал там свою первую научную работу «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых» и вскоре был избран адъюнктом по классу математики.

Но это приносило лишь моральное удовлетворение, нужно было выбирать дальнейший путь. Посоветовавшись с отцом, Шарль избрал карьеру военного инженера.

Научное общество Монпелье снабдило Кулона нужными рекомендациями, и после сдачи экзаменов (достаточно трудных, так что подготовка к ним потребовала девяти месяцев занятий с преподавателем) Шарль Кулон в феврале 1760 г. направился в Мезьер, в Военно-инженерную школу, одно из лучших высших технических учебных заведений того времени.

Обучение велось там с отчетливо выраженным практическим уклоном: кроме математики, физики и других «теоретических предметов», изучались многие чисто прикладные дисциплины — от строительного дела и того, что теперь назвали бы «материаловедением», до вопросов организации труда (слушателям поручалось руководство бригадами крестьян, мобилизованных на общественные работы).

Кулон окончил Школу в 1761г. Хотя отзыв о нем руководителя Школы выглядит местами отнюдь не восторженно («Его работа об осаде хуже средней, рисунки сделаны очень плохо, с подчистками и пометками. < ... > Он полагает, как и другие со сходным образом мыслей, что древесину для лафетов и повозок можно просто найти в лесу...»), он, вероятно, был среди лучших выпускников (отмечен денежной премией).

Получив чин лейтенанта, Шарль Кулон был направлен в Брест, один из крупных портов на западном побережье Франции.

В Бресте Кулону были поручены картографические работы, связанные с возведением и перестройкой укреплений на побережье. Но эта деятельность была довольно непродолжительной. Меньше, чем через два года, Кулону пришлось экстренно включиться в работы по возведению крепости на острове Мартиника (Вест-Индия) для защиты его от англичан.

Объявленный конкурс на проект укрепления выиграл опытный военный инженер де Рошмор, но этот проект вызвал большой спор, в который был вовлечен и Кулон. Хотя проект в целом и удалось отстоять, но в него пришлось внести значительные изменения; в частности, ассигнования были уменьшены более чем в два раза. Кулон, оставшийся фактическим руководителем строительства, под началом которого работало почти полторы тысячи человек, оказался перед лицом множества весьма сложных и далеко не только технических задач.

Условия работы были трудными, климат очень тяжелым, не хватало людей, да и тех, которые оставались, преследовали болезни, уносившие многие жизни. Сам Кулон за восемь лет работы на острове тяжело болел восемь раз и впоследствии вернулся во Францию с сильно подорванным здоровьем. Большой приобретенный им опыт достался Кулону дорогой ценой. Но даже на Мартинике Кулон не забывал о науке.

Вернувшись во Францию, Кулон в 1772 г. получил назначение в Бушей. Условия работы здесь были несравненно более легкие, и появилась возможность вновь активно продолжить научную деятельность.

Понятно, что его научные интересы в этот период были непосредственно связаны с повседневной работой. Задачи, которые он решал, относятся к той области, которую назвали бы теперь строительной механикой и сопротивлением материалов. Уже в то время эта область привлекала большое внимание многих физиков и математиков.

После возвращения на родину, Кулон, проведя еще довольно большое число новых исследований, послал свой мемуар в Парижскую академию наук, а затем зачитал его на двух заседаниях в марте и апреле 1773г. Об этом труде, весьма похвально отозвались два академика, которым было поручено его рецензирование (одного из них, Борда, Кулон впоследствии спасал в период якобинской диктатуры, пряча его в своем поместье).

Для автора одобрение академиков было большой поддержкой. Но вскоре он увлекся новыми проблемами, и это увлечение оказалось исключительно благотворным.

В 1775 г. Парижская академия наук объявила конкурсную задачу: «Изыскание лучшего способа изготовления магнитных стрелок, их подвешивания и проверки совпадения их направления с направлением магнитного меридиана и, наконец, объяснение их регулярных суточных вариаций».

Что касается последней части задачи, ее решение в то время было явно недоступно (даже о самой причине существования магнитного поля Земли не только тогда, но даже и теперь известно не все!), но вот задача о наилучшем устройстве компаса и, в частности, подвеса магнитной стрелки была актуальна. Она увлекла Кулона. О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, можно судить хотя бы по следующему факту: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так чувствительно реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от слабейших воздушных потоков, но даже и от приближения глаза наблюдателя (на стрелке и на теле человека часто находятся электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на силах).

Чтобы исключить это, Кулон решил заменить шелковые нити металлической проводящей электричество проволокой. Это был шаг, сыгравший в дальнейшем очень большую роль, когда Кулон изобрел и начал использовать крутильные весы.

Но пока до этих работ было еще далеко. В 1777г. Кулон становится победителем конкурса, посвященного разработке прибора для исследования магнитного поля Земли и тут же погружается в другую большую работу: в исследование трения. В 1779 г. (а затем повторно в 1781) академия объявила еще один конкурс, посвященный именно трению.

Уже в 1780г. Кулон представил в академию конкурсную работу «Теория простых машин», которая через год также была удостоена премии. Результаты этой работы базировались на многочисленных экспериментах Кулона, в которых исследовалось как трение между твердыми телами, так и трение в жидкостях и газах. Эти работы Кулон проводил уже в Лиле, куда он был переведен в начале 1780 г.

Примерно через год произошел перевод в Париж, о котором капитан Кулон настойчиво хлопотал, а вскоре осуществилась и еще одна его большая мечта: 12 декабря 1781г. он был избран в академики по классу механики.

В Париже на Кулона почти сразу же обрушилось множество дел, в том числе и административных. Некоторые из них имели и политическую окраску, и одно из них даже закончилось для Кулона недельным заключением в тюрьму аббатства Сен-Жермен де Пре. Заседания в многочисленных комиссиях, в частности в Комиссии по каналам в Бретани, оставляли мало времени для

науки, и тем не менее Кулон представил в 1784г. в академию свою работу, которую можно считать весьма важной: мемуар о кручению тонких металлических нитей, а 1785-1789 гг. — серию мемуаров по электричеству и магнетизму.

Исследование кручения нитей может показаться имеющим лишь вспомогательное «техническое» значение, но без него были бы невозможны дальнейшие количественные измерения силы взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов. Как и всегда, труд Кулона отличался глубиной и изобретательностью. Так, диаметр очень тонких нитей определялся Кулоном взвешиванием и измерением их длины.

Многое из того, что вошло в классические исследования Кулона, можно теперь заметить и в трудах некоторых его предшественников. Так, крутильные весы использовал еще в 1773 г. выдающийся английский ученый Генри Кавендиш (1731-1810), но он не печатал своих трудов, и его рукописи были опубликованы великим Джеймсом Клерком Максвеллом (1831-1879) лишь столетие спустя.

Важным для решения всей проблемы моментом явилось то, что Кулон понял: нужно исследовать взаимодействие «точечных» заряженных тел, т.е. таких, расстояния между которыми значительно превосходит их размеры. Но и здесь Кулон не был первым. К такой же мысли пришел и англичанин Робайсон (1739-1805), который в результате тщательных опытов пришел к выводу, что сила электрического взаимодействия между телами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними; но он сообщил о своих результатах лишь в 1801г., значительно позже Кулона.

При экспериментальном исследовании зависимости взаимодействия между полюсами от расстояния между ними Кулону очень помогла аналогия: подобно тому, как частота колебаний маятника зависит от силы тяготения, частота колебаний вокруг вертикальной оси полюсов, укрепленных на концах горизонтального стержня в крутильных весах (а измерение этой частоты достаточно просто), также зависит от действующей силы.

Впрочем, «закон обратных квадратов» давно казался многим почти очевидным. И дело здесь не только в гипнотизирующем примере закона всемирного тяготения — другой закон не позволил бы объяснить множество наблюдаемых фактов (например, почему внутри ящика с проводящими стенками, какой бы заряд на них ни поместить, электрическое поле не ощущается).

Закон Кулона: Покоящиеся точечные одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются с силой, пропорциональной величине этих зарядов и обратно пропорциональных квадрату расстояния между ними.

Этот закон известен теперь, наверное, любому школьнику. Но вряд ли многим известно, какое искусство и наблюдательность пришлось проявить исследователю. Кулон заметил попутно, что заряды довольно быстро «стекают» с тел, и правильно объяснил это тем, что воздух обладает некоторой проводимостью — это обстоятельство осложняло эксперимент, но оно само стало важным открытием.

Многие знают, что закон взаимодействия магнитных полюсов, также тщательно изученный Кулоном, внешне очень похож на закон взаимодействия электрических зарядов. Из-за этого электростатика и магнитостатика долго представлялись во всем подобными друг другу, если не считать того удивительного факта, что «магнитные заряды» противоположных знаков почему-то всегда встречаются попарно и никогда — по отдельности. Лишь после работ Ампера выяснилось, что магнитные поля постоянных магнитов обусловлены не тем, что они состоят из огромного числа маленьких магнитиков (как, заметим, полагал и Кулон), а электрическими токами, т.е. движением в атомах электрических зарядов.

Современную классическую (т. е. неквантовую) теорию электрических и магнитных явлений часто называют электродинамикой Фарадея и Максвелла. Конечно, в написании этой важнейшей главы физики почетное место занимают и многие другие замечательные ученые, и в числе первых здесь по праву должно быть упомянуто имя Шарля Кулона.

Его жизненный путь завершился 23 июля 1806 г.

Литература

Филонович С. Р. Шарль Кулон. М.: Просвещение, 1988.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Льоцци М. История физики. Гл. 7. М.: Мир, 1970.

Алессандро ВОЛЬТА1754-1827

Прославленный итальянский естествоиспытатель Алее- сандро Вольта (Volta), благодаря которому в физику вошли принципиально новые источники тока — гальванические элементы, открывшие для науки и техники невиданные ранее возможности, родился 18 февраля 1745г. в городке Комо. Он был четвертым ребенком в семье падре Филиппо Вольты и его супруги Маддалены. История их замужества была чрезвычайно романтичной: Филиппо похитил из ломбардского монастыря 19летнюю красавицу послушницу, дочь графа Джузеппе Инзаге.

Маленького Сандрино родители сдали на руки кормилице в деревне Брунате и «забыли» о нем на целых тридцать месяцев. Малыш, вольно росший на лоне природы, получился бойким, здоровым, но диковатым: рассказывали, что слово «мама» он произнес только к четырем годам, а нормально заговорил лет в семь. Однако был веселым, добрым, чутким ребенком.

Большая перемена произошла в его жизни в 1752 г., когда, потеряв отца, он оказался в доме дяди Александра, соборного каноника. За воспитание племянника дядя принялся всерьез: много латыни, история, арифметика, правила поведения и т.д. Плоды воспитательных усилий сказались незамедлительно и были поразительными. Юный Вольта менялся на глазах! Он восторженно воспринимал знания, становился все общительнее и остроумнее, его все больше интересовало искусство, особенно музыка. Ребенок был очень впечатлителен. Десятилетнего Вольта потрясли известия о катастрофе в Лиссабоне, и он поклялся разгадать тайну землетрясений.

Он был очень деятелен. Энергия переполняет Алессандро, и однажды это едва не привело к роковым последствиям. Когда ему было 12 лет, мальчик пытался разгадать «тайну золотого блеска» в ключе возле Монтеверди (как оказалось потом, блестели кусочки слюды) и, упав в воду, утонул! Поблизости не оказалось никого, кто бы мог его вытащить. К счастью, один из крестьян сумел спустить воду, и ребенка откачали. «Родился вторично!» — говорили тогда.

Дядя, который делался ему все ближе, видя жадный интерес способного юноши к наукам, старался снабжать его книгами. По мере их выхода в доме появлялись и изучались тома Энциклопедии. Но Алессандро охотно учился и работать руками: навещая мужа своей кормилицы, он перенимал у него пригодившееся впоследствии искусство изготовления термометров и барометров.

В ноябре 1757 г. Алессандро отдают в класс философии коллегии ордена иезуитов в городе Комо. Но уже в 1761г. дядя, поняв, что Вольту намереваются завербовать в иезуиты, забирает мальчика из коллегии.

В эти годы произошли события, сыгравших в жизни Вольты заметную роль. В 1758г., как и было предсказано, вновь появилась комета Галлея. Это не могло не поразить пытливого юношу, мысли которого обратились к трудам великого Ньютона. Их разделял почти точно один век, и это тоже казалось исполненным особого значения.

Вообще юноша все более отчетливо осознавал, что его призвание — не гуманитарная область, а естественные науки. Он увлекается идеей об объяснении электрических явлений ньютоновской теорией тяготения, даже посылает знаменитому парижскому академику Ж. А. Нолле (1700-1770) свою поэму вместе с рассуждениями о различных электрических явлениях. Но одних

рассуждений ему мало. Узнав о работах Бенджамина Франклина (1706-1790), Вольта в 1768г. поразив жителей Комо, устанавливает первый в городе громоотвод, колокольчики которые звенели в грозовую погоду.

То время вообще было отмечено бурным всплеском интереса общества к электрическим явлениям. Демонстрации электрических опытов, особенно после изобретения лейденской банки, проводились даже за плату. Некто Бозе высказал даже желание быть убитым электричеством, если об этом потом напишут в изданиях Парижской академии наук. Если этот эпизод можно отнести к разряду курьезов, то были и действительно трагические — в Петербурге академик Рихман (1711-1753) погиб от удара молнии во время опыта.

Алессандро Вольта суждено было сыграть существенную роль в изучении электричества. Но это — в будущем, правда, уже недалеком. Пока же все чаще и острее встает вопрос о выборе дальнейшего пути.

После настойчивых хлопот 22 октября 1774г. Вольта получает назначение сверхштатным интендантом-регентом Королевской школы в городе Комо. Это уже определенное общественное положение, хотя должность без жалования, работа тяжелая, условий для занятий наукой почти никаких.

Но 29-летний Вольта полон идей и энтузиазма, и уже через год ему удается добиться крупного успеха: он изобретает электрофор — «вечный электроносец».

Идея этого прибора может показаться теперь очень простой: если к заряженному телу приблизить заземленный проводник, а затем убрать провод заземления, то на этом проводнике останется индуцированный заряд, который можно, например, передать лейденской банке. Повторяя эту операцию множество раз, можно «добыть» сколь угодно большой заряд.

Весть об электрофоре принесла его изобретателю заслуженную славу. Это отразилось и на его положении вы школе: к идеям молодого энергичного регента, старавшегося улучшать и преподавание, и научную работу, стали прислушиваться, — и 1 ноября 1755 г. Вольта был назначен штатным профессором (учителем) школы.

Наблюдательность и изобретательность Вольта вскоре проявились еще раз. Плавая по озеру на лодке, он установил, что газ, поднимающийся со дна от втыкаемого в ил шеста, прекрасно горит. Вскоре Вольта уже демонстрировал не только газовые го-

релки, но и пистолеты, в которых вместо пороха взрывался газ, поджигаемый электрической искрой. Замечательно, что тогда же он первым выдвинул идею о линии сигнальной электропередачи на расстояние по проводам Павия-Милан.

Понимая настоятельную необходимость научного общения, Вольта добился поездки в Швейцарию, где ему даже удалось посетить Вольтера.

Еще одним важным знаком признания заслуг Вольта явилось его назначение в ноябре 1778г. профессором экспериментальной физики университета в Павии и избрание его членом Королевского общества в Лондоне. Приятной новостью было также увеличение зарплаты.

Вольта идет четвертый десяток лет, он признанный ученый. Его электрофором пользуются во многих лабораториях. Быстро разносится и известие об изобретенном им электрометре с конденсатором — чувствительнейшем приборе. В 1782г. Вольта на стажировке в академии наук в Париже, и вскоре его избирают членом-корреспондентом. Знакомства с ним ищут в Австрии, в Пруссии и даже в далекой России. В 1785 г. его избирают членом- корреспондентом Академии наук и литературы в Падуе, а вскоре (на 1785/86 учебный год) — ректором университета в Павии, с 1791г. Вольта — член Лондонского Королевского общества.

Но не эти успехи и почести стали главными в в жизни Вольта в этот период, а дискуссия между ним и Луиджи Гальвани (1737-1798).

В 1791г. в Болонье вышло в свет сочинение профессора анатомии Луиджи Гальвани, в котором автор поведал об удивительных результатах 11-летних экспериментальных исследований. Все началось с того, писал Гальвани, что, препарировав лягушку, «.. .я положил ее без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается во время гроз и даже просто при приближении грозового облака.

Пораженный этими явлениями, Гальвани пришел к выводу о существовании особого рода «животного электричества», подобного тому, что уже было известно у электрических рыб, например у скатов.

Не всем опытам Гальвани мог дать объяснение. Так, оставалось непонятным, почему лапки препарированных лягушек по- разному сокращались в зависимости от того, дужкой из какого металла соединяли их позвоночники с нервами на лапке (наибольший эффект получался, если эта дужка была составлена из кусочков различных металлов). Но интерес все это вызывало тем больший, что электричество вообще «вошло в моду» и даже начало признаваться целебным.

Естественно, что Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, проверил их, но пришел к принципиально новым выводам. Вольта понял, что ни о каком «животном электричестве» говорить не приходится и что лапки лягушек (как и многие другие ткани животных) выступали лишь в роли чувствительных электрометров. Он доказал на опыте, что электризация происходит при соприкосновении различных веществ, в том числе и металлов.

Конечно, во времена Вольта еще почти ничего не было известно о строении веществ, в частности металлов. Это сегодня физики уже знают, что есть такая величина — работа выхода, т.е. энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы вырвать его из вещества. Для цинка, например, эта работа выхода меньше, чем для меди, и поэтому при соприкосновении цинковой и медной пластинок некоторому количеству электронов «энергетически выгодно» переходить из цинка в медь, отчего первая заряжается положительно, а вторая — отрицательно.

Вольта всего этого знать не мог, но проницательность и умение понимать язык природы позволили ему почти на два столетия опередить свое время и даже указать, каким образом нужно расположить металлы в ряд, чтобы наибольший эффект соответствовал металлам, наиболее удаленным друг от друга.

Это было огромной заслугой Вольта, но все же не главной. Заметив, что прослойка из влажной ткани (особенно если пропитать ее раствором соли или кислоты) может усилить электризацию пары различных металлов, Вольта пришел к своему самому важному изобретению. Поняв, что из пар металлов, разделенных такими прослойками, можно составлять эффективные цепочки, он положил начало новой эпохе не только в физике, но и в технике. После долгого периода, когда имелись только электростатические источники зарядов и токов, появился принципиально новый источник; его называют теперь гальваническим, хотя термин «вольтов столб» исторически более оправдан.

Новый источник открывал невиданные ранее возможности создания токов различных типов (к примеру, «вольтова дуга», долгое время бывшая одним из самых ярких осветительных приборов). К этому нельзя не добавить, что в наши дни и открытия Гальвани заново обрели исключительную значимость: зародилась наука, которую можно назвать электрофизиологией, и она показывает, какую важнейшую роль в живых организмах играют токи и электромагнитные поля.

Наступивший XIX век принес Вольта новые достижения, признание и почести. В конце июня 1800 г. Бонапарт открывает университет в Павии, где Вольта назначается профессором экспериментальной физики, в декабре он вводится в комиссию Института Франции по изучению гальванизма, а в декабре (опять- таки, по предложению Бонапарта) ему присуждается золотая медаль и премия первого консула. В 1802г. Вольта избирается в академию Болоньи, через год — членом-корреспондентом Института Франции. Он удостаивается приглашения в академию наук Санкт-Петербурга (избран действительным членом в 1819 г.). Римский Папа назначает ему пенсию, во Франции его награждают орденом Почетного Легиона. В 1809 г. Вольта становится сенатором Итальянского королевства, а в следующем году ему присваивается титул графа. В 1812г. Наполеон из ставки в Москве назначает его президентом коллегии выборщиков.

С 1814г. Вольта — декан философского факультета Павии. Австрийские власти даже предоставляют ему право исполнять обязанности декана без посещения службы и подтверждают законность выплаты ему пенсий почетного профессора и экс-сенатора.

Когда возникает коммуна в Лоззате, Вольта избирается первым ее депутатом.

Земная жизнь Алессандро Вольта продолжалась 82 года и 16 дней.

Литература

Околотин В. Вольта. М.: Молодая гвардия, 1986.

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. Т. 1. М.: Наука, 1974.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Кудрявцев П. С. История физики. Т. I, гл. X. М.: Учпедгиз, 1948. 5. Льоцци М. История физики. Гл. 10. М.: Мир, 1970.

Томас ЮНГ1773-1829

Прославленный английский ученый, один из создателей волновой оптики, с 1794 г. член Лондонского Королевского общества (в 1802-1829 г. — секретарь) Томас Юнг (Young) родился 13 июня 1773г. в Мильвертоне (графство Соммерсет) в семье членов секты квакеров. Перые годы Томас провел в доме деда — отца матери — Роберта Давьеса. Дед был деятельным торговцем, но живо интересовался и классической литературой.

Томас Юнг был необычайно яркой личностью. Вот отрывок из его биографии, написанной Домеником Франсуа Араго (17861853).

«Двух лет уже умел бегло читать, отличался необыкновенной памятью; четырех лет отдали его школьной сельской учительнице, и он выучил у нее наизусть многих английских писателей, даже несколько латинских поэм, хотя и не понимал еще латинского языка.

Когда Томасу исполнилось восемь лет, на него обратил внимание сосед-землемер. Отправляясь на геодезическую съемку, он стал брать с собой полюбившегося ему даровитого мальчика и знакомить со своими инструментами. Вероятно, это сыграло определяющую роль в формировании интереса Юнга, который до того, казалось, твердо шел по пути гуманитария, к естественным наукам.

Юнг, как писал Арго, «имел страсть к ботанике и предпринял попытку сам устроить микроскоп. < ... > Приобрел для этой цели ловкость в искусстве точения, но пришел было в смущение, встретив в алгебраических формулах оптики непонятные символы. < ... > Не желая, однако, отказаться от наблюдения в увеличенном виде пестиков и тычинок, нашел более простым выучиться дифференциальному счислению, чтобы понять несчастную формулу, чем послать в соседний город купить микроскоп».

От девяти до четырнадцати лет Томас жил в Комптоне в графстве Дорсет, изучая в школе профессора Томсона древних классиков. Занимая постоянно первое место в классе, он успел в то же время выучиться по-французски, по-итальянски, по-еврейски, по-персидски и по-арабски. Французским и итальянским языками он начал заниматься, чтобы удовлетворить любопытство своего приятеля, который имел несколько книг, напечатанных в Париже и желал узнать их содержание; еврейским, чтобы читать Библию в подлиннике; персидским и арабским, чтобы решить вопрос, сделанный однажды во время рекреации: «есть ли между восточными языками такая же разница как между европейскими».

Нельзя не отметить, что все исключительные и разносторонние успехи Юнга были достигнуты немалой ценой: постоянные перегрузки пагубно отразились на его здоровье, и лишь усилиями медиков и заботой родителей удалось победить начавшееся у него легочное заболевание.

Когда Юнгу исполнилось 14 лет, родители решили пригласить к нему, по обычаю того времени, куратора из его сверстников, одного из лучших учеников. Тот для начала решил проверить, хорошо ли умеет писать Томас и попросил его переписать несколько фраз. Этот унизительный экзамен закончился тем, что Томас вскоре предоставил куратору не только великолепно переписанный, но и переведенный на девять языков текст. Нужно отдать должное куратору, который в полной мере оценил и на-

всегда усвоил превосходство ученика.

Бросавшаяся всем в глаза одаренность юноши вызвала к нему интерес и многих влиятельных людей, которые не раз предлагали ему почетные и прибыльные должности. Но перспектива золотой клетки решительно отвергалась Юнгом. Его привлекало многое, и он неизменно следовал правилу, что то, что может сделать один человек, по силам и другому.

Занимаясь медициной в Эдинбурге, он одновременно в короткое время достиг того, что мог состязаться в ловкости с известным акробатом; в Геттингене, где оставался девять месяцев, приобрел замечательное умение вольтижировать на лошади и даже выступал в знаменитом цирке Франкони.

«Я уверен, — замечает Араго, — что из всех музыкальных инструментов не найдется двух, на которых бы Юнг не умел играть. < ... > Гений Юнга оставил след в истории самых разнообразных отраслей человеческого знания. Творец учения об интерференции лучей, он основатель современной теории света как волнообразного движения; его пытливость одинаково привлекали чудеса светового луча, трудные вопросы физиологии зрения, как и тайны египетских иероглифов, которых он был проницательным истолкователем.»

Хотя принцип Гюйгенса и позволил качественно понять, почему и как происходят отступления от предписаний геометрической оптики, многие количественные детали явлений дифракции (т. е. огибания светом непрозрачных тел) оставались еще не- объясненными. Ответов на многочисленные остававшиеся здесь вопросы не было до того времени, когда появились замечательные исследования Юнга и Френеля (1788-1827).

Юнг учился в Лондонском, Эдинбургском и Геттингемском университетах. По-видимому, первоначально его привлекала медицина. И здесь он достиг заметных успехов, хотя его популярности как медика заметно страдала от его откровенных признаний, что в медицине многое еще не понято. Но медицина не увлекла Юнга полностью. Вскоре его научные интересы изменились.

Основные научные достижения Юнга относятся к оптике. Он придерживался мнения, что свет — распространение продольных колебаний во всепроникающей среде — эфире. В частности, Юнг писал в 1801г.: «Светоносный эфир, в высокой степени разреженный и упругий, заполняет вакуум. Колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело на-

чинает светиться».

Когда Юнг обратился к оптике, уже существовал принцип Гюйгенса, (1629-1695) который позволил качественно понять, почему и как происходят отступления от предписаний геометрической оптики. Однако многие количественные детали явлений дифракции оставались необъясненными. На основе этого принципа еще нельзя было ответить на вопрос, как будет выглядеть картина на экране, если на пути света имеются те или иные «оптические неоднородности».

Ответ на такой вопрос впервые предлагался именно в исследованиях Юнга.

Им был сформулирован «простой и общий закон», представляющий собой принципиально новый шаг в оптике: «Везде, где две части одного и того же света попадают в глаз различными путями, либо точно, либо весьма близко по направлению, свет становится более сильным там, где разность путей есть целое кратное длины волны: и наименее сильным в промежуточных состояниях интерферирующих частей; и эта длина различна для света различных цветов».

В этом отрывке впервые появился термин «интерференция», т.е. усиление или ослабление волн при их наложении. В той его части, где говорится о двух частях «одного и того же света», содержится и указание на способ измерения длины световой волны.

Но Юнг не ограничивается этими блистательными открытиями. Он, дополнив принцип Гюйгенса идеей об интерференции, указал в 1803 г. новый подход к количественному описанию дифракции. Юнгом же была развита и теория интерференции в тонких пленках и дано в 1801г. объяснение колец Ньютона.

В процитированном выше «простом и общем» законе Юнга обращают на себя внимание слова о «двух частях одного и того же света». Теперь об этом говорят как о когерентности. Две волны (и не только световые), накладываясь одна на другую, могут создавать стабильную, т.е. не меняющуюся со временем отчетливую картину их взаимного усиления или ослабления только при условии, что близки их амплитуды (т.е. размах колебаний) и разность хода постоянна.

Чтобы наблюдать интерференцию, нужны когерентные волны, а для их получения нужны особые установки, которые как бы «расщепляли» на части свет, идущий от одного источника. Упомянем лишь об одном эффектном опыте, где это осуществляется,

— о знаменитом опыте Юнга.

Пучок параллельных лучей падает в этом опыте на непрозрачную ширму, в которой есть маленькое отверстие. За первой ширмой помещается вторая, в которой есть два отверстия.

Если рассматривать все это с позиций геометрической оптики, то на экран, находящийся за второй ширмой, свет вообще не мог бы попасть. Но в действительности он туда попадает и образует картину, которая находит естественное объяснение в волновой теории: отверстие в первой ширме можно рассматривать как центр, от которого расходится сферическая волна, и когда она достигает отверстий во второй ширме, они становятся центрами распространения двух новых сферических волн; поскольку, говоря словами Юнга, эти две волны — «.. .две части одного и того же света...», их наложение и дает на экране интерференционную картину.

Юнгу принадлежит и термин «интерференция», и объяснение колец Ньютона. Потеря полуволны при отражении света от оптически более плотных (т.е. имеющих больший показатель преломления) также была понята им.

Было придумано множество и других способов наблюдения интерференции света: установки с двойными призмами, с разрезанными линзами, с составленными под углом зеркалами и т.д. Во всех таких установках свет разделялся на два пучка, которые затем накладывались друг на друга, распространяясь в близких направлениях.

Интерференция — одно из ярчайших проявлений волновых свойств, и потому ей принадлежит такое важное место в выяснении физической природы света. Юнг не только объяснил физическую природу этого явления, но и получил первые оценки для длин световых волн.

И не только световых: Юнг выдвинул идею, что лучистая теплота также имеет волновую природу и отличается лишь длиной волны.

Юнг, пересмотрев свои прежние представления, первым выдвинул предположение о поперечности световых волн. Он разрабатывал теорию цветового зрения и высказал предположение, что цвет определяется длиной волны. Волновые представления он расширил и за пределы оптики. Так, он догадался, что свет и лучистое тепло имеют одинаковую физическую природу и распространял представления об интерференции на ультрафиолетовую область. Одной из его блестящих догадок было уже уно-

мянутое утверждение о поперечности световых волн.

Юнг занимался и проблемами физиологической оптики. Уже в двадцатилетием возрасте он дал правильное объяснение явления аккомодации глаза как результата изменения кривизны хрусталика.

Разносторонность Юнга проявилась и в его научных трудах. Он занимался акустикой (в частности, распространяя идею интерференции и принцип суперпозиции на звуковые волны), теорией теплоты, математикой, астрономией геофизикой, физиологией и филологией. «Модуль Юнга» — одна из важнейших величин в теории упругости — известен всем физикам и инженерам.

Последние годы жизни Юнг занимался составлением египетского словаря.

В 1794 г. Юнг был избран членом Лондонского Королевского общества, а с 1802 г. стал его секретарем, и оставался им до своей кончины 10 мая 1829г.

Литература

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. Т. 1. М.: Наука, 1974.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Льоцци М. История физики. Гл. 8. М.: Мир, 1970.

Андре-Мари АМПЕР1775-1836

Андре-Мари Ампер (Ampere) — выдающийся французский ученый физик, математик и химик, в честь которого названа одна из основных электрических величин — единица силы тока ампер, автор самого термина электродинамика как наименования учения об электричестве и магнетизме, один из основоположников этого учения, член Парижской академии наук, Лондонского и Эдинбургского королевских обществ, иностранный член многих академий, в том числе Санкт-Петербургской и ряда других научных учреждений, — родился 22 января 1775г.

Предки Андре-Мари Ампера были ремесленниками, жившими в окрестностях Лиона.

Профессиональный и культурный уровень семьи быстро возрастал от поколения к поколению. Прадед ученого Жан- Жозеф Ампер был не только опытным каменотесом, он выполнял сложные строительные и реставрационные работы, а его сын

Франсуа уже стал типичным просвещенным городским буржуа, представителем довольно зажиточного третьего сословия и женился на дворянке.

Отец Андре-Мари Жан-Жак Ампер получил хорошее образование, владел древними языками, составил себе прекрасную библиотеку, живо интересовался идеями просветителей. Воспитывая детей, он вдохновлялся педагогическими идеями Руссо. Его политическим идеалом была конституционная монархия.

Революция застала Жан-Жака Ампера на купленной незадолго до этого должности королевского прокурора и королевского советника в Лионе. Падение Бастилии семья Амперов встретила с энтузиазмом. Но вскоре на нее обрушилась беда.

Жан-Жак придерживался умеренных взглядов, — и поплатился за это. В Лионе начал свирепствовать одержимый мистическими идеями лютый якобинец, который клеветал на ни в чем не повинных людей и именем революции вместе со своими подручными обрушивал на них кары. Лионцы восстали против зверств якобинцев, восстание было подавлено и жирондист Жан-Жак Ампер (хотя его действия, фактически, были как раз продиктованы намерением спасти вожаков якобинцев от ярости толпы) был гильотинирован 24 ноября 1793г.

Это было страшное потрясение для Андре-Мари и всей семьи (к тому же перенесшей недавно еще один удар — от туберкулеза умерла старшая из сестер Антуанетта).

Можно сказать, что спасли Андре-Мари, вернули его к жизни книги. Читать он начал с четырех лет, в 14 лет залпом прочитал все 20 томов «Энциклопедии» Дидро и Даламбера, чтобы читать труды Бернулли и Эйлера, в несколько недель изучил латинский язык. Чтение вообще было не только главным, но и единственным источником его знаний. Других учителей у него не было, он никогда не ходил в школу, не сдал за всю свою жизнь ни одного экзамена. Но он постоянно и много черпал из книг.

Круг его чтения был настолько широк, что это чтение может даже показаться беспорядочным. Однако Ампер не просто читал, он изучал, творчески усваивая прочитанное. Не случайно уже в 12-14 лет он начал представлять математические мемуары в Лионскую академию, писал научные труды по ботанике, изобретал новые конструкции воздушных змеев, трудился над созданием нового международного языка и даже совмещал все это с сочинением эпической поэмы — разносторонность всегда отличала его.

Перенесенные душевные травмы почти на два года выбили Андре-Мари из колеи. Только к 20 годам он вновь обретает тягу к книгам и знаниям. Но он по-прежнему, на взгляд многих окружающих, ведет себя странно. Часто бродит в одиночестве, неуклюжий и неряшливо одетый, порой громко и размеренно скандируя латинские стихи или разговаривая сам с собой. К тому же, он очень близорук (он узнал об этом только приобретя очки, что стало для него знаменательным событием).

Наверное, одним из главных импульсов, вернувших Ампера к активной жизни, стала его встреча с золотоволосой Катрин Каррон. Ампер влюбился сразу и навсегда, но согласия на свадьбу удалось добиться только через три года. Большую поддержку Амперу оказала Элиза, сестра Катрин, раньше других понявшая и оценившая его редкостные душевные качества.

В августе 1800г. у молодой четы родился сын, которого в честь деда назвали Жан-Жаком.

Еще до женитьбы Ампер начал преподавать, давая частные уроки по математике. Теперь же ему удается выхлопотать место учителя в Центральной школе г. Бурга. Пройдя в феврале 1802 г. собеседование в Комиссии, он был признан подготовленным для проведения занятий. Обстановка в бургской школе была убогой, и Ампер пытался хотя бы немного усовершенствовать физический и химический кабинеты, хотя денег для этого ни у школы, ни, тем более, у учителя не было. Жалование было очень небольшим, а приходилось жить отдельно от жены и ребенка, оставшихся в Лионе. Хотя чем могла помогала мать Ампера, ему приходилось искать дополнительного заработка, давая еще уроки в частном пансионе Дюпра и Оливье.

Несмотря на большую педагогическую нагрузку Ампер не оставляет научную работу. Именно в это время во вступительной лекции в Центральной школе в 1802г., а еще раньше — на заседании Лионской академии, в присутствии Вольта он впервые высказывает мысль, что магнитные и электрические явления могут быть объяснены исходя из единых принципов.

Не ослабевают и его усилия в области математики. Здесь на первый план выходят исследования по теории вероятностей. Они были замечены в Академии наук, где, в частности, на них обратил внимание Лаплас (1749-1827).

Это явилось основанием для признания Ампера подходящим на должность преподавателя в открывавшемся тогда Лионском лицее. Его кандидатура была выдвинута Даламбером. В апреле

1803 г. декретом Консульства Ампер был назначен на желанное для него место преподавателя лицея.

Ампер оставался в Лионе меньше двух лет. Уже в середине октября 1804г. он был зачислен на должность репетитора Политехнической школы в Париже и переехал туда.

Переезд в Париж произошел вскоре после того, как Ампер овдовел. Потеря обожаемой жены повергла его в отчаяние и религиозное смятение. Может быть, еще и поэтому Ампер, несмотря на мольбы матери, поспешил оставить Лион и начать в Париже преподавание в организованной десять лет назад Политехнической школе.

Начав работать репетитором, Ампер уже в 1807г. приступил к самостоятельным занятиям, а вскоре он стал профессором математического анализа. Вскоре в Политехнической школе появился 24-летний Араго, с которым Ампер проводил впоследствии важные совместные исследования. Отношение к Амперу коллег, среди которых было немало действительно крупных ученых, было вполне благожелательным, его работа шла успешно, но душевная рана, нанесенная потерей жены, была мучительной.

Движимые лучшими чувствами, друзья Ампера познакомили его с семейством, в котором была дочь «на выданье», 26-летняя Жанна-Франсуаза. Жертвой торгашеской алчности и грубого эгоизма этой женщины и всего ее семейства вскоре и стал доверчивый, простодушный и беззащитный в своей наивности Ампер — его через некоторое время после женитьбы попросту выгнали из дома, и вынудили обрести временный кров в Министерстве внутренних дел.

Число профессиональных обязанностей Ампера тем временем возрастало. Он назначается на должность профессора математического анализа и экзаменатора по механике в первом отделении Политехнической школы, работает (до 1810г.) в Консультативном бюро искусств и ремесел и с осени 1808 г. — в должности главного инспектора университета. Эта последняя работа, взяться за которую Ампера вынудили стесненные материальные обстоятельства, требовала постоянных разъездов, отнимала особенно много времени и сил. Он отдал этой изнурительной работе 28 лет, и последняя командировка завершилась в 1936 г. по дороге в Марсель его кончиной.

Перегрузка работой и житейские невзгоды не могли не отразиться на научной продуктивности Ампера, особенно на его исследованиях в области математики, хотя за ним сохранялось

почетное право посещать заседания Академии наук и представлять мемуары. В меньшей мере спад научной активности коснулся химии, с видными представителями которой Ампер плодотворно общался. Почти весь 1808г. его увлекли идеи, которые впоследствии стали относить к области атомистики.

Но периодом резкого взлета научной активности, временем его главных достижений оказались годы после его избрания в 1814г. в Академию наук.

Андре-Мари Ампер был избран в число членов Парижской Академии наук по секции геометрии 28 ноября 1814г. Круг его научных и педагогических интересов к тому времени уже вполне определился, и ничто, казалось бы, не предвещало здесь заметных изменений. Но пора этих изменений уже приближалась, близилось второе десятилетие XIX в., время самых главных научных свершений Ампера.

В 1820г. Ампер узнал об опытах, которые незадолго до того проводил датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851). Он обнаружил, что протекающий по проводу ток оказывает воздействие на расположенную возле провода магнитную стрелку. 4 и 11 сентября Араго (1786-1853) сделал в Париже сообщение об этих работах Эрстеда и даже повторил некоторые из его экспериментов. Большого интереса у академиков это, впрочем, не вызвало, но Ампера захватило полностью. Вопреки своему обыкновению, он выступил здесь не только как теоретик, но занялся в маленькой комнатке своей скромной квартиры проведением опытов, для чего даже собственноручно изготовил столик; эта реликвия сохраняется поныне в Колледж де Франс.

Он отложил все остальные дела и 18 и 25 сентября 1820 г. сделал свои первые сообщения об электромагнетизме. Фактически за эти две недели Ампер пришел к своим самым главным научным результатам.

Влияние этих трудов Ампера на многие отрасли науки — от физики атома и элементарны частиц до электротехники и геофизики — невозможно переоценить.

В 1785-1788 гг. Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) провел свои классические экспериментальные исследования законов взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов. Эти опыты были в русле той грандиозной научной программы, которая была намечена трудами самого Ньютона, — имея в качестве великого образца закон всемирного тяготения, изучать все возможные типы имеющихся в природе сил.

Многим тогда казалось, что между электричеством и магнетизмом существует полный параллелизм: что есть электрические, а есть и магнитные заряды, и кроме мира электрических явлений есть во всем подобный ему мир явлений магнитных. Открытие Эрстеда многими толковалось тогда так, что под действием тока провод, по которому этот ток протекает, намагничивается, а потому и действует на магнитную стрелку.

Ампер выдвинул принципиально новую, радикальную и даже, на первый взгляд, дерзкую идею: никаких магнитных зарядов в природе вообще не существует, есть только электрические заряды, и магнетизм возникает только из-за движения электрических зарядов, т.е. из-за электрических токов.

Прошло без малого двести лет с того момента, когда Ампер выступил с этой гипотезой, и, казалось бы, пора разобраться, был ли он прав (и тогда название «гипотеза» делается неуместным), или же от нее нужно отказаться.

Первое впечатление — гипотезе Ампера противоречит даже сам факт существования постоянных магнитов: ведь никаких токов, ответственных за возникновение магнетизма, здесь, вроде бы, нет! Ампер возражает: магнетизм порождается огромным числом крошечных электрических атомных контуров тока (можно только поражаться, что такая глубочайшая идея могла появиться в ту пору, когда не только еще не знали ничего об устройстве атомов, но даже еще не существовало и слова «электрон»!) Каждый такой контур выступает как «магнитный листок» — элементарный магнитный двухполюсник. Этим и объясняется, почему магнитные заряды одного знака — «магнитныйе монополи», в отличие от монополей электрических, в природе не встречаются.

Почему же все-таки и поныне — «гипотеза»? Ведь уже не раз казалось, что найдены «магниты» в которых электрических зарядов нет. Вот, к примеру, нейтрон. У этой частицы нулевой электрический заряд, но есть магнитный момент.

Опять «момент», т.е. опять магнитный двухполюсник, и его появление вновь объясняется в нынешней теории элементарных частиц «микроскопическими» токами, только теперь уже не внутри атома, а внутри нейтрона. Так можно ли уверенно утверждать, что магнетизм всегда порождается движением электрических зарядов?

Гипотеза Ампера в такой заостренной формулировке принимается не всеми теоретиками. Больше того, некоторые варианты

теории говорят о том, что магнитные монополи («однополюсни- ки») должны проявляться, но только при огромных, недостижимых для нас сегодня энергиях.

Гипотеза Ампера явилась важным, принципиальным шагом к утверждению идеи о единстве природы. Но она поставила перед исследователями ряд новых вопросов. В первую очередь, потребовалось дать полную и замкнутую теорию взаимодействия токов. Эту задачу с подлинным блеском, действуя как теоретик и как экспериментатор, решил сам Ампер. Чтобы найти, как взаимодействуют токи в различных контурах, ему пришлось сформулировать законы магнитного взаимодействия отдельных элементов тока («закон Ампера») и воздействия токов на магниты («правило Ампера»). По существу, была создана новая наука об электричестве и магнетизме, и даже термин электродинамика был введен одним из замечательных ученых прошлого Андре- Мари Ампером.

Но Ампер не был узким специалистом, его можно отнести к числу ярких духовных сынов «Энциклопедии». Так, он предложил оригинальную классификацию науки и был одним из первых, кто, не соглашаясь с мнением знаменитого Кювье и не убоявшись насмешек противников («неужели человек произошел от улитки?!»), выдвинул идеи эволюции организмов. Выдвигал он и намного опередившие его время предположения о физической природе земного магнетизма.

Литература

Белькинд Л.Д. Андре-Мари Ампер. М.: Наука, 1968.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Кудрявцев П. С. История физики. Т. I, гл. X. М.: Учпедгиз, 1948.

Льоцци М. История физики. Гл. 10. М.: Наука, 1964.

Лоренцо Романо Амедео Карлоди Кваренья э ди ЧерретоАВОГАДРО1776-1856

Последнюю четверть XVIII века модно называть временем зарождения научного атомизма. Конечно первые высказывания об атомах как мельчайших частичках тел появлялись еще в трудах античных мыслителей, но это были не более чем догадки, лишенные необходимых для точной науки количественных оценок. «Число» впервые появилось у Авогадро и по праву носит его имя.

Амедео Авогадро (Avogadro) родился 9 августа 1776 г. и был третьим ребенком в семье судебного чиновника в Турине. По документам из архивов Турина аристократические предки Амедео Авогадро в течении восьми веков были церковными адвокатами. Такая же дорога ожидала и Амедео, если бы рано проснувшаяся

в нем тяга к науке не оказалась решающей. Однако путь к ней не был прямым и коротким.

Вначале Амадео занимался дома под руководством частных учителей, которые подготовили его к поступлению на юридический факультет Туринского университета. По окончании университета он получил звание бакалавра, а в 1796 г. стал доктором церковного законоведения.

Но надвигалась пора больших перемен. Французские войска под предводительством Наполеона оккупировали Пьемонт и вошли в Турин, его главный город. Однако в 1799г. после героического перехода через Альпы солдат Суворова французы отступили, и Сардинское королевство вошло в состав Австрии. Через год Наполеон вновь, уже на 13 лет, присоединяет его к Франции. Это принесло большие изменения. В частности, было упразднено более половины епископств. Возможно, это было одной из побудительных причин больших перемен и в жизни Авогадро. В 25 лет он переключился на активное изучение физики, которая и стала в дальнейшем центром его интересов.

Хорошо известно, что Наполеон всегда покровительствовал наукам и поддерживал ученых. Возможно, и здесь это обстоятельство сыграло свою роль. Так или иначе, но Авогадро в 1803 и 1804 гг. представляет в Туринскую академию наук свои первые научные статьи «Аналитические заметки об электричестве» и «Сообщения о природе веществ, известных под названием металлические соли и о порядке в котором, по-видимому, их нужно лучше всего соотнести», после чего автор был избран членом- корреспондентом этой академии.

Начало педагогической и исследовательской деятельности Авогадро относится к 1806г. Особенно эта деятельность активизируется в 1609 г., когда он, проработав недолгое время в Туринском лицее, переезжает в расположенный неподалеку от Турина городок Верчелли. Последовавшие за этим 10 лет профессорства были периодом наибольшей научной продуктивности — в эти годы были выполнены его основные исследования.

В труде «Очерк методов определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, по которым они входят в соединения» были заложены основы молекулярнокинетической теории. Он первым понял то, что вошло в науку под названием закона Авогадро: во всех равных по объему и имеющих одинаковые давления и температуры газах количество молекул одинаково.

Преподаванием и научно-исследовательской работой не исчерпывался круг занятий Авогадро. Довольно долго на него были возложены административные обязанности — он заведовал филиалом Туринского университета в Верчелли. Прекрасный преподаватель, блестящий ученый и умелый администратор, Авогадро не смог сразу перейти в Турин, когда ему в 1819 г. предложили там кафедру, так как найти ему замену долго не удавалось. К тому же, все знавшие Авогадро, неизменно отмечали его привлекательнейшие личные качества и не хотели расставаться с ним. «Мудрый без чванливости, презирающий роскошь, не заботящийся о богатстве, не стремящийся к почестям, безразличный к собственным заслугам и известности, скромный, умеренный доброжелательный» — так с большой теплотой писали о нем те, кто его знал.

В 1821г. в Сардинском королевстве начались бурные события, которые привели к вмешательству королевских войск в «умиротворение бунтовщиков», среди которых были и студенты университета. Особым указом Туринский университет был закрыт на год, а некоторые кафедры и вовсе упразднены, в их числе и кафедра высшей физики.

Для Авогадро, возглавлявшего эту кафедру, это событие явилось тяжелым ударом. Преподавание занимало в его жизни и работе очень большое место, и даже вдали от своих студентов он не прекратил работы над фундаментальным курсом молекулярной физики — он неизменно и методично делал пространные (почти 59 000 страниц) выписки из научных работ, появлявшихся в печати на многих языках.

В годы отлучения от университета Авогадро не покинул физики, но к этому прибавились и другие занятия: в 1923 г. он стал членом Палаты по контролю за государственными расходами Сардинского королевства. Кроме того, он был членом Высшего совета народного образования, являлся председателем Комиссии мер и весов, а также руководил отделением физики и математики Академии наук.

Вернулся же к преподаванию в университете он только через 12 лет и возглавлял кафедру до своего ухода на пенсию в 1850 г. Но и будучи на пенсии, Авогадро не переставал работать. Последнюю статью он опубликовал в 75-летнем возрасте.

Земная жизнь Авогадро закончилась 9 июля 1856 г. Похоронили его в Верчелли, где он начинал работать в дни молодости. Через 37 лет после этого в университете в Турине в знак при-

знания его заслуг был установленный бронзовый бюст замечательного ученого и педагога.

Однако подлинное признание его научных заслуг пришло позже. Большую роль сыграл здесь Международный конгресс в Карлсруэ. Но только после того, как в 1911г. были изданы «Избранные труды» А. Авогадро, был оценен его вклад в науку. Тремя годами раньше по предложению Ж. Перрена (1870— 1942) число частиц в одном моле получило название «числа (или постоянной) Авогадро». Это одна из фундаментальных физических констант. Наиболее точное значение этой постоянной, для которой принято обозначение N^ (на 1984г.) есть ^A = = 6, 022045(31) • 1023 моль"1.

Литература

Крицман В. А. Роберт Бойль, Джон Дальтон, Амедео Авогадро. М.: Просвещение, 1978.

Быков Г. В. Амедео Авогадро. М.: Наука, 1970.

Льоцци М. История физики. М.: Мир, 1970.

Ханс Кристиан ЭРСТЕД1777-1851

.Ханс Кристиан Эрстед (Orsted) вошел в историю физики прежде всего как фактический основоположник учения об электромагнетизме. Он обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводнику, оказывает воздействие на расположенную поблизости от проводника магнитную стрелку.

Это замечательное открытие, значение которого оказалось исключительно важным, многие годы некоторыми историками науки несправедливо воспринималось как результат счастливой случайности: уж очень технически несложен опыт Эрстеда, его сегодня способен повторить любой школьник, у которого есть батарейка от карманного фонаря, проволочка и компас.

Но эта простота обманчива. Эрстед пришел к своему замечательному открытию отнюдь не случайно. Им руководила глубокая убежденность о связи электричества с магнетизмом. К 1820г., когда Эрстед сделал это открытие, ему было 43 года,

и он уже был непременным секретарем Датского Королевского общества и автором большого числа работ посвященных акустике, электричеству и молекулярной физике. Заслуженную известность Эрстед приобрел и как блестящий лектор и популяризатор науки, создатель первой в Дании физической лаборатории и Общества по распространению естествознания, заметно способствовавшего повышению уровня преподавания естествознания в стране.

Вся научная деятельность Эрстеда была пронизана убежденностью о взаимосвязи и единстве многих, на первый взгляд независимых явлений. Идея о связи между электричеством и магнетизмом могла возникнуть у него, если он знал о случайно замеченных фактах намагничивания железной проволоки громоотводов молниями. Но решающее значение имел, разумеется, его гениальный по простоте опыт.

Обнаружив, что магнитная стрелка поворачивается под действием тока, протекающего по расположенному вблизи нее проводу, Эрстед не только открыл магнитное воздействие тока. Физика впервые столкнулась с неведомым ранее случаем нецентральной силы, т. е. силы, не направленной вдоль прямой линии, проходящей от одного взаимодействующего тела к другому: если до включения тока стрелка компаса располагалась параллельно проводу, то после появления тока появлялась сила, стремящаяся ориентировать ее перпендикулярно проводу. Иными словами, наблюдалось появление вращающего момента сил.

Весть об открытии Эрстеда очень скоро облетела всех физиков и произвела сильное впечатление. Особенно быстро и активно отреагировал на нее Ампер.

До этого развитие учений об электричестве и о магнетизме шло как бы параллельными путями. Взаимодействие электрических зарядов описывалось законом Кулона. Подобно этому, принималось, что существуют и магнитные заряды, ответственные за магнитные взаимодействия.

Открытие Эрстеда подвигло Ампера на необычайно смелую и радикальную гипотезу: никаких магнитных зарядов в природе вообще не существует, а магнетизм создается не магнитными зарядами, а электрическими токами, т.е. все теми же электрическими зарядами, но только движущимися (ведь движение этих зарядов и есть электрический ток).

По мысли Ампера, магнитные свойства любых тел, в частности и наличие постоянных магнитов, объясняется существо-

ванием в средах огромного числа микроскопических контуров токов. Эти идеи тем более поразительны, что в то время, в начале XX в., еще не было даже и представления об атомной структуре сред.

Достойно восхищения и даже изумления, также и то обстоятельство, что гипотеза Ампера, возникшая вскоре после открытия Эрстеда, т. е. уже без малого 200 лет назад, все еще именуется «гипотезой», хотя, казалось бы, за такое большое время пора бы уже разобраться и окончательно выяснить, действительно ли в природе нет магнитных зарядов (их часто называют магнитными «однополюсниками» — монополями). Но дело здесь не в нерасторопности физиков, а в глубине и непростоте проблемы.

А истоки этой проблемы — в умилительно простом опыте Эрстеда. От него вообще берут начало многие важнейшие для физики вещи. Упомянем хотя бы о двух.

Если электрический ток воздействует на магнит, то, значит, и магнит оказывает воздействие на ток, что убедительно подтверждается опытами (в том числе и, прежде всего, классическими опытами Ампера). На этом основано огромное число важнейших физических устройств, от амперметров до электродвигателей.

Но кроме этих «технических», если так можно выразиться, приложений электромагнетизма, есть и приложения исключительного принципиального значения. После трудов Фарадея и Максвелла в физике утвердились представления об электрических и магнитных полях. Но в действительности нет независимых реальностей, именуемых «электрическое поле» и «магнитное поле», а есть материя по имени «электромагнитное поле», которая проявляется своими различными сторонами в зависимости от того, в какой системы отсчета ведется рассмотрение. Если, например, постоянный магнит рассматривается в системе отсчета, где он покоится, то он порождает только магнитное поле, но тот же магнит в системе отсчета, по отношению к которой он движется, создает также и электрическое поле.

Эти положения заняли важное место в одной из основных теорий, построенных в XX в. — теории относительности.

Георг Симон ОМ1787-1854

« Что может быть в физике проще и понятнее закона Ома?» Так, возможно, кажется многим читателям. Но и история открытия этого закона, и то, как он выглядит с точки зрения сегодняшних физиков, говорит о его глубокой нетривиальности.

Немецкий физик Георг Симон Ом (Ohm) — автор основного закона, определяющего электрические токи в проводниках, член-корреспондент Берлинской Академии наук — родился в немецком городке Эрлангене 16 марта 1789г.

Его отец Иоганн Вольфганг Ом был потомственным мастеровым (прадед его работал слесарем при католическом соборе в Вестфалии). По обычаю своего времени, семнадцатилетний Иоганн Ом, которого его отец приобщил к слесарному делу, прошел в 1773г. ритуал посвящения в ученики слесаря. Но до высокого звания мастера было еще далеко. Полуторамесячное путешествие в Анебах, затем работа в мастерской отца, где он

через 2 года приобрел право называться подмастерьем. Потом последовали переезды по мастерским из одного немецкого города в другой, и только через 9 лет, проработав последние 6 лет в Берлине, Иоганн получает, наконец, почетное звание мастера.

Иоганн Ом не только работал слесарем, он, насколько позволяли возможности, старался учиться. Он занимался по учебникам математики, посещал в Берлине школу технического рисования.

В 1785 г. начался новый важный период в жизни мастера Иоганна Ома; он возвратился в свой родной город Эрланген и получил разрешение на открытие собственного дела. А через год он женился на дочери эрлангенского кузнеца Марии Елизавете Беккин.

Из семи рожденных ею детей в живых осталось только трое, а сама она в 1799г. скончалась при родах. Иоганн Ом так и не оправился до конца жизни от потери «лучшей и нежнейшей из матерей», как он говорил о жене. Его старшему сыну Георгу в тот момент было 10, младшему Мартину 7, дочери Барбаре — всего 5 лет. Иоганн уделял воспитанию оставшихся на его руках детей огромное внимание. Чтобы обеспечить семью, он ежедневно с утра до вечера занимался выполнением кузнечных и слесарных заказов, а каждую свободную минуту посвящал детям. О том бесконечно многом, чем они обязаны отцу, впоследствии говорили оба сына слесаря Иоганна, ставшие профессорами: Георг физиком, а Мартин — математиком. Даже на памятнике Георгу Ому в Мюнхене он изображен возле отца, крупного мужчины в рабочем фартуке, который, обняв за плечи восторженно внимающего сына, серьезно и нежно о чем-то рассказывает ему.

Школа, в которой начиналось обучение сыновей кузнеца Ома, была более чем скромной, хотя обучение было платным: ее владелец, он же единственный учитель (ему, правда, помогала дочь, обучавшая малышей читать) — бывший чулочник — хотя и не имел педагогического образования, по-видимому, обладал кроме прекрасного почерка и умения быстро решать арифметические задачи, также некоторыми врожденными талантами преподавателя, любознательностью и живостью ума. Он подготовил Георга к поступлению в городскую гимназию.

В этом учебном заведении основное внимание уделялось изучению латыни и греческого языка. Что касается математики и особенно физики, то лишь занятия, которые проводил вместе с сыновьями дома Иоганн Ом, позволили им продвинуться

в изучении этих наук. Из довольно ограниченных средств семьи всегда выделялись деньги для покупки книг по математике (они преобладали), а также по истории, географии, философии, педагогике, равно как и руководства по обработке металлов. Когда Георг перевел с латыни (а в классе он по языкам шел первым) книгу Леонарда Эйлера (1707-1783) «Интегральное исчисление», отец под диктовку сына не только переписал перевод, но и серьезно изучил этот труд.

Неудивительно, что у преклонявшегося перед наукой кузнеца появились знакомые (ставшие вскоре его друзьям) — преподаватели университета. Они охотно занимались и с его одаренными сыновьями. Один из друзей, профессор математики К. Е. Лангсдорф проэкзаменовал Георга по окончании гимназии. Вот итог этого экзамена: «В течение пятичасовой беседы я проверил его знания по всем важнейшим разделам элементарной математики: арифметике, геометрии, тригонометрии, статике и механике, а также выяснил его знания в области высшей геометрии и математического анализа. На все мои вопросы я получал быстрые и точные ответы. Почти убежден, что оба брата из этой семьи станут не менее знамениты, чем братья Бернулли: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку».

А в 1805 г. Георг сам стал студентом Эрлангенского университета. При той подготовке, которая у него была, учиться в университете Георгу было легко. Может быть, и по этой причине, он с азартом окунулся в спорт (стал, в частности, лучшим бильярдистом и конькобежцем университета), увлекся танцами. Отца такая перемена в сыне не могла не обеспокоить. К тому же, обеспечивать семью ему становилось все труднее. Назревал — в первый и единственный раз в их жизни — конфликт «отцов и детей», который завершился тем, что Георг, проучившись в университете всего полтора года, покинул родительский дом, чтобы в швейцарском городке Готтштадте занять место преподавателя математики в частной школе. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома.

Швейцария очаровала Георга. Ее природа, ее люди, в том числе, его коллеги и ученики, крохотный городок, в котором самым большим зданием был старинный замок, в котором и располагалась школа, наконец, хорошая зарплата — все это вызывало у него чувство восхищения, которым наполнены его письма домой. Огорчало лишь отсутствие ответных писем от отца, кото-

рый был так глубоко травмирован размолвкой с сыном, что почти год не только не писал ему, но даже и отказывался читать его письма: Иоганну Ому казалось, что рухнули все надежды, которые он связывал со своим даровитым сыном.

Но недаром говорят, что время — лучший целитель. Постепенно переписка восстановилась, и отец, как и прежде старался поддерживать Георга вниманием и советами.

Но тон писем Георга постепенно менялся. Однообразие жизни, отсутствие увлекательной перспективы работы и научного роста охлаждали первые юношеские восторги. Все чаще в письмах прорывается тоска по дому и мечта продолжить учебу в университете.

Можно лишь догадываться, к чему бы это привело впоследствии, но приезд сына священника, который одновременно был и владельцем замка и хозяином школы, вызвал большие перемены. Дело в том, что приехавший был математиком, и Георгу надлежало освободить для него преподавательское место и перебраться в Нейштадтскую школу.

Оторванность от дома и от университета все болезненнее переживалась молодым учителем математики. Но приходилось смиряться. Профессор Лангсдорф, по-прежнему принимавший в судьбе Ома большое участие, настоятельно советовал ему сосредоточить усилия на самообразовании. Георг штудировал оригинальные труды крупнейших математиков. И эти занятия оказались весьма плодотворными. Когда он в 1911 г. все же вернулся в Эрланген, то уже том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить ученую степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики.

Это было прекрасно, но всего через три семестра Ом вынужден был по материальными соображениям искать другого места. Эти поиски были мучительными и долгое время безуспешными. Георг рассылал письма во многие научные и учебные учреждения, послал даже прошение в генерал-комиссариат Баварского королевства, но лишь в январе 1813 г. он получил работу учителя математики и физики школы в Бамберге.

Методика преподавания в этой школе (как и во многих других) была такова, что Ом счел своим долгом направить в Генеральный комиссариат по преподаванию свои критические соображения. Итогом этого явилось то, что в 1816 г. школа в Бамберге была попросту закрыта, а Ома перевели в местную

подготовительную школу, где и контингент учеников, и условия работы преподавателей были гораздо хуже.

Но даже из этого печального опыта Ом извлек некоторую пользу. Он написал обширную заметку о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд. Он вышел в 1817г. Публикация была встречена сдержанно, чтобы не сказать враждебно. Некоторые даже писали, что идеи Ома означают «гибель всего математического учения». Но постепенно стали появляться и сторонники.

Ом старался энергично отстаивать свои идеи. Он рассылает письма с экземплярами статьи не только в университеты и школы, но и в министерства и даже королям (Вюртенберга и Пруссии). На многие письма ему вовсе не отвечают, или же приходят уклончивые и даже отрицательные ответы.

Тем ярче была воспринята «нечаянная радость». Пришло приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кельна. 37-летний Ом немедленно направился в Кельн.

Хотя Ом — уже далеко не юноша, но и в его первых письмах из Кельна домой сквозит юношеская восторженность. Он пишет о большой коллекции физических приборов, о благожелательном отношении коллег, об удобном расписании его уроков (первую половину дня он свободен, да и вся педагогическая нагрузка сравнительно невелика). Можно заняться наукой, и Ом пользуется этой драгоценной возможностью.

Первым делом, он проводит обследование всего парка приборов. Здесь обнаруживается, что многие приборы требуют ремонта, а то и замены. Но Ом не зря был прилежным учеником своего отца, который и поныне остается его первым советчиком. Ом многое умеет. Не без гордости он пишет, что научился так шлифовать янтарь, что две отполированные пластинки даже трудно оторвать одну от другой.

Тщательность работы, стремление как можно детальнее продумывать постановку экспериментов и готовить для них аппаратуру стало основой будущих успехов. Ом, который прежде уделял основное внимание математике, решительно и воодушевленно переключился на физику. Его увлекли проблемы, связанные с протеканием электрических токов по проводникам. Этот выбор отчасти определялся тем, что этими вопросами физики тогда занимались мало, и Ом надеялся, что у него не будет конкурентов.

Школьникам наших дней, изучающим закон Ома, может показаться, что это один из простейших законов физики: сила тока в проводнике прямо пропорциональна падению напряжения в нем и обратно пропорциональна сопротивлению. Но попробуйте мысленно перенестись в 20-е годы XIX века! Тогда электрические токи в проводниках были, правда, уже известны, уже существовали источники тока, в частности батареи гальванических элементов, датский физик Ханс Христиан Эрстед (17771851) открыл даже, что электрический ток оказывает воздействие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит — об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но еще и необходимой терминологии.

Путь, по которому пошел Ом, определялся ясным пониманием того, что первым делом нужно научиться количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что он вызывает нагревание проводника. Однако Георг Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. В приборе Ома ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на упругой расплющенной золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока.

Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре он обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий со временем. Это обстоятельство даже явилось причиной неточностей в первой из публикаций Ома. Он нашел выход из этого положения, перейдя к использованию открытое Томасом Иоганном Зеебеком (1770-1831) явление — возникновение тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал термоэлемент из висмута и из меди, один из спаев которых находился в кипящей воде, а другой — в тающем снеге.

Установка была смонтирована со всей возможной тщательностью и обеспечивала достаточную стабильность тока. Только после этого Ом устранил все первоначально имевшиеся источники неточностей и получил надежные результаты, касающиеся влияния на ток как геометрической формы проводников (их длины и сечения), так и их химического состава. В 1826г. в

«Журнале физики и химии» появилась обширная статья Ома «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата мультипликатора Швейггера», в которой излагались основные результаты его исследований.

Публикация результатов опытов Ома в первое время не вызвала почти никаких отзывов. Было, однако, одно ободряющее обстоятельство. Узнав о работах Ома, сам великий Майкл Фарадей заинтересовался ими и выразил сожаление, что из-за незнания немецкого языка не может изучить их обстоятельнее. Что же касается немецких коллег Ома, то когда, наконец, был опубликован пространный отзыв одного из них, оказалось, что в нем сказано: «исследования Ома не внушают серьезного уважения».

Тем не менее, хлопоты Ома о предоставлении ему годичного освобождения от учебных занятий ради возможности посвятиться полностью научным исследованиям была в 1826 г. удовлетворена (правда, с сохранением лишь половинного оклада).

Георг Ом переезжает в Берлин, где живет и работает его брат Мартин, и ровно через год выходит обширная (245 страниц) монография «Теоретическое исследование электрических цепей». Ее автор вдохновлялся идеями теории теплопроводности французского математика и физика Жана Батиста Жозефа Фурье (1768-1830), рассматривая электрический ток как течение некоего флюида, вызываемое перепадами «электроскопических сил», подобно тому, как поток тепла вызывается разностями температур. Ом руководствовался и аналогией между токами в проводниках и течением жидкостей по трубам.

Хотя Ом и пользовался терминологией, отличающейся от современной (впрочем, не всегда; например, введенная им в употребление величина «сопротивление» используется и поныне), но при надлежащем «переводе» нельзя не поразиться, как далеко продвинулся Ом в понимании законов электрического тока. Он понял даже, как описывать электрические цепи, в которых и проводники, и источники тока соединяются между собой как последовательно, так и параллельно.

Тем удивительнее, что современники не только не оценили должным образом его труда, но даже стали ожесточенно поносить. Видимо, причиной этого были и господствовавшие тогда философские взгляды (как это ни печально, философы и на этот раз оказались гонителями «положительных наук»). Многие из

них придерживались того мнения, что истина должна постигаться умозрительным путем, что опыт не может (и даже не должен) занимать в науке лидирующего положения. Труды же Ома, по мнению его критиков-натурфилософов (в числе которых были и высокопоставленные) пахли не «высшей гармонией», а потом. Об этом очень эмоционально писал позже русский физик А.Г. Столетов (1839-1896): «.. .физика особенно соблазняла натурфилософов. Какою благодарною темой для самых необузданных фантазий были явления электрические, с их полярною «любовью и ненавистью», с их таинственным отношением к процессам животного организма! Красивые и туманные дедукции стояли на первом плане: кропотливый труд экспериментатора, точный анализ математика были не в чести; они казались лишними и вредными при изучении природы...»

Противники Ома не только отрицали его заслуги, но и активно мешали ему работать. Все хлопоты о месте, где можно было бы работать, оставались тщетными. Даже выступать в печати со своими доводами Ому было не просто.

«Нет пророка в своем отечестве!» Ом в полной мере испытал это. Понимая важность полученных им научных результатов, он тщетно хлопотал о предоставлении ему той должности, которой он по праву заслуживал. Хотя срок его командировки в Берлин истекал, он считал невозможным оставить этот научный центр. В конце концов ему предложили работу в Военной школе Берлина, но почти с символической нагрузкой — Зч в неделю (и с соответствующей оплатой). Ом, поддерживаемый братом, принял и такое предложение и продолжал упорно работать. В 1829 г. в «Журнале физики и химии» вышла еще одна его работа. В ней фактически закладывались принципиальные основы работы электроизмерительных приборов. В частности, был предложен используемый и сегодня эталон электрического сопротивления.

В 1830 г. Ом публикует труд под названием «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости». Эта работа вызвала интерес. О ней с похвалой отозвался сам Майкл Фарадей. Несмотря на это, пора должной оценки заслуг Ома еще только приближалась. На родине они все еще на находили признания. Ом решился на крайнюю меру; написал прошение о предоставлении работы королю Баварии, но и это не возымело желаемого действия. Только в 1833 г., через 6 лет после выхода основного труда Ома, ему предложили место профессора физи-

ки во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Ом немедленно перебрался в Нюрнберг. Вскоре его назначили инспектором по методике преподавания и поручили заведование кафедрой математики. В 1839 г. к этому добавились и обязанности ректора школы. Тогда же наметился и его переход на новую научную тематику: Ома привлекла акустика.

Наметилось и международное признание. В 1841г. работы Ома были переведены на английский язык, в 1847 — на итальянский, в 1860 — на французский. В 1842г. произошло событие, которое явилось первым важным знаком признания научных заслуг Георга Ома: он явился вторым немецким ученым, которого Лондонское Королевское общество наградило золотой медалью и избрало своим членом. В Америке раньше других оценил важность работ Ома Дж. Генри (1797-1878). В Италии первым пропагандистом этих работ был Карло Маттеуччи (1811-1868).

Наконец, через 20 лет ожидания, Георг Ом получил признание и на родине, В 1845г. его избрали в Баварскую академию наук, а через четыре года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора. Тогда же по королевскому указу он назначается хранителем государственного собрания физикоматематических приборов и референтом по телеграфному ведомству при физико-техническом отделе Министерства государственной торговли. Одновременно он продолжает читать лекции по физике и по математике. 60-летний профессор не только справляется с этими многочисленными обязанностями, но и продолжает научные исследования и занимается конструированием и изготовлением демонстрационных приборов. Много внимания уделяет методике преподавания. В последние годы жизни начал работать над учебником физики, но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику».

Ом не создал семьи. Вся его жизнь была отдана науке.

В 1852г. исполнилось давнишнее желание Ома — он получил должность ординарного профессора. Но здоровье его уже пошатнулось. В 1854г. он перенес серьезный сердечный приступ. 28 июня 1854г. король Максимиллиан издал указ об освобождении его от обязательного чтения лекций. Но до конца жизни Георга Ома оставалось всего 12 дней.

На здании кельнской коллегии установлена мемориальная доска. На ней надпись: «Георгу Симону Ому, известному физику, который в должности учителя старой кельнской гимназии открыл в 1826 г. основной закон электрического тока, 6 марта 1939 г. в день 150-летия со дня его рождения установлена эта памятная доска».

Огюстен-Жан ФРЕНЕЛЬ

1788-1827

Огюстен-Жан Френель (Fresnel) родился 10 мая 1788 г. в Брольи, небольшом городке в Нормандии. Революция погубила большие планы работы его отца, архитектора, и вынудила поселиться с женой и двумя сыновьями в деревне Матье.

Огюстен был младшим из братьев, и — разительно отличие от старшего, блиставшего живостью ума и многими талантами, — читать он едва научился к семи годам. Правда, рассказывали, что сверстники Огюстена считали его гением — он замечательно умел мастерить дудки для стрельбы бузиной и так выбирать палки для луков, что взрослым пришлось запретить ставшее опасным оружие.

Особенно трудно давались Огюстену знания, требовавшие в первую очередь не логики, а памяти, в частности, ему трудно давалось изучение языков. Но когда он в 1801г. начал учиться в школе в Казне, его выручало умение прекрасно чертить.

Когда Огюстену исполнилось 16 лет, его перевели в Политехническую школу. Там работало несколько прекрасных преподавателей, а среди экзаменаторов был и прославленный математик Лежандр, который с похвалой публично отозвался о работе Френеля, что очень помогло тому обрести уверенность в себе.

Из Политехнической школы Огюстен перешел в школу путей сообщения, по окончании которой он был направлен в Вандею, где тогда требовалась большая работа для преодоления разрушительных последствий революции. Понимая нужность такой деятельности, Огюстен тяготился ее рутинной повседневностью и, по возможности, под влиянием Э. Малюса (1775-1812) старался самостоятельно изучать физику, в основном оптику.

Но жизнь Френеля круто изменилась, когда в 1815 г. Наполеон высадился в Канне. Френель не скрывал своих роялистских убеждений, и вскоре, к радости приверженцев императора, оказался под надзором полиции. Но ему, тем не менее, было разрешено переехать в Париж, где он сразу же стал заниматься всегда манившей его наукой. Первые опыты, однако, оказались неудачными. Френель долгое время был оторван от научного общения, и поэтому не знал, что явление астрономической аберрации (периодического годичного изменения видимого положения всех звезд) уже получило объяснение и что его сочинение на эту тему запоздало и, может быть, рискует быть воспринятым как плагиат. Это был горький урок на всю жизнь.

Но вскоре, уже в 1815г. появился и начал быстро шириться поток новых научных публикаций, посвященных оптике вообще и явлениям дифракции и поляризации в частности.

В 1919 г. Френель был удостоен академической награды за работы по дифракции, в 1823 г. его единогласно (большая редкость!) избрали в Академию, а через 3 года — в Лондонское Королевское общество и присудили ему медаль Румфорда.

Оптика обязана Френелю доказательством в 1821 г. попереч- ности световых волн и исследованию интерференции поляризованных лучей, он открыл в 1823г. эллиптическую и круговую поляризацию, объяснив хроматическую поляризацию и вращение плоскости поляризации, двойное лучепреломение. Теперь воспринимается как чудо, что еще до появления электромагнитной теории Максвелла были написаны Френелем знаменитые формулы, количественно описывающие отражение и преломление света на границе раздела сред. Наконец, Френелю обязана своим возникновением и оптика движущихся сред.

Огюстен-Жан ФРЕНЕЛЬ

Не уклонялся Френель и от прикладных задач (он занимался маяками) и от педагогической деятельности. Связанные с последней командировки, вероятно, более всего подорвали здоровье Френеля, не дожившего и до 40 лет.

Литература

1. Араго Ф. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров. Т. II, III. Москва-Ижевск, 2000.

Майкл ФАРАДЕИ

1791-1867

Майкл Фарадей (Faraday) — один из величайших физиков XIX в., основоположник современной полевой концепции в электродинамике, автор ряда фундаментальных открытий, в том числе закона электромагнитной индукции, законов электролиза, явления вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в веществе вдоль линий магнитного поля, один из первых исследователей воздействия магнитного поля на среды — по праву может считаться основоположником современной физики.

Фарадей родился 22 сентября 1791г. в Лондоне в семье бедного кузнеца. Кузнецом был и его старший брат Роберт, всячески поощрявший тягу Майкла к знаниям и на первых порах поддерживавший его материально. Мать Фарадея была прекрасной, трудолюбивой и мудрой, но необразованной женщиной, дожившей до времени, когда ее сын достиг успехов и признания, и по праву им гордившаяся.

Весьма скромные доходы кузнеца не позволили Майклу окончить даже среднюю школу школу, и двенадцати лет он поступает учеником к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской, где ему предстояло пробыть 10 лет. За это время Фарадей напряженно занимался самообразованием, прочитав всю доступную ему литературу по физике и по химии, повторяя, по возможности, в устроенной им домашней физикохимической лаборатории опыты, которые описывались в книгах, и посещая частные лекции по физике и астрономии, которые читались по вечерам и воскресеньям. По шиллингу на оплату каждой лекции он получал от брата. На этих лекциях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения, прося друзей указывать ему на все недостатки; он старался также изучать приемы ораторского искусства.

Одним из клиентов переплетной мастерской был член Королевского общества Дене (Dence), который, заметив огромную тягу Фарадея к науке, помог ему попасть на лекции выдающегося физико-химика Гемфри Деви в Королевском институте. Фарадей тщательно записал и переплел четыре лекции и вместе с письмом послал их лектору. Этот «смелый и наивный шаг», по словам самого Фарадея, оказал на его судьбу решающее влияние: в 1913г. Деви (не без некоторого колебания) пригласил его на освободившееся место ассистента в Королевский институт. Осенью того же года Деви отправился на два года в поездку по научным центрам Европы, взяв с собой и Фарадея в качестве ассистента и (порой, заметим, благодаря жене Деви, часто находившей нужным «поставить на место» молодого человека) лакея. Это путешествие имело для Фарадея большое значение: он вместе с Деви посетил ряд лабораторий, познакомился с такими учеными, как Ампер, Шеврель, Гей-Люссак, и они обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.

После возвращения в 1815 г. в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой все большее место начали занимать самостоятельные исследования. В 1816 г. он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В том же году появляется и его первая печатная работа.

В 1821г. в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (технического смотрителя, по ны-

нешней терминологии); появились две крупные его работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился и, как показала вся его дальнейшая жизнь, женился весьма счастливо.

В период до 1821г. Фарадей опубликовал около 40 работ, главным образом, по химии. Затем его блестящие экспериментальные исследования все более начали переключаться на область электромагнетизма. К тому времени только что появилось открытие Эрстедом магнитного действия электрического тока, и Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 г. в его лабораторном дневнике появляется запись: «Превратить магнетизм в электричество». Но он продолжал и другие исследования. Так, в 1824г. ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии.

Вскоре Фарадей был избран членом Королевского общества. Это произошло несмотря на активное противодействие Деви, отношения Фарадея с которым стали к тому времени непростыми, хотя Деви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было открытие Фарадея. Последний также никогда не упускал случая воздать должное Деви. «Это был великий человек», — сказал он уже на склоне лет химику Дюма, когда тот начал говорить о слабостях Деви.

Фарадей был членом ряда зарубежных научных обществ, в том числе членом Петербургской Академии наук.

Спустя год после избрания в Королевское общество Фарадея назначили директором лаборатории Королевского института. В 1827г. он получил в этом институте профессорскую кафедру.

Несмотря на стесненное материальное положение, Фарадей в 1830 г. решительно бросает все свои побочные занятия, выполнение любых научно-технических исследований и других работ (кроме чтения лекций по химии), чтобы целиком посвятить себя научным изысканиям. Вскоре его труды увенчиваются блестящим успехом: 29 августа 1831г. Фарадей открывает явление электромагнитной индукции — явление порождения электрического поля переменным магнитным полем. Десять дней напряженнейшей работы позволили Фарадею всесторонне и полностью исследовать это открытое им явление, которое, без преувеличения, можно назвать фундаментом, на котором покоится, в частности, вся современная электротехника. Но сам Фарадей не интересовался прикладными возможностями своих открытий, он стремился к главному — к исследованию законов Природы.

Открытие электромагнитной индукции принесло Фарадею заслуженную известность. Но он по-прежнему был очень стеснен в средствах, так что его друзья были вынуждены хлопотать о предоставлении ему пожизненной правительственной пенсии. Эти хлопоты увенчались успехом лишь в 1835г. Но когда у Фарадея возникло впечатление, что министр казначейства относится к этой пенсии как к подачке ученому, он направил ему полное гордого достоинства письмо, в котором отказывался от всякой пенсии. Министру пришлось просить извинения у Фарадея.

В 1833-1834 гг. Фарадей изучал прохождение электрических токов через растворы кислот, солей и щелочей, что привело его к открытию законов электролиза. Это можно назвать одним из первых важных шагов в сторону современной атомистики. Фарадей понял все основные черты процесса прохождения электролиза. Задолго до появления микроскопической модели этого процесса Фарадей уже мысленным взором видел, что в растворах электролитов нейтральные молекулы разделяются на ионы, несущие противоположные по знаку заряды, причем эти заряды всегда кратны некоей одинаковой для всех ионов величине (мы теперь понимаем, что это заряд электрона, открытие которого Фарадей предвосхитил почти на три четверти века). Естественно, законы электролиза сыграли важную роль в становлении представлений о дискретных носителях электрического заряда и о величине заряда, который впоследствии назвали элементарным. До конца 30-х гг. Фарадей выполнил обширные исследования электрических явлений в диэлектриках.

Постоянное огромное умственное напряжение подорвало здоровье Фарадея и вынудило его в 1840 г. на пять лет прервать научную работу. Вернувшись к ней вновь, Фарадей в 1846 г. открыл явление вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах, помещенных в магнитное поле, вдоль линий напряженности этого поля. По- видимому, сам Фарадей (взволнованно написавший, что он «намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию») придавал этому открытию большое значение. И действительно, оно явилось первым указанием на существование связи между оптикой и электромагнетизмом.

Убежденность в глубокой связи между электрическими, магнитными, оптическими и другими физическими (а также химическими) явлениями была вообще лейт-мотивом всего научного миропонимания Фарадея.

В 1855г. болезнь вновь заставила Фарадея прервать работу. Он значительно слабел, стал катастрофически терять память. Ему приходилось записывать в лабораторный журнал все, вплоть до того, куда и что он положил перед уходом из лаборатории и что он уже сделал и что собирался делать далее. Но даже когда он, чтобы все же продолжать работать, должен был отказаться от многого, в том числе и от посещений друзей. Оставалось последнее — лекции для детей. Они продолжались почти до последнего дня его жизни 25 июля 1867г.

Последние экспериментальные работы Фарадея были посвящены исследованиям магнитных свойств сред. Одним из наиболее значительных результатов здесь явилось открытие диамагнетизма.

Даже приведенный далеко не полный перечень того, что внес в физику Фарадей, позволяет оценить исключительное значение его трудов. Но в этом перечне отсутствует главное, что составляет его громадную научную заслугу: Фарадей был первым, кто создал полевую концепцию в учении об электричестве и магнетизме. Если до него господствовало представление о прямом и мгновенном взаимодействии зарядов и токов через пустое пространство, то Фарадей последовательно развивал идею о том, что активным материальным переносчиком этого взаимодействия является электромагнитное поле. Об этом прекрасно написал Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), ставший его последователем, развивший далее его учение и облекший представления об электромагнитном поле в четкую математическую форму: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».

Полевая точка зрения на электродинамику, основоположником которой был Фарадей, стала неотъемлемой составной частью науки нашего времени. Труды Фарадея ознаменовали наступление новой эры в физике.

Литература

1. Кудрявцев П. С. Фарадей. Москва, 1969.

Сади Никола Леонард КАРНО1796-1832

XVIII век можно назвать веком начала бурной технической революции, в частности, веком тепловых машин. Одним из создателей их теории и явился Сади Никола Леонард Карно (Carnot), французский физик и инженер, один из основоположников термодинамики.

Он родился 1 июня 1796г. в доме Лазара Карно, крупного ученого, политического деятеля и военачальника, избранного после революции 1796г. в Парижскую академию наук, депутата Законодательного собрания. В духе традиций того времени ребенку дали пышное имя Сади Никола Леонард.

Лазар уделял воспитанию сыновей большое внимание, и домашние занятия с ними многое дали для их умственного, духовного и физического развития. Когда Сади стал посещать лицей Карла Великого, то учиться там ему было легко. Особенно охотно и успешно он изучал математику и физику.

После блестящего окончания лицея по совету отца было решено продолжать обучение Сади в Политехнической школе, лучшем тогдашнем учебном заведении Франции, в котором в разные годы учились многие прославленные люди науки. 16-летний Сади успешно сдал вступительные экзамены и приступил к учебе. В 1816г., окончив шестым по успеваемости Политехническую школу, он тут же был направлен в Метц для продолжения образования. За два года пребывания в Метце Сади написал несколько статей, ныне утерянных, но, как пишут его биографы, получивших высокую оценку.

После Метца начался самый безрадостный период в жизни Сади. Лейтенанта Карно послали в инженерный полк, и он должен был обследовать гарнизоны, составлять планы, сметы и отчеты. Застой и скука гарнизонной службы приводили 23летнего лейтенанта в отчаяние, и, как только представилась возможность, он, выдержав конкурсные экзамены, поступил в Главный штаб корпуса, переехал в Париж и поселился в доме отца. Это событие произошло в 1819 г. и было сопряжено со значительными сложностями из-за антироялистской позиции Лазара Карно.

Живя и работая в Париже, Сади получил возможность следить за появлявшимися в печати наиболее важными научными работами, посещать интересовавшие его лекции, библиотеки и музеи.

Именно это время — период его наиболее активного научного творчества. 12 июня 1824г. выходит из печати первая и единственная работа 28-летнего офицера Сади Карно, обессмертившая его имя «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Это сочинение Карно можно считать первым шагом к созданию термодинамики, науке о тепловых явлениях.

Карно много трудился, продолжая научные исследования, несмотря на захватывающие его события революции 1830 г., но завершить этот труд ему было не суждено. 24 августа 1832 г. 36-летний Сади Карно стал жертвой холеры.

По существовавшим тогда правилам, все его имущество, в том числе и все бумаги, было сожжено. Единственная случайно уцелевшая записная книжка позволяет понять, сколь велика эта потеря. В этой книжке — одно из самых важных положений термодинамики — «первое начало», т.е. закон сохранения энергии.

Труд Карно был, по существу, первым серьезным теоретическим исследованием принципов работы тепловых машин. Хотя он пользовался уже в его время отвергнутым многими физиками представлением о теплороде, приток которого вызывает нагревание, а отток — охлаждение вещества, ему удалось открыть целый ряд положений, играющих определяющую роль в работе этих машин.

«В любой тепловой машине должен быть нагреватель и холодильник; должны осуществляться повторяющиеся циклы; за расширением рабочего вещества в машине, сопровождающимся произведением работы, должно следовать сжатие; полезная работа, производимая за один цикл, тем больше, чем больше разность температур нагревателя и холодильника; эта работа тем больше, чем медленнее происходит расширение и сжатие, чем ближе процесс к квазиравновесному, когда система в каждый момент бесконечно близка к равновесной. Действительно, если поршень, под которым находится газ, поднимается быстро, то давление непосредственно под ним оказывается пониженным по сравнению с равновесным, а чем меньше это давление, тем меньше та работа, которая может быть произведена».

Попытки Карно напрямую связать коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины (это тоже его термин) с температурой нагревателя и холодильника не увенчалась успехом только потому, что в то время еще не была известна абсолютная шкала температур. Но он понял очень многое. Так, он дал глубокий анализ практического вопроса — водяной пар или воздух выгоднее использовать в качестве рабочего вещества в тепловой машине, доказал, что максимальный теоретически возможный КПД не зависит от конструкции тепловой машины, а определяется только температурой нагревателя и холодильника, и установил много других важнейших положений.

Вряд ли нужно говорить, как важно было появление теории Карно в то время, когда паровые (да и все другие) тепловые машины заняли колоссальное место в мировой промышленности.

Однако «Размышления» Карно — один из удивительнейших примеров гениального научного прозрения, еще долго остававшегося непонятым и неоцененным. Пожалуй, всеобщее признание труды Карно получили лишь после после того, как Уильям Томсон (лорд Кельвин, 1824-1907) углубленно изучив их, в 1849 г. опубликовал в «Трудах Лондонского Королевского общества» пространный «Доклад о теории Карно — о движущей силе теплоты с численными результатами, полученными из опытов Реньо над парами». Несомненно, эта деятельность Томсона явилась одним из источников тех умозаключений, которые привели его к важнейшему выводу об абсолютной шкале температур.

Литература

Кошманов В. В. Карно, Клапейрон, Клаузиус. М.: Просвещение, 1985.

Льоцци М. История физики. М.: Мир, 1970.

Бенуа Поль Эмиль КЛАПЕЙРОН1799-1864

Ьенуа Поль Эмиль Клапейрон (Clapeyron) — французский физик и инженер, член Парижской академии наук — родился в Париже 26 января 1799г. Видимо, его родители не были состоятельными (в архиве сохранилась запись об отсутствии у них недвижимого имущества).

Окончив в 1816 г. лицей, Клапейрон поступил в Политехническую школу, через два года получил диплом военного инженера и был назначен на должность инженера-ученика в Горный корпус. Одновременно он начал посещать занятия в Минной школе.

Не ограничиваясь исполнением своих служебных обязанностей, Клапейрон отправился вместе со своим другом Габриэлем Ламе в поездку по Гарцу, где в то время проводилась добыча ряда полезных ископаемых и широко использовалась новейшая техника, в частности горнорудная. Итогом этой поездки явились

первые печатные труды Клапейрона, один из которых был посвящен зубчатым колесам, а другой — описанию парохода. Уже в этих первых публикациях проявился присущий и всем последующим работам Клапейрона интерес как к науке, так и к технике.

После возвращения друзей в Париж произошло знаменательное событие: они познакомились с русским генералом и дипломатом П. П. Базеном, благодаря которому вскоре получили приглашение на работу в Росссию, в Петербургский институт инженеров путей сообщения. В 1821г. они, приняв приглашение, прибывают в Петербург.

Клапейрону поручили заведование кафедрами механики и химии. Он сразу же приступил к модернизации читающихся курсов: добавил новые разделы (паровые машины, ветряные мельницы и др.). Уже на этом, первом этапе педагогической деятельности Клапейрона проявилось его исключительно полезное стремление уделять большое внимание как инженерноприкладным, так и теоретическим вопросам. Этому правилу он неукоснительно следовал в лекциях по механике и астрономии, а также по химии, которые он читал в 1827-1828 гг. Годом позже он вместе с Ламе добавил к прежним курс «Новые открытия и усовершенствования в художествах, относящиеся до предметов, преподаваемых в институте» и курс инженерной графики. Энергичные и инициативные французы начали добиваться организации публичных лекций, но это удалось только через два года и потребовало значительных усилий.

Работа Клапейрона не ограничивалась преподаванием. Он продолжал как научные исследования, так и инженерную деятельность по строительству мостов, устройству каналов и шлюзов, углублению русла рек. Важной была и работа Клапейрона в качестве эксперта: его первые в России испытания бетона и исследования известей привели его к заключению об их высоком качестве, а изучение железных руд — в их безусловной многоцелевой пригодности, в частности для изготовления мостовых цепей.

Петербургский период работы Клапейрона был ознаменован и появлением более десяти его печатных работ, из которых наиболее значительные: «Об устройстве сводов», «О построении веревочных многогранников» и «О приложении статики к решению задач, входящих в теорию наименьших расстояний». Многогранная деятельность Клапейрона была отмечена избранием его членом-корреспондентом Петербургской академии наук.

Но в 1831г. и Клапейрон, и Ламе после срочной и непривычно длительной для профессоров командировки в Вытегру, скорее напоминавшую ссылку, по не вполне понятной (вероятнее всего, политической) причине поспешно и неожиданно, сославшись на состояние здоровья, подали заявление об отставке и покинули Россию. По возвращении во Францию Клапейрон продолжил свою инженерную деятельность, в основном по строительству мостов (через Сену, Гарону и др.) и железных дорог. Так, он руководил постройкой дороги Париж-Сан-Жермен-Бордо-Вайон.

Накопленный за годы пребывания в России богатый опыт Клапейрон использовал и в преподавании. Можно особо отметить подготовленный им оригинальный курс «Паровые машины». Эта его деятельность не осталась незамеченной. В 1844г. он был назначен профессором «Школы мостов и дорог», а 1858 г. был избран членом Парижской академии наук.

Долгое время научные заслуги Клапейрона недооценивались: его труды считали популяризацией или даже перефразировкой на новом, графическом языке работ Сади Карно (17961832). Клапейрон действительно развивал идеи Карно, изложенные в его знаменитом (но почти не оцененном современниками) «Размышлении о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» и облекал их в более совершенную математическую и графическую форму (даже входящий во все учебники вариант рассмотрения цикла Карно — две изотермы и две адиабаты — был предложен Клапейроном). Мнение о «вторичности» работ Клапейрона отчасти связано с тем, что он в своих трудах не выделял свой оригинальный вклад, и даже название его труда было почти дословно таким же, как у Карно.

Именно благодаря работам Клапейрона эти идеи Карно получили признание и должную оценку, но он и сам внес в науку большой вклад. Достаточно вспомнить хотя бы об уравнении Клапейрона-Менделеева — основном уравнении состояния идеальных газов и об уравнении Клапейрона-Клаузиуса, связывающем температуру плавления вещества с давлением.

После кончины Клапейрона 28 января 1864г. в память об этом выдающемся ученом и инженере его именем была названа одна из улиц Парижа.

Литература

Кошманов В. В. Карно, Клапейрон, Клаузиус. М.: Просвещение, 1985.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М., 1983.

Эмилий Христианович ЛЕНЦ1804-1865

Выдающийся русский физик, исследователь электромагнитных и электрических явлений, геофизик, организатор науки Эмилий Христианович Ленц родился 24 ноября 1804г. в Дерите (теперешнем Тарту) в семье чиновника — секретаря Городского магистрата.

Первоначально Эмилий Ленц учился в местных частных школах, а потом — в гимназии. По окончании гимназии 16летний Ленц поступил на химический факультет университета в Дерпте (по материальным соображениям он позже перешел на богословский факультет).

За учебой одаренного юноши первое время внимательно наблюдал Гизе, его дядя, профессор того же университета. Вскоре, однако, Гизе уехал за границу и поручил племянника вниманию физика, профессора Егора Ивановича Паррота (1787-1852), будущего члена Санкт-Петербургской академии наук.

Под руководством Паррота студент-богослов Ленц продолжал самостоятельно изучать физику. Паррот сыграл в судьбе Ленца решающую роль. В начале 20-х гг. шла подготовка к третьему кругосветному плаванию капитана О. Е. Коцебу. Для проведения многочисленных океанографических исследований требовался физик, и Паррот порекомендовал на это место 19-летнего Ленца, в жизни которого это плавание сыграло почти такую же роль, как плавание Чарльза Дарвина на корабле «Бигль».

Экспедиция на корабле «Предприятие» началась в 1823 г. и продолжилась до 1826 г. За это время Ленц провел огромное число измерений температур, солености и других физических параметров океанской воды на различных глубинах. Программа этих исследований была разработана еще до начала плавания Парротом, а их результаты оказались настолько совершенными, что они продолжали использоваться десятки лет. Об их достоинствах с большой похвалой отзывался, в частности, адмирал С. О. Макаров, который сам был известным исследователем в этой области.

Для измерений температур на различных глубинах был спроектирован и изготовлен специальный прибор — батометор. Он позволял поднимать образцы воды с большой глубины так, чтобы ее температура сохранялась неизменной. Для этого требовалась не только надежная теплоизоляция, но и тщательная экспериментальная ее проверка.

Весьма похвально отзывался и Макаров и о проведенных Ленцом измерениях удельного веса океанской воды: «Наблюдения Ленца не только первые в хронологическом отношении, но первые в качественном, и я ставлю их выше своих наблюдений и выше наблюдений на Chellenger’e...»

Тщательность и полнота измерений вообще являлись отличительной особенностью исследований Ленца в области физической географии, и это позволяет говорить о нем как об одном из первых в России океанографов. Одними из важных итогов его наблюдений явились выводы о существовании приэкваториальной области пониженной солености вод у поверхности океанов, а также о том, что температура воды в океанах с увеличение глубины растет сначала быстро, а потом значительно медленнее.

Эти выводы были позже подтверждены многочисленными исследованиями других физиков моря.

Но Ленц не ограничивался измерениями только параметров воды. Он изучал и атмосферу. Так, он провел тщательные наблюдения над суточным ходом атмосферного давления на острове Люсон под 14°34' с. ш. и установил существование двух максимумов и двух минимумов в сутки.

Ленц не только получал большое количество результатов наблюдений, но и давал им правильное научное объяснение. Он писал в изданном им курсе физической географии: «Главная же задача ее, как науки, заключается в определении, по каким именно законам совершались и еще ныне совершаются наблюдаемые нами явления».

По возвращении из экспедиции Ленц, не окончив Дерптский университет и навсегда оставив богословие, в 1827г. защитил в Гейдельбергском университете докторскую диссертацию по многочисленным полученным им за время экспедиции материалам.

Паррот вновь оказал ему поддержку, пригласив его переехать в Петербург. Здесь Ленц недолгое время преподавал в школе, а в 1828г., после того, как Паррот представил в Академию наук его работу «О солености и температурах воды океанов на разных глубинах», Ленц был избран адъюнктом Академии.

Работа Ленца как геофизика еще продолжилась, когда он вскоре принял участие в большой экспедиции на Кавказ, где проводил магнитные и гравиметрические наблюдения (поднялся почти до вершины Эльбруса). Эта работа, как и последующие магнитные измерения в Баку и Николаеве проводилась по международной программе Гумбольта.

В марте 1830г. Ленц был избран экстраординарным, а в 1834г. — ординарным академиком. Вся его научная работа проходила в Физическом кабинете Академии наук. Здесь были получены результаты его исследований в области электромагнетизма, заслужившие мировую известность.

Первая группа этих результатов касалась одного из самых замечательных открытий, сделанных великим английским физиком Майклом Фарадеем (1791-1867): в 1831г. им было открыто явление электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного потока через его контур.

Магнитный поток может изменяться по различным причинам. Например, если неподвижный проводящий контур помещается во внешнее магнитное поле, порождаемое переменным током; или, если внешнее магнитное поле постоянно, но происходят изменения в самом контуре: он движется или деформируется; или меняется магнитная проницаемость среды, в которую погружен этот контур; или действует некая комбинация всех факторов, вызывающих возникновение индукционных токов.

Можно ли, учитывая все многообразие вариантов возникновения индуцируемых токов, указать правило, позволяющее определять их направление?

Предлагалось немало такого рода правил. Но все они имели вид частных рецептов, и только Ленцу удалось найти наиболее общее решение проблемы.

Формулируется правило Ленца довольно кратко: при любом действии, порождающем индукционный ток, этот ток направлен так, чтобы ослабить вызывающее его действие (трудно удержаться от неоправданного искушения почувствовать в правиле Ленца одушевленное «стремление индукционных токов противиться действию причин, их вызывающих». Даже интуитивно ясно, что здесь просматривается некая связь с законом сохранения энергии, что действительно было установлено позже).

«Правило Ленца» было установлено в результате весьма большого числа тщательно проведенных и глубоко проанализированных экспериментов, и то, что итог оказалось возможным изложить в одной фразе, явилось одним из наиболее блестящих примеров научных обобщений. Одного этого достижения было бы достаточно, чтобы причислить Ленца к числу выдающихся физиков. Однако этим не ограничились его научные достижения.

Ленц, опять-таки обратившись к эксперименту, приступил к исследованиям тепловых действий тока.

То, что провода, по которым текут электрические токи, нагреваются, было известно давно, но количественное описание этого процесса отсутствовало. Правда, уже появились первые, пусть несовершенные электроизмерительные приборы (кстати, основанные именно на тепловом действии токов) и Георг Ом (1787-1854) уже в 1826 г. сформулировал основной закон, определяющий силу тока в электрической цепи, но его признание было еще впереди (даже Фарадей не имел о нем ясного представления), не было установленных единиц измерений и вообще мысли о количественных законах электричества еще только зрели.

Тем более замечательно, что Ленц в 1842 г. количественно сформулировал основной закон теплового действия тока: количество выделяющегося за единицу времени тепла в проводнике пропорционально квадрату силы тока, а при заданной силе тока зависит только от сопротивления проводника — прямо пропорционально ему (одновременно и независимо этот закон был установлен в Англии Джеймсом Перскоттом Джоулем (1818-1889) и поэтому его часто называют законом Джоуля-Ленца).

Помимо научных исследований, которые Ленц проводил в физическом кабинете, он много внимания уделял преподаванию и научно-организационной деятельности. Хотя он преподавал вначале в нескольких местах (в Морском кадетском корпусе, в Артиллерийской академии, в Главном педагогическом институте), основной была его работа в С.-Петербургском университете.

31 декабря 1835 г. Ленц был избран ординарным профессором по кафедре физики. Через пять лет его избрали деканом физического факультета, что было признанием его значительного влияния и заслуг.

Ленц оставался деканом 23 года, пока его не избрали ректором университета. Но на этом посту он пробыл недолго, всего около года. Еще не старым человеком, из-за болезни Ленц вынужден был уехать лечиться за границу, и, несмотря на усилия врачей, он скончался в Риме 29 января 1865г.

Положительное влияние Ленца на жизнь университета и физического факультета, в частности, было весьма значительным. При нем в университете появились В. Я. Буняковский (18041889), П. Л. Чебышев (1821-1894), А. А. Воскресенский (1809— 1880), Д.И. Менделеев (1834-1907).

Э.Х. Ленц явился основателем значительной научной школы. Его ученики и последователи (среди которых был и его сын) работали как в ряде городов России, так и за ее пределами.

Но научной работой и преподаванием деятельность академика Ленца не ограничивалась. Человек широчайшей эрудиции и исключительной трудоспособности, он привлекался к работе во множестве комиссий и обществ. Так, он был членом Комиссии по сооружению Главной астрономической обсерватории, комитета по постройке Исаакиевского собора, занимался системой отопления торфом Публичной библиотеки, инспектировал Морские учебные заведения и был членом комиссии по их реформированию, в его присутствии проходили пробы золочения куполов храма Христа Спасителя в Москве, и Ленц следил за расходом

металла. Многие годы он председательствовал в Комитете по руководству работой кандидатов в преподаватели физики и физической географии, был членом Комитета по пересмотру устава университета и даже... осуществлял наблюдения за громоотводами и спиртометрами.

Трудно даже перечислить все то многое, чем обязаны Ленцу не только Петербургский университет, но и вся российская и мировая наука.

Литература

1. Ленц Э.Х. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1950.

Густав Роберт КИРХГОФ1824-1887

Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф (Kirchhoff) — один из создателей спектрального анализа, автор метода расчета токов в разветвленных электрических цепях, один из крупнейших физиков и педагогов конца XIX в. — родился 12 марта 1824г. в Кенигсберге. Его отец Карл Фридрих Кирхгоф, был советником юстиции. Густав, младший сын в семье, был живым и общительным мальчиком, и ничто не предвещало, что впоследствии он станет замкнутым и молчаливым.

В Кляйнгорской гимназии, куда Густав пришел учиться, он охотнее всего занимался математикой и физикой. Поэтому, естественно, в 18 лет, окончив гимназию, он поступил на физикоматематический факультет Кенигсбергского университета.

Тогда преподавание стояло там на высоком уровне, но самой яркой фигурой был Франц Нейман (1798-1895), которого Людвиг Больцман в речи, посвященной памяти Кирхгофа, назвал

«отцом и Нестором» математической физики. На семинаре Неймана Густав Кирхгоф и выполнил свою первую научную работу (о прохождении электричества через пластинки). Ему тогда шел 21-й год. Влиянию Неймана, а позже и Бунзена (1811-1899) наука обязана тому, что Кирхгоф посвятил себя физике, которая сначала его не увлекала: «скучные наблюдения и скучные расчеты...» В 23 года Кирхгоф получил свою первую ученую степень и (редкую в то время!) научную командировку в Париж. Однако из-за политических событий поездка не состоялась, и в 1848 г. Кирхгоф, защитив в Берлинском университете диссертацию, был приглашен экстраординарным профессором в Бре- славль. По счастливому стечению обстоятельств, туда через год приехал Роберт Вильгельм Бунзен, с которым Кирхгофа связала многолетняя дружба и сотрудничество.

Бунзен, проработав в Кенигсберге всего лишь год, перебрался в Гейдельберг. Туда он вскоре пригласил и Кирхгофа, который охотно принял это предложение (отказавшись от приглашения в Берлин и в Бонн). Через четыре года в Гейдельберг приехал и (еще не пришедший тогда в физику) молодой профессор физиологии Гельмголц (1821-1894). Были и другие молодые и талантливые ученые. Возник один из виднейших научных центров Германии.

Переезд в Гейдельберг ознаменовался и важным изменением в личной жизни Кирхгофа — он женился на дочери Ришело, университетского преподавателя математики.

В Гейдельберге Кирхгоф проработал 20 лет. В эти годы был достигнут один из основных его научных результатов: вместе с Бунзеном им был создан спектральный анализ.

Впервые оптические спектры заинтересовали еще великого Исаака Ньютона (1643-1727). Но призмы, которым пользовался Ньютон, не обеспечивали достаточно резкого разрешения. Кроме того, сначала фигурировали только спектры испускания. Только Уильям Хайд Волластон (1766-1828) заметил в спектре Солнца темные линии — линии поглощения, которые затем были тщательно исследованы Иозефом Фраунгофером (1787-1826), имя которого теперь входит в их название. В 1857г. Кирхгоф получил достаточно совершенную призму, отшлифованную самим Фраунгофером, и это послужило началом важных исследований и открытий, сделанных совместно с Бунзеном.

Главным итогом этих исследований был вывод о том, что спектры достаточно разреженных источников излучения (атомы

должны быть настолько удалены друг от друга, чтобы не сказывалось взаимодействие между ними) определялся лишь индивидуальным составом и строением каждого атома и потому могут быть названы характеристическими. Это касается как спектров испускания, так и спектров поглощения, которые наблюдаются, если лучи проходят через пары вещества, в котором происходит резонансное поглощение тех самых частот, которое может испускаться этим веществом.

Открытие спектрального анализа сыграло огромную роль не только в технике, но и в астрофизике. Некоторые элементы (в том числе гелий, о чем напоминает и его название) были сперва открыты по спектрам Солнца). Более того, именно с проблемы объяснения спектров начались исследования, которые привели уже в XX в. к возникновению квантовой теории.

В 1865 г. значительно улучшились условия работы Кирхгофа: появилась лаборатория и расположенная поблизости от нее квартира. Но вскоре Кирхгофа постигло несчастье. В 1868г. он потерял жену. Через год, неудачно подвернув ногу, Кирхгоф оказался прикованным к инвалидной коляске, и только спустя довольно продолжительное время смог иногда ходить с палкой. К тому же, резко ухудшилось его зрение.

В 1872 г. Кирхгоф женился вторично («май жизни улыбнулся мне дважды»).

Гейдельбергский университет, где так долго работал Кирхгоф и к которому он был очень привязан, из-за недостатка средств постепенно утрачивал свое положение, становясь все более провинциальным. Друзья Кирхгофа вынуждены были переходить в другие университеты.

Его самого настоятельно приглашали в Берлин, и в 1875 г. он принял третье по счету приглашение занять кафедру теоретической физики, но уже через год оказалось, что из-за ухудшения здоровья он не может продолжать чтение лекций и должен ограничиться научной работой.

Как педагог Кирхгоф приобрел заслуженную европейскую известность. Многие из его многочисленных учеников со временем стали выдающимися физиками. В их числе и Макс Карл

Эрнст Людвиг Планк (1858-1947), будущий основоположник квантовой теории.

Научный авторитет Кирхгофа был очень высок. В 1870 г. он был избран в Берлинскую академию наук, а еще раньше, с 1863 г. стал членом-корреспондентом Петербургской, а позже — и Парижской академии наук.

В 1883/84 учебном году Кирхгоф был избран ректором университета, но из-за болезни отказался от этой должности.

Значительную часть остававшихся ему лет жизни Кирхгоф провел в Бадене, не прекращая работать. Он работал и вернувшись в Берлин, до последнего дня жизни, до 17 октября 1887г.

Литература

Больцман Л. Густавъ Робертъ Кирхгоффъ / Сер. Из истории физики XIX столетия. 1897.

Горнштейн Т.Н. Густав Роберт Кирхгоф // Г. Кирхгоф. Механика. Лекции по математической физике. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

Уильям Томсон КЕЛЬВИН1824-1907

Уильям Томсон (Кельвин) (Thomson (Kelvin)) — английский физик, один из основоположников термодинамики, многое сделавший и в других областях классической теории (теория электрических и магнитных явлений и др.), с 1851г. член, а с 1890 по 1895 г. — президент Лондонского Королевского общества, член академий наук многих стран и научных обществ — родился в Белфасте 26 июня 1926г.

Предки его были некогда ирландскими фермерами, но уже его отец стал ученым, известным математиком.

Уильям учился в колледже в Глазго, а затем в 1845г. закончил университет в Кембридже.

В 1846г. 22-летний Томсон занял кафедру теоретической физики в университете в Глазго, где организовал впоследствии первую физическую лабораторию и где проработал до 17 декабря 1907г., до последнего дня жизни.

Еще студентом Уильям опубликовал ряд работ по применению метода рядов Фурье к задачам о распространении тепла в средах, обратив, в частности, внимание на аналогии между законами распространения тепла и электрического тока. Вскоре появились и его новые сочинения, в которых развивались принципы, которые затем плодотворно применялись в теоретических работах по геологии (сам Томсон пытался использовать их для определения возраста Земли).

Математические методы, развитые при рассмотрении задач теплопроводности, оказались эффективными и в других областях. В 1845 г., находясь в Париже, Томсон опубликовал ряд статей по электростатике, в которых излагал предложенный им метод изображений, позволяющий радикально упростить решение некоторых задач.

Во время, к которому относится работы Томсона, термодинамика была одним из «столпов» физики, и тем более примечательно, что ему удалось внести в нее нечто принципиально новое. Речь идет о «втором начале» термодинамики. Его первая формулировка была в 1824г. предложена С. Карно (17961832). Томсон указал на необходимость модернизации и независимо от Р. Клаузиуса (1822-1888) предложил новую его формулировку: «в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершаемая за счет охлаждения теплового резервуара». Иногда это переформулируется как утверждение о невозможности вечного двигателя второго рода.

Одним из выводов из этого явилась идея о «тепловой смерти» вселенной: раз механическая энергия может полностью перейти в тепловую, а тепловая в механическую — нет, то, по мнению Томсона, неизбежно в конце концов вся энергия перейдет в тепловую, — и механические движения прекратятся.

Эффективная критика этого вывода появилась только в работах Л. Больцмана (1844-1906).

В 1866г. Томсону за научные заслуги был присвоен титул лорда. Фамилия лорда Кельвина увековечена в названии абсолютной шкалы температур — шкалы Кельвина. В природе существует минимально возможная температура. По классической молекулярной физике при этой минимальной температуре — при абсолютном нуле — прекращается тепловое движение. Именно от этого абсолютного нуля и отсчитываются температуры по шкале Кельвина.

Зародившаяся под прямым влиянием техники, термодинамика всегда сохраняла с ней связь, хотя не всегда сиюмомент- ную. Примером тому может служить эффект, который был в 1853-1954 гг. открыт Томсоном и Джоулем (1818-1889). Он состоит в изменении температуры при стационарном адиабатическом (т.е. при отсутствии теплообмена) протекании газа через пористую перегородку. У одних газов при этом температура убывает, у других — возрастает; как было понято позже, это определяется тонкими деталями взаимодействия между молекулами. Этот эффект, может показаться поначалу представляющим только «академический» интерес, но он оказался важным для получения очень низких температур.

Томсон широко применял термодинамику для объяснения и предсказания новых эффектов. В 1855 г. он начинает исследования явлений, называемых термоэлектрическими, и строит их термодинамическую теорию.

Уже сам этот термин говорит о переплетении тепловых и электрических эффектов. Некоторые из таких явлений уже были известны ранее, но были открыты и новые.

Один из таких эффектов даже был назван в честь Томсона. Он состоит в выделении или поглощения тепла при пропускании электрического тока через участки проводника, в которых имеются неоднородности температуры. Уместно подчеркнуть, что это открытие произошло задолго до того, как было понята «микроскопичесчкая» природа электрического тока, до появления электронной теории, позволившей дать термоэлектрическим явлениям наглядное истолкование.

В работы по термоэлектричеству Томсон привлекал и студентов, что потребовало создания первой (в университете Глазго, да и во всех других университетах) учебно-научной лаборатории. Здесь велись первые в мире научные исследования для промышленности. Томсону принадлежит изобретение многих электроизмерительных приборов. Он также занимался усовершенствованием ряда мореходных инструментов.

Исследования по электричеству приобрели особую актуальность после появления трансатлантического кабеля. В его работе проявились дефекты, понять и устранить причины которых без вмешательства ученых не удавалось.

Томсон стал активным участником осуществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю. Он построил теории распространения электрических импульсов по проводам.

Он первым, являясь крупнейшим специалистом по электромагнетизму, понял, какую роль играют не только сопротивление проводов, но и индуктивность, и электрическая емкость всей цепи. Им были рассмотрены электрические токи в так называемом колебательном контуре — системе из последовательно соединенного конденсатора и катушки самоиндукции. Была, в частности, выведенная знаменитая формула Томсона — один из краеугольных камней сегодняшней электро- и радиотехники, согласно которой частота собственных колебаний в таком контуре пропорциональна квадратному корню из произведения индуктивности катушки на емкость конденсатора.

Экспедиция по прокладке кабеля вызвала интерес Томсона к морским делам, что привело его к усовершенствованиям компаса и лота, а также к новым исследованиям по гидродинамике и теории волн. Томсон вообще много занимался прикладными вопросами физики и проблемами экспериментальной техники. Ему принадлежит изобретение и усовершенствование таких приборов как зеркальный гальванометр, квадрантный и абсолютный электрометр и др. Его преподавательская деятельность, его книги и статьи (в частности, «Электричество» и «Теплота» в Британской энциклопедии) воспитали несколько поколений физиков и инженеров во многих странах.

Будучи признанным авторитетом в области термодинамики, Кельвин оказался причастным и к становлению молекулярно-кинетической теории. Важное место в этой теории занимает величина N^ именуемая числом Авогадро (1776-1856) — число молекул в одном моле вещества. Один из путей ее экспериментального определения связан с проблемой голубого цвета неба — проблеме рассеяния света в атмосфере.

Теоретическое исследование Рэлея (1842-1919) привело к формуле, в которую входило N^. Для его определения требовались наблюдения в горах, и, после того как они были проведены группой альпинистов в Альпах в 1910 г., Кельвин провел нужные вычисления. Полученная оценка оказалась не очень точной (отчасти из-за плохой погоды во время измерений), но она была весьма интересной в научном отношении.

Лорд Кельвин не чурался и узко-прикладных задач. Так, в числе многих других, он получил и патент на изобретение оригинального водопроводного крана.

С 1877 г. лорд Кельвин — иностранный член-корреспондент, а с 1896 г. почетный член Санкт-Петербургской Академии наук.

Последние годы жизни лорда Кельвина, скончавшегося 7 декабря 1907г., были временем появления в физике многого принципиально нового. Эра классической физики, одним из ярчайших деятелей которой он был, близилась к завершению. Уже недалека была квантовая и релятивистская эра, и он делал шаги по направлению к ней: его живо интересовали рентгеновские лучи и радиоактивность, он выполнил расчеты по определению размеров молекул, выдвинул гипотезу о строении атомов и активно поддерживал исследования Дж. Дж. Томсона (1856-1940) в этом направлении.

Высочайший научный и нравственный авторитет лорда Кельвина поставил его на одно из первых мест в физике XIX в.

Литература

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Льоцци М. История физики. Гл. 10. М.: Мир, 1970.

Джеймс Клерк МАКСВЕЛЛ1831-1879

Джеймс Клерк Максвелл (Maxwell) — один из величайших ученых, чьи труды ознаменовали наступление новой эпохи в физике, — родился 13 июня 1831г. в Эдинбурге в доме №14 по улице Индии.

Его отец Джон Клерк Маквелл принадлежал к древнему шотландскому роду Клерков. Он изучал право в Эдинбургском университете, потом вступил в адвокатскую коллегию, хотя интересовался лишь наукой и техникой, посещал заседания Эдинбургского философского общества и испытывал неприязнь к «грязным адвокатским делишкам», как он о них отзывался.

Джону Клерку Максвеллу было 37 лет, когда скончалась его мать, оставив на его попечение сестру Изабеллу, вдову государственного министра по делам Шотландии, с годовалой дочерью Дженимой. Обстоятельства заставляли Джона принять новое радикальное решение.

Первым сделанным им шагом стала 4 октября 1826г. женитьбы на Франсуз Кэй, дочери судьи Адмиралтейского суда Роберта Ходжона Кея. Под влиянием этой артистически одаренной, тонкой, но в то же время энергичной и волевой женщины Джон решил навсегда покинуть Эдинбург и поселиться в доставшемся ему по наследству поместье в южной Шотландии. Поместье находилось в красивейшем месте, но было разорено, там даже негде было поселиться, планированием и постройкой подходящего дома нужно было заняться в первую очередь.

Детские годы

Джон Клерк Максвелл решил все, начиная с дома («небольшого, но допускающего возможность расширения»), сделать по- новому. Все должно было быть рационально, просто, удобно. Дом получил название «Гленлэр» — «Берлога в узкой лощине». Там, в атмосфере любви, в окружении прекрасной природы протекли детские годы его сына Джеймса.

Ему было 8 лет, когда скончалась мать. Последние дни она очень страдала, и Джеймса утешали тем, что кончина избавила ее от страданий. Единственным воспитателем Джеймса остался отец. Между отцом и сыном создалась исключительная духовная близость и взаимопонимание. Джеймс всю жизнь помнил, как отец ясными ночами выносил его из дома и рассказывал о звездах. Они изготовили «небесный глобус» — бумажный шар, на котором были выколоты созвездия, и когда помещали внутрь шара свечу, на потолке возникала картина звездного неба.

У него были сверстники-друзья, он с наслаждением носился на пони, умудрялся плавать на деревянной бадье, сам мастерил себе игрушки, плел корзины и даже вышивал. Когда научился читать, довольно беспорядочно перечитал имевшиеся в доме книги, увлеченно рисовал «магические диски» — прообразы мультфильмов, сочинял стихи.

Но систематического образования Джеймс не получал, что все сильнее беспокоило его отца (который, правда, вспоминал годы своей учебы в Хай-скул в Эдинбурге с живым отвращением) и родных. Был приглашен воспитатель — довольно милый юноша, не оправдавший, однако, как и несколько других последовавших за ним учителей, возлагаемых надежд. Поэтому было решено, что Джеймса должен переехать в Эдинбург, поселиться у своей тети и поступить в недавно созданную школу, носившую название Эдинбургской академии.

В школе

В школе Джеймса ждала малоприятная встреча. Одет он был непохоже на других: вся его одежда, вплоть до башмаков была изготовлена по оригинальным проектам его отца, не заботившегося о том, «что носят», а думавшего лишь о «рациональности» одежды и обуви. Естественно, в первый же день одноклассники набросились на Джемса, и очень пострадала бы не только его одежда, но и он сам, если бы не сила и ловкость, приобретенная им в Гленлэре. После этого за Джеймсом осталось прозвище «Бешеный», и его стали побаиваться.

Первое время Джеймс не блистал в школе успехами. Он очень тосковал по отцу, по дому и даже (это нашло отражение в его письмах) по оставшимся в Гленлэре животным, включая любимых им лягушек. Успешной учебе мешала и недостаточная домашняя подготовка. Похоже, перелом произошел, когда пришло время изучать геометрию. Она на всю жизнь осталась для Максвелла любимым разделом математики. Он увлеченно склеивал из бумаги многогранники. После посещения вместе с отцом Эдинбургского философского общества, где был прочитан доклад о форме этрусских ваз, Джеймс занялся способами рисования овалов. Он знал о методе, издавна применявшимся садовниками: в землю забиваются два колышка (два фокуса), придерживающих веревочную петлю, вдоль которой скользит натягивающая веревку острая палка, которой и рисуется на земле эллипс.

Джеймс предложил обобщить этот метод. Так появилась его первая научная работа «О черчении овальных кривых, имеющих несколько фокусов». Отец показал начерченные сыном овалы профессору Форбсу, который 16 апреля 1864г. доложил о них на заседании Эдинбургского философского общества, а потом опубликовал работу юного Максвелла со своими комментариями в Трудах Эдинбургского Королевского общества.

Весной 1847 г. состоялось важное для Джеймса знакомство с физиком Вильямом Николем (1768-1851), заслужившим известность изобретением очень удачного поляризатора («призмы Николя», часто именуемой просто «николем»). Продемонстрированные Николем изумительные картины хроматической поляризации, произвели на Джеймса Максвелла огромное впечатление, и он решил заняться использованием этого явления для исследования внутренних напряжений в прозрачных веществах. Он с увлечением зарисовывал наблюдаемые цветные фигуры и даже послал наиболее интересные из сделанных им рисунков Николю,

и тот щедро отблагодарил его, прислав ему в подарок собственноручно изготовленные им два николя; Максвелл бережно хранил и впоследствии с успехом использовал этот подарок, начав изучать упругие напряжения в нагружаемых телах.

Интерес Максвелла к теории упругости нашел отражение в его докладе «О равновесии упругих тел», прочитанном им в 1850 г. на заседании Эдинбургского Королевского общества. Доклад, в который вошли результаты не только экспериментальных, но и теоретических исследования автора, вызвал серьезный интерес специалистов.

Но это произошло уже после того, как в 1847г. Джеймс Клерк Максвелл одним из первых окончил Эдинбургскую академию, которая так неласково встретила его и которую он потом полюбил и где его также полюбили. При расставании весь класс спел сочиненный Джеймсом гимн.

И Джеймс, и его отец отчетливо понимали, что для серьезной научной работы подготовка в Эдинбургской академии недостаточна и следует продолжить обучение. Но мысль о разлуке с отцом, самым близким ему человеком была так тягостна, что он решил не покидать Эдинбурга. Джемс поступает в Эдинбургский университет.

В Эдинбургском университете

Поступив осенью 1847г. в Эдинбургский университет, Максвелл все заметнее переходит от математики к физике. Приехав летом в Гленлэр, он даже устраивает там небольшую лабораторию, где, в основном, занимается изучением оптическими методами механических напряжений при деформациях. Доклад об этих исследованиях он представил в Эдинбургское Королевское общество в 1850 г.

Несмотря на то, что в университете преподавали интересные ученые и опытные педагоги, очень хорошо относившиеся к Джемсу, и он, и его отец все яснее понимали, что дальнейший рост требует перехода в Кембридж. Решиться на это было трудно: этих двух людей связывали все, и, казалось, жить в разлуке они не смогут. Но рассудок победил чувства, и осенью 1850 г. Джеймс уехал в Кембридж.

Кембридж

После непродолжительного пребывания в старейшем из колледжей Кембриджа Питерхаузе (колледже святого Петра) Максвелл перевелся в колледж святой Троицы — Тринити-колледж,

который был основан в 1546 г. и прославился, прежде всего, тем, что здесь учился и работал великий Исаак Ньютон (1643-1727).

Наиболее трудной частью всего обучения был математический трипос — выпускной экзамен, к которому готовились три года с помощью тьюторов — специально приглашавшихся преподавателей.

Тьютору Максвелла досталась нелегкая доля — Максвелл прибыл в Кембридж с «поистине безграничным, но хаотическим состоянием знаний». Однако он добился высокого положения в Кембридже. Он поднялся до второго места, уступив первое Э.Д. Роузу (1831-1907), который впоследствии сам стал знаменитым тьютором и внес ценный вклад в механику.

Успехи Максвелла были замечены, и молодой бакалавр был оставлен в Тринити-колледже в качестве преподавателя. Это произошло в январе 1854г. А 20 февраля 1854г. Максвелл отправил в Глазго Уильяму Томсону (1824-1907) письмо, которому было суждено сыграть и в жизни Максвелла, и в истории науки важную роль. Обращаясь к Томсону от имени группы Кембриджской молодежи, Максвелл просит посоветовать, как изучать электричество.

Когда Максвелл приступил к изучению электромагнетизма, в этой области почти безраздельно господствовал принцип дальнодействия. По традиции, начало которой положил Ньютон, сформулировав закон всемирного тяготения как мгновенного взаимодействия, Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) экспериментально обосновал утверждение, что сила взаимодействия между точечными зарядами, как и сила всемирного тяготения, является центральной, обратно пропорциональна квадрату расстояния, но может быть притяжением, если знаки зарядов противоположны, или отталкиванием, если они одинаковы.

По тому же пути поисков формул для сил взаимодействия токов пошли и дальнейшие исследования. Андре Мари Ампер (1775-1836) нашел количественное решение проблемы взаимодействия элементов тока и воздействия магнитного поля на ток, Ханс Христиан Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током, а Жан Батист Био (1774-1862) и Феликс Савар (1791-1841) нашли закон, определяющий напряженность магнитного поля токов (общий вид этому закону придал Пьер Симон Лаплас (1749-1827)). Был найден закон, количественно описывающий силу, с которой взаимодействуют элементы токов.

Но принципиально новый этап исследований связан с деятельностью великого Майкла Фарадея (1791-1867), истинного основоположника полевой электродинамики.

Томсон ответил очень благожелательным письмом, и завязалась переписка Максвелла, только что «вступившего в нечестивое сословие бакалавров», по его выражению, с маститым ученым, ставшим в 1851г. членом Лондонского Королевского общества (с 1890 по 1895г. — его президентом), получившим в 1892 г. титул лорда Кельвина.

Максвелл писал Томсону о полученных им результатах по теории упругости, о своем новом увлечении — теории цветного зрения, в частности о дальтонизме, но больше всего — об электричестве и магнетизме. Последнее письмо Максвелла к Томсону из Тринити-колледжа датировано 25 апреля 1856г. Оно посвящено математической теории электромагнетизма и кончается припиской: «Я, кажется, получу профессуру».

Речь шла о профессуре в Марш аль-колледже города Абердина в его родной Шотландии. Одновременно кандидатура 25летнего Максвелла была предложена в члены Эдинбургского Королевского общества.

Максвелл с радостью принял лестные предложения и поспешил в Гленлэр, в Шотландию, к отцу. Здесь его ожидал тяжелый удар — 2 апреля 1856 г. Джон Клерк Максвелл скоропостижно скончался на руках своего сына.

Потерю самого дорогого и близкого человека помогла перенести физика.

Максвелла тогда занимало несколько проблем и, в том числе, проблема устойчивости колец Сатурна и, особенно, проблема цвета.

Она имеет давнюю историю, о чем уже говорилось выше. Много лет господствовало мнение Аристотеля, что цвет возникает от смешивания белого с черным. Ньютон первым решительно высказался против этого мнения и (конечно, под влиянием опытов с разложением белого света в спектр) пришел к выводу, что белый свет — смесь семи основных цветов (нельзя не отметить, что этот великий ученый первым понял, что «физическое» и «физиологическое» разделения цвета не тождественны.

После Ньютона проблемой цвета занимался ряд исследователей, и в их числе такие выдающиеся ученые как Томас Юнг (1773-1829), М. В. Ломоносов (1711-1765), Герман Гельмгольц (1821-1894). Максвелл не только выдвинул новые соображения и

поставил оригинальные эксперименты, но и первым предложил использовать математические методы в задачах о смешении цветов. 17 мая 1861г. Максвелл выступил с лекцией о своей теории трех основных цветов перед Королевским институтом. Лекция завершилась триумфальной демонстрацией первой в мире цветной фотографии.

Но, конечно, главный, фундаментальный вклад Максвелла в науку связан с электричеством и магнетизмом.

Великие уравнения

Принципиально новый этап исследований электромагнети- ма связан с деятельностью великого Майкла Фарадея (1791— 1867), истинного основоположника полевой электродинамики.

Максвелл в первый раз 13 ноября 1854г. написал о нем в своей работе «О фарадеевых линиях силы». Два последующих года он напряженно продолжает эти исследования, не прекращая работ по теории цветов и зрения. К этому времени он становится членом Тринити-колледжа, читает курсы гидростатики и оптики. Но главное — электродинамика.

Все грандиозное здание электродинамики покоится, если вдуматься, на весьма небольшом количестве фундаментальных экспериментальных фактов. Но чтобы осознать это, Максвеллу потребовалось безоговорочно принять фарадеевскую концепцию электромагнитного поля как посредника во взаимодействиях зарядов и токов. Влияние работ Фарадея на исследования Максвелла по электродинамике было решающим. Он писал: «прежде чем начать изучение электричества, я решил не читать никаких математических работ по этому предмету до тщательного прочтения мной «Экспериментальных исследований по электричеству» Фарадея».

Нередко можно встретить утверждение, что Максвелл «всего лишь» перевел идеи Фарадея на язык математики. Хотя нужно признать, что высказывания самого Максвелла дают повод для такого мнения, оно по существу неверно. Максвелл внес качественно новые принципиальные положения, без которых все дальнейшие великие открытия, в первую очередь — открытие электромагнитной природы света, были бы невозможны. Но, безусловно, полевая концепция Фарадея играла первостепенную роль. Наверное, лучше всего об этом писал сам Максвелл: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения дальнодействия, Фарадей видел промежуточный

агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».

Нужно заметить, что слово «среда» не случайно: Максвелл, как и Фарадей, считал, что пространство заполнено всепроникающим эфиром, некоей средой, в которой под действием зарядов и токов возникают напряжения, что и делает эту среду посредником в электромагнитных взаимодействиях. Эти образы, заимствованные из механики сплошных сред, пронизывают даже терминологию электродинамики, которой мы пользуемся и поныне: «напряженности электрического и магнитного полей, силовые линии, электродвижущая сила и т.д.». Максвелл же принимал многое буквально. Так, «поток напряженности электрического (или магнитного) поля» ассоциировался с реальным перетеканием какой-то среды, хотя мы не придерживаемся теперь таких представлений. Это нетрудно объяснить как укоренившимся в то время взглядом на механику как на универсальную, всеобъемлющую науку, так и местом, которое занимала механика сплошных сред в научной деятельности самого Максвелла.

И вот сложилось удивительное положение: наглядные модели и образы из арсенала механики, к которым прибегал Максвелл (а он настолько часто пользовался ими, что один из его читателей возмущенно заметил: «я думал, что вхожу в храм чистой науки, а оказался на фабрике!»), — все это оказалось «строительными лесами», а в «здании» — великих уравнениях Максвелла — не пошевелился ни один камень, не изменилось ни одно из уравнений, когда эти леса были убраны и пришла пора новых толкований. Первый шаг к освобождению от «лесов» был сделан самим Максвеллом. Это видно уже по его работе 1964-1965г. «Динамическая теория электромагнитного поля».

Четыре дифференциальных уравнения Максвелла являются прямым обобщением экспериментальных фактов. Это:

закон Кулона для взаимодействия покоящихся зарядов (и соответственно выражение для напряженности электрического поля таких зарядов;

гипотеза Ампера о том, что магнитное поле является вихревым, что магнитные силовые линии замкнуты, т.е. об отсутствии в природе магнитных зарядов (монополей);

дифференциальное соотношение, связывающее распределение токов с напряженностью порождаемых ими магнитных полей. Главное открытие Максвела связано здесь с тем, что он понял, что (если пользоваться теперешней терминологией) магнитное поле порождается как токами проводимости, связанными с движением электрических зарядов, так и с токами смещения, т.е. переменными электрическими полями. Благодаря появлению токов смещения в уравнениях Максвелла закон сохранения заряда — одно из важнейших положений электродинамики — стал вытекать из этих уравнений как их следствие;

закон электромагнитной индукции Фарадея, определяющий то вихревое электрическое поле (непохожее на поля кулоновского типа, силовые линии которого начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах; силовые линии вихревых электрических полей не имеют ни начал, ни концов, они замкнуты и охватывают токи). Вихревые электрические поля, как и кулоновские, воздействуют на покоящиеся заряды, в отличие от магнитных полей, действующих на токи, но не на стационарно распределенные заряды.

Максвелл пользовался так называемой абсолютной симметричной гауссовской системой единиц, обеспечивающей одинаковость размерностей напряженностей как электрического, так и магнитного полей. При этом в уравнениях возникает множитель с, имеющий размерность скорости. Но этот множитель имеет о глубокий физический смысл — это скорость, с которой в вакууме распространяется электромагнитное поле.

Максвелл послал Фарадею свою статью «О фарадеевских линиях силы» и 25 марта 1857г. получил весьма одобрительное ответное письмо. В начавшейся переписке Фарадей не только постоянно поддерживал работу Максвелла, но и делился глубокими идеями, Так, он не только высказывает догадку, что элек-

тромагнитное поле распространяется с конечной скоростью, но идет еще дальше, когда пишет, что время установления электрического состояния «так же мало, как время прохождения света».

Но Максвелл пошел дальше качественных, хотя и гениальных, догадок. Он обратил внимание на эксперименты, в которых Вильгельм Эдуард Вебер (1804-1891) и Рудольф Герман Арнут Кольрауш (1809-1858) определяли отношение количества электричества в магнитных и электрических единицах. Это отношение оказалось очень близким к значению скорости света. Эта близость была, конечно, известна физикам, но только Максвелл сделал из этого поразительный вывод о том, что свет имеет электромагнитную природу.

Веками оптика и учение об электромагнетизме развивались независимо и почти не пересекаясь. Правда, Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации в магнитном поле («Я намагнитил свет и осветил магнитные силовые линии!» — так эмоционально написал он), но дальше этого дело не пошло.

Озарение Максвелла решало многие проблемы. Конечно, представление о свете как о волнах в эфире объясняло многие явления интерференции, дифракции и поляризации, но при этом приходилось приписывать эфиру невиданные свойства: он не оказывал сопротивления движению в нем любых тел, но должен был обладать огромной упругостью формы. Хотя Максвелл не отказался от представлений об эфире (намеки на возможности такого отказа также можно найти у Фарадея!), его теория позволила в дальнейшем справиться и с этой проблемой.

Если скорость распространения электромагнитного поля конечна, то это поле может продолжать существовать и после того, как исчезнут его источники, например прекратятся порождавшие его электрические токи. Иначе говоря, это поле может существовать самостоятельно в виде электромагнитного излучения. Таким электромагнитным излучением, согласно Максвеллу, является и свет.

Это замечательное предсказание впервые нашло подтверждение в 1887г. в работах Генриха Рудольфа Герца (1857-1894), что явилось решающим аргументом в пользу теории Максвелла. Важным было также и открытие П.Н. Лебедевым (1866-1912) давление света, подтвердившее наличие у электромагнитных волн не только энергии, но и импульса.

Переезд в Кембридж

Годы работы Максвелла в университете в Абердине были исключительно плодотворными. Он успешно занимается теорией цветов, кольцами Сатурна, включает в круг исследований кинетическую теорию газов и, главное, пишет свои ставшие эпохальными работы по электродинамике. Усиленная деятельность отчасти помогла Максвеллу пережить тяжелую утрату — потерю отца. Утешением была и женитьба на Кетрин Мери Дьюар.

Успехи Максвелла не остаются незамеченными. В 1856 г. его избирают членом Эдинбургского Королевского общества и в 1860 г. он удостаивается медали Румфорда за работы по теории цветов и оптике.

Но жизнь в постоянном напряжении начинает подтачивать здоровье Максвелла, и в 1866 г. вместе с женой он решает переселиться в свое имение в Гленлэр. У них много хозяйственных планов, они расширяют дом и, конечно, Максвелл не перестает при этом много сил отдавать физике. Но все планы опрокидывает болезнь. Максвеллы любили верховую езду, — и вот однажды лошадь Джеймса, не слушая повода, ринулась в чащу, и он сильно ударился головой о нависшую ветку. В результате Максвелл надолго и в буквальном, и в переносном смысле слова был выбит из седла. По рекомендации врачей супруги Максвелл, как только позволило здоровье Джеймса, отправились 1867г. в путешествие по Европе.

А в 1871 г. в жизни Максвелла происходит важная перемена. 8 марта, вскоре после выхода его новой книги «Теории тепла», он получает приглашение занять вновь организованную кафедру экспериментальной физики в Кембридже.

К тому времени в университетах Европы почти не было физических лабораторий и преподавалась «меловая физика». Эксперименты проводились в приватных лабораториях ученых на их деньги. Не было средств и на создание физической лаборатории в Кембридже, пока на помощь не пришел герцог Девонширский. Этот аристократ был прямым потомком лорда Генри Кавендиша (1731-1810), одного из крупнейших, но почти никому не известных (он жил очень уединенно, даже со слугами, чтобы не тратить времени, объяснялся, в основном, знаками и почти не публиковал своих открытий) физиков XVIII в. Когда Максвелл с присущей ему тщательностью стал изучать и публиковать бумаги Кавендиша, переданные ему герцогом Девонширским, выяснилось, что Кавендиш на 15 лет опередил Кулона, ввел по-

нятие электроемкости и определил диэлектрические проницаемости ряда веществ; ему же принадлежат первые лабораторные проверки закона всемирного тяготения Ньютона.

Благодаря финансовой помощи герцога Девонширского и неустанным трудам Максвелла, который был и автором проекта, и повседневным руководителем строительства здания лаборатории и работ по ее оборудованию, первая экспериментальная кафедра и лаборатория в Кембридже появилась. Максвелл и в области «административной физики» явил пример подлинного таланта.

Лаборатория была торжественно открыта 16 июля 1874г. Ей суждено было сыграть выдающуюся роль в истории физики. Заслуги Максвелла в ее создании были огромны, но он совмещал эти нагрузки с чтением лекций и, главное, научной работой. Так, за первый год существования лаборатории он опубликовал шесть работ и среди них обработанные (что потребовало большого труда) рукописи Кавендиша. Вскоре он опубликовал работу «О динамическом доказательстве молекулярного строения тел», а в «Британской энциклопедии» статьи «Атом» и «Притяжение». Много времени он уделял участию в работе комиссии по электрическим измерениям. Занимался Максвелл и популяризацией науки. Им издана адресованная широкому кругу читателей (в ней нет математики, хотя нужно признать, что это не делает ее легким чтением) книга «Материя и движение».

Но тяжелая болезнь вновь заставила его в 1879г. вернуться в Гленлэр. Кончина Джеймса Клерка Максвелла 5 ноября 1879 г. была одной из величайших потерь для науки. Но после него остались его великие труды, созданная им лаборатория, в которой и поныне работают по завещанию вдовы Максвелла на учрежденную ею стипендию приезжающие из всех стран молодые физики.

Литература

Кудрявцев П. С. Максвелл. М.: Просвещение, 1976.

Карцев И. Максвелл. М.: Молодая Гвардия, 1974.

Максвелл и развитие физики XIX-XX вв. М.: Наука, 1985.

Иоханнес ДидерикВАН-дер-ВААЛЬС1837-1923

Иоханнес Дидерик Ван-дер-Ваальс (Van der Waals) — виднейший нидерландский физик, один из пионеров молекулярнокинетической теории, член Нидерландской и Парижской академии наук, лауреат Нобелевской премии 1910 г. — родился 21 ноября 1837г. в Лейдене.

Первое упоминание о предках Иоханнеса Дидерика Ван-дер- Ваальса в хрониках города Лейдена относится к началу XVII в. Все они были трудолюбивыми ремесленниками. Сам будущий прославленный нидерландский ученый был одним из 10 детей плотника Якобуса. Патриархальный, основанный на прочно устоявшихся традициях уклад семьи сыграл в жизни Ван-дер- Ваальса заметную роль: именно это способствовало воспитанию

в нем исключительного и даже, порой, самоотверженного трудолюбия, глубокой религиозности, дисциплины, неизменно высокой требовательности к себе, упорства в движении к цели и преданности делу. Но были и минусы: родители не имели возможности дать сыну гимназического образования, что впоследствии, из-за незнания классических языков, надолго закрыло ему дорогу в университет.

В голландских школах лучшие ученики назначались «ученическими учителями»; одним из них стал и 15-летний Ван-дер- Ваальс, и это можно считать началом его длительной педагогической деятельности. В 1860г. после непростого экзамена он получает «акт», удостоверяющий его квалификацию учителя, а через год получает должность директора начальной вечерней школы в Гааге.

Но стремление учиться в университете не оставляет молодого преподавателя, и хотя незнание латыни и греческого продолжает оставаться препятствием, он в 1862г. начинает как вольнослушатель изучать в Лейденском университете математику. Одновременно он приступает к преподаванию математики и механики в школе и усиленно готовится к акт-экзамену на должность преподавателя недавно организованных в Голландии ПГШ — повышенных гражданских школ. 20 июля 1864г. и 12 августа 1865 г., сдав все экзамены (с таким блеском, что память об этом сохранилась надолго), Ван-дер-Ваальс удостаивается актов на право преподавания математики и физики.

Вскоре в его жизни происходят важные события: 21 сентября он был утвержден в должности преподавателя физики в ПГШ в Девентере, а еще через неделю женился на давно и нежно им любимой 18-летней Анне Магдалене Смит, дочери столяра и шляпницы.

Чтобы оценить значение научного труда Ван-дер-Ваальса, нужно вспомнить, что если сам факт существования атомов уже признавался многими физиками, то более или менее отчетливое представление о том, что эти атомы собой представляют, еще не сложилось.

Правда, ряд важных шагов в формировании молекулярнокинетических представлений уже был сделан — так, в 1759 г. Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) установил статистический закон распределения молекул по скоростям, довольно далеко была продвинута термодинамика, уже обсуждался вопрос о соотношениях между описывающими состояние сред величинами.

В числе таких уравнений состояния, как их принято называть, наиболее просто выглядят уравнения состояния идеальных газов: произведение давления Р на объем газа V пропорционально абсолютной температуре Е. Этот закон был ранее установлен опытным путем (законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Авогадро), а в 1847г. был получен Джоном Герпатом (1790— 1868) на базе модели газа из молекул — упругих шариков. Название «идеальные» подчеркивает, что реально в природе таких газов не существует, что это лишь приближение, но очень привлекательное хотя бы уже своей простотой.

Ван-дер-Ваальса увлекла идея единого описания жидкостей и газов. Действительно, одно и то же вещество может, в зависимости от физических условий, в первую очередь — от температуры и давления, быть и жидким и газообразным. Значит и уравнение состояния нужно модернизировать так, чтобы оно могло описывать оба эти агрегатные состояния и переходы между ними. Если отправляться от уравнения состояния идеального газа, то, в первую очередь, следует установить: какие важные факторы, присущие реальным газам, оно не учитывает? Ван- дер-Ваальс прежде всего подчеркнул два таких фактора.

Первое: не учитывается сила притяжения между молекулами. Если в газе, тем более в разреженном, где молекулы находятся друг от друга на значительных расстояниях, эти силы (а они убывают с расстоянием) не играют существенной роли, то в жидкостях эта роль заведомо важна. Но если «включить» притяжение между молекулами, то это заставляет их сближаться, т. е. вызывает такой же эффект, как если бы увеличилось давление. И это сказывается тем сильнее, чем ближе молекулы друг к другу, т. е. чем меньше занимаемый газом объем. Из этих рассуждений следует, что добавка к давлению должна быть обратно пропорциональна некоторой степени объема. Какой именно? Если учитывать лишь парные взаимодействия между молекулами (а они действительно играют доминирующую роль), то второй. Таким образом, напрашивается замена: Р => Р + ^.

Второе: молекулы вовсе не являются точечными, так что следует учитывать занимаемый ими собственный объем, вычитая его из всего объема газа. Это приводит еще к одной замене V => V — Ь. Таким образом, уравнение, которое для одного моля идеального газа записывалось в виде PV = Г, Ван-дер-Ваальс предложил заменить уравнением

Постоянные а и b в уравнении Ван-дер-Ваальса стали предметом многочисленных дальнейших исследований и, в первую очередь, самого Ван-дер-Ваальса. Но здесь следует обратить внимание на качественную сторону вопроса.

Как известно из алгебры, кубическое уравнение (а уравнение Ван-дер-Ваальса дает как раз кубическую зависимость между объемом и давлением при фиксированной температуре) имеет не больше трех действительных корней. Это значит, что при некоторых температурах и давлениях объем может может принимать одно из трех значений. Одно из них соответствует жидкой фазе, другое — газу (третье — неустойчивому переходному состоянию).

Но так бывает не всегда: существует температура (она называется критической) при которой все три корня уравнения сливаются в один. Если температура выше критической, вещество — газ, и никакое давление не вызовет его сжижения.

Этому замечательному следствие из уравнения Ван-дер Ва- альса нетрудно дать естественное истолкование с «микроскопической» точки зрения. По мере сближения молекул энергия их притяжения возрастает, но не беспредельно, затем начинается отталкивание, и если кинетическая энергия теплового движения молекул больше максимального значения энергии их притяжения, то никакое сжатие не превратит газ в жидкость.

Все эти положения, которые кажутся сегодня и понятными, и убедительными, далеко не сразу были приняты и оценены. Даже сам Максвелл, который познакомился с работой Ван-дер- Ваальса (не упустив при этом повода написать прославившуюся фразу, что эта работа «.. .определенно направила внимание исследователей на изучение голландского языка...»), отзывался о ней довольно сдержанно (нужно, однако, признать, что само внимание Максвелла к работе Ван-дер-Ваальса способствовало ее популяризации).

Но положительные оценки работы решительно преобладали, и 14 июня 1873 г. ее автор с блеском защитил докторскую диссертацию «О непрерывности газообразного и жидкого состояния».

Через два года, 4 мая 1875г., появилось сообщение, что скромный гаагский учитель учитель Ван-дер-Ваальс, заслуживший известность всего лишь одной научной работой, был провозглашен действительным членом физико-математического отделения Амстердамской академии наук. Это избрание изменило многое в жизни и в работе ученого. Появилось много новых обязанностей, и ко всем к ним Ван-дер-Ваальс неизменно относится с предельной добросовестностью и аккуратностью. Когда в октябре 1877г. началось его преподавание в Амстердамском университете, и педагогическую работу профессора неизменно отличали эти же черты.

Не только в Голландии, но и за ее пределами имя Ван-дер- Ваальса приобретало все более широкую известность. Это скоро сказалось и на его положении. В сентябре 1877г. он стал профессором на кафедре незадолго до этого возникшего Амстердамского университета.

По-видимому, его тянуло в родной Лейден, но там кафедра в университете была предоставлена 26-летнему Хендрику Антону Лоренцу (1853-1928), и Ван-дер-Ваальс был приглашен в Лейден только в 1878 г. Сначала условия для экспериментальной работы там были далеко не блестящие, но в 1882 г. для его кафедры был выстроен новый корпус, включавший даже аудиторию на 140 человек, а в 1891г. — еще и химическая лаборатория.

Педагогическая нагрузка профессора Ван-дер-Ваальса была очень велика. Не менее 11ч в неделю он тратил на чтение лекций (многие из которых были оригинальными и нередко направлялись позже в печать; одним из результатов такой работы явился двухтомный «Курс термодинамики», над которым Ван-дер-Ваальс трудился много лет), на семинарские занятия, на консультации и экзамены (экзаменатором он был строгим, и обычно около половины студентов получали двойки и ходили на пересдачи по много раз).

Может быть, некоторым студентам он мог показаться даже суровым педантом, но, как написал впоследствии один из его ближайших учеников, «он мог быть душевным и добрым утешителем, как отец».

Вряд ли нужно говорить, что человека склада Ван-дер- Ваальса не могли изменить слава и признание. Он продолжает много работать. В круг его интересов вовлекаются теория смесей, проблемы тройных систем. То, как высоко ценили его коллеги, видно хотя бы по его избранию в 1896 г. секретарем

физико-математического отделения и непременным секретарем Амстердамской академии наук.

В конце декабря 1881г. 44-летнего профессора и всю его семью постигло тяжелое горе — от туберкулеза скончалась Анна Магдалена, жена Ван-дер-Ваальса и мать трех дочерей и одного сына (который впоследствии пошел по стопам отца). От этого ужасного удара, несмотря на трогательную заботу и поддержку детей, Ван-дер-Ваальс не оправился до конца жизни. Довольно долго он даже не мог работать и только стремление откликнуться на просьбы коллег, в частности желание помочь Камерлинг- Оннесу (1853-1926), смогло вновь вернуть его к физике.

За труды по теории агрегатных состояний различных сред в 1910 г. Ван-дер-Ваальсу была присуждена Нобелевская премия.

До самой своей кончины 8 марта 1923г. Ван-дер-Ваальс оставался классиком в высшем смысле этого слова — безгранично преданным науке ее самоотверженным служителем.

Литература

1. КипнисА. Я., ЯвеловБ.Е. Иоганнес Дидерик Ван-дер-Ваальс. Л.: Наука, 1985.

Людвиг БОЛЬЦМАН1844-1906

В наши дни даже трудно поверить, что один из основных творцов молекулярно-кинетической теории Людвиг Больцман (Boltzmann) жил и творил в то время, когда реальность существования молекул еще вызывала у многих физиков сомнения, и что даже сам Больцман не надеялся, что она может быть доказана в ближайшее время.

Один из величайших физиков-теоретиков конца XIX — начала XX вв., Больцман родился в Вене 20 февраля 1844г. Его деду, переселившемуся из Германии в Австрию, принадлежала часовая фабрика — семья была состоятельной. Отец Людвига был акцизным чиновником. По роду его службы семья переехала из Вены сначала в Вельс, а затем в Линц, где Людвиг поступил в школу. Пятнадцати лет он потерял отца.

По воспоминаниям современников, родители, особенно мать, оказали огромное благотворное воспитательное воздействие на

Людвига. Учился Людвиг прекрасно, был прилежен, аккуратен и (по собственным его воспоминаниям) имел тот недостаток, что был несколько избыточно честолюбив и даже склонен к карьеризму. Впрочем, это мнение следует отнести к исключительной самокритичности Больцмана, одному из проявлений высочайшего уровня его моральных принципов.

Уже в детские годы обнаружилась трепетная любовь Людвига к природе, его увлечение музыкой и поэзией. Он говорил впоследствии, что Шиллер оказал на него решающее влияние.

После окончания Людвигом школы его обучение продолжилось в Венском университете. В числе его учителей нужно, в первую очередь, назвать Иозефа Стефана (1835-1893), с которым его впоследствии связала большая дружба.

В 1866 г. Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват-доцентом. В течении двух лет он был ассистентом Стефана, включившись в исследования теплового излучения: итогом этих работ явился впоследствии известный закон Стефана-Больцмана.

В 1868 г. 24-летний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце. Последующие два года принесли Больцману много ярких впечатлений. Он познакомился с рядом крупнейших немецких ученых того времени, общался в Гейдельберге с Бунзеном (1811-1899), потом с Кирхгофом (1824-1887) и Гельмгольцем (1821-1894) в Берлине.

Видимо, в Германии Больцману понравилось не все. Берлин раздражал его своей прусской чопорностью и строгостью. Он писал друзьям: «Взгляд, обращенный Гельмгольцем, дал мне понять, что учащемуся не пристало веселье и юмор».

В 1869-1876 гг. Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете, читал лекции по «механической теории теплоты», по теории упругости, по акустике и капиллярности. Позже к этому добавились дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, теория чисел, аналитическая геометрия. Потом — еще теория газов, гидродинамика, электричество, магнетизм, а в последние годы еще курс «Избранные главы из натурфилософии». Уже этот перечень показывает, насколько широк был охват педагогической работы.

По воспоминаниям учеников Больцмана, лектором он был превосходным, к студентам относился со всем известной симпатией, был счастлив, если мог оказать услугу. Когда будущий известный теоретик, тогда еще студент Пауль Эренфест (1880-

1933) сделал доклад об одной из работ Больцмана, тот воскликнул: «Если бы я сам так хорошо знал свои работы!»

Обычно на лекции Больцман пользовался тремя досками, сначала выписывая на одной из них те основные формулы, которые были выведены на предыдущем занятии, а затем и новые, так что к концу лекции весь материал был на глазах у студентов.

После Вены Больцман перешел в Грац, профессором на кафедру экспериментальной физики. Дело в том, что заслуживший всемирную известность теоретик Больцман был и весьма талантливым (и увлеченным!) экспериментатором («вряд ли имеющим себе равного» — были и такие мнения), хотя, конечно, теория была на первом плане.

В 1890 г. Больцману предложили кафедру теоретической физики в Мюнхене. Там он проработал около четырех лет, а в 1894г. после кончины Стефана стал его приемником на кафедре теоретической физики в Венском университете, где он и проработал до дня своей трагической кончины. Перерыв в этой работе был в 1901-1902 гг., когда Больцман читал лекции в университете в Лейпциге. Для чтения же отдельных лекций и небольших курсов его многократно приглашали в университеты разных стран мира, среди которых были и университеты Америки (он побывал там трижды и потом с большим юмором описал свои впечатления в небольшой книжке «Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо»).

Академии наук многих стран, в том числе и России избрали его своим членом; ему было присвоено почетное звание доктора наук Оксфордского университета; он был награжден многими орденами. Но душою и сердцем он всегда оставался предан своей родной Австрии, особенно Грацу. Он горячо любил природу (даже приобрел домик в горной деревне и — к некоторому изумлению соседей — самолично привел туда на веревке корову).

Вообще, рассказывая о Больцмане, часто приходится повторять: «любил». Он был румяным и жизнерадостным, очень любил детей, они с женой (он женился на студентке математического факультета Генриетте фон Айгентлер) устраивали для них праздники с танцами. Больцман говорил: «всем, чем я стал, я обязан Шиллеру», он любил музыку, преклонялся перед Моцартом и Бетховеном, устраивал дома музыкальные вечера и сам играл на рояле, любил своих учеников и преподавание, любил путешествовать, был общителен и остроумен. И, конечно, главной его любовью была наука.

Но именно наука и стала источником его самых тяжелых душевных мук. Попытаемся пояснить это.

Основной темой научных исследований Больцмана была молекулярно-кинетическая теория. Конечно, эта проблематика появилась в физике до Больцмана. Так, Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) в 1859г. установил закон распределения молекул по скоростям, а в 1867г. показал статистическую природу второго начала термодинамики, были и другие важные достижения в объяснении наблюдаемых явлений на базе представлений о молекулярном строении тел, но росло не только число сторонников этих представлений, но и ожесточение их оппонентов. В числе последних нужно прежде всего назвать Вильгельма Фридриха Оствальда (1853-1932) и Эрнста Маха (1838-1916), яростных научных противников как Больцмана (который, однако, считал их своими личными друзьями), так и вообще самого представления о существовании молекул, противопоставлявших ему базирующуюся на беспочвенных философских идеях концепцию «энергетизма». И тот, и другой к концу жизни отошли от своих прежних агрессивно-антинаучных позиций, но, к сожалению, Больцман уже не мог узнать этого.

Последние годы жизни Больцмана были, возможно, самыми продуктивными, но, в то же время, самыми для него тяжелыми. Он признавался, что «...последние, самые серьезные работы, как мне кажется, вообще никем не поняты».

Теперь все понимают, что Больцману принадлежат блестящие результаты, имеющие фундаментальное научное значение; получена имеющая непреходящее значение формула распределения молекул по энергиям (статистика Больцмана), выведено уравнение, являющееся основой классической кинетики, установлена универсальная связь между энтропией и вероятностью, выходящая по ее значению далеко за рамки молекулярнокинетической теории, указана связь между энтропией и вероятностью состояния, доказан статистический характер второго начала термодинамики, внесен существеннейший вклад в теорию флуктуаций, предложен принципиально новый подход к теории необратимых процессов, впервые применены принципы термодинамики к описанию электромагнитного излучения (преклонение Больцмана перед гением Максвелла было безгранично — об его уравнениях он написал: «Не божество ли начертало эти законы?»). Больцманом теоретически вывел выражение для давления света. Все это лишь беглое перечисление сделанного.

Хенрик Антон Лоренц (1853-1928), один из крупнейших физиков-теоретиков, которого по справедливости называют отцом электронной теории, назвал работу Больцмана о зависимости теплового излучения от температуры «настоящей жемчужиной теоретической физики».

Термины «распределение Больцмана», «статистика Больцмана», «постоянная Больцмана» давно стали классикой. Без них теперь не мыслится не только молекулярно-кинетическая теория, теория электромагнетизма и т.д., но даже и такая наука, о которой Больцман не мог знать — теория информации. Но, угнетаемый напором врагов атомистики (их доводы типа «а кто-нибудь эти атомы видел?» представляются теперь в лучшем случае убогими и смешными), Больцман все чаще впадал в депрессию и 5 сентября 1906 г. покончил с собой, так и не узнав, что еще в 1828 г. английский ботаник Роберт Броун (17731858) открыл явление, которое можно назвать первым экспериментальным подтверждением реалистичности молекулярнокинетических представлений.

Вильгельм Конрад РЕНТГЕН1845-1923

Даже люди, весьма далекие от физики, знают о рентгеновских лучах, без которых немыслима не только современная медицина, но и многие области науки и техники сегодняшнего дня. Но не всем дано понять, что открытие Рентгена имеет не только огромное прикладное значение, но и многим обогатило наши представления о материи и законах, которые управляют ею.

Вильгельм Конрад Рентген (Roentgen) — крупнейший немецкий физик-экспериментатор, член Берлинской академии наук, первый лауреат Нобелевской премии по физике — родился 27 марта 1845г. в немецком городе Ленепе вблизи голландской границы. В 1868г. окончил политехникум в Цюрихе, готовясь стать инженером, но, поняв, что его больше всего интересует физика, перешел учиться в университет.

После защиты диссертации Рентген приступил к работе ассистентом кафедры физики в Цюрихе, потом в Гессене. В 1871-

1873 гг. работал в Вюрцбургском университете, а затем вместе со своим профессором Августом Адольфом Кундтом (1839-1894) перешел в 1874г. в Страсбургский университет, где оставался пять лет, до избрания профессором университета и директором Физического института в Гессене.

С 1888 по 1900 г. Рентген — профессор Вюрцбургского университета, ректором которого он был избран в 1894г. Последним местом его работы был университет в Мюнхене, где он, достигнув предусмотренного правилами предельного возраста, передал свою кафедру Вину (1864-1928), хотя до конца жизни (10 февраля 1923 г.) продолжал работать.

В 1901г. Рентген первым из физиков был удостоен Нобелевской премии.

Кундту принадлежит заслуга создания большой школы физиков-экспериментаторов, к числу которых принадлежали и русские ученые, в том числе, и такие выдающиеся, как П.Н. Лебедев. Эту школу пришлось после Кундта принять Рентгену. Вот что писал о Рентгене один из последних его учеников, который сам стал впоследствии создателем большой школы физиков в России, академик А. Ф. Иоффе (1880-1960):

«Помимо Кундта Рентген был близок и с другими крупными современниками: Гельмгольцем, Кирхгофом, Лоренцом, но с годами стал все больше замыкаться в себе, и связь его с другими физиками ограничивалась чисто деловыми и научными отношениями. Он не посещал съездов естествоиспытателей, и в своей частной жизни и во время путешествий не выходил из круга своих ближайших ассистентов и нескольких старинных друзей — математиков, философов, врачей. Поэтому личное его влияние на физиков, не бывших его учениками, невелико.

Он пользовался славой лучшего экспериментатора; после ухода Кольрауша ему был предложен пост президента «Physikalisch-technische Reichsanstalt», а после смерти Вант- Гоффа (1852-1911) — место академика. Однако он отклонял все эти предложения, точно так же, как и предложения дворянства и различных орденов (в том числе и русских), последовавшие за его открытием, а самые лучи до последних лет жизни называл А-лучами» (тогда как весь мир уже называл их рентгеновскими).

Большой и цельный человек и в науке, и в жизни, Рентген ни в чем не изменял своим принципам. Решив после 1917г., что он не имеет морального права во время войны жить лучше других

людей, он передал все имевшиеся у него средства, до последнего гульдена, государству, и в конце жизни ему приходилось себе во многом отказывать. Так, чтобы в последний раз посетить те места в Швейцарии, где он некогда жил с недавно скончавшейся женой, он вынужден был почти на год отказаться от кофе.

Конечно, наиболее значительным достижением Рентгена было открытие им X-лучей, которые носят теперь его имя, но ему принадлежат и другие важные работы. Из них укажем исследования сжимаемости жидкостей, внутреннего трения в них, поверхностного натяжения, поглощения газами инфракрасных лучей, изучение пьезо- и пироэлектрических явлений в кристаллах, рекордные по точности измерения отношения теплоемкостей при постоянных давлениях и объемах, двойного лучепреломления в жидкостях и кристаллах, фотоионизации и ряда других вопросов.

Можно еще выделить открытие «намагничивания движением» — возникновения магнитного поля при движении диэлектрических тел в электрическом поле. Но все эти выполненные тщательнейшим образом исследования по их значимостью оказались несравнимыми с основным открытием Рентгена, хотя и высказывалось мнение (заведомо несправедливое, конечно), что оно было сделано Рентгеном случайно.

8 ноября 1895г. в Вюрцбурге Рентген, работая с разрядной трубкой, обратил внимание на такое явление: если обернуть трубку плотной черной бумагой или картоном, то на расположенном возле экране, смоченном платино-синеродистым барием, наблюдается флуоресценция. Рентген понял, что флуоресценция вызывается каким-то излучением, возникающем в том месте в разрядной трубке, на которое попадают катодные лучи.

Теперь мы знаем, что катодные лучи — это вырывающиеся из катода электроны; налетая на препятствие, они резко тормозятся, и это приводит к излучению электромагнитных волн, частота которых значительно больше, чем у волн оптического диапазона.

Открытие Рентгена радикально изменило представления о шкале электромагнитных волн. За фиолетовой границей оптической части спектра и даже за границей ультрафиолетовой области обнаружились области еще более коротковолнового электромагнитного — рентгеновского — излучения, примыкающего далее к гамма-диапазону. Рентген всего этого не знал, но он заметил, что Х-лучи легко проходят через непрозрачные для

света слои вещества и способны вызывать флуоресценцию экранов и почернение фотопластинок. Он понял, что это открывало невиданные ранее возможности, особенно в медицине. Лучи Рентгена, позволявшие увидеть то, что прежде было невидимым, произвело на его современников сильнейшее впечатление.

По научной и прикладной значимости (от уже упоминавшейся медицины до физики сред, в частности, кристаллов), рентгеновские лучи стали неоценимо важными, но, может быть, не менее важным было и то, что они качественно обогатили наши представления о материи.

Рентген был классиком во всех смыслах этого слова. Его труды оказали огромное влияние как на науку, так и на технику и наших дней.

Литература

Вильгельм Конрад Рентген. О новом роде лучей // Сер. Классики естествознания / Под ред. и с прим. А. Ф. Иоффе. М.-Л.: ГИТ-Т, 1933.

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. Т. 1. М.: Наука, 1974.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Льоццм М. История физики. Гл. 11. М.: Мир, 1970.

Оливер ХЕВИСАИД1850-1925

.Выдающийся английский физик-теоретик и математик, член Лондонского Королевского общества, одна из самых самобытных и ярких индивидуальностей в науке конца XIX — начала XX вв. Оливер Хевисайд (Heaviside), часто не находивший понимания и достойной оценки при жизни, родился в Лондоне в семье художника 18 мая 1858г. и был младшим из четырех его сыновей.

По немногочисленным сохранившимся его детским рисункам можно судить, что он унаследовал способности отца, но стать художником ему суждено не было. Закончив к 16 годам обучение в школе, Оливер еще два года посвятил самостоятельному более глубокому знакомству с естественными науками и изучению иностранных языков. Возможно, планировалось продолжение учебы, но материальные затруднения семьи не позволило осуществиться этим планам, и 18-летний Хевисайд начи-

нает работать телеграфистом (вначале в Дании — в Фредерике, а затем в Англии — в Ньюкасл-он-Тайн). Есть основания полагать, что работа на телеграфе его (а также и его брата) заинтересовала — возможно, не без влияния их дальнего родственника, видного английского физика Чарльза Уитстона (1802-1875). Телеграфия делала тогда только первые шаги, и многие проблемы оставались еще нерешенными. То, что Оливер столкнулся с ними, оказало заметное влияние на его дальнейшие работы. Но, может быть, он на долгие годы так и продолжал бы быть телеграфным оператором, если бы на него не начала надвигаться глухота, которая заставила его через шесть лет оставить эту работу.

Для самого Оливера, да и для всей его семьи это, надо полагать, было большим огорчением, но для науки — великим благом. Оставшись без работы, Оливер смог последовать своему истинному призванию — отдаться науке.

О том, что послужило решающим толчком, определившим на все последующие годы жизнь Хевисайда, ходит такое (нужно признать, правдоподобное) предание. Оливер, чей интерес к науке проявлялся все отчетливей, еще работая на телеграфе, часто заходил в магазин и просматривал книги по физике. Так в его руки попал изданный недавно «Трактат об электричестве» Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879). Где-то в первой половине книги предыдущий владелец написал на полях «дальше понять ничего нельзя» — и отнес ее букинисту.

Понять и по достоинству оценить великое творение Максвелла тогда, действительно, могли немногие. До этого наука об электрических и магнитных явлениях как бы распадалась на ряд независимых наук: о постоянных электрических и постоянных магнитных полях, об электрических токах в проводниках и о взаимодействии этих токов и т.д., и только Максвелл сумел подойти ко всему множеству этих, казалось, разрозненных проблем с единой точки зрения.

Квинтэссенцией его гениальной теории были знаменитые уравнения Максвелла, которыми мы пользуемся и сегодня, в которых в предельно концентрированном виде обобщены результаты экспериментов. Но Максвелл не только опирался на уже известные явления — он предсказывал и новые. В числе таких принципиально новых положений был вывод о существовании электромагнитных волн, в частности, вывод об электромагнитной природе света — до Максвелла оптика и учение об электри-

ческих и магнитных явлениях представлялись абсолютно независимыми разделами физики. Экспериментальное подтверждение в 1988 г. Генрихом Герцем (1857-1894) выводов Максвелла об электромагнитных волнах стало важным доказательством правильности его теории, но она оставалась трудной для понимания многих физиков.

Почему Хевисайд почувствовал непреодолимый интерес к научному труду, понять который он не мог хотя бы уже из-за незнания даже основ высшей математики — он не был знаком даже с дифференцированием и с интегрированием, — остается загадкой. Но он в 1873 г. купил том, и это оказалось переломным моментом во всей его жизни.

Поняв, что для изучения труда Максвелла нужно овладеть обширным математическим аппаратом, Хевисайд энергично приступил к делу. Но неповторимое своеобразие этого человека сказалось и здесь. Он не только и не столько изучал математику, как «создавал ее для себя», в соответствии с тем, какая математика, по его представлениям, была ему нужна. Это была «физическая математика», не перегруженная аксиоматикой и логическими тонкостями, а наглядная и удобная. Даже геометрию — классический пример аксиоматически-логического построения, с точки зрения Хевисайда, — следовало понимать (и преподавать!) как экспериментальную науку. Он считал, например, что знакомство учеников с числом тг следует начинать с измерений отношения длины окружности к ее диаметру.

Хевисайд нередко нарушал «правила хорошего тона» традиционной математики: он оперировал с расходящимися рядами, дифференцировал разрывные функции и интегрировал функцию, равную нулю во всех точках кроме одной, где она обращалась в бесконечность, делил на операторы и возводил их в степени, как если бы они были обычными числами, — это не могло не шокировать рецензентов его работ и редакторов научных журналов (но было понято и высоко оценено в будущем). Для Хевисайда математика была не целью, а средством, и он использовал то, что было нагляднее и эффективнее. Так, кватернионам, которыми пользовался Максвелл, он предпочел векторы (векторная запись уравнений Максвелла используется и теперь).

В 1874г. Хевисайд навсегда оставляет работу телеграфиста, чтобы полностью переключиться на научную работу. Но первоначально тематика его исследований не отходила от круга его прежних профессиональных интересов. Оборудовав в одной из комнат лондонского дома родителей небольшую лабораторию, он вместе с одним из старших братьев начинает заниматься проблемой дуплексной (т.е. позволяющей одновременно передавать сигналы во встречных направлениях) связи.

Хотя эта работа принесла некоторые успехи и привела к появлению нескольких публикаций, в которых обосновывалась возможность такой связи, интересы Оливера быстро переместились в область теории. В научных журналах появляется серия его статей, в которых излагается теория Максвелла и оригинальные математические методы, упрощающие ее применения к решению многочисленных задач, имеющих большое как прикладное, так и общенаучное значение. Так, он получает принципиально новое решение задачи о роли индуктивности, важное в связи с проблемой дальней связи.

Для Хевисайда было типично, что в его исследованиях прикладные и принципиальные аспекты переплетались органично и неразрывно. Некоторые из его результатов входят теперь во все учебники по электродинамике. Вот всего хотя бы два примера: Хевисайд был первым, кто начал рассмотрение потоков энергии электромагнитного поля и описал вытеснение переменных полей и токов из толщи проводников — то, что теперь стали называть скин-эффектом. Или еще один пример: то, что принято называть силой Лоренца (сила, действующая на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу), Хевисайд нашел за несколько лет до Лоренца.

Работы Хевисайда были замечены, и ему даже предложили в компании «Уэстерн Юнион» довольно хорошо оплачиваемую должность, но он не принял этого предложения.

В 1887г. Хевисайд вместе с престарелыми родителями и всей семьей переезжает из Лондона в маленький городок Пейн- тон в Южной Англии. И здесь, в новом доме, Оливеру предоставляется комната, где он почти безвыездно работает в полном уединении, плотно закрыв окна и двери, жарко натапливая камин и, вдобавок, зажигая керосиновую лампу, и помимо этого наполнив воздух табачным дымом.

Он не женился, чтобы ничто не отвлекало его от науки, хотя любил порой весело играть с детьми своих братьев.

Поступлений денег от публикации статей почти не было, ни от кого помощи он принимать не соглашался, и, хотя с 1891 г. Хевисайд, в значительной мере благодаря авторитетной поддержке Уильяма Томсона (лорда Кельвина), становится членом Королевского общества, его материальное положение остается трудным, даже после того, как в 1896г. ему была назначена небольшая пенсия.

Хевисайд жил отшельником, почти нигде не бывая и никого не принимая, но он вел оживленную переписку. Писали ему многие, и он обычно очень обстоятельно отвечал на письма, если там затрагивались интересовавшие его вопросы. Может быть, переписка хотя бы частично компенсировала то огорчительное обстоятельство, что редакторы некоторых журналов отказались печатать его статьи, считая их слишком сложными и непонятными читателям.

Но были и ученые, понимающие и высоко оценивающие труды Хевисайда. Уже в 1890г. ими очень заинтересовался Генрих Герц. Большое значение для Хевисайда имело общение с ирландским физиком Джорджем Френсисом Фицджеральдом (18511901), чей яркий талант был недостаточно оценен современниками. Имя этого человека теперь ассоциируется, в основном, с его гипотезой о сокращении размеров тел в направлении их движения («сокращение Фицджеральда-Лоренца»), сыгравшей заметную роль в истории становления теории относительности. Хевисайд, занимаясь проблемой электромагнитного поля равномерно и прямолинейно движущейся заряженной частицы, также близко подошел к важным положениям этой теории.

То, насколько порой Хевисайд обгонял науку своего времени, можно проиллюстрировать хотя бы примером задачи о поле «сверхсветовой» частицы.

Постановка этой задачи кажется весьма простой: каково электрическое и магнитного поле, порождаемое равномерно и прямолинейно движущейся заряженной частицей, если ее скорость больше скорости света?

Хевисайд нашел полное решение этой задачи, и это решение было опубликовано, но прошло незамеченным. Более того, после появления теории относительности физики привыкли считать, что скорости, превышающие световую, не существуют. Но в 1936г. было экспериментально обнаружено явление, названное эффектом Черенкова-Вавилова, или сверхсветовым излучением, возникающем, когда частица движется в среде быстрее,

чем порождаемые ею электромагнитные волны. Это открытие, как и его теоретическое истолкование в работах И. Е. Тамма и И. М. Франка были в 1958 г. отмечены Нобелевской премией. Конечно, ни Нобелевские лауреаты, ни члены Нобелевского комитета даже не подозревали, что на полках многих библиотек стоят (часто даже не разрезанные!) тома сочинений Оливера Хевисайда, в которых можно найти все самые существенные формулы, полученные им еще в начале XX века.

Вообще можно отметить важную черту работ Хевисайда: он предпочитал заниматься конкретными проблемами, решение которых было связано с четко поставленными экспериментальными, а часто и техническими задачами. Еще один тому пример: Хевисайд предсказал существование на значительной высоте над Землей слоя ионизированной плазмы («слой Хевисайда»), хорошо отражающего короткие радиоволны и поэтому весьма важного для радиосвязи.

Через 20 лет после начала научных исследований, приведших к появлению обильных и важных результатов, Хевисайд решил издать том своих сочинений. Он связывал с этим изданием и некоторые финансовые надежды. Увы, они не оправдались, издатель известил автора, что не удалось продать и половины тиража «Работ по электричеству».

Через два года после первой книги Хевисайда вышел первый том «Электромагнитной теории», а в 1899 г. — и второй том. Для появления третьего тома понадобилось еще 12 лет. Хевисайд напряженно трудится до конца жизни, продолжая исследования и занимаясь подготовкой к изданию четвертого тома. Дожить до выхода этого тома Хевисайду не довелось. 3 февраля 1925 г. после месячного пребывания в больнице Хевисайд ушел из жизни.

Последние его годы были отмечены (правда, не очень многочисленными) знаками его признания. В 1899г. он был избран почетным членом Американской академии искусств, в 1905 г. — почетным доктором философии Геттингенского университета, в 1908 — почетным членом Института инженеров-электриков в Англии, а в 1919 г. — в Америке.

И только через полтораста лет после дня его рождения пришло понимание масштабов и заслуг этого великого ученого.

Литература

1. Болотовский Б.М. Оливер Хевисайд. М.: Наука, 1985.

Антуан Анри БЕККЕРЕЛЬ1852-1908

Первооткрыватель естественной радиоактивности Антуан Анри Беккерель (Becquerel) появился на свет 15 декабря 1852 г. в старинном, принадлежавшем Национальному музею естественной истории, доме Кювье (1769-1832). Жизнь всех представителей прославленной династии Беккерелей была связана с этим домом.

Дед Антуана Анри, Антуан Сезар Беккерель (1788-1878) был членом, а с 1838г. — президентом Парижской академии наук. Широкую известность получили его исследования минералов, в частности, их механических, пьезоэлектрических, термоэлектрических, магнитных и др. свойств. В доме появилась уникальная коллекция образцов, сыгравшая важную роль в исследованиях его сына, Александра Эдмона Беккереля (1820-1891), который также был членом, а с 1880г. — президентом Парижской академии наук, профессором физики и директором национального му-

зея естественной истории. В 18 лет он стал ассистентом своего отца. Именно тогда и на всю жизнь сформировался его интерес к проблемам фосфоресценции и фотографии, который затем отличал и деятельность его сына Антуана Анри, у которого труд его отца «Свет, его причины и действия» стал настольной книгой.

Дед Антуан Сезар уделял воспитанию ребенка большое внимание, и было в мальчике что-то такое, что позволяло деду, не усматривавшему у внука каких-то выдающихся способностей, говорить: «Он далеко пойдет!»

Вся атмосфера в доме Кювье формировала серьезный и глубокий интерес к физике. В лицее Луи Леграна, куда определили мальчика, ему также повезло с преподавателями.

В 1872г. 19-летний Анри Беккерель, окончив лицей, поступил в Политехническую школу. На первых же курсах он начал самостоятельные научные исследования, приобретая весьма пригодившиеся ему впоследствии экспериментальные навыки.

После окончания Политехнического института у Анри Беккереля начинается трехлетний период инженерной деятельности в Институте путей сообщения. К этому же времени относится его женитьба на Люси Жамен, дочери профессора физики, с которой он был знаком еще со времени учебы в лицее. Увы, семейное счастье оказалось недолгим: Анри потерял любимую жену, едва достигшую 20 лет и оставившую новорожденного сына Жана, который также впоследствии стал физиком, четвертым в поколении Беккерелей.

Перенести потерю помогала наука, в которую Анри погрузился полностью. В 1875г. появилась его первая публикация в «Журналь де физик». Она была замечена, и 23-летнему ученому предоставили должность репетитора в Политехнической школе, в которой через 20 лет ему суждено было стать профессором.

В 1878г. Анри стал ассистентом отца в Музее естественной истории. Научная тематика их работ относилась, в основном, к области кристаллооптики и магнитооптики. В частности, были выполнены интересные исследования открытого великим Майклом Фарадеем (1791-1867) вращения плоскости поляризации света в магнитном поле.

Повседневно наблюдая за научным ростом сына, уже завоевавшего репутацию прекрасного экспериментатора, отец не мог не испытывать гордости за него. Представленная им в 1988 г. в Сорбонну докторская диссертация, явившаяся продолжением исследований его деда и отца и плодом десятилетних трудов ав-

тора, получила высокую оценку. Через год Анри Беккерель был избран в Парижскую академию наук и занял там должность непременного секретаря физического отделения. Тремя годами позже он стал профессором Национального музея естественной истории. К этому времени относится и его вторая — после 14летнего вдовства — женитьба.

Возможно, об Антуане Беккереля осталась бы лишь память как о весьма квалифицированном и добросовестном экспериментаторе и не более, если бы не то, что произошло 1 марта в его лаборатории. Тогда он исследовал люминесценцию солей урана, и, закончив работу, завернул образец — узорчатую металлическую пластинку, покрытую урановой солью — в черную плотную непрозрачную бумагу, положил ее на коробку с фотопластинками и поместил все это в плотно закрывающийся ящик стола.

Вынув позже коробку с фотопластинками, он, скорее всего, лишь по привычке добросовестно все проверять, проявил их и был озадачен, обнаружив, что они по какой-то причине оказались засвеченными — на фотопластинке проявилось изображение узорчатой пластинки. Но почему? Попасть на пластинки свет заведомо не мог, значит, понял Беккерель, действие было вызвано какими-то другими лучами.

О том, что существуют невидимые для глаза, но вызывающие почернение фотопластинки лучи, физики уже знали. За полгода до этого совершилось сенсационное открытие Рентгена. Рентгеновские лучи стали выдающимся событием в физике. Может быть, и по этой причине доклад Беккереля 2 марта 1896 г. в Парижской академии наук был встречен с большим интересом. 12 мая он рассказал о сделанном им открытии перед более широкой аудиторией, в Музее естественной истории, а затем, в августе 1900 г. и на Международном физическом конгрессе, который собрался в Париже, чтобы обсудить основные итоги физики XIX в.

К тому времени Беккерель уже успел понять, что излучение не является ни люминесценцией, ни чем-либо другим, уже знакомым физикам. Оно не менялось ни при физических (нагревание, давление и т.д.), ни при химических воздействиях, заметить уменьшение его интенсивности не удавалось и, казалось, его энергия черпается из неиссякаемого источника.

Уже было установлено, что неведомые лучи не только вызывают почернение фотопластинок, но и производят разнообразные другие действия (включая биологические: на теле самого Бекке-

реля от находившегося в его кармане препарата образовались долго не заживающие язвы; с тех пор препараты стали помещаться в свинцовые коробочки).

В числе тех, кто всерьез заинтересовался открытием Беккереля, был и ряд выдающихся ученых, в том числе Анри Пуанкаре (1854-1912), Д. И. Менделеев (1834-1907), специально приехавший в Париж, чтобы познакомиться с работами автором этого открытия и, что нужно подчеркнуть особо, супруги Пьер и Мария Кюри.

Деятельный интерес последних привел к новым важным результатам. Было установлено, что кроме урана радиоактивность (сам этот термин был введен Марией Кюри) присуща — хотя и в разной степени — и ряду других химических элементов, начались интенсивные исследования физической природы лучей Беккереля, был обнаружен (столь важный для дальнейшего) эффект энерговыделения при радиоактивных распадах, открыта наведенная радиоактивность и т.д.

Все эти выдающиеся достижения не остались незамеченными. Беккерель был избран в Лондонское Королевское общество, Парижская академия наук присудила ему все имевшиеся знаки отличия.

8 августа 1900г. Беккерелю предоставляется право выступить с основным докладом на Международном физическом конгрессе в Париже. Тремя годами позже он, совместно с Пьером и Марией Кюри удостаивается Нобелевской премии — Беккерель был первым французом, привезшим в Париж Нобелевскую медаль (премию супругам Кюри, которые не смогли приехать в Стокгольм, шведский король Оскар вручил министру Франции).

Почести, восторженный прием при всех научных выступлениях, поистине международное признание открытия, — все это не изменило стиля жизни Беккереля, он до своего последнего часа, до 25 августа 1908г. остался все таким же, как и прежде, — скромным, преданным науке тружеником.

Как и все принципиально новые достижения, открытие радиоактивности не только открыло взгляду ученых новые горизонты в науке, но и породило новые проблемы. Каков механизм радиоактивных распадов? Каковы продукты этих распадов и каковы источники их энергии? Какие действия и почему производят лучи? И вообще — каковы те новые представления о материи, которые вытекают из самого существования явления радиоактивности?

Не на все вопросы мы умеем давать исчерпывающие ответы и сегодня, хотя научные и технические достижения XX века, как и его трагедии, нередко связывают с ядерной физикой, первые шаги которой были сделаны в 1896г. в старинном парижском доме Кювье в тихом, живописном Жарден де Плант.

Литература

Капустинская К. А. Анри Беккерель. М.: Атомиздат, 1965.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Хендрик Антон ЛОРЕНЦ1853-1928

Маленькая Голландия щедро одарила человечество выдающимися людьми. К их числу безусловно принадлежит и Хендрик Антон Лоренц (Lorentz) — великий нидерландский физик- теоретик, создатель классической электронной теории, член Нидерландской академии наук и многих иностранных академий и научных обществ, с 1925 г. иностранный член Академии наук СССР, организатор и председатель Сольвейских конгрессов по теоретической физике (1911-1927), Нобелевский лауреат по физике за 1902 г.

Он родился в 15 июля 1853г. в небольшом голландском городе Арнеме.

В 1757г. Хендрик и его старший брат остались, потеряв мать, на попечении отчима, а через четыре года в доме появилась мачеха. К этой женщине Хендрик на всю жизнь сохранил самые теплые чувства.

Маленький Лоренц, как казалось, очень отставал в развитии. Когда его сводный брат уже пошел в школу, Хендрик мог лишь с трудом произнести «до свидания». Хрупкий и не отличавшийся крепким здоровьем мальчик не увлекался резвыми играми, хотя и не сторонился сверстников. Шести лет он был отдан в школу, считавшуюся лучшей в Арнеме, и здесь буквально переродился: вскоре он стал первым в своем классе. В 1866 г. он перешел в только что открывшуюся тогда «Высшую гражданскую школу». И здесь он также учился блестяще. Приобщение к наукам было увлекательным, и успехи порождали уверенность в своих силах.

Обладая исключительной памятью (говорили, что он унаследовал ее от деда, который запоминал и, вернувшись из церкви, дословно записывал всю произнесенную там проповедь), Хендрик, помимо всех школьных дел, успел выучить английский, французский, и немецкий языки, а перед поступлением в университет — еще греческий и латынь (до старости он мог сочинять стихи по-латыни). Но на первом месте уже тогда были науки — математика и, особенно, физика.

В 1870г. Лоренц поступил в Лейденский университет. И здесь произошло событие, во многом определившее весь дальнейший путь Лоренца в науке: он познакомился с трудами Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879).

К этому времени «Трактат об электричестве» был понят лишь немногими физиками. Более того, когда юный Хендрик попросил парижского переводчика «Трактата» объяснить ему физический смысл уравнений Максвелла, он услышал в ответ, что «.. .никакого физического смысла эти уравнения не имеют и понять их нельзя; их следует рассматривать как чисто математическую абстракцию».

Лоренц не только досконально изучил, но и развил теорию Максвелла. Дело в том, что эта теория как бы распадалась на две части. Одна из них — это так называемые полевые уравнения; они позволяют по заданному распределению источников, т.е. зарядов и токов, вычислить напряженности электрического и магнитного полей. Но есть и вторая часть: нужно выяснять, что же собой представляют сами источники, т. е. носители зарядов, и как на них действуют эти поля. Лоренц выдвинул идею, что основное влияние на электрические и магнитные свойства сред оказывают мельчайшие носители электрических зарядов — электроны.

Это может показаться невероятным: диссертацию, в которой впервые была намечена грандиозная программа объяснения всех электрических и магнитных свойств сред, в которой центральная роль отводилась электронам, Лоренц защитил 11 декабря 1875г., т.е. за 20 лет до «официального рождения» электрона!

Догадки о дискретной структуре электричества, о мельчайших носителях заряда высказывались уже в начале XIX в., но в ту пору, когда об устройстве атомов физики в сущности почти ничего не знали (и даже не располагали доказательствами самого факта их существования), нужна была большая научная смелость и убежденность, чтобы выдвинуть такую программу. Тем более, что «образ» самого электрона совершенно не был ясен.

Лоренц и начал с этого вопроса, приняв, что электрон — имеющая определенную массу и электрический заряд частица, подчиняющаяся законам классической механики Ньютона. Из-за малости массы электрона он менее инертен, чем все остальные заряженные частицы в веществе, поэтому сильнее всех частиц реагирует на действие электрических и магнитных сил и становится наиболее активным участником всех электромагнитных процессов в веществах.

Наши сегодняшние представления об электронах сильно отличаются от лоренцовских. Теперь понятно, что они «живут» по законам квантовой, а не классической физики, но глубочайшие идеи Лоренца не потеряли актуальности и поныне.

Утрехтский университет предложил Лоренцу место профессора математики, но он предпочел должность учителя в лейденской классической гимназии в надежде на профессуру в Лейденском университете. Надеждам суждено было вскоре сбыться, и 25 января 1878г. 25-летний Лоренц, профессор первой в истории всех университетов кафедры теоретической физики, произнес вступительную речь «Молекулярные теории в физике».

В начале 1881г. Лоренц женился, и Алетта Лоренц сумела сделать все, чтобы его жизнь была спокойной, деятельной и счастливой. Он жил размеренной жизнью, наполненной повседневным напряженным и счастливым творческим трудом, небогатой внешними событиями. Он в первый раз поехал с научным докладом за границу (в Париж на Международный конгресс физиков) в 1900 г.

К тому времени Лоренц был уже известным ученым. В 1895 г. вышла его книга «Опыт теории электрических и маг-

нитных явлений в движущихся телах». Он рассуждал о том, как на базе представлений об электронах можно описать многие эффекты — от явлений дисперсии, т.е. зависимости показателя преломления в веществах от частоты, до явлений проводимости. И еще о том, что вскоре стало в электродинамике актуальным и волнующим, — об электромагнитных явлениях в движущихся средах.

Основу теории Максвелла составляли уравнения, определяющие зависимость напряженностей электрических и магнитных полей от координат точек пространства. Но со времен Ньютона и даже Галилея было известно, что эти величины — координаты — относительны, что они меняются при переходе от одной системы отсчета к другой, движущейся относительно первой. В какой же системе отсчета записываются уравнения Максвелла? Может быть, в той, в которой рассматриваемое тело покоится? Но ведь движение относительно, как, по крайней мере, считается в механике. А в электродинамике?

Лоренц, как и многие его предшественники, в том числе и великие Фарадей (1791-1867) и Максвелл (1831-1879), считали, что все пространство заполнено особой средой — эфиром, натяжения в котором и проявляются как напряженности электромагнитных полей. Если эфир в целом не увлекается материальными телами в их движении, значит существует абсолютное движение — движение по отношению к эфиру. Окончательное решение проблемы — за экспериментом.

Такой эксперимент был осуществлен в конце XIX в. Май- кельсоном (1852-1931) и Морли, пытавшимися обнаружить движение Земли относительно эфира. Но обнаружить «эфирный ветер» не удалось, и это породило принципиальную проблему в электродинамике движущихся сред.

Попытку спасти положение предпринял в 1892 г. Джордж Фицджеральд (1851-1901), который показал, что отрицательные результаты опыта Майкельсона можно объяснить, если принять, что размеры тел, движущихся со скоростью У, сокращаются в направлении их движения в ^/1 — /З2 раз, где /3 = У/с (с — скорость света).

Это было всего лишь блестящей гипотезой, но Лоренц предложил ее обоснование. Он исходил из того, что все положения атомов и молекул в любой линейке определяются почти только лишь исключительно электростатическими кулоновскими силами; Лоренц (эти вопросы были детально исследованы в его

работах) уже знал, что кулоновские поля движущихся зарядов испытывают точно такое же сокращение, что и должно было объяснять фицджералдово сокращение (теперь все называют его лоренцовым).

Впоследствии появилась критика этой интерпретации (в роли «линейки» могут выступать не твердые тела, а сами электромагнитные волны, а они вовсе не состоят из атомов). Анализ всего комплекса возникающих здесь проблем привел к пересмотру многих классических представлений о пространстве и времени, к возникновению одной из великих теорий XX в. — теории относительности.

Воспитанный в традициях классической теории и сделавший весьма многое для ее углубления и развития, Лоренц не мог легко и быстро принять все те грандиозные перемены, которые пришли в физику с началом нового века. А. Ф. Иоффе в книге «Встречи с физиками» приводит слова Лоренца: «Сегодня, излагая электромагнитную теорию, я утверждаю, что движущийся по криволинейной орбите электрон излучает энергию, а завтра я в той же аудитории говорю, что электрон, вращаясь вокруг ядра, не теряет энергии. Где же истина, если о ней можно делать взаимно исключающие друг друга утверждения? Способны ли мы вообще узнать истину и имеет ли смысл заниматься наукой?» Но Лоренц не только не препятствовал распространению новых идей, но всегда стремился глубже их понять и популяризировать. Не случайно он в глазах многих коллег был достоин почетного титула «Старейшины физической науки».

В 1902 г. он совместно с Зееманом (1865-1943) был удостоен Нобелевской премии, многократно приглашался для чтения лекций в университеты Европы и Америки.

Особо нужно отметить его участие в подготовке и проведении Сольвейских конгрессов. Уже на первом из этих авторитетнейших собраний ведущих физиков, проходившем в 1911г., как и на последующих четырех, до 1927г. Лоренц неизменно избирался председателем и блистательно справлялся с этой ролью. Далеко не последнее значение здесь имели человеческие черты личности Лоренца — его высочайшая научная компетентность и исключительные нравственные качества.

Можно с уверенностью сказать, что именно на этих конгрессах и происходило формирование новой — квантовой и релятивистской физики.

Лоренц не замыкался в одной лишь теоретической физике.

Он много лет вел трудоемкие расчеты, связанные с проблемой осушения Зайдер-Зе, большое внимание уделял вопросам преподавания, добился организации в Лейдене бесплатных библиотек, во время и после войны тратил много усилий для объединения ученых разных стран. Он любил свою страну и писал: «Я счастлив, что принадлежу к нации, слишком маленькой, чтобы совершать большие глупости».

Он пользовался огромным уважением и любовью как у себя на родине, так и везде, где его знали. Празднование 50-летия со дня защиты им докторской диссертации, начавшееся 11 декабря 1925 г., вылилось в общенациональный праздник.

В 1927г., незадолго до кончины, он писал дочери, что надеется «завершить еще несколько научных дел», но тут же добавил: «Впрочем, то, что есть, — тоже хорошо: за плечами у меня — большая и чудесная жизнь».

Литература

КляусЕ.М, Франкфурт У. И, Френк А. М. Гендрик Антон Лоренц. М.: Наука, 1974.

Макеева Г. Л, Медведев П. Е. Создатель электронной теории // Рассказы о физиках. Минск: Высшая школа, 1966.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Джозеф Джон ТОМСОН1856-1940

Джозеф Джон Томсон (Thomson) — английский физик, член Лондонского Королевского общества с 1884г. и его президент (1915-1920), автор исследований электрических токов в разреженных газах и катодных лучей, объяснивший непрерывность спектра рентгеновских лучей, выдвинувший идею о существовании изотопов и получивший ее экспериментальное подтверждение, создатель одной из первых моделей атома, один из создателей электронной теории металлов, лауреат Нобелевской премии — родился 18 декабря 1856 г. в Чэтеме, пригороде Манчестера в семье продавца книг.

Отец хотел, чтобы он стал инженером, и, когда Джозеф достиг 14 лет, его отдали учиться в колледж Оуена — институт, основанный в 1846 г. и преобразованный впоследствии в Манчестерский университет.

До середины XIX в. в университетах не существовало исследовательских лабораторий и профессора, проводили опыты у себя дома. Первая физическая лаборатория была открыта в Кембридже в 1874г. Ее возглавил Джеймс Клерк Максвелл (1831— 1879), а после его ранней кончины — лорд Рэлей (1842-1919), вышедший в отставку в 1884г.

И тогда неожиданно для многих Томсон, 28-летний математик, только начинавший экспериментальные исследования в Кавендише, был избран профессором и директором лаборатории. Будущее показало, что этот выбор оказался весьма удачным.

Внимание многих физиков в то время привлекали проблемы электричества и магнетизма. Уже появились (хотя еще не вошли во всеобщее употребление) уравнения Максвелла. Однако Томсон обратился не к той части электродинамики, которая рассматривает напряженности полей, порождаемых «заданными» источниками (т.е. плотности зарядов и токов которых известны), а именно вопросом о физической природе самих этих источников.

В теории самого Максвелла этот вопрос почти не обсуждался. Для него электрический ток — все, что порождает магнитное поле (не меняющиеся со временем распределения электрических зарядов создают только электрические поля). Томсона увлек вопрос о носителях зарядов.

Он начал с исследования токов в разреженных газах, чем занимались тогда и в ряде других лабораторий. Томсон обнаружил, что проводимость газов увеличивается под воздействием рентгеновских лучей. Важные результаты были получены им при исследовании катодных лучей, т.е. потоков, исходящих из катодов (отрицательных электродов) разрядных трубок.

О физической природе катодных лучей высказывались тогда различные мнения. Большинство немецких физиков полагало, что это волны, подобные рентгеновским лучам, тогда как английские видели в них поток отрицательно заряженных частиц.

В 1894г. Томсону удалось измерить их скорость, которая оказалась в 2 000 раз меньше световой, что явилось убедительным доводом в пользу корпускулярной гипотезы.

Через год французский экспериментатор Жак Перрен (1870-1942) выяснил знак электрического заряда катодных лучей: попадая на металлический цилиндр, они заряжали его отрицательно.

Оставалось определить массу частиц. Эту проблему также с блеском смог разрешить Томсон. Но прежде чем начать эксперимент, он обратился к теории и рассчитал, как должна двигаться заряженная частица в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Отклонение такой частицы получалось зависящим от отношения ее заряда к массе. Начался эксперимент (нужно заметить, что Томсон чаще всего, тщательно, во всех деталях продумав эксперимент, предоставлял его проведение помощникам). Его результаты показали, что масса частиц в почти в 2 000 раз меньше, чем у самых легких ионов — ионов водорода. Что же касается заряда, то у ионов он уже был надежно вычислен на базе опытов по электролизу и оказался положительным. Поскольку атом водорода имеет нулевой заряд, это наводило на мысль, что существуют равные по величине и противоположные по знаку носители дискретных порций электрических зарядов: что атом водорода состоит из положительно заряженного иона и еще одной, отрицательно заряженной легкой частицы. Именно последние частицы, которые входили в состав катодных лучей, были вскоре названы электронами.

Открытие электронов было одним из важнейших достижений физики конца XIX в., и оно непосредственно связано с именем Томсона, удостоенного за него в 1906 г. Нобелевской премии.

Придя к убеждению, что, вопреки своему названию, атом не является неделимым, Томсон в том же 1897г., когда было зарегистрировано открытие электрона, выдвинул первую модель атома. По этой модели атом выступал в виде положительно заряженной «капли», внутри которой «плавали» маленькие отрицательно заряженные шарики — электроны. Под действием кулоновских сил они располагались вблизи центра атома в виде цепочек определенной конфигурации (в которых можно было даже усмотреть нечто напоминающее упорядоченность в периодической таблице Менделеева). Если какой-то толчок отклонял электроны от положений равновесия, начинались колебания (связь со спектрами!) и кулоновские силы стремились восстановить исходное равновесие.

Хотя опыты, проведенные впоследствии в той же кавенди- шевской лаборатории преемником Томсона Эрнстом Резерфордом (1871-1937) заставили отказаться от этой модели, она сыграла немалую роль в формировании представлений о строении материи.

Начав работу в кавендишевской лаборатории с исследования рассеяния рентгеновских лучей, Томсон пришел к формуле, носящей его имя и описывающей рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Эта формула и поныне играет видную роль в физике элементарных частиц.

Очень плодотворной оказалась и идея использования скрещенных полей для отношения отношений зарядов частиц к их массам. На этой идее основана работа масс-спектрографов, которые нашли широкое применение в физике ядра и, в частности, сыграли существенную роль в открытии изотопов (ядер, имеющих различные массы, но одинаковые заряды, чем определяется их химическая неразличимость). Отметим, что предсказание существования изотопов и экспериментальное обнаружение некоторых из них также было сделано Томсоном.

Томсон был одним из ярчайших физиков-классиков. Правда, он застал появление квантовой теории, становление которой происходило в значительной степени на его глазах и при непосредственном участии его молодых коллег, а также появление теории относительности и атомной и ядерной физики. Более того, его личное участие в том грандиозном пересмотре всего физического миропонимания, которое принесли первые десятилетия нового века, было несомненным и глубоким. Но он до конца дней сохранял веру в существование механического эфира, несмотря на успехи релятивистской теории, которую воспринимал лишь как отражение некоторых математических свойств уравнений Максвелла.

По отношению к квантовой теории он довольно долго оставался в положении скептического наблюдателя и изменил мнение о ней лишь после того, как его сын Джордж Паджет Томсон (1892-1975) на опыте обнаружил волновые свойства у электронов (за что был удостоен в 1937г. Нобелевской премии).

Томсону принадлежит колоссальная роль в формировании большой международной школы физиков. «Он не был блестящим лектором в прямом понимании этого слова, но его лекции впечатляли кристальной ясностью, с которой он давал объяснения, а также красотой и простотой лекционных демонстраций», — так писал о нем Макс Борн (1882-1970), который «...сам был его учеником в 1907г. и на своем примере почувствовал все обаяние его личности».

В 1919 г. Томсон вышел в Кавендише в отставку, передав лабораторию Резерфорду, и возглавил Тринити-колледж.

С 1913г. Дж. Дж. Томсон — иностранный почетный член- корреспондент Санкт-Петербургской Академии наук, с 1925 г. иностранный почетный член АН СССР.

Борн заканчивает свои воспоминания о Томсоне словами:

«Томсон любил свой колледж, и я думаю, что последние годы, которые он прожил в квартире главы Тринити-колледжа, были столь же счастливыми, как любые другие в его длинной жизни.

Он умер в возрасте 83 лет и был похоронен 4 сентября 1940 г. в Вестминстерском аббатстве».

Литература

Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Наука, 1977.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Генрих Рудольф ГЕРЦ1857-1894

Появление великих трудов Максвелла, посвященных электромагнетизму, было по достоинству оценено далеко не всеми физиками и отнюдь не мгновенно. Тем значительнее роль экспериментов Герца, нанесших первый сокрушительный удар по стене непонимания, равнодушия и даже враждебности, встретивших вначале эти труды.

Генрих Рудольф Герц (Hertz) — выдающийся немецкий физик конца XIX в. — родился 23 февраля 1857г. в семье юриста, позже ставшего сенатором города Гамбурга. Мальчик родился слабеньким, так что были даже, к счастью не оправдавшиеся, опасения за его жизнь. Он рос послушным, прилежным и любознательным, у него была прекрасная память, что, в частности, позволяло ему с легкостью изучать иностранные языки (включая арабский). Его любимыми авторами были Гомер и Данте. И еще одно: по многочисленным его письмам к родителям вид-

но, какая духовная близость соединяла их. Кроме общеобразовательной школы юный Генрих по воскресеньям посещал школу искусств и ремесел — изучал черчение, а также столярное и слесарное дело.

Токарное ремесло впоследствии весьма пригодилось Герцу, когда он создавал свои экспериментальные установки. Первые попытки конструировать физические приборы относятся еще к его школьным годам.

По всему можно было понять, что мальчик тянется к науке. Но ему самому казалось, что она требует от человека каких-то исключительных данных, и он сомневался, что обладает достаточными для научной работы способностями. Поэтому, получив аттестат зрелости, Герц, которого привлекала и техника, решил выбрать путь инженера. Поехав вначале в Дрезден, а затем в Мюнхен, он поступил там в политехникум, окончив который даже принял участие в постройке моста.

Но выбор оказался не окончательным. Тяга к науке становилась все сильнее и в конце концов победила все колебания. В ноябре 1877г. Герц пишет родителям: «Раньше я часто говорил себе, что < ... > быть посредственным инженером для меня предпочтительней, чем посредственным ученым. Но теперь я думаю, что прав Шиллер, сказавший: «кто трусит жизнью рисковать, тому успеха в ней не знать», и что излишняя осторожность была бы с моей стороны безумием». Родители поняли и поддержали его решение, и весной 1878 г. Генрих Герц приехал в Берлин и поступил в университет.

В Берлине произошла встреча Генриха Герца с замечательным ученым и человеком, выдающимся естествоиспытателем Германом Людвигом Фердинандом Гельмгольцем (1821-1894).

Гельмгольц, под руководством которого Герц начал работать в практикуме, впоследствии вспоминал: «Уже из знакомства с его элементарными работами я убедился, что имею дело с человеком, одаренным действительно выдающимися способностями. В конце лета мне пришлось предложить студентам тему для научной работы. Я остановился на области электродинамики, так как я был уверен, что Герц заинтересуется этой темой и работа его будет плодотворной. Действительность оправдала мое предположение».

Позже Гельмгольц даже называл Герца «любимцем богов».

В то время еще не сформировалось ясное представление о физической природе электрического и магнитного полей — имело распространение мнение, что существуют некие связанные с ними флюиды, обладающие, подобно всем известным средам, массой, а значит, и инерцией. Если в проводнике либо возникает, либо прекращается электрический ток, эта инерция должна была бы обнаружиться, и Герц имел целью исследовать это экспериментально.

Теперь, когда мы знаем, что электрический ток в проводниках обусловлен дрейфом электронов, становится понятным, что опыты Герца не могли обнаружить искомого эффекта инерции. Несмотря на отрицательные результаты опытов работа была оценена очень высоко и в 1679 г. отмечена призом университета. Вскоре началась новая серия экспериментов, которые можно считать продолжением предыдущих, но только теперь была сделана попытка обнаружить «электрическую инерцию» во вращающихся проводящих шарах.

Эта работа (она велась с такой удивительной интенсивностью, что на нее потребовалось всего около двух месяцев!) также получила высокую оценку, и 5 февраля 1889г. 23-летний Герц защитил на ее основе докторскую диссертацию («с отличием», как было особо отмечено). Диссертация была в значительной ее части теоретической — автор продемонстрировал блестящее владение математическим аппаратом.

Генрих Герц был не только гениальным экспериментатором, но и теоретиком и математиком высочайшего класса. Поэтому не вызывает большого удивления его переключение на новую тематику — на теорию упругости. Если уж удивляться, то, пожалуй, только тому, что великолепное техническое оснащение лабораторий в Берлинском университете, которое вначале так восхитило Герца, почти не было использовано им. Возможно, сказалось переутомление и некоторая неудовлетворенность работой, посвященной исследованию остаточной электрической поляризации в жидких диэлектриках, а также разрядов в газах. Для последнего Герц почти два месяца трудился над созданием электрической батареи из 1000 элементов, которая, проработав весьма недолго, вышла из строя.

Вскоре, в том же 1882 г. он неожиданно, как может показаться, переключился на решение задач из области теории упругости. В их числе — о прогибе нагружаемой различным обра-

зом упругой плиты (эта задача, возможно, заинтересовала Герца когда он наблюдал ледоход).

Технические условия работы в Киле были значительно хуже, чем в Берлине, но здесь ему была предложена должность приват-доцента.

Через три года, в начале 1885 г. Герц стал профессором Высшей технической школы в Карлсруэ. Через полгода после переезда туда он женился на Елизавете Долль, и, возможно, это было одной из важных причин окончания периода депрессии.

1873 год занимает в истории физики особое, исключительное место. В этом году появился гениальный «Трактат об электричестве и магнетизме» Максвелла.

Тогда лишь немногие осознали наступление новой эры в науке об электричестве и магнетизме, а наверное, и во всей физике. Завершилось формирование современной классической электродинамики, начало которому положили труды одного из замечательнейших физиков Земли — Майкла Фарадея (1791-1867).

Максвелл говорил о нем: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».

В этих словах — стержень того, что отличает концепцию близкодействия, т.е. взаимодействия через посредство поля, от господствовавших ранее (в духе традиции, заложенной законом всемирного тяготения Ньютона) представлений о дальнодействии — мгновенном непосредственном действии на расстоянии.

Максвелл писал, что он лишь придал идеям Фарадея математическую форму. В действительности, конечно, вклад Максвелла был значительно весомее, но оценено это было не сразу. И одним из важных пунктов был вопрос об электромагнитных волнах.

Из теории Максвелла вытекало, что электромагнитное поле распространяется с конечной скоростью. Уже это само по

себе приводило к выводу, что оно может «отрываться» от порождающих его источников — зарядов и токов, т.е. излучаться, разлетаться в виде волн.

Максвеллу принадлежит гениальная догадка, что свет также имеет электромагнитную природу, что это частный случай электромагнитных волн. И в 1886-1888 гг. Герц осуществил свои эксперименты, доказавшие реальность электромагнитных волн. Аппаратура, которой пользовался Герц, может показаться теперь более чем простой, но тем замечательнее полученные им результаты.

Источниками электромагнитного излучения у него были искры в разрядниках. Электромагнитные волны от разрядников вызывали искровые разряды между шариками в «приемниках», расположенных в нескольких метрах контурах, настроенных в резонанс. Герцу удалось не только обнаружить волны, в том числе и стоячие, но и исследовать скорость их распространения, отражение, преломление и даже поляризацию. Все это очень напоминало оптику, с тем только (весьма существенным!) отличием, что длины волн были почти в миллиард раз больше.

Опыты Герца сыграли существенную роль в становлении современной электродинамики. Но не зря говорят: «Нет ничего более практичного, чем хорошая теория!» Повторять сегодня, когда электромагнитные волны буквально пронизывают все, что работы Герца оказали на всю жизнь человечества колоссальное влияние, было бы излишне, но эти работы получали высокие оценки и его современников. В 1889 г. Итальянское общество наук в Неаполе наградило его медалью имени Маттеучи, Парижская академия наук — премией Наказа, а Венская императорская академия — премией Баумгартнера. Через год Лондонское Королевское общество награждает Герца медалью Румфорда, а в 1861 г. Королевская академия в Турине — премией Бресса. Прусское правительство награждает его орденом Короны, Берлинская, Мюнхенская, Венская, Римская, Геттингенская и др. академии избирают его своим членом-корреспондентом. В его честь названа единица частоты.

Память о Генрихе Герце осталась не только как о великом экспериментаторе, но и как о глубоком теоретике. Последние четыре года его жизни были посвящены эксперименту с газовым разрядом и работой над книгой «Принципы механики, изложенные в новой связи», в которой изложен оригинальный подход к этой науке. Герц прожил всего 37 лет. Его кончина 1 января 1894г. от общего заражения крови была тяжелым ударом не только для его родителей, жены и двух дочерей, но и для всех его коллег и учеников и для всей физики.

Литература

1. Григорьян А. Т, Вяльцев А.Н. Генрих Герц. М.: Наука, 1968.

Макс Карл Эрнст Людвиг ПЛАНК1858-1947

Классик теоретической физики, основоположник квантовой теории Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (Planck) родился 23 апреля 1858г. в семье известного юриста и профессора права Кильского университета. Когда Максу Планку исполнилось 9 лет, семья переехала в Мюнхен. В Максимиллианской гимназии, учеником которой он стал, учитель математики Герман Мюллер, человек изобретательный и остроумный, умевший продемонстрировать на простых и убедительных примерах законы физики, пробудил у одаренного ученика интерес к науке.

Впоследствии Планк писал, что закон сохранения энергии был принят им «как Евангелие», как первый из тех «абсолютных законов», которые управляют внешним миром. Однако, выбирая профессию, Планк не сразу избрал физику. Его привлекала и классическая филология, и музыка, и, хотя физика победила, музыка оставалась навсегда на видном месте в жизни Планка и даже в некоторые периоды вытесняла остальные интересы.

После окончания гимназии Планк три года занимался в Мюнхенском университете, где получил хорошую математическую подготовку; но только после перехода в университет в Берлине, где он проучился год под руководством таких выдающихся ученых того времени как Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (1829-1894) и Густав Роберт Кирхгоф (1824-1887), определилось его призвание. Правда, как писал впоследствии Планк, это произошло благодаря изучению их трудов, а также публикаций Рудольфа Эмануэля Клаузиуса (1822-1888), а не благодаря лекциям (Гельмгольц как следует не готовился к лекциям и подчас ошибался у доски, а Кирхгоф, хотя он, наоборот, готовился очень тщательно, читал скучно и монотонно).

Именно работы Клаузиуса обусловили на долгие годы особое пристрастие Планка к термодинамике. Не удовлетворившись тем определением необратимых процессов, которое было дано Клаузиусом, Планк предложил более общее определение. Эти работы, к огорчению Планка, не вызвали интереса, не дали эффекта и личные контакты, и переписка с рядом известных специалистов по термодинамике.

Но Планк продолжал упорно трудиться. В 1880г. он получил должность приват-доцента Мюнхенского университета. В 1897г. появилась его первая книга «Лекции по термодинамике», впоследствии многократно переизданная и переведенная на многие языки.

В 1887г. Планку было предложено место экстраординарного профессора в университете Киля. Планк считал день, когда пришло это приглашение, одним из счастливейших в своей жизни. Он активно работает, получает, в частности, результаты, важные для только что возникшей науки — физической химии, в которой в изобилии совершаются открытия, разрабатывает термодинамическую теорию диссоциации газов, осмотического давления, изменения точки замерзания растворов.

В 1889 г. Планк был приглашен на философский факультет в Берлине на кафедру теоретической физики вначале экстраординарным, а с 1892 г. ординарным профессором. Именно в это время он получил возможность установить личные научные контактами с ведущими немецкими физиками того времени.

Не осталась втуне и музыкальная подготовка Планка. Тогда департаменту физики была передана большая фисгармония со многими регистрами, которая по предложению Гельмгольца была выполнена в нетемперированной настройке. Освоив этот

сложный инструмент, Планк произвел сравнение с темперированной настройкой, введенной Бахом, и описал результаты сравнения в опубликованной в 1893 г. статье, в которой обосновывал преимущества настройки Баха.

В середине 90-х годов XIX в. в физике сформировалась школа «энергетиков», придерживавшихся мнения, что на базе закона сохранения энергии можно объяснить все физические и химические явления. Против этой позиции выступил Людвиг Больцман (1844-1904); в вышедшей в 1896 г. статье Планк выступил в этой дискуссии на стороне Больцмана, хотя в то время, как сам Планк позже подчеркивал, он вначале был не только безразличен к статистическому подходу Больцмана, но даже сомневался в его правильности. Причиной тому была убежденность Планка в универсальности закона возрастания энтропии, тогда как Больцман трактовал этот закон как вероятностный. Здесь также возникла дискуссия, порой принимавшая острые формы, и не слишком дружественное отношение Больцмана к Планку изменилось лишь после «атомистического» вывода последним законов теплового излучения.

Интерес к этим законам возник у Планка под влиянием экспериментальных исследований, начатых в то время в Государственном физико-техническом институте (Берлин-Шарлот- тенбург) и теоретическим работам Кирхгофа, посвященным излучению абсолютно черного тела. Кирхгоф доказал, что спектральный состав равновесного излучения не зависит от природы излучающих тел, и в этом смысле является универсальным. Это не могло не вызвать интереса Планка, склад ума которого делал для него особенно привлекательными положения, несущие черты чего-то «абсолютного». С другой стороны, это открывало важные возможности теоретического анализа, поскольку позволяло, исследуя излучение, заменять реальные тела некими «моделями». Наиболее простой и потому удобной явилась здесь модель осцилляторов — заряженных частиц, гармонически колеблющихся подобно маятникам. Уравнения электродинамики Максвелла позволяли вычислить, как они излучают и поглощают электромагнитные волны, а статистические законы Больцмана давали возможность связать черты их колебаний с температурой. Используя все это, можно было, казалось бы, точно рассчитать спектральный состав равновесного излучения. Однако все попытки такого рода встречали серьезные затруднения у исследователей.

Попытки самого Планка решить эту проблему, описать экспериментальные данные единой теоретической формулой, учитывая при этом те важные теоретические результаты, которые были получены ранее, увенчались успехом только после того, как он (в противоречии со всеми известными тогда законами физики!) фактически принял, что осциллятор, колеблющийся с частотой о;, излучает порциями (квантами), энергия которых пропорциональна частоте Е = Кш. Полученную Планком формулу для спектрального состава равновесного излучения он доложил 19 декабря 1900г. на заседании Берлинского физического общества. Этот день по праву называют днем рождения квантовой теории.

Те изменения, начало которым он положил, явились поистине революционными. Масштабы этих изменений (вопреки распространенному мнению) прекрасно понимал сам Планк, писавший о кванте действия (множитель ^, численное значение которого Планк нашел и который теперь все знают как «постоянную Планка»), что это «.. .либо фиктивная величина, и тогда весь вывод закона излучения был в принципе ложным и представлял собой всего лишь пустую игру в формулы, лишенную смысла, либо же вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении, основывавшемся со времен Лейбница и Ньютона, открывших дифференциальное исчисление, на гипотезе непрерывности всех причинных со отношений».

Для Планка, про которого хорошо знавший его Макс Борн (1882-1970) писал: «Он от природы был консерватором, у него ничего не было от революционера, и он весьма скептически относился к спекулятивным рассуждениям», было весьма нелегко примириться с идеей дискретности, противоречивший всем традициям классической теории. Планк много лет тщетно пытался преодолеть эти противоречия. Он с энтузиазмом встретил появление работ Эрвина Шредингера (1887-1961), создателя волновой механики. В 1928 г., достигнув 70 лет, Планк передал Шредингеру кафедру.

Последние десятилетия жизни Планка были омрачены трагическими событиями. Его первая жена умерла в 1909 г., оставив четверых детей, из которых трое не пережили войны 1914 года.

В 1916г. был убит воевавший во Франции его старший сын Карл. В последующие два года умерли от родов две его дочери от второго брака. Остался только один сын от первой жены, Эрвин, но и его пережил Планк: Эрвин был в 1944 г. вовлечен в заговор против Гитлера и казнен.

Но Планк, даже оставив кафедру, продолжал упорно работать. У него не было того, что называют научной школой, но круг его научного общения был достаточно широк. В нем заметное место занял Альберт Эйнштейн (1879-1955), для которого в 1913 г. Прусская академия благодаря инициативе ряда ведущих ученых, в том числе и Планка, открыла специальную кафедру. Этих двух великих физиков сблизила и большая любовь к музыке, а возможно, и их отношение к вероятностной интерпретации квантовой механики.

Планк воспринял приход фашистов к власти в Германии как национальную трагедию. Будучи президентом института кайзера Вильгельма, он, как мог, пытался спасать науку и ученых. Но порой эти попытки «.. .приводили Гитлера в такой раж, что Планку ничего не оставалось, как молча все выслушать и удалиться».

Макс Планк скончался 4 сентября 1947г., не дожив несколько месяцев до своего 90-летнего юбилея. Его научные заслуги были отмечены Нобелевской премией в 1919 г., избранием во все немецкие и австрийские академии и в академии многих других стран. В его честь институт, президентом которого он был много лет, носит теперь его имя. Но самым значительным памятником ему останется квантовая теория, отцом которой он может быть назван по праву.

Литература

Кляус Е.М, Франкфурт У* И. Макс Планк. М., 1980.

Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Наука, 1977.

Пьер КЮРИ1859-1906

Пьер Кюри родился 15 мая 1859г. в Париже. Он был вторым сыном врача Эжена Кюри, человека передовых убеждений, которому лишь материальные обстоятельства не позволили посвятить себя естественным наукам, к которым он с юности испытывал активное влечение. Он уделял воспитанию детей огромное внимание и сумел передать своим сыновьям Жаку и Пьеру (который был моложе брата на три с половиной года) свою любовь к науке и свои высокие моральные принципы, духовную независимость и даже, если угодно, гражданское мужество (в дни Парижской коммуны он оказывал медицинскую помощь коммунарам). Он считал, что казенные методы обучения неправильны и вредны (особенно для Пьера, мечтательного и несколько медлительного), и потому его дети учились дома.

Вначале с Пьером занималась его мать, позже — отец и лишь с 14 лет — преподаватель математики и латыни. Хо-

тя этот преподаватель оказался превосходным, но значительная роль сохранялась и за самообразованием.

В 16 лет, сдав экзамены на аттестат зрелости, Пьер Кюри получил диплом бакалавра естественных наук. В 1875г. он начал работать помощником ассистента в лаборатории физики профессора Леру в фармацевтическом институте и одновременно слушать лекции в Сорбонне. Через год он получил степень лиценциата физики, а когда ему исполнилось 19 лет, он был приглашен на должность ассистента на факультете естествознания Парижского университета. Здесь, в физическом практикуме он проработал 5 лет. Здесь же он совместно с профессором Дезеном выполнил свою первую экспериментальную исследовательскую работу. Она была посвящена определению длины волны теплового излучения.

Всем хорошо известно выражение «печка пышет жаром». После работ великого Максвелла стало понятно, что собою представляет этот «жар»: горячее тело испускает электромагнитные волны, и частоты этих волн зависят от температуры тела. Чем выше температура, тем более спектр излучения смещается в сторону высоких частот. При достаточно высоких температурах возникает оптическое излучение, при более низких — не воспринимаемое человеческим глазом инфракрасное. Именно оно и было предметом исследования Кюри. Методика исследования была в принципе традиционно-спектроскопическая: использовалась дифракционная решетка, но только в оптике решетки состоят из очень тонких и близко расположенных штрихов, а в инфракрасной области так называемая постоянная решетки (расстояние между ближайшими штрихами), которая должна быть порядка длины волны, во много раз больше, чем в оптике. Пьер изготовил свою решетку из множества тонких проволочек диаметром 0,125мм, натянутых на таких же расстояниях на рамку, а в качестве детектора служил термостолбик.

В техническом отношении эксперимент был довольно несложным, хотя и требовал тщательности и аккуратности. Но, видимо, тематика не очень увлекла Кюри, во всяком случае, он более не стал к ней возвращаться.

В 1880 г. братья Кюри приступили к исследованиям, принесшим им вскоре известность — они открыли и изучили явление, получившее название «пьезоэлектрический эффект».

Этот эффект — электризация некоторых кристаллов при сжатии — не был открыт случайно. По мнению, которое вы-

сказывалось впоследствии Марией Кюри, ему предшествовали глубокие размышления, касающиеся самых общих проблем симметрии, которые особенно интересовали Пьера Кюри. (Уместно заметить, что это было задолго до того, когда эти проблемы заняли в физике важнейшее место.)

За экспериментальным обнаружением электризации в ряде кристаллов (особенно детально исследовались явления в турмалине и в кварце), последовали работы, посвященные обратному эффекту — возникновению механических напряжений из-за воздействия электрического поля. Этот эффект был предсказан заранее, но опыты по его обнаружению оказались более тонкими.

Иногда высказывалось мнение, что пьезоэлектрический эффект был открыт еще в начале XIX в. Гаюи и Беккерелем, но более поздние работы показали, что это не так. В кальците, который они исследовали, этот эффект отсутствует (хотя там также наблюдалась электризация, но ее физическая природа оказалась иной; ее появление и поныне толкуется разными исследователями по-разному).

Открытые братьями Кюри эффекты, помимо того, какое видное место они заняли в физике твердого тела, получили многочисленные применения, без которых немыслима техника, в частности аудиотехника нашего времени. Начало деятельности в этом направлении было положено самими братьями Кюри, создавшими несколько принципиально новых измерительных приборов (часть из них позже была использована Пьером Кюри и при исследованиях радиоактивности).

Начатая в 1878 г. совместная работа братьев Кюри по изучению свойств кристаллов продолжалась до 1883г., когда Жак переехал в Менпелье, где ему были поручены работы по минералогии. После этого он только изредка мог бывать в Париже и участвовать в продолжении опытов. В этом же году Пьер получил назначение руководителем в только что созданную Парижским муниципалитетом Школу промышленной физики и химии.

Новая работа Пьера Кюри потребовала значительных усилий, тем более, что он отдался ей с большим энтузиазмом. О том, как серьезно он относился к работе со студентами написал позже один из них, ставший известным физиком, — Поль Ланжевен. На эксперименты времени (да и необходимого оборудования) не было.

Исследования пьезоэлектрического эффекта были по достоинству оценены. В 1895 г. за работы по физике кристаллов брать-

ям Кюри была присуждена премия Планте. В том же году Пьер Кюри защитил диссертацию на факультете естествознания Парижского университета. Но к тому времени научные интересы Пьера Кюри претерпели заметные изменения. Он увлекся проблемой намагничивания веществ.

Эта новая масштабная проблема, начало разработки которой относится к 1891г., привела Пьера Кюри к открытию явления, в самом названии которого было увековечено его имя. Проблема касалась влияния температуры на намагничивание.

Многочисленные эксперименты показали, что это влияние заметно различно для разных веществ — для так называемых парамагнетиков (у которых нагревание плавно уменьшало намагничивание), для диамагнетиков (где такое уменьшение не доминировало) и наконец, для ферромагнетиков. Этот последний класс веществ (в самом названии которого слышится «феррум» — железо) замечателен тем, что в них может существовать остаточное намагничивание (известные с давних пор постоянные магниты).

Но Кюри обнаружил, что при достижении определенной температуры (она получила наименование точки Кюри; для никеля она близка к 600°, для железа примерно вдвое выше) ферромагнетик скачком теряет остаточное намагничивание и переходит в новое состояние — парамагнетик.

Одно из следствий открытия Кюри имеет прямое отношения к геофизике.

Первым, кто попытался объяснить магнетизм Земли, был живший в XIV в. в Англии Уильям Гильберт. Изготовив постоянный магнит в форме шара («Тереллу», т. е. маленькую модель Земли), он убедился, что магнитная стрелка устанавливается над поверхностью очень похоже на то, как стрелка компаса — над поверхностью Земли: над полюсами она принимает вертикальное положение, а по мере приближения к экватору — все ближе к горизонтальному. На этом основании Гильберт счел, что Земля представляет собой большой постоянный магнит.

Это представление сохранялось более трехсот лет, но после открытия Кюри (а тогда уже было известно, что в недрах Земли температуры весьма высоки) от него пришлось отказаться. Таким образом, проблема земного магнетизма — одна из фундаментальных и старейших проблем классического естествознания — вновь встала перед учеными во всей значительности и сложности.

В том же знаменательном для Пьера Кюри 1895 году произошло событие, имевшее исключительное влияние не только на его жизнь, но и на судьбу науки: он женился на приехавшей учиться из Польши Марии Склодовской.

Мария родилась в Варшаве в 1867 г. Ее отец был педагогом. Блестяще окончив школу, Мария четыре года, до отъезда в Париж для продолжения учебы, зарабатывала уроками. Пройдя в Сорбонне курсы математики, физики и химии, в 1883 г. получила степень лиценциата по физике, а через год — по математике, была оставлена в Сорбонне в лаборатории Липпмана, где и познакомилась с Пьером Кюри.

После их женитьбы специально для Пьера Кюри в Школе физики и химии была создана новая кафедра физики, что кроме всего прочего дало некоторое улучшение материального положения молодой семьи.

Мария быстро включилась в работу и стала сначала деятельной помощницей мужа, а скоро его полноценной сотрудницей. Более того, именно она начала заниматься открытым незадолго до того загадочным явлением — излучением, порождаемом солями, содержащими уран. В 1897 г. Пьер Кюри подключился к ее работе и начался период самых плодотворных и напряженнейших совместных трудов.

Труды супругов Кюри по исследованию радиоактивности являют собой один из ярчайших примеров научного подвига. Об этом написано очень много книг, так что здесь мы ограничимся кратким изложением.

Довольно быстро ими было установлено, что излучающими (по введенной ими терминологии — радиоактивными) являются различные химические элементы. Первым из них был выделен торий, а затем еще два — полоний (названный в честь родины Марии) и радий.

Это уже было важным достижением, но для дальнейших исследований требовалось большое количество веществ.

Австрийское правительство подарило французским исследователям тонну отходов урановой руды, и начался изнурительный период ее переработки. Мария и вскоре присоединившийся к ней Пьер работали в сарае, где не было ничего, кроме пары столов. Мария впоследствии писала: «. .. как раз в этом-то дрянном старом сарае и протекли лучшие и счастливейшие дни нашей жизни, всецело посвященные работе».

Вначале они трудились вместе, а затем решили, что целесообразно предоставить Марии переработку руд и получение чистых солей (для получения одного дециграмма хлористого радия потребовалось 45 месяцев кропотливой, изнурительной работы), изредка с помощью еще одного, а позже двух сотрудников, одному из которых — Андре Дебьери — принадлежит открытие радиоактивного элемента актиния, а Пьеру — их физические исследования.

Такие важные результаты, как открытие наведенной радиоактивности, исследование сложного состава радиоактивного излучения и его биологического действия, обнаружение постепенного замедления темпов радиоактивного распада (и введение понятия периода полураспада), по праву считают плодами их совместных трудов.

Интерес к результатам работ Марии и Пьера Кюри проявился очень быстро и был весьма значителен. В 1900 г. они выступили с большим обзорным докладом как о своих исследованиях, так и о работах быстро увеличивавшегося ряда других физиков, присоединившихся к исследованиям радиоактивности.

Возможности для научной работы Кюри оставались, тем не менее, весьма ограниченными. Когда в Сорбонне открылась новая кафедра физической химии, Пьера уговорили выставить свою кандидатуру на должность ее руководителя, но он получил отказ (по чисто формальной причине — не занимался непосредственно этой тематикой).

Благодаря поддержке Анри Пуанкаре, чтобы удержать Кюри от переезда из Франции в Женеву, коллегам удалось, наконец, получить для него место заведующего кафедрой на подготовительном курсе Сорбонны, а Мария получила должность преподавательницы в Высшей женской Нормальной школе близ Парижа. Преподавание, подготовка учебных пособий отвлекали от научной работы, но с этим приходилось мириться.

Поддавшись уговорам друзей, Кюри в 1902 г. выставил свою кандидатуру в Академию наук, но его конкурент при голосовании собрал на 1 голос больше.

Когда Пьер Кюри узнал, что его собрались представить к награждению орденом «Почетного легиона», он отказался, сказав, что «не нуждается в орденах, но весьма нуждается в лаборатории».

Несмотря на материальные затруднения супруги Кюри не брали патентов на свои методы получения радия и других радио-

активных элементов, хотя коммерческое и промышленное значение их открытий (в частности, уже понятые возможности применения в медицине) уже было понято. Люди высочайших моральных принципов, они считали, что научные открытия должны быть достоянием всего человечества.

Их научный авторитет возрастал, хотя, приходится признать, в основном за пределами Франции. В 1903 г. Королевский институт в Лондоне торжественно принимал супругов Кюри, английские физики во главе с лордом Кельвином заслушали их обстоятельный доклад по всем проблемам радиоактивности. Королевское общество вскоре удостоило их одной из высших наград — медали Деви.

Шведская академия наук присудила супругам Кюри (вместе с Беккерелем) Нобелевскую премию за 1903 год (правда, приехать в Стокгольм они смогли только через три года).

Последнее лето жизни Пьер Кюри провел с семьей в деревне. В Париже супруги Кюри вернулись к своим многочисленным делам.

19 апреля 1906 г. после собрания ассоциации профессоров факультета естествознания Пьер Кюри пешком направился к издателю своих трудов править корректуру. На улице дофина на него налетел быстро мчащийся тяжело груженный фургон. От сильного удара по голове Пьер Кюри мгновенно скончался.

Это была трагедия не только для его близких, но и для всей науки, не только французской. Потеря была тем тяжелее, что жизнь Пьера Кюри нелепо оборвалась на крутом подъеме, когда он был полон идей и планов, когда он был идеально готов к их осуществлению.

Дела Пьера Кюри подвижнически продолжила его жена.

Теперь всем известна замечательная династия Кюри, давшая миру не только замечательных ученых, но и видных общественных деятелей.

Петр Николаевич ЛЕБЕДЕВ1866-1912

Выдающийся русский физик-экспериментатор, первым подтвердивший на опыте вывод Максвелла о наличии светового давления, создатель первой в России научной физической школы Петр Николаевич Лебедев родился в Москве 8 марта 1866 г. В юношеские годы увлекся физикой, но доступ в университет для него, выпускника реального училища, был закрыт, поэтому он поступил в Московское высшее техническое училище. Впоследствии П.Н. Лебедев говорил, что знакомство с техникой оказалось ему очень полезным при конструировании экспериментальных установок.

В 1887г., не закончив технического училища, Лебедев направился в Германию, в лабораторию известного физика А. Кундта, у которого работал вначале в Страсбурге, а затем в Берлине. В 1891г., написав диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков

Моссоти-Клаузиуса», он сдал экзамен на первую ученую степень. По возвращении в Россию П. Н. Лебедев получил в Московском университете место ассистента в лаборатории профессора А. Г. Столетова.

Цикл выполненных у Кундта работ вошел в представленную Лебедевым в 1900г. магистерскую диссертацию «О пон- деромоторном действии волн на резонаторы», за которую ему сразу (случай исключительный!) была присуждена степень доктора физики. Вскоре П.Н. Лебедев был утвержден профессором Московского университета.

Не без некоторого противодействия со стороны отдельных его коллег Лебедев начинает активно проводить экспериментальную работу. К тому времени он уже успел приобрести известность и опыт как один из первых исследователей, опирающихся на теорию Максвелла. Еще в 1995г. он создал установку для генерирования и приема электромагнитного излучения с длиной волны в 6 и 4 мм, исследовал отражение, преломление, поляризацию, интерференцию и др.

В 1899г. П.Н. Лебедев при помощи виртуозных, хотя и выполненных скромными средствами опытов подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о давлении света на твердые тела, а в 1907г. — и на газы. Это явилась важной вехой в науке об электромагнитных явлениях. Одному из видных физиков того времени У. Томсону (1824-1907) принадлежат слова: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот < ... > Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».

П.Н. Лебедев занимался также вопросами действия электромагнитных волн на резонаторы и выдвинул в связи с этими исследованиями глубокие соображения, касающиеся межмолекулярных взаимодействий, уделял внимание вопросам акустики, в частности гидроакустики.

Изучение давления света на газы побудило Лебедева заинтересоваться происхождением хвостов комет.

Не ограничиваясь научно-исследовательской деятельностью, П. Н. Лебедев уделяет много сил созданию научной школы, которая по существу была первой в России и появление которой продолжает ощущаться до наших дней. К 1905г. в лаборатории работало уже около двадцати молодых его учеников, которым суждено было сыграть впоследствии видную роль в развитии физики в России. Из них уместно назвать в первую очередь

П.П. Лазарева (1878-1942), который в 1905 г. начал работать с Лебедевым, стал вскоре его ассистентом и ближайшим помощником, после смерти Лебедева — руководителем его лаборатории, а в 1916 г. — директором первого Научно-исследовательского института физики в Москве, института из которого вышли такие ученые как С. И. Вавилов, Г. А. Гамбурцев, А. Л. Минц, А.П. Ребиндер, В. В. Шулейкин, Э.В. Шпольский. Физический институт Академии наук назван именем П. Н. Лебедева.

Эксперименты Лебедева требовали применения тщательно продуманной, порой довольно сложной «механики». Это иногда порождало нелепые упреки, что у Лебедева «наука сведена до уровня техники». Уместно заметить, что сам П. Н. Лебедев считал заслуживающими самого серьезного внимания вопросы связи науки и техники.

Последний цикл исследований П. Н. Лебедева незаслуженно недооценен и поныне. Эти исследования имели целью проверить гипотезу английского физика Сазерленда о том, что действие гравитации вызывает перераспределение зарядов в проводниках. В небесных телах, в планетах и звездах, по мысли Сазерленда, происходит «выдавливание» электронов из внутренних областей, где давления велики, на поверхность; благодаря этому внутренние области заряжаются положительно, а поверхность тел — отрицательно. Вращение же тел вместе с перераспределившимися в них зарядами должно порождать магнитные поля. Таким образом, предлагалось физическое объяснение происхождения магнитных полей Солнца, Земли и других небесных тел.

Гипотеза Сазерленда не имела тогда надежного теоретического обоснования, и потому особую важность приобретал задуманный Лебедевым опыт по ее проверке. Поняв, что центробежные силы должны, как и гравитационные, вызывать перераспределение зарядов, Лебедев выдвинул простую, но, как всегда, блестяще остроумную идею: при быстром вращении электрически нейтральных тел должно возникать, если верна гипотеза Сазерленда, магнитное поле. Именно такое «намагничивание вращением» и делалась попытка обнаружить на опыте.

Нужно заметить, что работа проходила в очень трудных условиях. П.П. Лебедев в 1911г. принял решение, в знак протеста против реакционных действий министра Кассо, оставить, вместе со многими прогрессивными преподавателями, Московский университет, и очень тонкий опыт, который он проводил в подвале физического факультета, был в известной мере ском-

кан. Искомого эффекта обнаружить не удалось. Как теперь стало понятно, причина заключалась не в отсутствии эффекта, а в недостаточной чувствительности установки: те оценки для магнитных полей, на которые ориентировался Лебедев и которые основывались на работах Сазерленда, оказались значительно завышенными.

В Городском университете имени Шанявского, где на частные средства П.Н. Лебедев создал новую физическую лабораторию, продолжить исследования он уже не успел. Всегда у него было больное сердце, и даже один раз, когда он был еще сравнительно молодым, оно вдруг остановилось, когда он греб на лодке. Тогда удалось вернуть его к жизни, но прожил он всего 46 лет.

Литература

Дуков В. М. П.Н. Лебедев. М.: Учпедгиз, 1956.

Эрнст РЕЗЕРФОРД1871-1937

Эрнст Резерфорд (Rutherford) — английский физик, основоположник ядерной физики, автор планетарной модели атома, член (в 1925-1930 гг. президент) Лондонского Королевского общества, член всех академий наук мира, в том числе (с 1925) иностранный член Академии наук СССР, лауреат Нобелевской премии по химии (1908), создатель большой научной школы — родился 30 августа 1871г. на Южном острове Новой Зеландии в небольшой деревушке Спринг Гроув в семье колесного мастера Джеймса Резерфорда и его жены учительницы Марты Томпсон. Кроме Эрнста в семье было еще 6 сыновей и 5 дочерей.

В 1889 г., когда семья переселилась в Пунгареху (Северный остров), Эрнст поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета (Крайстчерч, Южный остров); до этого он успел поучиться в Фоксхилле и в Хэйвлокке, в Нельсоновском колледже для мальчиков.

Блестящие способности Эрнста обнаружились уже в годы учебы. После окончания IV курса он удостаивается награды за лучшую работу по математике и занимает первое место на магистерских экзаменах, причем не только по математике, но и по физике. Но, став магистром искусств, он не покинул колледжа. Резерфорд погрузился в свою первую самостоятельную научную работу «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Он придумал и изготовил новый прибор — магнитный детектор, один из первых приемников электромагнитных волн, который стал его «входным билетом» в мир большой науки. И вскоре в его жизни произошла важнейшая перемена.

Наиболее одаренным молодым заморским подданным британской короны раз в два года предоставлялась Стипендия имени Всемирной выставки 1851г., дававшая возможность поехать для усовершенствования в науках в Англию. В 1895г. было решено, что ее достойны двое новозеландцев — химик Маклорен и физик Резерфорд. Место было одно, и надежд у Резерфорда было мало. Однако семейные обстоятельства заставили Маклорена отказаться от поездки, — и осенью 1895 г. Резерфорт прибывает в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и становится первым докторантом ее директора Дж. Дж. Томсона.

Джозеф Джон Томсон (1856-1940) был к тому времени известным ученым, членом Лондонского Королевского общества. Он оценил выдающиеся способности Резерфорда и привлек его к работе по изучению процессов ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Но уже летом 1898 г. Резерфорд делает первые шаги в исследовании и других лучей — лучей Беккереля.

Французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908) открыл излучение урановой соли, получившее позже название радиоактивного (Нобелевская премия 1903 г. совместно с супругами Кюри), и начал его исследование. В это исследование в 1898г. активно включился Резерфорд. Именно он обнаружил, что в лучи Беккереля входят потоки положительно заряженных ядер гелия (альфа-частиц) и потоки бета-частиц — электронов. (При бета-распаде некоторых элементов испускаются позитроны, а не электроны; позитроны имеют такую же массу, как электроны, но положительный электрический заряд.)

Через два года, в 1900 г. французский физик Виллар (18601934) открыл, что испускаются еще и не несущие электрического заряда гамма-лучи — электромагнитное излучение, более коротковолновое, чем рентгеновское.

18 июля 1898 г. в Парижскую академию наук была представлена работа Пьера Кюри (1859-1906) Марии Кюри-Склодовской (1867-1934), вызвавшая исключительный интерес Резерфорда. В этой работе авторы указывали, что кроме урана существуют и другие радиоактивные (этот термин был употреблен впервые) элементы. Позже именно Резерфорд ввел понятие об одном из основных отличительных признаков таких элементов — периоде полураспада.

В декабре 1897г. Резерфорду продлили выставочную стипендию, и он получил возможность продолжить исследования лучей урана. Но в апреле 1898 г. освободилось место профессора Мак-Гиллского университета в Монреале, и Резерфорд решил переехать в Канаду. Пора ученичества прошла. Всем и, в первую очередь, ему самому было ясно, что он уже готов к самостоятельной работе.

Переезд в Канаду совершился осенью 1988г.

Преподавание Резерфорда на первых порах шло не слишком успешно: студентам не понравились лекции, которые молодой и еще не вполне научившийся чувствовать аудиторию профессор перенасыщал деталями. Некоторые затруднения возникли вначале и в научной работе из-за того, что задерживалось прибытие заказанных радиоактивных препаратов. Но все шероховатости быстро сгладились, и началась полоса успехов и удач.

Впрочем, говорить об удачах вряд ли уместно: все достигалось трудом. И в этот труд вовлекались новые единомышленники и друзья. Вокруг Резерфорда и тогда, и в более поздние годы всегда быстро формировалась атмосфера увлеченности и творческого энтузиазма. Труд был напряженным и радостным, и он приводил к важным открытиям.

В 1899 г. Резерфорд открывает эманацию тория, а в 19021903 гг. он совместно с Ф. Содди (1877-1956) уже приходит к общему закону радиоактивных превращений.

Об этом научном событии нужно сказать подробнее.

Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки. И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений.

Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Менделеева (1734-1907), а значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра. При альфа-распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы (за единицу принимается «элементарный» заряд — модуль заряда электрона), элемент «перемещается» на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета-распаде — на одну клеточку вниз, при позитронном — на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала XX в.

Это время ознаменовано и важным событием в личной жизни Резерфорда: через 5 лет после помолвки состоялась его свадьба с Мери Джорджине Ньютон, дочерью хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил, а 30 марта 1901г. родилась единственная дочь четы Резерфордов. По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке — физики ядра.

Важным и радостным событием явилось и избрание Резерфорда в 1903г. членом Лондонского Королевского общества.

Итоги научных поисков и открытий Резерфорда составили содержание двух его книг. Первая из них называлась «Радиоактивность» и вышла в 1904г. Через год вышла вторая — «Радиоактивные превращения». А их автор уже начинал новые исследования.

Он уже понял, что радиоактивное излучение исходит из атомов, но место его возникновения оставалось абсолютно неясным. Нужно было исследовать устройство атома. И здесь Резерфорд обратился к методике, с которой он начинал работу у Дж. Дж. Томсона — к просвечиванию альфа-частицами. В опытах исследовалось, как поток таких частиц проходит через листочки тонкой фольги.

Первая модель атома была предложена, когда стало известно, что электроны имеют отрицательный электрический заряд. Но они входят в атомы, которые в целом электронейтральны; что же является носителем положительного заряда?

Дж. Дж. Томсон предложил для решения этой проблемы такую модель: атом — нечто вроде положительно заряженной капли радиусом в стомиллионную долю сантиметра, внутри которой находятся крохотные отрицательно заряженные электроны. Под действием кулоновских сил они стремятся занять положение в центре атома, но если что-то выведет их из этого положения

равновесия, они начинают совершать колебания, что сопровождается излучением (таким образом, модель объясняла и известный тогда факт существование спектров излучения). Из опытов уже было известно, что расстояния между атомами в твердых телах примерно такие же, как и размеры атомов. Поэтому казалось очевидным, что альфа-частицы почти не могут пролететь даже сквозь тонкую фольгу, подобно тому, как камень не пролетит сквозь лес, деревья в котором растут почти вплотную друг к другу.

Но первые же опыты Резерфорда убеждали, что это не так. Подавляющее большинство альфа-частиц пронизывало фольгу, даже почти не отклоняясь, и лишь у некоторых это отклонение наблюдалось, порой весьма значительное.

И здесь вновь проявилась исключительная интуиция Резерфорда и его умение понимать язык природы. Он решительно отказывается от модели Томсона и выдвигает принципиально новую модель. Она получила название планетарной*, в центре атома, подобное Солнцу в Солнечной системе — ядро, в котором, несмотря на его относительно малые размеры, сосредоточена вся масса атома. А вокруг него, подобно планетам, двигающимся вокруг Солнца, вращаются электроны. Их массы значительно меньше, чем у альфа-частиц, которые поэтому почти не откланяются, пронизывая электронные облака. И только когда альфа-частица пролетает близко от положительно заряженного ядра, кулоновская сила отталкивания может резко искривить ее траекторию. Формула, которую вывел Резерфорд, опираясь на эту модель, прекрасно согласовалась с данными эксперимента.

(В 1903г. идею планетарной модели атома доложил в Токийском физико-математическом обществе японский теоретик Хантаро Нагаока (1865-1950), назвавшей эту модель «сатур- ноподобной», но его работа, о которой Резерфорд не знал, не получила дальнейшего развития.)

Но планетарная модель не согласовывалась с законами электродинамики! Эти законы, установленные, в основном, трудами Фарадея (1791-1867) и Максвелла (1831-1879), утверждают, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны и поэтому теряет энергию. Электрон в атоме Резерфорда движется ускоренно в кулоновском поле ядра и, как показывает теория Максвелла, должен был бы, потеряв примерно за десятимиллионную долю секунды всю энергию, упасть на ядро.

Это называется проблемой радиационной неустойчивости

резерфордовской модели атома, и Резерфорд ее отчетливо понимал, когда в 1907г. пришло время его возвращения в Англию.

Труды Резерфорда в Мак-Гилльском университете принесли ему такую известность, что его стали наперебой приглашать на работу в научные центры различных стран. Весной 1907г. он принял решение оставить Канаду и прибыл в университет Виктории в Манчестере.

Работы тут же были продолжены. Уже в 1908г. вместе с Хансом Гейгером (1882-1945) Резерфорд создает новый замечательный прибор — счетчик альфа-частиц, сыгравший важную роль для выяснения того, что они представляют собой дважды ионизованные атомы гелия.

В 1908г. Резерфорду была присуждена Нобелевская премия (но не по физике, а по химии!).

Планетарная модель атома тем временем все больше занимала его мысли. И вот в марте 1912 г. начинается дружба и сотрудничество Резерфорда с Нильсом Бором (1885-1962).

Бор — это явилось его величайшей научной заслугой — внес в планетарную модель Резерфорда принципиально новые черты — идею квантов. Эта идея возникла еще в начале века благодаря работам великого Макса Планка (1658-1947), понявшего, что для объяснения законов теплового излучения нужно допустить, что энергия уносится дискретными порциями — квантами.

Идея дискретности была органически чужда всей классической физике, в частности теории электромагнитных волн, но вскоре Альберт Эйнштейн (1879-1953), а затем и Артур Комптон (1892-1962) показали, что эта квантовость проявляется и при поглощении, и при рассеянии.

Бор выдвинул «постулаты» которые, на первый взгляд, выглядели внутренне противоречивыми:

в атоме существуют такие орбиты, двигаясь по которым, электрон, вопреки законам классической электродинамики, не излучает, хотя и имеет ускорение; Бор указал правило нахождения таких стационарных орбит;

кванты излучения появляются (или поглощаются) только при переходе электрона с одной орбиты на другую, в соответствии с законом сохранения энергии.

Атом Бора-Резерфорда, как его по праву начали называть, не только принес решение многих проблем, он ознаменовал прорыв в мир новых идей, что вскоре привело к радикальному пересмотру многих представлений о материи и ее движении.

Работу Нильса Бора «О структуре атомов и молекул» направил в печать Резерфорд.

И в это время, и позже, когда Резерфорд в 1919 г. принимает пост профессора Кембриджского университета и директора Кавендишской лаборатории, он становится центром притяжения для физиков всего мира. Его справедливо считали своим учителем десятки ученых, в том числе и удостоенные впоследствии Нобелевских премий. Все обильнее становился поток наград и почестей. В 1914г. он получает дворянство, в 1923г. становится президентом Британской ассоциации, с 1925 по 1930 г. — президентом Королевского общества, в 1931г. он получает титул барона и становится лордом Резерфордом оф Нельсон.

Но, несмотря на все возрастающие нагрузки, в том числе — и не только научные, Резерфорд продолжает таранные атаки на тайны атома и ядра.

Он уже приступил к экспериментам, завершившимся открытием искусственного превращения химических элементов и искусственного расщепления атомных ядер, предсказал в 1920 г. существование нейтрона и дейтрона, в 1933г. был инициатором и непосредственным участником экспериментальной проверки взаимосвязи массы и энергии в ядерных процессах. В апреле 1932 г. Резерфорд активно поддержал идею использования ускорителей протонов при изучении ядерных реакций. Его можно причислить и к числу основоположников ядерной энергетики.

Труды Эрнста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего века, но и на жизнь миллионов людей. Конечно, Резерфорд, особенно в конце жизни (он скончался 19 октября 1937г.), не мог не задумываться, останется ли это влияние благотворным. Но он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь.

Литература

Данин Д. Резерфорд. М.: Молодая гвардия, 1966.

Бор Н. Воспоминания о Резерфорде — основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ // УФН. 1928. Т. 80, вып. 1.

Борн М. Физика в жизни моего поколения. М., 1963.

Де Бройль Л. По тропам науки. М.: ИЛ, 1962.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Поль ЛАНЖЕВЕН1872-1946

ITоль Ланжевен (Langevin) — французский физик и общественный деятель, создатель известной французской научной школы, член Парижской академии наук, Академии наук СССР, Лондонского Королевского общества и многих других иностранных академий — родился 23 января 1872 г. в семье парижского рабочего Виктора Ланжевена, который, поступив в 18 лет в армию, прослужил 14 лет в алжирских частях, а затем работал в качестве простого техника на стройках в Париже. Ланжевен впоследствии писал, что он унаследовал от отца «глубокое стремление к знанию».

Традиции семьи во многом формировались под влиянием революционных идей. Один из их родственников, Пьер Камиль Ланжевен (1745-1824) — прудонист, член Федерального совета парижских секций I Интернационала, был участником восстаний 31 октября 1870 г. и 22 января 1871г., был избран членом

Коммуны от XV округа, после подавления восстания эмигрировал, был заочно приговорен к смертной казни и вернулся во Францию только после амнистии 1880г.

Материальное и социальное положение семьи не позволили Полю посещать среднюю школу, что не могло не осложнить его пути в науку. Но одаренный и прилежный ученик начальной школы все же обратил на себе внимание, и Парижский муниципалитет предоставил ему возможность бесплатного обучения в Высшей начальной школе имени Лавуазье, а по окончании ее в 1889 г. — в Школе индустриальной физики и химии.

Ланжевену посчастливилось учиться у талантливых и преданных науке педагогов. Достаточно сказать, что одним из них был Пьер Кюри (1859-1906). Даже присутствовать в лаборатории, где трудился этот выдающийся физик, не говоря уже о возможности порой помогать ему в опытах, было исключительно важно и интересно. Вот как позже писал Ланжевен об этом, одном из своих самых выдающихся учителей, который впоследствии не раз оказывал Полю важную поддержку: «Совершенно свободный от предрассудков старины, страстно влюбленный в разум и истину, он, как глашатай грядущих истин, являл собой пример того, какой моральной красоты и доброты можно достичь при неустанной смелости, при чистоте мысли, способности отвергать то, чего она не может постичь, и при умении согласовать свою жизнь с мечтой». Трагическая случайность оборвала жизнь Пьера Кюри как раз в то время, когда он достиг поры самых своих значительных научных открытий, но влияние его выдающейся личности на учеников, в частности на Ланжевена, во многом определило их будущее.

Хотя Ланжевен окончил школу первым учеником (по свидетельству знавших его, он вообще всегда в учебе был первым), путь к высшему образованию для него был закрыт: он не знал латыни и высшей математики. По совету педагогов, уже сумевших оценить незаурядного ученика, он решил самостоятельно готовиться к страшным конкурсным экзаменам. На жизнь он зарабатывал, давая уроки (по 4 ч в день), ежедневно 2 ч занимался латынью, 8ч- математикой, и так в течении двух лет. Ланжевен вспоминал: «Это был приятный период моей жизни — подлинная мобилизация моих созревающих сил; мне удалось достигнуть цели». Конкурсные испытания он выдержал блестяще и был принят в Высшую Нормальную школу. Парижский муниципалитет и здесь предоставил ему возможность учиться

бесплатно, и он сразу начал работать на правах лиценциата.

И в Высшей Нормальной школе Ланжевену повезло на преподавателей, из которых он особенно выделял Марселя Бриллюэна (1854-1948), лекции котрого в Высшей Нормальной школе, а затем и в Коллеж де Франс побудили его заинтересоваться теоретической физикой.

Молодой, впоследствии получивший заслуженную известность профессор Высшей Нормальной школы Жан Батист Перрен (1870-1942) сделал в 1895г. важное открытие, экспериментально доказав, что катодные лучи несут отрицательный электрический заряд. Заинтересовавшись проблемой лучей Рентгена, Перрен возглавил опыты группы студентов-энтузиастов с газоразрядными трубками Крукса (1832-1919), в эту группу включился и Ланжевен. Это было началом большого цикла его исследований газовых разрядов и началом сохранившейся до конца их дней дружбы с Перреном.

В 1897г. Поль Ланжевен окончил Высшую Нормальную школу и по ходатайству Пьера Кюри получил от Парижского муниципалитета стипендию для подготовки к научной деятельности в Кембридже, в знаменитой Кавендишской лаборатории, возглавлявшейся тогда Джозефом Джоном Томсоном (1856— 1940), с именем которого связано открытие электрона.

Эта лаборатория была признанным центром исследования газовых разрядов. В ней стажировались многочисленные молодые физики из различных стран. Так, в одной комнате с Ланже- веном работал приехавший из Новой Зеландии Эрнст Резерфорд (1871-1937). За последние пять лет перед наступлением XX в. результаты проводившихся в лаборатории исследований были опубликованы более чем в сотне статей.

Прием, который встретил Ланжевена в Кембридже, условия для работы и царившая там творческая атмосфера как нельзя лучше способствовали творчеству. К тому же после открытия лучей Рентгена и радиоактивности появились и невиданные ранее возможности исследований. Назревали великие открытия, радикально изменившие представления о строении материи.

Начав занимаясь проблемами газовых разрядов (а интерес к этим проблемам Ланжевен сохранил до конца жизни), молодой французский докторант вскоре начал получать важные результаты, касающиеся процессов ионизации и рекомбинации атомов, он доказал наличие тяжелых ионов, нашел новые подходы в вопросах о длине свободного пробега.

Томсон, да и все в лаборатории не только оценили талантливого француза (не зря же его портрет на стене лаборатории повесили возле портрета Томсона), но и прониклись к нему искренней симпатией.

По возвращении из Кембриджа Ланжевен получил стипендию от Высшей Нормальной школы для подготовки докторской диссертации в Сорбонне и одновременно стал работать там лаборантом. В 1902 г. он защитил докторскую диссертацию «Исследования в области ионизированных газов». К тому времени его имя уже получило известность в научном мире, и не только благодаря исследованиям физики газовых разрядов, но и выступлениям, в частности на Международном конгрессе 1900г.

Видное место принадлежит работам Ланжевена по теории магнетизма. В 1905 г. он разработал как термодинамическую, так и статистическую теорию диамагнетизма и парамагнетизма. Эта классическая (т.е. неквантовая) теория исходила из того, что атомы всех веществ можно разделить на различные классы, в зависимости от того, каков их «врожденный» магнитный момент. Если он отличен от нуля, то под действием внешнего магнитного поля моменты атомов ориентируются, и их дезориентация обусловливается тепловым движением и столкновениями атомов; намагничивание таких веществ (парамагнетиков) очевидно, уменьшается по мере увеличения температуры. Зависимость от температуры отчетливо проявляется и у ферромагнетиков, веществ, могущих приобретать большое остаточное намагничивание, в развитие феноменологической теории которых (в ней нашел отражение и открытый одним из первых его учителей Пьером Кюри эффект превращения ферромагнетиков в паромагнетики при нагревании до определенной температуры — точки Кюри) также внес вклад Ланжевен.

Если же «врожденного» магнитного момента у атома нет, механизм намагничивания таких веществ иной: при включении внешнего магнитного поля индуцируется, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея (1791-1867), вихревое электрическое поле, которое и вызывает вихревое движение электронов в атомах; это делает каждый атом «наведенным» магнитом, а значит, вызывает и намагничивание всего вещества — диамагнетика. Даже из приведенного краткого описания механизма намагничивания диамагетиков видно, что, во-первых, температура не должна здесь играть заметной роли и что, во- вторых, этот механизм универсален, т. е. даже в парамагнетиках

он также вносит свой вклад в общий процесс намагничивания.

Ланжевен исследовал также и связь процессов намагничивания с эффектом Зеемана (1865-1943). Развитая Ланжевеном статистическая теория с успехом была применена им и для описания эффекта Керра (1824-1907) — возникновения оптической анизотропии жидких диэлектриков под влиянием электрического поля. Легко видеть, что во многих исследованиях Ланжевен действовал в русле грандиозной программы Хендрика Антона Лоренца (1853-1928) описания электромагнитных свойств веществ на базе атомно-электронных представлений о них. Ланжевен был одним из первых энергичных последователей Лоренца, раньше многих усвоивших и эффективно применявших идеи атомистики и представления о роли электронов.

Вполне логично, что такое направление исследований привело Ланжевена и к проблеме броуновского движения. После того, как этой проблемой уже занимались Альберт Эйнштейн (1879-1955), Мариан Смолуховский (1872-1917) и один из учителей Ланжевена Жан Батист Перрен, теория этого явления, казалось бы, уже была построена, но Ланжевен предложил новый (и весьма эффективный и общий, нашедший применения во многих областях) подход, основанный на рассмотрении воздействия случайной силы.

Значительное место в исследованиях Ланжевена занимали принципиальные проблемы электродинамики. После появления трудов Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879), ставшего, вслед за Майклом Фарадеем (1791-1867) создателем полевой теории электромагнетизма, прошло немногим более четверти века, но за это время физическое миропонимание претерпело радикальные изменения. Если ранее безраздельно царствовало убеждение, что ньютоновская механика является универсальным инструментом физического описания (даже сами создатели полевой концепции электромагнетизма Фарадей и Максвелл склонны были считать, что электромагнитное поле — натяжения в заполняющей все пространство особой механической среде — эфире), то теперь появилась тенденция саму механику считать следствием электродинамики.

В материальности электромагнитного поля, в том, в частности, что оно несет энергию и импульс, убеждали не только теория, но и эксперимент, в частности опыты П.Н. Лебедева (1866-1912), сумевшего доказать существование давления света. И поэтому, когда Хендрик Антон Лоренц выступил с идеей,

что вся масса электрона имеет полевое происхождение, т.е. что это масса создаваемого его зарядом электромагнитного поля, она вызвала большой интерес.

Красивая и радикальная идея увлекла и Ланжевена, и хотя от нее (по крайней мере, в начальной форме, которой он придерживался) впоследствии пришлось отказаться, некоторые важные положения (касающихся, в частности, зависимости массы от скорости, необходимости модернизации уравнений механики для случаев, когда рассматриваются весьма быстро движущиеся частицы) сохранили значимость хотя бы как предтечи релятивистской физики.

По-видимому, по традиции тех учебных заведений, где Лан- жевен учился и где впоследствии он сам много лет преподавал, всегда уделялось большое внимание сочетанию глубокого проникновения в теорию и интересу к прикладным аспектам физики. Это определило многие важные черты работы Ланжевена. Исследования в области ультразвука (и, более широко, обширного круга проблем электроакустики) и пьезоэлектричества, позволили ему создать мощные источники ультразвукового излучения, что впоследствии было использовано для гидролокации подводных лодок.

Уже упомянутая выше преподавательская деятельность всегда занимала в жизни Ланжевена видное место. Ему, в частности, многим обязано высшее образование женщин. Можно лишь пожалеть о том, что очень большая загруженность научной и общественной работой не позволили ему довести до конца многолетний труд по подготовке издания курсов лекций. Ученики, быстро становившиеся его научными соратниками, составили известную научную школу.

Особого упоминания заслуживает важнейшая роль Ланжевена в установлении и развитии международных научных контактов, в частности, по подготовке и организации Сольвейских конгрессов, а затем и руководству их работой. Благодаря поистине уникальной научной эрудиции Ланжевена, совершенному владению им иностранными языками и близкими, дружеским отношения со многими ведущими физиками того времени, наконец редкостному обаянию его личности, эта деятельность была весьма плодотворной.

Международные Сольвейские конгрессы по физике, первый из которых состоялся в 1911г., сыграли в развитии физики существенную роль. Перед каждым из них авторитетная комиссия

намечала программу работы и основных докладчиков, и Ланже- вен принимал в этой работе активное участие.

Чтобы понять, насколько ответственной была эта деятельность, достаточно вспомнить, что время работы конгрессов было эпохой величайших перемен в физике, эпохой становления теории относительности и квантовой теории, зарождения физики ядра и физики элементарных частиц. Остро вставали и многие философские проблемы.

Провозглашая свою приверженность диалектическому материализму (порой, видимо, понимаемому им несколько расплывчато и даже догматично, что проявлялось, в частности, в неприятии квантовомеханического индетерминизма), Ланже- вен, в конкретных исследованиях опирался не на философские догмы, а на здравый смысл.

И, к тому же, то была пора, когда политический климат делался все более напряженным. Ланжевен всегда реагировал на это очень остро. Он мучительно переживал еще дело Дрейфуса, испытывал естественное отвращение к милитаризму и антисемитизму, был в первых рядах ученых-антифашистов. Нацисты, оккупировав Францию, продержали его в тюрьме 38 дней, подвергая унизительным допросам.

Гестаповец, услышав от Ланжевена, что тот «никогда не был врагом немецкого народа, так как был другом всех народов, и враждебен только расизму и нацизму», сказал ему: «Вы опасный человек, столь же опасный, как ваши революционеры 1879 г. и ваши энциклопедисты».

Фашисты вновь арестовали Ланжевена в конце 1941 г. и продержали его в камере трое суток (за это время он, ведя запись при помощи обгоревшей спички на оберточной бумаге, решил еще одну задачу теоретической физики).

Когда его выпустили, у себя дома (он жил тогда в Труа) Ланжевен оборудовал в столе тайный радиопередатчик. Тяжелым ударом для Ланжевена был арест дочери Элен и ее мужа Жака Соломона; сама Элен через 3 года, при подходе советских войск чудом сумела вырваться из лагеря, а ее муж погиб.

Друзья и ученики Ланжевена, и, прежде всего, Фредерик Жолио-Кюри (1900-1958) настояли на том, чтобы он покинул Францию. Загримированный, под чужим именем, он приехал в Париж, откуда его переправили в Швейцарию (в трудных местах его несли на руках).

22 сентября 1944г. Ланжевен снова вернулся во Францию.

Здесь его ждали друзья, единомышленники и огромное количество дел. Он все больше внимания уделял не только физике, но и организационно-педагогическим и социальным проблемам. В последние годы жизни Ланжевен вступил в коммунистическую партию Франции.

3 марта 1945 г. в Сорбонне общественность торжественно отметила его 73-летие. Но здоровье Ланжевена уже заметно пошатнулось. После нескольких недель болезни, в ночь с 18 на 19 декабря 1946 г. Поль Ланжевен тихо скончался в своей квартире при Высшей школе физики и химии.

Литература

1. Старосельская-Никитина О. А. Поль Ланжевен. М., 1962.

Альберт ЭЙНШТЕЙН1879-1955

.Выдающийся физик-теоретик, один из создателей современной физики, автор классических трудов по теории броуновского движения, квантовой теории, частной и общей теории относительности Альберт Эйнштейн (Einstein) родился 14 марта 1879 г. в немецком городе Ульм. Через год его родители переселились в Мюнхен.

В небольшой «Электротехнической фабрике Я. Эйнштейна и К0» отец Альберта, Герман Эйнштейн, был коммерческим директором, а дядя Якоб — техническим руководителем. Вначале дела Компании, занимавшейся усовершенствованием приборов дугового освещения, электроизмерительной аппаратурой и генераторами постоянного тока, шли довольно успешно.

В 90-х гг. начало шириться строительство крупных электроцентралей, линий дальних электропередач, все чаще начал использоваться трехфазный ток, возникли мощные и богатые

фирмы. Братья Эйнштейны в 1894г. перебрались в Милан, надеясь, спасти Компанию, но через два года она-таки закончила свое существование.

Дядя Якоб уделял много времени племяннику. «Я помню, например, что теорема Пифагора была мне показана моим дядей еще до того, как в мои руки попала священная книжечка по геометрии» — так писал Эйнштейн в воспоминаниях, относящихся к 1945г., имея в виду учебник евклидовой геометрии. Часто дядя задавал племяннику математические задачи, и тот «испытывал подлинное счастье, когда справлялся с ними». Еще одно яркое воспоминание: пятилетним он получил от отца в подарок удивительную вещь — компас.

Родители Альберта, евреи, не были религиозными людьми и отдали сына в католическую начальную школу. И в этой школе, и в мюнхенской классической гимназии (которая, заметим, была известна как прогрессивное и весьма либеральное учебное заведение, но которую он так и не окончил, переехав в Милан) Альберт имел не лучшую репутацию. В воспоминаниях о нем Макс Борн (1882-1970) писал: «Уже в ранние годы он показал неукротимую волю к независимости. Он ненавидел игру в солдаты, потому что это означало насилие». Позже Эйнштейн говорил, что людям, которым доставляет удовольствие ходить строем под звуки марша, головной мозг достался зря, они вполне могли бы довольствоваться одним спинным.

Чтение научно-популярных книг породило у юноши Эйнштейна «прямо-таки фантастическое свободомыслие», по его собственным словам. Гимназический классный наставник укорял его: «Одного вашего присутствия в классе достаточно, чтобы полностью подорвать уважение к учителю».

В октябре 1895 г. 16-летний Эйнштейн пешком отправился из Милана в Цюрих, чтобы поступить в Федеральную высшую техническую школу — знаменитый Политехникум. Блестяще сдав вступительные экзамены по математике, физике и химии, он, однако, с треском провалился по языкам, зоологии и ботанике. Ректор Политехникума посоветовал ему поступить в кантональную школу в Аарау (неподалеку от Цюриха), которая тогда, наверное, была лучшей в Швейцарии.

Год, проведенный в этой школе, которой руководил тогда серьезный ученый и прекрасный педагог А. Таухшмид, оказался и очень полезным, и — по контрасту с атмосферой в Пруссии — приятным.

Выпускные экзамены в Аароу Эйнштейн сдал вполне успешно (кроме экзамена по французскому, который он едва не провалил), что дало ему право на зачисление в Политехникум в Цюрихе.

Кафедру физики там возглавлял профессор В. Г. Вебер, прекрасный лектор и трудолюбивый экспериментатор, занимавшийся, в основном, вопросами электротехники. По началу, он очень хорошо принял Эйнштейна, но в дальнейшем отношения между ними осложнились настолько, что после окончания учебы Эйнштейн некоторое время не мог найти работы. В какой-то мере, это можно объяснить и чисто научными причинами. Вебер не принимал теории Максвелла и представлений о поле, придерживался концепции дальнодействия, не верил ни в какой эфир, вообще не признавал ничего, что было сделано после Гельмгольца. Его студенты узнавали прошлое физики, но не ее настоящее и, тем более, будущее. Эйнштейн же изучал Максвелла, был убежден в существовании всепроникающего эфира и размышлял о том, как на него действуют различные поля, в частности магнитное, и как можно экспериментально обнаружить движение относительно этого эфира. Он тогда не знал об опытах Майкельсона-Морли и независимо придумал свою интерференционную методику. Были и другие идеи. Но опыты, придуманные тогда Эйнштейном, со страстью работавшим в практикуме, не имели шансов осуществиться. Преподаватели недолюбливали строптивого студента. «Вы умный малый, Эйнштейн, очень умный малый, но у вас есть большой недостаток — вы не терпите замечаний» — сказал ему как-то Вебер, и этим определялось многое.

После окончания Политехникума молодой (Эйнштейну шел тогда двадцать второй год) дипломированный преподаватель физики жил, в основном, у родителей в Милане и два года не мог найти работы. Только в 1902 г. он, наконец, по рекомендации друзей получил место эксперта в федеральном Бюро патентов в Берне. Незадолго до этого он приобрел швейцарское подданство. Через несколько месяцев после устройства на работу Эйнштейн женился на на своей цюрихской однокурснице Милеве Марич, родом из Сербии, которая была на четыре года старше его.

В Бюро патентов, которое Эйнштейн называл «Светским монастырем», он проработал семь с лишним лет. Он считал эти годы самыми счастливыми в жизни. Должность «патентного служки» постоянно занимала его ум различными научными и

техническими вопросами, но оставляла достаточно времени для самостоятельной творческой работы. Ее результаты к середине «счастливых бернских лет» составили содержание научных статей, которые сразу заложили основу его научной славы.

Первая из этих статей «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории», вышедшая в 1905 г., была посвящена теории броуновского движения. Это явление (непрерывное беспорядочное зигзагообразное движение частичек цветочной пыльцы в жидкости), открытое в 1827г. английским ботаником Робертом Броуном (1773-1858), уже получило тогда статистическое объяснение польским ученым Марианом фон Смолуховским (1872-1917), но теория Эйнштейна (который не знал предшествующих работ по броуновскому движению) имела законченную форму и открывала возможности количественных экспериментальных исследований. В 1908г. эксперименты Жана Батиста Перрена (1870— 1942) полностью подтвердили теорию Эйнштейна. Этот важный для окончательного становления молекулярно-кинетических представлений результат Перрена был отмечен в 1926 г. Нобелевской премией.

В том же 1905 г. вышла и другая работа Эйнштейна «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». За пять лет до этого Макс Планк (1858-1947) показал, что спектральный состав излучения «абсолютно черного тела» находит объяснение, если принять, что процесс излучения дискретен, что свет частоты ш излучается порциями, энергия которых Е = Кш. Эйнштейн принял, что и поглощение света также происходит теми же порциями и что вообще «.. .однородный свет состоит из зерен энергии... световых квантов, т. е. небольших порций энергии, несущихся в пустом пространстве со скоростью света. Эта революционная идея позволила Эйнштейну объяснить законы фотоэффекта, в частности факт существования «красной границы», т.е. той минимальной частоты, ниже которой выбивания светом электронов из вещества вообще нет. Идея квантов была применена Эйнштейном и к объяснению тех черт теплоемкости тел, которые не могла описать классическая теория. Работы Эйнштейна, посвященные квантовой теории света, были в 1921г. удостоены Нобелевской премии.

Наибольшую известность Эйнштейну все же принесла теория относительности, изложенная им впервые в 1905г. в статье «К электродинамике движущихся тел».

Уже в юности Эйнштейн пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы он бросился со скоростью света вдогонку за световой волной. Теперь он решительно отверг концепцию эфира, что позволило рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный, а не только ограниченный рамками механики.

Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат (вместе с требованием однородности пространства — равноправия всех его точек и всех моментов времени, а также условием, чтобы при малых скоростях выполнялись преобразования Галилео Галилея (1564-1642) для координат и времени) приводит к полученным еще ранее Хендриком Антоном Лоренцом (1853-1928) формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, как фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн понял реальность этих преобразований, в частности реальность относительности одновременности. Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще Галилеем, был распространен и на электродинамику, да и на все области физики вообще. Это привело, в частности, к установлению важного универсального соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р:

тп2 дт24 I 2 2Е = М с + р с ,

которое можно назвать одной из теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.

В 1905г. Эйнштейну было 26 лет, но его имя уже приобрело широкую известность. В 1909 г. его приглашают профессором в Политехникум в Цюрихе, через два года он — профессор Немецкого университета в Праге, а в 1914г. к нему приезжают Планк и Нернст, чтобы уговорить его переехать на работу в Берлин в качестве профессора Берлинского университета и директора Института физики. К тому времени уже была в полном разгаре работа над общей теорией относительности, в которой рассматриваются уже и неинерциальные системы отсчета. В результате совместной работы Эйнштейна с его бывшим студенческим товарищем, Марселем Гроссманом в 1912г. появилась статья «Набросок обобщенной теории относительности», а

окончательная формулировка теории датируется 1915г. Эта теория по мнению многих ученых является самым значительным и самым красивым теоретическим построением за всю историю физики. Опираясь на тот давно всем известный факт, что «тяжелая» и «инертная» масса равны, удалось найти принципиально новый подход к решению проблемы, поставленной еще Ньютоном: каков механизм передачи гравитационного взаимодействия между телами, что является переносчиком этого взаимодействия.

Ответ, предложенный Эйнштейном, был ошеломляюще неожиданным: в роли такого посредника выступала сама «геометрия» пространства-времени. Любое массивное тело, по Эйнштейну, вызывает в его окрестностях «искривление» пространства, т.е. делает его геометрические свойства иными, чем в геометрии Евклида, и любое другое тело, движущееся в таком «искривленном» пространстве, испытывает воздействие первого тела.

Общая теория относительности привела к предсказанию эффектов, которые вскоре получили экспериментальное подтверждение. Она позволила также сформулировать принципиально новые модели, относящиеся ко всей Вселенной, в том числе и модели нестационарной (в частности, расширяющейся) Вселенной.

Не без колебаний принял Эйнштейн предложение переехать в Берлин. Конечно, общение с крупнейшими немецкими учеными, в числе которых был и Макс Планк (которого объединяла с Эйнштейном не только наука, но и музыка), было важнее всего. Но политическая и нравственная атмосфера делались все тягостнее, антисемитизм поднимал голову, и когда власть захватили фашисты, Эйнштейн в 1933г. навсегда покинул Германию. Конечно, и берлинский период был отмечен рядом значительных работ.

Кроме общей теории относительности у Эйнштейна были и другие замечательные работы. Была разработана статистика частиц целого спина, предсказано вынужденное излучение, которое теперь играет такую видную роль в лазерной физике, было совместно с де Гаазом (1878-1960) предсказано, а затем и экспериментально обнаружено последним явление возникновения вращательного импульса тел при их намагничивании и др. Но, как ни странно, Эйнштейн, один из создателей квантовой теории, не принял вероятностной интерпретации квантовой механики, нередко повторяя: «Бог не играет в кости!»

После переезда в Америку Эйнштейн продолжал заниматься вопросами космологии, а также усиленно искал пути построения единой теории, которая бы объединила гравитацию, электромагнетизм (и, возможно, и остальное). И хотя реализовать эту программу до конца его дней, до 18 апреля 1955 г. не удалось, это не поколебало репутацию Эйнштейна как одного из величайших естествоиспытателей всех времен.

В умах многих людей имя Эйнштейна связано с атомной проблемой. Действительно, понимая, какой трагедией для человечества могло бы оказаться создание в фашистской Германии атомной бомбы, он направил президенту США письмо, послужившее толчком для работ в этом направлении в Америке. Уже конце войны его отчаянные попытки удержать политиков и генералов от преступных и безумных действий оказались тщетными. Это было самой большой трагедией его жизни.

Литература

Кузнецов Б. Г. Эйнштейн: жизнь, смерть, бессмертие. М., 1972.

Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М., 1989.

Френкель В. Я., ЯвелевБ.Е. Изобретения и эксперименты. М., 1990.

Пауль ЭРЕНФЕСТ1880-1933

1Тауль Эренфест (Ehrenfest) — физик-теоретик, игравший видную роль при формировании и популяризации теории относительности и квантовой механики, — родился 18 января 1880 г.

После окончания в 1904г. университета в Вене и защиты в 1907г. выполненной под руководством Людвига Больцмана (1844-1906) диссертации Эренфест вместе с женой, Татьяной Алексеевной Афанасьевой (они познакомились в Геттингеме, куда она приехала из Петербурга изучать математику), и маленькой дочкой (тоже Татьяной, которую в стиле научных традиций молодой веселой семьи ученых в шутку называли «Те-штрих») перебрался в Петербург. Этот переезд был вызван рядом причин, среди которых далеко не последнее место занимала проблема подыскания хорошего места работы.

Но, думается, прагматические соображения были не самыми главными.

Татьяна Алексеевна, естественно, любила и хорошо знала Россию, но у нее с Павлом Сигизмундовичем (так на русский манер называли ее мужа) были несколько романтические представления о возможностях, которые должны были открываться там для ученых. Между тем положение в физической науке в России того времени вряд ли могло быть названо блестящим. Были, конечно, замечательные ученые, но если говорить конкретно о петербургской физике, то приходится признать, что она находилась на провинциальном уровне (в Москве было иначе, достаточно назвать хотя бы П. Н. Лебедева (1866-1912) и его научную школу). Во многих случаях работы сводились к повторению опытов, проделанных в европейских лабораториях.

И это при всех тех поистине грандиозных событиях, которые совершались тогда в физике. На рубеже веков появление работы Макса Карла Эрнста Людвига Планка (1858-1847) ознаменовало рождение квантовой физики. Первые годы XX в. были и временем появления работ Альберта Эйнштейна (1879-1955), Хендрика Антона Лоренца (1853-1928) и Анри Пуанкаре (18541912), внесших основной вклад в создание сначала частной, а затем и общей теории относительности.

На смену классической — нерелятивистской и неквантовой — эры физики пришла новая эра. Новые учения, разумеется, не «отменяли» прежних (в естественных науках такого быть не может, на то они и «науки»), но указывает границы применимости последних. Но новые представления далеко не сразу и не без затруднений находят свое признание. И в такие переходные моменты науки особенно важной становится роль проводников новых идей, и Эренфеста можно назвать одним их самых пылких и талантливых из них.

В Петербурге он начал преподавать в Политехническом институте, но его статус не был устойчивым. Неповоротливость чиновничьей машины иногда проявлялась даже несколько комично. Так, когда чиновник, оформлявший прописку на жительство, услышал от Эренфеста, что тот «не принадлежит ни к какой вере», он глубокомысленно изрек: «Вы сами подумайте, на каком кладбище мы будем вас хоронить, если вы умрете?!»

Если в ответ на это Эренфест мог только расхохотаться, то бывало и похуже. Для того чтобы обрести ученую степень, точнее документ о ее наличии, по тогдашним правилам полагалось сдать определенное количество экзаменов. Не для одного только Эренфеста, но и для ряда его молодых коллег эти экзамены, к

тому же при отсутствии четкой программы, требовали огромной затраты труда и времени и реально отрывали от исследовательской научной работы. Вот что писал об этих экзаменах наш известный ученый А. Ф. Иоффе (1880-1960), которого связывала с Эренфестом многолетняя большая дружба: «За 25 лет ни один физик не мог сдать магистерских экзаменов».

Хотя коллеги говорили Эренфесту, что для него это всего лишь проформа, что никто не сомневается в его квалификации и не собирается его всерьез экзаменовать, добросовестный Павел Сигизмундович приготовился штудировать множество работ. Но дело продвигалось очень медленно: часто учеба переливалась в самостоятельное творчество, появлялись оригинальные публикации, но экзамены отодвигались на неопределенное время.

Была и еще одна, гораздо более важная причина задержек. Дело в том, что много времени и сил Эренфест отдавал созданному им совместно с женой домашнему семинару, где группа молодых в то время петербургских физиков получала возможность познакомиться с новейшими достижениями науки. Павел Сигизмундович был пылким и блестящим популяризатором новых идей. К тому же он обладал редкостным критическим талантом, что делало такие семинары событиями, оказавшими большое влияние на дальнейшее развитие физики не только в Петербурге, но и во всей России.

Но будучи человеком активнейшей жизненной позиции, Эренфест не мог ограничиться только физикой. Когда в 1911г. в знак протеста против реакционных действий министра Кассо из Московского университета ушла довольно значительная группа профессоров, в том числе, и П.Н. Лебедев, Эренфест публично высказал свое сочувствие протестующим. Это, разумеется, не улучшило отношения чиновников к человеку, который «не принадлежит ни к какой вере» и не приблизило день получения им должности профессора или приват-доцента. Пришлось вновь задуматься о надежном месте работы. Покинув с сожалением Петербург, Эренфест с семьей отправился искать в Европе прибежища и работы.

Поиски оказались далеко не простыми. Эренфесты переезжали из одного города в другой и, пожалуй, единственным плюсом в этих мытарствах было общение со многими коллегами. В Берлине его принял Макс Планк. Но, главное, он познакомился, а вскоре и подружился с Эйнштейном.

Эйнштейн принял живое участие в судьбе Эренфеста и, видимо, сыграл в ней решающую роль. Во всяком случае, кажется вероятным, что именно высокое мнение Эйнштейна об Эренфес- те стало одной из важнейших причин, по которой великий Лоренц, решив в 1912 г. оставить кафедру в университете Лейдена, избрал своим преемником именно Эренфеста.

Эренфест воспринял поразившее его известие об этом как величайшую и незаслуженную им честь. До самого последнего момента, до торжественной церемонии вступления на профессорский пост, он не мог поверить, что такое счастье возможно. К тому же, несмотря на успокоительные слова великого Лоренца, он мучительно сомневался, не должен ли он был настоять, чтобы это место было отдано более достойному, как ему казалось, Петеру Иозефу Вильгельму Дебаю (1884-1966).

Эренфест, возможно, был в большей мере педагогом и воспитателем молодых физиков, нежели теоретиком-исследователем. Во всяком случае, он сам так считал, и эта мысль, со временем укреплявшаяся в нем, становилась причиной все все более тяжелых переживаний. Он все яснее чувствовал, что творческое начало в нем уступает началу критическому. Он переставал верить, что он еще сумеет создать в физике что-то значительное. Он всегда стремился к ясности, но в квантовой механике, хотя ему здесь и принадлежит ряд важных положений (вспомним хотя бы о «теореме Эренфеста», позволяющей объяснить соотношение между статистическими, вероятностными законами микромира и детерминистическими законами макромира), с отказом от классической наглядности описания явлений ему было трудно примириться. Но здесь уместно напомнить историю со спином.

Два молодых в ту пору ученика Эренфеста Сэмюэл Абрахам Гаудсмит (1902-1979) и Джордж Юджин Уленбек (1900— 1974) пришли к выводу о том, что электрон как бы представляет собой некий микроскопический волчок — у него имеется собственный момент количества движения. Эренфеста захватила, но и насторожила эта идея, и он решил обратиться к патриарху теоретической физики Лоренцу. Тот с обычной для него благожелательностью отнесся к работе молодых коллег, но после некоторых оценок указал, что для объяснения значения момента количества движения приходится приписать электрону либо недопустимые размеры, либо заведомо нереальные скорости вращения. (Если представлять электрон как шарик радиуса R

и массы М^ вращающийся так, что его поверхность имеет скорость V, то его момент количества движения порядка MVR. Но спиновый, т.е. собственный момент количества движения, согласно Гаудсмиту и Уленбеку, следовало принимать равным половине постоянной Планка, так что невозможно при естественном ограничении V < с получить разумные значения для R.^ Мнение Лоренца могло бы положить конец всей этой деятельности, но Эренфест, хотя у него оставались сомнения и он не разделял мнения Вольфганга Паули (1900-1958), считавшего, что спин — попросту новое квантовое число, существенное для статистики электронов и не допускающее наглядной интерпретации в духе классической механики, начал энергично добиваться публикации работы двух своих учеников. Ему (хотя и не без труда) удалось даже заручиться поддержкой Нильса Бора (1885-1962), и работа в 1926г. была опубликована (разумеется, без фамилии Эренфеста) и получила мировое признание.

Эренфест на много лет оказался оторванным от своих русских друзей. Только в 1918 г. в Лейден пришло первое письмо из Петербурга. Эренфест развил бурную деятельность, чтобы помочь русским физикам в трудное для них время. Нужда была во всем: в литературе, в научном оборудовании и, может быть, больше всего — в общении. Хлопоты Эренфеста увенчались заметными успехами. Уже в 1921г. первые два физика из России Дмитрий Сергеевич Рождественский (1876-1940), а за ним и Абрам Федорович Иоффе (1880-1960) получили возможность посетить не только Лейден, но и ряд других научных центров Европы. И валюту для поездок коллег из России удалось выхлопотать Эренфесту.

Он также несколько позже, в 1929г. побывал у русских физиков и даже какое-то время им рассматривался вариант переезда в Харьков, чтобы возглавить работу теоретиков в недавно созданном Физико-техническом институте. От этого плана Эренфест отказался, и одной из причин этого явилось то обнаруженное им обстоятельство, что теоретики России уже вполне вышли из поры ученичества и не нуждались в его наставлениях. Возможно, это также укрепило в душе Эренфеста горестные мысли о его бесполезности для физики.

В дни молодости Эренфест обладал, казалось бы, неисчерпаемым запасом жизнерадостности. Вот как вспоминал о нем один из виднейших наших физиков А. Ф. Иоффе (1880-1960): «И хотя в его жизни вовсе не всегда небо было безоблачным, его, дума-

лось бы, можно было бы считать счастливым человеком. У него была пламенно любимая им работа, замечательная жена, трое из их четырех детей (четвертый, увы, болел) были очень разными, но все обладали несомненными способностями. Он занимал видное и почетное положение. Но вот что писал один из его ближайших друзей Альберт Эйнштейн уже после того, как стало известно, что Пауль Эренфест 25 сентября 1933 г. покончил с собой:

«Мы познакомились 25 лет тому назад. Он посетил меня в Праге, куда приехал прямо из России. За несколько часов мы стали настоящими друзьями, будто наши чаяния и мечты были одинаковыми. Нас соединила тесная дружба, продолжавшаяся до его смерти.

Его величие заключалось в чрезвычайно хорошо развитой способности улавливать самое существо теоретического понятия и настолько освобождать теорию от математического наряда, что лежащая в ее основе простая идея проявлялась со всей ясностью. Эта способность позволяла ему быть бесподобным учителем. По этой же причине его приглашали на научные конгрессы, ибо в обсуждения он всегда вносил изящество и четкость... Некоторые его выражения могли быть истолкованы как высокомерные, но его трагедия состояла именно в почти болезненном неверии в себя. Он постоянно страдал от того, что у него способности критические опережали способности конструктивные. Критическое чувство обкрадывало, если так можно выразиться, любовь к творению собственного ума даже раньше, чем оно зарождалось.

Вскоре после нашей первой встречи в карьере Эренфеста произошел решительный поворот. Наш высокочтимый наставник Лоренц, желая удалиться от систематического чтения лекций в университете и видя в Эренфесте вдохновенного учителя, рекомендовал его в качестве своего преемника. Перед ним, еще молодым, открылось замечательное поле деятельности. Он не только был самым лучшим профессором из людей нашей профессии, которого я знал, но его страстно занимали становление и судьба людей, особенно его студентов. Понимать других, завоевывать их дружбу и доверие, помогать тому, кто был подавлен внешней или внутренней борьбой, ободрять молодые таланты — все это было его истинным призванием, даже больше чем углубление научных вопросов. В Лейдене его любили и уважали студенты и коллеги. Они знали его абсолютную преданность

делу преподавания и постоянную готовность прийти на помощь. Не должен ли он был быть счастливым человеком?

На самом деле он был несчастнее всех, бывших мне близкими, людей. Причина состояла в том, что он не чувствовал себя на уровне той высокой задачи, которую должен был выполнять. Чем помогало ему всеобщее уважение! Его постоянно терзало объективно необоснованное чувство несовершенства, часто лишавшее его душевного покоя, столь необходимого для того, чтобы вести исследования...

В последние годы это состояние обострилось из-за удивительно бурного развития теоретической физики. Всегда трудно преподавать вещи, которые сам не одобряешь всем сердцем: это вдвойне трудно фанатически чистой душе, для которой ясность — все. К этому добавлялась все возрастающая трудность в приспособлении к новым идеям, трудность, которая всегда подстерегает человека, перешагнувшего за пятьдесят. Не знаю, сколько читателей этих строк способны понять эту трагедию. Но все- таки она была главной причиной его бегства из жизни.»

Литература

Френкель В. Я. Пауль Эренфест. М., 1972.

Мороз О. Жажда истины. М.: Знание, 1984.

Иоффе А. Ф. Встречи с физиками. М., Физматгиз 1960.

Макс БОРН1882-1970

Макс Борн (Born) — физик-теоретик, один из основоположников современной квантовой теории, выдвинувший идею ее статистического истолкования, автор многочисленных трудов по теории относительности, электродинамике, динамике кристаллических решеток, термодинамике кристаллов, кинетической теории жидкостей, теории рассеяния и ряда публикаций по философским вопросам физики, лауреат Нобелевской премии (1954), создатель Геттингенской школы теоретической физики, почетный член многих академий и научных обществ, иностранный член Академии наук СССР (1934), активный борец за мир — родился 11 декабря 1882 г. в Бреславле, столице тогдашней прусской провинции Силезии.

Его дед был первым евреем, получившим от прусского правительства официальную должность районного врача. Отец Макса, эмбриолог, заведовал кафедрой в Бреславском универси-

тете. Он овдовел, когда Максу было 4 года, но ребенок унаследовал от матери любовь к музыке.

Гимназия кайзера Вильгельма, куда его отдали учиться, была обычным казенным учебным заведением, где основное внимание уделялось латыни и греческому языкам, но изучались (кроме немецкого) и современные иностранные языки, а также математика, история и физика. Макс и его товарищ под руководством учителя физики сумели даже воспроизвести опыт Маркони по беспроволочной радиосвязи (и были поражены безразличием к этому факту окружающих).

Поступив после окончания гимназии в Бреславский университет, Макс по совету скончавшегося незадолго до этого отца, прежде чем окончательно выбрать специальность, посещал лекции по различным предметам, пока не остановил выбор на математике и астрономии.

По тогдашней традиции студенты во время летнего семестра путешествовали по различным университетам. Прослышав о том, что в Геттингене работают три великих «пророка математики» — Феликс Клейн (1849-1925), Давид Гильберт (18621943) и Герман Минковский (1864-1909), Борн направился туда. Он тщательно записывал лекции Гильберта, и тот даже предоставил ему место (неоплачиваемое) приватного ассистента.

Борн посещал семинар Клейна по теории упругости и написал работу, получившую премию на ежегодном конкурсе, но предпочел сдавать для получения докторской степени экзамен по астрономии.

По тогдашним правилам после получения докторской степени Борн был обязан провести год на службе в армии. Он пытался и там заниматься наукой и вспоминал потом, как правил рукопись, пользуясь как столом спиной лошади. Через некоторое время он был освобожден по болезни, но навсегда сохранил отвращение ко всему, что связано с военной службой.

К этому времени Борн уже познакомился с первыми статьями Эйнштейна по теории относительности и послал Минковскому свою рукопись, посвященную проблеме электромагнитной массы. Итогом явилось приглашение в Геттинген. Но сотрудничество трагически оборвалось: после операции аппендицита Минковский скончался.

В 1912 г. Борн получил в Геттингене должность приват- доцента. Через год он женился на Хедвиге Эренберг, а в 1914г., когда в Берлине появилась вакансия, он перешел туда.

Начавшаяся война ударила по всем. Борну пришлось выполнять приказания военных, но он, как мог, пользовался любой возможностью вытащить с фронта своих учеников и коллег.

В апреле 1919 г. он начал работать во Франкфурте-на-Майне в качестве ординарного профессора университета и директора Института теоретической физики. Там была и группа экспериментаторов, где работал будущий Нобелевский лауреат Отто Штерн (1888-1969), который в 1922г. вместе с В. Герлахом (1989-1979) провел классические экспериментальные исследования того, что получило название пространственного квантования.

В 1921г. Борн был приглашен на должность директора Физического института Геттингского университета. Первые два года он продолжал работать по твердотельной тематике, а затем начался звездный период его творчества в области квантовой теории.

Его сотрудниками и аспирантами стали тогда Вернер Гейзенберг (1901-1976), Вольфганг Паули (1900-1958) и студент Паскуаль Иордан (1902-1980). Эти имена не нуждаются в дополнительных рекомендациях — с ними связано становление современной квантовой теории.

Некоторое время сосуществовали различные формулировки квантовой теории. В создании одной из них — матричной — принимал самое активное участие Борн. Другая принадлежала Эрвину Шредингеру (1887-1961), он предложил уравнение, которое и поныне занимает в квантовой теории ведущее место и носит имя его автора. Это уравнение записывается для величины, называемой волновой функцией. Даже в этом названии отражается представление об универсальности волновой природы материи. Шредингер был убежден, что и электроны и другие виды материи подобны электромагнитным волнам.

Против такой прямолинейно-волновой трактовки выступил, в первую очередь, Нильс Бор. Его дискуссия с приезжавшим в Копенгаген Шредингером выявила необходимость принципиально нового истолкования двойственной, корпускулярно-волновой природы материи. Это истолкование был предложено Максом Борном, показавшим, что законы физики микромира являются статистическими, т.е. вероятностными и что волновая функция должна толковаться как комплексная величина, квадрат модуля которой и определяет вероятность найти частицу в той или иной точке пространства.

Весной 1933 г., после прихода к власти фашистов Борн был отстранен от работы и вскоре покинул Германию, переехав в Кембридж. Там он, вместе с Леопольдом Инфельдом (1898-1968) занимался построением нелинейного обобщения уравнений электродинамики, имея целью теорию, в которой бы не было расходимостей, т.е. бесконечно больших некорректных выражений для физических величин. В это же время шла работа над учебником «Атомная физика».

В октябре 1936 г. Борн приступил к работе на кафедре натуральной философии Эдинбургского университета. Вскоре он был избран членом Лондонского королевского общества. Он проработал в Эдинбурге 17 лет. За эти годы он не раз приглашался за границу для чтения лекций, участвовал в работе многих научных конференций, вел большую педагогическую работу, публиковал много статей по теоретической физике и по философским вопросам естествознания. Будучи убежденным антифашистом и борцом за мир, он много места уделял общественной деятельности.

Достигнув предельного возраста (70 лет), Борн в 1953г. вернулся с семьей в Германию и поселился в маленьком уединенном курортном местечке Бад Пирмонт неподалеку от Геттингена, где и прожил до своей кончины 5 января 1970г.

Удостоенный при жизни многочисленных почестей, он навсегда останется в числе первых теоретиков XX века.

Литература

Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Наука, 1977. 2. Борн М. Физика в жизни моего поколения. М.: ИЛ, 1963.

3. Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Нильс БОР1885-1962

Позволю себе начать с воспоминания о приезде Бора в Россию в 1961г. и, в частности, о посещении им Московского университета.

Это произошло в день традиционного веселого праздника студентов-физиков, который называют «День рождения Архимеда». Часть действия, в котором принимали участие и студенты, и аспиранты, проходила на широкой лестнице перед физфаком.

В 1961г. этот праздник получился особенным и неповторимым — на нем присутствовал сам Нильс Бор с супругой, а переводчиком и «гидом» был Лев Давыдович Ландау.

По давней традиции, не обходилось и без «шпилек» в адрес химиков. Действие подошло к концу, и зрители и участники начали просить Бора выступить, я, помню, пытался угадать, что же он скажет; но Бор опрокинул все мои догадки. Первая его фраза была: «Но ведь химия тоже хорошая наука!»

От искренней простоты и неожиданности этой фразы народ восторженно взвыл!

А вечером была опера «Архимед», и когда она закончилась, все исполнители вместе со зрителями пели нашу физфаковскую песню:

«Электрончик по орбите обращается, А фотончики при том не излучаются! Ну-ка, ну-ка, вот так штука, До чего дошла наука!

Эта штука «атом Бора» называется !!!»

Кажется, Бор был взволнован и растроган.

Трудно найти достаточно выразительные слова, чтобы рассказать об этом неповторимо-обаятельном мудреце «с внешностью гениального неандертальца», и факты его биографии немногое здесь добавят.

Нильс Хендрик Давид Бор (Bohr) — один из лидеров физики XX века, основной создатель физики атома и атомного ядра, квантовой теории, почетный член более 20 академий мира, признанный авторитет и глава ведущей интернациональной школы физиков, удостоенный в 1922г. Нобелевской премии за создание планетарной модели атома — родился 7 сентября 1885г. в Копенгагене в семье известного датского ученого.

Родители Нильса и его младшего горячо любимого брата (будущего крупного математика) сумели сделать детские годы сыновей счастливыми и содержательными. Благотворное влияние семьи, в особенности матери, играло решающую роль в формировании их душевных качеств.

Двадцати трех лет Нильс Бор окончил Копенгагенский университет, а через три года приехал работать в Англию. После года пребывания Кембридже у Дж. Дж. Томсона (1856-1940) Бор перебрался в Манчестер к Эрнсту Резерфорду (1871-1937), лаборатория которого в то время занимала лидирующее положение.

Сам Резерфорд в 1908г. был удостоен Нобелевской премии за открытия в области превращения элементов и химии радиоактивных веществ. В его лаборатории ко времени появления там Бора проходили эксперименты, которые привели Резерфорда к планетарной модели атома. Точнее, модель еще находилась в стадии становления. Опыты по прохождению а-частиц через листочки фольги привели Резерфорда к убеждению, что в центре атома находится маленькое заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра располагаются

гораздо более легкие электроны. Поскольку атом в целом элек- тронейтрален, суммарный заряд всех электронов должен быть по модулю равным заряду ядра, но отличаться от него знаком.

Вывод о том, что заряд ядра должен быть кратен заряду электрона был важен, но оставалось еще много неясного. Так, были обнаружены «изотопы» — вещества с одинаковыми химическими свойствами, но различным атомным весом.

Первым важным достижением Бора в лаборатории Резерфорда было то, что он понял: химические свойства определяются числом электронов в атоме, а значит, зарядом ядра, а не его массой, и это и объясняет существование изотопов. Поскольку о- частица — это ядро гелия, имеющее заряд +2, то при а-распаде, когда эта частица вылетает из ядра, «дочерний» элемент должен располагаться в таблице Менделеева на две клеточки левее «материнского», а при /3-распаде, когда из ядра вылетает электрон — на одну клеточку правее. Так был открыт «закон радиоактивных смещений». Но за этим открытием последовали и другие, гораздо более важные. Они касались самой модели атома.

Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому как планеты вращаются вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Бор постулировал, что (вопреки законам механики и электродинамики!) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. По Бору, орбита является стабильной, если момент количества движения находящегося на ней электрона кратен Д/2, где К — постоянная Планка. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Энергия такого кванта, равная произведению частоты ш на Тц в соответствии с законом со-

хранения энергии равна разности начальной и конечной энергии электрона («правило частот»). Таким образом, Бор предложил соединить модельные представления Резерфорда с идеей квантов, впервые высказанной Планком в 1900г. Такое соединение в корне противоречило всем положениям и традициям классической теории. Но в то же время эта классическая теория не отвергалась полностью: электрон рассматривался как материальная точка, движущаяся по законам классической механики, но из всех орбит «разрешенными» объявлялись только те, которые отвечают «условиям квантования».

Энергии электрона на таких орбитах получаются обратно пропорциональными квадратам целых чисел — номеров орбит. Привлекая «правило частот», Бор пришел к выводу, что частоты излучения должны быть пропорциональны разности обратных квадратов целых чисел. Эта закономерность действительно была уже установлена спектроскопистами, но не находила дотоле своего объяснения. Бор объяснил спектр не только простейшего из атомов — водорода, — но и гелия, в том числе ионизованного, показал, как учесть влияние движения ядра, предугадал законы заполнения электронных оболочек, что позволило понять физическую природу периодичности химических свойств элементов — периодическую таблицу Менделеева. За эти работы Бор в 1922г. был удостоен Нобелевской премии.

После окончания работ у Резерфорда Бор вернулся в Данию, где он в 1916 г. был приглашен профессором в университет в Копенгагене. Через год он был избран членом Датского королевского общества и в 1939г. стал его президентом.

В 1920 г. Бор создает Институт теоретической физики и становится его директором. В знак признания его заслуг город предоставляет Бору для института исторический «дом Пивовара».

Этому институту суждено было сыграть выдающуюся роль в развитии квантовой физики. Несомненно, определяющее значение имели здесь исключительные личные качества его директора. Он постоянно был окружен сотрудниками и учениками (грани между первыми и вторыми в действительности и не было), которые приезжали к Бору отовсюду. К его большой интернациональной школе принадлежали Ф. Блох, О. Бор, В. Вайскопф, X. Казимир, О. Клейн, X. Крамере, Л.Д. Ландау, К. Меллер, У. Нишина, А. Пайс, Л. Розенфельд, Дж. Уиллер и многие другие. Дом Пивовара стал центром притяжения для всех теоретиков. К Бору не раз приезжал В. Гейзенберг, как раз

в ту пору, когда создавался «принцип неопределенностей», там вел мучительные дискуссии с Бором Э. Шредингер, пытавшийся защищать чисто-волновую точку зрения. Именно в институте Бора формировалось то, что определило качественно новое лицо физики XX века.

Модель Резерфорда-Бора была очевидным образом непоследовательна. В ней объединялись и положения классической теории, и то, что им явно противоречило. Чтобы устранить эти противоречия, потребовался радикальный пересмотр многих основных положений теории. Здесь и прямые заслуги Бора, и роль его научного авторитета, да и просто личного влияния были очень велики. Именно Бор понял, что для создания физической картины процессов микромира нужен иной подход, нежели для «мира больших вещей», и он был одним из основных творцов этого подхода. Он ввел понятие о неконтролируемом воздействии измерительных процедур, о «дополнительных» величинах — таких, что чем точнее определяется одна из них, тем большая неопределенность оказывается у другой. С именем Бора связана вероятностная (так называемая копенгагенская) интерпретация квантовой теории и рассмотрение многих ее «парадоксов». Немалое значение имели здесь дискуссии Бора с Эйнштейном, так и не примирившимся с вероятностным истолкованием квантовой механики.

Для понимания закономерностей микромира и их соотношения с законами классической (т.е. неквантовой) физики немаловажное значение имеет сформулированный Бором принцип соответствия.

Бор, начав у Резерфорда с физики ядра, постоянно уделял ядерной тематике большое внимание. В 1936 г. он предложил теорию составного ядра, вскоре — капельную модель, которая сыграла заметную роль при исследовании проблемы деления ядер.

Бор предсказал спонтанное деление ядер урана.

После фактического захвата Дании фашистами Бор тайно покинул родину и был доставлен в Америку, где в годы антигитлеровской коалиции включился в исследования. В послевоенный период он, судя по тому, что не отказался обсуждать с советским физиком некоторые стороны «атомного проекта», находил опасным монопольное владение атомным оружием.

Большое внимание Бор уделял сопредельным с физикой вопросам, в том числе биологии. Его неизменно занимали философские проблемы естествознания.

Нравственный и научный авторитет Бора был исключительно высок. Любое, даже мимолетное общение с ним производило неизгладимое впечатление. Он говорил и писал так, что было видно: он напряженно ищет слова, которые бы предельно точно и правдиво выражали чувства и мысли. Глубоко прав был В. Л. Гинзбург, назвавший Бора неповторимо деликатным и мудрым.

Бор был почетным членом более 20 академий наук различных стран, лауреатом многих национальных и международных премий.

Литература

1. Кляус Е.М. Нильс Бор. М., 1977.

Данин Д. С. Нильс Бор. М., 1977.

Эрвин ШРЕДИНГЕР1887-1961

Эрвин Шредингер (Schrodinger) — один из ведущих физиков-теоретиков XX века, автор основного уравнения волновой механики, вошедшего в квантовую теорию под названием «уравнение Шредингера», — родился в Вене 12 августа 1887г.

Его отец, Рудольф Шредингер, получил по наследству небольшую фабрики клеенки, что обеспечивало его семью материально и оставляло ему возможности заниматься и естественными науками: он много лет был вице-президентом Венского ботанико-зоологического общества и выступал там с докладами.

Эрвин Шредингер писал впоследствии, что отец был ему «другом, учителем и неутомимым собеседником». Мать Эрвина была чуткой, заботливой и жизнерадостной женщиной. Безоблачное детство Эрвина протекало в доме, где царили доброта, наука и искусство.

До 11 лет ребенка учили дома, а в 1898 г. он, успешно выдержав вступительные экзамены, поступил в Академическую гимназию, которую в 1906 г. окончил. Эта гимназия пользовалась репутацией престижного учебного заведения, но в основном гуманитарного профиля. Тем не менее после блестяще сданных выпускных экзаменов (Эрвин вообще неизменно был первым учеником в классе), когда пришла пора выбора дальнейшего пути, без колебаний предпочтение было отдано математике и физике.

Осенью 1906г. Шредингер поступил в Венский университет, где еще недавно, до своей трагической гибели, работал Людвиг Больцман (1844-1906). Но этот выбор Эрвина не сделал Эрвина узким специалистом.

Круг его интересов всегда оставался удивительно широким. Он изучил шесть иностранных языков, хорошо знал немецких поэтов («.. .но испытывал чувство отвращения к школьным разборам их произведений», как он говорил позднее), сам писал стихи. Все же, на первый план все определеннее выступали дисциплины физико-математического цикла. Во многом это было заслугой преподавателей, в частности Фрица Газенроля, о котором в 1929г. в Нобелевской лекции Шредингер говорил: «Тогда (во время первой мировой войны) погиб Газенроль, и чувство подсказывает мне, что не случись этого, он стоял бы здесь вместо меня». Именно этот яркий человек помог второкурснику Шредингеру понять, что его призванием является теоретическая физика. Однако для докторской диссертации (аналога теперешней дипломной работы) Шредингеру была предложена экспериментальная работа, которая была не только успешно защищена, но и удостоилась опубликования в «Докладах» Венской академии наук.

После сдачи выпускных экзаменов, 23-летнему Эрвину Шредингеру была присуждена степень доктора философии.

По тогдашним австрийским законам выпускник университета Эрвин Шредингер должен был год отслужить в армии. После этого он получил место ассистента физического практикума во Втором физическом институте Венского университета.

Круг его научных интересов был весьма широк: радиоактивность в ее связи с атмосферным электричеством (за эти работы он был удостоен премии, учрежденной Австрийской академией наук), электротехника, акустика и оптика, в особенности теория цветов. Тогда же он впервые заинтересовался квантовой физикой.

Успешная работа молодого преподавателя была замечена, и 9 января 1914г. он был утвержден министерством в звании доцента, что давало ему право читать лекции. Однако приват- доцентура не оплачивалась, так что материальное положение Шредингера не изменилось, и он по-прежнему жил с родителями в Вене и «залезал к ним в карман» ввиду скудости университетской заработной платы. Попытки изменить это положение были прерваны: началась война и Шредингер был мобилизован. Но ему еще повезло: его часть находилась на сравнительно тихом участке, так что можно было даже иногда выкроить время для чтения физической литературы. Именно тогда Шредингер познакомился с только что появившимися работами Эйнштейна по основам общей теории относительности.

После окончания войны, в ноябре 1918г. Шредингер вернулся в Венский физический институт. Однако послевоенная жизнь в Австрии была трудна, перспектив улучшения не было, и поэтому, получив приглашение поработать в Йенском физическом институте у Макса Вина, Шредингер взял в Вене полугодичный отпуск и с молодой женой (он только что женился) в апреле 1920 г. поселился на новом месте.

В Германии тогда трудилась плеяда выдающихся физиков, среди которых прежде всего можно упомянуть Эйнштейна и Планка, и возможность общения с ними была привлекательной. В Йене Шредингер проработал, однако, только четыре месяца. Он уже приобрел «имя», и приглашения на работу в различные научные центры начали поступать все чаще. В начале 1921г. университеты Киля, Бреслау, Гамбурга и его родной Вены обещали ему должность профессора теоретической физики. Поступило приглашение и из Штутгарта, и Шредингер переехал туда и в начале 1921г. приступил к чтению лекций. Но работа в Штутгарте продолжалась всего один семестр, и Шредингер перешел в университет в Бреслау. Однако несколько недель спустя он получил приглашение возглавить кафедру теоретической физики Политехникума в Цюрихе, которую до этого занимали ни больше ни меньше как Альберт Эйнштейн и Макс фон Лауэ. Это приглашение поднимало Шредингера на высшую ступень академической «табели о рангах». В 1921г. он перебрался в Цюрих.

По складу ума Шредингер, подобно Планку, Эйнштейну и ряду других физиков того времени тяготел к классическим представлениям в физике и не принял копенгагенской вероятностной интерпретации корпускулярно-волнового дуализма.

В 1925-1926 гг. Шредингером были выполнены работы, выдвинувшие его в первый ряд создателей волновой механики.

Наличие волновых свойств у электронов Шредингер принял как фундаментальный экспериментальный факт. Для физики волны далеко не были чем-то новым. Было хорошо известно, что в описании волн различной физической природы есть много общего — математически они описываются похожими методами (так называемыми волновыми дифференциальными уравнениями в частных производных). И здесь проявляется любопытнейшее обстоятельство, которое можно проиллюстрировать на примере звуковой волны в органной трубе. Все величины, относящиеся к звуковой волне — и распределение плотностей, и давлений, и температур и т.д. в такой «стоячей» волне являются обычными, описываемыми классической теорией, но в то же время существуют и определенные дискретные «резонансные» состояния: каждая из труб, в зависимости от ее длины «настроена» на определенную частоту. Это наводит на мысль, что, например, и различные квантовые дискретные состояния электронов в атомах также имеют такую же «резонансную» природу. Таким образом, волны де Бройля становятся в ряд «обычных» классических волн, а квантовые дискретные состояния — в ряд «обычных» резонансных.

Конечно, для описания электронных (и других подобных им) волн необходимо располагать уравнением, такой же степени общности, как и уравнения Ньютона в классической механике, и в 1926г. Шредингер и предложил такое уравнение — знаменитое уравнение Шредингера, явившееся математической основой волновой (по другой терминологии — квантовой) механики. Эта серия работ Шредингера была им опубликована в 1926 г. под общим названием «Квантование как задача о собственных значениях». Уравнение Шредингера заняло лидирующее место в квантовой теории, и не утратило его и поныне.

Но предложенная Шредингером «классическая» интерпретация той величины, которая определяется этим уравнением — волновой функции — не удержалась. После напряженнейших дискуссий с Бором, доводивших Шредингера до изнеможения и до отчаяния, ему пришлось признать необходимость отказа от ее классического истолкования в пользу вероятностного. Это был тяжелый удар. Перед отъездом из Копенгагена от Бора Шредингер сказал ему: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то мне приходится пожалеть, что я вообще

занялся квантовой теорией». Негативное отношение к «копенгагенской интерпретации» квантовой теории у Шредингера (как и у Эйнштейна, Планка, де Бройля, Лауэ) так и не изменилось до конца его дней.

После ухода в почетную отставку Макса Планка кафедра теоретической физики в Берлинском университете оказалась незанятой, и вопрос о преемнике должна была решить специально созданная комиссия. Она предложила список кандидатов, в котором на втором месте (после Арнольда Зоммерфельда) значилась фамилия Шредингера. Зоммерфельд отказался переехать в Берлин, и возможность занять весьма престижное место открылась перед Шредингером. Он колебался и, может быть, не покинул бы прекрасный Цюрих, если бы не узнал, что Планк «.. .был бы рад...» видеть его приемником. Это решило дело, — ив конце лета 1927г. Шредингер переселился в Берлин. Тепло принятый новыми коллегами, он быстро освоился на новом месте и годы жизни и продуктивной работы в Берлине он потом вспоминал как «прекрасные». На следующий год после переезда из Цюриха Шредингер был единогласно (что бывало чрезвычайно редко!) избран членом Берлинской академии наук. Но основным полем деятельности оставался университет. Хотя Шредингер был типичным «одиночкой» и не создал школы, его научный и нравственный авторитет играл важную роль.

Все рухнуло в 1933 г., когда к власти пришли фашисты. Началось массовое бегство из Германии лучших ученых. Даже «отсутствие гарантии, что человек безоговорочно примет национал-социалистический режим» было достаточно, чтобы подвергнуться преследованию. Шредингер также решил покинуть Германию. «Я терпеть не могу, когда меня донимают политикой» — это его слова.

Под предлогом творческого отпуска Шредингер уехал в Южный Тироль, а оттуда в октябре 1933г. вместе с женой перебрался в Оксфорд. Вскоре он получил известие, что удостоен Нобелевской премии по физике за 1933г.

Три года проработал Шредингер в Оксфорде исследователем-стипендиатом. Тоскуя по родине, он вернулся в Австрию; с октября 1936г. он — ординарный профессор теоретической физики университета в Граце. Но в марте 1938 г. после «аншлюсса» немецкие порядки распространились и на Австрию, и 31 марта Шредингер был из-за политической неблагонадежности вычеркнут из всех университетских списков Германии и Австрии.

Через Италию, Швейцарию и Бельгию Шредингер в 1939 г. опять вернулся в Англию, где он был защищен от непосредственной фашистской угрозы. В это время глава правительства Ирландии, И. де Валера, математик по образованию, занимался организацией в Дублине института, подобного Принстонскому, и Шредингер стал его главой. Здесь он проработал 17 лет, активно занимаясь не только физикой, но и философией, поэзией и даже биологией; в 1944г. вышла его известная книга «Что такое жизнь? с точки зрения физика», в 1949 г. — сборник стихов, а в 1954 г. — книга «Природа и греки». Как физик он в эти годы много работал в области теории гравитации и, подобно Эйнштейну, прилагал большие усилия для построения единой теории поля.

После окончания войны Шредингер не раз получал приглашения вернуться в Австрию и в Германию. Но он полюбил Ирландию, и только поверив, что угрозы новых политических потрясений миновали, когда был подписан договор о выводе из Австрии союзных войск, он решился вернуться на родину. Его возвращение было триумфальным. Шредингер проработал в Венском университете два года и еще один «год почета». Последние годы его жизни прошли в живописной тирольской деревне Альпбах.

Эрвин Шредингер, один из крупнейших физиков-теоретиков XX века, скончался в Вене 4 января 1961г.

Литература

1. Хоффман Д. Эрвин Шредингер. М.: Мир, 1987.

Луи Виктор Пьер Раймондюк де БРОЙЛЬ1892-1987

Луи. де Бройль (de Broglie), потомок старинной французской аристократической фамилии, французский физик-теоретик, один из создателей волновой механики, член Парижской академии наук (1933), ее непременный секретарь (1942-1975), лауреат Нобелевской премии (1929), член многих зарубежных академий и научных обществ, иностранный член АН СССР (1958) родился 15 июля 1892 г. в Дьепе.

Первоначально Луи получал домашнее воспитание и образование, в 14 лет поступил в лицей Жансон, а затем в 18 лет — на исторический факультет университета. Но через год, благодаря влиянию старшего брата, известного физика, члена Парижской академии наук Мориса де Бройля (1875-1960), он оказался в

качестве одного из секретарей на первом Сольвейском конгрессе, в работе которого принимали участие величайшие физики- теоретики того времени Лоренц (1853-1928), Пуанкаре (18541912) и Эйнштейн (1879-1955). Конгресс произвел на 19-летнего Луи де Бройля такое огромное впечатление, что он перешел на факультет естественных наук. Через два года он окончил Парижский университет и сдал экзамены на степень лиценциата. Но началась война, и его призвали в армию, где он прослужил в радиочасти шесть лет.

После возвращения из армии Луи начал работать в лаборатории брата, где занимался рентгеновскими лучами и фотоэффектом. В 1923 г. он опубликовал три кратких заметки, а через год защитил докторскую диссертацию, выдвинув идею об универсальном корпускулярно-волновом дуализме.

В классической физике материя имела двойственную природу: дискретные материальные точки — «механическая материя» — и непрерывное, не имеющее никаких черт дискретности электромагнитное поле, в том числе электромагнитные волны — «лучистая материя».

После того как работы Планка (1858-1947), Эйнштейна (1879-1955), Комптона (1892-1962) и других выдающихся физиков показали, что излучению также присущи черты дискретности, после того как было обнаружено у него наличие квантовых свойств, могло показаться, что непрерывность вообще устранена из физических представлений о материи и двойственная картина мира уступила место единой дискретной картине.

Это единство опять было утрачено после появления боровской теории атома: хотя в ней электроны по-прежнему выглядели как материальные точки, движущиеся по орбитам, но самому движению приписывались (посредством условий квантования) черты дискретности.

Опять двойственная картина: квантованное движение электронов и классическая электродинамика при описании излучения.

По-видимому тогда, в начале 20-х гг. XX в., после впечатляющих успехов теории Бора эта двойственность мало кого волновала.

Ярчайшим исключением на этом фоне стал 30-летний французский теоретик Луи де Бройль.

Занимаясь исследованием рентгеновских лучей, он все больше стал склоняться к мысли, что «... нужно найти общее син-

тезирующее понятие, которое позволило бы объединить точку зрения волновой теории с точкой зрения корпускулярной».

В трех докладах, представленных Парижской академии наук, де Бройль изложил то, что теперь называют идеей корпускулярно-волнового дуализма.

Согласно этой идее и корпускулярные, и волновые черты присущи всем видам материи без исключения. В соответствии с этой идеей де Бройль предположил, что установленные прежде только для фотонов соотношения между такими «типично волновыми» величинами, как частота ш и длина волны А и «корпускулярными» величинами — энергией Е и импульсом р

Е = Ка^Е = Ка^2тг^2тг^

Е = Ка^

Е = Ка^

2тг^

2тг^

нужно рассматривать как универсальные, приложимые к любым обстоятельствам.

О том, как физики восприняли гипотезу де Бройля, достаточно красноречиво свидетельствует, например, письмо Эйнштейна Максу Борну, в котором, в частности, говорится о диссертации де Бройля: «Прочтите ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно».

Что касается самого Эйнштейна, то экземпляр диссертации де Бройля ему догадался направить Поль Ланжевен (1872-1946), один из четырех членов жюри, которому надлежало решить вопрос о присуждении автору докторской степени.

Однако верховный арбитр в науке — эксперимент — уже в 1927г. подтвердил обоснованность идеи о корпускулярноволновой природе электронов. Американские физики Дэвиссон (1881-1958) и Джермер (1896-1971) и независимо от них английский физик Дж.П. Томсон (1892-1975) открыли дифракцию электронов на монокристаллах.

Что же касается макроскопических, т.е. имеющих большие массы тел, то их волновые свойства не обнаруживаются по простой причине: в природе не существует подходящих «решеток», т. е. объектов с пространственными неоднородностями достаточно малых размеров.

Благодаря де Бройлю в физику вошло принципиально новое представление о двуединой корпускулярно-волновой природе материи. Появился даже новый термин «волночастица», призванный подчеркнуть эту двуединость.

Обнаружение волновых свойств у электронов породило мнение, что вся материя имеет чисто волновую природу. Наиболее полно эта идея проявилась в работах австрийского физика- теоретика Эрвина Шредингера (1887-1961), именем которого названо основное уравнение квантовой (волновой) механики. Он полагал, что любая материя существует в виде волн, подобных классическим электромагнитным, хотя и несколько отличающимся от них.

То, что волны де Бройля неправильно толковать как классические, было выяснено в напряженных дискуссиях с физиками Копенгагенской школы во главе с Бором, и было выдвинуто принципиально новое, вероятностное (иначе — статистическое) толкование.

Волновое уравнение Шредингера, согласно этому толкованию, относится к комплексной (ненаблюдаемой) величине — амплитуде вероятностей. Квадрат модуля этой величины дает картину распределения вероятностей обнаружить частицу в разных точках пространства. Так, если частица — свободная, то эта вероятность (в отличие от амплитуды!) вообще не зависит от координат и от времени, т.е. одинаково вероятно обнаружить частицу в любой точке. Но это вовсе не означает, что частица «равномерно размазана» по всему пространству: можно говорить лишь о вероятности ее обнаружения.

Таким образом, описание материи приобретает принципиально новые черты, оно становится статистическим, т.е. вероятностным.

Вероятностное описание не было новостью для физиков. В классической (доквантовой) теории оно привлекалось (например, в молекулярной теории), когда объект исследования был настолько сложным, что полное однозначное (детерминистическое) предсказание его эволюции становилось невозможным из-за действия неконтролируемых случайных факторов. В квантовой теории, т. е. в физике микромира положение было иным: утверждалось, что даже, например, в каждом единичном акте рассеяния электрона на кристалле принципиально невозможно предсказать, на каком месте экрана он обнаружится, а можно лишь предсказать вероятность обнаружения в данном месте.

Надо полагать, что такая вероятностная интерпретация квантовой теории принималась не всеми.

Имея в виду вывод де Бройля о принципиальной непредсказуемости результатов измерений, Альберт Эйнштейн писал:

«Господь Бог не играет в кости!» Да и сам де Бройль до 1987 года, до конца дней пытался найти пути к спасению детерминистической физики.

И то, что эти попытки не могли увенчаться успехом, не умаляет заслуги перед наукой этого великого ученого.

Литература

Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Наука, 1977.

Борн М. Физика в жизни моего поколения. М.: ИЛ, 1963.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Вольфганг ПАУЛИ1900-1958

Вольфганг Паули (Pauli) — один из крупнейших физиков- теоретиков XX века, лауреат Нобелевской премии, член Лондонского королевского общества, автор ряда фундаментальных работ по квантовой теории, теории относительности и физике элементарных частиц, автор гипотезы о существовании нейтрино — родился 25 апреля 1900г. в Вене в семье химика, профессора медицинской школы Венского университета.

Десяти лет Вольфганг окончил гимназию. К этому времени он уже направил в печать свою первую статью. Она была посвящена проблеме энергии гравитационного поля и свидетельствовала о высокой квалификации ее автора.

Для дальнейшего обучения Паули выбрал Мюнхен. Там в это время работал Арнольд Зоммерфельд (1868-1951), основатель мюнхенской школы теоретической физики, внесшей огромный вклад в науку XX века.

Первые две работы, которые Паули выполнил в 1919 г. у Зоммерфельда, были посвящены некоторым попыткам обобщения общей теории относительности. В 1920г. Паули по поручению Зоммерфельда начал работать над большой статьей по теории относительности для «Энциклопедии математических наук». Впоследствии эта статья многократно издавалась в виде книги и ее переводы вышли во многих странах.

Нельзя не привести отзыв о ней Эйнштейна: «Тот, кто будет читать эту зрелую и тщательно продуманную книгу, вряд ли поверит, что ее автору всего 21 год. Неизвестно, чему следует удивляться больше: глубокому психологическому пониманию хода развития идей, безупречности математических выводов, глубокому проникновению в физическую сущность явлений, способности ясно и систематически излагать предмет, эрудиции, полноте изложения, уверенности критики». Паули вновь обратился к теории относительности только через много лет.

В 1921 г. он переходит в Геттинген, где включается в работу под руководством «учителя гениев» Макса Борна (1882-1970).

Такой громкий титул звучит чуть иронично, но, главное, он неточен. Действительно, и Паули, и Гейзенберг (1901-1976), и Иордан (1902-1980), да и другие исключительно талантливые молодые теоретики, окружавшие Борна, быстро миновав стадию ученичества, становились равноправными (а то и лидирующими) его сотрудниками.

Именно в эти годы в Геттингене родилась матричная формулировка квантовой механики и новая — статистическая — ее интерпретация.

Паули уже с 1920 г. начал уделять все большее внимание проблеме атомов и спектров, и в 1924г. эти исследования привели его к формулировке одного из важнейших законов физики микромира — к принципу, носящему его имя.

Геттингенская группа работала в тесном научном сотрудничестве с Нильсом Бором (1885-1962), в Институт теоретической физики которого в Копенгагене после непродолжительной работы в Гамбурге и перешел Паули. Он проработал у Бора до 1923 г., когда ему было предоставлено место доцента в Гамбургском университете.

Уже после появления первой — полуклассической — модели атома Бора-Резерфорда (1871-19037) возникла проблема объяснения периодической системы элементов Менделеева (18341907). Приняв, что электроны располагаются вокруг ядра атома

на орбитах, нужно было объяснить, почему они, подчиняясь притяжению ядра, не перемещаются все на первую, ближайшую к нему орбиту.

Для решения этой проблемы (потребовавшего от Паули таких усилий, что, как он писал, ему порой казалось, что он сойдет с ума) ему пришлось сделать еще один шаг в сторону от привычных классических представлений.

В классической механике рассматриваются только «силовые» взаимодействия между частицами. Паули же ввел предположение, что два электрона не могут находиться в одном и том же состоянии, и это не имеет «силовой» природы, т.е. не является следствием какого-то отталкивания между ними.

Дальнейшие исследования показали, что здесь существенную роль играет спин частиц, т.е. их собственный момент количества движения. У электронов он полуцелый, т.е. равен у, где К — постоянная Планка. На частицы же с целым спином запрет Паули не распространяется — в любом состоянии их может быть сколько угодно. Примером таких частиц могут быть фотоны — их спин равен К.

Именно принцип Паули определяет распределение электронов в атомах. В состоянии с минимальной энергией может находиться максимум два электрона (у них противоположные направления спинов); такова ситуация в атоме гелия. Но у лития уже три электрона, два из которых могут находиться в состоянии с минимальной энергией («на основном уровне»), а третий должен занять следующий уровень; поэтому литий по химическим свойствам похож на водород — ведь эти свойства во многом определяются числом внешних электронов в атомах (для ряда атомов приходится учитывать еще и энергетические соображения).

Принцип Паули приобрел исключительное значение далеко не только в физике атомов, где связь между химическими свойствами и расположением электронов была уже понята — хотя и не так глубоко — самим Бором. Этот принцип, лежащий в основе так называемой статистики Ферми-Дирака, играет принципиально важную роль в физике микромира. За открытие этого принципа Паули был удостоен в 1945г. Нобелевской премии.

В 1923г. Паули начал работать доцентом в Гамбургском университете, а в 1928г. занял должность профессора Политехникума в Цюрихе. Круг его научных интересов продолжал расширяться, захватывая физику твердого тела, в частности проб-

лемы диа- и парамагнетизма, квантовую теорию поля, физику элементарных частиц. В 1927г. он предложил обобщение уравнения Шредингера, описывающее частицы с полуцелым спином.

В 1930 г. он выступил с еще одной важнейшей идеей. К тому времени экспериментальные исследования бета-распада породили мнение, что энергия продуктов распада нейтрона — протона и электрона — меньше начальной энергии. Высказывалось даже предположение, что в микромире закон сохранения энергии выполняется лишь в среднем, а в отдельных актах он может и нарушаться. Паули первым высказался против этой идеи. В письме участникам семинара в Тюбингене он сообщил о своей «отчаянной попытке» спасти закон сохранения энергии, выдвинув предположение, что в числе продуктов бета-распада есть и легкая незаряженная (и потому ускользающая от регистрации) частица, которая и уносит «недостающую» энергию. И здесь прозорливость Паули оправдалась. Выяснилось вскоре, что он «спас» не только закон сохранения энергии, но и законы сохранения импульса и момента количества движения, а также основные принципы статистики частиц в квантовой механике. Уже к 1933 г. ему удалось сформулировать основные свойства нейтрино, как впоследствии была названа гипотетическая частица. Но до прямого экспериментального доказательства ее существования понадобилось еще 20 лет.

В 1940 г. Паули выполнил много новых важных работ, в частности, доказал важную теорему о связи спина со статистикой. В 1941г. он переехал в Америку, где получил в Принстоне должность приглашенного профессора в Институте высших исследований.

В 1945 г. Паули была присуждена Нобелевская премия.

Паули оставался в Принстоне до 1946г. Он занимался в это время преимущественно не конкретными задачами, а общими вопросами принципиального значения.

В 1946г. Паули вернулся в Цюрих, где проработал профессором Высшей технической школы до конца своих дней, до 15 декабря 1958 г.

Литература

Паули В. Труды по квантовой теории. М.: Наука, 1977.

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Энрико ФЕРМИ

1901-1954

Энрико Ферми (Fermi) — виднейший итальянский физик, член Национальной академии Линчеи и многих иностранных академий и научных обществ, иностранный член АН СССР, автор многочисленных фундаментальных работ в области квантовой теории, физики элементарных частиц, участник и руководитель теоретических и экспериментальных работ по нейтронной физике и ядерной энергетике — родился в Риме 29 сентября 1901г. в семье служащего.

Хотя дома никто не побуждал его заниматься науками, он еще в детстве проявлял большой интерес к математике и к физике. Большое благотворное влияние на юношу оказал коллега его отца, инженер Амидей, который впоследствии очень подробно поведал о первых шагах Энрико в науке. Он многое изучал самостоятельно по книгам. Так, тринадцати лет Энрико за три дня изучил учебник по проективной геометрии, прорешав все 200

имевшихся там задач, проштудировал несколько книг по различным разделам математики и теоретической механики.

Летом 1918 г., пройдя трехгодичный курс лицея за два года, Ферми получил диплом, и встал вопрос, где продолжить учебу. Его особенно привлекала физика, по которой он прочитал больше всего книг, в том числе, огромные тома курса физики русского профессора Хвольсона (1852-1934), в которых подробно описывались многочисленные экспериментальные установки.

Можно было поступить в Римский университет, но 17летний Энрико остановил свой выбор на университете в Пизе. Для поступления туда ему нужно было пройти конкурс в Нормальную школу в Пизе и впоследствии совмещать учебу в ней с посещением лекций в университете. Ферми не только выдержал конкурс, но и вышел в нем на первое место.

Впоследствии, в 1934г. Ферми писал: «Когда я поступил в университет, классическую физику и теорию относительности я знал так же, как и теперь».

Во многом, как и прежде, Ферми оставался самоучкой, к его учебе по книгам преподаватели мало что могли добавить. Он выработал весьма эффективную систему самостоятельных занятий, в чем можно убедиться по его тогдашним конспектам. Феноменальная память позволяла ему также быстро изучать иностранные языки.

Исключительные способности Ферми скоро были замечены не только студентами, но и преподавателями. В 1920г. он уже в присутствии ряда профессоров читал лекцию по квантовой теории (почти неизвестной тогда в Италии) в Физическом институте. Тогда же появились его первые исследования в области электродинамики и теории относительности.

В воспоминаниях Энрико Персико, будущего профессора Римского университета, с которым Ферми поддерживал тесную дружбу с 14 лет, есть следующие строки: «Его метод изучения книги всегда состоял в том, что из книги он брал только данные проблемы и результаты опыта, сам обрабатывал их и затем сравнивал свои результаты с результатами автора. Иногда при проведении такой работы он ставил новые проблемы и решал их, или даже поправлял ошибочные, хотя и общепринятые решения». В качестве диссертационных (дипломных) работ тогда допускались только экспериментальные. Ферми защищал работу по оптике рентгеновских лучей. В 1922г. он блестяще оканчивает и университет, и Высшую Нормальную школу.

Несмотря на все успехи Ферми, ему не могли предложить работы в Пизанском университете. Он вернулся в Рим, где вскоре состоялось его знакомство с сенатором профессором Орео Марио Корбино, директором Физического института Римского королевского университета, который сам в молодости проявил себя как блестящий физик-экспериментатор.

Корбино очень быстро оценил 20-летнего Ферми и принял его под покровительство, дал ему временную работу в качестве преподавателя математики для студентов-химиков Римского университета и обещал при первой возможности сделать его постоянным сотрудником. Ферми считал Корбино своим вторым отцом.

В Италии в то время не было крупной теоретической школы, и поэтому для Ферми явилась большой удачей возможность поехать в 1923г. в Геттинген, где работал Макс Борн (18821970).

Как это ни странно, общение с Борном и его блистательными учениками и сотрудниками не принесло, по словам самого Ферми, ему особенной пользы. Причиной тому могли быть привычка Ферми работать в одиночку и отсутствие у него тогда уверенности в себе, которую ему дало впоследствии общение с Паулем Эренфестом (1879- 1933), на обучении у которого в Голландии Ферми находился с сентября по декабрь 1924г.

После возвращения в 1923г. в Римский университет Ферми один год читает курс математики для химиков и естественников, а после возвращения в 1924г. от Эренфеста, приступает к преподаванию как временный профессор во Флорентийском университете.

Одной из серьезных заслуг Ферми, начавшего преподавать в Италии, явилось быстрое формирование получившей в дальнейшем заслуженную известность итальянской школы теоретической физики. Как вспоминали впоследствии бывшие его ученики, это происходило как бы исподволь. После занятий собирались в кабинете Ферми и начиналось обсуждение заданного кем-то вопроса, часто не связанного непосредственно с тем, что только что было на занятиях. Ответ Ферми часто превращался в импровизированную лекцию. По воспоминаниям тогдашних учеников Ферми, «скорость формирования молодого физика в этой школе была невероятной». Ферми учил не только физике в прямом смысле этого слова: собственным примером «он учил страстно любить физику, равно как и понимать дух и этику этой науки».

Ферми не любил предлагать темы для дипломных работ, справедливо считая, что во всех отношениях полезнее, если студент сам выберет интересную для него задачу.

Задачи же, которые тогда увлекали самого Ферми, стали вскоре научной классикой. В декабре 1925 г. он независимо от английского физика Дирака (1902-1984) разработал статистику частиц с полуцелым спином (им даже привилось название «фермионы»), ставшую одной из основ физики элементарных частиц, развивал эффективный приближенный метод расчетов многоэлектронных атомов (в квантовой, как и в классической механике задачи многих тел физики умеют решать лишь приближенно) .

В Рим, становившемся новым центром теоретической физики, все чаще стали приезжать коллеги из-за рубежа.

Осенью 1926г., заняв первое место на конкурсе, Ферми становится штатным профессором на созданной в Римском университете кафедре теоретической физики.

Об этом периоде его жизни в книге [1] написано: «Личная жизнь Ферми с того времени, когда он обосновался в Риме, протекала спокойно и благополучно в течение нескольких лет, примерно до 1836 г. Он женился в 1928г. на синьоре Лауре Канон; как мы увидим, это событие десять лет спустя стало одной из причин того, что Ферми вместе с семьей покинул родину. В 1929г. Ферми был несколько неожиданно избран < ... > членом Королевской академии Италии. Это была новая академия, созданная Муссолини для увеличения престижа фашистского режима. Члены академии получали довольно значительное вознаграждение. Избрание в академию заметно увеличило доходы Ферми, принесло звание «его превосходительства» и довольно смешной мундир».

В 1932г. Ферми избирается членом-корреспондентом старейшей итальянской Национальной академии Линчеи.

«Ферми вел размеренную жизнь и почти никогда не изменял своим привычкам. Творческой работой он занимался с половины шестого утра до половины восьмого, < ... > в институт приезжал не позже девяти утра.» Лето он, если не отдыхал в Альпах, проводил за границей, где читал лекции, становившиеся вскоре основой его новых книг. Так появились «Квантовая теория излучения» и «Термодинамика» по лекциям, прочитанным в Мичиганском и Колумбийском университетах.

В числе ведущих физиков мира Ферми в 1933 г. участвует в

Брюсселе в работе Сольвейского конгресса по ядерной физике. К тому времени начатые им недавно работы по физике нейтронов уже получили известность. Но особенно высоко были оценены его работы 1933 г., в которых излагалась развитая им теория бета-распада.

Физика нейтронов все полнее захватывала Ферми. В 1934г. он получает первые радиоактивные изотопы при облучении веществ нейтронами. Годом позже он открывает эффект замедления нейтронов, которому суждено было в дальнейшем сыграть важнейшую роль в ядерной физике и технике. За работы по физике нейтронов Ферми в 1938 г. была вручена Нобелевская премия в Стокгольме, откуда он уже не вернулся в Италию, а вместе с семьей уехал в Нью-Йорк. Так началась жизнь в Америке.

Для эмиграции были веские основания. Политический климат в фашистской Италии стал заметно ухудшаться с 1936г., в частности, начали появляться антисемитские законы, которые могли угрожать жене Ферми — итальянке еврейского происхождения.

В январе 1939г. Ферми поступает на работу в Колумбийский университет и приступает к исследования реакции деления ядер. Эта ядерная реакция, открытая в 1938 г. Ганом (1897-1968) и Штрассманом (1902-1980), заняла в дальнейшем ключевое место в ядерной физике. Но тогда еще никто не знал о том, к каким военным, политическим и экономическим последствиям приведет изучение этой проблемы, и Ферми воспринял ее просто как интересное физическое явление. Приходится заметить, что этический аспект науки, по-видимому, не очень интересовал Ферми, который был равнодушен ко многому, что лежит за пределами физики, в том числе и к политике. Рассказывают (хотя в это трудно поверить), что когда ему сообщили об атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки, он не удержался от страшного в своем цинизме замечания: «А все-таки это была прекрасная физика...»

Весной 1942 г. Ферми переезжает в Чикаго, где разворачиваются работы по исследованию цепных ядерных реакций. В декабре возглавляемая им экспериментальная группа сумела получить в первом ядерном реакторе такую самоподдерживающуюся реакцию. Путь к ядерному оружию был открыт. В 1944г. Ферми переехал а Лос-Аламос, где велись основные работы, а в июле 1945 г. он уже принимал участие в испытании первой атомной бомбы.

В 1946 г. Ферми становится сотрудником созданного в Чикаго Института ядерных исследований. Последние годы его жизни были посвящены физике высоких энергий. Он выдвинул гипотезу о происхождении космических лучей высоких энергий, в 1950 г. выступил со статистической теорией множественного образования мезонов. 1952 г. отмечен его новым вкладом в физику элементарных частиц — открытием первого адронного резонанса.

В 1950г. Ферми избирается иностранным членом Лондонского королевского, а в 1953г. — президентом Американского физического общества. Год спустя выходит его последняя книга «Лекции о пионах и нуклонах».

Ферми был членом многих иностранных академий и научных обществ, в его честь назван сотый элемент таблицы Менделеева — фермий, имя его после кончины 29 ноября 1954г. осталось в названиях ряда научных центров, в его трудах и в памяти многих людей.

Литература

Понтекорво Б., Покровский В. Энрико Ферми в воспоминаниях учеников и друзей. М.: Наука, 1972.

Понтекорво Б. Энрико Ферми. М.: Знание, 1971.

Сегре Э. Энрико Ферми — физик. М.: Мир, 1973.

Вернер Карл ГЕЙЗЕНБЕРГ1901-1976

кернер Карл Гейзенберг (Heisenberg) — выдающийся физик-теоретик, один из создателей современной квантовой теории, автор многочисленных трудов по физике и философии — родился в Вюрцбурге 5 декабря 1901г. Его отец, Август Гейзенберг, женатый на Анне Векляйн, дочери директора Королевской Максимиллиановской гимназии в Мюнхене, преподавал классические языки и историю в старой гимназии в Вюрцбурге и одновременно занимал должность приват-доцента Вюрцбургского университета по отделению средневековой и современной греческой филологии. В 1910 г. он получил в Мюнхенском университете кафедру классической филологии и византиистики (единственную тогда в Германии), и семья переехала в Мюнхен.

Вернер рос в доме, где сам воздух, казалось, был пропитан классическими гуманитарными традициями. Его отец был убежденным сторонником разностороннего образования. Когда в

1911г. Вернер, прошедший к тому времени начальное обучение, поступает в Максимиллиановскую гимназию, где больше всего его привлекала математика и языки, в том числе санскрит.

Отец во всем поддерживает его. Когда через два года Вернер заинтересовался дифференциальным исчислением и попросил отца принести ему книги по математике из университетской библиотеки, тот принес трактат Кронекера на латинском языке.

Изучение математики (кстати, книга очень увлекла Вернера) и языка шло параллельно. Гимназиста Гейзенберга восхищал и поражал тот факт, что математика, в частности геометрия, находится в соответствии с природой. Через всю жизнь Гейзенберг пронес убежденность в том, что великая европейская культура, в том числе и наука, связана корнями с античной философией и с христианством.

После Максимиллиановской гимназии Вернер становится студентом университета в Мюнхене, где среди его учителей были такие физики как Арнольд Иоганн Вильгельм Зоммерфельд (1868-1951) и Вильгельм Вин (1864-1928). Перейдя затем в Геттинген, он начинает работать под руководством Макса Борна (1882-1970), больше чем другие учителя давшему выдающемуся ученику. В 1923 г. Гейзенберг после защиты докторской диссертации, посвященной вопросу о переносе энергии, становится ассистентом Борна.

Незадолго до этого он на полгода отправляется в Копенгаген в институт к Нильсу Хендрику Давиду Бору (1885-1962) в качестве стипендиата-исследователя, а позже, когда освободилась вакансия, — доцента теоретической физики. Работа у Бора поездка имела для Гейзенберга решающее значение.

Поистине, это время можно назвать «эпохой бури и натиска» в квантовой теории, а институт Бора в Копенгагене — эпицентром этой бури.

Квантовая теория после блистательных успехов оказалась в полосе затруднений. «Квантование по Бору» привело к возникновению явно внутренне противоречивого образа атома. Атом рисовался маленьким подобием Солнечной системы, где роль Солнца играло ядро, в котором была сконцентрирована почти вся масса атома, а вокруг ядра, подобно планетам, двигались по орбитам электроны. Каждый из электронов представлялся материальной точкой, движущейся по законам классической механики, но хотя и несущей электрический заряд, почему-то, вопреки классической электродинамике, не излучающий электромагнит-

ных волн, несмотря на наличие ускорения. Правда, такое движение «разрешалось» не по любым орбитам, а только по тем, которые отвечали «условиям квантования», которые приходилось постулировать. Излучение же и поглощение волн, как то также постулировал Бор, происходит лишь при «перескакивании» электронов с одной стационарной орбиты на другую.

Проблема еще более осложнилась, когда де Бройль выдвинул положение о корпускулярно-волновой, двуединой природе материи. Опыты по дифракции электронов убедительно подтвердили наличие корпускулярно-волнового дуализма, что еще усложнило картину. «Я вспоминаю, — писал позднее Гейзенберг, — о многочисленных дискуссиях с Бором, которые длились до поздней ночи и которые мы заканчивали в полном отчаянии. И если после таких дискуссий один отправлялся на короткую прогулку в соседний парк, то повторял снова и снова вопрос о том, может ли природа действительно быть такой абсурдной, какой она представляется нам в этих атомных экспериментах.»

Трудно представить себе более плодотворное сочетание: несравненная, почти мистическая физическая интуиция Бора и непредвзятость, гибкость и глубина мысли его гениального молодого «стажера», обладавшего, кроме всего прочего, блистательной математической подготовкой. Они идеально дополняли друг друга, и этому во многом обязано появление того, что называют современной квантовой теорией. Но чтобы это появление стало возможным, потребовалось выработать принципиально новые теоретико-познавательные концепции.

Не будет преувеличением сказать, что со времен своего возникновения физика всегда оперировала с наглядными и по возможности простыми моделями — сначала это были системы из классических материальных точек, а потом к ним добавилось электромагнитное поле, которое, в сущности, использовало также представления из арсенала механики сплошных сред.

Дискуссии между Бором и Гейзенбергом привели к осознанию необходимости подвергнуть ревизии те образы, те понятия, которыми оперирует теория, дабы выделить из них действительно лишь те, которые выступают на опыте. Что такое, например, орбита электрона, можно ли ее наблюдать? Если учесть двойственную, корпускулярно-волновую природу электрона, то можно ли говорить о его траектории вообще? Можно ли построить такую теорию, в которой рассматривались бы только действительно наблюдаемые на опыте величины?

Эту задачу решил в 1925г. 24-летний Гейзенберг, предложив так называемую матричную механику (Нобелевская премия 1932г.).

Вскоре после этого Эрвином Шредингером (1887-1961) был предложен другой, «волновой» вариант квантовой теории, эквивалентный «матричному». У квантовой теории появилась новая математическая база, но физическая и теоретикопознавательная сторона дела еще нуждалась в анализе.

Результатом такого анализа явились соотношения неопределенностей Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Проанализировав процедуры измерения координат и импульсов, Гейзенберг пришел к выводу, что получить для них одновременно и точно определенные значения координат и импульсов принципиально невозможно. Если координата ж определяется с разбросом Аж, а проекции импульса на ось ж — с разбросом Ар^, то эти разбросы (или «неопределенности») связаны соотношением

Аж • ^px > -,

где h — постоянная Планка.

Укажем еще одно соотношение

AS • М > ^, связывающее неопределенность энергии AS состояния с продолжительностью Ai его существования.

В квантовой теории физическим величинам ставятся в соответствие «операторы», т.е. символы, обозначающие определенные математические действия («операции»). Если порядок действия пары операторов переставим, то соответствующие им физические величины можно определить одновременно, если же операторы непереставимы, то это невозможно, и чем точнее определяется одна из таких «дополнительных» величин, тем больше неопределенность в определении второй. Соотношения неопределенностей подчеркивают принципиальное отличие описания состояния систем в классической и в квантовой теории и необходимость статистического, т.е. вероятностного описания в последней. Появление идеи дополнительности ознаменовало качественно новый шаг в теории познания.

Осенью 1927г. Гейзенберг получил приглашение стать профессором теоретической физики в Лейпцигском университете.

Он проработал там до 1941г. Его работы по квантовой теории приобрели мировую известность, его многократно приглашали для чтения лекций во многие страны.

Многочисленные поездки не снизили, однако, его научной активности. В 1928 г. Гейзенберг совместно с Дираком (1902— 1984) выдвинул идею специфически-квантового обменного взаимодействия, опубликовал важные работы по квантовой теории ферромагнетизма, основанную на обменном взаимодействии электронов (одновременно и независимо близкие идеи развивал и Я. И. Френкель (1894-1952) в России). В следующем году обратился к рассмотрению общей схемы квантования полей, в том числе и электромагнитного поля. После появления релятивистской теории электронов Дирака занимался развитием теории дырок, в частности, рассматривал эффект поляризации электронно-позитронного вакуума и его возможные экспериментальные проявления.

К 1932 г. относятся важные работы Гейзенберга в новой для него области — физике атомного ядра. Вопрос о том, из чего состоят ядра атомов, к тому времени приобрел особую остроту: первоначальная идея об электронно-протонном их составе была окончательно отвергнута именно благодаря соотношению неопределенностей Гейзенберга: размеры ядра (а значит, и разброс координат электрона, если он в нем находится) так малы, что квантовый разброс импульсов (и энергий соответственно) должен быть настолько велик, что удержаться внутри ядра было бы для электрона невозможно. Поэтому когда Джеймс Чэдвиг (1891-1974) в 1930г. открыл частицу, масса которой лишь немногим меньше массы протона, а электрический заряд отсутствует, почти одновременно по крайней мере в двух местах — Гейзенберг в Германии и В. В. Иваненко (1904-1996) в России выдвинули в 1932г. протонно-нейтронную модель ядра. Гейзенберг ввел также понятие изотопического спина и идею о насыщении ядерных сил.

Позже (1941-1945) Гейзенберг был назначен директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета.

Это были чрезвычайно трудные годы. К тому времени многие крупнейшие ученые, спасаясь от фашистского режима, бежали из Германии. Хотя Гейзенберг и понимал, что его родину толкают к неминуемой катастрофе, он не счел возможным покинуть ее.

По служебной необходимости ему пришлось возвращаться к ядерной физике. Над немецким ядерным проектом он работал вместо с О. Ганом. Правители рейха долго не могли понять, что значимость работ ядерщиков неизмеримо выше бредовых расовых и идеологических догм. Не последнюю роль сыграл пресловутый «приказ фюрера» не начинать никаких работ, которые не принесут практических результатов в течение одного полугодия. К тому же, первые теоретические оценки количества урана, необходимого для цепной реакции деления, дали огромные (как полагают некоторые, даже намеренно завышенные) цифры, которые представляли всю программу нереальной.

Есть основания полагать, что определенную (хотя и не решающую) роль играли и факты саботажа немецких исследователей. Есть даже мнение, что причина отставания Германии — в том, что немецкие исследователи публиковали все свои результаты в открытой печати, тогда как остальные довольно быстро стали их засекречивать.

Гораздо правдоподобнее, однако, что когда неминуемость скорого краха стала очевидной и когда власти спохватились и началась лихорадочная гонка работы над «оружием возмездия», как они это называли, было уже поздно. Авиация союзников уничтожила много важных объектов, был взорван завод по производству тяжелой воды в Норвегии.

Но трудно отказаться от мысли, что позиция Гейзенберга, даже при известном его стремлении к лидерству и преданности интересам Германии, была продиктована и гуманистическими идеалами.

Основной областью его интересов оставалась квантовая теория поля. После разгрома гитлеровской Германии он в 19461958 гг. являлся директором физического института и профессором университета в Геттингене, а после 1958г. — директором Института физики и астрофизики и профессором университета в Мюнхене. На эти годы приходятся его активные поиски универсального единого описания всех видов материи. Это была грандиозная программа, хотя и нельзя признать, что Гейзенбергу удалось ее реализовать.

С юных лет проникнутый идеями античной философии, особенно идеями Платона, Гейзенберг пытался найти такое всеохватывающее уравнение, которое бы относилось к «праматерии», частными проявлениями которой и являются, по мысли Гейзенберга, все наблюдаемые частицы. Одну из центральных ролей

играли (опять-таки как отражение идей Платона) соображения симметрии, как они понимаются в математике. Деятельность Гейзнберга в этом направлении не прекращалась до конца его дней, до 1 февраля 1976 г.

Отмеченная многочисленными национальными и международными наградами, деятельность Гейзенберга не ограничивалась одной лишь теоретической физикой, одним из крупнейших представителей которой он был. Его перу принадлежат и труды по философии, которой он всегда придавал большое значение.

Литература

Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 1989.

Гернек Ф. Пионеры атомного века. М.: Прогресс, 1974.

Поль Адриен Морис ДИРАК1902-1984

Поль Дирак (Dirac) — один из крупнейших физиков- теоретиков XX века, один из создателей релятивистской квантовой теории — родился 8 августа 1902 г.

До приезда в Кембридж

Чарльз Адриен Ладислас Дирак, отец будущего великого физика эмигрировал из Швейцарии в Англию, и к 1902г. он с женой Флоренс и тремя детьми (у Поля были старший брат и младшая сестра) жили в Бристоле в собственном доме.

В 1919 году отец и все члены семьи стали подданными Британии.

Отец зарабатывал преподаванием французского языка. Ученики не любили его — он был слишком строг и требователен, — хотя не могли не понимать эффективности его педагогических приемов. Жили замкнуто. Впоследствии Поль Дирак вспоминал:

«В наш дом никто не приходил, за исключением, может быть, немногих учеников отца. < ... > У нас не бывало никаких гостей». Отец требовал, чтобы в доме говорили на его родном французском языке, вопреки желаниям жены и детей, и это было одной из причин, затрудняющих общение. Отсюда, возможно, берет начало молчаливость Поля и его тяготение к одиночеству. Даже трапезы не объединяли семью. Поль обычно обедал с отцом, а его брат и сестра — с матерью в кухне.

Поля отдали учиться в школу, где преподавал его отец. Это было несколько старомодное, но весьма солидное учебное заведение, о котором Дирак вспоминал, что оно было «... великолепной школой естественных наук и современных языков. В ней не было ни латинского, ни греческого, чему я был очень рад, ибо я совсем не воспринимал древние культуры. Я был очень счастлив, что мог посещать эту школу. Я учился с 1914 по 1918 год, как раз во время Первой мировой войны. Многие парни покинули школу ради служения нации. В результате старшие классы совсем опустели. Чтобы заполнить пробел, стали продвигать младших в такой степени, в какой они могли справиться с более сложной работой. Мне это было очень выгодно: я быстро проскочил младшие классы и в очень раннем возрасте познакомился с основами математики, физики, химии на более высоком уровне. Математику я учил по книгам, которые, как правило, содержали больше, чем знал класс». Далее он вспоминает, что в школе «... ценили мою преданность науке», хотя в спортивных играх «мне не сопутствовала удача».

По-видимому сыграл положительную роль и тот факт, что школа помещалась в том же здании, что и технический колледж, располагавший хорошими лабораториями.

В 1918 г. 16-летний Поль Дирак стал студентом электротехнического факультета Бристольского университета, который также помещался в здании его школы, и через три года весьма успешно окончил его. Годы учебы в университете были исключительно важны для формирования молодого ученого; здесь, в частности, он познакомился с теорией относительности, которой суждено было сыграть такую большую роль в его дальнейшей работе. Многое он получил от преподавателя Петера Фрезера, умевшего донести до учеников понимание логической стройности и красоты математики, в частности геометрии.

Хотя учился Дирак хорошо, как инженер он оказался невостребованным. Попытка получить стипендию в университете в

Кембрижде также не увенчалась успехом. Только через два года, после новой попытки Дирак получил небольшую стипендию и смог стать аспирантом. В 1923 г. он приехал в Кембридж.

Феерический взлет

То, что произошло в последующие несколько лет, может показаться чудом. Вчерашний неангажированный инженер, автор всего двух небольших работ по статистической механике становится всемирно известным физиком-теоретиком.

Первые же работы превращают его в классика науки и удостаиваются вскоре Нобелевской премии (1933). Конечно, этому существенно способствовала научная атмосфера Кембриджа. В то время это был один из признанных центров теоретической физики, куда постоянно приезжали рассказывать о своих работах физики всей Европы.

Немаловажную роль играл там «Клуб Капицы», о котором известный английский физик Дж. Бернал (1901-1971) писал: «Он представлял собой своего рода Великое судилище по всем важным вопросам физики; люди с большими именами вызывались, как на суд, и подвергались суровому допросу...» В 1924г. Дирак стал членом клуба. Там он, в частности, познакомился с Вернером Гейзенбергом, одним из создателей матричной квантовой механики. Дираку было тогда 23 года, Гейзенберг был на год старше. Встреча оказалась важной для обоих.

В последующие два года Дирак разработал математический аппарат квантовой механики — теорию представлений, — позволивший понять равноправие нескольких внешне различных вариантов описания в квантовой теории. Вскоре им был предложен метод вторичного квантования, открывший путь к последовательному квантовому описанию электромагнитного поля. Одним из следствий построенной таким образом квантовой электродинамики явились выводы, касающиеся вынужденного излучения, которые уже в наше время легли в основу целого направления в физике — квантовой электроники. Годом раньше, одновременно с Энрико Ферми (1901-1954) и независимо от него Дирак разработал статистику частиц с полуцелым (т.е. равным п^ где ^ — постоянная Планка, п = У2, 3Л и Т-Д-) спином.

Еще через год Дирак и Гейзенберг открыли обменное взаимодействие.

Но самым главным достижением той плодотворнейшей поры явилось, безусловно, появление уравнения Дирака.

Релятивистский электрон

Две великие теории XX века — теория относительности и квантовая механика — около двух десятков лет развивались параллельно, но независимо, хотя делалось все более очевидным, что их объединение необходимо и неизбежно. Фактически оно началось уже на заре возникновения квантовой теории: ведь слово «квант» было впервые произнесено Максом Планком (1858-1947) применительно к электромагнитному излучению, а оно является «исконно релятивистским объектом». Но когда возникала квантовая теория атома, когда объектом рассмотрения стал электрон, то вначале казалось, что для его описания достаточно нерелятивистского волнового уравнения. Это уравнение, предложенное Эрвином Шредингером (1887-1962), сопровождается термином «нерелятивистское» по той причине, что его вид остается неизменным лишь при нерелятивистских преобразованиях Галилея для координат и времени, но меняется, если использовать релятивистские преобразования Лоренца.

К уравнению Шредингера можно подойти, используя выражение для полной энергии как суммы кинетической и потенциальной энергий и подставляя для входящих в их выражения координат и импульсов надлежащие операторы. Но в релятивистской теории выражение для энергии меняется: для свободной частицы она пропорциональна квадратному корню из суммы квадрата импульса и квадрата массы покоя, умноженного на квадрат скорости света. Квадратный же корень, как известно, имеет два знака. Учитывая это обстоятельство и использовав для извлечения корня изящнейший и изощренный математический матричный метод, Дирак пришел к знаменитому уравнению, получившему его имя. Это уравнение было опубликовано в работе, вышедшей в свет 1 февраля 1928 г.

Впоследствии сам автор писал: «Я обнаружил из этого уравнения, что электрон обладает спином, равным ^2, и магнитным моментом и что значения спина и магнитного момента согласуются с экспериментальными. Полученный результат был совершенно неожиданным. < ... > Я считал, что простейшее решение получится для частицы без спина, а уже затем нужно будет ввести спин...»

Но не менее примечательным было и следующее: ведь квадратный корень имеет два знака, и получалось, что кроме состояний с положительной существуют и состояния с отрицательной энергией. На уровни с отрицательной энергией и должны бы-

ли бы «проваливаться» все электроны, даже если сначала их энергии были положительны. Возникало, казалось бы, непреодолимое затруднение. Но и здесь Дирак выдвинул идею, которая не только устраняла затруднение, но открывала плодотворнейшие перспективы. Идея эта может показаться теперь весьма простой и очевидной: достаточно принять, что все уровни с отрицательной энергией заняты, и тогда, согласно принципу Паули (1900-1958), больше ни один электрон не способен на них «поместиться». Таким образом, возникает удивительный новый образ: вакуум — это вовсе не «пустое место», не состояние с нулевым числом электронов, а наоборот, — «море» из бесконечного числа электронов, но только эти электроны мы не замечаем, так как их энергии отрицательны. Однако это вовсе не означает, что это «море» принципиально ненаблюдаемо: если какому-то из находящихся в нем электронов сообщается, например от 7-кванта, энергия, достаточная, чтобы перевести его в состояние с положительной энергией, то происходит то, что называют «рождением пары»: появляется электрон с положительной энергией, а на его прежнем месте, на уровне с отрицательной энергией возникает «дырка». Во внешнем электрическом поле (и в магнитном тоже) она ведет себя как частица с такой же массой, как у электрона, но с электрическим зарядом противоположного знака. (Классическим аналогом этого можно назвать пузырек пара в жидкости, который в поле тяготения движется не вниз, а вверх.)

Таким образом, теория привела к предсказанию античастицы электрона. Эту античастицу, названную позитроном, действительно вскоре обнаружил на опыте Карл Дейвид Андерсон (Нобелевская премия за 1936г.). Теперь представление об античастицах — партнерах-двойниках всех частиц прочно вошло в физику.

Штрихи к портрету

Полная непрестанного творческого напряжения жизнь Дирака внешне может показаться спокойной и бедной событиями. В 1930г. выходит в свет его книга «Основы квантовой механики». Уровень математической строгости и новизна подхода к материалу не всегда были понятны даже признанным теоретикам; некоторые положения показались даже Гейзенбергу «более символичными, чем это необходимо». Но Дираку в высшей степени было свойственно чувство совершенства, математической красоты теории. В 1955 г., когда он приезжал в Москву (он бывал в России не раз, здесь у него было немало друзей), профессор

Д. Д. Иваненко попросил его написать что-нибудь мелом на стене кабинета кафедры теоретической физики. Эта надпись, бережно сохраняемая сейчас под стеклом, гласит: «Physical laws should have mathematical beauty» («Физические законы должны обладать математической красотой»). Это можно назвать девизом его работы. Почти серьезно он верил, что если теория красива, то Природа не может ею не воспользоваться.

О первом приезде Дирака в нашу страну сохранился такой рассказ. На международной конференции, куда он должен был приехать, его с волнением и нетерпением ждали. Только что появилась его книга «Основы квантовой механики», и о многом хотелось расспросить автора. Встреча была триумфальной, Дирака прямо в кресле водрузили на стол, и из такой позиции он должен был председательствовать... Но дальнейшее разочаровало многих: на все вопросы Дирак отвечал либо: «Это написано в моей книге!», либо: «Я этого не знаю!» Но вскоре эта позиция, по-своему абсолютно логичная, была понята и оценена. Вот еще один эпизод, рассказанный Я. А. Смородинским: «Мехра рассказывал, что ему пришлось завтракать вместе с Дираком в Колледже Св. Джона. Мехра начал разговор с замечания, что сегодня очень ветренно. Дирак молча встал из-за стола и пошел к выходу. Мехра испуганно стал соображать, чем он обидел маэстро. Но Дирак подошел к двери, приоткрыл ее, вернулся к столу, сел и сказал: «Да»».

Поступки Дирака иногда озадачивали даже его близких друзей. Один из них, Игорь Евгеньевич Тамм, вспоминал забавный и в чем-то показательный эпизод. В один из приездов в Москву Дирак остановился в доме у Тамма; назавтра он должен был делать доклад, и чтобы ничто не мешало ему готовиться (а он готовился всегда исключительно тщательно), хозяева решили, что нужно оставить его одного. Неожиданно Дирак кинулся вслед уходящим, восклицая: «Заберите его, а то он будет меня отвлекать!» Речь шла о плюшевом медведе.

Можно заметить, что посещения Советского Союза не остались незамеченными. В 1954г., когда Дирака пригласили в Принстон, госдепартамент США отказал ему во въездной визе, как считал сам Дирак, именно по этой причине.

С 1932 по 1967 г. Дирак был профессором кембриджского университета, в 1969 г. в соответствии с общими правилами он вышел на пенсию и переехал во Флориду, где работал в Центре теоретической физики и в университете штата. Он продолжал

начатые ранее работы, в частности развивал гипотезы о магнитном заряде (монополь Дирака), о зависимости гравитационной постоянной от времени, пытался найти решение проблемы расходимостей (т.е. формально бесконечно больших значений, которые давала квантовая теория поля для ряда физических величин), ввел понятие индефинитной метрики (допускающей состояния как с положительной, так и с отрицательной вероятностью), построил общую теорию классических полей, предложил теорию мюона как возбужденного колебательного состояния электрона, много писал.

Почти до последнего дня он остался верен привычке к долгим, как правило одиноким, прогулкам.

Прах его покоится вдали от родной Англии, на кладбище в Таллахаси.

Литература

Храмов Ю.А. Физики / Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

Александр Сергеевич ДАВЫДОВ1912-1993

Э ту заключительную главу я решил посвятить прекрасному человеку и замечательному ученому, Александру Сергеевичу Давыдову, с которым мне посчастливилось близко общаться после того, как я в 1959г. был принят на работу на физический факультет МГУ, на кафедру электродинамики и квантовой теории, которую он тогда возглавлял.

История этой кафедры примечательна, и о ней хочется, хотя бы кратко, поведать. Толчком к ее возникновению стал неожиданный для факультетского начальства студенческий бунт. Как то много раз бывало и в прежние годы, было назначено очередное комсомольское отчетно-перевыборное собрание, но студенты, вместо того чтобы быстренько проголосовать по заранее подготовленному и согласованному списку, стали выступать с критикой факультетских порядков. Они говорили, что их плохо учат, что физика в университете оказалась в какой-то нестер-

пимой конфронтации с физикой академической и начала все заметнее отставать от мирового уровня, что нужны новые люди, новое оборудование...

Факультетское, а вскоре и университетское начальство, особенно партийное (к которому вскоре присоединились и деятели городского масштаба) пытались урезонить разбушевавшуюся студенческую стихию, но тщетно.

И тогда были приняты радикальные меры: произошли большие кадровые перестановки в факультетском руководстве и было принято решение пригласить на факультет академиков Л. Д. Ландау, И. Е. Тамма и М. А. Леонтовича. Поскольку ни одна из факультетских кафедр не выразила желания принять эту блистательную троицу в свое лоно, было решено организовать для них новую. Так возникла в 1956г. кафедра электродинамики и квантовой теории — таково было ее первоначальное название. В штате этой замечательной кафедры вначале числились три академика и один ассистент, заведующим был Леонтович. Но вскоре по его настоянию возглавить кафедру был приглашен Александр Сергеевич Давыдов.

К тому времени за плечами 44-летнего ученого был уже богатейший жизненный и научный опыт. Здесь я хочу процитировать несколько строчек из воспоминаний о нем его старшей дочери Т.А. Давыдовой.

«Можно подумать, что он был баловнем судьбы, что ему всегда везло. Но ведь он родился в провинциальном городе Евпатории в семье малограмотного каменщика. Его мать Ксения Гавриловна была совсем неграмотной и научилась читать по складам только после прихода советской власти на курсах ликбеза. < ... > Ему повезло, что жившие с ним в одном дворе девочки-школьницы, играя, научили его читать и писать и отвели в школу, где его приняли сразу во второй класс. Вскоре ему пришлось бросить школу и идти работать в коммуну, чтобы помогать семье выжить в то, очень трудное для страны время, но зато он научился слесарничать в кузнице. Повезло, что, хотя в результате он и отстал на год от сверстников, все же после окончания работы в коммуне его приняли в школу-десятилетку, бывшую гимназию. Главное, там оказались прекрасные учителя,

высокообразованные культурные люди, многие из них — бывшие дворяне.»

Школу Саша закончил с отличием, но что дальше? Работы в городе не найти. Огромное (горячо поддерживаемое матерью) желание учиться дальше. Узнал, что в Нижнем Новгороде возводится автомобильный завод и требуются рабочие. Решил ехать.

И опять из воспоминаний дочери: «По дороге у него был один свободный день в Москве. И тут ему опять крупно повезло — он случайно встретил на улице своего знакомого, земляка. Отец на всю жизнь сохранил огромную признательность людям, совсем ему незнакомым, дальним родственникам своего товарища, которые приютили его на несколько дней у себя дома, посоветовали пойти на работу на строившийся тогда автомобильный завод не в Нижнем Новгороде, а в Москве. Там требовались как чернорабочие, так и квалифицированные мастера. Вот когда пригодились навыки слесаря. Его приняли на работу, присвоив после аттестации сразу 4-й разряд».

И опять повезло — МГУ организовало рабфак. На вечерние курсы поступили с завода 200 человек, успешно сдали экзамены по окончании лишь двое, в их числе А. С. Давыдов. В 1933 г. он был принят на первый курс физического факультета МГУ.

Жить на студенческую стипендию (хотя бы и повышенную, какая полагалась отличнику) было не очень легко, но это воспринималось как отнюдь не первостепенной важности обстоятельство: была учеба, а на пятом курсе под руководством молодого (ему тогда еще не исполнилось и тридцати лет, и он был старше своего студента на два года) доцента В. С. Фурсова была выполнена и первая научная работа А. С. Давыдова. Она была посвящена теории рассеяния света в конденсированных средах, получила высокую оценку, а ее автор был рекомендован в аспирантуру Физического института АН СССР (ФИАН).

Его научным руководителем был утвержден один из замечательнейших наших физиков-теоретиков Игорь Евгеньевич Тамм. Для написания диссертации Давыдову оказалось достаточно двух лет, и это при том, что работа была из новой для него области — физики ядра и элементарных частиц. Вообще умение быстро входить в новые области теории и получать там принципиально важные результаты всегда было заметной его чертой.

Защитить диссертацию помешала война.

Давыдова назначили начальником лаборатории вначале

рентгеновского, а затем спектрального анализа на большом авиационном заводе. Давыдов так организовал дело, что вскоре ему поручили руководить всеми работами по интроскопии, и к нему стали приезжать за консультациями.

В 1943г. в Казани, где в это время находился в эвакуации ФИАН Александр Сергеевич по рукописи защитил кандидатскую диссертацию «Теория испускания электронов радиоактивным веществом».

Показательно, что уже в те годы Александр Сергеевич начал преподавать. В 1942-1945 гг. он читал лекции по общей физике на вечернем отделении авиационного института.

После окончания войны Давыдов не без значительных усилий (никак не отпускали!) добился увольнения с завода и направился в Киев на работу в Институт физики АН УССР. Здесь он, в первую очередь, начал изучать не теоретические работы, а полученные в институте новые экспериментальные результаты. Таких результатов, в том числе и не получивших еще теоретического объяснения, оказалось довольно много. Александр Сергеевич больше всего заинтересовался молекулярными кристаллами, т.е. такими веществами, в которых связь между атомами обязана, в основном, силам Ван-дер-Ваальса. Построенная им теория оказалась важным новым этапом в физике твердого тела. «Давыдовское расщепление», «Давыдовский сдвиг» — одно только появление этих фундаментальных новых понятий позволяет оценить важность исследований Александра Сергеевича в этой области физики.

В 1949 г. Александр Сергеевич защитил докторскую диссертацию «Теория поглощения света в молекулярных кристаллах».

Параллельно с научной работой Давыдов активно занимался преподаванием. Он заведовал кафедрой в Киевском университете, читал лекции по всем основным разделам теоретической физики. Часто работа над этими лекциями выливалась в написание учебника — так возникали многие прославленные потом книги Давыдова.

В 1951г. А. С. Давыдову присуждается ученое звание профессора и его избирают членом-корреспондентом АН Украины.

Но на Украине ему оставалось работать только два года. В 1953 г. в приказном порядке А. С. Давыдов был направлен в Обнинск, где была построена первая АЭС и где его назначили начальником отдела теоретической физики.

Переход от твердотельной тематики к проблемам физики

ядра, хотя и отчасти знакомым, оказался стремительным и, как всегда у Александра Сергеевича, оригинальным и плодотворным. Удивительно быстро он сумел найти и разработать свою нишу в области, которая привлекала внимание многих теоретиков.

Первоначально ядра считались сферически-симметричны- ми, скорее всего по не слишком убедительным соображениям простоты. Позже стали обсуждать модели аксиальносимметричных ядер. Александр Сергеевич перешел к рассмотрению значительно более сложного случая, когда не предполагалась даже осевая симметрия. Это радикально обогатило предсказания о возможном спектральном составе гамма-излучения ядер.

Когда основные формулы были уже выведены, Александр Сергеевич получил из США приглашение выступить с докладом на конференции по теории ядра. В то время США уже имели мощные вычислительные машины, и едва ли не за одну ночь по формулам Давыдова были проведены численные расчеты для спектров, и сравнение с данными экспериментов обнаружило блистательное совпадение. Успех был триумфальным, и Давыдов сразу выдвинулся в число самых видных теоретиков- ядерщиков.

К тому времени, в 1956г. он уже перешел из Обнинска в Москву, где ему была предложена должность заведующего кафедрой электродинамики и квантовой теории на физическом факультете МГУ и одновременно заведующего теоретическим сектором лаборатории атомного ядра в ФИ АН.

В то время мне посчастливилось повседневно видеть его за работой. Тут было чему поучиться и даже позавидовать. Александр Сергеевич без видимых признаков спешки успевал и читать лекции, и вести научную работу, да к тому же и административную (вплоть до того, что он сам выполнял всю работу секретаря), писал статьи и учебники (хотя это может показаться невероятным, его дневная норма составляла 50 страниц на машинке с вписанными формулами!), руководил работой аспирантов, участвовал в работе ученых советов, занимался популяризацией науки и делал еще множество других дел, среди которых находилось место и для физкультуры.

Физкультуре Давыдов, несмотря на, казалось бы, неспортивную внешность, уделял всегда, даже после серьезной операции, большое внимание, считая ее одним из важных своих занятий.

Теннис, бег трусцой (рассказывали, что, если в городе, где он находился, бегать было негде, он мог использовать как беговую дорожку промежуток между трамвайными линиями).

Но конечно, главным делом его жизни была работа. Она, можно сказать, и была его жизнью. Александр Сергеевич не терпел откладывать на завтра. «Кто дает быстро, тот дает дважды.» И наверное поэтому у него на все хватало времени, хотя никогда не было впечатления, что он торопится, он был готов посидеть, пошутить и побеседовать на кафедре, и не только о физике. Как бы без усилий с его стороны поддерживалась такая нравственная и творческая атмосфера, что кафедру многие называли оазисом.

Естественно, всех нас опечалил переезд Давыдова обратно в Киев, когда в 1966 г. его избрали действительным членом Академии наук Украины. Вскоре ему поручили возглавить Институт теоретической физики АН УССР.

Возвращение на Украину оказалось в какой-то мере и возвращением к прежней научной тематике. Но так можно сказать лишь с большой мерой условности. Хотя методы физики твердого тела опять вышли на первый план, но круг задач радикально изменился и расширился.

Его внимание привлек такой замечательный объект как вода. Он все больше увлекался биофизической проблематикой, в частности выдвинул оригинальную модель работы мышц, и хотя она не вполне выдержала экспериментальную проверку, и здесь многие идеи Давыдова оказались плодотворными. И при этом на его плечах лежало руководство крупным научным коллективом. И с этой задачей он справлялся безукоризненно. Нравственный авторитет этого замечательного человека был так высок, что он облагораживал любую среду уже одним своим присутствием.

Александр Сергеевич Давыдов скончался 19 февраля 1993 г.

Научное наследие А. С. Давыдова весьма весомо. Кроме более 200 оригинальных научных статей он опубликовал, получившие широкую известность и переведенные на многие языки мира монографии «Теория возбужденных состояний атомных ядер», «Теория молекулярных экситонов», «Биология и квантовая механика», «Солитоны в молекулярных системах», «Высокотемпературная сверхпроводимость».

По учебникам «Теория атомного ядра», «Квантовая механика», «Теория твердого тела» учатся студенты многих стран.

Труды А. С. Давыдова пользуются заслуженным признанием. Он был членом академий нескольких стран и лауреатом многих премий, в том числе Ленинской. В 1982г. он был удостоен звания Героя Социалистического труда. Но высшей наградой для него всегда была радость творчества. «Работал до последнего дня» — может ли быть более высокая оценка в устах всех, кто его знал!

У. Гильберт (1544-1603)3

Г. Галилей (1564-1642) 8

Э. Торричелли (1608-1647) 15

Р. Бойль (1627-1691) 19

X. Гюйгенс (1629-1695) 23

Р. Гук (1635-1703) 27

И. Ньютон (1643-1727) 32

Ш. Кулон (1736-1804) 44

А. Вольта (1754-1827) 50

Т. Юнг (1773-1829) 56

А.-М. Ампер (1775-1836) 62

Л. А. Авогадро (1776-1856) 69

X. К. Эрстед (1777-1851) 73

Г. С. Ом (1787-1854) 76

О.-Ж. Френель (1788-1827) 86

М. Фарадей (1791-1867) 89

С. Карно (1796-1832) 94

Б. П. Клапейрон (1799-1864) 98

Г.Х. Ленц (1804-1865) 101

Г.Р. Кирхгоф (1824-1887) 107

У. Томсон (Кельвин) (1824-1907) 111

Д. К. Максвелл (1831-1879) 116

И.Д. Ван-дер-Ваальс (1837-1923) 128

Л. Больцман (1844-1906) 134

В. К. Рентген (1845-1923) 139

О. Хевисайд (1850-1925) 143

А. А. Беккерель (1852-1908) 149

X. А. Лоренц (1853-1928) 154

Дж. Дж. Томсон (1856-1940) 160

Г.Р. Герц (1857-1894) 165

М. Планк (1858-1947) 171

П. Кюри (1859-1906) 176

П.Н. Лебедев (1866-1912) 183

Э. Резерфорд (1871-1937) 187

П. Ланжевен (1872-1946) 194

А. Эйнштейн (1879-1955) 202

П. Эренфест (1880-1933) 209

М. Борн (1882-1970) 216

Н. Бор (1885-1962) 220

Э. Шредингер (1887-1961) 226

Де Бройль (1892-1987) 232

В. Паули (1900-1958) 237

Э. Ферми (1901-1954) 241

В. К. Гейзенберг (1901-1976) 247

П. Дирак (1902-1984) 254

А. С. Давыдов (1912-1993) 261

Учебное издание

ГРИГОРЬЕВ Владимир Иванович

О ФИЗИКАХ И ФИЗИКЕ

Редактор Р.А. Бунатян

Оригинал-макет: Р.А. БунатянОформление переплета: А.Ю. Алехина

ЛР №071930 от 06.07.99. Подписано в печать 06.10.03.

Формат 60x90/16. Бумага офсетная №1. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 17. Уч.-изд. л. 17. Заказ № 6764

Издательская фирма «Физико-математическая литература»МАИК «Наука/Интерпериодика»

117997 Москва, ул. Профсоюзная, 90

E-mail: fizmat@maik.ru, http://www.fml.ru

Отпечатано с готовых диапозитивов

в ФГУП «Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ 140010, г. Люберцы, Московская обл., Октябрьский пр-т, 403

ISBN 5-9221-0392-Х

УДК 001

ББК 20

Г 83

Григорьев В. И. О физиках и физике. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 272 с. - ISBN 5-9221-0392-Х.

Книга содержит биографии людей, чьи имена неотделимы от истории становления современной теоретической и экспериментальной физики. Автор делает попытку представить историю науки через судьбы людей, которые эту науку создавали.

Книга адресована школьникам, студентам, преподавателям школ и вузов, а также широкому кругу читателей, интересующихся историей естественных наук.

ISBN 5-9221-0392-ХISBN 5-9221-0392-Х© ФИЗМАТЛИТ, 2004

ISBN 5-9221-0392-Х

ISBN 5-9221-0392-Х

Уильям ГИЛЬБЕРТ1544-1603

Похоже, далеко не все читатели знают о том, чем обязана наука Уильяму Гильберту, хотя именно он положил начало развитию одного из важнейших разделов физики — учению об электричестве и магнетизме и явился одним из основоположников геофизики.

Великий английский естествоиспытатель Уильям Гильберт (Gilbert) родился в 1640г. в семье главного судьи и члена городского совета города Колчестера в графстве Эссекс. В этом городе он окончил классическую школу и в мае 1558г. поступил в колледж Святого Джона в Кембридже. Позже его обучение продолжалось в Оксфорде.

В 1560 г. он получил степень бакалавра, а через 4 года стал «Мастером искусств». К тому времени уже определился его выбор: он серьезно занялся изучением медицины, в 1569г. получил степень доктора медицины и был избран старшим членом ученого общества колледжа святого Джона в Кембридже.

Биографы Гильберта пишут, что примерно в это же время «...совершил путешествие по континенту, где ему, вероятно, была присуждена степень доктора физики, так как он, кажется, не получил ее ни в Оксфорде, ни в Кембридже.

В 60-е годы Гильберт «с большим успехом и одобрением практиковал в качестве врача» на континенте и в Англии. В 1573 г. он был избран членом Королевского колледжа врачей, впоследствии ему было доверено много важных постов: инспектора, казначея, советника и с 1600 г. — президента колледжа. Успехи Гильберта-врачевателя были так значительны, что королева Елизавета сделала его своим лейб-медиком. Королева живо интересовалась и его научными занятиями, даже посетила лабораторию, где он продемонстрировал ей некоторые опыты.

В доме и в лаборатории Гильберта, который по воспоминаниям знавших его людей был веселым, общительным и радушным человеком, часто собирались его многочисленные коллеги и друзья. В их числе были и моряки, которые в ответ на расспросы гостеприимного хозяина много рассказывали ему о наблюдениях над компасом во время их кругосветных плаваний. Это позволило Гильберту собрать богатый материал о склонениях магнитной стрелки, который позже вошел в его знаменитую книгу.

Гильберт всегда испытывал живое тяготение к науке. Первое время его научные интересы относились к химии (вероятно, в связи с его врачебной деятельностью), а затем он все более увлекался астрономией. Он изучил практически всю имевшуюся литературу, касающуюся движения планет, и был самым активным в Англии сторонником и пропагандистом идей Николая Коперника (1473-1543) и Джордано Бруно (1547-1600).

После смерти королевы Елизаветы Тюдор в 1603г. Гильберт был оставлен лейб-медиком при новом короле Якове I, но не пробыл в этой должности и года. 30 ноября 1603г. Уильям Гильберт скончался на 63-м году жизни от свирепствовавшей тогда в Англии чумы и был похоронен в церкви святой Троицы в Кольчестере. Всю свою библиотеку, все приборы и коллекцию минералов Гильберт, у которого никогда не было ни жены, ни наследников, завещал колледжу, но, к сожалению, все это погибло в 1666 г. во время большого лондонского пожара.

Конечно, основной вклад Гильберта в науку связан с его трудами по магнетизму и электричеству. Более того, само возникновение этих важнейших разделов физики по справедливости должно быть связано с его именем.

Что здесь было известно до Гильберта? Фалес Милетский (около 642-548 гг. до н.э.) описал загадочное явление: кусочки натертого рукой янтаря начинали притягивать расположенные неподалеку крупинки и соломинки. Было еще известно, что существуют природные магниты — магнетит — куски породы, притягивающие железо, и полоски таких магнитов по неведомой причине стремятся поворачиваться так, что по ним можно узнать направления на север и на юг, что особенно важно для моряков и вообще всех путешественников, помогая им ориентироваться. При этом природные магниты не нуждаются ни в какой предварительной подготовке и, если по ним не бить и не бросать в огонь, сохраняют свои удивительные свойства, тогда как янтарь легко теряет свойство притягивать.

Попыток не только объяснить эти загадочные явления, но даже поподробнее описать их, фактически не было, если не считать написанной в 1269г. Петром Перигрином маленькой книжки, в которой он повествует о своих наблюдения над магнитами (да совсем уж фантастических гипотез вроде того, что в районе полярной звезды существует некий центр притяжения, действующий на стрелку компаса, или мнения о том, что магнит теряет свои свойства, если натереть его чесноком).

Гильберт — ив этом его особая заслуга — первым, даже до Роджера Бэкона (1214-1292), которого часто называют прародителем экспериментального метода в науке, целеустремленно и сознательно шел от опыта в изучении магнитных и электрических явлений. Это главное, и возникновение науки в современном понимании смысла этого слова, вообще знаменательно тем, что исследователь начинает говорить «я знаю и могу проверить на опыте», вместо «мне кажется», как было в «донаучный», или, точнее, в «преднаучный» период, который, хотя и подарил нам ряд блистательных и поэтичных догадок, все же далек от подлинной доказательной науки.

Главным итогом исследований Гильберта явился труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». В этой книге описано более 600 проделанных Гильбертом опытов и изложены те выводы, к которым они приводят.

Гильберт установил, что у магнита всегда имеются два неразделимых полюса: если магнит распилить на две части, то у каждой из половинок вновь оказываются по паре полюсов. Полюса, которые Гильберт назвал одноименными, отталкиваются, а другие — разноименные — притягиваются.

Гильберт открыл явление магнитной индукции: расположенный возле магнита брусок железа, сам приобретает магнитные свойства. Что касается природных магнитов, то силу притяжения к ним железных предметов можно увеличить с помощью надлежащей железной арматуры. От действия магнита можно частично загородиться железными перегородками, но погружение в воду не влияет заметным образом на притяжение к ним. Гильберт даже заметил, что удары по магнитам могут ослабить их действие.

Гильберт не только экспериментировал с магнитами, он поставил перед собой проблему, для решения которой, как выяснилось, оказалось недостаточно даже и половины тысячелетия: почему вообще существует магнетизм Земли?

Ответ, который он предложил, опять-таки базировался на экспериментах. Был изготовлен постоянный магнит, названный Гильбертом Тереллой (т.е. маленькой моделью Земли), в форме шара, и Гильберт при помощи магнитной стрелки, помещавшейся над различными участками его поверхности, изучал создаваемое им магнитное поле. Оно оказалось весьма похожим на то, что имеется над Землей. На экваторе, т. е. на равных расстояниях от полюсов, стрелки магнита располагались горизонтально, т.е. параллельно поверхности шара, а чем ближе к полюсам, тем сильнее наклонялись стрелки, принимая вертикальное положение над полюсами.

Мы знаем теперь, что идея Гильберта, что Земля — большой постоянный магнит, не выдержала испытанием временем. Значительно позже, в XIX в. было установлено, что при высоких температурах (а в недрах Земли они весьма высоки) постоянный магнит размагничивается. Проблема магнетизма Земли, остальных планет, а также и других небесных тел — одна из старейших проблем классического естествознания — с новой остротой вновь к XX в. встала перед естествоиспытателями, и ее полного разрешения нет и поныне. Но значение и роль трудов Гильберта остаются непреходящими.

Если магнитами, хотя бы из-за прикладных целей мореплавания, уже немного интересовались и до Гильберта, то в исследовании электричества он безусловно и безоговорочно был первым. И здесь ему принадлежат важные достижения. Даже первый прибор — прообраз электроскопа (он назвал его «версо- ром» был придуман им. Гильберт установил, что электризация (тоже его термин) происходит при натирании не только янтаря,

но также и многих тел другого состава, в том числе и стекла. (Можно заметить, что электризация трением до середины XVIII в. оставалась основным, если не единственным инструментом исследования электрических явлений.)

Гильберту удалось даже экспериментально обнаружить такие тонкие эффекты, как влияние пламени на заряженные тела. Значительно опережая свое время, Гильберт высказывал догадку о связи нагревания с тепловым движение частиц тел.

Должная оценка провидческих идей Гильберта как в области физики, так и методологии науки, появилась лишь теперь, через 400 лет после выхода его гениальных трудов.

Литература

1. Гильберт В. О магните, магнитных телах и большом магните — Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов / Пер. с латинского А. И. Доватура. М.: Изд-во АН СССР, 1956.

Галилео ГАЛИЛЕЙ1564-1642

Галилео Галилей (Galilei), который по праву считается одним из основоположников современной физики и астрономии, родился на 20 лет позже Гильберта и прожил почти на 40 лет дольше. Во второй половине XVI в., в годы детства и юности Галилея почти безраздельно господствовали научные представления, сформировавшиеся еще во времена античности. Некоторые из них не утратили значения и поныне. В первую очередь, это относится к математике, в частности, к геометрии Евклида (III в. до н. э.) и к статике Архимеда (около 287-212 гг. до н. э.). Большой багаж накопили и наблюдения астрономов, приведшие к возникновению замечательной для своего времени системы Клавдия Птоломея (II в. до н.э.).

Некоторые положения античной науки, обретшие со временем статус непререкаемых догм, оказались отвергнутыми, когда главным арбитром в науке был признан опыт. В первую оче-

редь, это относится к механике Аристотеля (384-322 гг. до н. э.), да и ко многим другим его естественно-научным представлениям. Эти положения стали фундаментом официального идеологического кредо и, чтобы выступить против него, требовались не только способности к независимому мышлению, но и мужество.

Одним из первых на это отважился Галилео Галилей.

Отец Галилея, небогатый дворянин, музыкант и математик, в доме которого в Пизе 15 февраля 1564г. родился будущий великий ученый, хотел, чтобы его сын стал врачом, и после того, как тот окончил монастырскую школу, определил его в 1581г. на медицинский факультет Пизанского университета. Но не медицина увлекла семнадцатилетнего юношу, он, оставив университет и уехав во Флоренцию, погрузился в самостоятельное изучение сочинений Евклида и Архимеда.

По совету профессора философии Риччи и уступая просьбам сына, отец Галилео перевел его на философский факультет, где более углубленно изучались философия и математика.

В детские годы Галилей увлекался конструированием механических игрушек, мастерил действующие модели машин, мельниц и кораблей. Как рассказывал впоследствии его ученик Ви- виани, Галилей еще в юности отличался редкостной наблюдательностью, благодаря которой он сделал и свое первое важное открытие: наблюдая качания люстры в Пизанском соборе, он пришел к закону изохронности колебаний маятника (независимости периода его колебаний от амплитуды, т.е. от величины отклонения).

Некоторые исследователи подвергают сомнению рассказ Ви- виани об обстоятельствах этого открытия, но достоверно известно, что Галилей не только проверял этот закон на опытах, но и использовал его для определения промежутков времени, что, в частности, было потом восторженно принято медиками. Можно отметить, что «прикладные аспекты науки», как теперь принято говорить, всегда живо его интересовали.

Умение наблюдать и делать выводы из увиденного всегда отличало Галилея. Еще в молодости он понял, что «.. .явления природы, как бы незначительны, как бы во всех отношениях маловажны ни казались, не должны быть презираемы философом, но все должны быть в одинаковой мере почитаемы. Природа достигает большого малыми средствами и все ее проявления одинаково удивительны». По существу, можно считать это декларацией экспериментального подхода к изучению явлений Природы.

Но дело не ограничилось декларациями. В 1586г. Галилей публикует описание сконструированных им гидростатических весов, предназначенных для измерения плотности твердых тел и определения центров тяжести. Работа была замечена, появились влиятельные покровители, и благодаря их протекции в 1589 г. Галилей получает место профессора (с минимальным окладом).

В первые же три года в Пизанском университете Галилей оказался перед непростым выбором. С одной стороны — обретшие статус нерушимых догм воззрения Аристотеля, с другой — плоды собственных размышлений и, что еще важнее, — опыта. Аристотель утверждал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Это утверждение уже вызывало сомнения, но особо важными были проведенные Галилеем с большой торжественностью в присутствии многочисленных свидетелей наблюдения за падением с Пизанской башни шаров различного веса, но одинаковых размеров, наглядно опровергало его. Аристотель учил, что различным телам присуще различное свойство легкости, отчего одни тела падают быстрее других, что понятие покоя абсолютно, что, для того чтобы тело двигалось, его постоянно должен подталкивать воздух и что, следовательно, движение тел свидетельствует об отсутствии пустоты и т.д.

Уже в 1590 г., через год после начала работы в Пизе, Галилей пишет трактат «О движении», в котором выступает с резкими возражениями против воззрений перипатетиков (последователей Аристотеля). Это не могло не вызвать к нему резко неодобрительного отношения со стороны представителей казенной схоластической науки. К тому же, Галилей был сильно стеснен материально, и потому он был рад получить (опять-таки благодаря своему покровителю) приглашение правительства Венецианской республики на работу в университет в Падую.