Текст книги "100 великих учёных"

Автор книги: Дмитрий Самин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 50 страниц)

АНДРЕ-МАРИ АМПЕР

(1775–1836)

Французский учёный Ампер в истории науки известен, главным образом, как основоположник электродинамики. Между тем он был универсальным учёным, имеющим заслуги и в области математики, химии, биологии и даже в лингвистике и философии. Это был блестящий ум, поражавший своими энциклопедическими знаниями всех близко знавших его людей.

Свою родословную Андре-Мари ведёт от лионских ремесленников. Его отец Жан-Жак Ампер вместе со своими братьями торговал лионскими шелками. Мать Жанна Сарсе – дочь одного из крупных лионских торговцев. Андре-Мари Ампер родился 22 января 1775 года. Детство его прошло в небольшом поместье Полемье, купленном отцом в окрестностях Лиона.

Исключительные способности Андре проявились ещё в раннем возрасте. Он никогда не ходил в школу, но чтению и арифметике выучился очень быстро. Читал мальчик всё подряд, что находил в отцовской библиотеке. Уже в 14 лет он прочитал все двадцать восемь томов французской «Энциклопедии». Особый интерес Андре проявлял к физико-математическим наукам. Но как раз в этой области отцовской библиотеки явно не хватало, и Андре начал посещать библиотеку Лионского коллежа, чтобы читать труды великих математиков.

Родители пригласили к Андре учителя математики. Уже при первой встрече он понял, с каким необыкновенным учеником имеет дело. «Знаешь ли ты, как производится извлечение корней?» – спросил он Андре. «Нет, – ответил мальчик, – но зато я умею интегрировать!» Вскоре учитель отказался от уроков, так как его знаний явно не хватало для обучения такого ученика.

Изучение трудов классиков математики и физики было для юного Ампера творческим процессом. Он не только читал, но и критически воспринимал прочитанное. У него возникали свои мысли, свои оригинальные идеи. Именно в этот период, в возрасте тринадцати лет, он представил в Лионскую академию свои первые работы по математике.

В 1789 году началась Великая французская буржуазная революция. Эти события сыграли трагическую роль в жизни Ампера. В 1793 году в Лионе вспыхнул мятеж, который вскоре был подавлен. За сочувствие мятежникам был обезглавлен Жан-Жак Ампер. Смерть отца Андре переживал очень тяжело; он был близок к потере рассудка. Лишь год спустя, с трудом обретя душевное равновесие, он смог вернуться к своим занятиям.

Казнь отца имела и другие последствия. По приговору суда почти всё имущество семьи было конфисковано, и её материальное положение резко ухудшилось. Андре пришлось думать о средствах к существованию. Он решил переселиться в Лион и давать частные уроки математики до тех пор, пока не удастся устроиться штатным преподавателем в какое-либо учебное заведение.

В 1799 году Ампер женился на Катрин Каррон. В следующем году у них родился сын, названный в честь отца – Жан-Жаком. Позднее он стал одним из известнейших историков французской литературы. Это радостное событие было омрачено болезнью Катрин. Расходы на жизнь неуклонно росли. Несмотря на все старания и экономию, средств, заработанных частными уроками, не хватало. Наконец, в 1802 году Ампера пригласили преподавать физику и химию в Центральную школу старинного провинциального города Бурк-ан-Бреса, в шестидесяти километрах от Лиона. С этого момента началась его регулярная преподавательская деятельность, продолжавшаяся всю жизнь.

Ампер мечтал перестроить традиционное преподавание курса физики. Вместо этого – скучные преподаватели-чиновники, убогая лаборатория и бедный физический кабинет, повседневные будничные заботы. Однако он много работал, восполняя пробелы в своих знаниях. Вместе с тем его не покидала надежда возвратиться в Лион к жене и сыну. И вскоре она осуществилась. 4 апреля 1803 года Ампер был назначен преподавателем математики Лионского лицея. Счастливым он возвратился в Лион, но вскоре тяжёлый удар обрушился на Ампера – умерла его жена.

В конце 1804 года Ампер покинул Лион и переехал в Париж, где он получил должность преподавателя знаменитой Политехнической школы. Эта высшая школа была организована в 1794 году и вскоре стала национальной гордостью Франции. Основная задача школы заключалась в подготовке высокообразованных технических специалистов с глубокими знаниями физико-математических наук.

В Париже Ампер чувствовал себя одиноким. Он находился всецело во власти воспоминаний о своей недолгой счастливой жизни. Это – главная тема его писем к родным и друзьям. Он и ранее слыл чудаковатым и рассеянным человеком. Теперь же эти черты его характера стали ещё более заметными. К ним прибавилась чрезмерная неуравновешенность. Всё это мешало ему хорошо излагать своим слушателям материал, которым он в действительности владел превосходно.

Несколько важных событий произошло в жизни Ампера в это время: в 1806 году он вступил во второй брак, в 1807 году был назначен профессором Политехнической школы. В 1808 году учёный получил место главного инспектора университетов. Всё это улучшило его материальное положение и принесло некоторое успокоение, но ненадолго. Второй брак был очень неудачным, его новая жена Женни Пото оказалась весьма вздорной и ограниченной особой. Ампер прилагал много усилий, чтобы как-то примириться с ней во имя дочери, рождённой от этого брака. Однако его усилия оказались тщетными. К переживаниям на этой почве прибавились новые – в 1809 году скончалась мать Ампера. Эти печальные события не могли не сказаться на его научной деятельности. Тем не менее в период между 1809 и 1814 годами Ампер опубликовал несколько ценных работ по теории рядов.

Время расцвета научной деятельности Ампера приходится на 1814–1824 годы и связано, главным образом, с Академией наук, в число членов которой он был избран 28 ноября 1814 года за свои заслуги в области математики.

Практически до 1820 года основные интересы учёного сосредоточивались на проблемах математики, механики и химии. Вопросами физики в то время он занимался очень мало: известны лишь две работы этого периода, посвящённые оптике и молекулярно-кинетической теории газов. Что же касается математики, то именно в этой области он достиг результатов, которые и дали основание выдвинуть его кандидатуру в академию по математическому отделению.

Ампер всегда рассматривал математику как мощный аппарат для решения разнообразных прикладных задач физики и техники. Уже его первая опубликованная математическая работа, посвящённая теории вероятностей, носила, по существу, прикладной характер и называлась «Соображения о математической теории игры» (1802). Вопросы теории вероятностей интересовали его и в дальнейшем.

В исследовании многих проблем физики и механики большое значение имеют так называемые дифференциальные уравнения в частных производных. Решение таких уравнений связано со значительными математическими трудностями, над преодолением которых работали крупнейшие математики. Свой вклад в математическую физику, как называют этот раздел науки, внёс и Ампер. Только в одном 1814 году он выполнил несколько работ, получивших высокую оценку видных французских математиков, в частности, Далласа, Лагранжа и Пуассона.

Не оставляет он и занятий химией. К его достижениям в области химии следует отнести открытие, независимо от Авогадро, закона равенства молярных объёмов различных газов. Его по праву следует называть законом Авогадро—Ампера. Учёный сделал также первую попытку классификации химических элементов на основе сопоставления их свойств. Но не эти исследования, интересные сами по себе, и не его математические работы сделали имя Ампера знаменитым. Классиком науки, всемирно известным учёным он стал благодаря своим исследованиям в области электромагнетизма.

В 1820 году датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что вблизи проводника с током отклоняется магнитная стрелка. Так было открыто замечательное свойство электрического тока – создавать магнитное поле. Ампер подробно исследовал это явление. Новый взгляд на природу магнитных явлений возник у него в результате целой серии экспериментов. Уже в конце первой недели напряжённого труда он сделал открытие не меньшей важности, чем Эрстед – открыл взаимодействие токов.

Он установил, что два параллельных провода, по которым течёт ток в одинаковом направлении, притягиваются друг к другу, а если направления токов противоположны, провода отталкиваются. Ампер объяснил это явление взаимодействием магнитных полей, которые создают токи. Эффект взаимодействия проводов с током и магнитных полей сейчас используется в электродвигателях, в электрических реле и во многих электроизмерительных приборах.

О полученных результатах Ампер сразу же сообщил в академию. В докладе, сделанном 18 сентября 1820 года, он продемонстрировал свои первые опыты и заключил их следующими словами: «В связи с этим я свёл все магнитные явления к чисто электрическим эффектам». На заседании 25 сентября он развил эти идеи далее, демонстрируя опыты, в которых спирали, обтекаемые током (соленоиды), взаимодействовали друг с другом как магниты.

Новые идеи Ампера были поняты далеко не всеми учёными. Не согласились с ними и некоторые из его именитых коллег. Современники рассказывали, что после первого доклада Ампера о взаимодействии проводников с током произошёл следующий любопытный эпизод. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? – спросил Ампера один из его противников. – Само собою ясно, что если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга». Ампер не сразу нашёлся, что ответить на это возражение. Но тут на помощь ему пришёл Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга, и потому ваше заключение ошибочно. Ампер открыл, по существу, новое явление, куда большего значения, чем открытие уважаемого мной профессора Эрстеда».

Несмотря на нападки своих научных противников. Ампер продолжал свои эксперименты. Он решил найти закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы и нашёл этот закон, который носит теперь его имя. Так шаг за шагом в работах Ампера вырастала новая наука – электродинамика, основанная на экспериментах и математической теории. Все основные идеи этой науки, по выражению Максвелла, по сути дела, «вышли из головы этого Ньютона электричества» за две недели.

С 1820 по 1826 год Ампер публикует ряд теоретических и экспериментальных работ по электродинамике и почти на каждом заседании физического отделения академии выступает с докладом на эту тему. В 1826 году выходит из печати его итоговый классический труд «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта». Работа над этой книгой проходила в очень трудных условиях. В одном из писем, написанных в то время, Ампер сообщал: «Я принуждён бодрствовать глубокой ночью… Будучи нагружен чтением двух курсов лекций, я, тем не менее, не хочу полностью забросить мои работы о вольтаических проводниках и магнитах. Я располагаю считанными минутами».

Слава Ампера быстро росла; особенно лестно учёные отзывались о его экспериментальных работах по электромагнетизму. Его посещали знаменитые физики, он получил ряд приглашений из других стран выступить с докладами о своих работах. Но здоровье его было подорвано, неустойчивым было и материальное положение. Его тяготила работа в Политехнической школе и инспекторские обязанности. Он по-прежнему мечтал читать курс физики, а не математики, и читать нетрадиционно, включив в курс новый раздел – электродинамику, творцом которой он сам являлся. Наиболее подходящим местом для этого было одно из старейших учебных заведений Франции – Коллеж де Франс. После многих неприятностей и интриг в 1824 году Ампер был избран на должность профессора Коллеж де Франс. Ему предоставили кафедру общей и экспериментальной физики.

Последние годы жизни Ампера были омрачены многими семейными и служебными неприятностями, тяжело отражавшимися на его и без того слабом здоровье. Внешние признаки успеха не принесли материального благополучия. Он по-прежнему был вынужден уделять много времени чтению лекций в ущерб своим научным занятиям. Но науку он не оставлял.

В 1835 году он опубликовал работу, в которой доказал сходство между световым и тепловым излучениями и показал, что все излучения при поглощении превращаются в тепло. К этому же времени относится увлечение Ампера геологией и биологией. Он принял активное участие в научных спорах между знаменитыми учёными Кювье и Сент-Иллером, предшественниками эволюционной теории Дарвина, и опубликовал две биологические работы, в которых изложил свою точку зрения на процесс эволюции. На одном из диспутов противники идеи эволюции живой природы спросили Ампера, действительно ли он считает, что человек произошёл от улитки. На это Ампер ответил: «Я убедился в том, что человек возник по закону, общему для всех животных».

Другим увлечением Ампера была классификация наук. Эта важная в методологическом и общенаучном плане проблема интересовала Ампера давно, ещё со времени его работы в Бурк-ан-Бресе. Он разработал свою систему классификации наук, которую намеревался изложить в двухтомном сочинении. В 1834 году вышел первый том «Опыты философии наук или аналитического изложения естественной классификации всех человеческих знаний». Второй том был издан сыном Ампера уже после его смерти.

Ампер был большим мастером изобретать новые научные термины. Именно он ввёл в обиход учёных такие слова, как «электростатика», «электродинамика», «соленоид». Ампер высказал мысль о том, что в будущем, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления. Он предложил именовать её «кибернетикой». Предвидение Ампера оправдалось.

Ампер умер от воспаления лёгких 10 июня 1836 года в Марселе во время инспекционной поездки. Там же он и был похоронен.

АМЕДЕО АВОГАДРО

(1776–1856)

В историю физики Авогадро вошёл как автор одного из важнейших законов молекулярной физики.

Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето родился 9 августа 1776 года в Турине – столице итальянской провинции Пьемонт в семье служащего судебного ведомства Филиппо Авогадро. Амедео был третьим из восьми детей. Предки его с XII века состояли на службе католической церкви адвокатами и по традиции того времени их профессии и должности передавались по наследству. Когда пришла пора выбирать профессию, Амедео также занялся юриспруденцией. В этой науке он быстро преуспел и уже в двадцать лет получил учёную степень доктора церковного права.

Юридическая практика не увлекала Амедео, его интересы были далеки от юриспруденции. В юношеские годы он недолго посещал так называемую школу геометрии и экспериментальной физики. Она-то и пробудила в нём любовь к этим наукам. Но, не получив достаточно систематических знаний, он вынужден был заняться самообразованием. Когда ему уже исполнилось 25 лет, он стал всё свободное время посвящать изучению физико-математических наук.

Авогадро начал свою научную деятельность с изучения электрических явлений. Этот интерес особенно усилился после того, как Вольта в 1800 году изобрёл первый источник электрического тока, а также в связи с дискуссией между Гальвани и Вольта о природе электричества. Эти вопросы находились на переднем крае науки того времени, и естественно, что молодой Авогадро решил попробовать свои силы именно здесь.

Работы Авогадро, посвящённые разным проблемам электричества, появлялись вплоть до 1846 года. Большое внимание уделял он также исследованиям в области электрохимии, пытаясь найти связь между электрическими и химическими явлениями, что привело его к созданию своеобразной электрохимической теории. В этом отношении его исследования соприкасались с работами известных химиков Дэви и Берцелиуса.

В 1803 и 1804 годах Амедео, совместно со своим братом Феличе, представил в Туринскую академию наук две работы, посвящённые теории электрических и электрохимических явлений, за что и был избран в 1804 году членом-корреспондентом этой академии. В первой работе под названием «Аналитическая заметка об электричестве» он объяснял поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, в частности явление поляризации диэлектриков. Высказанные им идеи получили затем более полное развитие в работах других учёных, в частности Ампера.

В 1806 году Авогадро получает место репетитора в Туринском лицее, а затем, в 1809 году, переводится преподавателем физики и математики в лицей города Верчелли, в котором он проработал около десяти лет. В этот период он знакомится с огромным количеством научной литературы, делая многочисленные выписки из прочитанных книг и журнальных статей. Эти выписки, которые он не прекращал вести до конца своих дней, составили 75 томов примерно по 700 страниц в каждом! Содержание этих томов свидетельствует о разносторонности интересов Авогадро, о колоссальной работе, которую он проделал, «переквалифицировавшись» из юриста в физика.

Свою семейную жизнь Авогадро устроил довольно поздно, когда ему было уже за тридцать. Работая в Верчелли, он познакомился со своей будущей женой Анной Марией Маццье ди Джузеппе, дочерью нотариуса, которая была моложе его на 18 лет. От этого брака он имел восемь детей – двоих сыновей и шесть дочерей. Никто из них не унаследовал его профессии и интересов.

В 1808 году французский учёный Гей-Люссак, изучая реакции между газами, установил, что объёмы вступающих в реакцию газов и газообразных продуктов реакции относятся как небольшие целые числа. А в 1811 году появляется статья Авогадро «Очерк метода определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в соединения». Излагая основные представления молекулярной теории, Авогадро показал, что она не только не противоречит данным, полученным Гей-Люссаком, но, напротив, прекрасно согласуется с ними и открывает возможность точного определения атомных масс, состава молекул и характера происходящих химических реакций. Для этого, прежде всего, необходимо представить, что молекулы водорода, кислорода, хлора и некоторых других простых веществ состоят не из одного, а из двух атомов.

В этой же работе Авогадро пришёл к следующему важному заключению: «…число… молекул всегда одно и то же в одинаковых объёмах любых газов». Разумеется, если объёмы измерены при одинаковых давлениях и температурах.

Далее он писал, что теперь «имеется средство очень лёгкого определения относительных масс молекул тел, которые можно получить в газообразном состоянии, и относительного числа молекул в соединениях».

Благодаря новому закону Авогадро впервые получил, в частности, правильную формулу реакции образования воды.

В 1814 году появляется вторая статья Авогадро «Очерк об относительных массах молекул простых тел, или предполагаемых плотностях их газа, и о конституции некоторых из их соединений». Здесь чётко формулируется закон Авогадро: «…равные объёмы газообразных веществ при одинаковых давлениях и температурах отвечают равному числу молекул, так что плотности различных газов представляют собою меру масс молекул соответствующих газов». Далее в статье рассматриваются приложения этого закона для определения состава молекул многочисленных неорганических веществ.

Так как масса одного моля вещества пропорциональна массе отдельной молекулы, то закон Авогадро можно сформулировать как утверждение, что моль любого вещества в газообразном состоянии при одинаковых температурах и давлениях занимает один и тот же объём. Как показали эксперименты, при нормальных условиях число молекул в моле любого вещества одинаково. Оно получило название числа Авогадро.

Это число – одна из важнейших универсальных постоянных современной физики и химии. Она используется при определении ряда других универсальных постоянных, например, постоянной Больцмана, постоянной Фарадея и т. п.

Число Авогадро можно определить многими независимыми друг от друга методами. Прекрасное совпадение полученных при этом значений явилось убедительным доказательством реальности молекул и справедливости молекулярно-кинетической теории.

В 1821 году в статье «Новые соображения о теории определённых пропорций в соединениях и об определении масс молекул тел» Авогадро подвёл итог своей почти десятилетней работе в области молекулярной теории и распространил свой метод определения состава молекул на целый ряд органических веществ. В той же статье он показал, что другие химики, прежде всего Дальтон, Дэви и Берцелиус, незнакомые с его работами, продолжают придерживаться неверных взглядов на природу многих химических соединений и характер происходящих между ними реакций.

В сентябре 1819 года Авогадро избирается членом Туринской академии наук. К этому времени он уже приобрёл известность в кругу своих коллег работами в области молекулярной теории, электричества и химии.

В 1820 году королевским указом Авогадро назначается первым профессором новой кафедры высшей физики в Туринский университет.

Интересны взгляды Авогадро на преподавание физики, высказанные им при занятии этой должности. Итальянская наука в то время была ещё очень слабо развита. Стремясь к тому, чтобы помочь своей родине сравняться по уровню развития естественных наук с другими европейскими странами, Авогадро наметил обширный план действий. Основная его идея заключалась в необходимости сочетания преподавания с научной деятельностью.

Этим прогрессивным идеям не суждено было осуществиться из-за военных и политических событий в Италии начала двадцатых годов. В 1822 году после студенческих волнений Туринский университет был на целый год закрыт властями, а ряд его новых кафедр, в том числе и кафедра высшей физики, ликвидирован. Тем не менее в 1823 году Авогадро получает почётный титул заслуженного профессора высшей физики и назначается старшим инспектором Палаты по контролю за государственными расходами – должность финансово-юридическая, весьма далёкая от науки. Несмотря на новые обязанности, Авогадро продолжал заниматься научными исследованиями.

В 1833 году Туринский университет вновь получил кафедру высшей физики, но её предложили не Авогадро, а известному французскому математику Огюстену Луи Коши, покинувшему родину в 1830 году. Только спустя два года, после отъезда Коши, Авогадро смог занять эту кафедру, где и проработал до 1850 года. В том же году он ушёл из университета, передав кафедру своему ученику Феличе Кью.

В 1837–1841 годах Авогадро издал четырёхтомное сочинение «Физика весомых тел, или трактат об общей конституции тел». Каждый том имел более 900 страниц. К этому времени Авогадро уже исполнилось 65 лет, но ум его по-прежнему был ясным, а любовь к науке и трудолюбие неиссякаемыми. Этот труд оказался первым в истории учебником молекулярной физики.

Современники в своих воспоминаниях рисуют Авогадро как человека очень скромного, впечатлительного и обаятельного. Они отмечают его доброжелательность, искренность в обращении с другими людьми. «Высокообразованный без педантизма, мудрый без чванливости, презирающий роскошь, не заботящийся о богатстве, не стремящийся к почестям, безразличный к собственным заслугам и собственной известности, скромный, умеренный, доброжелательный» – так характеризует Авогадро один из его современников.

По своему безразличию к почестям он представлял редкое исключение среди учёных того времени.

После ухода из университета Авогадро некоторое время занимал должность старшего инспектора Контрольной палаты, а также состоял членом Высшей статистической комиссии, Высшего совета народного образования и председателем Комиссии мер и весов. Несмотря на почтенный возраст, он продолжал публиковать свои исследования в трудах Туринской академии наук. Последняя его работа вышла из печати за три года до смерти, когда Авогадро исполнилось 77 лет.

Он умер в Турине 9 июля 1856 года и похоронен в семейном склепе в Верчелли. На следующий год после смерти Авогадро в знак признания его заслуг перед наукой в Туринском университете был установлен его бронзовый бюст.

Огромный вклад Авогадро в развитие молекулярной теории долгое время оставался практически незамеченным современниками. И даже много позже этот закон в литературе часто именовали законом Авогадро—Ампера, хотя Авогадро сформулировал его на три года раньше Ампера.

Вплоть до начала шестидесятых годов XIX века в химии царил произвол, как в оценке молекулярных масс, так и в описании химических реакций; оставалось немало неверных представлений об атомном составе многих сложных веществ. Дело доходило даже до попыток вообще отказаться от молекулярных представлений. Лишь в 1858 году итальянский химик Канниццаро, ознакомившись с письмом Ампера к Бертолле, в котором есть ссылка на работы Авогадро, заново «открыл» эти работы и с удивлением убедился, что они вносят полную ясность в запутанную картину состояния химии того времени.

В 1860 году Канниццаро подробно рассказал о работах Авогадро на Первом Международном химическом конгрессе в Карлсруэ, и его доклад произвёл огромное впечатление на присутствовавших там учёных. Как сказал один из них, он почувствовал, как завеса упала с глаз, сомнения исчезли, и вместо них появилось спокойное чувство уверенности. Великий русский химик Менделеев, также участвовавший в работе этого конгресса, писал позднее: «В 50-х годах одни принимали атомный вес кислорода равным 8, другие – 16. Смута, сбивчивость господствовали. В 1860 году химики всего света собрались в Карлсруэ для того, чтобы достичь соглашения, единообразия. Присутствовав на этом конгрессе, я живо помню, как велико было разногласие и как тогда последователи Жерара горячо проводили следствия закона Авогадро. Истина, в виде закона Авогадро—Жерара, при посредстве конгресса, получила более широкое распространение и скоро затем покорила все умы. Тогда сами собою укрепились новые атомные веса, и уже с 70-х годов они вошли во всеобщее употребление».

Заслуги Авогадро как одного из основоположников молекулярной теории получили с тех пор всеобщее признание.