Текст книги "100 великих учёных"

Автор книги: Дмитрий Самин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 50 страниц)

ФРАНСУА ВИЕТ

(1540–1603)

Франсуа Виет – замечательный французский математик, положивший начало алгебре как науке о преобразовании выражений, о решении уравнений в общем виде, создатель буквенного исчисления.

Виет первым стал обозначать буквами не только неизвестные, но и данные величины. Тем самым ему удалось внедрить в науку великую мысль о возможности выполнять алгебраические преобразования над символами, т. е. ввести понятие математической формулы. Этим он внёс решающий вклад в создание буквенной алгебры, чем завершил развитие математики эпохи Возрождения и подготовил почву для появления результатов Ферма, Декарта, Ньютона.

Франсуа Виет родился в 1540 году на юге Франции в небольшом городке Фантене-ле-Конт, что находится в 60 км от Ла-Рошели, бывшей в то время оплотом французских протестантов-гугенотов. Большую часть жизни он прожил рядом с виднейшими руководителями этого движения, хотя сам оставался католиком. По-видимому, религиозные разногласия учёного не волновали.

Отец Виета был прокурором. По традиции, сын выбрал профессию отца и стал юристом, окончив университет в Пуату. В 1560 году двадцатилетний адвокат начал свою карьеру в родном городе, но через три года перешёл на службу в знатную гугенотскую семью де Партене. Он стал секретарём хозяина дома и учителем его дочери двенадцатилетней Екатерины. Именно преподавание пробудило в молодом юристе интерес к математике.

Когда ученица выросла и вышла замуж, Виет не расстался с её семьёй и переехал с нею в Париж, где ему было легче узнать о достижениях ведущих математиков Европы. С некоторыми учёными Виет познакомился лично. Так, он общался с видным профессором Сорбонны Рамусом, с крупнейшим математиком Италии Рафаэлем Бомбелли вёл дружескую переписку.

В 1571 году Виет перешёл на государственную службу, став советником парламента, а затем советником короля Франции Генриха III.

В ночь на 24 августа 1572 года в Париже произошла массовая резня гугенотов католиками, так называемая Варфоломеевская ночь. В ту ночь вместе со многими гугенотами погибли муж Екатерины де Партене и математик Рамус. Во Франции началась гражданская война. Через несколько лет Екатерина де Партене снова вышла замуж. На сей раз её избранником стал один из видных руководителей гугенотов – принц де Роган. По его ходатайству в 1580 году Генрих III назначил Виета на важный государственный пост рекетмейстера, который давал право контролировать от имени короля выполнение распоряжений в стране и приостанавливать приказы крупных феодалов.

Находясь на государственной службе, Виет оставался учёным. Он прославился тем, что сумел расшифровать код перехваченной переписки короля Испании с его представителями в Нидерландах, благодаря чему король Франции был полностью в курсе действий своих противников. Код был сложным, содержал до 600 различных знаков, которые периодически менялись. Испанцы не могли поверить, что его расшифровали, и обвинили французского короля в связях с нечистой силой.

К этому времени относятся свидетельства современников Виета о его огромной трудоспособности. Будучи чем-то увлечён, учёный мог работать по трое суток без сна.

В 1584 году по настоянию Гизов Виета отстранили от должности и выслали из Парижа. Именно на этот период приходится пик его творчества. Обретя неожиданный покой и отдых, учёный поставил своей целью создание всеобъемлющей математики, позволяющей решать любые задачи. У него сложилось убеждение в том, «что должна существовать общая, неизвестная ещё наука, обнимающая и остроумные измышления новейших алгебраистов, и глубокие геометрические изыскания древних».

Виет изложил программу своих исследований и перечислил трактаты, объединённые общим замыслом и написанные на математическом языке новой буквенной алгебры, в изданном в 1591 году знаменитом «Введении в аналитическое искусство». Перечисление шло в том порядке, в каком эти труды должны были издаваться, чтобы составить единое целое – новое направление в науке. К сожалению, единого целого не получилось. Трактаты публиковались в совершенно случайном порядке, и многие увидели свет только после смерти Виета. Один из трактатов вообще не найден. Однако главный замысел учёного замечательно удался: началось преобразование алгебры в мощное математическое исчисление. Само название «алгебра» Виет в своих трудах заменил словами «аналитическое искусство». Он писал в письме к де Партене: «Все математики знали, что под алгеброй и алмукабалой… скрыты несравненные сокровища, но не умели их найти. Задачи, которые они считали наиболее трудными, совершенно легко решаются десятками с помощью нашего искусства…»

Основу своего подхода Виет называл видовой логистикой. Следуя примеру древних, он чётко разграничивал числа, величины и отношения, собрав их в некую систему «видов». В эту систему входили, например, переменные, их корни, квадраты, кубы, квадрато-квадраты и т. д., а также множество скаляров, которым соответствовали реальные размеры – длина, площадь или объём. Для этих видов Виет дал специальную символику, обозначив их прописными буквами латинского алфавита. Для неизвестных величин применялись гласные буквы, для переменных – согласные.

Виет показал, что, оперируя с символами, можно получить результат, который применим к любым соответствующим величинам, т. е. решить задачу в общем виде. Это положило начало коренному перелому в развитии алгебры: стало возможным буквенное исчисление.

Демонстрируя силу своего метода, учёный привёл в своих работах запас формул, которые могли быть использованы для решения конкретных задач. Из знаков действий он использовал «+» и «—», знак радикала и горизонтальную черту для деления. Произведение обозначал словом «in». Виет первым стал применять скобки, которые, правда, у него имели вид не скобок, а черты над многочленом. Но многие знаки, введённые до него, он не использовал. Так, квадрат, куб и т. д. обозначал словами или первыми буквами слов.

Знаменитая теорема, устанавливающая связь коэффициентов многочлена с его корнями, была обнародована в 1591 году. Теперь она носит имя Виета, а сам автор формулировал её так: «Если B+D, умноженное на A, минус A в квадрате равно BD, то A равно B и равно D».

Теорема Виета стала ныне самым знаменитым утверждением школьной алгебры. Теорема Виета достойна восхищения, тем более что её можно обобщить на многочлены любой степени.

Больших успехов достиг учёный и в области геометрии. Применительно к ней он сумел разработать интересные методы. В трактате «Дополнения к геометрии» он стремился создать по примеру древних некую геометрическую алгебру, используя геометрические методы для решения уравнений третьей и четвёртой степеней. Любое уравнение третьей и четвёртой степени, утверждал Виет, можно решить геометрическим методом трисекции угла или построением двух средних пропорциональных.

Математиков в течение столетий интересовал вопрос решения треугольников, так как он диктовался нуждами астрономии, архитектуры, геодезии. У Виета применявшиеся ранее методы решения треугольников приобрели более законченный вид. Так он первым явно сформулировал в словесной форме теорему косинусов, хотя положения, эквивалентные ей, эпизодически применялись с первого века до нашей эры. Известный ранее своей трудностью случай решения треугольника по двум данным сторонам и одному из противолежащих им углов получил у Виста исчерпывающий разбор. Было ясно сказано, что в этом случае решение не всегда возможно. Если же решение есть, то может быть одно или два.

Глубокое знание алгебры давало Виету большие преимущества. Причём интерес его к алгебре первоначально был вызван приложениями к тригонометрии и астрономии. «И тригонометрия, – как замечает Г. Г. Цейтен, – щедро отблагодарила алгебру за оказанную ею помощь». Не только каждое новое применение алгебры давало импульс новым исследованиям по тригонометрии, но и полученные тригонометрические результаты являлись источником важных успехов алгебры. Виету, в частности, принадлежит вывод выражений для синусов (или хорд) и косинусов кратных дуг.

В 1589 году, после убийства Генриха Гиза по приказу короля, Виет возвратился в Париж. Но в том же году Генрих III был убит монахом – приверженцем Гизов. Формально французская корона перешла к Генриху Наваррскому – главе гугенотов. Но лишь после того, как в 1593 году этот правитель принял католичество, в Париже его признали королём Генрихом IV. Так был положен конец кровавой и истребительной религиозной войне, долгое время оказывавшей влияние на жизнь каждого француза, даже вовсе не интересовавшегося ни политикой, ни религией.

Подробности жизни Виета в тот период неизвестны, что само по себе говорит о его желании оставаться в стороне от кровавых дворцовых событий. Известно только, что он перешёл на службу к Генриху IV, находился при дворе, был ответственным правительственным чиновником и пользовался огромным уважением как математик.

По преданию, посол Нидерландов сказал на приёме у короля Франции Генриха IV, что их математик ван Роомен задал математикам мира задачу. Но во Франции, видимо, нет математиков, так как среди тех, кому особо адресовался вызов, нет ни одного француза. Генрих IV ответил, что во Франции есть математик, и пригласил Виета. Знание синусов и косинусов кратных дуг дало возможность Виету решить уравнение 45-й степени, предложенное нидерландским учёным.

В последние годы жизни Виет ушёл с государственной службы, но продолжал интересоваться наукой. Известно, например, что он вступил в полемику по поводу введения нового, григорианского календаря в Европе. И даже хотел создать свой календарь.

В мемуарах некоторых придворных Франции есть указание, что Виет был женат, что у него была дочь, единственная наследница имения, по которому Виет звался сеньор де ла Биготье. В придворных новостях маркиз Летуаль писал: «…14 февраля 1603 г. господин Виет, рекетмейстер, человек большого ума и рассуждения и один из самых учёных математиков века умер… в Париже, имея, по общему мнению, 20 тыс. экю в изголовье. Ему было более шестидесяти лет».

Непосредственно применение трудов Виета очень затруднялось тяжёлым и громоздким изложением. Из-за этого они полностью не изданы до сих пор. Более или менее полное собрание трудов Виета было издано в 1646 году в Лейдене нидерландским математиком ван Скоотеном под названием «Математические сочинения Виета». Г. Г. Цейтен отмечал, что «чтение работ Виета затрудняется несколько изысканной формой, в которой повсюду сквозит его большая эрудиция, и большим количеством изобретённых им и совершенно не привившихся греческих терминов. Потому влияние его, столь значительное по отношению ко всей последующей математике, распространялось сравнительно медленно».

ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ

(1564–1642)

Имя этого человека вызывало одновременно восхищение и ненависть у его современников. Тем не менее он вошёл в историю мировой науки не только как последователь Джордано Бруно, но и как один из крупнейших учёных итальянского Возрождения.

Он родился 15 февраля 1564 года в городе Пизе в знатной, но обедневшей семье. Его отец Винченцо Галилей был талантливым музыкантом и композитором, но искусство не давало средств к существованию, и отец будущего учёного прирабатывал торговлей сукном.

До одиннадцати лет Галилей жил в Пизе и учился в обычной школе, а затем вместе с семьёй переехал во Флоренцию. Здесь он продолжил образование в монастыре бенедиктинцев, где изучал грамматику, арифметику, риторику и другие предметы.

В семнадцать лет Галилей поступил в Пизанский университет и стал готовиться к профессии врача. Одновременно из любознательности он читал труды по математике и механике, в частности, Евклида и Архимеда. Последнего позже Галилей всегда называл своим учителем.

Из-за стеснённого материального положения юноше пришлось бросить Пизанский университет и вернуться во Флоренцию. Дома Галилей самостоятельно занялся углублённым изучением математики и физики, которые его очень заинтересовали. В 1586 году он написал свою первую научную работу «Маленькие гидростатические весы», которая принесла ему некоторую известность и позволила познакомиться с несколькими учёными. По протекции одного из них – автора «Учебника механики» Гвидо Убальдо дель Монте Галилей в 1589 году получил кафедру математики в Пизанском университете. В двадцать пять лет он стал профессором там, где учился, но не завершил своё образование.

Галилей преподавал студентам математику и астрономию, которую излагал, естественно, по Птолемею. Именно к этому времени относятся опыты, которые он ставил, бросая различные тела с наклонной Пизанской башни, чтобы проверить, падают ли они в соответствии с учением Аристотеля – тяжёлые быстрее, чем лёгкие. Ответ получился отрицательный.

В работе «О движении» (1590) Галилей подверг критике аристотелевское учение о падении тел. В ней, между прочим, он писал: «Если разум и опыт в чём-нибудь совпадают, для меня не играет роли то, что это противоречит мнению большинства».

К этому же периоду относится установление Галилеем изохронности малых колебаний маятника – независимости периода его колебаний от амплитуды. К такому выводу он пришёл, наблюдая за качанием люстр в Пизанском соборе и отмечая время по биению пульса на руке… Гвидо дель Монте высоко ценил Галилея как механика и называл его «Архимедом нового времени».

Критика Галилеем физических представлений Аристотеля восстановила против него многочисленных сторонников древнегреческого учёного. Молодому профессору стало очень неуютно в Пизе, и он принял приглашение занять кафедру математики в известном Падуанском университете.

Падуанский период – самый плодотворный и счастливый в жизни Галилея. Здесь он обрёл семью, связав свою судьбу с Мариной Гамба, которая родила ему двух дочерей: Вирджинию (1600) и Ливию (1601); позже родился сын Винченцо (1606).

С 1606 года Галилей занимается астрономией. В марте 1610 года увидел свет его труд под названием «Звёздный вестник». Вряд ли когда-либо в одном произведении сообщалось столько сенсационных астрономических сведений, сделанных к тому же буквально в течение нескольких ночных наблюдений в январе – феврале того же 1610 года.

Узнав об изобретении телескопа и располагая неплохой собственной мастерской, Галилей изготовляет несколько образцов зрительных труб, постоянно улучшая их качество. В результате учёному удалось сделать телескоп с увеличением в 32 раза. В ночь на 7 января 1610 года он направляет телескоп на небо. То, что он увидел там – лунный пейзаж, горные цепи и вершины, бросавшие тени, долины и моря, – уже приводило к мысли о том, что Луна похожа на Землю, – факт, свидетельствовавший не в пользу религиозных догм и учения Аристотеля об особом положении Земли среди небесных тел.

Огромная белая полоса на небе – Млечный Путь – при рассмотрении в зрительную трубу отчётливо разделилась на отдельные звёзды. Возле Юпитера учёный заметил маленькие звёздочки (сначала три, затем ещё одну), которые уже на следующую ночь изменили своё положение относительно планеты. Галилею с его кинематическим восприятием явлений природы не нужно было долго раздумывать – перед ним спутники Юпитера! – ещё один довод против исключительного положения Земли. Галилей открыл существование четырёх спутников Юпитера. Позже Галилей обнаружил феномен Сатурна (хотя и не понял, в чём дело) и открыл фазы Венеры.

Наблюдая, как солнечные пятна перемещаются по солнечной поверхности, он установил, что Солнце тоже вращается вокруг своей оси. На основании наблюдений Галилей сделал вывод, что вращение вокруг оси свойственно всем небесным телам.

Наблюдая звёздное небо, он убедился, что число звёзд гораздо больше, чем можно увидеть простым глазом. Так Галилей подтвердил мысль Джордано Бруно о том, что просторы Вселенной бесконечны и неисчерпаемы. После этого Галилей сделал вывод о том, что гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, является единственно верной.

Телескопические открытия Галилея были многими встречены с недоверием, даже с враждебностью, но сторонники коперниканского учения, и прежде всего Кеплер, тут же опубликовавший «Разговор со звёздным вестником», отнеслись к ним с восторгом, видя в этом подтверждение правоты своих убеждений.

«Звёздный вестник» принёс учёному европейскую славу. Тосканский герцог Козимо II Медичи предложил Галилею занять должность придворного математика. Она сулила безбедное существование, свободное время для занятий наукой, и учёный принял предложение. Кроме того, это позволяло Галилею вернуться на родину, во Флоренцию.

Теперь, имея могущественного покровителя в лице великого герцога Тосканского, Галилей всё смелее и смелее начинает пропагандировать учение Коперника. Клерикальные круги встревожены. Авторитет Галилея как учёного высок, к его мнению прислушиваются. Значит, решат многие, учение о движении Земли – не просто одна из гипотез устройства мира, которая упрощает астрономические расчёты.

Беспокойство служителей церкви по поводу триумфального распространения учения Коперника хорошо поясняет письмо кардинала Роберто Беллармино одному из своих корреспондентов: «Когда утверждают, что в предположении, будто Земля движется и Солнце стоит неподвижно, все наблюдаемые явления объясняются лучше, чем при… геоцентрической системе Птолемея, то это прекрасно сказано и не заключает в себе никакой опасности; а этого и достаточно для математики; но когда начинают говорить, что Солнце в действительности стоит в центре мира, и что оно только вращается вокруг себя, но не движется с востока на запад, и что Земля находится на третьем небе и с большой скоростью вращается вокруг Солнца, то это вещь очень опасная и не только потому, что она раздражает всех философов и учёных богословов, но и потому, что она вредит св. вере, поскольку из неё вытекает ложность Св. Писания».

В Рим посыпались доносы на Галилея. В 1616 году по просьбе Конгрегации святого индекса (церковного учреждения, ведающего вопросами разрешений и запрещений) одиннадцать видных богословов рассмотрели учение Коперника и пришли к выводу о его ложности. На основе этого заключения гелиоцентрическое учение было объявлено еретическим, а книга Коперника «Об обращении небесных сфер» внесена в индекс запрещённых книг. Одновременно запрещались все книги, поддерживавшие эту теорию, – существовавшие и те, которые будут написаны в будущем.

Галилея вызвали из Флоренции в Рим и в мягкой, но категорической форме потребовали прекратить пропаганду еретических представлений об устройстве мира. Увещевание проводил всё тот же кардинал Беллармино. Галилей был вынужден подчиниться. Он не забыл, чем кончилось для Джордано Бруно упорство в «ереси». Кроме того, как философ он знал, что «ересь» сегодня становится истиной завтра.

В 1623 году под именем Урбана VIII папой становится друг Галилея кардинал Маффео Барберини. Учёный спешит в Рим. Он надеется добиться отмены запрещения «гипотезы» Коперника, но тщетно. Папа объясняет Галилею, что сейчас, когда католический мир раздирается ересью, недопустимо ставить под сомнение истинность святой веры.

Галилей возвращается во Флоренцию и продолжает работать над новой книгой, не теряя надежды когда-нибудь опубликовать свой труд. В 1628 году он ещё раз посещает Рим, чтобы разведать обстановку и выяснить отношение высших иерархов церкви к учению Коперника. В Риме он встречает ту же нетерпимость, но она не останавливает его. Галилей заканчивает книгу и в 1630 году представляет её в Конгрегацию.

Рассмотрение сочинения Галилея в цензуре тянулось два года, затем последовал запрет. Тогда Галилей решил издать свой труд в родной Флоренции. Ему удалось искусно обмануть тамошних цензоров, и в 1632 году книга увидела свет.

Она называлась «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой» и была написана как драматическое произведение. По цензурным соображениям Галилей вынужден проявлять осторожность: книга написана в форме диалога между двумя сторонниками Коперника и одним приверженцем Аристотеля и Птолемея, причём каждый из собеседников старается понять точку зрения другого, допустив её справедливость. В предисловии Галилей вынужден заявить, что, поскольку учение Коперника противно святой вере и запрещено, он вовсе не является его сторонником и в книге теория Коперника только обсуждается, а не утверждается. Но ни предисловие, ни форма изложения не могли скрыть истины: догмы аристотелевской физики и птолемеевской астрономии терпят здесь такой очевидный крах, а теория Коперника настолько убедительно торжествует, что вопреки сказанному в предисловии личное отношение Галилея к учению Коперника и его убеждённость в справедливости этого учения не вызывают сомнений.

Правда, из изложения вытекает, что Галилей всё ещё верил в равномерное и круговое движение планет вокруг Солнца, т. е. не сумел оценить и не принял кеплеровых законов движения планет. Он также не согласился с предположениями Кеплера относительно причин возникновения приливов и отливов (притяжение Луны!), развив взамен собственную теорию этого явления, оказавшуюся неверной.

Церковные власти пришли в ярость. Санкции последовали незамедлительно. Продажу «Диалога» запретили, а Галилея вызвали в Рим на суд. Напрасно семидесятилетний старец представил свидетельство трёх врачей о том, что он болен. Из Рима сообщили, что если он не приедет добровольно, то его привезут силой, в кандалах. И престарелый учёный отправился в путь.

«Я прибыл в Рим, – пишет Галилей в одном из писем, – 10 февраля 1633 года и положился на милость инквизиции и святого отца… Сначала меня заперли в замке Троицы на горе, а на следующий день меня посетил комиссар инквизиции и увёз меня в своей карете.

По дороге он задавал мне разные вопросы и выразил пожелание, чтобы я прекратил скандал, вызванный в Италии моим открытием, касающимся движения Земли… На все математические доказательства, которые я мог ему противопоставить, он отвечал мне словами из священного писания: „Земля была и будет неподвижна во веки веков“».

Следствие тянулось с апреля по июнь 1633 года, а 22 июня в той же церкви, почти на том же самом месте, где Джордано Бруно выслушал смертный приговор, Галилей, стоя на коленях, произнёс предложенный ему текст отречения. Под угрозой пыток Галилей, опровергая обвинение в том, что он нарушил запрет о пропаганде учения Коперника, вынужден был признать, что «неосознанно» способствовал подтверждению правоты этого учения, и публично от него отречься. Поступая так, униженный Галилей понимал, что затеянный инквизицией процесс не остановит триумфального шествия нового учения, ему же самому нужны были время и возможность для дальнейшего развития заложенных в «Диалоге» идей, чтобы они стали началом классической системы мира, в которой не осталось бы места церковным догмам. Церкви же этот процесс нанёс непоправимый ущерб.

Галилей не сдался, хотя в последние годы жизни ему пришлось работать в тяжелейших условиях. На своей вилле в Арчетри он находился под домашним арестом (под постоянным надзором инквизиции). Вот что он пишет, например, своему другу в Париж: «В Арчетри я живу под строжайшим запретом не выезжать в город и не принимать ни много друзей одновременно, ни с теми, кого я принимаю, не общаться иначе как крайне сдержанно… И мнится мне, что… теперешняя моя тюрьма заменена будет лишь на ту долгую и тесную, которая всех нас ожидает».

Два года Галилей в заточении пишет «Беседы и математические доказательства…», где, в частности, излагает основы динамики. Когда книга закончена, весь католический мир (Италия, Франция, Германия, Австрия) отказывается её печатать.

В мае 1636 года учёный ведёт переговоры об издании своего труда в Голландии, а затем тайно переправляет туда рукопись. «Беседы» выходят в свет в Лейдене в июле 1638 года, а в Арчетри книга попадает почти через год – в июне 1639 года. К тому времени ослепший Галилей (сказались годы упорной работы, возраст и то, что учёный часто смотрел на Солнце без хороших светофильтров) мог лишь ощупать своё детище руками.

Галилей умер 8 января 1642 года.

Только в ноябре 1979 года папа римский Иоанн-Павел II официально признал, что инквизиция в 1633 году совершила ошибку, силой вынудив отречься учёного от теории Коперника.

Это был первый и единственный в истории католической церкви случай публичного признания несправедливости осуждения еретика, совершённый спустя 337 лет после его смерти.