Текст книги "Русские инженеры"

Автор книги: Лев Гумилевский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 32 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]

2. Русская школа механиков

Наука и техника строятся из фактов и опыта, как дом из кирпичей. Но не организуемое творческой мыслью простое собрание фактов, опытов, наблюдений так же мало заслуживает названия науки и инженерии, как куча камней – названия дома.

«В человеческой жизни мало таких радостных моментов, которые могут сравниться с внезапным зарождением обобщения, освещающего ум после долгих и терпеливых изысканий, – говорил П. А. Крапоткин, замечательный русский ученый и революционер, создатель теории ледникового периода. – То, что в течение целого ряда лет казалось хаотическим, противоречивым и загадочным, сразу принимает определенную гармоническую форму. Из дикого смешения фактов, из-за тумана догадок, опровергаемых, едва лишь они успеют зародиться, возникает величественная картина, подобно альпийской цепи, выступающей во всем своем великолепии из-за скрывающих ее облаков и сверкающей на солнце во всей простоте и многообразии, во всем величии и красоте. А когда обобщение, подвергаясь проверке, применяется ко множеству отдельных фактов, казавшихся до того безнадежно противоречивыми, каждый из них сразу занимает свое положение и только усиливает впечатление, производимое общей картиной. Одни факты оттеняют некоторые характерные черты, другие раскрывают неожиданные подробности, полные глубокого значения. Обобщение крепнет и расширяется, а дальше сквозь туманную дымку, окутывавшую горизонт, глаз открывает очертания новых и еще более широких обобщений. Кто испытал хоть раз в жизни восторг научного творчества, тот никогда не забудет этого блаженного мгновения. Он будет жаждать повторения. Ему досадно будет, что подобное счастье выпадает на долю немногих, тогда как оно всем могло бы быть доступно в той или другой мере, если бы знание и досуг были достоянием всех»[11].

Характеристика научного обобщения – этого высшего проявления творческой способности человека – выражена Крапоткиным с большим чувством и блеском. И не случайно, конечно, она сделана именно русским ученым, и не только ученым, но и революционером.

Другой русский ученый, К. А. Тимирязев, утверждал:

«Едва ли можно сомневаться в том, что русская научная мысль движется наиболее успешно и естественно не в направлении метафизического умозрения, а в направлении, указанном Ньютоном, в направлении точного знания и его приложения в жизни. Лобачевские, Зинины, Ценковские, Бутлеровы, Пироговы, Боткины, Менделеевы, Сеченовы, Столетовы, Ковалевские, Мечниковы – вот те русские люди, повторяю, после художников слова, которые в области мысли стяжали русскому имени прочную славу и за пределами отечества».

«Не в накоплении бесчисленных цифр метеорологических дневников, – говорил он далее, – а в раскрытии основных законов математического мышления, не в изучении местных фаун и флор, а в раскрытии основных законов истории развития организмов, не в описании ископаемых богатств своей страны, а в раскрытии основных законов химических явлений, – вот в чем главным образом русская наука заявила свою равноправность, а порою и превосходство!»[12].

Если к именам, перечисленным Тимирязевым, прибавить имя самого Тимирязева, прибавить имена таких ученых, как Крапоткин, Ляпунов, Чебышев, Лебедев, Жуковский, Чаплыгин, Павлов, Циолковский, Мичурин, таких инженеров, как Журавский, Крылов, Вышнеградский, Попов, Чернов, Петров, и многих других позднейших деятелей русской науки и техники, если напомнить о Ломоносове, личность которого Тимирязев называет «как бы пророческой», то станет очевидно, насколько правильна характеристика русской науки, данная Тимирязевым.

Для того чтобы уяснить себе значение, которое имела столь славно охарактеризованная К. А. Тимирязевым отечественная наука для развития русской инженерной мысли, в первую очередь необходимо обратиться к замечательной плеяде наших выдающихся ученых механиков.

В первой трети XIX века, в связи с запросами промышленности и развитием машиностроения, особое значение приобретала прикладная механика. В широком смысле слова прикладная механика есть наука о приложениях механики к инженерному делу; по мере своего развития она, в свою очередь, распалась на ряд отдельных дисциплин. К таким дисциплинам относятся, скажем, теория механизмов, теория машин, теория сооружений и т. д.

В развитии прикладной механики как самостоятельной науки огромного значения русские ученые играли виднейшую роль. Их воспитали университеты Москвы, Казани, Харькова. Первым из них был Остроградский; ему суждено было представлять русскую математическую науку в эпоху расцвета математических знаний и работать рука об руку с величайшими математиками, не только не отставая, но иногда и опережая их в разрешении целого ряда важнейших вопросов естествознания.

Сын зажиточного украинского помещика, Михаил Васильевич Остроградский родился в 1801 году, в имении «Пашенная» Полтавской губернии; здесь он вырос и вначале собирался сделать военную карьеру. Но в Полтавской гимназии он обнаружил такие математические способности, что его решили подготовить для поступления в Харьковский университет, который он и окончил в 1820 году по физико-математическому факультету. Для дальнейшего совершенствования в математике молодой ученый отправился в Париж, где быстро убедился в том, что русской математической науке нечего заимствовать у Европы. Скоро Михаил Васильевич стал не учеником выдающихся французских ученых, а товарищем их по работе.

^{Михаил Васильевич Остроградский}

^{(1801–1862)}

Уже первые работы молодого русского математика создали ему высокий авторитет в Париже, который был тогда одним из главных центров математических наук. Авторитет этот был настолько велик, что через два года пребывания во Франции Остроградскому было предложено чтение лекций по математике в Коллегиуме Генриха IV. Заявив о себе в науке, Михаил Васильевич возвратился на родину, занял кафедру прикладной математики в Академии наук и стал, по выражению Н. Е. Жуковского, «звеном, соединявшим тогдашний центр математического знания с нашим отечеством. Своими глубокими научными исследованиями он пополнял и расширял идеи французских геометров, а своими прекрасными лекциями он насадил эти идеи среди русских молодых ученых».

Расцвет ученой деятельности Остроградского проходил в Петербурге, но непосредственное влияние его простиралось далеко за пределы русской столицы. Он находился в постоянном дружеском и научном общении с Николаем Дмитриевичем Брашманом, профессором Московского университета, главная заслуга которого состоит в распространении у нас математических знаний, в особенности механики. Остроградский не только состоял преподавателем во многих училищах, но и был главным наблюдателем преподавания математических наук в военно-учебных заведениях.

По своей должности наблюдателя Остроградскому приходилось присутствовать на экзаменах во многих учебных заведениях. Эти посещения создали Михаилу Васильевичу незаслуженную славу грозного и своенравного педагога, чему способствовали чисто внешние обстоятельства.

Остроградский был человек большого роста, говорил громко – особенно когда сердился. Богатырская фигура его казалась еще более, грозной оттого, что у него не было одного глаза. Он с трудом помещался на стуле, и для него на экзаменах ставили два стула рядом. При плохих ответах учеников и студентов Михаил Васильевич не стеснялся делать выговоры и ученикам и преподавателям. Голос его в экзаменационном зале гремел устрашающе, и, хотя он добродушно исправлял потом неудачному ученику дурной балл, каждый его приезд приводил в трепет и учеников и преподавателей.

Способных учеников он очень любил и называл лучших «Архимедами» и «Ньютонами». Не успевавшим в математике прямо говорил:

– Вам бы впору не высшую математику изучать, а пику в руках держать…

Лекции он читал, увлекаясь предметом и увлекая слушателей. Его живая мысль при этом, правда, нередко опережала его руку, и случалось, что он уже не писал на доске выводимые формулы, а просто читал их наизусть. В такие моменты губка у него фигурировала вместо носового платка, мел исчезал в карманах сюртука.

Большая часть работ Остроградского относится к его любимому предмету – аналитической механике. Он разработал в этой области много вопросов: по теории притяжения, по колебанию упругого тела, по гидростатике и гидродинамике, по общей теории удара.

Во всех этих работах главное внимание сосредоточивалось не на частностях, а на разработке общих теорий, которыми впоследствии широко воспользовалась русская инженерная наука при разрешении частных, практических задач. Так, знаменитая «Теорема Остроградского – Гаусса» имеет общематематический характер, но приложения ее к самым различным областям науки и техники неисчислимы.

«Развитие аналитической механики, – говорит Н. Е. Жуковский, – в недавно истекшем столетии имело, на мой взгляд, три фазы: широкое обобщение вопросов и их аналитическое исследование, разрешение частных задач механики и их геометрическое толкование, расширение методов исследования и их критика. Михаил Васильевич явился деятелем в первой фазе развития аналитической механики. Им сделано в этой области немало самостоятельного и ценного. Россия может гордиться именем Остроградского»[13].

В летние месяцы Остроградский прерывал напряженную ученую и учебную деятельность, уезжал на свою родину. Он любил безмолвно глядеть на широкие просторы украинских степей. Но при этом физическом бездействии в ясном уме ученого зарождались новые широкие идеи; когда они принимали определенные очертания, он немедленно садился за работу и не успокаивался, прежде чем в его руках не оказывался начисто переписанный мемуар.

К концу деятельной жизни Остроградского (он умер в 1862 году) слава его гремела далеко за пределами России. Но и на вершине славы Михаил Васильевич держал себя просто и больше всего не любил говорить о своих заслугах. Прирожденная застенчивость и скромность Остроградского особенно бросались в глаза благодаря его богатырской внешности, громкому голосу и суровому лицу. Когда речь заходила о его заслугах, Остроградский терялся и смущенно старался как-нибудь замять разговор.

А между тем не было ни одной области из всех вопросов, стоявших в центре внимания геометров того времени, которой бы не охватывали работы русского ученого; нельзя назвать ни одного русского механика, который бы прямо или косвенно не испытал на себе влияния Остроградского.

Родоначальник русской геометрии, Остроградский через Николая Дмитриевича Брашмана оказал сильное влияние и на «московскую школу», где под руководством Брашмана начинал свою ученую деятельность Пафнутий Львович Чебышев.

Чебышев пришел в науку, так же как Остроградский, из глубины России, он родился в 1821 году, в имении своей матери «Окатове», в Калужской губернии. Первоначальное образование мальчик получил дома, а затем все семейство Чебышевых перебралось в Москву, где Пафнутий Львович и его братья стали готовиться к поступлению в Московский университет.

Шестнадцати лет Чебышев был уже студентом физико-математического факультета, а семнадцати – получил серебряную медаль за сочинение «Вычисление корней уравнений». Профессор Брашман сам стал руководить занятиями Чебышева, предвидя в нем будущего ученого, и Пафнутий Львович поддерживал дружеские отношения со своим учителем до конца жизни последнего.

Основатель самой значительной математической школы в России, Пафнутий Львович Чебышев сделал ряд замечательных открытий в области чистой математики; сюда относятся его работы по теории чисел и теории вероятностей.

Но для нас в первую очередь имеют интерес его работы в области прикладной механики.

История развития механики в нашей стране еще не написана, но, вероятно, на первых ее страницах должен быть помещен портрет Григория Григорьевича Скорнякова-Писарева – и не только потому, что его сочинение было первой книгой по механике, напечатанной на русском языке.

^{Пафнутий Львович Чебышев}

^{(1821–1894).}

Он первый взглянул на механику, как на теоретическую основу инженерного дела, и в этом смысле был прямым предшественником основоположника русской науки о механизмах – Пафнутия Львовича Чебышева.

Великий математик, член семи академий и бесчисленного множества научных обществ и университетов, Чебышев был типичным носителем русской научной мысли со всеми ее национальными чертами. Он был первым математиком, сознательно ставившим и решавшим математические проблемы, исходя из вопросов практики, и в свое время удивил ученый мир исследованием «О кройке одежды», доложенным им в 1878 году на математическом конгрессе. Он предъявил конгрессу в дополнение к своему исследованию пять небольших выкроек из картона. С улыбкой продемонстрировал он членам конгресса мяч, сплошь покрытый несколькими кусками материи по его способу. Оболочка, плотно облегавшая шар, показала, насколько принятые на практике развертки шара сложнее сделанной докладчиком.

«Сближение теории с практикой, – писал Чебышев в своем исследовании „О черчении географических карт“, – дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает: сами науки развиваются под влиянием ее; она открывает им новые предметы для исследования или новые стороны в предметах, давно известных».

Огромный и постоянный интерес Пафнутия Львовича к вопросам практики удивлял всех его знакомых, друзей и учеников. Да и мы, не зная о природных наклонностях русского ума, не могли бы не удивиться, что ученый, работавший в таких отвлеченных областях, как теория чисел, в то же время писал «О зубчатых колесах», «Об одном механизме», «О центробежном уравнителе», «О черчении географических карт» и даже «О кройке одежды». А между тем все эти сочинения были лишь практическими приложениями математических теорий!

Друг многих выдающихся ученых, Пафнутий Львович навещал их и делал оригинальные доклады на математических конгрессах; но больше всего времени посвящал он фабрикам и заводам.

Получив свою первую заграничную командировку, молодой ученый прежде всего направился в Лилль для осмотра знаменитых в то время лилльских ветряных мельниц. Он, конечно, хорошо знал тогдашнюю теорию мельниц. Но в Лилле Чебышев пришел к заключению, что теорию эту надо построить на новых началах – не только для того, чтобы теоретически рассчитать работу данной мельницы, но, главное, и для того, чтобы указать наивыгоднейшую форму крыльев.

– Как располагать средствами своими для достижения по возможности большей выгоды – вот общая и важнейшая для всей практической деятельности человека мысль! – неустанно проповедовал Чебышев, не отступая ни на шаг от этого правила ни в науке, ни в жизни.

Целые дни проводил он в различных технических музеях, осматривая машины и модели, посещал железоделательные заводы, писчебумажные фабрики, льнопрядильни, литейные. Всюду его интересовали механизмы, служащие для передачи работы пара, от устройства которых «много зависят и экономия в топливе и прочность машины». Здесь Чебышев убедился, что за семьдесят пять лет, с тех пор как появилась паровая машина, инженерам не удалось добиться полного разрешения задачи превращения качательного и вращательного движения в прямолинейное. В знаменитом «параллелограмме Уатта» получалась все-таки не прямая, а более или менее отклоняющаяся от прямой кривая линия. Это отклонение давало вредные сопротивления и изнашивало машину.

Чебышев посмотрел на вопрос глазами чистого математика. Он поставил себе задачей не только создать такие механизмы, в которых криволинейное движение, неизбежное в данном случае, отклонялось бы от требуемого прямолинейного наименьшим образом, но, главное, определить наивыгоднейшие из всех возможных размеры частей машины. Эта чисто практическая задача – задача о построении с наименьшей затратой материала наиболее совершенной и простой машины – привела Чебышева к созданию теории функций, наименее уклоняющихся от нуля, – теории, доставившей ему всемирную славу.

Теоретическую и практическую ценность теории доказывают сохранившиеся в математическом кабинете Академии наук многочисленные приборы и механизмы.

Строились они под непосредственным наблюдением самого творца теории и за его собственный счет.

Каких только поистине удивительных механизмов тут нет! Здесь и самодвижущееся кресло, и «стопоходящая машина», воспроизводящая шаги животного, и всевозможные превращатели одних движений в другие, и гребной механизм, и разные регуляторы, и счетные машины. Некоторые из этих механизмов показывались на различных выставках Европы и Америки, где за них Пафнутию Львовичу присуждались золотые медали, дипломы, похвальные грамоты.

Русская инженерная наука заслуженно гордится замечательным «чебышевским шкафом» и десятками точных и совершенных механизмов, которые в нем собраны.

История науки о механизмах не знает ученого, равного по значению Чебышеву. Еще много лет ученые, инженеры, конструкторы будут изучать наследство Пафнутия Львовича, изумляясь поразительным формам движения, осуществляемым его механизмами. Чебышев шел так далеко впереди своего времени, что только теперь, когда инженерное искусство подошло вплотную к решению проблемы создания быстроходных автоматически действующих машин, может быть вполне оценена творческая деятельность Чебышева как механика.

Гениальный ученый, много сил отдавший разработке точных знаний, необходимых для практического приложения в жизни и отвечающих запросам практики, Чебышев не мог не стать главой научной школы русских математиков и механиков. Непреклонное стремление Чебышева объединить, соединить теорию и практику в большой мере способствовало созданию этой школы.

Пафнутий Львович был организатором науки и педагогом.

«Раз в неделю, в определенные часы, двери его были открыты для всякого, имеющего что-нибудь сообщить о собственных занятиях знаменитому ученому и получить от него указания, – говорят о Чебышеве его ученики, – и редко кто-нибудь уходил от него, не унося с собой новых мыслей и поощрения к дальнейшей работе. Одной из самых незабвенных заслуг Чебышева, как учителя русских математиков, было то, что он своими работами и указаниями в ученых беседах наводил своих учеников на плодотворные темы для собственных изысканий и обращал их внимание на такие вопросы, занятия которыми всегда приводили к более или менее ценным результатам»[14].

Он не только не боялся трудных задач, но неизменно стремился к преодолению самых больших трудностей. Чебышеву удалось подойти к решению труднейшего вопроса теории чисел – вопроса о распределении простых чисел в ряду всех натуральных чисел, занимавшем в течение двух тысяч лет математиков всего мира. Ученикам своим он ставил не менее трудные задачи. Александру Михайловичу Ляпунову Пафнутий Львович предложил задачу, на решение которой Ляпунов потратил семнадцать лет.

В этой работе Ляпунов показал себя «как величайший из русских, а может быть, и всемирных математиков своего времени, но надо помнить, что задача была поставлена Чебышевым», – говорит по этому поводу академик А. Н. Крылов.

Педагогические приемы Чебышева вели к той же цели. Он рассматривал своих слушателей как будущих ученых, а не как преподавателей женских и мужских гимназий.

«К чтению своих лекций Чебышев относился с педантичной строгостью, – рассказывают ученики Пафнутия Львовича, – лекций никогда почти не пропускал, никогда на них не опаздывал и ни одной лишней минуты после звонка не оставался в аудитории, хотя для этого приходилось прерывать лекцию иногда на полуслове. Недоконченный на какой-либо лекции вывод всегда начинал на следующей с самого начала, если только эта лекция не была немедленным продолжением предыдущей. Всякой сколько-нибудь сложной выкладке предпосылал разъяснение ее цели и хода в общих чертах, а затем производил вычисления на доске большей частью молча, предоставляя студентам следить за ним глазами, а не ухом.

Выкладки он делал довольно быстро и настолько подробно, что следить за ним было легко. Во время лекций Чебышев часто делал отступления от систематического изложения курса, сообщал свои взгляды и разговоры с другими математиками по затронутым на лекциях вопросам и выяснял сравнительное значение и взаимную связь с различными вопросами математики. Эти отступления очень оживляли изложение, давали отдых напряженному вниманию слушателей и возбуждали интерес к изучению предмета в более широких рамках»[15].

Еще студентом Чебышев пробовал себя как преподаватель; он взялся подготовить своих братьев и их приятелей к поступлению в университет. Но после нескольких уроков Чебышев отказался от этой затеи и предпочел сесть за ученую работу. Учителем он оказался нетерпеливым, сердился и кричал на своих учеников, досадуя столько же на них, сколько и на себя самого.

Но впоследствии «на экзаменах Чебышев был сдержан и безукоризненно корректен», замечают его ученики.

Организуя русскую научную школу, Чебышев «не придавал значения изучению текущей математической литературы и утверждал, что излишнее усердие в изучении чужих трудов должно неблагоприятно отражаться на самостоятельности собственных работ», но творения классиков математики он раскрывал перед слушателями с необычайной глубиной.

Это убеждение Чебышева оправдывается удивительной его самобытностью в постановке и решении различных задач теории механизмов – и это в ту эпоху, когда за границей существовали развитые школы, с лучшими представителями которых Пафнутий Львович был в постоянном научном и личном общении.

Пафнутий Львович Чебышев – типичный представитель русской научной и технической мысли. Тесная связь теории с задачами практики, особое внимание к обобщающим, основным теоретическим проблемам – вот что характерно для него и для всей русской инженерной науки.