Текст книги "Удивительные открытия"
Автор книги: Сергей Нечаев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]
...
«В путешествии приняли участие отобранные Монжем и Бертолле 21 математик, 3 астронома, 17 инженеров-строителей, 13 натуралистов и горных инженеров, столько же географов, 3 химика, специалисты по пороху и селитре, 4 архитектора, 8 рисовальщиков, 10 механиков, 1 скульптор, 15 переводчиков, 10 литераторов, 22 наборщика».
...
Список имен ученых, поехавших с Наполеоном в Египет, впечатляет. Во главе его стояли Монж и Бертолле. Под их началом находились математики Жан-Батист-Жозеф Фурье (1768–1830) и Луи Костаз (1767–1842), химики Ипполит Колле-Декотиль (1773–1815) и Жак-Пьер Шампи (1744–1816), натуралист Этьен-Жоффруа Сент-Илер (1772–1844), астрономы Николя-Антуан Нуэ (1740–1811) и Пьер-Жозеф де Бошан (1752–1801), геолог Деода де Доломьё (1750–1801), художники Доминик Виван-Денон (1747–1825), Анри-Жозеф Редуте (1766–1852) и Андре Дютертр (1753–1842).
А многие светила французской науки, кстати сказать, отказались. В число «отказников» вошли, например, инженер-математик Гаспар де Прони (1755–1839), химик Антуан-Франсуа Фуркруа (1755–1809), естествоиспытатели Жорж-Леопольд Кювье (1769–1832) и Фредерик Кювье (1773–1838).
Разумеется, у каждого на то были свои резоны. «Мой расчет, – объяснял свой отказ Жорж-Леопольд Кювье, – таков: я сейчас нахожусь в центре наук, среди самых замечательных коллекций и уверен, что здесь, в Париже, сделаю куда более важные открытия, чем участвуя даже в самом плодотворном путешествии».
Уже в Каире Монж стал одним из основателей Института Египта.
Институт Египта – это было очень важное научно-исследовательское заведение, состоявшее из четырех отделений: математики, физики, политической экономии, литературы и искусств. Вице-президентом Института стал сам Наполеон, а президентом – Монж. Открытие этой «академии» было весьма торжественным, и при этом Наполеон заявил, что «торжество над невежеством есть величайшее из торжеств, а успехи его оружия – суть успехи просвещения».
В Египте Монж фактически стал правой рукой Наполеона. Много времени они проводили в научных дискуссиях, вместе ездили в Суэц, чтобы увидеть следы древнего канала, некогда соединявшего Нил с Красным морем.
Генерал Бонапарт и Сфинкс
В Египте, помимо всего прочего, Монж дал объяснение эффекту миражей, и это стало важной вехой в истории науки. До этого египтяне верили, что мираж – это призрак некоей несуществующей больше страны. Вот как описывал мираж Гаспар Монж:
...
«Когда поверхность земли сильно накалена солнцем и только-только начинает остывать перед началом сумерек, знакомая местность больше не простирается до горизонта, как днем, а переходит, как кажется, в одном лье в одно сплошное наводнение. Деревни, расположенные дальше, выглядят, словно острова среди погибшего озера. Под каждой деревней ее опрокинутое изображение, только оно не резкое, мелких деталей не видно, как отражение в воде, колеблемое ветром. Если станешь приближаться к деревне, которая кажется окруженной наводнением, берег мнимой воды все удаляется».
Он объяснил это удивительное явление, опираясь на законы преломления и отражения света. Тем зеркалом, в котором французские ученые и солдаты видели отражение холмов и деревень, по мнению Монжа, был расположенный у самой земли и наиболее сильно прогретый слой воздуха. Температура воздуха резко падает по мере удаления от земли. У самой ее поверхности воздух преломляет свет слабее, чем на высоте. Люди всегда думали, что свет распространяется прямолинейно. Однако, как оказалось, это случается не всегда, а только там, где показатель преломления среды постоянен во всех направлениях. Египетские же «чудеса» происходят потому, что в оптически неоднородной атмосфере лучи света искривляются.
Наполеоновские ученые в Египте
После возвращения из Египта Монж в 1799 году смог наконец опубликовать свой фундаментальный труд «Начертательная геометрия», в котором он, объединив разрозненные данные о способах изображения пространственных фигур, свел их в стройную научную систему. Главное в этой системе заключалось в идее проецирования пространственных фигур на две взаимно перпендикулярные плоскости, что дало возможность выполнять на плоской поверхности листа чертежной бумаги решение всевозможных конструктивных задач с использованием обычных циркуля и линейки. Для Монжа начертательная геометрия была волшебной наукой. Вот характеристика, которую он дал ей:
...
«Эта наука имеет две главные цели. Первая – дать методы для изображения на листе чертежа, имеющего только два измерения, а именно длину и ширину, любых тел природы, имеющих три измерения – длину, ширину и высоту, при условии, однако, что эти тела могут быть точно заданы. С этой точки зрения это – язык, необходимый инженеру, создающему какой-либо предмет, а также всем тем, кто должен руководить его осуществлением, и, наконец, мастерам, которые должны сами изготавливать различные части. Вторая цель начертательной геометрии – дать способ на основании точного изображения определять формы тел и выводить все закономерности, вытекающие из их формы и их взаимного расположения. В этом смысле она – средство искать истину; она дает бесконечные примеры перехода от известного к неизвестному. Она пригодна не только для того, чтобы развивать интеллектуальные способности великого народа, тем самым способствуя усовершенствованию рода человеческого, но она необходима для всех рабочих, цель которых – придавать телам определенные формы; и именно главным образом потому, что методы этого искусства до сих пор были мало распространены или даже совсем не пользовались вниманием, развитие промышленности шло так медленно».
Влюбленный в свое детище, Монж писал:
...
«Очарование, сопровождающее науку, может победить свойственное людям отвращение к напряжению ума и заставить их находить удовольствие в упражнении своего разума, что большинству людей представляется утомительным и скучным занятием».
В первом разделе «Начертательной геометрии» Монжа излагался метод проекций. Ученый исследовал возможные способы определения положения точки в пространстве и сделал вывод о том, что определять его следует не относительно трех плоскостей (таким приемом пользовались в аналитической геометрии), а при помощи лишь двух взаимно перпендикулярных плоскостей (горизонтальной и вертикальной).
Монж ввел понятие эпюр (от франц. ёриге – «чертеж, проект»), под которым следует понимать общую теорию построения ортогональных (расположенных под прямым углом) проекций трехмерного типа на плоском листе. В результате появилась возможность изображения любой детали в трех проекциях на одном чертеже, и метод Монжа стал основным методом составления технических чертежей.
Следует отметить, что в начертательной геометрии Монжа впервые появилась ось проекций, которая до него не была известна. Для того чтобы весь чертеж располагался на одном плоском листе бумаги, Монж разворачивал две плоскости посредством их вращения вокруг их линии пересечения, совмещая их в одну плоскость. Однако сам термин «ось проекции» у Монжа не встречается (он называл эту ось линией пересечения плоскостей проекций ).
Второй раздел «Начертательной геометрии» был посвящен изучению построения касательных плоскостей и нормалей к криволинейным поверхностям. Монж определял касательную плоскость как плоскость, проведенную через две касательные к образующим в точке их пересечения. Нормалью к поверхности он называл прямую, проведенную через точку касания перпендикулярно касательной плоскости.
В третьем разделе «Начертательной геометрии» Монж исследовал вопросы пересечения кривых поверхностей, сыгравшие важную роль для развития теории машин и механизмов. Он замечал, что множество точек, общих для обеих поверхностей, представляет линию двоякой кривизны; в частности, она может выродиться в прямую или лежать в одной плоскости. Монж указывал при этом, что методы начертательной геометрии можно сопоставить с алгебраическими операциями. Он писал:
...
«Для наиболее эффективного изучения математики ученик должен как можно раньше привыкнуть чувствовать соответствие между операциями анализа и геометрии; с одной стороны, он должен уметь записывать аксиоматически все те движения в пространстве, которые он может себе представить, с другой – представлять себе постоянно в пространстве движущуюся картину, записью которой является каждая из аналитических операций».
В четвертом разделе «Начертательной геометрии» были помещены прикладные задачи, в том числе: нахождение центра и радиуса сферы, проходящей через четыре произвольно заданные точки пространства; вписание шара в данную треугольную пирамиду; построение проекции точки по заданным ее расстояниям до трех фиксированных точек и т. д.
Французский математик Мишель Шаль (1793–1880), рассматривая прикладную сторону «Начертательной геометрии» Монжа, в 1846 году заявил:
...
«Понятно, что начертательная геометрия должна была бы существовать во все времена. В самом деле, мастера каменного дела и плотники всегда определяли и набрасывали рисунки на плоскости (…) Было даже несколько руководств, и хороших (…) Тем не менее приурочить практические вопросы к необходимому числу отвлеченных и элементарных действий никому не приходило в голову, а в особенности собрать их все в одно руководство (…) с тем, чтобы придать им характер учения (…) Это задумал и выполнил с редким талантом Монж».
В пятом разделе «Начертательной геометрии» рассматривались некоторые теоретические вопросы кривизны пространственных кривых и поверхностей. Монж указывал возможные их применения в технике.
Еще одним важным разделом главного труда Монжа является принципиально новая «Теория перспективы». Позднее на ее основе французский математик Жан-Виктор Понселе (1788–1867) построит свою проективную геометрию.
О перспективе Монж писал следующее:
...
«Искусство перспективы заключается в изображении на картине, форма и положение которой известны, предметов, также заданных по форме и положению, такими, как они кажутся глазу с определенной точки зрения».
Главная заслуга Гаспара Монжа состоит в том, что он познакомил людей с геометрией трех измерений и научил переходить от нее к плоской геометрии, и наоборот.
Академик Доминик-Франсуа Араго (1786–1853) характеризует открытие Монжа следующим образом:
...
«Монж имел счастье открыть существенные свойства пространства, ограниченного поверхностями, способными для строгого определения. Архимед желал, чтобы на его гробнице была изображена сфера, вписанная в цилиндр. Монж имеет также полное право требовать, чтобы на его памятнике были начертаны прекрасные и общие свойства кривых линий.
Монж был основателем первой школы в мире, которой завидуют все государства и которая принесла неисчислимые услуги чистым и прикладным наукам».
...
А еще Монж был прекрасным лектором. Свои лекции по начертательной геометрии он всегда читал с большим подъемом, позволяя себе «лирические отступления», в которых содержалось много нового и интересного. Его речь буквально гипнотизировала слушателей. Ученики обожали своего профессора и после лекций провожали его до дома.
При этом Монж требовал от своих учеников не пассивного изучения предмета, а активности в решении задач, выходящих за пределы учебного курса. Многие его ученики стали крупными учеными. Ими, в частности, были член Директории и военный министр Лазар Карно (1753–1823), академики Огюстен-Луи Коши (1789–1857) и Франсуа Дюпен (1784–1873), генерал-лейтенант русской службы и главный директор путей сообщения России Августин де Бетанкур (1758–1824) и многие другие.
Когда Наполеон в 1799 году совершил переворот и захватил власть в стране, Монж последовал за новоявленным диктатором. После провозглашения Империи знаменитый ученый был сделан сенатором (в 1806 году он даже председательствовал в сенате), кавалером ордена Почетного легиона и графом де Пелюз (графский титул он получил в 1808 году по имени города в дельте Нила). Ему были дарованы поместья и многочисленные знаки отличий.
Гаспар Монж
И все же, хотя Монж и обожал Наполеона, это не мешало ему стоять за правду. Когда Наполеон превратил республику в империю, некоторые воспитанники Политехнической школы отказались приносить ему присягу. Возмущенный император захотел сурово наказать зачинщиков этого неповиновения, но Монж смело выступил на их защиту: «Государь, мы долго старались сделать их республиканцами, дайте им, по крайней мере, время превратиться в сторонников империи. Вы поворачиваете слишком круто!» Монж оказался одним из немногих, кто не оставил своего императора после разгрома при Ватерлоо. Ежедневно он являлся в опустевший Мальмезонский дворец к своему кумиру – ведь их связывала почти двадцатилетняя дружба.
После возвращения во Францию Бурбонов бонапартист Монж был лишен всех званий, титулов и наград. Его изгнали из Политехнической школы и Академии наук, он вынужден был скрываться от властей.
Его место в Академии кто-то должен был занять. Найдется ли во Франции математик, настолько лишенный представлений о приличии, чтобы занять место этого крупнейшего ученого, создателя Политехнической школы, воспитавшей десятки ученых с мировым именем?..
И такой человек нашелся. Им стал ученик Монжа Огюстен-Луи Коши, написавший за свою жизнь свыше 800 работ по математическому анализу, теории интегральных вычетов, теории чисел и т. д. В 1816 году он проявил себя ярым монархистом. После этого по очищенному от сторонников Наполеона Парижу пошел шепот тех, кто в глубине души сочувствовал Монжу: «Его место беззастенчиво занял Коши – великий ученый, не наделенный, однако, совестью».
Гаспар Монж умер 28 июля 1818 года. Он ушел из жизни в полной нищете и забвении, его немногочисленным друзьям даже было запрещено участвовать в его похоронах. Один лишь Бертолле, его верный друг, осмелился произнести речь в его память.
Лишь в 1820 году выпускникам Политехнической школы удалось добиться почетного захоронения Монжа на престижном парижском кладбище Пер-Лашез. А в декабре 1989 года его останки были перенесены в Пантеон, где покоятся самые знаменитые люди Франции.
Электродинамика Ампера
Имя Андре-Мари Ампера (1775–1836) широко известно во всем мире, и сейчас его ежедневно произносят тысячи людей. Достаточно взглянуть на любой домашний электроприбор, и там можно обнаружить его электротехнические характеристики, например: «-220V 50Hz 3,2А». Это значит, что прибор рассчитан на питание от стандартной электросети переменного тока напряжением 220 вольт с частотой 50 герц, а сила потребляемого прибором тока составляет 3,2 ампера.
Андре-Мари Ампер
Эта единица силы тока названа в честь великого французского ученого. Парадокс состоит в том, что имя Ампера давно стало достоянием человечества, но мало кто знает о его жизни.
Андре-Мари Ампер родился в Лионе в семье богатого торговца шелками. Его мать, Жанна Сарсе, тоже была дочерью одного из крупных лионских торговцев. Детство Андре-Мари прошло в небольшом поместье Полемье, купленном отцом в окрестностях родного города. Он никогда не ходил в школу, но чтению и арифметике выучился очень быстро. Его отец, Жан-Жак Ампер, принадлежавший к либеральным кругам буржуазии, свято веривший в прогресс разума, был одним из образованнейших людей своего времени. Он составил богатейшую библиотеку из сочинений известных философов, писателей и ученых, включая труды греческих и римских классиков.
Еще в детстве Андре-Мари Ампер поражал всех своими выдающимися способностями и поистине энциклопедическими знаниями. В истории науки, пожалуй, нет другого такого примера, чтобы 13-летний мальчик направил в Академию наук свои научные работы. Удивительно, но Андре-Мари сделал это: он послал в Лондон несколько своих трудов по математике, в том числе в одном из них он высказал серьезные замечания по поводу работ всемирно известного математика Леонарда Эйлера (1707–1783). Еще более удивительно то, что этот мальчик никогда не учился в школе, и главным источником его знаний была библиотека отца.
Несмотря на занятость, Жан-Жак Ампер всегда находил время, чтобы лично заниматься воспитанием сына. С трехлетнего возраста Андре-Мари уже с огромным интересом слушал, как отец пересказывал ему отрывки из «Естественной истории» Плиния, узнавая об окружающем его мире, о жизни животных и птиц. Проводя много времени в библиотеке отца, читать мальчик научился сам.
У ребенка очень рано обнаружились математические способности. Сотрудник лионского лицея, друг отца, пораженный ранним развитием мальчика, помог ему понять основы высшей математики, и Андре-Мари увлекся исчислением бесконечно малых величин. Не бросая математики, Ампер с увлечением занимался ботаникой, литературой и историей. Чтобы было удобнее читать «умные» книги, он самостоятельно выучил латынь и греческий.
Вскоре юный Ампер серьезно начал изучать физику. Но самое главное заключалось в том, что он стремился разобраться и глубоко понять прочитанное. А читал он все подряд. Например, уже в 14 лет он прочитал все 28 томов «Энциклопедии» Дидро и д’Аламбера, в восемнадцать лет – «Небесную механику» Лапласа. А еще у него хватало времени на «аналитическую» механику Лагранжа, на писание стихов и даже поэм, на придумывание международного языка…
Разносторонняя творческая жизнь Ампера-младшего была нарушена страшной трагедией. В июле 1789 года грянула Великая французская революция, началась открытая борьба между умеренными сторонниками реформ и экстремистски настроенными якобинцами. Отца Ампера революция застала на посту лионского судьи. По ложному доносу он был брошен в тюрьму и в 1793 году казнен на гильотине. Узнав об этом, Андре-Мари был так потрясен, что потерял сознание.
Долгое время 18-летний юноша был в состоянии душевного смятения: он забросил занятия, стал замкнутым, целыми сутками не выходил из дома. Вылечили его время и природа. Только уходя далеко в лес, он постепенно начал обретать душевное равновесие.
С 1796 года Андре-Мари Ампер стал давать в Лионе частные уроки по химии, математике, физике и латинскому языку, что позволило ему приобрести педагогический опыт и несколько укрепило материальное положение семьи.
В 1799 году он женился, а еще через год у него родился сын, которого в честь трагически погибшего деда назвали Жан-Жаком.
В 1801 году Ампер получил место преподавателя физики и химии в Центральной школе городка Бурк-ан-Бреса (в 60 километрах от Лиона). Потом, по предложению энциклопедиста Жана д’Аламбера, он был назначен преподавателем математики и астрономии в только что открывшемся Лионском лицее.
Но судьбе было угодно нанести еще один страшный удар этому талантливому человеку. В июле 1803 года от «грудной болезни» скончалась его любимая жена, оставив трехлетнего Жан-Жака на руках Ампера и его сестры, которая была вынуждена отказаться из-за этого от своей личной жизни.
После этого Ампер твердо решил уехать из Лиона, где все напоминало о печальных событиях, произошедших в его жизни. Он воспользовался предложением все того же д’Аламбера и переехал в Париж, где с 1804 года был назначен репетитором в Политехнической школе – самой престижной из технических школ Франции, среди первых преподавателей которой были такие крупнейшие ученые, как Жозеф-Луи Лагранж, Клод-Луи Бертолле и др.
А тем временем во Франции была провозглашена Империя, и Наполеон был коронован в соборе Парижской Богоматери. Еще будучи первым консулом, Наполеон – покровитель наук и ремесел – специальным декретом создал Ассоциацию содействия промышленности (SPI), которая ежегодно проводила поощрение научно-практических исследований, в том числе и в области электричества.
В 1801 году в Париж приехал итальянский ученый Алессандро Вольта (1745–1827), и он продемонстрировал Наполеону действие своего «Вольтова столба» – первого в мире гальванического элемента. На глазах удивленной публики Вольта показывал опыты по «оживлению» отрезанных членов лягушек, ящериц и угрей с помощью малых количеств электричества. Наполеон был настолько поражен увиденным, что щедро наградил «волшебника», и в честь него была выбита памятная медаль.
Потом Наполеон еще два раза посетил выступления Вольта, и каждый раз выступал с речью, из которой следовало, что он считает приезд итальянца важной вехой в истории французской науки. А примерно через полгода Наполеон направил министру внутренних предложение учредить премию в 6000 франков за лучшие работы в области электричества.
Занятый преподавательской деятельностью, Ампер, к сожалению, не принял участия в конкурсе, объявленном Наполеоном. Специальной премии удостоился англичанин Гемфри Дэви (1778–1829), также много работавший с Вольтовым столбом.
После падения Наполеона премия была упразднена. Многие специалисты полагают, что, если бы премия продолжала существовать, она, несомненно, досталась бы Амперу за открытие, которое он сделал несколькими годами позднее.Надо сказать, что годы юности Ампера – это было время великих открытий в области электричества. Так, первая статья Алессандро Вольта о гальваническом электричестве появилась, когда Амперу исполнилось двадцать пять. А чего, например, стоили эксперименты Бенджамина Франклина, одного из авторов Конституции США и известного ученого! Американец провел их, когда Амперу было всего шестнадцать лет. В них Франклин продемонстрировал «электрическое колесо», вращавшееся под действием электростатических сил, ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний «+» и «—», привел доказательство электрической природы молнии, впервые применил электрическую искру для взрыва пороха и т. д.
Естественно, подобные события не могли оставить увлекающегося Ампера безучастным, и он то и дело стал возвращаться к электричеству.
К 27 годам Ампером уже в самом общем виде были сформулированы те идеи, благодаря которым он через несколько лет приобретет всеобщую известность. Впрочем, некоторые биографы придерживаются сомнительного, но весьма эффектного мнения о том, что вся электродинамика Ампера была придумана им в течение двух недель, последовавших за демонстрацией в Париже опытов датского физика Ганса-Кристиана Эрстеда (1777–1851). Однако на самом деле такое вряд ли могло быть возможно, ведь вопросы связи электричества и магнетизма занимали Ампера еще за 20 лет до того дня, когда его посетило озарение, и все эти годы он думал о них, может быть, не непрерывно, но достаточно настойчиво.
Из найденных исследователями деятельности Ампера документов следует, что однажды, а именно 24 декабря 1801 года, он присутствовал на докладе знаменитого Алессандро Вольта в Лионской академии наук. Более того, он не просто присутствовал, но и отважился прочитать собственный доклад, и это были наброски системы, которая должна была бы объединить самые разрозненные отрасли физической науки в одно стройное знание. Таким образом, уже в этом докладе Ампер интуитивно увидел какие-то общие корни, связывающие или, точнее, питающие и электричество, и магнетизм.
Однако серьезнее заняться электричеством в те годы Амперу не довелось. У него просто не хватало на это времени. К тому же тогда молодой ученый серьезно увлекся математикой, которую он рассматривал как мощный аппарат для решения всевозможных прикладных задач. В частности, он выполнил некоторые работы, связанные с теорией вероятностей, и одна из них называлась «Соображения о математической теории игры».
Отметим, что именно благодаря математическим успехам Ампер начал довольно быстро двигаться по лестнице научной славы (кстати сказать, его кандидатура в Академию будет выдвинута именно по математическому отделению).
А в 1805 году Ампер получил место репетитора в Политехнической школе в Париже.
