Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"
Автор книги: Уолтер Гратцер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 31 (всего у книги 33 страниц)
Ученые дамы
Габриэль-Эмилия ле Тоннелье де Бретей, маркиза дю Шатле, родилась в 1706 году. Именно она первой познакомила французов с работами Исаака Ньютона, а перевод (с пояснениями) самой важной работы Ньютона, Ргіпсіріа (“Математические начала натуральной философии”) снискал ей репутацию серьезного ученого. В интеллектуальном мире Франции словно взорвалась бомба: уже скоро идея Ньютона, что планеты движутся под воздействием гравитационных сил, вытеснила теорию “элементарных вихрей” Декарта и радикально изменила направление математической мысли во Франции.
Мадам дю Шатле привела в восхищение Вольтера. Он полюбил ученую даму и обосновался в замке ее мужа, Шато де Сирей.
Мадам дю Шатле оказалась в центре всеобщего внимания в 1736 году, когда они с Вольтером вступили в борьбу за премию, учрежденную Академией наук. Прекрасная Эмилия написала “Диссертацию о природе и распространении пламени”. Для этого дю Шатле и Вольтер организовали в Сирее лабораторию, где взвешивали и сжигали самые разные материалы – в том числе металлы, дерево и овощи. Результаты были менее чем убедительны: одни предметы теряли вес, другие приобретали, и про “вес пламени” мало что можно было сказать. Впрочем, старания мадам дю Шатле жюри решило отметить особо: премия ей не досталась (ее разделили Леонард Эйлер и два менее достойных смертных), зато Академия в своем докладе похвально отозвалась о ее работе: “заявка под номером 6, – говорится там, – подана знатной дамой, маркизой дю Шатле”. Этого было достаточно, чтобы сделать ее публичной фигурой – и маркиза принялась покорять новые высоты. Говорили: “ Прочие читают романы, а она – Вергилия, Поупа и алгебру”. Способности маркизы к математике были исключительными. Вокруг с благоговейным трепетом шептались, что она умеет “перемножать в голове девятизначные числа”, и даже такой авторитетный ученый, как Ампер, называл ее гениальным геометром. Шато де Сирей сделался местом паломничества ведущих европейских ученых, а его завсегдатаев прозвали “эмильянцами”. Помимо перевода Principia и комментариев к нему, мадам дю Шатле опубликовала важную работу, озаглавленную “Основания физики”, – трактат, посвященный пространству, движению и энергии.
Само собой, ее не избрали в академики – Академия еще целый век будет оставаться мужским клубом, но это ничуть не умалило славы прекрасной маркизы. Восхищенные поклонники посвящали ей стихи, а Фридрих Великий, король Пруссии и покровитель Вольтера, называл ее Венерой-Ньютоном.
Жизнь прекрасной Эмилии закончилась трагически – в 42-летнем возрасте она забеременела, родила и умерла, как и сама опасалась, от родильной горячки. Еще при жизни (и особенно после смерти) она была объектом нападок известных держательниц салонов – мадам дю Деффан и мадам де Сталь, которые позволяли себе отпускать в ее адрес едкие и клеветнические замечания. Возмущенный Вольтер, который уже успел сочинить трогательную эпитафию своему другу (“Вселенная лишилась возвышенной Эмилии…”) ответил им “Посланием о клевете”.
Кроме мадам дю Шатле, в XVIII веке были и другие ученые дамы, достойные упоминания. Как математик Эмилия уступала в талантах своей современнице-итальянке Марии Гаэтане Агнези, родившейся в Милане в 1718 году. Вундеркинд, уже к девятилетнему возрасту она в совершенстве владела несколькими языками. Главным трудом ее жизни стал двухтомный трактат по математическому анализу La Insttuzione Analitiche (“Основания анализа”). Рассказывают, что часто, после раздумий над трудной задачей, по ночам она подымалась, шла как лунатик к столу, записывала решение и возвращалась в кровать, а утром уже не помнила ничего о случившемся. Свое почтение ей выражали лучшие ученые того времени, и Агнези была удостоена всевозможных почестей – в частности, приглашения от Папы Римского занять кафедру математики в Университете Болоньи, который считался лучшим в Италии (впрочем, Агнези не желала покидать Милан и ответила отказом). Ее работы так впечатлили членов Французской академии, что одному из ее руководителей было поручено написать ей послание, в котором признавались бы ее заслуги перед наукой. Кроме того, в письме том говорилось, что Агнези стоило бы избрать академиком, но, увы, женщин такой чести не удостаивают.
Ко всеобщему изумлению и разочарованию, в неполные 30 лет Мария Гаэтана Агнези прекратила занятия математикой и наукой вообще, полностью посвятив себя благотворительности. Агнези прожила долгую жизнь и умерла в своем родном городе Милане, когда ей было уже 81 год.
На протяжении многих веков математика, похоже, особенно притягивала интеллектуально одаренных женщин. Возможно, причина заключается в том, что для занятий этой наукой не требуется ничего, кроме карандаша и бумаги.
Первой женщиной-математиком, добившейся признания, была, вероятно, знаменитая Гипатия. Она родилась в Александрии примерно в 370 году н. э. и была убита там же в 415-м. Полагают, Гипатия еще в юности приобщилась к занятиям наукой, помогая в работе отцу, математику Теону Александрийскому. В своем родном городе она возглавляла философскую школу, и интеллектуалы из самых отдаленных мест приходили послушать ее высказывания о философии, математике и прочих науках. Один из ее учеников, Синезий, епископ Птолемаид-ский, писал ей письма (многие из них сохранились до наших дней), в которых просил совета по разным вопросам, например, как изготовить инструменты для научных опытов.
Веротерпимость Гипатии в конце концов ожесточила более набожных жителей Александрии, и ее растерзала толпа христиан. (Вслед за этим христиане отличились тем, что разрушили библиотеку в Серапеуме, где, вероятно, находилась большая часть рукописей Гипатии; ни одна из них не сохранилась.)
Краткое жизнеописание мадам дю Шатле имеется в книге: Esther Ehrman, Мте Du Chatelet: Scientist, Philosopher, and Feminist of the Enlightenment (Bear, Lemington Spa, 1986); подробности жизни мадам дю Шатле и Марии Гаэтаны Агнези следует искать в книге: Mozans H.J., Women in Science (Appleton, New York, 1913, существует репринт: МП Press, Cambridge, Mass., 1974). См. также статью: G.J. Tee, 'Pioneering women in mathematics', The Mathematical Intelligencer, 5,27,1983.
Золотой стандарт
О происхождении магнитного поля Земли ученые спорили еще в XVI веке.
Во время Второй мировой войны два выдающихся британских физика Эдвард Буллард и Патрик Блэкетт участвовали в разработке мер по предотвращению угроз, которые несли флоту союзников немецкие магнитные мины. В ходе этой работы они задумались о природе геомагнетизма. Когда война окончилась, оба вернулись в Кембридж и продолжили размышлять над этой проблемой.
Блэкетт был известнее и как теоретик, и как блестящий экспериментатор. В 1948 году он стал нобелевским лауреатом. Его биография весьма необычна: родившись в семье моряка, Блэкетт в 13 лет стал курсантом Военно-морских сил Великобритании и успел поучаствовать во многих сражениях Первой мировой войны. Потом его вместе с небольшой группой других молодых офицеров отправили на полгода в Кембридж: там Блэкетт проявил исключительные способности, особенно во всем, что касалось техники, – к примеру, разработал вспомогательное приспособление для корабельных орудий, которым стал пользовался весь британский флот. Как-то из любопытства Блэкетт решил посетить Кавендишскую лабораторию – просто посмотреть, что такое настоящая физическая лаборатория. Потрясенный увиденным, он ушел со службы и (уже вполне взрослым человеком) поступил в университет. Там он заинтересовался политикой. После войны симпатии к Советскому Союзу не позволили ему стать участником британского ядерного проекта, хотя он и принимал участие в Манхэттенском проекте Соединенных Штатов. В старости Блэкетт – к тому времени лорд Блэкетт Челси – заседал в палате лордов. Скончался выдающийся английский ученый в 1974 году.
Догадка Блэкетта, родившаяся в спорах с Буллардом, состояла в том, что геомагнетизм – следствие вращения Земли, поскольку на самом деле всякое массивное вращающееся тело должно порождать магнитное поле. Гипотеза эта обещала связать гравитацию с электромагнитными явлениями (а это делало ее вдвойне привлекательной) – а такая связь, по убеждению Эйнштейна, просто обязана была существовать. Блэкетт взялся зарегистрировать эффект в эксперименте с вращающимся немагнитным телом. Поскольку требовалось измерять гораздо меньшие магнитные поля, чем позволяла техника тех времен, Блэкетт разработал и сконструировал магнетометр с беспрецедентной чувствительностью. Университетская лаборатория для эксперимента не годилась: разнообразное оборудование создавало слишком сильные помехи, поэтому Блэкетт построил для своего прибора деревянное укрытие, скрепленное медными гвоздями, в поле рядом с радиообсерваторией Джодрелл-Бэнк (в графстве Чешир), которой руководил его приятель Бернард Лавелл. В своем деревянном укрытии Блэкетт установил бетонный блок с полостью в центре, покоящийся на подушке из мягкой резины, а в полости подвесил вращающееся тело. Благодаря его связям военных времен и тому обстоятельству, что страна ценила его заслуги, он сумел выпросить (на время) у Банка Англии достаточно золота, чтобы отлить из него цилиндр ю-сантиме-трового диаметра и весом более 15 килограммов.
Блэкетт проделал измерения, но вращающийся цилиндр не создал вокруг себя никакого магнитного поля. Теория, следовало заключить, неверна. Впрочем, с технической точки зрения опыт был поставлен превосходно, и благодаря ему появился, к примеру, способ узнать, содержатся ли магнетики в отдельном минерале. А это, в свою очередь, открыло новую главу в геофизике: если измерять у камней остаточную намагниченность, то можно проследить, как двигалась земная кора на протяжении целых эпох.
Идею о пластичности коры высказал еще в XIX веке Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, который из-за этого поссорился с главой викторианской физики – Уильямом Томсоном, лордом Кельвином. Дарвин-старший подбадривал Дарвина-младшего: “Ура внутренностям Земли, – писал он сыну, – и их тягучести, и Луне, и всем телам небесным, и сыну моему Джорджу”. Последствиями опыта Блэкетта, поставленного в шалаше рядом с обсерваторией Джодрелл-Бэнк, Чарльз Дарвин наверняка остался бы доволен.
Lowell Bernard, P.M.SBlackett: A Biographical Memoir (Royal Society, London, 1976); см. также: Wood Robert Muir, The Dark Side of the Earth (Allen and Unwin, London, 1985).
Пределы погрешности
Петр Леонидович Капица – русский физик, который сформировался как ученый в Кавендишской лаборатории, когда там еще царствовал Резерфорд. Капица прибыл в Кембридж совсем юношей: он только что окончил учебу в Москве и искал возможности поговорить с Резерфордом – для себя он уже решил, что будет работать у этого великого человека.
Резерфорд отказался рассматривать кандидатуру Капицы, так как в лаборатории и так уже было слишком много сотрудников. Внезапно юный русский спросил его: “Сколько у вас аспирантов?” – “Около тридцати”, – был ответ. Тогда Капица поинтересовался: “А какая обычно точность у ваших экспериментов?” – “Два-три процента”. Капица просиял: “Вот и славно! Еще один аспирант вполне укладывается в пределы погрешности, и никто ничего даже не заметит”.
Резерфорд ничего не смог возразить на столь остроумную просьбу. Вскоре Капица сделался его любимцем, он просто очаровал Резерфорда. Будучи штатным сотрудником Кавендишской лаборатории, Капица провел важные исследования по физике низких температур.
В 1934 году он, как обычно, поехал к семье в Россию. Обратно в Англию его уже не выпустили. Воззвания западных коллег и политиков к советскому правительству ничего не изменили. Капице заявили, что его долг – служить Советскому Союзу, а вовсе не Англии или международному сообществу, и организовали лабораторию в Москве. Резерфорд в конце концов признал свое поражение и отправил все оборудование Капицы в Москву.
Капица отличился тем, что в России решительно выступал в защиту своих коллег, которые вступали в конфликт со сталинским режимом, и, вероятно, многих из них спас от гибели в ГУЛАГе. Сталин явно питал слабость к этому смелому и решительному человеку, и оберегал его от коварного главы НКВД, Берии, который желал с ним расправиться. Тем не менее пять лет Капица провел под домашним арестом, занимаясь в меру возможностей наукой в лаборатории, которую соорудил своими силами в сарае и где ему помогал сын. Только в старости Капице разрешили выехать за границу, чтобы получить запоздалую Нобелевскую премию и заглянуть из сентиментальности в Кембридж.
История о первой встрече Резерфорда с Капицей рассказывается во многих источниках. Версия, изложенная здесь, позаимствована из книги: Badash Lawrence, Kapitza, Rutherford and the Kremlin (Yale University Press, New Haven and London, 1985).
Ученость и чванливость в одном флаконе
Сэмюэль Пьерпонт Лэнгли (1831–1906) – видный американский физик, который, однако, был чуть менее велик, чем считал сам. Профессор физики в Питтсбурге и директор Аллегенской обсерватории, Лэнгли прославился напыщенностью и чрезмерным самомнением в сочетании с непоколебимой верой в свою правоту. Вот что о нем вспоминает сэр Артур Шустер, профессор физики Манчестерского университета, который сам сделал много важного в науке, в особенности в области спектроскопии:
То, что Лэнгли изобрел болометр (прибор для измерения излучаемого тепла) и был первопроходцем в деле создания летательных аппаратов, – довольно серьезные заслуги, способные перевесить все недостатки, происходящие от раздутого чувства собственного достоинства и отягчаемые полным отсутствием чувства юмора. Впервые я встретил Лэнгли во время полного солнечного затмения в августе 1878 года, когда он устроил площадку для наблюдений на вершине пика Пайка, чтобы измерить, если представится возможность, тепловое излучение солнечной короны. К несчастью, его мучила горная болезнь, и Лэнгли вынужден был спуститься с вершины за день до затмения.
На следующий год Лэнгли посетил Англию и сообщил мне, что хотел бы познакомиться с Клерком Максвеллом. Я заверил его, что Максвелл тоже заинтересован в знакомстве, поскольку при мне весьма лестно отзывался о предложенном Лэнгли методе устранения “уравнения личности” (т. е. субъективность) из астрономических наблюдений. Как раз тогда Клерк Максвелл редактировал рукописи Кавендиша и педантично повторял всякий описанный там эксперимент. Особенно его заинтересовал метод, который Кавендиш придумал для оценки отношения силы двух токов: их предлагалось пропускать сквозь тело и сравнивать сжатие мускулов, происходящее в момент замыкания телом цепи. “Каждый сам себе гальванометр” – так сформулировал эту идею Максвелл. Когда Лэнгли приехал, я отвел его в комнату, где, опустив руки в ванны с водой, сквозь которые шел ток, стоял Максвелл в одной рубашке. Обрадованный тем, что опыт давал неожиданно точные результаты, он попытался убедить Лэнгли снять пиджак и испробовать все на себе. Для напыщенного и самодовольного Лэнгли это было уже слишком: не скрывая раздражения, он вышел из лаборатории, повернулся ко мне и произнес: “Когда английский ученый приезжает в Соединенные Штаты, мы обходимся с ним почтительней” Я объяснил, что будь у него хоть чуть-чуть больше терпения, а еще – и почтения к Максвеллу, ему бы у нас очень понравилось.
Лэнгли как экспериментатор заслуживает наивысших похвал, однако его теоретические работы оставляли желать лучшего, смущала и его излишняя самоуверенность. Как-то, отправляя ассистента повторно измерить так называемую солнечную постоянную (величина, выражающая совокупное излучение Солнца в некоторых единицах), Лэнгли напутствовал его так: ’’Помните, что чем ближе ваш результат будет к 3, тем лучшего я буду о вас мнения”. Кстати, уже давно показано, что солнечная постоянная совсем не равна трем.
Schuster Arthur, Nature 115,199 (1925).
Пастер и иммунизация
Вот как Луи Пастер (1822–1895) пришел к одному из главных принципов вакцинации. Этот случай блестяще иллюстрирует его максиму, которая гласит, что удача улыбается подготовленным умам.
В то время он изучал птичью холеру у кур. Уехав в отпуск, он прервал исследования, а вернувшись, проверил свои холерные культуры и обнаружил, что бактерии потеряли активность, то есть погибли: субкультуры (культуры, образованные высеиванием исходных в новой питательной среде) не развивались, а птицы, которых ими заражали, не проявляли признаков болезни. Пастер уже был готов начать все с новыми культурами, но тут, вместо того чтобы просто забыть о неудачном эксперименте, вдруг решил – что при этом им двигало, осталось непонятным ему самому, – ввести заново тем же птицам живые, активные бактерии. Один из его коллег пишет, что произошло затем:
Ко всеобщему изумлению – да и сам Пастер совсем не ожидал подобного успеха – практически все эти птицы пережили новую инфекцию, тогда как птицы из контрольной группы по истечении обычного инкубационного периода погибли.
В этом эксперименте был установлен принцип иммунизации ослабленными бактериями, что впоследствии оказалось невероятно важным в борьбе не только с холерой, но и с другими патогенами (в том числе и с вирусами).
Справедливости ради стоит добавить, что есть основания усомниться в достоверности этой истории, которая, вероятно, исходит от самого преданного из учеников Пастера, Эмиля Дюкло. По другим сведениям, пока Пастер был в отпуске, один из его младших коллег, Эмиль Ру, продолжал опыты с холерными бактериями и именно он разработал метод приготовления вакцины из ослабленных бактерий. Впоследствии и Дюкло, и Ру занимали кресло директора Института Пастера.
Beveridge W.IB., The Art of Scientific Investigation, 3rd edn (Heinemann, London, i960).
Искусство преподавать
Мало кто из великих ученых был еще и хорошим преподавателем. Невнятность публичных выступлений Нильса Бора вошла в легенды. Его друг Резерфорд блестяще говорил, однако когда дело доходило до алгебраических уравнений, начиналась полная неразбериха, при этом он не упускал случая пристыдить аудиторию: “Сидите тут олухи олухами, и никто не подскажет, где я ошибся”. Другим, более подкованным в теории, математические выкладки давались слишком легко, и ошарашенным студентам оставалось только смотреть, разинув рты, как преподаватель резво перепрыгивает от формулы к формуле, минуя промежуточные шаги доказательства.
Норберт Винер (1894–1964) – мечтатель, выдающийся математик, прославившийся пионерскими работами по кибернетике (кстати, само слово “кибернетика” придумал именно он). Он был профессором Массачусетского технологического института, где его невероятные математические и аналитические способности, тщеславие и рассеянность породили множество легенд. Однажды (и тому были свидетели) он доказывал перед студентами какое-то математическое утверждение, и, перескакивая с одной логической глыбы на другую, ничего не объяснял. Когда кто-то из сбитых с толку слушателей спросил Винера, не может ли он повторить все чуть медленней, тот любезно согласился, затем замер, молча и неподвижно, и, простояв так перед доской несколько минут, с довольной улыбкой добавил завершающий штрих к последней строке.
Сэр Джозеф (Джи-Джи) Томсон в мемуарах описывает лекции своего манчестерского преподавателя, Осборна Рейнольдса (1842–1912), видного физика и инженера (имя которого носит число Рейнольдса, характеристика течения жидкости):
Иногда он начисто забывал, что ему предстоит читать лекцию, и, прождав минут десять или около того, мы отправляли к нему вахтера. Он вваливался в аудиторию, снимая форменную шинель прямо в дверях, хватал со стола том Ранкина (стандартный учебник тех времен) и распахивал его, как казалось, на случайной странице. Тут ему на глаза попадалась та или иная формула, и он заявлял, что она неверна. Затем он выходил к доске, намереваясь это доказать. Повернувшись к нам спиной, он что-то писал мелом, разговаривал сам с собой и раз за разом стирал написанное, говоря, что и это неверно. Затем он начинал все сначала. Обычно к концу лекции он заканчивал писать какую-нибудь одну длинную строку, которую на этот раз не стирал, и заявлял, что Ранкин все же прав, и эта строка – тому доказательство. Пусть это и не приносило нам новых знаний, но выглядело весьма увлекательно: мы могли наблюдать, как невероятно острый ум борется с новой задачей.
Сэр Артур Шустер, другой выпускник Манчестерского университета, так вспоминает лекции Рейнольдса:
Зачастую предмет, которому Осборн Рейнольдс посвящал лекцию, слишком его увлекал, а это создавало известные трудности. Рассказывают про несколько таких курьезов – но прежде всего обращают внимание на то, как он из них выкарабкивался. Однажды он объяснял ученикам принцип действия логарифмической линейки; держа ее в руках, он в подробностях излагал каждый шаг, который следует проделать, желая перемножить пару чисел. “Возьмем для примера три и четыре, – произнес он, и после небольшой паузы продолжил: – А вот и результат: трижды четыре будет ii,8". Студенты заулыбались. “И это примерно то, что нам нужно”, – подытожил Рейнольдс.
Heims Steve J.,John von Neumann and Norbert Wiener: From Mathematics to the Technology of Life and Death (MIT Press, New York, 1980); Thomson Recollections and Reflections (GBell, London, 1936); Sir Arthur Schuster, Nature 115, 232 (1925).
