Текст книги "100 знаменитых ученых"

Автор книги: Валентина Скляренко

Соавторы: Владислав Карнацевич,Александр Фомин,В. Матицин
сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 52 страниц) [доступный отрывок для чтения: 19 страниц]

ГАУСС КАРЛ ФРИДРИХ
(1777 г. – 1855 г.)

Карл Фридрих Гаусс родился 30 апреля 1777 года в немецком городе Брауншвейг, в очень бедной семье. Его отец работал слесарем, позже освоил другую профессию и стал садовником. Кроме того, он подрабатывал счетоводом в торговой конторе. Мать Карла была дочерью каменщика. В отличие от своего супруга, человека довольно мрачного и сурового, если не сказать грубого, она была мягкой, доброй, веселой и рассудительной женщиной. Карл был ее единственным и горячо любимым ребенком.

Как и многих других героев этой книги, Карла Гаусса вполне можно отнести к вундеркиндам. Его выдающиеся способности к математике обнаружились в самом раннем возрасте. Сам знаменитый ученый рассказывал: «Я научился считать раньше, чем говорить». И, надо сказать, он почти не преувеличивал. Уже в три года Карл умел считать и выполнять элементарные вычисления. В частности, широко известен следующий случай. Однажды в доме собрались товарищи отца по работе, чтобы поделить деньги, вырученные за неделю. Маленький Карл внимательно слушал своего родителя, производившего расчеты вслух. А когда тот закончил, заявил: «Папа, ты ошибся!» Пораженный отец перепроверил свои расчеты и обнаружил, что его трехлетний сынишка оказался абсолютно прав. Так же легко давалось Карлу и чтение. После того, как мать рассказала ему о буквах, он совершенно самостоятельно овладел техникой чтения.

В 1784 году, когда мальчику исполнилось семь лет, он поступил в начальную школу. В течение первых двух лет обучения он был просто хорошим учеником. Выдающиеся способности проявились на третьем году обучения. Как-то учитель, чтобы занять детей, предложил им сосчитать сумму чисел от 1 до 100. Юный Гаусс заметил, что попарные суммы с противоположных концов одинаковы: 1 + 100 = 101, 2 + 99 = 101 и т. д., и мгновенно получил результат 50 × 101 = = 5050. Проучившись в школе четыре года, Карл сразу поступил во второй класс гимназии. Здесь раскрылись и другие таланты одаренного мальчика. Он продемонстрировал незаурядные лингвистические способности, удивительно быстро овладев греческим и латынью. Гаусс некоторое время всерьез размышлял над тем, чему отдать предпочтение – филологии или математике, но в результате остановил свой выбор на точной науке.

В десять лет Карл уже приступил к изучению высшей математики, а в пятнадцать познакомился с трудами Лагранжа, Эйлера и «Математическими принципами натуральной философии» Ньютона. Школьные учителя были так поражены выдающимися способностями Карла, что обратились к герцогу Брауншвейгскому с просьбой финансово поддержать вундеркинда. Это сыграло немаловажную роль в судьбе Карла Гаусса. Он произвел на герцога очень благоприятное впечатление, и тот начал покровительствовать ему, в частности, оплатил обучение в привилегированном учебном заведении – Коллегии Карла, в которой Карл учился с 1792 по 1795 год. К этому же времени относятся и его первые самостоятельные работы.

В 1795 году Гаусс поступил в Геттингенский университет, где занимался под руководством профессора Кестнера. Деньги на обучение также дал герцог Брауншвейгский. В том же году Карл сделал свое первое серьезное открытие: он разработал метод наименьших квадратов [54]54
  Метод наименьших квадратов– один из методов теории ошибок. Служит для оценки неизвестных величин по результатам измерений, содержащим случайные ошибки.


[Закрыть]. Гаусса считают одним из создателей теории ошибок [55]55
  Теория ошибок– раздел математической статистики, посвященный численному определению значений величин по данным измерений. На основе теории ошибок разработана методика выявления и оценки погрешностей измерений.


[Закрыть]. Через год он решил классическую задачу о делении круга, продемонстрировал связь этой проблемы с задачей построения правильных многоугольников с помощью линейки и циркуля. Затем он показал, что таким образом теоретически возможно построение многоугольников с количеством углов 3, 5, 17, 257 и 65337 (так называемые гауссовы простые числа), и с числом углов, равным произведению любого (не повторяющегося) числа гауссовых чисел, умноженного на любую степень двойки. Для 17-угольника Гаусс также не только доказал возможность, но и нашел способ построения. Со времен античности это было первое подобное открытие (грекам был известен метод для треугольников и пятиугольников). Сам ученый посчитал это свое достижение очень важным и даже отметил день этого события (30 марта 1796 года) в своем дневнике.

В 1798 году Гаусс, не окончив университет, покинул Геттинген и отправился в Гельмштадт. Здесь под руководством известного математика Пфаффа он написал и защитил диссертацию. Темой ее стало доказательство основной теоремы алгебры, согласно которой, каждое алгебраическое уравнение имеет корни. Также Гаусс доказал, что число корней многочлена равно количеству единиц в показателе его степени. К общей теореме ученый возвращался не раз и позднее предложил еще несколько способов ее доказательства.

Вернувшись в родной Брауншвейг, Гаусс собрал и опубликовал результаты своих исследований, которые довольно быстро принесли молодому математику европейскую известность. Ему еще не было двадцати пяти лет, когда свет увидел его знаменитый трактат «Арифметические исследования» (1801). Надо сказать, что и сейчас, спустя более чем 200 лет, по богатству материала, ряду прекрасных открытий, разнообразию и остроумию доказательств эта работа считается одной из самых выдающихся в теории чисел.

Следует отметить, что научные интересы Карла Гаусса выходили далеко за рамки любимой им математики. В 1801 году произошло событие, благодаря которому его имя было золотыми буквами вписано в историю астрономии. В январе этого года итальянский астроном Пьяцци открыл новое небесное тело. Оно светилось как звезда восьмой величины, но перемещалось среди звезд, и поэтому его приняли за комету. Пьяцци успел произвести только 19 наблюдений, после объект скрылся в лучах Солнца. Попытки астрономов вычислить его орбиту по тому небольшому отрезку, который проследил Пьяцци, успеха не имели. Однако в том же году Карл Гаусс решил эту, казалось бы, непосильную задачу. Он предложил совершенно новый способ вычисления орбиты небесного тела всего лишь по трем наблюдениям. Проведя сложные и трудоемкие вычисления, он доказал, что новое небесное тело представляет собой планету, которая движется по эллиптической орбите между орбитами Марса и Сатурна. Это была первая из открытых астрономами малых планет. Пьяцци дал ей имя Церера. Прогнозы Гаусса относительно орбиты Цереры оказались точными. 7 декабря 1801 года планета была вновь обнаружена в месте, указанном ученым. После этого успеха о Гауссе как о блестящем ученом заговорили не только математики, но и астрономы, он даже был приглашен в Санкт-Петербург на должность директора обсерватории, от которой, правда, отказался.

В дальнейшем, после открытия малых планет Паллады (1802) и Юноны (1804), Гаусс также вычислил их орбиты. При этом исследование движения Паллады было сильно усложнено тем, что ее орбита испытывает возмущения, связанные с близостью Юпитера. Наряду с этими работами Гаусс занимался и еще более сложным вопросом – движением комет. До него ученые даже не были уверены, постоянны ли законы их движения. Гаусс не только утвердительно ответил на этот вопрос, но и значительно упростил процесс расчета орбит комет. Результаты своих астрономических исследований он опубликовал в фундаментальном трактате «Теория движения небесных тел, обращающихся вокруг Солнца по коническим сечениям» (1809). Методы вычисления орбит, изложенные в этом труде, с небольшими изменениями и дополнениями используются до сих пор. В 1810 году за решение задачи о движении Паллады Французский астрономический институт наградил Карла Гаусса золотой медалью.

Но вернемся к карьере знаменитого ученого. В 1807 году Гаусс вместе с семьей переехал в Геттинген, где ему была предложена должность экстраординарного профессора университета и пост директора Геттингенской обсерватории, который он занимал до конца своей жизни. В Геттингене Гаусс продолжил свои астрономические исследования, он занимался изучением возмущений в движении малых планет. Результаты исследований ученый поэтапно публиковал с 1811 по 1818 год в труде «Записки», издававшемся Геттингенским научным обществом. Астрономические вычисления привели Гаусса к целому ряду математических открытий.

На Венском конгрессе 1814–1815 годов Ганновер, историческая область на северо-западе Германии, был признан королевством. В 1818 году Карл Гаусс получил заказ на проведение геодезических работ и составление подробной карты нового королевства. Результатом этой, казалось бы, чисто практической, работы стало то, что Гаусс сделал целый ряд фундаментальных разработок и заложил основы высшей геодезии. Также он изобрел геодезический прибор гелиотроп [56]56
  Гелиотроп– прибор, служащий для отражения солнечных лучей с одного геодезического пункта на другой.


[Закрыть]. Свои теоретические разработки, сделанные в этой области, ученый изложил в труде «Исследования о предметах высшей геодезии», публиковавшемся в 1842–1847 годах. Геодезические исследования Гаусса положили начало и многим чисто математическим находкам, например, для изучения земной поверхности ученый создал внутреннюю геометрию, в рамках которой рассматривались только те свойства поверхности, которые не зависят от ее изгиба. Свои идеи Гаусс изложил в работе «Общие изыскания о кривых поверхностях», изданной в 1827 году. Внутренняя геометрия послужила основой для создания Римановой геометрии – раздела математики, который изучает свойства многомерных пространств, в малых областях которых имеет место геометрия Евклида.

С конца 1820-х годов Карл Гаусс совместно с профессором физики Вильгельмом Эдуардом Вебером много занимался различными физическими исследованиями. Результатом этого сотрудничества стала разработка абсолютной системы единиц, конструирование первого в Германии электромагнитного телеграфа (1833). Еще до этого, в 1829 году, Гаусс сформулировал принцип наименьшего принуждения – один из принципов вариационной механики, позднее названный его именем. В 1835 году ученый основал магнитную обсерваторию. В 1834–1840 годах была издана его работа «О силах, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», содержащая основы теории потенциала и доказательство знаменитой теоремы Остроградского – Гаусса. В 1838 году вышел большой труд «Общая теория земного магнетизма», в 1840-м – «Диоптрические исследования», в которых были заложены основы теории построения изображений в системах линз.

Представляют большой интерес и разработки Карла Гаусса в области неевклидовой геометрии. Они, впрочем, как и многие другие записи ученого, остались неопубликованными. Но из дневников ясно, что к идеям неевклидовой геометрии он пришел не позднее 1818 года. Однако придавать их гласности Гаусс не стал, по всей видимости, из-за недооценки их важности и опасения быть непонятым. В 1840 году изучая работу «Геометрические исследования из теории параллельных линий», опубликованную на немецком языке, он познакомился с теорией Лобачевского. Гаусс хорошо отзывался об этом исследовании, но в одном из писем 1846 года писал, что сам пришел к подобным идеям 54 года назад (то есть когда ему было 15 лет). Тем не менее, работа Лобачевского, по всей видимости, вызвала у пожилого ученого желание… выучить русский язык, с чем он справился примерно за два года (кстати, незадолго до этого Гаусс также овладел санскритом).

В отличие от научной карьеры семейная жизнь Карла Гаусса сложилась отнюдь не гладко. 9 октября 1805 года он женился на Иоганне Остгроф, дочери дубильщика. Супруги обожали друг друга, их совместная жизнь была очень счастливой, но, к сожалению, недолгой. Осенью 1809 года Иоганна скончалась от послеродовых осложнений. Через месяц на Гаусса, глубоко потрясенного смертью жены, обрушилось новое несчастье: умер его новорожденный сын. В 1810 году состоялась помолвка Гаусса с Фредерикой Вильгельминой Вальдек, дочерью университетского профессора права и одной из лучших подруг Иоганны. Хотя у Карла и Фредерики было трое детей, этот брак тоже не принес счастья. Он был омрачен долгой болезнью жены и постоянными конфликтами с детьми. В 1831 году Фредерика умерла.

В повседневной жизни «Король математиков», как называли Карла Гаусса, был человеком легким в общении и очень неприхотливым. Так, например, его кабинет выглядел более чем скромно, он представлял собой небольшую комнату, в которой стоял стол, конторка, узкая софа и кресло. Несмотря на долгие годы напряженной работы и преимущественно сидячий образ жизни, ученый мог похвастаться завидным здоровьем. За всю свою жизнь он лишь дважды принимал лекарства. Однако на 75-м году жизни и его железное здоровье начало сдавать. Гаусс заметил, что очень быстро устает, кроме того, его беспокоили одышка и кашель, мучила бессонница. Врач, ставший частым гостем в доме ученого, обнаружил болезнь сердца и целый ряд других болезней. В результате Гауссу было назначено лечение и предписан строгий режим. На какое-то время его состояние даже улучшилось. Но было уже поздно, здоровье знаменитого ученого оказалось безнадежно подорвано, да и годы давали о себе знать.

23 февраля 1855 года Карла Гаусса не стало. На его надгробии, согласно его завещанию, изображен вписанный в круг правильный 17-угольник, способ построения которого, открытый в 19 лет, прославил ученого…

ПУАССОН СИМЕОН ДЕНИ
(1781 г. – 1840 г.)

Выдающийся французский ученый Симеон Дени Пуассон родился 21 июня 1781 года в городке Питивье, близ Орлеана. Его родители не были аристократами, но в годы, предшествовавшие Великой французской революции, граница между аристократией и буржуазией была весьма зыбкой. Одним из немногих мест, где привилегии высшего дворянского сословия были особенно ощутимы, являлась армия. Симеон Пуассон-старший служил солдатом ганноверских войск и на себе испытал, что такое притеснения от офицеров-дворян. В результате его военная карьера не сложилась, он уволился из армии и занял скромную должность нотариуса в Питивье, где и появилось на свет будущее светило математической физики. Симеон Дени не был первенцем супружеской четы Пуассонов, в семье уже родилось несколько сыновей и дочерей, но все они умерли в раннем возрасте. Маленький Симеон также не отличался крепким здоровьем, но его мать постаралась сделать все возможное, чтобы не потерять еще одного ребенка, и буквально не отходила от него. Кроме того, пока малыш не окреп, он постоянно находился под наблюдением специально нанятой няньки.

Некоторое время Симеон Дени находился на воспитании у кормилицы. Однажды отец решил навестить своего отпрыска. Он не застал кормилицу дома, но, войдя в комнату, увидел, что младенец, обвязанный полотенцем, висит, подвешенный к балке. Таким образом женщина оставляла воспитанника дома, чтобы заниматься своими хозяйственными делами. Впоследствии, рассказывая об «изобретательной» кормилице друзьям, Пуассон шутил: «Без сомнения, я качался из стороны в сторону, и таким образом мне на роду было написано исследовать движения маятника».

В дальнейшем отец много времени посвящал ребенку, постоянно занимался с ним. Но поначалу Симеон Дени не только не демонстрировал каких-либо выдающихся способностей, его даже нельзя было назвать достаточно развитым для своего возраста мальчиком.

С началом Французской революции социальное положение главы семейства резко изменилось. Пуассон-старший, немало в свое время натерпевшийся от офицеров-аристократов, восторженно приветствовал и поддержал революцию. Это вскоре принесло ему хорошие дивиденды: он получил солидную и хорошо оплачиваемую должность главы городской общины.

Когда на семейном совете ставился вопрос о будущем Симеона Дени, было решено, что профессия цирюльника-хирурга обеспечит ему вполне достойное существование. В результате его отправили в городок Фонтенбло к дяде Ланфану. Однако очень быстро выяснилось, что медицина не вызывает у молодого человека никакого интереса. Кроме того, у него была плохая координация, и этот недостаток не могли восполнить даже настойчивые тренировки. Например, чтобы научиться делать кровопускание, он почти год тренировался, прокалывая иголкой жилки капустных листьев. Но первая же самостоятельная манипуляция закончилась смертью пациента. Несмотря на то что такие случаи были довольно часты, Симеон больше и думать не хотел о продолжении медицинской карьеры.

Математическое дарование Симеона Дени проявилось только после возвращения из Фонтебло. Пока его отец ломал голову над тем, как же устроить будущее сына, тот увлеченно изучал свежую прессу, в изобилии поступавшую из Парижа. Особенно молодого человека заинтересовал «Журнал Политехнической школы», он с легкостью решал помещавшиеся там математические задачи. Пуассон-старший, который уже начал терять надежду, что из его сына выйдет что-нибудь путное, тут же отправил отпрыска обратно в Фонтебло, на этот раз в школу. Именно здесь в полной мере проявились способности Симеона Дени. Он не только очень быстро заполнил свои пробелы в образовании, но вскоре на голову обогнал своих сверстников. Молодой человек очень много внимания уделял самообразованию. Рассказывали, что зачастую, когда Симеона вызывали к доске, учителя узнавали для себя немало нового и интересного. Разумеется, он блестяще окончил школу и в 17 лет поступил в Политехническую школу в Париже.

Учителями Симеона Дени в Политехнической школе были великие Лаплас и Лагранж. Профессора сразу же поняли, что имеют дело с очень одаренным юношей и не жалели на него времени. Первая же математическая статья Пуассона, написанная им в 18-летнем возрасте, сразу же привлекла внимание Лагранжа. Лишь одно обстоятельство омрачало жизнь молодого ученого: вскоре он понял, что не может заниматься, например, начертательной геометрией, одной из перспективнейших на тот момент дисциплин в Политехнической школе. Существенным недостатком Пуассона по-прежнему оставалась плохая координация, не позволявшая ему на должном уровне рисовать чертежи, графики и тому подобное. Возможно, для любого другого студента этот изъян стал бы решающим фактором, не позволившим ему продолжать научную карьеру. Но талант Пуассона позволил преодолеть эту помеху. Уже первые его математические работы были выполнены на таком высоком научном уровне, что он не только стал известен как подающий большие надежды молодой ученый, но и получил в 1800 году ученую степень, не сдавая выпускных экзаменов.

Благодаря протекции Лапласа, сразу же по окончании обучения Пуассон занял должность репетитора в Политехнической школе, что было неординарным событием: в те времена, как правило, большинство молодых ученых вначале своей карьеры вынуждены были какое-то время работать в провинции и лишь затем получали назначение в Париж. Так же удачно сложилась и дальнейшая карьера Симеона Пуассона. С 1802 года он занимал должность помощника профессора.

Политикой молодой ученый особо не интересовался, но в послереволюционной Франции вообще в стороне от нее оставаться было невозможно. Оказался вовлечен в водоворот политических событий и Симеон Пуассон. Так, когда в 1804 году студенты Политехнической школы выступили против Наполеона, он сумел предотвратить их необдуманные действия. При этом ученый руководствовался интересами не новоявленного императора, а учебного заведения, в котором работал, поскольку понимал, что подобная акция может сильно повредить Политехнической школе. Сам же Пуассон отнюдь не был бонапартистом и довольно открыто высказывался против политики Наполеона. Например, по поводу событий 1812–1814 годов он говорил: «Вот, наконец, победы привели войну к воротам Парижа». А во время «Ста дней» Пуассон чуть было не стал волонтером антинаполеоновской армии, и только слабое здоровье помешало ученому сделать это. Впрочем, в других случая политика, похоже, мало интересовала его.

Надо сказать, что Симеону Пуассону довелось жить и работать в непростое время, когда правительства сменялись одно за другим. Но аполитичность и искренняя любовь ученого к делу своей жизни (известно его высказывание о том, что жизнь украшается только двумя вещами – занятием математикой и ее преподаванием), наверное, немало способствовали тому, что бурные политические катаклизмы его практически не касались. Более того, в 1825 году Пуассон стал бароном, правда, титулом не пользовался и даже отказался от дворянского диплома. Через два года ученый вошел в палату пэров Франции, позже был награжден орденом Почетного легиона.

Но вернемся к научной карьере Симеона Пуассона. В 1806 году молодой ученый получил профессорское место. В 1808 году к обязанностям Пуассона добавилась должность астронома в Бюро долгот. В начале 1812 года он стал членом Парижской академии наук, в 1816-м – экзаменатором выпускников Политехнической школы, 26 июля 1820 года – членом Совета Парижского университета. Тогда же ему был поручен надзор над преподаванием математики во всех коллежах Франции. Наконец, в 1827 году, после смерти Лапласа, Пуассон возглавил Бюро долгот. Выполнение всех этих обязанностей, конечно же, требовало немало времени и подчас отрывало ученого от научных изысканий, правда, давало ему солидный доход.

В 1817 году Симеон Пуассон женился на Нанси де Барди, родившейся в Англии, дочери французских эмигрантов. Всего в их семье было четверо детей, два сына и две дочери, но никто из них не продолжил дела отца и не избрал научной карьеры. По своему характеру Пуассон был домоседом, не любил поездок и старался в случае перемены жилья подбирать новую квартиру неподалеку от старой. В качестве примера, иллюстрирующего нелюбовь Пуассона к поездкам, Араго приводит такой рассказ: скопив денег, ученый купил прекрасную ферму недалеко от Парижа и при этом никогда на ней не бывал.

Большинство работ Симеона Пуассона было посвящено математической физике, но, как мы уже писали выше, он интересовался довольно широким кругом научных проблем. Его имя увековечено в названиях многих научных терминов: коэффициент Пуассона, уравнение Пуассона, интеграл Пуассона, формула суммирования Пуассона, теорема Пуассона, распределение Пуассона и многих других. Чтобы не утомлять читателей излишними научными подробностями, мы только в общих чертах расскажем о научной деятельности выдающегося французского ученого.

Для вычисления электрического потенциала в зависимости от величины зарядов и их расположения в пространстве Пуассон вывел и исследовал дифференциальное уравнение, позже названное его именем. Это уравнение стало одним из основополагающих в теории потенциалов. Также Пуассон применял это уравнение для решения задач по гравитации.

Многие работы Пуассона были посвящены механике, он внес свою лепту в изучение вязкости, занимался теорией теплопроводности, баллистикой, теорией упругости, например, ввел одну из важнейших характеристик материала упругого тела (коэффициент Пуассона), изучал атмосферное электричество, поверхностное натяжение жидкостей и капиллярные явления, магнитное поле Земли, закономерности распространения волн.

Астрономические исследования французского ученого посвящены небесной механике. Он изучал устойчивость движения планет Солнечной системы, закономерности движения Луны, в частности – ее либрацию.

И конечно же, огромен вклад Симеона Пуассона в развитие математики. Ему принадлежат важные результаты в области дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятности. В последней большую роль играет распределение Пуассона и обобщение закона больших чисел. Интересно, что по примеру Лапласа, одного из своих учителей, Пуассон пытался применить теорию вероятности в юриспруденции.

25 апреля 1840 года на 59-м году жизни Симеон Пуассон тихо скончался в кругу родных и близких. «Это печальное событие, без сомнения, случилось бы гораздо позже, – писал Араго, – если бы он более уважал советы врачей и просьбы друзей и если бы на некоторое время прекратил свои умственные занятия». Но вряд ли можно было этого ожидать от человека, который высшим счастьем жизни считал изучение и преподавание математики. За свою жизнь Пуассон написал около 350 научных работ, большинство из которых сыграли огромную роль в развитии многих областей науки.