Текст книги "100 знаменитых ученых"

ЛАГРАНЖ ЖОЗЕФ ЛУИ
(1736 г. – 1813 г.)

«Лагранж – величественная пирамида математических наук».

Наполеон Бонапарт

Жозефа Луи Лагранжа принято считать французским математиком, хотя некоторые итальянские источники, в принципе, небезосновательно, пишут о нем как об итальянце. Дело в том, что будущий ученый родился 25 января 1736 года в Турине и при крещении получил имя Джузеппе Лодовико. Его отец, Джузеппе Франческо Лодовико Лагранжиа, был дворянином и одно время даже занимал высокий пост казначея Сардинии. Мать, Мария Терезия Гро, происходила из семьи богатого врача. Таким образом, родители Жозефа Луи (далее мы будем использовать его французское имя) изначально располагали солидным капиталом. Однако Джузеппе Лагранжиа был неисправимым и неудачливым дельцом. Вскоре он разорился. Впоследствии Лагранж считал, что это обстоятельство очень благоприятно отразилось на его судьбе. О капитале, утраченном отцом, он без всякого сожаления писал: «Если бы я унаследовал состояние, мне, вероятно, не пришлось бы связать свою судьбу с математикой».

Жозеф Луи стал одиннадцатым ребенком четы Лагранжей, но все его братья и сестры умерли в раннем возрасте. Отец хотел дать Жозефу Луи юридическое образование, и поначалу мальчик был вполне доволен этим выбором. Во время учебы в Туринском колледже он увлекался древними языками, познакомился с трудами Евклида и Архимеда. Но затем на глаза ему случайно попался труд Галлея «О преимуществах аналитического метода», который очень заинтересовал будущего ученого и фактически перевернул его судьбу. В один момент древние языки отошли на второй план, а юриспруденция была забыта. Отныне математика всецело завладела интересами Лагранжа. Согласно некоторым источникам, этой наукой Жозеф Луи занимался самостоятельно, другие утверждают, что он начал посещать занятия Туринского королевского артиллеристского училища. Связано такое расхождение, по всей видимости, с тем, что уже в 19 лет (а по некоторым сведениям – в семнадцатилетнем возрасте) Лагранж преподавал математику в училище. В те времена лучшие студенты во многих учебных заведениях вели некоторые курсы.

Так или иначе, но с тех пор математика стала основной сферой деятельности Жозефа Луи Лагранжа. 23 июля 1754 года увидела свет его первая работа. Она была написана в виде письма, отправленного известному итальянскому математику Фаньяно деи Тоски. Правда, с молодым ученым злую шутку сыграло отсутствие руководителя и самостоятельная подготовка. Уже опубликовав работу, он узнал, что его результаты не оригинальны (подобные выводы были сделаны Иоганном Бернулли и Лейбницем), и даже боялся, что его обвинят в плагиате. К счастью, опасения Лагранжа оказались напрасными, а первые серьезные достижения не заставили себя долго ждать. В 1755–1756 годах Жозеф Луи послал Эйлеру несколько статей, которые были высоко оценены маститым ученым. В 1759 году молодой ученый отправил своему прославленному коллеге еще одну очень важную работу, в которой изложил метод решения изопериметрических задач[38]38
  Изопериметрические задачи – класс задач вариационного исчисления. Простейшие примеры: нахождение треугольника и многоугольников заданного периметра, имеющих наибольшую площадь.


[Закрыть], над поиском которого знаменитый математик бился долгие годы. Эйлер был очень рад и даже не стал публиковать собственную статью, частично содержащую подобные результаты, пока Лагранж не опубликовал сообщение о своем методе, – «чтобы не лишить Вас ни одной частицы славы, которую Вы заслуживаете». 2 октября 1759 года по предложению Эйлера Лагранж был избран иностранным членом Берлинской академии наук. Здесь не обошлось и без некоторой хитрости, впрочем, вполне достойной и понятной: Эйлер очень хотел видеть молодого и талантливого ученого в Берлине.

Следует отметить, что Лагранж не ограничивался преподаванием и собственными исследованиями, он также занялся и организаторской деятельностью. Собрав молодых математиков, он создал научное общество, впоследствии выросшее в Королевскую академию наук Турина. Первый том трудов Академии вышел в 1759 году. Естественно, что основным автором в этом и последующих сборниках стал Лагранж. Были опубликованы его работы, посвященные различным проблемам математики и физики: объемистый труд по теории распространения звука, большая статья о вариационном исчислении, ставшая важнейшим шагом на пути становления этого раздела математики, работы, посвященные применению вариационного исчисления в физике, интегральному исчислению и др.

Лагранж, которого к тому моменту уже смело можно было назвать одним из самых выдающихся математиков мира, продолжал увлеченно и напряженно работать. И вскоре ставшее привычным переутомление дало о себе знать. Ученый заплатил за свои достижения тяжелыми приступами депрессии. В 1761 году его врачи объявили, что отказываются нести ответственность за здоровье Лагранжа, если он не устроит себе продолжительный отдых и не будет соблюдать режим. Жозеф Луи упрямиться не стал, и со временем его здоровье поправилось, правда, приступы депрессии все же появлялись на протяжении всей его жизни.

В 1762 году Парижская академия наук объявила конкурс на лучший труд, посвященный движению Луны. В следующем году Лагранж послал на рассмотрение Академии свою статью о либрации Луны. Статья прибыла в Париж незадолго перед приездом автора. Дело в том, что в ноябре 1763 года Лагранж отправился в длительное путешествие: он должен был сопровождать маркиза Карачиолли, посла из Неаполя, который ранее работал в Турине, а теперь получил назначение в Лондон. Однако до Лондона Жозеф Луи так и не доехал – в Париже он тяжело заболел, и от дальнейшей поездки пришлось отказаться. Но нет худа без добра: во Франции Лагранж познакомился с Д’аламбером. Маститый ученый писал о своем молодом коллеге: «В течение шести недель здесь пребывал месье Лагранж из Турина. Он весьма серьезно заболел и нуждается: нет, не в финансовой поддержке, маркиз Карачиолли, направленный в Англию, позаботился о том, чтобы он ни в чем не испытывал недостатка, он нуждается в знаках внимания со стороны своей родины… В его лице Турин обладает сокровищем, ценности которого, возможно, не осознает».

В Париже Лагранж получил премию, присужденную за работу о либрации. В Турин он вернулся только в начале 1765 года. Через два года ученый получил еще одну премию за исследования движения спутников Юпитера.

В 1766 году Леонард Эйлер покинул Пруссию. По совету Д’аламбера и самого Эйлера Фридрих II пригласил Лагранжа в Берлин, где ему был предложен пост президента Академии наук и директора ее физико-математического отделения. Как «скромно» выразился в своем письме сам монарх, «величайший король Европы хотел бы иметь при своем дворе величайшего математика Европы». В Берлине большинство ученых встретило Лагранжа весьма радушно. Он подружился с Ламбертом[39]39
  Ламберт Иоганн Генрих – немецкий математик, физик и астроном. Один из создателей фотометрии, доказал иррациональность числа π.


[Закрыть] и Иоганном Бернулли. Но находились и те, кто не был рад видеть слишком, по их мнению, молодого ученого на высоком посту главы Академии. Одним из таких недоброжелателей стал Кастильон, который был старше туринца более чем на тридцать лет и считал, что тот занял его место. Но отношения между учеными скоро улучшились, причем в связи с событиями от науки весьма далекими: через год после прибытия в Берлин Лагранж женился на кузине Кастильона Виттории Конти. Правда, брак этот был бездетным и, в общем-то, несчастливым. Через несколько лет после свадьбы Виттория заболела. Долгие годы Лагранж, здоровье которого тоже оставляло желать лучшего, ухаживал за своей супругой, скончавшейся в 1783 году.

На службе у Фридриха Великого Лагранж состоял в течение 20 лет. Этот период жизни ученого был невероятно плодотворным. Он написал около 150 работ для Туринской, Берлинской и Парижской академий. Среди них были важные труды по алгебре и теории чисел, решению дифференциальных уравнений в частных производных, теории вероятности, механике. Отдельно следует упомянуть три статьи по астрономии на темы конкурсов, объявленных Парижской академией. Все три получили премии. Кроме того, в Берлине Лагранж создал фундаментальный труд «Аналитическая механика», ставший одним из главных в его жизни. Удивительно, что этот трактат он задумал будучи 19-летним юношей. В «Аналитической механике» Лагранж не только подытожил достижения в этой области со времен Ньютона, но и фактически создал классическую аналитическую механику в виде учения об общих дифференциальных уравнениях движения произвольных материальных систем. В основу всей статики автор положил «общую формулу», представляющую собой принцип возможных перемещений[40]40
  Принцип возможных перемещений – один из вариационных принципов механики. Согласно ему для равновесия механической системы необходимо и достаточно, чтобы сумма работ всех действующих на систему сил при любом возможном перемещении системы была равна нулю.


[Закрыть]. Динамика основывалась на «общей формуле», включающей принцип возможных перемещений и принцип Д’аламбера.

Опубликована «Аналитическая механика» была уже в Париже, куда Лагранж перебрался в 1787 году. Ему постоянно поступали приглашения от различных учебных заведений и научных учреждений, особенно из Италии. Жозефа Луи хотели видеть и на родине в Турине, и в Неаполе, предлагая высокую должность в Неапольской академии. Но ученого устраивала работа в Берлине, где он был освобожден от преподавательской нагрузки. Однако после смерти Фридриха II положение иностранцев в Пруссии резко ухудшилось. Поэтому предложение перебраться во Францию и стать членом Парижской академии, без обязанности преподавать, пришлось очень кстати. Во Франции ученого встретили очень радушно: он был удостоен королевской аудиенции и получил квартиру в Лувре, где прожил до начала Французской революции. Но по времени с переездом во Францию совпал очередной длительный приступ меланхолии, из которого Лагранжа не смогла вывести даже долгожданная публикация «Аналитической механики».

Революцию Лагранж принял спокойно, но вызванные ею перемены вывели ученого из состояния апатии, и он вновь принялся за работу. В 1790 году Лагранж стал членом комитета Академии наук по стандартизации системы мер и весов. Именно он настоял на принятии десятичной, а не двенадцатиричной системы исчисления. А в 1792 году Жозеф Луи женился, его второй женой стала Франсуаза Лемонье, дочь одного из коллег по Академии. Этот брак стал очень счастливым и окончательно излечил Лагранжа от приступов депрессии.

Политикой Жозеф Луи не интересовался, но в 1793 году она сама вмешалась в его судьбу. Во-первых, в августе была расформирована Академия наук, работу продолжил только комитет по стандартизации мер и весов. Во-вторых, в сентябре был издан закон, согласно которому все иностранцы под угрозой ареста должны были покинуть Францию, а их имущество подлежало конфискации. Лагранж собирался уехать, но его выручило вмешательство Лавуазье[41]41
  Лавуазье Антуан Лоран – знаменитый французский химик. В 1768–1791 годах возглавлял «Компанию откупов» – организации финансистов, получавших на откуп право сбора налогов. Через год (в 1794 году) уже сам Лавуазье стал жертвой революционной лихорадки. Как бывший генеральный откупщик он был гильотинирован.


[Закрыть]. К счастью, в дальнейшем у Лагранжа уже не было каких-либо серьезных недоразумений с французским правительством: он пользовался заслуженным уважением и почетом.

В 1795 году ученый стал профессором недавно учрежденной Нормальной школы, а после создания в 1797 году знаменитой Политехнической школы возглавил там кафедру математики. Курсы, которые читал Лагранж, были изданы в нескольких работах: «Теория аналитических функций» (1797), «О решении численных уравнений» (1798) и «Лекции по исчислению функций» (1801–1806). Эти работы сыграли важную обобщающую роль и во многом стали отправной точкой в работе многих математиков (Коши, Якоби, Вейерштрасса). В 1806 и 1808 годах Лагранж опубликовал еще две важные работы по теории движения планет. В 1810 году ученый принялся за полный пересмотр и подготовку к переизданию «Аналитической механики». Эту работу довести до конца ему не удалось. 10 апреля 1813 года Жозеф Луи Лагранж скончался.

КУЛОН ШАРЛЬ ОГЮСТЕН
(1736 г. – 1806 г.)

Шарль Огюстен Кулон родился в Ангулеме – небольшом городе на западе Франции. Родители его были весьма обеспеченными людьми: отец, Анри Кулон, был правительственным чиновником, а мать, Катрин Баже, происходила из знатной и богатой семьи. Вскоре после рождения мальчика его родители перебрались в Париж. В столице Анри Кулон занял довольно прибыльную должность сборщика налогов. Но вскоре попытки вести собственные финансовые дела разорили его. Анри был вынужден покинуть Париж и отправился в Монпелье, откуда он был родом. Катрин с сыном осталась в Париже. В конце 1740-х годов Шарля отдали в «Коллеж четырех наций» (коллеж Мазарини). Коллеж Мазарини по праву считался одним из самых лучших учебных заведений Парижа. Это обстоятельство и привело к тому, что планам матери Шарля не суждено было сбыться. Она прочила сыну карьеру врача или юриста, но юноша так заинтересовался математикой, астрономией и физикой, что решил стать ученым. На этой почве между ним и матерью произошел конфликт, после чего Шарль оставил Париж и отправился к отцу в Монпелье.

Еще в 1706 году в Монпелье было основано серьезное научное общество. Кулон вступил в него и в феврале-марте 1757 года представил на рассмотрение несколько работ, первой из которых стал «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых». Вскоре члены общества избрали Кулона адъюнктом математики. Но Шарль не имел средств для того, чтобы продолжать самостоятельно заниматься наукой, ему необходимо было получить профессию, позволяющую продолжать научные изыскания. Посоветовавшись с отцом, он решил поступить в Военно-инженерную школу в Мезьере. Для поступления нужно было сдать довольно сложные экзамены. Кулон вновь отправился в Париж, где почти год обучался частным образом. В феврале 1760 года он прибыл в Мезьер и благополучно сдал экзамены.

Обучение в Военно-инженерной школе длилось недолго. В ноябре 1761 года Шарль Кулон получил диплом и звание лейтенанта. О том, насколько успешно он учился, судить трудно. С одной стороны известно, что после завершения обучения он получил денежную премию, которой награждались лучшие выпускники. С другой же – руководитель Школы дал весьма негативный отзыв об одной из его работ: «Его работа об осаде хуже средней, рисунки сделаны очень плохо, с подчистками и пометками… Он полагает, как и другие со сходным образом мыслей, что древесину для лафетов и повозок можно просто найти в лесу…»

Первым местом службы Кулона стал Брест, портовый город на северо-западе Франции. Здесь он занимался картографическими работами, необходимыми для строительства береговых укреплений. Но пребывание в Бресте было недолгим. В 1764 году Шарль Кулон отправился в далекое путешествие. Местом его нового назначения стал остров Мартиника в Вест-Индии. Этот остров был открыт в 1502 году экспедицией Колумба, ас 1635 года попал под влияние Франции и со временем был колонизирован. Впоследствии между Францией и Англией разгорелась борьба за Мартинику, в 1762 году англичанам удалось захватить остров, но через год он был возвращен Франции. После этого французские власти решили защитить остров от дальнейших покушений, построив на нем новый форт.

Конкурс на лучший проект форта выиграл инженер де Рошмор. Однако его проект вызвал бурное обсуждение, в котором участвовали и многие военные инженеры, в том числе и Кулон. В конце концов, проект, с целым рядом изменений утвердили, а Кулон был назначен руководителем строительства. Восемь лет он провел на Мартинике, где ему пришлось столкнуться с целым рядом трудностей, причем не только технических. Не хватало людей, средств, работы велись в очень неблагоприятных климатических условиях. Во время строительства Шарль показал себя не только замечательным механиком, но и прекрасным организатором. Начальство заметило старания и успехи инженера, и весной 1770 года он получил звание капитана. Технические навыки, которые он приобрел во время строительства, без сомнений, пригодились в его дальнейшей научной работе в области механики. Однако пребывание на Мартинике плохо сказалось на здоровье молодого человека, он очень тяжело переносил непривычный климат. Практически все восемь лет Шарля не оставляли болезни.

В 1772 году Кулон вернулся во Францию. Его направили в город Бушен, где он в основном занимался строительной механикой и работами с различными материалами. Теперь у Шарля было больше свободного времени, и он вновь занялся наукой. Вскоре он отправил несколько работ по прикладной механике в Парижскую академию наук, а весной 1773 года дважды выступал на ее заседаниях с докладами. Одна из этих работ получила очень благоприятные отзывы. Академик Боссю писал, что в ней Кулон «…охватил, так сказать, всю архитектурную статику… Повсюду в его исследовании мы отмечаем глубокое знание анализа бесконечно малых и мудрость в выборе физических гипотез, а также в их применении. Поэтому мы полагаем, что эта работа вполне заслуживает одобрения Академии и достойна публикации в Собрании [работ] иностранных ученых». Так Кулон впервые обратил на себя внимание французских ученых.

В 1774 году Шарль получил назначение в портовый город Шербур, где он занимался ремонтом фортификационных сооружений. Работа оставляла свободное время, и ученый имел возможность продолжать свои исследования. В 1775 году Парижская академия наук объявила конкурс на «Изыскание лучшего способа изготовления магнитных стрелок, их подвешивания и проверки совпадения их направления с направлением магнитного меридиана и, наконец, объяснение их регулярных суточных вариаций». Надо сказать, что создание конструкции более совершенного компаса было на тот момент весьма актуальной задачей. До того большинство компасов представляло собой магнитные стрелки, подвешенные на тонкой шелковой нити. Естественно, что подобные приборы были весьма чувствительны к всевозможным внешним воздействиям, в частности электростатическим. Чтобы устранить погрешности, Кулон предложил крепить стрелку к металлической проволоке, проводящей ток. В 1777 году ученый был признан победителем конкурса.

В период с 1777 по 1781 год Шарль Кулон поменял сразу несколько мест работы. Первым из них стал городок Салэн, затем последовал портовый город Рокфор (1779 год), где он участвовал в строительстве форта. В Рокфоре Кулон на время оставил изучение магнитных сил и погрузился в новую научную проблему. В 1779 и в 1781 годах Академия дважды объявляла конкурс работ, посвященных трению. Кулон провел массу экспериментов, в которых изучал не только трение твердых тел, но и трение в жидкостях и газах. Эти исследования он проводил по большей части на судовых верфях Рокфора. Ученый изложил их результаты в работе под названием «Теория простых машин», которая не только была удостоена премии, но и на протяжении века использовалась инженерами на практике. Этот труд, как и многие предыдущие, произвели прекрасное впечатление на академиков. В конце 1781 года Шарль, к своей большой радости, был переведен в Париж, успев поработать в Лилле, а 12 декабря – избран академиком по классу механики.

Переезд в Париж не означал окончания инженерной карьеры. Кулона продолжали привлекать в качестве консультанта к целому ряду различных проектов. В 1783 году он работал над проектом усовершенствования каналов и гавани Бретани. Ученый был привлечен к этой работе против его желания: проект ему не нравился. Когда же раздалась первая критика, его отстранили от участия в проекте и даже подвергли недельному заключению в тюрьму аббатства Сен-Жермен де Пре. Кроме того, ученый выполнял целый ряд связанных с наукой административных обязанностей: всего он принял участие в работе 310 комиссий Академии. Но все-таки с переездом в Париж научные изыскания вышли на первый план. Начался самый плодотворный период в жизни французского ученого. В промежуток с 1781 по 1806 год Кулон подал на рассмотрение Академии наук 25 научных статей, самыми выдающимися из которых считаются семь работ об электричестве и магнетизме, опубликованных с 1785 по 1791 год. В них он рассматривал взаимодействия между телами одноименных и разноименных зарядов.

Количественные измерения ученый проводил по разработанной им самим методике: в 1784 году он опубликовал работу о кручении тонких металлических нитей. В ней автор описал крутильные весы (весы Кулона)[42]42
  На самом деле крутильные весы еще до Кулона придумал английский ученый Генри Кавендиш и использовал их для подтверждения закона всемирного тяготения. Но он не публиковал описания своих открытий, так что можно утверждать, что Кулон изобрел весы независимо.


[Закрыть], которые предложил использовать для определения взаимодействия точечных электрических зарядов и магнитных полюсов. Можно сказать, что Кулон был одним из первых исследователей, применивших правильный подход к изучению взаимодействия заряженных тел. Он понял, что следует рассматривать взаимодействие таких тел, размеры которых гораздо меньше расстояния между ними («точечных тел»). Хронологически в этом, как и в некоторых выводах, Кулона опередил англичанин Робайсон, но он опубликовал свои результаты только в 1801 году, так что и здесь результаты Кулона были независимыми.

Уже в одной из первых своих работ по электричеству и магнетизму (в 1785 году) Кулон сформулировал основной закон электростатики, позже названный его именем. В современной формулировке он звучит так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Естественно, что это фундаментальное открытие было не единственным. Например, Кулон предположил, что не существует абсолютных диэлектриков, т. е. веществ, не проводящих электрический ток; обнаружил, что заряды быстро «стекают» с тел, и объяснил это явление проводимостью воздуха; положил начало фундаментальным исследованиям магнетизма.

Несмотря на то что научная работа отнимала массу времени, Шарль по-прежнему не прекращал работать по специальности. В 1784 году он был назначен смотрителем королевских фонтанов и занимался водоснабжением Парижа, позже принимал участие в проведении реформ в области образования и медицины: в 1787 году он даже совершил поездку в Англию с целью перенять опыт организации лечебных учреждений Лондона. В связи с революционными событиями 1789 года многие французские учреждения были упразднены и реорганизованы. Кулон неодобрительно отнесся к целому ряду перемен ив 1791 году подал в отставку из инженерного корпуса. Когда в 1793 году к власти пришли якобинцы, Академия наук была расформирована. Кулона отстранили от его обязанностей, после чего он покинул Париж и поселился в своем поместье в Блуазе. Здесь он работал вместе со своим коллегой и другом Жаном Шарлем Борда[43]43
  Шарль Борда – французский физик и геодезист, в свое время дал благоприятный отзыв на одну из первых работ Кулона.


[Закрыть], которого укрывал от преследования со стороны якобинцев. В 1795 году на смену упраздненной Академии наук пришел Национальный институт наук и искусств. В декабре того же года Кулон принял предложение стать членом Института.

В 1802 году Шарль Кулон женился на Луизе Франсуазе Дезормо, с которой, по всей видимости, уже давно состоял в гражданском браке. Луиза родила ему двух сыновей, Шарля Огюстена в 1790-м и Анри Луи в 1797 году.

Последние годы жизни Шарль Кулон посвятил реорганизации системы образования Франции. Эта деятельность была связана с многочисленными поездками во все концы страны, где должны были быть основаны новые лицеи. Летом 1806 года ученый заболел лихорадкой и 23 августа умер.