Текст книги "100 великих научных достижений России"

Виорель Ломов
100 великих научных достижений России

© Ломов В.М., 2011

© ООО «Издательский дом «Вече», 2011

* * *

Внучкам Лие и Саше Огарковым

Золотая сотня

Наука необходима народу. Страна, которая ее не развивает, неизбежно превращается в колонию.

Ф. Жолио-Кюри

В данной книге представлена «золотая сотня» выдающихся научных достижений России. Это не список Forbes или богатейших российских бизнесменов, чьими кошельками гордиться России не к лицу. Список достижений не нуждается в ежегодном обновлении, так как истинным открытиям и изобретениям дефолт или тюрьма не грозят. Как говорил Вольтер, «памятники науки существуют вечно».

Книга чем-то похожа на таблицу Менделеева – в ней каждому великому открытию или изобретению из самых разных областей науки и техники отведено свое место. Таких разделов четырнадцать. Девять из них привязаны к наукам – «Математика», «Астрономия», «Физика» и т. д.; четыре – к отраслям промышленности – «Авиация», «Космос» и др.; раздел «Техника, вооружение» говорит сам за себя. Иногда деление условно, поскольку одно и то же достижение можно отнести к разным разделам: скажем, «Свечу Яблочкова» или «Лампу накаливания Лодыгина», помещенных в «Физику», можно перенести и в раздел «Техника».

Внутри каждого раздела статьи идут в хронологическом порядке появления открытия или изобретения на свет.

Приступив к написанию этой книги, я невольно попал в положение, подмеченное английским поэтом У.Х. Оденом: «Когда я оказываюсь в обществе ученых-естественников, я чувствую себя как бедный церковный служка, который по ошибке забрел в гостиную, полную герцогов». Надо добавить – «герцогов», но отнюдь не снобов, а людей, занятых обычными для них делами – чертежами, формулами, опытами, подсчетами. Их лица изредка озаряет вспышка прозрения либо радости случайной находки. Труд и терпение – их удел.

Памятуя об этом, я старался, не вникая особо в творческую лабораторию исследователей и не вороша их «белья», по возможности (из-за формата книги) дать краткую предысторию открытия либо изобретения, изложить их суть и указать на пользу для общества и науки, в частности.

Как правило, научное достижение «привязано» к одному или нескольким ученым, краткая творческая биография которых предваряет статью. Рассматриваются достижения только тех исследователей, которые сделали свои открытия в России и для России, даже если потом судьба занесла их на чужбину, как, например, С.В. Ковалевскую или И.И. Сикорского.

Особое место в книге занимают несколько очерков о научных достижениях, полученных большими коллективами ученых из самых разных областей науки и техники: «“Ядерный щит” Курчатова», «3 АП Александрова (Три атомных проекта А.П. Александрова)», «Гвардейский реактивный миномет. РСЗО “Катюша”». Но и там я постарался увязать текст с заслугами руководителя проекта.

Главное место отдано научным достижениям прежних лет – по многим причинам.

Во-первых, большое видится на расстоянии, а современным достижениям, как и хорошим винам, еще «придет черед». Из достижений последних десятилетий взяты только те, которые безоговорочно признаны российским и мировым научным сообществом: очерки «SZEffect и другие эффекты Сюняева», «Гетероструктуры Алфёрова», «Аппарат Илизарова» и др.

Во-вторых, современное достижение слишком часто обречено быть «мельче» достижения той поры, когда наука только зарождалась и формировалась. В нем, в современном продукте, больше мелкой сложности, ненужной математики и символики, отраслевой узости и односторонности. Научные достижения сегодняшних дней очень трудно вытащить из трясины информации и назвать «научным переворотом» или «эпохальным открытием». Да и согласитесь: колесо – значительнее, нежели робот на колесах, или таблица Менделеева – чем открытие новых элементов, вписанных в нее.

И в-третьих, о заслугах современников еще как-то говорят в СМИ, а вот о подавляющем большинстве классиков уже и не вспоминают. Право, за державу обидно!

У многих российских научных достижений есть одна общая болезненная тема – патентные войны, в которые, как правило, русские ученые и изобретатели либо не вступали, либо проигрывали не из-за отсутствия боевого духа, а по причине отсутствия «торгашеской» составляющей в душе. Воровство всегда процветало в научном обществе, даже среди именитых ученых. А уж о примазавшихся предпринимателях от науки и говорить нечего. Впрочем, об этом сказано в ряде очерков.

К прискорбию наших великих ученых и к нашему общему прискорбию, сегодняшнее российское общество весьма безразлично к «завоеваниям» прошлого, как советской поры, так и дореволюционной. Мало того что забывают о достижениях страны, но еще стараются всячески принизить их, отдать приоритет в руки иностранцам, которые даже не помышляют о нем. Примеров тому, увы, очень много: см. очерки «Электромагнитный телеграф Шиллинга», «Радио Попова», «Электронное телевидение Розинга», «Сухопутный “пароход” Черепанова», «Самолет Можайского» и т. д.

«Национальной науки нет, как нет национальной таблицы умножения», – утверждал А.П. Чехов. Писатель неправ. Да, национальной таблицы умножения нет, хотя, например, в штате Индиана (США) в соответствии с законом число p (пи) равно 3,2, а не 3,1415, но вот национальная наука все же есть, и она – предмет именно национальной гордости. И когда происходит утечка мозгов, когда лучшие ученые уезжают за границу, когда хиреют и закрываются институты и научные центры – только тогда нет национальной науки, потому что ее и на самом деле нет.

Великих и значительных открытий и изобретений в различных областях науки и техники у россиян гораздо больше сотни, однако из-за формата книги я вынужден был отобрать ограниченное число, которые, как мне показалось, наиболее значительны с первого взгляда для человека ненауки.

Выражаю горячую признательность за огромную помощь писателю Виктору Еремину, моей жене Наиле, дочери Анне и редакторам издательства «Вече» Сергею Дмитриеву и Николаю Смирнову.

Математика, механика

Математический анализ Эйлера

Гениальный математик, член Петербургской, Берлинской, Парижской АН, Лондонского королевского общества, основатель русской математической школы, оказавший плодотворное влияние на развитие математического просвещения в России в XVIII в., Леонард Эйлер (1707–1783) почитается в мире как создатель 6-томного курса математического анализа – величайшего творения в истории математики.

Весьма символично, что первый очерк о выдающихся открытиях в области естествознания и общественных наук, сделанных русскими учеными и мыслителями, которые прославили российскую науку и Россию, посвящен Леонарду Эйлеру, «идеальному математику» всех времен и народов. Швейцарец по происхождению, Эйлер (точнее – Ойлер) четверть века жил в Берлине и 30 лет – в Петербурге. Биография Эйлера сама по себе – великое научное достижение математика, в связи с чем мы уделим ей больше места, нежели авторам других открытий и изобретений.

(Кстати, мы поступим также еще пару раз, когда речь пойдет о достижениях математиков – Н.В. Лобачевского и С.И. Ковалевской.)

Первый раз математик приехал в российскую столицу в 1727 г. по приглашению недавно организованной по замыслу Петра I Петербургской АН на должность адъюнкта по физиологии.

Л. Эйлер. Художник Э. Хандманн

15 лет ученый прожил в России, самоотверженно трудясь на ниве российской науки и просвещения. За это время правление Петра II сменилось правлением Анны Иоанновны и Анны Леопольдовны, затем после переворота на трон воссела Елизавета Петровна. Непрерывные войны, чехарда государственных переворотов, придворная грызня напугали многих иностранных ученых – членов академии, и они от греха подальше покинули нашу страну. В 1741 г. уехал в Берлин и Эйлер – уже знаменитым математиком. Вернулся ученый в Петербург по просьбе Екатерины II в 1766 г., при ней и умер в 1783 г.

Еще в первый приезд ученый выучил русский язык и свободно говорил и писал по-русски. (Леонард вообще знал множество европейских и древних языков.) Здесь математик нашел благоприятные условия для научной деятельности: он был хорошо обеспечен, свободно публиковал свои труды, в 26 лет был избран академиком, общался с выдающимися учеными той поры, имел непререкаемый почет и уважение. В 1770-х гг. вокруг Эйлера сформировалась Петербургская математическая школа, большей частью состоявшая из русских ученых.

Находясь в Берлине, Эйлер не терял связи с Петербургской АН. Был ее почетным членом, закупал для нее книги, физические и астрономические приборы, подбирал штатных сотрудников, редактировал математический отдел академических записок, вел переписку (в частности, с М.В. Ломоносовым), приютил в своем берлинском доме студентов из России – будущих академиков М. Софронова, С. Котельникова и С. Румовского. «Вместе с Петром I и Ломоносовым Эйлер стал добрым гением нашей Академии, определившим ее славу, ее крепость, ее продуктивность» (С.И. Вавилов). Российской академией еще целый век после смерти ученого руководили его потомки и ученики, среди которых были сын, зять сына и правнук Эйлера.

Людей, посвятивших свой век одной из самых созидательных страстей – науке, в мире немного. Речь идет не об ученых, даже великих, а о тех уникумах, которые положили свою жизнь на алтарь науки. Но даже среди них Эйлер единственный, кто самую плодотворную часть своей жизни (последние 16 лет) творил в полной слепоте, полагаясь только на силу ума, свою феноменальную память и редчайшую математическую интуицию. При этом надо отметить удивительную зоркость Эйлера и чутье в развитии научного стиля – он будто «подсмотрел» свои труды в грядущих веках и излагал их сегодняшним языком.

Дело в том, что от чуть ли не круглосуточных бдений ученый потерял в 1738 г. зрение в правом глазу, а к 1767 г. из-за катаракты ослеп полностью. (Только это обстоятельство помешало ему стать президентом Петербургской АН.) Однако это нисколько не смутило математика. Более того, «что ж, зато теперь меня уж точно ничто не сможет отвлекать от работы!» – заявил Эйлер и создал в «темный» период своей жизни половину своих трудов! (Всего за ученым числится 865 статей и мемуаров, а также 3000 писем «Научной переписки».) Слуги читали ему литературу, делали записи под диктовку, которые потом корректировали его ученики.

Помимо математики (практически всех ее областей) Эйлер занимался еще астрономией, гидродинамикой, теорией объективов, экспертизой технических проектов – например, одноарочного моста через Неву, предложенного И.П. Кулибиным… Ученый занимался даже воздухоплаванием – незадолго до кончины он рассчитывал полет аэростата. Эйлер вообще «переводил» на математический язык все, что окружало его, – баллистику, музыку, затмение Солнца, страховое дело, лотереи, приливы и отливы морей, остойчивость и маневрирование корабля, прочность строительных конструкций, теорию турбин, длину астрономических труб… И в любой области теоретического и прикладного знания ученый достигал выдающихся результатов, совершил множество открытий. Без натяжки можно утверждать, что само слово «открытие» лучше всего сочетается с именем Эйлера.

Его работоспособность была потрясающа. В 1735 г. академии надо было срочно осуществить трудоемкие расчеты траектории кометы. Группа ученых готова была сделать это за 3 месяца. Тогда Эйлер взялся за расчеты и провел их – за 3 дня!

О феноменальных способностях математика сохранилось много воспоминаний. Так два студента, выполняя астрономические вычисления, получили различающиеся результаты в 50-м знаке и обратились к профессору за помощью. Тот в уме вычислил и выдал им верный результат.

Но перейдем к математике, которой ученый посвятил 315 своих сочинений, и к главному открытию Эйлера.

Современная Математическая энциклопедия указывает двадцать математических объектов (уравнений, формул, методов), которые носят имя Эйлера. При этом надо учесть, что большая часть теорем и методов Эйлера идут ныне под другими именами.

Дело в том, что в математике (а заодно в механике, физике, астрономии, биологии и т. д.) Эйлер не просто развивал уже существовавшие области, а открывал новые. У него на это дело была легкая рука. Математик подарил человечеству общую теорию чисел, теорию графов (топологию), теорию функций комплексного переменного, теорию кораблестроения и кораблевождения, теорию специальных функций, теорию движения твердого тела, сопротивление материалов…

Что же касается главного открытия ученого – математического анализа, которое главным назвать можно лишь условно, как один из хребтов горной цепи, им Эйлер занимался практически всю свою жизнь. Вообще большинство работ ученого посвящено анализу. Математик пропустил через себя целые его отделы, существенно упростив их и дополнив. Бесконечно малые, интегрирование функций, теории рядов, дифференциальные уравнения…

«Следов» в матанализе Эйлер оставил столько, что их еще век «открывали» и печатали в самых элитарных научных сборниках. В современном анализе Эйлер вообще поминается чаще других математиков. Непогрешимый авторитет ученого зацементировал многие данные им обозначения (например, числа е и p), а тригонометрию и вовсе как науку сохранил в ее первозданном – созданном им в виде. В учебных заведениях этот раздел математики, изучающий тригонометрические функции и их применение к решению задач, преподают так, как ученый изложил его 250 лет назад. Кстати, как и логарифмы.

Согласно определению математический анализ – это совокупность разделов математики, посвященных исследованию функций и их обобщений методами дифференциального и интегрального исчислений. В него также входят еще ряд других математических дисциплин.

Этот самый фундаментальный труд в истории математики состоит из шести томов.

Двухтомник «Введение в анализ бесконечных» был издан в 1748 г. в Лозанне. Этот первый учебник по аналитической геометрии написан до того увлекательно и доступно, что и по сию пору не нашлось смельчака изложить его по-своему. В 1755 г. в Берлине вышло продолжение – «Дифференциальное исчисление», а в 1768–1770 гг. в Санкт-Петербурге – «Интегральное исчисление» и «Полное введение в алгебру», посвященное теории алгебраических уравнений. В 1774 г. увидел свет последний, шестой том – «Метод нахождения кривых линий, обладающих свойствами максимума или минимума», в котором Эйлер впервые изложил вариационное исчисление.

По этим книгам учились все европейские математики до середины XIX в. В 1849 г. К.Ф. Гаусс писал, что «изучение всех работ Эйлера останется навсегда лучшей, ничем не заменимой школой в различных областях математики». Слова «короля математиков» не потеряли своей актуальности и сегодня.

А мы никогда не забудем, что у Эйлера помимо его математического анализа есть еще два главных открытия: он открыл России науку в высшем ее понимании, а саму Россию открыл не только миру науки, но и всему миру.

Геометрия Вселенной Лобачевского

Один из крупнейших математиков всех времен, прозванный в мире «Коперником геометрии», ректор Казанского университета, Николай Иванович Лобачевский (1792–1856) является творцом неэвклидовой геометрии (геометрии Лобачевского), совершившей переворот в представлении о природе пространства. Не понятое и не принятое современниками ученого, а позднее названное «геометрией Вселенной», это открытие оказало огромное влияние на развитие математического мышления и стало одним из оснований современной математики и теоретической физики, в частности специальной (частной) и общей теории относительности.

Над входом в Академию Платона было написано: «Да не войдёт сюда не знающий геометрии». Эта надпись понятна каждому образованному человеку, для которого главной наукой является философия, а ее преддверием служат математические науки: арифметика, музыка, геометрия, астрономия. Не погрешив против истины, скажем, что в начале всех наук была именно геометрия, родившаяся буквально на земле – для ее измерения. Первый учебник т. н. эвклидовой геометрии – «Начала» (285 г. до н. э.) – создал древнегреческий математик Эвклид.

За долгую историю эвклидова геометрия обогатилась новыми разделами: проективной геометрией, аффинной и т. д., но неизменными остались ее основные аксиомы (их пять). Как известно, аксиомы служат отправными точками доказательств, а сами не доказываются. Но только не математиками. Сотни ученых почитали за честь доказать V аксиому о параллельных: «Через точку, не лежащую на данной прямой, проходит только одна прямая, лежащая с данной прямой в одной плоскости и не пересекающая ее». Они считали ее недостаточно очевидной и полагали, что это – теорема, которая обязательно доказывается. Среди пытавшихся осуществить это было много выдающихся математиков – Птолемей, Хайям, Лежандр, Ламберт и др.

Н.И. Лобачевский в работе «О началах геометрии» (1829) впервые предложил свою – неэвклидову – геометрию, основанную на допущении аксиомы, противоположной V аксиоме Эвклида. (Через ту самую точку – предположил ученый – можно провести не одну, а сколько угодно прямых.) Не вдаваясь в подробности, скажем только, что она заключает в себе эвклидову как частный (предельный) случай. Автор назвал свою геометрию «воображаемой», а ученый мир – «геометрией Лобачевского».

Н.И. Лобачевский. Художник Л.Д. Крюков

За несколько лет до Лобачевского готов был заявить о неэвклидовой геометрии и знаменитый немецкий ученый, «король математиков» К.Ф. Гаусс. Однако в начале XIX в. эвклидова геометрия обладала таким несокрушимым авторитетом, что Гаусс счел невозможным выступить против мнения научного света. Ведь отрицать одну из основных аксиом эвклидовой геометрии (а пришлось сделать именно это) значило отрицать и саму геометрию. Это было бы безумием.

Когда же Гаусс спустя несколько лет познакомился с работами русского ученого, он, не высказав публично своего отношения к ним, в своих дневниках и письмах восторгался «мастерским сочинением» Лобачевского, приносящим «совершенно исключительное наслаждение».

Судьба распорядилась так, что революцию в математике произвел Лобачевский. В 1826 г. ученый представил свою «воображаемую» геометрию на заседании отделения физико-математических наук Казанского университета. Коллеги познакомились с сочинением «Сжатое изложение основ геометрии со строгим доказательством теоремы о параллельных» и только пожали плечами. Они не приняли новой теории, так как ничего не поняли в ней.

От Санкт-Петербургской АН также пришел отрицательный отзыв маститого математика М.В. Остроградского. Тем более ничего не поняли в неэвклидовой геометрии борзописцы от московской журналистики, вволю поиздевавшиеся над чудаком провинциалом и его «воображаемой» наукой.

Однако Лобачевский не пал духом и продолжил разработки своей геометрии. Его никто не поддержал в этом занятии, не одобрил, не понял. Раз только, в 1842 г., профессор механики Казанского университета П.И. Котельников прозорливо отметил, что «изумительный труд Лобачевского… рано или поздно найдет своих ценителей». Это было единственное прижизненное официальное признание неэвклидовой геометрии Лобачевского в России.

За рубежом математику повезло больше. В конце 1830-х гг. в одном из французских научных журналов была опубликована «Воображаемая геометрия», а в Берлине – «Геометрические исследования по теории параллельных линий». Именно эта брошюра привела Гаусса в восторг. Чтобы познакомиться с другими сочинениями Лобачевского, немецкий ученый даже выучил русский язык. В 1842 г. по представлению Гаусса Лобачевский был избран членом-корреспондентом Геттингенского научного общества.

Надо сказать, что неэвклидова геометрия была не единственным детищем русского математика. Ряд блестящих работ Лобачевский опубликовал по алгебре, математическому анализу, механике, физике и астрономии. Именно они и составили прижизненную славу выдающегося математика.

Жизнь Лобачевского была обычной жизнью провинциала и шла «параллельно» жизни столиц. Был женат, с некоторой выгодой, но не очень счастливо. Вырастил семерых детей (еще несколько умерли). Большую часть времени отдавал работе. По утрам обливался холодной водой, любил покурить, после рюмочки хереса посидеть за преферансом, съездить на охоту… Но это – дома, на досуге, а вне дома Николай Иванович отдавал себя целиком науке и университету.

Будущий ученый родился в Нижнем Новгороде 20 ноября (1 декабря) 1792 г., а всю жизнь провел в Казани.

Казанский императорский университет Николай окончил в 1811 г. За 10 лет он поднялся от магистра до ординарного профессора и декана физико-математического факультета. Лобачевский был всеяден: занимался наукой, снабженческой и просветительской деятельностью, преподавал математику, механику, физику, астрономию, геодезию; собирал и возглавлял университетскую библиотеку, заведовал обсерваторией.

Но, конечно же, самый весомый вклад ученый внес в университет, который он, шесть раз избираемый на пост ректора, возглавлял 19 лет, добившись за это время подлинного расцвета учебного заведения. Казанский университет в середине XIX в. успешно конкурировал со столичными университетами как по научным изысканиям, так и в подготовке студентов.

Ректор проделал гигантскую работу по строительству и развитию университета: были возведены главный учебный корпус, Божий храм, библиотека, астрономическая обсерватория, физический кабинет, химическая лаборатория, анатомический театр, клиника, мастерские; создана единая система преподавания; открыты «Ученые записки Казанского университета»; развивалась издательская деятельность; началось изучение университетскими учеными Востока… Во время эпидемии холеры и грандиозного пожара Казани он спас университет от бедствий.

Много занимался ученый и просветительской деятельностью: первым в России он опубликовал курс высшей алгебры, курировал преподавание в гимназиях и училищах округа, писал для них учебники, читал лекции для населения…

Николай Иванович ко всему относился с любовью – к науке, к преподаванию, к учащимся, и они отвечали ему тем же. Ректор жалел строптивых студентов (он и сам был в юности такой) и строго взыскивал с нерадивых строителей. А еще – «искоренил в учебном заведении воровство, взяточничество и дутые отчеты об успехах».

В 1830-х гг. за заслуги перед государем Лобачевский получил звание действительного статского советника, ордена Святого Владимира, Святого Святослава и Святой. Анны, был занесен в дворянскую родословную книгу Казанской губернии. Николай I наградил ученого бриллиантовым перстнем.

Когда в 1846 г. исполнилось 30 лет службы Лобачевского в университете и по уставу «занимаемая им кафедра должна была с этого времени считаться свободной», университетская общественность ходатайствовала об оставлении ученого заведующим кафедрой. Несмотря на это, Лобачевского отстранили от работы на кафедре и уволили с поста ректора, предложив взамен должность помощника попечителя Казанского учебного округа с курированием только училищ и гимназий (без денежного довольствия). Предполагают, что систематические попытки ученого отстоять свою точку зрения в пропаганде своей «воображаемой» теории министерские мужи отнесли к умопомешательству.

Лобачевский тяжело переживал отставку. Не ладились у него семейные и житейские дела. От чахотки умер старший сын. В конце жизни не на что стало жить. Лишь за 12 дней до кончины он получил давно испрашиваемое им у министра единовременное пособие на поправку здоровья – 1500 рублей.

За год до смерти Николай Иванович подарил университету свою «Пангеометрию», надиктованную ученикам – к тому времени ученый ослеп. В этой последней работе были и те труды Лобачевского, которые коллеги либо не понимали, либо не хотели понять. Больше ничто не удерживало гения на этой земле.

Умер Н.И. Лобачевский в Казани 12 (24) февраля 1856 г. Ушел непризнанным. «И человек родился, чтобы умереть», – были его последние слова.

15 лет вспоминали Лобачевского как прекрасного ректора и педагога, а затем случилось чудо. После смерти Гаусса были опубликованы дневники и письма немецкого математика, из которых все узнали об открытии русского ученого и об оценке его трудов «королем математиков». Математический мир буквально сошел с ума. Еще бы – открытий такого порядка не было два тысячелетия! Тогда-то английский ученый В. Клиффорд и назвал Лобачевского «Коперником геометрии».

Потребовалось еще полвека для того, чтобы идеи Лобачевского вошли в математическую науку и определили весь стиль математического мышления современной эпохи.

Ученые не раз отмечали, что Лобачевский своею геометрией совершил прорыв в методологии математики, указал принципиальную «возможность построения многих непротиворечивых геометрий, которые истинны с математической точки зрения». Добавим – не только геометрий, но и действительных миров. Тем самым ученый еще прочнее объединил в союз не только физику и математику, но и математику и философию.

Неэвклидову геометрию Лобачевского дополнил великий немецкий математик Г.Ф.Б. Риман. Многие ученые Казанского университета были в первых рядах популяризаторов неэвклидовой геометрии.

Большую роль в признании трудов Лобачевского сыграли исследования Э. Бельтрами (1868), Ф. Клейна (1871), А. Пуанкаре (1883) и др. А. Эйнштейн о Лобачевском не без зависти сказал: «Он бросил вызов аксиоме».

Геометрия Лобачевского нашла применение в теории функций комплексного переменного, в теории чисел, в специальной (частной) и общей теории относительности. Ныне формулы геометрии Лобачевского применяются в расчетах для ускорителей элементарных частиц. Всего и не перечесть. Ведь идеи Лобачевского весомо повлияли даже на развитие русского авангарда – творчество В. Хлебникова, К. Малевича и др.