Русская Наука. Украденные открытия
Для доказательства справедливости своих научных взглядов М.В. Ломоносов использовал физические и химические опыты, проводимые им в своей химической лаборатории. Можно сказать, что его лаборатория явилась прообразом всех научно-исследовательских учреждений будущего. Ее основание означало начало нового этапа в изучении самой Природы и ее составляющих. Аналогичная лаборатория была построена лишь спустя 75 лет (!) в Гессене немецким профессором химии Ю. Либихом.
Дом с домашней лабораторией в Санкт-Петербурге, на Мойке Михаил Васильевич Ломоносов выстроил в 1756 году. Тут же разместилась оптическая мастерская, где по его проектам мастера изготовляли разные приборы, телескопы, микроскопы, перископы, мореходные и другие инструменты. А за два года до того, в 1753 г. М.В. Ломоносов в дар от дочери Петра I, Императрицы Елизаветы Петровны получает поместье в Усть-Рудицах, что в 64 верстах от северной столицы. Там расположатся стекольная фабрика для изготовления цветных мозаичных стекол, бисера и стекляруса. Причем все станки для изготовления сих изделий великий ученый придумает сам, составляя подробные чертежи. Любопытно, что ряд машин и приспособлений станут приводиться в движение водяной мельницей.
Императрица Екатерина II у М.В. Ломоносова. Художник Иван Федоров
Михаил Васильевич Ломоносов был величайшим новатором в истории химии. И он же впервые стал называть химию наукой, в то время как западноевропейские химики еще определяли ее как «искусство разложения тел смешанных на их составные части или искусство соединения составных частей в тела», – как писал Георг Шталь в своих «Основаниях химии» (1723). В то время Ломоносов последовательно и плодотворно внедрял в науку анатомические представления, и, перестраивая физику, создавал и закладывал основы новой науки – физической химии.
Для М.В. Ломоносова химия – «наука изменений» – учение о процессах, происходящих в телах. В отличие от своих предшественников – философов-атомистов, гений отечественной науки создает методы химического исследования; проводит проверку химических опытов своих коллег; рассуждает о важности проведения опытов в вакууме; стремится еще и «сверх сего к химическим опытам присовокуплять, где возможно, оптические, магнитные и электрические опыты». Русский ученый в буквальном смысле наметил план работ на десятки лет вперед!
Как известно, именно в химической лаборатории впервые стали изготовляться стекла, окрашенные в множество оттенков цветовой гаммы, предназначенные для уникальных мозаичных картин. Там же, в лаборатории, «трудясь многими опытами, кроме других исследований, изобрели фарфоровую массу» (в совместном проекте с химиком Виноградовым). Там же исследовались образцы пород, присылаемых со всех концов необъятной Российской Империи, в том числе – с Урала, Севера и Дальнего Востока.
В те годы самой разработанной частью естествознания была механика. И М.В. Ломоносов впервые внедрил в химию метод точных количественных измерений, служивший прекрасной основой для многих разработок механики.
Для успешных исследований Ломоносов использовал весы; в 1745 г. он писал: «При всех помянутых опытах буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрестности, которые надобно быть покажутся». Формулируя тем самым принципы весового и объемного анализа. Известно, что лаборатория Ломоносова располагала целым набором различных весов. Здесь были большие «пробные весы в стеклянном футляре», пробирные весы серебряные, несколько ручных аптекарских весов с медными чашками, обычные торговые весы для больших тяжестей, однако отличавшиеся большой точностью. Точность, с какой страстный новатор производил взвешивания при своих опытах, достигала 0,0003 грамма.
Для развития химической науки введение, казалось бы, простого и всем нам понятного метода количественных измерений, явилось огромным и успешным шагом.
* * *Зарубежная наука приписывает создание метода количественных измерений в химии Лавуазье и Гей-Люссаку, хотя Ломоносов опередил этих ученых на многие и многие годы!
* * *О французском химике, члене Парижской Академии наук Антуане Лоране Лавуазье нами уже упоминалось. Можно лишь добавить, что судьба его незавидна: за умение зарабатывать деньги (которые по большей части ученый вкладывал в создание своей лаборатории и проведение научных исследований), сей адъюнкт и обладатель Золотой медали Парижской Академии наук был в 1794 году… казнен французскими недоумками-революционерами. Подобная судьба через столетия постигнет многих русских ученых, растерзанных революционными большевистскими и чекистскими бандами.
Полет пилотируемого воздушного шара, наполненного водородом. Шар был запущен в саду Тюильри в Париже 1 декабря 1783 г. Пассажирами были Жак Шарль и его помощник М.-Н. Робер
Что касается другого французского физика и химика, профессора Жозефа Луи Гей-Люссака (1778–1850) и также члена Парижской академии наук (1806), то его судьба много счастливее предшественника. Он даже был членом палаты депутатов (1831–1839), успел поработать профессором химии в Парижском ботаническом саду (с 1832) и проделать несколько полетов на воздушном шаре (два – в 1804), но после полетов нашего соотечественника Я.Д. Захарова – русского химика, академика Русской Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге. К слову сказать, Яков Дмитриевич Захаров (1765–1836), разделяя взгляды Ломоносова, одним из первых в Российской Империи начал читать курс химии с позиций, отрицающих существование флогистона. Он всего на два месяца опередил Гей-Люссака, поднявшись в воздушное пространство на шаре для научных наблюдений и экспериментов в высоких слоях атмосферы, и тем самым показал пример. Полёт выдающегося русского химика Захарова положил начало научному воздухоплаванию!
Русский химик, воздухоплаватель Яков Дмитриевич Захаров
Уже говорилось, что Михаил Васильевич Ломоносов создавал и закладывал основы новой науки – физической химии. «Химик, – писал он, – без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И эти две науки так соединены между собою, что одна без другой в совершенстве быть не могут». «Физическая химия есть наука, объединяющая на основании положений и опытов физических причину того, что происходит через химические операции в сложных телах», – так в 1752 г. Ломоносов дал четкое определение важнейшего раздела химии.
* * *В 1887 г. в Лейпциге начинают читать курс физической химии. Этот год считается… датой возникновения данной науки!
* * *Хотя в подтверждение своих слов незаурядный гений Ломоносов вплоть до 1753 г. читал студентам лекции по физической химии, на которых проводил многочисленные опыты! Программой опытов ученого было предусмотрено подробное исследование кристаллизации; определение удельных весов; сил сцепления твердых и жидких тел; изучение разнообразных растворов, а именно: «застудневание растворов, сцепление студней», т. е. по нынешнему определению – коллоидных состояний.
В программе опытов ученый предусмотрел также и электрохимические и термохимические исследования. Важно указать, что учение о тепловых эффектах при химических превращениях, проведенное в стенах химической лаборатории Ломоносова, переросло затем в самостоятельную отрасль науки – термохимию. Подталкиваемый гением Ломоносова, ее проработал и обосновал русский ученый первой половины XIX в. академик Г.И. Гесс. Химик и член Академии наук Санкт-Петербурга Герман Иванович Гесс (1802–1850) открыл основной закон термохимии (1840), носящий его имя, согласно которому тепловой эффект реакции зависит лишь от начального и конечного состояний системы и не зависит от промежуточных состояний и путей перехода.
Через более чем 100 лет после зачина Ломоносова относительно новой науки, курс физической химии стал читать в Харьковском университете профессор и будущий академик великий Н.Н. Бекетов (1827–1911), организовав отделение физико-химических наук и физико-химический практикум (1859–1887). Чтобы затем переехать в Санкт-Петербург (1886), работать в химической лаборатории и отдавать свои знания, преподавая на Высших женских курсах (!).
А еще через год его практический опыт повторили в Лейпциге…
Николай Николаевич Бекетов на годы опередил иностранных коллег.
Но мысль Михаила Васильевича Ломоносова, как всегда, опередила Пространство и Время.
История 3
Фотоэффект и «атомы электричества»
Крупнейшего физика А.Г. Столетова называют организатором школы русских физиков и одним из основателей электротехники. Его работы стали фундаментом для построения целых областей науки, благодаря его открытиям появилось телевидение, без которого мы не уже представляем свою жизнь.
Александр Григорьевич Столетов(1839–1896); родился в небогатой купеческой семье в городе Владимире на Клязьме. Его отец – Григорий Михайлович – был владельцем бакалейной лавки и мастерской по выделке кож. Мать – Александра Васильевна – была образованной женщиной и сама обучала своих детей, подготавливая к поступлению в гимназию. Уже в пять лет Саша научился читать и писать, в девять он вел дневник, куда записывал не только наблюдения, но и стихи собственного сочинения.
Александр Григорьевич Столетов
Во время учебы во Владимирской гимназии он особо полюбил физические опыты, и не раз демонстрировал их дома. Саша был одним из шести детей в их дружной и веселой семье. В 1856 г. юноша заканчивает гимназию с золотой медалью, и осенью того же года его зачисляют студентом на физико-математический факультет Московского университета, с предоставлением государственной стипендии. В 1860 г. Столетов с отличием закончил университет. Благодаря ходатайству профессора физики Н.А. Любимова, талантливого молодого ученого оставили при университете для подготовки к профессорскому званию. Так как он учился за государственный счет, он обязан был после окончания университета отработать шесть лет «по учебной части Министерства народного просвещения», но его таланты сыграли решающую роль в дальнейшей судьбе этого молодого человека. В середине октября 1861 г. Столетов сдал магистерский экзамен, но защиту диссертации пришлось отложить: летом 1862 г. Александр Григорьевич был отправлен в заграничную командировку как наиболее достойный кандидат.
Три с половиной года Столетов изучал физику в университетах Гейдельберга, Геттингена и Берлина. Известный в то время немецкий ученый Кирхгоф называл его своим самым талантливым учеником. Там же, за границей, молодой физик провел и свое первое научное исследование, в результате которого установил, что диэлектрические свойства среды не влияют на электромагнитное взаимодействие проводников электрического тока. В Гёттингене Столетов работал у немецкого физика В. Вебера. Русский ученый побывал и в Париже, знакомясь с постановкой преподавания физики в Сорбонне.
В конце 1865 г. А.Г. Столетов возвращается в Россию, где получает место преподавателя в Московском университете, и сразу заявляет два курса: математической физики и физической географии. Его блестящие лекции зачастую заканчивались овациями. В то же время он работал над магистерской диссертацией, посвященной проблеме «Общей задачи электростатики и приведению ее к простейшему виду» – о том, как распределяются заряды в проводниках в произвольном случае. Эта задача была решена только для двух проводников английским физиком Томпсоном и геометром Морфии. Показав свои исключительные математические способности, Столетов обобщил эти результаты на произвольное число проводников. После защитил магистерскую диссертацию в мае 1869 г. А.Г. Столетов был утвержден в звании доцента по кафедре физики.
Московский университет на открытке начала ХХ века
Александр Григорьевич предпринимает попытки создания собственной физической лаборатории при университете (будет открыта в 1872-м). А у себя дома он организует физический кружок (не путать с революционными кружками! – такой подтекст зачастую наблюдается в работах советских агитпроповцев, тем самым закладывается мысль о причастности русских ученых, других деятелей к «желаемым всеми прогрессивными людьми» революционным переменам в обществе), который посещают ученые Н.А. Умов, Н.Е. Жуковский, астроном Ф.А. Бредихин, механик Ф.А. Слудский и другие. В 1881 г. этот кружок пополнился математиками и вскоре слился с физическим отделением Общества любителей естествознания, который тогда же возглавил сам Столетов.
Великие русские ученые всегда были великими просветителями – такова была их божественная миссия на родной земле.
В 1872 г. ученый защитил докторскую диссертацию «Исследование о функции намагничения мягкого железа», посвященную изучению магнитных свойств железа. И уже в следующем году был утвержден в должности ординарного профессора Московского университета.
Следует сказать, что тогда электротехники как науки еще не было. Вот почему очень важно было разработать теорию работы электрических машин, установить закономерности в намагничивании железа и его сплавов. Во время работы над диссертацией для выполнения исследований Столетов уезжал на полгода за границу в лабораторию профессора Кирхгофа (как легко, скажете вы, было пополнять знания маститым иностранным коллегам за счет неустанной работы молодых коллег из других стран, проводимой под присмотром хозяев). В те времена для проведения экспериментальных исследований физики часто уезжали за границу. Оттого и хлопотал Александр Григорьевич, чтобы дома наконец появилась своя лаборатория, и его настойчивые просьбы увенчаются успехом в том же значимом для ученого 1872 году.
В лаборатории немецкого физика русский ученый на опыте установил, что коэффициент, характеризующий способность железа намагничиваться, постоянен. По мере возрастания магнитного поля быстро растет коэффициент, однако в определенный момент, когда железо «насыщается», намагничивание железа перестает нарастать. В конце этой своей работы Столетов писал: «…изучение функции намагничения железа может иметь практическую важность при устройстве и употреблении, как электромагнитных двигателей, так и тех магнитноэлектрических машин нового рода, в которых временное намагничение железа играет главную роль (снаряды Н. Уайльда, Сименса, Ладда и др.). Знание свойств железа относительно временного намагничения так же необходимо здесь, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин. Только при таком знании мы получим возможность обсудить a priori наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие».
Работа по измерению соотношения электромагнитной единицы количества электричества по отношению к электростатической, которая согласно теории английского физика Максвелла, должна быть равна скорости света, была предложена Столетовым по новому методу. Метод получил одобрение Максвелла и даже, по его словам, был признан как самый надежный способ для определения этой величины.
Генрих Рудольф Герц
Результаты исследования Столетова и методика изучения магнитных свойств, созданная им, повлияли на развитие электротехники.
Вильгельм Гальвакс
Диссертационная работа, распахнувшая широкие горизонты и перед наукой, и перед техникой, сделала ее автора всемирно известным ученым. В 1874 г. Столетова пригласили на торжества по поводу открытия физической лаборатории при Кембриджском университете; в 1881 г. он представлял Русскую Науку на I Всемирном конгрессе электриков в Париже. На конгрессе по его предложению была утверждена единица электрического сопротивления – ом, а также эталон сопротивления. Тогда же, на электрической выставке в Париже физическая лаборатория Столетова удостоилась «Диплома сотрудничества». Постепенно росла и ширилась слава о русском физике; и, к слову, в 1889 г. А.Г. Столетова изберут вице-президентом международного конгресса.
В 1988 г. Столетов приступил к исследованию фотоэффекта, открытого за год до этого немецким физиком, одним из основателей электродинамики Генрихом Рудольфом Герцем (1857–1894). Эти исследования, продолжавшиеся два года, принесли Александру Григорьевичу мировую славу и явились вершиной его научного творчества.
26 февраля того же года в лаборатории Московского университета Столетов осуществляет свой знаменитый опыт – заставляет свет порождать электрический ток.
Установка Столетова выглядела следующим образом: цинковый диск, присоединенный к отрицательному полюсу батареи, стоял напротив диска металлической сетки, от которой шел провод к положительному полюсу. Цепь была разомкнута воздушным промежутком между диском и сеткой. Ток не шел; светлый зайчик, отбрасываемый зеркальцем гальванометра, включенного в цепь батареи, стоял на нулевой отметке шкалы. Но когда экспериментатором свет был брошен на диск электрической дуги, зайчик тотчас же пробежал по шкале. Так в цепи возник электрический ток! Эта установка явилась первым фотоэлементом – прибором, отзывающимся на свет появлением электрического тока.
Исследуя явление порождения светом электрического тока, А.Г. Столетов установил все его основные законы. К примеру, закон о пропорциональности между фототоком и интенсивностью падающего света.
* * *Открытие этого закона на Западе приписывают немецкому физику Гальваксу.
* * *Вильгельм Гальвакс (Хальвакс; 1850–1922) безусловно, талантливый ученый, он впервые показал, что металлы под воздействием ультрафиолетового излучения теряют отрицательный заряд. Однако первенство в открытии закона о пропорциональности между фототоком и интенсивностью падающего света принадлежит уму и таланту А.Г. Столетова.
Исследования русского ученого примечательны и тем, что в физике того времени еще не были известны электроны, поток которых и создавал ток между диском и сеткой. Электроны, названные ученым «атомами электричества», были официально открыты уже после его смерти.
* * *Теоретическое объяснение законов фотоэффекта, экспериментально полученных Столетовым еще в конце 80-х гг. XIX в., будет дано А. Эйнштейном в ХХ в., в 1905 г.
* * *Следует сказать, что на основе фотоэффекта были созданы фотоэлементы, нашедшие большое практическое применение. К примеру, вакуумная установка Столетова была прообразом электронных приборов, которые впоследствии работали в радиоприемниках, радиопередатчиках, в автоматических и телемеханических устройствах, в локаторах.
Как напишут современные авторы, популяризирующие открытия отечественных ученых, «крохотный фотоэлемент вдруг неожиданно превратился в могучего богатыря, спасающего от электрической гибели космические корабли и протягивающего руку помощи большой земной энергетике… /Применяемые фотоэлементы реагируют на видимый свет и даже на инфракрасные лучи. На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощный пресс, если рука человека оказывается в опасной зоне. С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного на кинопленке. /Кроме фотоэффекта, называемого внешним фотоэффектом, разнообразные применения находит внутренний фотоэффект в полупроводниках. Это явление используется в фоторезисторах-приборах, сопротивление которых зависит от освещенности. Пока же полупроводниковые фотоэлементы применяются в основном для измерения интенсивности света, а также для целей автоматики, сигнализации и телеуправления. А также это кремневые солнечные батареи используются, в частности, для обеспечения энергией искусственных спутников земли и космических кораблей».
Разработанный Александром Григорьевичем Столетовым метод исследования электрических явлений в разреженных газах помог супругам Кюри открыть радиоактивные элементы.
Музей братьев Столетовых в городе Владимире расположился во флигеле их бывшего дома. Здесь жили Николай Григорьевич и Александр Григорьевич Столетовы, первый из них стал генералом, освободившим Болгарию от Османского ига, а второй – физиком с мировым именем
Именно эти исследования русского ученого повлекли за собой грандиозные открытия: открытие электронов, радиоактивности, рентгеновских лучей. Переосмысление законов фотоэффектов привело к созданию квантовой теории, согласно которой свет может вести себя как поток особых частиц – фотонов. Квантовая и электронная теории стали, в свою очередь, основой для исследования мира атомов и элементарных частиц (электронов, протонов, фотонов).
Как и многие его коллеги из рядов русских ученых-педагогов, Столетов читал искуснейшие лекции, привлекая в ряды почитателей и искренних приверженцев науки все новые молодые кадры. Его лекции по опытной физике отличались обилием материала и красочностью изложения. Он всегда успевал ознакомить студентов с последними научными новостями. Александр Григорьевич даже вел отдельные вечерние лекции для любознательных.
Кроме занятия наукой Столетов интересовался литературой, искусством; состоял членом очень многих ученых обществ, как русских, так и иностранных. Был директором отдела прикладной физики при Политехническом музее и за эту работу в 1884 г. ему от имени Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии присудили золотую медаль, а в 1886 г. приняли в ряды своих членов. Где он председательствовал на физическом отделении этого весьма уважаемого общества с 1881 по 1889 гг. Важный нюанс: в работах советских историков и писателей это общество чаще всего звучит в усеченном варианте, как «Общество любителей естествознания», тогда как две другие составляющие также очень важны; в особенности антропология, которая после захвата власти большевиками была поставлена в разряд сверхзкрытой науки, все научные труды по антропологии были изъяты (во времена Российской Империи труды по антропологии печатались открыто; и, к слову, современный человек даже не представляет всю важность этой уникальной науки).
19 мая 1896 г. у Александра Григорьевича обнаружилось воспаление легких и ослабление сердечной деятельности; а в ночь с 26 на 27 мая он скончался.
Обширная библиотека, согласно завещанию великого ученого, была передана в физическую лабораторию (впоследствии попала в состав библиотеки Физического института Московского университета имени Столетова). Работы Александра Григорьевича Столетова – одаренного ученого, мыслителя, обладавшего обширной эрудицией, – открыли в физике новую эпоху.
История 4
«Задача Кирхгофа», «вектор Умова» и наветы
Современником и коллегой А.Г. Столетова был другой замечательный физик, профессор Московского университета Н.А. Умов.
Николай Алексеевич Умов(1846–1915) родился 23 января (4 февраля) 1846 г. в городе Симбирске (после – Ульяновск) в семье военного врача, поклонника естественных наук и страстного коллекционера. Есть сведения, что родоначальником семейства Умовых был помещик Казанской губернии Павел Михайлович Наумов, который имел нескольких детей от крестьянки Матрёны Тихоновны, которая якобы отказалась стать его венчанной супругой, дабы не рассорить того с родными. По ходатайству П.М. Наумова и по высочайшему повелению всем детям казанского помещика было дозволено носить фамилию Умовы. Кстати, обычное явление: часто незаконнорожденным дворянским детям разрешали носить «усеченную» фамилию отца. К тому же все пути-дороги таким детям были открыты, многие из них шли в науку и принесли славу своему Отечеству.
Николай Алексеевич Умов
Юный Николенька рано почувствовал страсть к естественным наукам и физике. Учась в гимназии в Москве, он твердо для себя решил, что станет преподавателем в области физико-математических наук. В 1863 г. поступил на математическое отделение физико-математического факультета Московского университета. По окончании учебы (1867) был оставлен для подготовки к профессорскому званию. В 1870-м одаренный молодой человек печатает в «Математическом сборнике» исследование «Законы колебаний в неограниченной среде постоянной упругости». Путем своеобразного приема Умову удалось рассмотреть задачи о распространении поперечных колебаний отдельно от задач, связанных с продольными колебаниями. В задаче о продольных колебаниях он пришел к выводам, данным ранее французским ученым Пуассоном, однако русский ученый нашел иные пути, более совершенные к получению ответа. Выводы, полученные относительно поперечных колебаний в неограниченной среде, он распространяет и на оптические явления. И, принимая во внимание некоторые дополнительные предположения, касающиеся свойств гипотетической среды, являющейся носителем световых колебаний (малая плотность, идеальная упругость и т. д.), Николай Алексеевич получает уравнение оптики, совпадающее с уравнениями, полученными знаменитым Буссинеском.