Страница 29 из 31
С 1805 по 1820 год программа Лапласа доминировала во французской физике благодаря авторитету ученого. В число членов Аркейльского общества вошли Гей-Люссак (1778— 1850), Ампер (1775-1836), Малу (1775-1812), Био, путешественник и натуралист Александр фон Гумбольдт (1769-1859) и, конечно, Пуассон, верный последователь Лапласа. Коши и Араго (1786-1853) также приняли участие в его работе, пока между Араго и Пуассоном неожиданно не вспыхнула враждебность.
Физика Лапласа пользовалась успехом и оказала решающее влияние на французскую науку XIX века, однако сегодня ее положения устарели и нуждаются в корректировке. Следует учитывать, что Лаплас и его последователи не восприняли теорию тепла Фурье и теорию света Френеля (1788-1827). В поиске ответа на некоторые вопросы, важные для развития физики, Лаплас шел по ложному пути.
Фурье разработал свою теорию распространения тепла, не опираясь на исследования Лапласа. В течение многих лет он размышлял о том, какой математический метод мог бы объяснить распространение тепла, не противореча одной из популярных в ту эпоху гипотез: тепло — это флюид, распределенный во всей природе (по мнению Лапласа), либо это результат движения материальных частиц. Когда в 1807 году Фурье представил свое исследование, Лагранж, который вместе с Лапласом и Лежандром должен был его оценить, раскритиковал работу и отклонил ее из-за найденных неточностей.
В 1785 году инженер и член академии Шарль Огюстен де Кулон (1736-1806) смог измерить силу электрического взаимодействия между двумя заряженными частицами. Это взаимодействие прямо пропорционально произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними — как мы можем констатировать, этот закон проводит определенные параллели с законом всемирного тяготения. В своем эксперименте Кулон использовал любопытный прибор — крутильные весы, измерявшие силу притяжения или отталкивания между электрическими зарядами.
Крутильные весы Кулона.
Прибор предназначен для измерения малых сил или моментов сил. Он представляет собой деревянное основание, на котором находится стеклянный цилиндр с входящей в него длинной трубкой. По окружности цилиндра располагается градусная шкала. Из трубки в цилиндр свисает серебряная нить, на ее конце закреплен горизонтальный рычаг, на концах которого — проводящие шарики. Через отверстие в цилиндр вводят маленький шарике некоторым зарядом. Весы измеряют угол вращения рычага на кончике нити в результате притяжения или отталкивания между заряженным шариком и шариками, установленными на концах рычага. На основании наблюдений можно сделать вывод об интенсивности взаимодействия, вызванного электрическим зарядом. В честь своего открывателя единица электрического заряда получила название Кулон.
К счастью, ученый проявил настойчивость и в 1811 году представил исправленную работу на конкурс за премию, которую Институт присуждал в 1812 году. Читая его работу, Лагранж, входивший в жюри, вдруг вскочил со своего места и воскликнул: «Это невозможно, невозможно!» Фурье все-таки получил премию благодаря физическим результатам, но его научное исследование не было опубликовано из-за математических ошибок. Труд вышел в свет только в 1822 году. Лагранж к тому времени уже умер, и Фурье благодаря поддержке Лапласа был назначен постоянным секретарем Королевской Академии наук. Наконец он смог напечатать знаменитое уравнение, фигурирующее в его «Аналитической теории тепла».
Жан-Батист Жозеф Фурье (1768- 1830), сын скромного портного, хотел стать военным инженером, но получил отказ из-за незнатного происхождения. Он быстро прославился как блестящий преподаватель математики, философии, истории и риторики.
В году III (по революционному календарю) Фурье был выдвинут своим округом на обучение в Нормальной школе.
Здесь его быстро заметил Монж и сделал своим ассистентом в Политехнической школе. Фурье, прекрасный физик и математик, стал другом Наполеона и сопровождал его в египетской кампании. По возвращении он получил назначение на пост префекта Гренобля и осушил болота для уничтожения болотной лихорадки. Фурье был твердо убежден в том, что жара пустыни — идеальный климат для здоровой жизни. На основании этой идеи он носил несколько слоев одежды и работал в сильно натопленной комнате. Умер Фурье в 1830 году в возрасте 62 лет.
Хотя Лаплас и опровергал подход Фурье, привязанный к старой тепловой теории, благодаря своей прозорливости он смог оценить математический потенциал тригонометрических рядов (или рядов Фурье) по сравнению с обычными рядами.
Развитие Френелем волновой теории света, явно противоречащей корпускулярной теории, принятой в Аркейльской школе, говорит о том, что программа Лапласа утратила монолитность. Френель представил свою работу Академии в 1815 году, но награду получил только в 1819-м. В отличие от Ньютона, который рассматривал свет как поток частиц, этот инженер выдвинул предположение о том, что свет имеет волновую природу — вслед за Гюйгенсом. Астроном Франсуа Араго, работавший над преломлением света под руководством Лапласа, также выступил в поддержку волновой концепции, которая раскрывала некоторые феномены преломления, необъяснимого в рамках корпускулярной теории. К великому удивлению и огорчению Био и Пуассона, Френель получил в 1819 году премию Академии. Небольшая группа противников Лапласа объединилась вокруг агрессивно настроенного Араго, который стремился определять научную политику страны. Он приложил много сил для защиты волновой теории света Френеля от последователей Лапласа.
Аркейльское научное общество регулярно собиралось между 1806 и 1813 годами, но в 1814 году наметился раскол. Между 1815 и 1820 годами его научное влияние падало все сильнее. После смерти Бертолле в 1822 году авторитет Лапласа также пошатнулся. Хотя ученый никогда не терял уважения публики, одержимость определенной математической моделью и воинствующее ньютонианство помешали ему понять важность новых открытий в области физики.
Не так уж и просто описать столь разностороннего человека, как Лаплас. Современники характеризовали его как серьезного, напористого карьериста, многие подчеркивали его высокомерие.
Его атеистические заявления вызывали осуждение в обществе. Лаплас стремился навязать свое мнение в любой дискуссии, он часто пользовался чужими идеями и смешивал их со своими, не указывая авторства. Эта привычка осталась с ним навсегда: в молодости он так поступал с Эйлером и Лагранжем, позже — «позаимствовал» у Лежандра полиномы и, наконец, взял у Байеса его теорию. Лаплас был похож на лису, которая заметала хвостом собственные следы.
Это самый грубый и недоброжелательный человек из всех, кого я знал.
Астроном Лаланд о Лапласе
Имена Лапласа и Лагранжа часто звучат рядом, но эти двое совсем не были похожи друг на друга. Первый — хвастливый и часто грубый, второй — скромный и скрупулезный. Лаплас придумал новые математические методы, которые гениально применил к изучению природы, но никогда не старался точно их описать. Для Лапласа математика была способом, а не самоцелью. Помимо уточнения расчетов он блестяще проводил операции с математическими выражениями. Иногда его захватывали и расчеты, и тогда он в течение долгих часов решал множество дифференциальных уравнений, вычислял приближения, записывал формулы. В области чистой математики Лагранж всегда затмевал Лапласа, но в прикладной математике, физике и политической деятельности Лапласу не было равных.