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.
В 1871 г. Н.А. Умов защитил магистерскую диссертацию «Теория термомеханических явлений в твердых упругих телах». Публичная защита состоялась в 1872 г. в Московском университете, и прошла весьма успешно.
В 1871–1893 преподавал в Новороссийском университете в Одессе; с 1875 – профессор этого университета.
Там, в южной Одессе Николай Алексеевич Умов довольно часто встречался с гением русской физиологии М.И. Сеченовым, с выдающимся русским бактериологом И.И. Мечниковым. Три благородных титана великой Русской Науки, двигающие семимильными шагами прогресс человечества.
Считается, что теоретическую физику Николай Алексеевич изучал самостоятельно по трудам Г. Ламе, Р. Клебша и Р. Клаузиуса, потому что в отечественных университетах такого курса тогда еще не читали. И что самообразование определило направление оригинальной мысли и суждений ученого. Занимаясь впоследствии опытной физикой, Умов сумел достичь в ней блестящих результатов. Глобальное значение имеют его работы по изучению спектра лучей, рассеянных поверхностями различных веществ. Именно исследуя это явление, талантливый русский физик создал метод спектрального анализа, помогающий по виду спектра судить о составе вещества, которое рассеяло свет.
В 1874 г. Умов защитил докторскую диссертацию «Уравнения движения энергии в телах», в которой ввел в науку совершенно новое понятие о движении энергии. В диссертации он развил мысль, что потенциальная энергия не может образоваться в одной простой среде и что для этого необходимы хоты бы две среды, из которых вторая (скрытая, не поддающаяся непосредственному наблюдению среда), принимает на себя часть кинетической энергии. «Потенциальная энергия есть не что иное, как живая сила движений некоторых сред, неощутимых для нас», – писал он. С его точки зрения количество кинетической энергии всегда остается неизменным при всякой смене явлений. Оно только перераспределяется при переходе с частиц одной среды на частицы других сред, или же с одних форм движений на другие. Кинетическая энергия всегда связана с движущейся частицей, и находится там же, где и частица. Так возникает понятие о движении энергии.
Умов показал и обосновал как, используя это понятие, можно выразить законы взаимодействия электрических зарядов, токов и магнитных полюсов. Умов ввел понятие плотности потока энергии, получивший название «вектор Умова».
Ученый составил дифференциальные уравнения движения энергии в твердых телах постоянной упругости и в жидких телах. Применяя свои наработки к распространению волн в упругой среде, Умов заключает, что энергия целиком переносится волной от одной точки к другой. «Количество энергии, проходящей через элемент поверхности тела в единицу времени, равно силе давления или натяжения, действующей на этот элемент, умноженной на скорость движения элемента», – гласит простая теорема Умова. Аналогичная теорема, но совершенно иным путем, была выведена творцом электромагнитной теории света Максвеллом.
В 1881 г. голландский ученый Гринвис показал, что данный «закон Умова» можно с успехом применять к толкованию явлений соударения упругих тел.
Итак, идеи Н.А. Умова оказали серьезнейшее влияние на дальнейшее развитие представлений об энергии. Умов впервые ввел в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии. Однако его взгляды разделяли далеко не все коллеги; многие крупные ученые высказывали резкие возражения. Но…
Через десять лет, в 1884 г. английский физик Пойнтинг применил идеи Умова к исследованию электрического поля. Сейчас уравнение движения энергии – одно из главных уравнений физики, и западная наука считает его основоположником именно Пойнтинга.
Дж. Г. Пойнтинг (1852–1914) также апеллировал понятием плотности потока электромагнитной энергии, используя для описания распространения энергии вектор, названный уже… «вектором Пойнтинга»; справедливости ради, следует заметить, что иногда применяется определение «вектор Умова – Пойнтинга». И опять же: где и кем…
Джон Генри Пойнтин
Профессор Николай Алексеевич Умов, решая задачи о стационарном движении электричества, дал метод, с помощью которого можно найти определение электрического тока на любой произвольной поверхности. Однако и в этих вопросах зарубежная наука отдает приоритет другим исследователям.
Густав Роберт Кирхгоф
Во время своей поездки за границу в 1875 г. Николай Алексеевич Умов представил известному физику Кирхгофу свою работу на тему «О стационарном движении электричества на проводящих поверхностях произвольного вида». До Умова эти же задачи решались учеными лишь для частных случаев; к примеру, физик Больцман решил ее для сферы и круглого цилиндра, а Кирхгоф – для плоскости. Тогда как Умов дал решение задачи в самом простом виде; он свел вопрос о распределении электрических токов на поверхности любого вида к вопросу о распределении токов в плоской пластинке, представляющей собой так называемое конформное отображение рассматриваемой поверхности на плоскости. И эта трудная задача не поддавалась иностранным ученым мужам.
Результаты, полученные Умовым, Киргхоф в слегка видоизмененном изложении опубликовал в ежемесячнике Берлинской академии наук под своим именем; украденный труд русского ученого стал частью научного труда немецкого физика.
То, что сделано Умовым, теперь известно как «задача Кирхгофа».
Густав Роберт Кирхгоф (1824–1887) – член Берлинской академии наук (1874), член Санкт-Петербургской академии наук (1862). В год встречи с нашим соотечественником он возглавил кафедру математической физики в Берлинском университете.
Кража интеллектуальной собственности весьма огорчила Николая Алексеевича, и впоследствии он не единожды возмущенно делился обидой с близкими коллегами.
Начиная с 1886 г. Умов помимо теоретических исследований стал интересоваться и экспериментальной физикой, сохраняя сей непраздный интерес до конца жизни. В 1888–1891 гг. он экспериментально исследовал диффузию веществ в водных растворах; поляризацию света в мутных средах; открыл эффект хроматической деполяризации лучей света, падающих на матовую поверхность. В 1893 профессор Николай Алексеевич Умов вернулся в Москву и стал читать курс теоретической физики в столичном университете. После смерти выдающегося физика А.Г. Столетова, Умов в 1896 возглавил кафедру физики. Он же явился организатором постройки физического института; «Такое положение дел, несогласное ни с обязанностями, ни с достоинством русской нации, должно окончиться… Учреждение в Москве физического института, согласно всем требованиям, предъявляемым современной наукой, соответствовало бы и действительно назревшим потребностям и тому значению, которое имеет в деле просвещения России Московский университет», – писал он.
За годы работы в науке Н.А. Умовым были выполнены важнейшие теоретические и практические исследования. Он занимался исследованиями земного магнетизма, во многом упорядочив эти довольно-таки запутанные на тот момент познания. В первые годы ХХ века Умов провел анализ многих сложных формул Гаусса в теории земного магнетизма, поставив на научную основу вопрос о распределении магнитных сил по земной поверхности. Что позволило определить вековые изменения магнитного поля Земли. Профессор Э. Лейст в заключении к своему очерку, посвященному научным трудам Умова, написал: «Гаусс исходил из геометрического представления и составил потенциальную формулу с эмпирически определяемыми 24 коэффициентами. Умов, наоборот, составил комментарий к этим коэффициентам и перевёл их опять в геометрический образ, но в совершенно иных плоскостях. Так дополняют друг друга два гениальные мыслителя Карл Фридрих Гаусс и Николай Алексеевич Умов».
В последние годы жизни ученый занимался также вопросами относительности и квантовой теории.
В 1910 г. увидела свет первая работа Умова, посвященная теории относительности, созданной Эйнштейном в 1905 г.; спустя два года появляется его новая, более значимая работа по тому же вопросу «Условия инвариантности волнового уравнения», которую знаменитый русский ученый Н.Е. Жуковский назвал лучшим математическим толкованием принципа относительности. Его слова: «Подобно тому, как неевклидовская геометрия и геометрия многих измерений опираются на инвариантность обобщенного представления об элементе дуги, принцип относительности по Умову имеет свое математическое содержание в инвариантности волнового уравнения распространения света». Это были последние работы автора.
Как и многие люди той просвещенной эпохи, русский ученый Н.А. Умов был организатором ряда просветительских обществ; членом Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии; в течение ряда лет избирался президентом Московского общества испытателей природы; выпускал журнал «Научное слово». Сорок лет Николай Алексеевич отдал науке и преподаванию в университетах. Аудитории во время лекций, читаемых профессором Умовым, были переполнены, причем приходили и студенты других факультетов. Прекраснодушный человек, с седой копной волос и проницательным взглядом вел пространные беседы о великих достижениях мировой и отечественной физики, о космосе и мироздании, которым подчинены физические законы. Для своих лекции он придумывал массу остроумных приборов, которые постоянно использовал, отчего студенты сравнивали своего преподавателя с магом.
Любопытны воспоминания о нем писателя Андрея Белого (наст. Борис Николаевич Бугаев; 1880–1934), окончившего математический факультет Московского университета в 1903 году, приобщившегося к большой литературе и ставшего впоследствии «теоретиком символизма». Его описательство довольно пространно и очень колоритно, но остановимся на кратком отрывке. Умов «всходил на кафедру: сверкать умом, жизнью, блеском, срывать голубой покров неба и показывать коперниковскую пустоту в величавых жестах и в величавых афоризмах, которые он не выговаривал, а напевно изрекал, простерши руки и ставя перед нами то мысли Томсона, то мысль Максвелла, то свою собственную: «На часах вселенной ударит полночь»… Пауза. «Тогда начнется – час первый»… Или: «Мы – сыны светозарного эфира»… Он любил пышность не фразы, а углубленной мысли, к каждой долго подбирал образ… И образы его были крылаты… и ставились они перед сознанием нашим всегда неожиданно, при демонстрации очень помпезно обставленного опыта. Он любил помпу в хорошем смысле и поражал наше студенческое воображение».
Советская историография сообщает, что «в 1911 г. вместе с группой ведущих профессоров Умов покинул Московский университет в знак протеста против реакционных действий министра просвещения Л.А. Кассо». Подобный протестный фарс вызывает большое сомнение: во-первых, уважаемому профессору на тот момент было шестьдесят пять лет, во-вторых, никаких «реакционных» действий министерством просвещения Российской Империи не предпринималось, а были попытки прекратить провокационные беспорядки, регулярно вызываемые большевистскими агитаторами и агентами, прошедшими западную «революционную школу». Разложение в среде молодежи, нигилистские, ярко выраженные радикальные и террористические взгляды не могли не вызвать ответной реакции властей. Однако власти поступали слишком толерантно, слишком демократично. Это станет очевидным в 1917 году, когда в кормчии государственного судна прорвутся красные бандиты, уничтожающие, извращающие не только систему просвещения, но и умы человеков разумных.