Джованни Доменико Кассини (1625–1712)
Так уж получилось, что в роду Кассини увлечение астрономией передавалось по наследству. Основатель «династии» астрономов Джованни Доменико Кассини — виднейший астроном, первый директор Парижской обсерватории — беспредельную любовь к науке передал сыну Жаку Кассини, который тоже был замечательным астрономом и геодезистом. От Жака эстафету принял его сын Франциск, и так до четвертого поколения. Любопытно, что все Кассини — дед, сын, внук, правнук и сын правнука, являясь астрономами-наблюдателями, были членами Парижской академии наук и наследовали друг от друга пост директора Парижской обсерватории.
Мы здесь расскажем о замечательных открытиях родоначальника «династии» Джованни Доменико Кассини.
В 1665 году он обнаружил вращение Юпитера, а через год — вращение Марса. В результате тщательных наблюдений в течение 13 лет Кассини открыл четыре новых спутника Сатурна (Япет, Рея, Диона, Феба) и в 1675 году обнаружил, что между первым и вторым (средним) кольцами Сатурна существует промежуток, вошедший в историю астрономии под названием «щель Кассини» или «деление Кассини». В течение 5 лет ученый вместе со своим сотрудником Фасью провел наблюдение зодиакального света, природа которого в достаточной степени не изучена до настоявшего времени. Известно, что зодиакальный свет в X веке наблюдал Бируни, описание этого света в Европе относится к концу первой половины XVII века. Явление зодиакального света весьма сложно и обусловливается различными причинами. В настоящее время оно изучается советскими учеными во главе с академиком В. Г. Фесенковым.
|
|
|
Джованни Кассини сформулировал три приближенных закона относительно Луны.
Первый закон. Время оборота Луны вокруг оси равно времени оборота вокруг Земли.
Второй закон. Наклон лунного экватора к эклиптике всегда составляет 1°32′.
Третий закон. Три плоскости — лунного экватора, лунной орбиты и эклиптики, перенесенные в центр Земли, пересекаются по одной прямой, причем плоскость эклиптики проходит между плоскостями лунного экватора и лунной орбиты.
Известно, что совпадение периодов вращения Луны вокруг своей оси и обращения ее вокруг Земли ведет к тому, что Луна всегда повернута к Земле одной стороной. Противоположная сторона лунного шара нам полностью не видна. Только иногда вследствие так называемой либрации Луны, сущность которой заключается в том, что Луна, наблюдаемая с Земли, кажется вращающейся вокруг своей оси неравномерно, как бы покачивающейся немного относительно своего среднего положения, область наблюдения увеличивается до 60 % поверхности лунного шара. Заслуга Джованни Кассини заключается в том, что он весьма основательно исследовал все три вида оптической лунной либрации (либрация по долготе, по широте, параллактическая).
|
|
|
В результате многолетних наблюдений Солнца Джованни Кассини составил довольно точные солнечные таблицы и в 1673 году дал описание этого светила. Ученый интересовался также величиной солнечного параллакса, т. е. величиной угла, под которым с Солнца виден экваториальный радиус Земли. С помощью вычисленного параллакса Кассини определил расстояние от Земли до Солнца. По его расчетам это расстояние равно 140 миллионам километров (по современным данным, 150 миллионов километров).
Много времени Джованни Кассини уделял составлению и уточнению астрономических таблиц. Так, в 1693 году он издал новые таблицы спутников Юпитера и атмосферной рефракции (вследствие астрономической рефракции небесные светила наблюдаются с Земли выше их действительного положения, в результате чего они в течение некоторого времени видны над горизонтом до их восхода или уже после захода).
Ко всему, что говорилось выше, надо добавить, что ученый организовал и провел многочисленные геодезические измерения на территории Франции.
|
|
|
Имя Джованни Кассини известно и математикам. Он впервые в истории математики рассмотрел плоскую кривую, являющуюся геометрическим местом точек, произведение расстояний которых от данных двух точек есть величина постоянная. Эту кривую ученый открыл в связи со своими астрономическими исследованиями. В его память она названа «овал Кассини».
В заключение заметим, что Джованни Кассини по ряду важнейших вопросов астрономии придерживался явно ошибочных взглядов, которые никак не согласуются с его замечательными открытиями. Так, спустя сто лет после открытия законов Кеплера, когда система Коперника получила всеобщее признание, Кассини решительно отвергал гелиоцентрическое учение коперниканцев. Еще более удивительно, что он не признавал всемирного тяготения, открытого Ньютоном. Отрицая теорию тяготения, ученый пришел к неверному выводу о вытянутости Земли по оси вращения.
Однако эти ошибки не могут умалить значения трудов неутомимого труженика Джованни Кассини, оставившего благодаря своим замечательным открытиям глубокий след в науке.
Христиан Гюйгенс (1629–1695)
Еще в глубокой древности люди научились приближенно измерять время. В их распоряжении были солнечные, водяные и песочные часы. С ростом науки и техники появилась потребность в точном измерении времени, а для этой цели стали нужны более усовершенствованные часы. Необходимость в точных часах особенно обнаружилась в астрономии и мореплавании. Так, например, для определения местонахождения корабля в открытом море надо вычислить широту и долготу той точки, в которой корабль находится, а для этого необходимо знать местное время и время нулевого меридиана. Вот тут-то и нужны точные часы. По словам К. Маркса, «часы — это первый автомат, употребленный для практических целей. На их основе развилась вся теория производства равномерного движения »[10].
|
|
|
Изобрел современные механические часы с маятником голландский ученый Христиан Гюйгенс. Тогда ему было всего 28 лет. Чтобы добиться равномерного перемещения стрелок часов, Гюйгенс создал так называемый «спуск», который под действием силы завода помогает маятнику равномерно колебаться. Спустя короткое время молодой ученый сделал еще одно замечательное открытие: предложил такую систему для измерения времени, в основе которой лежит конический маятник.
Но имя ученого связано не только с открытием маятниковых часов. Он был великим астрономом и занимался астрономией в течение всей жизни. Не удивительно, что именно Гюйгенс изобрел телескоп особой системы. Он много трудился над тем, чтобы увеличить светосилу астрономических труб и устранить сферическую и хроматическую аберрации, из-за чего изображение получалось нечетким и окруженным цветной радужной каймой.
С помощью своего телескопа Гюйгенс 25 марта 1655 года открыл спутник планеты Сатурн — Титан и определил период его обращения вокруг Сатурна. По подсчетам ученого, этот период равняется 15 суткам 22 часам. Свое открытие Гюйгенс опубликовал в 1656 году в работе «Наблюдение Луны Сатурна».
Работая над усовершенствованием телескопа своей системы, Гюйгенс добился 100-кратного увеличения. При помощи этого телескопа он открыл кольцо Сатурна и исследовал его. Кольцо оказалось плоским, оно нигде не прилегало к планете, причем имело некоторый наклон к эклиптике. Свои наблюдения над планетой Сатурн и ее кольцом Гюйгенс опубликовал в 1659 году в классической работе «Система Сатурна».
В ней же он дал первое описание туманности в созвездии Ориона и сообщил о полюсах на поверхности Юпитера и Марса. И если инструментальная наблюдательная астрономия во второй половине XVII века имела крупные успехи, то этим она обязана в первую очередь астрономическим исследованиям Христиана Гюйгенса.
Гюйгенс был энтузиастом по шлифовке объективов с большим фокусным расстоянием. Будучи пожилым человеком, он в течение нескольких лет шлифовал объективы с фокусным расстоянием в 37, 54 и 63 м. Затем он сконструировал окуляр, носящий его имя, который представлял собой оптическую систему, состоящую из двух плоско-выпуклых линз, разделенных значительным воздушным промежутком. Ученый много поработал и над созданием планетарной машины, которая явилась прообразом современного планетария.
Гюйгенс был убежденным коперниканцем. В своей последней книге «Космотеорос» («Созерцатель мира»), опубликованной через три года после смерти автора, Гюйгенс пропагандировал систему Коперника и идеи Джордано Бруно о множественности миров и их обитаемости. «Космотеорос» в 1717 году по указу Петра I был переведен на русский язык под названием «Книга мирозрения или мнение о небесно-земных глобусах и украшениях».
Об авторитете Гюйгенса как астронома можно судить по словам великого французского ученого Пьера Ферма (1601–1665). Когда последнему задали вопрос, какого мнения он о системе Сатурна, созданной Гюйгенсом, ученый ответил, что, не читая работ Гюйгенса по этому вопросу, можно заранее сказать о совершенстве этой системы, так как порукой тому служат все другие прекрасные произведения этого автора.
Родился Гюйгенс в Гааге. Его отец принадлежал к высшему дворянскому сословию и активно участвовал в политической жизни страны. Уже в раннем детстве Христиан поражал родных своим необыкновенным дарованием. К восьми годам мальчик изучил латинский язык, постиг арифметику pi законы пения. В девять лет Христиан увлекся астрономией и географией. В десять будущий ученый научился играть на скрипке и много времени уделял латинскому стихосложению. Одиннадцати лет он овладел игрой на лютне — струнном инструменте восточного происхождения, получившем в средние века широкое распространение в Европе. А когда будущему астроному и математику исполнилось двенадцать лет, он усвоил основные правила логики и успешно применял их в своих рассуждениях и доказательствах.
Первоначальное образование Христиан получил дома под руководством своего отца. Когда же отец участвовал в длительных военных походах, то воспитание сына поручалось двум учителям — профессору Миркинию и Генриху Бруно. Оба учителя были в восторге от успехов Христиана. В одном из писем к отцу Бруно называет Христиана «чудом среди мальчиков».
После домашнего изучения греческого, французского и итальянского языков Христиан перешел к занятиям по механике, ставшей вместе с астрономией одним из любимейших его предметов. Занимаясь механикой, Христиан находил время для конструирования различных машин и механизмов. В частности, для личного пользования он смастерил токарный станок, на котором изготовлял мудреные модели будущих машин.
Последние два года до поступления в Лейденский университет Христиан с увлечением занимался математикой по программе и учебному руководству, специально составленному для него профессором инженерной школы при Лейденском университете Франциском Схоутеном (1616–1661), автором «Трактата о конических сечениях» и нескольких книг «Математических упражнений».
Студентом Лейденского университета Гюйгенс стал, когда ему исполнилось шестнадцать лет. В университете он изучает юридические науки и математику. Ему доставляло истинное наслаждение знакомиться с трудами Архимеда, Аполлония и Декарта. Параллельно он внимательно изучил труды Птолемея, Коперника, а также механику Стевина.
Уже в студенческие годы Христиан занимается научными исследованиями. В частности, он доказывает, что фигурой равновесия материальной нити, свободно подвешенной между двумя точками, является не парабола, как неверно утверждал Стевин, а так называемая цепная линия. О самостоятельных работах ученого с похвалой отзывался непререкаемый авторитет в области математики — Рене Декарт. Он писал Схоутену, что Гюйгенс со временем станет выдающимся ученым.
Гюйгенс подарил человечеству ряд замечательных научных открытий и изобретений. В области математики, развивая идеи Архимеда, Гюйгенс предложил более эффективный метод для приближенного вычисления числа π (отношение длины окружности к длине диаметра). В двадцать восемь лет он дал миру одно из первых исследований по теории вероятностей. Его трактат носит название «О расчете при игре в кости». Вместе с физиком Робертом Гуком Гюйгенс установил постоянные точки термометра — точку таяния льда и точку кипения воды.
За пять лет до смерти ученый выпускает «Трактат о свете», в котором излагается его волновая теория. Свет, по мнению Гюйгенса, представляет движение некоторой материи. В приложении к «Трактату о свете» Гюйгенс близко подошел к открытию закона всемирного тяготения, который позднее в отчетливой форме сформулировал и обосновал Исаак Ньютон.
Гюйгенс любил путешествовать. Он посетил Лондон и Париж. В том и другом городе ученый общался с выдающимися астрономами и математиками и вместе с ними содействовал организации Парижской академии наук и Лондонского королевского общества. Он был первым иностранным членом Лондонского королевского общества и первым председателем Парижской академии наук.
Лейбниц с гордостью считал себя учеником Гюйгенса и сделал все возможное, чтобы физико-математические и астрономические открытия учителя были достоянием ученых. В частности, с работами Гюйгенса он познакомил Эйлера и братьев Бернулли (Даниила и Николая), работавших в Петербурге.
Исаак Ньютон (1643–1727)
Значение Исаака Ньютона в области астрономии трудно переоценить. Он явился создателем оптической лаборатории, в которой весьма успешно работал над усовершенствованием стеклянных объективов без сферической и хроматической аберрации. В 25 лет ученый изобрел отражательный телескоп (рефлектор), в котором вместо линзы употребил вогнутое сферическое зеркало, не обладающее, как известно, сферической аберрацией. В 1671 году Ньютон направил свой отражательный телескоп в Лондонское королевское общество. Ученые высоко оценили этот телескоп. Рефлекторы системы Ньютона пользовались большой славой и в усовершенствованном виде применялись астрономами в их научной работе.
Но величайшей заслугой Ньютона перед наукой является то, что он сформулировал основные законы классической механики и открыл закон всемирного тяготения.
Три основных закона механики вошли теперь во все учебники. Эти законы положены в основу всей механики и стали исходными для решения весьма широкого круга задач.
Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется так: всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. На языке математики это можно записать так:
где F — сила притяжения, М1 и М2 — массы двух тел, k — коэффициент пропорциональности, который находится опытным путем, d — расстояние между телами.
Ньютон доказал, что его закон всемирного тяготения носит универсальный характер и что движение небесных тел происходит строго по закону всемирного тяготения.
Существует легенда, что поводом для размышления о всеобщем законе тяготения явилось упавшее с дерева яблоко. Долгое время любопытным экскурсантам даже показывали дерево возле дома ученого, с которого якобы свалилось замечательное яблоко. Байрон в своем «Дон Жуане» об этом повествует так:
Случилось яблоку, упавши, перервать
Глубокие Ньютона размышленья,
И говорят (не стану отвечать
За мудрецов догадки и ученья)
Нашел он в этом способ доказать
Весьма наглядно силу тяготенья[11].
Астрономические открытия Ньютона нанесли сокрушительный удар по авторитету церкви и обнаружили полную несостоятельность религиозных догматов. Сам же Ньютон, оставаясь человеком своей эпохи, был верующим. Уподобляя Вселенную большому часовому механизму, он пришел к неправильному выводу, что этот «механизм» раз и навсегда когда-то «завел» бог, он же, по Ньютону, дал «первый толчок», и только после этого все небесные тела пришли в вечное движение. Великий ученый не дошел до диалектико-материалистического понимания природы, но и это можно объяснить временем, в которое он жил. И все же триумфом механики Ньютона с его универсальным законом всемирного тяготения явился тот факт, что с помощью ее ученые стали открывать новые планеты и составлять «расписание» движения небесных тел.
Ньютон был не только астрономом, но и крупнейшим физиком и математиком. Труды его в этом направлении, как и труды по астрономии, составили целую эпоху в истории науки.
В области физики Ньютон в 1666 году обнаружил, что белый свет состоит из лучей различной преломляемости. Ученый предложил специальную установку для изучения зависимости интерференционных цветов от толщины пластинки (кольца Ньютона). Впервые среди физиков он измерил длину световой волны, начал изучение дифракции света и поляризации светового пучка при двойном преломлении. В 1675 году Ньютон выдвинул синтетическую корпускулярно-волновую гипотезу света. Он же сконструировал один из первых термометров с льняным маслом. Кроме того, Ньютон открыл закон охлаждения нагретого тела и закон сопротивления тела в вязкой жидкости.
В области математики, независимо от немецкого математика и философа Лейбница (1646–1716), Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление, на котором, можно сказать, строится почти все современное естествознание. Метод флюксий (дифференциальное исчисление) вырос у Ньютона из нужд механики. Этот метод был необходим ему как универсальный инструмент для исследования механических явлений. В своих исследованиях ученый показал, что дифференцирование и интегрирование являются взаимно обратными операциями. Ему же принадлежат фундаментальные открытия в теории бесконечных рядов, в алгебре, аналитической и проективной геометрии. Он предложил свой метод численного решения алгебраических уравнений, известный в настоящее время под названием «метод Ньютона» или «метод касательных». Замечательный ученый открыл интерполяционную формулу, которая дает явное выражение единственного многочлена n -й степени, принимающего заданные значения в n+1 точках.
…Родился Исаак Ньютон в семье небогатого фермера в небольшом местечке Вулсторп, недалеко от Кембриджа. Он был слабым ребенком. Отец умер еще до его рождения. Матери выпала тяжелая доля: во что бы то ни стало сохранить жизнь ребенка и дать ему надлежащее воспитание. Мать мечтала сделать из сына фермера, так как, по ее мнению, всякая другая профессия для него не годилась. Она полагала, что деревенский воздух, игры и забавы благотворно скажутся на здоровье сына, и не ошиблась. Получив в детстве хорошую физическую закалку. Ньютон прожил до глубокой старости (умер 84 лет). Он не знал очков, и за всю жизнь у него не выпало ни одного зуба. Умер он от каменной болезни, приступы которой обнаружил за три недели до смерти.
Когда мальчику исполнилось 12 лет, мать определила его в городскую школу в Грантеме. В школе Ньютон отличался молчаливостью, старался уединяться. Наедине мальчик любил мечтать и что-нибудь мастерить. Так, в школьные годы, дав волю своей фантазии, он сделал ветряную мельницу и самокат.
Семнадцатилетним юношей Ньютон поступил в Тринити-колледж — один из колледжей Кембриджского университета. Окончив университет, он получает степень бакалавра. Прошло еще три года, и молодой ученый удостаивается степени магистра.
Уже в студенческие годы Ньютон зарекомендовал себя как пытливый и настойчивый исследователь. В университете он доказал теорему о биноме для любого действительного показателя. С тех пор формула бинома стала называться «биномом Ньютона». Тогда же он вплотную подошел к проблеме всемирного тяготения. Позднее этой проблеме он посвятил огромный трактат «Математические начала натуральной философии». Этот труд прославил автора на весь мир и снискал ему славу «великого из великих».
26 лет от роду Ньютон унаследовал от своего учителя Исаака Барроу физико-математическую кафедру Кембриджского университета, которой он ведал более тридцати лет. Спустя четыре года он избирается членом Лондонского королевского общества. Позднее он стал его президентом.
Когда Ньютону исполнилось 53 года, он был назначен смотрителем, а затем директором Монетного двора. Здесь он осуществил большое финансовое мероприятие, которое заключалось в замене старых монет новыми. Для этой цели в течение двух лет Ньютон перечеканил всю монету в Англии, чем положил конец злоупотреблениям со старой монетой. Если раньше чеканка производилась вручную и отделка монет зависела от руки и глаза работника, то Ньютон для перечеканки применил машину, выпускавшую монеты круглыми с надписью на ободе, что почти исключало возможность всякой подделки.
Для полноты картины следует отметить, что Ньютон не чуждался и общественной деятельности. В 45 лет как представитель Кембриджского университета он избирается в члены парламента. Многие биографы считают, что роль Ньютона в парламенте была более чем скромной. Свое мнение они подкрепляют тем, что Ньютон упорно молчал на всех заседаниях парламента, за все время он произнес только одну «речь» в Палате общин. «Речь» состояла всего из трех слов, обращенных к служителю: «Закройте окно — дует!» Однако внимательное изучение деятельности Ньютона как члена парламента показывает, что прославленный ученый не был балластом в этом учреждении, а проводил большую работу по установлению контактов между университетом и правительством, о чем свидетельствует сохранившаяся переписка.
Несмотря на большую популярность, Ньютон был удивительно скромным человеком. Известно его высказывание: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». О себе он говорил так: «Не знаю, каким я кажусь людям. Самому же себе я кажусь ребенком, который играет на берегу моря и радуется, когда ему удается отыскать гладкий камушек или красивую раковину не совсем обыкновенного вида, в то время как необозримый океан истин лежит передо мною неисследованным»[12].
По описанию современников, Ньютон был среднего роста, весьма солидной полноты. Согласно традиции, он носил парик. У него были умные, живые глаза. По словам историка физики Н. А. Любимова, «никакая забава, никакое удовольствие не отвлекали Ньютона от занятий. Он всю жизнь не играл ни в какую игру. Самая любовь не имела над ним силы: он никогда не знал ни ее радостей, ни ее тревог. Впрочем, в юности он был неравнодушен к одной молодой девушке, но, увы! Эта первая и единственная любовь была так холодна, молодой ученый рассуждал так благоразумно о трудностях жить вдвоем при недостаточных средствах, что алгебра могла оставаться спокойной за своего поклонника»[13]. Так всю жизнь Ньютон и прожил холостым человеком, не знающим ни радостей, ни печали семейной жизни.
Погруженный в глубокие размышления, Ньютон часто не замечал окружающих и был весьма рассеян. Иногда по утрам, вставая с постели, он вдруг задумывался и в таком положении, как зачарованный, мог просидеть долгие часы, пока кто-нибудь не выводил его из этого состояния. Увлекшись работой, он совершенно забывал о еде.
Когда друзья спрашивали Ньютона, каким образом он пришел к своим великим открытиям, тот отвечал: «Непрерывным размышлением о них». При этом добавлял: «Я постоянно обращаю внимание на предмет моих изысканий и жду, пока дело начинает медленно разъясняться, мало-помалу, пока не станет вполне и всецело ясно»[14].
Еще при жизни Ньютона весь мир преклонялся перед его гением. Он был почетным членом многих научных обществ и академий. Королева даровала ему титул рыцаря и возвела в дворянское звание.
В память о великом из великих ученых на стене комнаты, в которой родился Ньютон, укреплена мраморная доска с надписью:
Природа и ее законы были покрыты мраком;
И сказал бог: «Да будет Ньютон!»
И все стало светло.
Погребен Ньютон в английском национальном пантеоне в Вестминстерском аббатстве, месте упокоения великих людей страны. При погребении ему были оказаны почести, которые обычно воздавались только членам королевского дома. На могильном памятнике сделана по латыни надпись, в которой перечисляются заслуги усопшего. Надпись заканчивается словами: «Пусть смертные радуются тому, что в их среде жило такое украшение рода человеческого».
В Кембридже сооружен памятник Ньютону. На постаменте этого памятника высечены стихи Лукреция: «Разумом он превосходил род человеческий».
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 163; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!