Познавая мир изменений

Рис. 39. Уиллард Гиббс (Willard Gibbs) (1839 - 1903)

С трибуны выступал великий английский ученый Кларк Максвелл. Его речь внимательно слушали королева Виктория и международное собрание наиболее известных ученых Европы. Темой его выступления было блестящее научное исследование одного неизвестного молодого американца - "профессора Уилларда Гиббса, йельский колледж, США". Это происходило в Лондоне в 1876 году.

Музыка, шум и суета филадельфийской Выставки Столетия заслонили от американцев тот факт, что другая довольно могущественная нация - международная нация ученых - также устраивала свою выставку. Две сестры - английская королева Виктория и германская императрица совершили в Саут-Кенсингтоне тот же торжественный ритуал, что Дон Педро и президент Грант в Филадельфии, и Международная выставка исторических научных приборов была открыта.

Речь Максвелла о Гиббсе была необычайной в своем роде: ученый, находящийся в зените славы, превознес никому не известного молодого человека. Но Максвелл предвидел, что имя Гиббса в будущем займет свое место среди бессмертных имен науки. Всего несколько месяцев назад Максвелл заявил, что благодаря неизвестному американцу "проблемы, которые в течение долгого времени были не под силу ни мне, ни моим коллегам, теперь легко поддаются разрешению".

Казалось бы, такая восторженная поддержка великого человека перед лицом именитых экспертов должна была принести молодому ученому немедленное признание. Однако этого не случилось. Ни одно научное достижение не может быть оценено, если не существует достаточных знаний в той области науки, к которой оно относится. В 1876 году американские и европейские ученые еще слишком мало разбирались в химических и физических процессах, чтобы оценить открытие Гиббса. Вот почему лондонские газеты не уделили места докладу Максвелла. По этой же причине о нем не писалось и в американских газетах. Сам Гиббс тогда не узнал о докладе Максвелла. В то время в доме 121 по улице Хайстрит в Нью-Хэвене говорили главным образом о приближающемся летнем отпуске и планах снять маленький домик в Адирондаке или Белых Горах.

Джозия Уиллард Гиббс, которому в тот год исполнилось тридцать семь лет, стройный человек, с худощавым бородатым лицом, проницательными голубыми глазами и тонким чувством юмора, был профессором математики и теоретической физики Йельского университета уже в течение пяти лет. Он остался холостяком и жил в семье своей сестры. Для ее детей он был "нашим дядей Уиллом", который умел прекрасно готовить салат, топить печи, катался с ними на санках и рассказывал удивительные истории.

Позже им пришлось убедиться, что он знаменитость, но сам он об этом никогда не обмолвился ни словом. Даже если бы ему стало известно о речи Максвелла, вероятнее всего, он не рассказал бы об этом семье. В течение своей жизни он получил девятнадцать наград и почетных дипломов, в том числе главную международную премию за научные достижения. Но даже самые близкие его друзья не знали о его успехах в полной мере до тех пор, пока не прочли некролога в газетах.

Физик Уиллард Гиббс родился в 1839 году. Он принадлежал к тому же поколению, что и Джордж Пульман, Пирпонт Морган и Джон Рокфеллер. Он вырос в той же Америке, что и они, подвергался тем же влияниям, но тем не менее пошел по иному пути.

В течение шести поколений его семья славилась в Новой Англии своей ученостью. Один из его предков был президентом Гарвардского университета, другой - секретарем Массачузетской колонии и первым президентом Пристонского университета. Отец Гиббса считался выдающимся теологом.

Когда Гиббсу было десять лет, он начал учиться в небольшой частной школе в Нью-Хэвене, расположенной в том же квартале, что и его дом. Он рос тихим, застенчивым мальчиком, всегда следовал за другими, никогда не был вожаком, но и никогда не оставался в стороне. В 1854 году, когда пришло время сдавать вступительный экзамен в Йельский университет, он сознался одному из профессоров, близкому другу семьи, что, хотя он хорошо подготовился, тем не менее поступать не будет. Он боялся, что не выдержит пытки устных экзаменов перед целой комиссией. Профессор Тэчер сочувственно спросил его, каких именно вопросов он боится и как бы он на них ответил, если бы его экзаменовали один на один. Гиббс свободно изложил материал и, немного успокоившись, поднялся и спросил, когда ему прийти на экзамен. Тэчер засмеялся и сказал, что экзамен он только что выдержал. Так Гиббс стал студентом университета.

В годы, предшествовавшие гражданской войне, студенты Йеля создавали тайные общества с дикарскими правилами посвящения. Эти общества находились в состоянии непрерывных раздоров с горожанами. В студенческие годы Гиббса два жителя были убиты во время стычек со студентами. Кое-кто из старшекурсников носил пистолеты. Однажды горожане пришли в такую ярость, что пытались захватить пушку, принадлежавшую местной милиции, и уничтожить всех студентов.

В университете процветали своеобразные нравы. Во время одного из экзаменов студент просверлил дырку в полу под своим стулом и передавал вопросы своему коллеге, сидящему на нижнем этаже. Тот, найдя ответ в книге, передавал его таким же образом наверх. Измученный профессор, принимая экзамен, то и дело кричал: "Глядите за ними повнимательнее, господин староста! Только что один студент выпрыгнул в окно!"

Гиббс принимал участие во всех студенческих проделках, но это не мешало его учению. В 1858 году он получил диплом бакалавра.

В те годы в Шеффильде создавалась научная школа. В 1847 году при ней была открыта аспирантура. Но только в 1861 году эта школа получила право присуждать степень доктора физики. Гиббсу со временем суждено было стать величайшим американским теоретиком науки, но его обучение шло по линии американского практицизма. В 1863 году он первый в Америке получил степень доктора физики за работу по инженерной механике. Диссертация называлась "О форме зубцов в зубчатом сцеплении". Он тут же получил место преподавателя в колледже сроком на три года. Отец Гиббса умер в 1861 году, оставив детям 23 500 долларов. Таким образом, Гиббс мог жить на небольшой доход.

Во время войны студенты вели себя особенно буйно. Некоторые студенты Гиббса вспоминают, как он бился, стараясь поддержать дисциплину на занятиях. Но это нисколько не бросает тень на Гиббса - Аврааму Линкольну и его генералам тоже приходилось туго с насаждением дисциплины в армии.

В годы преподавательской работы Гиббс не переставал заниматься своим любимым делом - механикой. Он написал несколько работ о паровых турбинах и изобрел железнодорожный тормоз, работающий под действием силы инерции поезда (24 марта 1866 года он получил патент). Когда кончился срок его преподавания в Йеле, Гиббс вместе с двумя сестрами отправился за границу. Это был поворотный момент в его карьере. В Европе он получил углубленное образование, ставшее прочным фундаментом для самой главной работы в его жизни.

Сначала он занимался в Сорбонне и Коллеж-де-Франс. По шестнадцать часов в неделю Гиббс слушал лекции и занимался у таких физиков и математиков, как Дюамель и Лювилль.

Здесь же Гиббс впервые прочел работы Лапласа, Пуассона¹, Лагранжа² и Кочи. На следующий год он отправился в Берлин, где учился у Кундта³ и Вейерштрассе. Проведя год в Берлине, он переехал в Гейдельберг, где читали лекции такие выдающиеся ученые, как Кирхгоф⁴, Кантор⁵, Бунзен⁶ и Гельмгольц⁷, от которых он узнал еще больше о теоретической физике.

¹ (Пуассон Симеон Дени (1781 - 1840) - крупный французский математик и механик)

² (Лагранж Жозеф Луи (1736 - 1813) - знаменитый французский математик и механик. Наиболее важные работы относятся к вариационному исчислению, к аналитической и теоретической механике)

³ (Кундт Август (1839 - 1894) - немецкий физик-экспериментатор. Открыл метод измерения скорости звука в твердых телах и газах, исследовал явления аномальной дисперсии света)

⁴ (Кирхгоф Густав Роберт (1824 - 1887) - видный немецкий физик, установил закономерности течения электрического тока в разветвленных цепях, так называемые правила Кирхгофа. Сформулировал основной закон теплового излучения. Совместно с Бунзеном заложил основы спектрального анализа. Открыл химические элементы цезий и рубидий)

⁵ (Кантор Георг (1845 - 1918) - немецкий математик. Разработал теорию бесконечных множеств)

⁶ (Бунзен Роберт Вильгельм (1811 - 1899) - крупный немецкий химик, исследователь в области неорганической, аналитической и физической химии. Разработал точные методы газового анализа, исследовал действие света на химические процессы. Изобрел много приборов, в том числе знаменитую газовую горелку)

⁷ (Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд (1821 - 1894) - крупнейший немецкий естествоиспытатель. Автор фундаментальных работ в различных областях теоретической физики и физиологии)

Примерно в то же время в Европе получали образование другие американские ученые: Уильям Джеймс¹, который жил неподалеку от Гиббса в Гейдельберге, и Генри Адамс, который впоследствии применил теоретическую физику Гиббса к историческим исследованиям.

¹ (Джеймс Уильям (1842 - 1910) - американский буржуазный философ и психолог. Один из основателей философии прагматизма)

Дикие студенческие выходки в американских колледжах были лишь одной стороной американской студенческой жизни. Серьезные занятия американских ученых за границей были ее другой стороной. Однако в Европе в то время студенческая жизнь была чрезвычайно буйной, хотя она так сентиментально приукрашена в "Принце-студенте", "Пильзенском принце" и в романе Дюморье "Трильби".

Марк Твен в книге "Простаки за границей" пишет, что не пришел в восторг от немецких студенческих корпораций, славящихся бесконечными дуэлями. Жизнь европейских студентов, так же как и американских, являлась внешним выражением существовавшей в то время общественной напряженности. Бисмарковская Германия готовилась к войне с наполеоновской Францией (война разразилась через два года после возвращения Гиббса в Нью-Хэвен).

Но, как и в Йельском университете, Гиббс и теперь работал, не обращая внимания на происходящий в Европе кризис. Вернувшись в Америку, он поселился в доме отца в Нью-Хэвене вместе с сестрой, которая во время заграничной поездки вышла замуж. 13 июля 1871 года в ведомостях Йельского университета было напечатано сообщение о том, что "мистер Джозия Уиллард Гиббс назначен профессором математики и физики, без жалованья, на факультет философии и изящных искусств".

Эта кафедра была первой в Америке. В тот же год такая же кафедра была создана в Европе, а Кембридже, для Клерка Максвелла, который был уже знаменит, в то время как Гиббс всего-навсего напечатал свою докторскую диссертацию да получил патент на железнодорожный тормоз. Только потому, что окружающие хорошо знали возможности Гиббса и верили в его большое будущее, Йельский университет счел возможным назначить его на этот пост.

Первая попытка теоретического исследования показала, что Гиббс как нельзя более соответствует эпохе, в которой он живет. Как инженер, он работал над наиболее актуальной проблемой дня - эффективностью паровых двигателей. В этом отношении он был человеком той же эры, что Рокфеллер, Вандербильт и Пульман. Но когда Гиббс занялся теоретической работой, он стал самим собою, и появился новый Гиббс, ученик Гельмгольца, Лювилля и Вейерштрассе.

Рис. 40. Исторические научные приборы, демонстрировавшиеся на Лондонской выставке 1876 года: 1 - 2 - телескопы Галилея; 3 - горный барометр Дальтона; 4, 5, 6, - различные варианты безопасной лампы Дэви; 7 - аппарат Дальтона для измерения парциального давления паров эфира; 8 - электрический телеграф Земмеринга; 9 - счетная машина Паскаля: 10 - старинные швейцарские часы; 11 - 'счеты Нэпера' для деления и умножения; 12 - Телескоп Ньютона; 13 - квадрант Тихо Браге; 14 - астролябия Фрэнсиса Дрейка

Круг его научных интересов расширился. Узкая проблема пара и воды выросла в проблему материи вообще. Великолепное механистическое видение позволило Гиббсу первому среди американских ученых открыть некоторые из наиболее сокровенных научных истин.