Жанр: Энциклопедия
СТО ВЕЛИКИХ ученых
...шее значение.
Он расширил понятие о равновесии, включив в него изменение состояния материи. Лед становится водой, вода превращается в пар, пар превращается в кислород и водород. Водород, соединяясь с азотом, превращается в аммиак. Любой процесс в природе есть процесс изменения; законы
подобных изменений были открыты Гиббсом. Так же как Ньютон открыл
312
законы механики, Гиббс создал законы физической химии, которая стала
основной химической наукой.
Гиббсу предстояло найти единицу измерения состояния вещества,
которая бы показывала, подвергнется ли это вещество какому-нибудь
превращению или останется прежним.
Ключом для открытия Гиббса стала скорость частички, пропорциональная ее энергии. Наука, изучающая тепловую энергию, называется
термодинамикой. Гиббс писал:
Законы термодинамики... выражают...
поведение систем, состоящих из большого количества частиц
.
Вода, нагреваемая при постоянном объеме, теряет определенное количество теплоты, которое уходит во внутреннюю структуру молекулы.
Жидкий аммиак при такой же трансформации, превращаясь в газообразный аммиак, также теряет какое-то количество теплоты. Это свойство
внутреннего поглощения теплоты получило название энтропии.
Количественное изменение энтропии в каждой реакции имеет громадное значение. Изменение энтропии, происходящее при кипячении
жидкостей в постоянном объеме, равняется теплоте испарения, деленной
на температуру кипения. Изменения энтропии в каждой реакции можно
узнать простым арифметическим действием: количество калорий, необходимых для протекания реакции, делится на температуру в градусах, при
которой происходит реакция. Гиббс ввел слово
энтропия
в качестве термина в термодинамику.
В этих двух примерах лишь один компонент (вода в первом случае и
аммиак в другом) изменил фазу, перейдя из жидкости в газ. Гиббс расширил это понимание, включив в него несколько компонентов, так что можно было рассматривать смеси жидкостей и смеси твердых веществ. Когда
же он еще далее расширил границы своей теории, охватив ею компоненты, которые соединяются друг с другом, он, наконец, открыл уравнение,
описывающее химические реакции и их равновесие.
Для таких систем Гиббс определил новые величины, связанные с энтропией, которые позволили ему предсказать заранее, произойдет или не
произойдет химическая реакция или физическое превращение, и, если
произойдет, то до каких пор реакция будет продолжаться. Он назвал эти
величины химическими потенциалами. Так же как энтропия, химические
потенциалы являются физическим свойством вещества.
Результатом этих исследований явилось знаменитое правило фазы
Гиббса. Он изложил его всего на четырех страницах, не приведя какоголибо конкретного примера. В течение последующих пятидесяти лет ученые написали множество книг и монографий, посвященных правилу фазы
Гиббса, описывая его применительно к минералогии, петрографии, физиологии, металлургии и всем остальным областям науки.
Правило устанавливало условия, которые необходимо соблюдать для
Того, чтобы определенные соединения находились в состоянии равнове
УИЛЛАРД ГИББС 313
сия в различных фазах: в жидком, твердом и газообразном состояниях.
Вскоре оно было признано наиболее важным линейным уравнением в
истории науки.
В течение пятидесяти лет после открытия Гиббса химия проникла во
все главные отрасли мировой индустрии. Благодаря результатам работ
Гиббса выплавка стали сделалась химическим процессом, так же как и
выпечка хлеба, изготовление цемента, добыча соли, производство жидкого топлива, бумаги, вольфрамовой нити для электрических лампочек, одежды и сотни тысяч других предметов.
Труды Гиббса были использованы также для объяснения действия
вулканов, физиологических процессов, происходящих в крови, электролитического действия аккумуляторов и для производства химических удобрений.
В течение пятидесяти лет после смерти Гиббса четыре раза Нобелевская премия присуждалась работам, основанным на его трудах.
Вскоре после окончания своего классического исследования весной
1879 года Гиббс был избран членом Национальной академии США, в
1880 году — членом Американской академии наук и искусств в Бостоне
Научная слава Гиббса быстро росла после опубликования его термодинамических работ. Он избирается членом многих зарубежных академий и
научных обществ, получает научные награды.
Помимо термодинамики, Гиббс сделал ценный вклад в векторную
алгебру. В природе существует много величин, которые необходимо характеризовать не только количественно, но и по направлению. Векторная
алгебра Гиббса упростила обращение с пространством. Обобщенный гиббсовский вектор стал со временем мощным орудием науки, родившейся,
когда Гиббс был уже в преклонном возрасте, и так и оставшейся ему неизвестной — теории относительности.
В своих ранних исследования: равновесия Гиббс исходил из предположения, что материя является сплошной массой. Позже он осознал, что
материя состоит из мельчайших частиц, находящихся в движении. Он
пересмотрел свою термодинамику с учетом этого открытия, разбирая термодинамические явления на статистической основе. Ньютоновская механика стала статистической механикой.
В 1902 году вышел фундаментальный труд Гиббса
Основы статистической механики
. Основываясь на совершенно самостоятельных предположениях, Гиббс при помощи статистической механики открыл новый
смысл энтропии и других родственных величин, которые казались такими
могущественными в первом приближении.
На основе классического второго закона термодинамики современники Гиббса предсказывали
конец света
, когда энтропия Вселенной приблизится к максимуму, то есть выйдет за пределы, после которых будет
невозможен переход энергии в виды, пригодные для использования. Это
состояние было названо
тепловой смертью
. Ее ужасающее описание дал
знаменитый писатель-фантаст Герберт Уэллс в романе
Машина времени
.
Статистическая механика Гиббса показала, что такой исход вовсе не
неизбежен. Оказалось, что шансы на
спасение
ученые значительно преуменьшили. Ньютон ничего не знал о строении планет и звезд. Его уравнения движения планет не находились в зависимости от их природы и
были совершенно верны в пределах ньютоновской механики. Гиббс и его
современники ничего не знали о структуре молекулы. Сам Гиббс понимал
это. Он писал:
Тот, кто основывает свою работу на гипотезе, относящейся к строению материи, возводит здание на песке
.
Подобно Ньютону, Гиббс обладал даром провидения, и его статистическая механика пережила все последующие открытия в атомной и ядерной физике.
Гиббс подошел к основным истинам природы так близко, как это
делали до него лишь величайшие ученые. Работы Гиббса трудно читать и
понимать. Он делал несколько предварительных набросков, потом развивал свои исследования в уме, пока они не достигали полного совершенства. Когда же он принимался излагать свои теории на бумаге, он опускал
промежуточные этапы в ходе своих рассуждений, так как ему казалось,
что они уже не имеют значения.
Труды Гиббса нашли широкое понимание и применение только через
десять—двадцать лет. В трехвековой истории современной науки можно
насчитать не более десятка идей такой же важности и глубины, как теория
равновесия, принадлежащая Гиббсу. И в каждом случае требовалось, по
меньшей мере, два десятилетия, чтобы эти новые идеи были восприняты
во всем их объеме. Коллеги Гиббса по Йельскому университету, вероятно,
не понимали значения его работы, но они, разумеется, знали, что он гений.
Гиббс был стройным человеком среднего роста, спокойным и уверенным, с типичным лицом янки. Аккуратная борода, которую он носил по
тогдашней моде, придавала ему респектабельность. Голос у него был тонкий, говорил он учтивой скороговоркой. О нем, человеке быстрого ума, со
склонностью к тонкой иронии, дети вспоминали только как о добром и
мягком дяде Уилле. Взгляд его ярко блестевших глаз был проницателен
и остр. Он умел нести смешную чепуху, затевать веселые игры и шалости
и не очень стремился к новым знакомствам.
Мне необходим был совет,
и я знал, что он может помочь мне не только потому, что он великий
ученый, но и потому, что я чувствовал в нем доброго и чуткого человека
— так говорили о Гиббсе его племянники, племянницы, друзья и студенты.
Гиббс был одним из тех людей, чью скромность можно назвать страстью. В течение своей жизни он получил девятнадцать наград и почетных
дипломов, в том числе главную международную премию за научные дос
УИЛЛАРД ГИББС 315
тижения. Но даже самые близкие его друзья не знали о его успехах в
полной мере до тех пор, пока не прочли некролога в газетах.
Основываясь на трудах Гиббса, Джеймс Максвелл заказал объемную
гипсовую модель кривых Гиббса и послал ему в подарок. Трудно было
придумать лучший знак восхищения одного великого ученого другим.
Студенты, которые хорошо знали происхождение модели, спросили у него
однажды:
— Кто прислал вам эту модель?
Он ответил коротко:
— Один приятель.
— А кто этот приятель?
— Один англичанин.
Долго оставалось загадкой, каким образом у Максвелла в самом расцвете его славы нашлось достаточно времени и проницательности, чтобы
раскопать статьи Гиббса, которые были напечатаны в никому не известном журнале Коннектикутской академии наук. Но и эта тайна была, в
конце концов, разгадана. Максвелл узнал о статье Гиббса весьма простым
способом — он получил ее по почте. Гиббс, которого постоянно обвиняли в том, что он не интересуется отзывами других ученых о своей работе,
рассылал оттиски своих статей наиболее известным ученым. Гиббс составил список из пятисот семи имен ученых, живших в двадцати странах. В
течение своей жизни он написал двадцать монографий и каждую из них
лично послал тем ученым из своего списка, для которых они могли представлять интерес.
Работа для Гиббса служила оправданием всей его жизни, и он был
счастлив, потому что знал, насколько велик его труд. Последние годы его
жизни были омрачены не только потерей сестры и близких друзей, но
также и появлением новых революционных идей в области физики, рентгеновских лучей, электронов. Он еще не знал, как эти неожиданные открытия могут быть совместимы с его понятием о Вселенной. Однажды новое
открытие настолько расстроило его, что он сказал своим студентам, растерянно качая головой:
Пожалуй, настало время мне уходить
. Он чувствовал себя усталым, одиноким, и то, что раньше оправдывало его жизнь,
казалось, ушло навсегда.
Но Гиббс тревожился напрасно. Он умер 28 апреля 1903 года, но квантовая механика не опровергла его трудов. Макс Планк, читая лекции по
теоретической физике и объясняя свою теорию в Колумбийском университете в 1909 году, в частности, сказал:
Как глубоко охватывает это предложение (принцип возрастания энтропии) все физические и химические
отношения, на это лучше и полнее других было указано Джозия Уиллардом Гиббсом, одним из наиболее знаменитых теоретиков всех времен не
только Америки, но и всего мира
.
АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ СТОЛЕТОВ
(1839—1896)
Александр Григорьевич Столетов родился 10 августа 1839 года в семье
небогатого владимирского купца. Его отец, Григорий Михайлович, владел
небольшой бакалейной лавкой и мастерской по выделке кож. В доме была
неплохая библиотека, и Саша, научившись читать в четырехлетнем возрасте, стал рано ею пользоваться. В пять лет он уже читал совершенно свободно.
Александр рос хрупким болезненным мальчиком, и чтение стало его
любимым занятием. Еще в детстве он познакомился с произведениями
Пушкина, Лермонтова, Гоголя, Жуковского и других русских писателей.
Под их влиянием он начинает писать стихи, приуроченные к различным
семейным торжествам. Позже,, в гимназии, вместе с товарищами он выпускает рукописный журнал, где публикует автобиографическую повесть
Мои воспоминания
.
Кроме Саши, в семье было еще пятеро детей. Под влиянием старшего
брата Николая Саша начинает изучать французский язык и вскоре незаметно для себя вполне прилично читает и говорит на нем. Вместе со старшей сестрой Варенькой занимается музыкой и увлекается ею настолько,
что начинает подумывать, не стать ли ему профессиональным музыкантом. Музыка стала доброй спутницей Столетова на всю жизнь. Часто он
отдыхал за роялем после трудной лекции или напряженной работы в лаборатории.
В 1849 году Александр поступил во владимирскую гимназию, которую
окончил в 1856 году. В последние годы учебы в гимназии четко определились наклонности Александра. Его любимые предметы — математика и
особенно физика.
АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ СТОЛЕТОВ 317
Осенью того же 1856 года Столетова зачисляют на физико-математический факультет Московского университета
казеннокоштным
студентом, т. е. получающим государственную стипендию.
Столетов живет бедно, денег мало, но, несмотря на это, он весьма
неохотно соглашается на частные уроки и переводы, справедливо полагая,
что эти дополнительные занятия отвлекают его от науки. Все время принадлежит и отдано только ей!
Выдающиеся научные способности Александра, его большая любовь к
знаниям были замечены и оценены преподавателями. В 1860 году Столетов с отличием оканчивает университет, и сразу же руководство факультета начинает хлопотать об оставлении молодого кандидата при университете. Но на просьбу приходит отказ.
Только 5 сентября 1861 года наконец приходит долгожданное разрешение. За истекшее время Столетов успел подготовиться к магистерскому
экзамену, и 16 октября подает прошение ректору. Экзамен сдан успешно,
но защита диссертации неожиданно откладывается. Профессора К.А. и
С.А. Рачинские пожертвовали университету стипендию для посылки в
заграничную командировку на два года достойного кандидата. Выбор пал
на Столетова, и летом 1862 года он покидает Москву.
За границей Александр пробыл три года. Он учился в Гейдельберге,
Гёттингене и Берлине у Кирхгофа, Гельмгольца, Вебера, Магнуса и других известных ученых. Учился как всегда самозабвенно. Кирхгоф называл
Столетова самым талантливым своим учеником.
За границей Александр Григорьевич выполнил свою первую научную
работу. Вместе с К.А. Рачинским он попробовал установить, влияют ли
диэлектрические свойства среды, в которую погружены магниты или проводники электрического тока, на взаимодействие между ними. Результат
получился отрицательный. Исследователи установили, что диэлектрические свойства среды никак не сказываются на величине электромагнитного взаимодействия.
В декабре 1866 года Столетов возвращается на родину, а в следующем
году получает место преподавателя математической физики и физической
географии в Московском университете. Студентам нравится новый молодой педагог. Лекции Столетова были насыщены множеством интересных
фактов, помогающих объяснить неясные, спорные моменты, полнее раскрыть тему сообщения.
Наконец, Столетов берется за свою магистерскую диссертацию. Она
посвящена
общей задаче электростатики
, над решением которой бились
многие ученые. Смысл ее в следующем.
Если к незаряженному проводнику поднести другой проводник, заряженный, например, отрицательно, то на первом проводнике появятся за•ряды: на ближайшей к заряженному телу стороне — положительные, на
противоположной — отрицательные. Эти индуцированные заряды в свою
очередь подействуют на заряженный проводник, и заряды на нем перераспределятся. Это перераспределение зарядов вызовет в свою очередь
изменение распределения зарядов на другом проводнике и т. д. Так будет
продолжаться до тех пор, пока между двумя проводниками не установится
электростатическое равновесие. Эта задача очень сложна и справиться с
ней удалось лишь двум ученым — Морфи и Дж. Томсону. Столетов же
хотел решить ее в самом общем виде: в случае взаимодействия любого
произвольного числа проводников.
И он решил эту задачу. В мае 1869 года Столетов блестяще защитил
магистерскую диссертацию и был утвержден в звании доцента.
Бессонные ночи, чрезмерный труд и нервное напряжение сказываются на здоровье молодого ученого. Он заболевает и около года проводит в
различных лечебницах. Ему запрещают читать, писать, заниматься какой
бы то ни было умственной деятельностью. Это был самый тягостный период в жизни Столетова. Наконец, консилиум профессоров разрешает ему
приступить к занятиям со студентами. И сразу же забываются все рекомендации врачей щадить свое здоровье, Александр Григорьевич вновь
полностью отдается педагогической и научной деятельности.
В то время Московский университет, как и другие высшие учебные
заведения России, не имел физической лаборатории. Чтобы вести научные исследования, русские ученые были вынуждены уезжать за границу.
Столетов поставил перед собой цель создать такую лабораторию. Весь
1870 год проходит в хлопотах по устройству первой в России физической
лаборатории.
Занятия наукой отнимают у Александра Григорьевича все имеющееся
в его распоряжении время. Он так и остался на всю жизнь холостым.
В 1871 году Столетов приступает к работе над докторской диссертацией. Теперь его интересуют магнитные свойства железа. Знать их очень
важно для практики. Электротехника в то время не была еще наукой.
Созданию хорошей электрической машины предшествовали бесчисленные опыты по подбору оптимальных размеров конструкции. И одной из
важнейших задач электротехники было узнать, как намагничивается железо.
Пока не готова лаборатория, Столетов уезжает за границу. Всего четыре месяца проводит он в лаборатории Кирхгофа в Гейдельберге, но многое
успевает при этом. Он продумывает и конструирует установку для исследования магнитных свойств железа, проводит все задуманные опыты.
Полученные Столетовым важные результаты давали в руки создателей
электромоторов и динамо-машин ключ к решению многих стоящих перед
ними задач.
В 1872 году Столетов успешно защищает докторскую диссертацию
Исследование о функции намагничевания мягкого железа
и в следую
АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ СТОЛЕТОВ 319
щем году утверждается в должности ординарного профессора Московского университета.
Осенью 1872 года происходит другое знаменательное событие: наконец-то при университете открывается физическая лаборатория, на устройство которой Столетов потратил столько сил и средств. Это была первая в России учебно-исследовательская физическая лаборатория. Теперь
русским ученым не надо было ездить за границу, чтобы проводить необходимые опыты!
Начинает свою первую экспериментальную работу на родине и Столетов. Он ставит давно задуманный опыт по определению соотношения
между электростатическими и электромагнитными единицами. Коэффициент пропорциональности оказывается близким к скорости света. Это
говорит не только о том, что свет — это тоже электромагнитное явление,
но и служит косвенным подтверждением справедливости теории Максвелла, которую многие ученые в то время не признавали.
Столетов широко открывает двери своей лаборатории для физиков,
работающих в других высших учебных заведениях России. Александр Григорьевич ведет большую популяризаторскую работу в Обществе любителей естествознания, непременным членом которого он является, читает
публичные лекции в Политехническом музее, публикует научно-популярные статьи в журналах для неспециалистов. Он хочет приобщить к науке
как можно большее количество людей.
После его работы о
Функции намагничевания железа
имя Столетова
становится широко известно за границей. В 1874 году его приглашают на
торжества по случаю открытия при Кембриджском университете физической лаборатории. В 1881 году Столетов достойно представляет русскую
науку на Первом Всемирном конгрессе электриков в Париже. Он первый
русский физик, участвующий на международном съезде.
На конгрессе Столетов делает доклад о своих исследованиях по определению коэффициента пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами, активно участвует в работе по выбору электротехнических единиц измерения. По предложению нашего
ученого была утверждена единица электрического сопротивления ом и
эталон сопротивления.
В 1888 году Александр Григорьевич начинает исследование фотоэффекта, открытого за год до этого Герцем. Эти исследования принесли
Столетову мировую известность. Они продолжались два года: с февраля
1888 по июль 1890 года и можно только удивляться, как много было сделано за этот срок человеком, занятым в основном преподавательской деятельностью.
Повторив опыты Герца, Видемана, Эберта и Гальвакса, в дальнейшем
Александр Григорьевич разработал новую методику, позволившую построить количественную теорию фотоэффекта.
С помощью разработанной им установки Столетов изучал различные
стороны фотоэффекта. На основании результатов своих экспериментов
он делает следующие выводы: необходимым условием фотоэффекта является поглощение света материалом катода; каждый элемент поверхности
катода участвует в явлении независимо от других; явление фотоэффекта
практически безынерционно. Меняя напряжение на электродах, Столетов
получает вольтамперную характеристику фотоэлемента: фототек возрастает с увеличением напряжения между электродами, а малые токи пропорциональны напряжению; начиная с некоторого значения напряжения
фототок практически не меняется при увеличении напряжения, т. е. фототок стремится к насыщению.
Будучи уверенным в том, что величина фототока определенно связана
с освещением, Столетов проводит серию опытов с целью установить эту
зависимость. Меняя силу света источника, он нашел, что величина фототока насыщения пропорциональна световому потоку, падающему на катод. ^
В своих опытах ученый вплотную подошел к установлению законов ;
электрических разрядов в газах. Теорию таких явлений построил англий- ;
ский физик Таунсенд, использовав полученные Столетовым результаты. •
Таунсенд дал открытому Столетовым закону о зависимости силы тока неса-1
мостоятельного разряда от давления название
эффект Столетова
, под ко-1
торым он и вошел в мировую научную литературу. Когда в 1889 году Столе- |
тов приехал в Париж на II Международный конгресс электриков, ученые
всех стран чествовали его как одного из самых выдающихся физиков современности.
В начале 1893 года трое академиков, Чебышев, Бредихин и Бекетов,
выдвигают Столетова в члены высшего научного учреждения страны. Несмотря на мировую известность ученого, президент Академии великий
князь Константин не допускает кандидатуру Столетова до баллотировки.
Возмущенный брат Александра Григорьевича, Николай, генерал и герой
Шипки, спрашивает у президента Академии, почему он самолично вычеркнул из списков кандидатов фамилию Столетова.
У вашего брата невозможный характер
, — с раздражением отвечает великий князь.
Несмотря на сочувствие друзей, Столетов тяжело переживает нанесенное ему оскорбление. Да и университетское начальство все больше и
больше начинает выказывать ему свою немилость. Все это сильно отражается на здоровье Александра Григорьевича. Его мучает кашель, бессонница, ему все трудные и труднее выходить из дома. В 55 лет в результате
непрерывной травли он становится больным стариком.
В начале 1896 года Столетов переносит тяжелое рожистое воспаление.
Едва оправившись от него, он снова заболевает. Болезни терзают ослабленный организм, и в ночь с 14 на 15 мая Александр Григорьевич умирает
от воспаления легких.
АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ СТОЛЕТОВ 321
Значение Столетова как ученого для русской и мировой науки огромно. Он создал первую в России учебно-исследовательскую физическую
лабораторию, основал школу русских физиков, сделал множество открытий.
На основе изученного Столетовым явления фотоэффекта были созданы фотоэлементы, которые получили повсеместное применение. Вакуумная установка Столетова для изучения электрических явлений в разреженных газах явилась прообразом электронной лампы, которая совершила подлинную революцию в электротехнике.
РОБЕРТ КОХ
(1843—1910)
Немецкий врач и бактериолог Генрих Герман Роберт Кох родился
11 декабря 1843 года в Клаусталь-Целлерфельде. Его родителями были
Герман Кох, работавший в управлении шахт, и Матильда Юлия Генриетта Кох (Бивенд). В семье было 13 детей, Роберт был третьим по возрасту ребенком. Развитой не по годам, Роберт рано начал интересоваться
природой, собрал коллекцию мхов, лишайников, насекомых и минералов. Его дедушка, отец матери, и дядя были натуралистами-любителями
и поощряли интерес мальчика к занятиям естественными науками. Когда в 1848 году Роберт поступил в местную начальную школу, он уже умел
читать и писать. Он легко учился и в 1851 году поступил в гимназию
Клаусталя. Через четыре года он уже был первым учеником в классе, а в
1862 году закончил гимназию.
Сразу по окончании гимназии Роберт поступил в Гёттингенский университет, где в течение двух семестров изучал естественные науки, физику
и ботанику, а затем начал изучать медицину. Важнейшую роль в формировании интереса Коха к научным исследованиям сыграли многие его
университетские преподаватели, в т. ч. анатом Иаков Генле, физиолог
Георг Мейсенер и клиницист Карл Гассе. Эти ученые принимали участие
в дискуссиях о микробах и природе различных заболеваний, и молодой
Кох заинтересовался этой проблемой.
В 1866 году Роберт получил медицинский диплом. В 1867 году Кох
женился на Эмме Адельфине Жозефине Фрац. У них родилась дочь. Роберт хотел стать военным врачом или совершить кругосветное путешествие в качестве корабельного доктора, однако такой возможности у него
не было. В конечном счете Кох обосновался в немецком городе Раквице,
РОБЕРТ КОХ
где начал врачебную практику в должности ассистента в больнице для
умалишенных, и вскоре стал известным и уважаемым врачом. Однако эта
работа Коха была прервана, когда в 1870 года началась франко-прусская
война.
Несмотря на сильную близорукость, Роберт добровольно стал врачом
полевого госпиталя и здесь прио
...Закладка в соц.сетях
