ГЛАВА XIV. СОВРЕМЕННАЯ НАУКА 1848–1870

ГЛАВА XIV. СОВРЕМЕННАЯ НАУКА 1848–1870

Проблема[244] научного преподавания. Как мы видели, первая Французская революция[245] повлекла за собой коренной переворот в области научного преподавания; этот переворот произведен был резко, по очень разумно, в надлежащем соответствии с успехами теоретического знания и с той ролью, какую продолжали играть в общественной жизни его практические применения.

Новые успехи наук в середине истекшего столетия снова потребовали коренной реформы. Но подобно тому как революция 1848 года оказалась политически мертворожденной, так и попытки реформы преподавания, по крайней мере во Франции, привели лишь к весьма плачевным результатам.

Высшая наука, оперирующая абстракциями, может сохранять жизнеспособность лишь при одном условии: необходимо, чтобы успехи, последовательно достигаемые ею, настолько быстро становились достоянием среднего образования, чтобы между обеими ступенями не возникало трудно проходимой пропасти; первая из этих ступеней должна давать достаточную подготовку, чтобы обеспечить беспрепятственный переход на вторую. Нужно, следовательно, постепенно вводить все больше и больше предметов в программу среднего образования, а для этого надо научиться излагать их всё в более сжатой форме и в возможно меньший промежуток времени, не снижая, однако, научности преподавания.

Задача еще более усложняется тем, что ввиду непрерывно умножающихся практических приложений науки было бы интересно с большей или меньшей полнотой излагать их в школе. Но так как эти приложения нередко основываются на весьма глубоких научных теориях, то приходится загромождать средний курс чисто практическими сведениями, которые не только не способствуют умственному развитию, но даже могут затруднить его, бесполезно обременяя память и ум ложными или же крайне несовершенными понятиями.

Во Франции в силу централизации преподавания и однообразия программ этот вечно насущный вопрос принял особо острую форму; в Германии и Англии широкая свобода приемов высшего преподавания, гибкость и разнообразие учено-учебных учреждений дали возможность без особого труда приспособиться к новым требованиям.

Кроме того, Франции в отличие от соперничающих с нею наций приходилось еще считаться с тяжеловесным наследием славных традиций начала века; проникнуться же их истинным духом и создать на их основе новые традиции французы не сумели.

Конфликт идейных течений закончился знаменитым учебным планом 10 апреля 1852 года, с которым связано имя министра Фортуля. Начиная с четвертого класса лицеев (гимназий) он ввел деление на классы словесности и классы точных наук, дававшие особые аттестаты зрелости. Эта система, довольно благосклонно встреченная мало осведомленной публикой, никогда не пользовалась симпатиями Университета; она продержалась лет пятнадцать, но испортила дело просвещения на гораздо более долгий срок. Усиливать умственный разлад между чисто литературным и чисто научным образованием, наметившийся с первых лет XIX века, было большой ошибкой: задача средней школы именно в том и заключается, чтобы давать законченное образование, вырабатывать цельную личность. Неправильно также было начинать преподавание точных наук в таком возрасте, когда ум учащихся обыкновенно еще недостаточно созрел для их восприятия; особенно же не следовало думать, будто важнее всего то, сколько времени тратится на обучение, а не то, как оно ведется.

В этом смысле программы были составлены как нельзя хуже; уровень теоретических сведений не только не повысился, но даже понизился, потому что объем проходимых предметов был сокращен, а учителям насильственно навязали методы преподавания устарелые и уже смешные в глазах учащихся; зато постарались умножить число практических сведений и таких предметов, преподавать которые легко, но мало полезно для развития ума.

Ответственность за эти программы больше всего падает, по видимому, на астронома Леверрье, которому его политическая роль (в противоположность Араго, которого он сменил в Обсерватории в 1854 году) создала, начиная с 1850 года, значительное влияние в правительственных совещаниях. Это влияние сказалось в том же духе и с не менее печальными последствиями при реформе преподавания в Политехнической школе, осуществленной по постановлению смешанной комиссии, назначенной 6 июля 1850 года.

Программа вступительного экзамена в эту школу устанавливается во Франции военным министром без участия его коллеги из ведомства народного просвещения; однако эта программа определяет наиболее высокий уровень среднего научного образования (по классу специальной математики) и таким образом оказывает влияние на уровень курса Нормальной школы и физико-математических факультетов. С другой стороны, Политехническая школа — рассадник ученых специалистов в общенациональном масштабе — по численности и средней подготовке своих учащихся, в отношении математических наук и физики, стояла в 1850 году значительно выше всех других учебных заведений. Выло бы поэтому в высшей степени важно, чтобы ложные взгляды Леверрье не одержали столь полной победы.

Нужно сказать правду, взгляды Леверрье встретили в совете школы горячую и упорную оппозицию, история которой не будет опубликована[246], но которая восторжествовала в 1863 году, несмотря на противодействие правительства, удалившего из школы ее лучших профессоров и экзаменаторов (Шаля, Луивиля, Каталана).

Тем не менее вред, причиненный реформой, оказался очень серьезен. Если вспомнить, что вообще Вторая империя мало заботилась об обеспечении научного преподавания необходимыми материальными средствами и предоставляла провинциальным университетам прозябать, занимаясь подготовкой незначительного числа лицензиатов без видов на будущее, то отнюдь не удивительно, что за этот период Франция потеряла в научной области свое недавнее первенство, и до того оспаривавшееся у нее весьма энергично.

Математические науки. Впрочем, как мы увидим сейчас, этот относительный упадок Франции нисколько не коснулся области химии или естественных наук. Скорее французы восстановили в этой сфере утраченную было репутацию. Франция окончательно потеряла господство над умственным движением главным образом в физике и в несколько меньшей степени — в математике. Если судить только но числу ученых знаменитостей, то эта перемена положения покажется мало заметной. Академия наук все еще блещет славными именами, и, например, математики, вступившие в нее с 1847 по 1870 год[247], прославились трудами, нисколько не уступающими трудам их старших собратий. Но продуктивность математических изучений, необычайно повысилась во всех странах; число деятелей и ученых работ в этой области непрерывно возрастает, и благодаря специальным журналам только что добытые результаты немедленно становятся достоянием гласности. Поэтому всякий математик вынужден быть в курсе всего, что делается в его области[248], но как раз это и служит ему на пользу: он имеет возможность положить теперь и свой камень в здание, начатое другим. При таких условиях уже не может существовать ни резко разграниченных школ, ни единого умственного центра; одиноко выдвигаются сильные индивидуальности, и естественное сродство умов проявляется независимо от национальности.

При такой разбросанности математических работ задача историка становится до чрезвычайности затруднительной; невозможно учесть точные размеры заслуг каждого лица, невозможно входить в бесчисленное множество деталей. В нижеследующих строках мы попытаемся лишь вкратце отметить некоторые решительные успехи и указать некоторые новые пути, открывшиеся исследователям.

Геометрия. В 1864 году Мишель Шаль приступил к обнародованию ряда бесчисленных применений своего метода характеристик, «могущего выдержать сравнение с любым открытием нашего века»[249], и своего принципа взаимности или двойственности, получившего затем развитие в трудах многих геометров.

В 1854 и 1860 годах Христиан фон Штаудт издал важные дополнения к своей Геометрии положения, которую он хотел сделать независимой от всякой меры величины. Он сводит значение числа в геометрии к чистому определению точки и, исходя из этого строя понятий, дает полное изображение мнимых в проективной геометрии.

В 1864 году Графическая статика Карла Кульмана, профессора цюрихской политехнической школы, кладет начало приложению современной геометрии к изысканиям, некогда составлявшим сферу аналитических вычислений, и по важности задач, ею затрагиваемых, представляет собой такой же шаг вперед, какой сделал Монж, создавший начертательную геометрию[250]. Эта последняя отрасль, развивавшаяся во Франции с момента своего возникновения и преимущественно направившаяся (именно благодаря Ла Гурнери, 1814–1883) на изучение поверхностей и их кривизны, в свою очередь обновилась за пределами Франции с введением методов проективной геометрии.

Итальянец Луиджи Кремона (родился в Павии в 1830 году, профессор в Болонье, затем в Милане, наконец в Риме с 1873 года) создает теорию афинности алгебраических кривых в своем Introduzione ad una teoria geometrica delle curve plane (1863), начала которой он затем распространил на три измерения (Preliminarii di una teoria geometrica delle superficie).

Георг-Фридрих-Бернгард Риман (1826–1866), сменивший в 1869 году Лежёна-Дирикле в Гёттингене, в одном из своих первых мемуаров, составленном в 1854 году по просьбе Гаусса, но оставшемся неизданным до 1867 года {О гипотезах, служащих основанием геометрии), значительно расширил область попыток неэвклидовой геометрии. Его идеи, отчасти популяризовавшиеся Гельмгольцем с 1868 года, нашли себе подтверждение в классическом мемуаре Бельтрами Очерк истолкования неэвклидовой геометрии (Saggio di interpreta-zione della geometria non-euclidea). Понятие положительной, нулевой или отрицательной кривизны пространства в п измерений и вывод о возможности (теоретической) геометрии (сферической или римановской) трех измерений, в которой все прямые плоскости взаимно пересекаются и где расстояние между двумя точками подчинено определенному максимуму, не могло не вызвать живейшего изумления. Но Феликсу Клейну предстояло в скором времени произвести еще более парадоксальные исследования.

В области аналитической геометрии мы на первом плане видим Гессе[251], который, став профессором в Гейдельберге (1865), опубликовал здесь в 1861 году свои Чтения (Vorlesungen), где он трактует о геометрии трех измерений и в частности о поверхностях второго порядка; около того же времени он развил свою систему соответствия между каждой точкой плоскости и парой точек на прямой. Затем Плюкер, вернувшись к чистой математике, построил Новую геометрию пространства, основанную на рассмотрении прямой линии пак элемента пространства (заглавие его посмертного труда, изданного в 1868 году), или, другими словами, на понятиях, введенных им, построил комплексы и конгруенты прямой.

Клебш (1833–1872), уроженец Кенигсберга, профессор политехникума в Цюрихе с 1858, в Гиссене с 1863, в Геттингене с 1868 года и автор Чтений по геометрии (Vorlesungen Geometrie), сделавшихся классическими, особенно прославился употреблением абелевских функций в общей теории кривых и поверхностей, а также исследованиями об изображении одной поверхности на другой. Он же ввел новое фундаментальное начало, именно расследование рода в классификации алгебраических кривых.

Алгебра и анализ. Первым трудом, на котором сказалось влияние идей Грассмана, была книга О комплексных числах Германа Ганкеля (1839–1873), вышедшая в 1867 году, но, несмотря на свои достоинства, встретившая менее радушный прием, чем замечательная посмертная работа (1874) того же автора по истории математики в древности и в средние века.

В 1864 году американский математик Бенджамин Пирс (1809–1880) приступил к изложению своих взглядов на линейную ассоциативную алгебру (обнимающую до 162 различных алгебраических систем). В 1858 году Кэйли обобщил понятие матриц, предложенное Гамильтоном и впоследствии более широко развитое Сильвестером и др.

Артур Кэйли, родившийся в Ричмонде в 1821 году, и Джемс-Джозеф Сильвестер, родившийся в Лондоне в 1814 году (и долгое время бывший профессором в Балтиморе), являются знаменитейшими английскими математиками XIX века, оставившими след во всех разветвлениях этой науки. Достаточно вспомнить их блестящие открытия (1849–1851) относительно прямых линий поверхностей третьего порядка, а равно и сделанное Кэйли приложение плюкеровских уравнений к исследованию в алгебраических кривых сложных сингулярностей (каждая из которых, как он показал, равна известному числу четырех простых сингулярностей). Но Кэйли и Сильвестер — прежде всего алгебраисты, и главная их заслуга заключается в том, что они обосновали новую отрасль науки, теорию инвариантов[252]. Кэйли следует считать настоящим творцом ее; он создал ее своими первыми мемуарами, печатавшимися в Кембриджском, математическом журнале (Cambridge Mathematical Journal) с 1845 года. Однако этот вопрос существовал уже в зародыше в работах Лагранжа и Гаусса, равно как и в новейших исследованиях Джорджа Буля (1815–1864), одного из своеобразнейших авторов, в частности известного своими исследованиями по символике обозначений и именно приложением ее к логике. Сильвестеру зато принадлежит, пожалуй, честь дальнейшей систематизации новой теории, и именно ему математика обязана большинством технических терминов, включая и самое слово инвариант.

В теории уравнений отметим трансцендентное решение уравнения пятой степени с помощью эллиптических функций, предложенное Эрмитом в 1858 году.

Исследования относительно сходимости рядов приобрели особенную важность с того времени, когда Копти и Абель показали недостаточную вообще строгость в вычислениях и доказательствах при употреблении рядов в XVIII веке. Жозеф Бертран открыл логарифмические признаки сходимости, которые долго считались постоянно решающими, но, в некоторых случаях не оправдываясь относительно рядов, в действительности сходящихся, должны бы считаться специальными. Первый общий признак, основанный на отношении двух рядом стоящих членов, был установлен Куммером (1810–1893) в выражении, вторая часть которого была впоследствии признана излишней.

Дирикле наука обязана первым строгим доказательством относительно изображения непрерывной функции тригонометрическим рядом Фурье; он полагал, однако, возможным представить в таком виде любую непрерывную функцию. Невозможность этого показал Риман в капитальном мемуаре, посвященном прямому исследованию функций, изображаемых тригонометрическим рядом. В том же мемуаре Риман указал необходимые и достаточные условия того, чтобы функция допускала интегрирование, и выяснил, что непрерывная функция может не всегда иметь производную.

Интегрирование линейных дифференциальных уравнений вступило на новый путь благодаря трудам, опубликованным в 1865 и 1868 годах Лазарем Фуксом (род. в 1825 г.).

Теория эллиптических функций подверглась важным усовершенствованиям, среди которых надлежит отметить пользование модулярными функциями, введенное Эрмитом в 1858 году. Рассмотрение абелевских функций и в частности их соединения с б-функциями, обобщенными Якоби, были развиты Розенгайном (1816–1887), Борхартом (1817–1880) и Риманом. Этот последний пытался также обосновать на новом принципе (который он окрестил именем Дирикле) общую теорию функций комплексной переменной, а для рассмотрения различных форм прерывности изобрел знаменитые так называемые римановские поверхности, образуемые различными, хотя и совпадающими плоскостями.

По теории чисел отметим лишь труды Стефена Смита[253] (1826–1883), Куммера, который ввел понятие идеальных чисел, и Дедекиида (род. в 1831 г.), которому удалось их устранить.

Механика и астрономия. Так как в механике построение рациональной науки было уже закончено, то деятельность ученых направилась на прикладную часть. Ламе (1795–1870) дал в 1852 году Математическую теорию упругости, в которой проявил столько же аналитического искусства, как и в своих предшествующих работах по теплоте. Барре де Сен-Венан посвятил свою жизнь установлению согласия между теорией, и практикой и открыл истинные законы сгибания и скручивания.

Изучение Луны получило особенно глубокую разработку. В 1853 году Джон-Кауч Адаме установил, что ускорение среднего движения этого светила, согласно объяснению, данному Лапласом, составляет лишь половину наблюдаемого ускорения. Делонэ приписал эту разницу приливному трению и пытался переработать вычисление лунных уравнений.

Невозможность иного строения колец Сатурна, как в виде частиц, не связанных между собой, была установлена Пирсом и Максуэллом.

Что касается наблюдательной астрономии, то период с 1847 по 1870 год особенно замечателен открытиями множества мелких планет между Марсом и Юпитером, в дополнение к четырем, открытым с 1801 по 1807 год. Пятая планета была замечена Энке 8 декабря 1845 года; 1847 год дал еще три планеты; в 1870 году их было известно уже 112. В среднем открывалось четыре-пять планет в год.

Физико-химические науки. В IV томе мы видели, какими быстрыми успехами отличалась физика в первой половине XIX века. Эти успехи завершились решительным синтезом; старинное, но смутное убеждение философов-механистов, что все явления природы суть не что иное как движения, теперь могло облечься в математическую форму {сохранение силы, как выражался Гельмгольц, придававший этому слову тот же смысл, что и Декарт; сохранение энергии, как говорят теперь), и этот вывод не зависит ни от каких гипотез относительно фигур или свойств элементов материи. Сразу исчезли все особые жидкости, изобретавшиеся для того, чтобы легче было объяснить тепловые, электрические или магнитные явления; в то же время оказалось возможным превращать эти явления одни в другие или же вызывать их механическим путем при условии строгой эквивалентности.

Этот синтез — великое завоевание XIX века; но уже с момента возникновения этой идеи все усилия, по видимому, были направляемы в эту сторону. Вследствие этого произошло как бы замедление в частных исследованиях. Нужно было, впрочем, укрепить завоеванную территорию, либо скомбинировав новые опыты для освещения новых теорий, либо произведя более точные измерения для придания им большей строгости. Приложения все множатся, но великие открытия становятся все более редкими; из них можно указать только на спектральный анализ.

Наконец, сведя свои проблемы к проблемам механики, физика все больше стремится принять математический характер; но для этого ей приходится создавать новые гипотезы относительно строения материи и природы сил, воздействующих на ее элементы.

Таковы главные черты истории физики в этот период; химия, напротив, все с большим блеском следует по пути, ей начертанному, и ее открытия могут соперничать по важности с теми, которые были сделаны предыдущим поколением. Но теоретические положения, господствующие над этими открытиями, принимают все более точный характер, и для этой науки в свою очередь наступает час положительного синтеза.

Принцип сохранения энергии: Гельмгольц, Клаузиус. Рациональная механика уже давно установила, что в идеальных материальных системах, рассматриваемых ею, работа сил (внешних или внутренних) равна изменению половины живой силы; практически считалось, что никакое внешнее механическое воздействие не может совершаться без невознаградимой потери работы, которую приписывали так называемым пассивным сопротивлениям (внутренним силам) и считали соответствующей более или менее ощутительным, но во всяком случае окончательным деформациям.

Открытие механического эквивалента теплоты показало, что работа, которую, таким образом, считали потерянной, в значительной части соответствует, напротив, приращению половины живой силы (энергии), приложенной к материальным частицам, слишком малым, чтобы их движение могло быть измерено непосредственным образом, между тем как это приращение делается заметным для наших чувств в другой форме, именно в форме теплоты. Соответствующая энергия, следовательно, совсем не теряется, ибо теплота в свою очередь может быть превращена в механическую работу.

Более того, деформация под действием внутренних сил не могла уже рассматриваться как потеря энергии. Когда, например, поднимают весомое покоящееся тело на известную высоту, то при этом расходуется работа, а живая сила тела не изменяется. Но оно способно совершить при падении с высоты, на которую было поднято, работу, равную той, которая была затрачена на его поднятие.

Рассмотрим с этой точки зрения систему таких природных тел, чтобы можно было пренебречь действием внешних сил. Можно установить теорему рациональной механики, сказав, что энергия этой системы постоянна, если ее разложить на две: действующую (actuelle) энергию (половина живой силы, соответствующая столько же местным движениям частей или всей системы, сколько и движениям звуковым, тепловым, световым, электрическим, магнитным и т. д.) и энергию положения — потенциальную (virtuelle), соответствующую положению каждого из элементов тела.

Если притом внутренние или внешние силы (а именно они рассматриваются физикой в данном случае) таковы, что потенциальная энергия зависит исключительно от положения элементов, то можно в конце концов исключить из рассмотрения эти силы и сказать, что энергия системы естественных тел может изменяться только путем заимствования или уступки соседним системам.

Таков точный смысл, который следует придавать знаменитому принципу сохранения энергии. Однако нужно отметить явную тенденцию придавать ему еще более важный смысл, — тенденцию, особенно проявившуюся в этот период в книге Секки Единство физических сил (Unita delle forze fisiche, 1869), но не приведшую к решительным выводам и ныне встречающую, невидимому, все меньше и меньше сторонников.

Утверждение общего принципа, из которого исключено понятие силы, вело к упразднению этого понятия или, по крайней мере, к отнесению его в число производных. Сила как явление есть следствие, а не причина движения. В таком случае становится необходимым найти механическое объяснение всем естественным силам, действующим на расстоянии, и прежде всего всемирному тяготению; для этого нужно представить себе среды, одаренные свойствами, удобными для определения законов превращения движения; виртуальная энергия не должна уже в таком случае принципиально различаться от энергии актуальной; в действительности она будет реально передаваться среде, потому что признаваться будут только силы в момент соприкосновения, дающие начало работам, взаимно уничтожающимся.

Таковы были математические рамки, навязывающиеся физикам законами механики, когда в 1849 году Гельмгольц (1811–1894) приступил к обобщению в одну доктрину и к пропаганде идей, выработанных в предыдущем столетии. Этот знаменитый ученый, родившийся в Потсдаме, сперва был военным врачом, до 1848 года; затем преподавал физиологию в Кенигсберге, Вене и Гейдельберге, после чего занял кафедру физики в Берлинском университете(1871). Сильный математик, гениальный экспериментатор, столь же глубокий мыслитель и столь же остроумный популяризатор, как Галилей, он оставил след в самых разнообразных областях знания. Особенно памятно в акустике его блестящее объяснение тембра наслоением и относительной напряженностью основного звука и его гармонических тонов, — объяснение, содержащееся в книге Учение о восприятии звука (Lehre von den Tonempfindungen, 1862).

Что касается собственно механической теории теплоты, то лишь основания ее были начертаны Джоулем и Майером. Самое здание было воздвигнуто другим немецким ученым, Клаузиусом (1822–1868), в исследованиях, печатавшихся с 1848 по 1862 год в Анналах Поггендорфа и объединенных в 1864 году в одно сочинение, остающееся классическим. Клаузиус нашел забытые или неопубликованные законы Сади Карно. К ним он присоединил новое учение — об энтропии, истинное значение которого еще не учтено полностью и согласно которому мировая система эволюционирует к более равномерному распределению теплоты и уменьшению местных движений. Наконец, он обосновал кинетическую теорию газов, которая считает их состоящими из частиц, охваченных очень быстрыми движениями и сталкивающихся одна с другой; он показал, что эта гипотеза может быть формулирована таким образом, что из нее математически следуют основные законы Мариотта я Гей-Люссака.

Электричество; подводный телеграф; Вильям Томсон, Максуэлл. В Англии после Ранкайна распространению новых идей и широкому их освещению способствовал Вильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин), родившийся в 1824 году. Но в рассматриваемый период он особенно увлекался успехами электричества; еще не было тех его приложений, какие появились в наше время, но телеграфное дело уже быстро развивалось, и уже начинали подумывать о том, чтобы перебросить подводный кабель по дну Атлантического океана и установить сообщение между Старым и Новым Светом. Это предприятие, ныне кажущееся совсем не трудным, удалось впервые лишь в 1866 году, после нескольких лет бесплодных попыток. Выть может, это — чудеснейшее свидетельство XIX века о мощи технической науки и превосходстве человеческого ума над природой. Вильям Томсон изобрел остроумнейшие аппараты для отправки и приема телеграфных сигналов, а также множество точных и тонких инструментов, сделавших возможными измерения, необходимые для прогресса чистой и прикладной науки. Искусный математик, он значительно усовершенствовал приемы вычисления; вместе с тем теория обязана ему столь же смелыми, как и остроумными объяснениями многих электрических явлений.

Наряду с ним Максуэлл (1831–1879), придав идеям Фарадея более строгое и математическое выражение, строил электромагнитную теорию света. Показав преобладающую роль изолирующей среды в электрических явлениях, он считал световые явления тожественными с явлениями индукции, быстро сменяющимися и распространяющимися по тому же механическому закону в различных средах. Эта теория, в отличие от всех других, господствовавших до того времени, получила впоследствии блестящее экспериментальное подтверждение.

Спектральный анализ: Кирхгоф и Бунзен. Скорость света: Физо и Фуко. Спектральный анализ был создан в Гейдельберге совместными трудами физика Кирхгофа (1824–1887) и химика Вунзена (родился в Гёттингене в 1811 году), знаменитого также другими работами, а именно изобретением гальванического элемента, носящего его имя. Кирхгоф в ряде исследований, одновременно и математических и экспериментальных, продолжавшихся с 1857 по 1860 год, первый сделал выводы из предвиденного еще Брьюстером и Онгстремом факта совпадения темных линий солнечного спектра (так называемых фраунгоферовых)1 с светлыми линиями металлических паров, доведенных до состояния свечения. По его теории, темные линии происходят от поглощения парами, находящимися в солнечной атмосфере, некоторых лучей, испускаемых раскаленной жидкой массой светила. Если пары какого-нибудь вещества сами становятся источником света (например, если ввести в пламя самое ничтожное количество этого вещества), то они дают характерную яркую линию, в точности совпадающую с темной линией, которую дают те же пары в охлажденном состоянии. Значит, можно утверждать о присутствии, например в солнечной атмосфере, паров всех тел, спектры которых, изученные на земле, представили яркие линии, тожественные с теми или иными фраунгоферовыми линиями.

Но спектральный анализ оказывает услуги не только в деле распознавания на солнце или звездах веществ, встречающихся у нас на земле, что доказывает единство состава вселенной. Он является также в руках химика новым и драгоценным приемом исследования, так как дает возможность различить, например, в минерале присутствие металлов по характерным линиям, когда они содержатся в нем в слишком ничтожном количестве, чтобы их можно было обнаружить посредством самых чувствительных химических реакций. Наконец спектральный анализ позволяет выделить металлы, дающие светлые линии, которые нельзя приписать ни одному из известных веществ. Этим пролагается путь к открытию новых простых тел. Эту сторону метода Кирхгофа и осветил Бунзен, немедленно применив его для открытия цезия и рубидия (1862).

С тех пор изучение спектров приобрело капитальную важность; появилось множество трудов по этому и смежным вопросам. Надо еще упомянуть о ценных работах Стокса и Эд. Беккереля по флуоресценции и фосфоресценции.

Мы только что упомянули первое французское имя в нашем обзоре успехов науки за этот период; школа французских физиков бесспорно отстала в середине XIX века от иностранцев. В то время как один за другим исчезали знаменитые ученые, составившие славу Франции, но за старостью уже неспособные поддержать эту славу, смерть скосила во цвете лет, прежде, чем они успели дать все, что могли, лучших людей следующего поколения: Вертгейма, а также Сенармона и Верде — этих двух несравненных профессоров.

Впрочем, оптика с усердием и успехом продолжала разрабатываться на родине Френеля. В частности, блестящие опыты привели к непосредственному измерению на земле скорости света. С этим измерением связаны два имени: Физо (1829–1896) и Фуко (181$—1868). Совместно участвуя во многих трудах, они построили для измерения скорости света два различных аппарата: аппарат Физо, первый по времени, считается несколько менее точным; аппарат Фуко (1863) позволяет оперировать в комнате над лучом в несколько метров.

Профессор медицинского факультета Физо начал с исследований по дагерротипии. Последовавшие затем исследования его по интерференции и поляризации представляют огромную важность. Именно он воспользовался первым из этих явлений для в высшей степени точных микрометрических измерений. В одном из своих мемуаров, мало обратившем на себя внимание, но, видимо, содержавшем в себе зерно плодотворного метода, Физо доказал опытным путем, что перемещение центра звуковых колебаний относительно слушателя влияет на высоту звука и что равным образом движение светящегося тела, если оно достаточно быстро, изменяет длину световой волны. Этот факт должен приниматься в расчет при анализе света, излучаемого небесными телами, и может содействовать изучению их движения.

Фуко был студентом-медиком, когда также пристрастился к дагерротипии, и потому сошелся с Физо. Долгое время состоя простым препаратором при факультете, он уже пользовался известностью, когда получил приглашение на должность физика при Обсерватории. Его аппарат для измерения скорости света дал ему возможность производить сравнительные измерения в воздухе и в воде. Показав, что свет быстрее распространяется в воздухе, он окончательно решил — в пользу теории колебаний — непрестанно возобновлявшийся спор между защитниками этой теории и представителями теории истечения.

Не меньшую славу он заслужил прямым доказательством вращения земли посредством опыта, сперва произведенного в погребе, затем повторенного в Пантеоне при помощи маятника, касавшегося поверхности пола своим острием; плоскость качаний этого маятника перемещалась под влиянием суточного вращения нашей планеты (1851). Его парадоксальный оюироскоп, позволяющий определить меридиан места без всяких астрономических наблюдений, также доказывает, что он гениально умел выводить из законов механики самые неожиданные следствия. Что касается таланта, проявленного в сооружении приборов, чему он дал столько доказательств, то ему предстояло еще применить его к изготовлению телескопических зеркал неподражаемо совершенного качества.

Ученый-самоучка, гениальный постановщик опытов, Фуко не мог, однако, сделаться главой школы.

Химия: Ж.-Б. Дюма, А. Сент-Клер Девиль, Вюрц, Вертело, Пастер. Если Франция потеряла первенство в области физики и математики, то она победоносно работала в области химии. В этой науке она еще никогда пе насчитывала плеяды столь славных ученых: Анри Сент-Клер Девиль (1818–1881) и Пастер (1822–1895) в Нормальной школе; Вюрц (1817–1884) в Медицинской школе; Вертело (род. в 1827 г.) в Коллеж де Франс. Но особенно отличает этот период то обстоятельство, что каждый из этих ученых был главой школы и вдохновлял своих учеников своей особой идеей. Роль гипотез, которые, не получив окончательного подтверждения, могут служить для исследователей полезной руководящей нитью, еще достаточно широка, чтобы различные системы могли бороться за преобладание.

Жан-Батист Дюма (1800–1884), мощное учение которого породило все эти различные школы, остался в стороне и сохранил за собой кафедру в Сорбонне; но политика отнимала у него большую часть времени, и хотя его деятельность благодаря влиянию в правительственных советах оказалась плодотворной для прогресса науки, он перестал быть вождем умственного движения.

Сент-Клер Девиль главным образом занимался минеральной химией; он изобрел способы изготовления в больших количествах простых тел, которые до него получались лишь в виде нечистых зерен; таким образом он добыл слитки алюминия и магния, кристаллы бора и кремния. Следовательно, именно ему обязано своим существованием промышленное производство алюминия. Он же изобрел новые методы анализа, воспроизвел искусственным способом множество кристаллических пород, измерил плотность паров при температурах, которые считались недостижимыми. Но главным образом оп посвятил сбою преподавательскую деятельность разрушению теории сродства, освященной авторитетом Берпелиуса и основанной на предположении, что какая-то таинстьенная сила проявляется при соприкосновении тел и тогда развивает вдруг всю сбою энергию. Он первый перенес в область химии новый принцип, недавно восторжествовавший в физике, и показал, каким образом надлежит применять его для установления непрерывности между двумя порядками явлений: он выяснил роль теплоты в химических реакциях, доказал существование подлинных химических равновесий, определяемых физическими условиями температуры и давления, наконец — открыл явление диссоциации и формулировал ее законы, подобные тем, какие управляют изменениями физического состояния тел.

Вюрц, со СЕоей стороны, был бесспорным главой органической химии. В 1849 году он сделал открытие сложных аммиачных соединений, явившееся блестящим подтверждением учения о типах. В 1856 году, через два года после того как Вертело установил трехалкогольную функцию глицерина, Вюрц открыл гликол, функция которого двухалкогольна. Это открытие послужило отправной точкой целого ряда работ, классификаций и новых открытий как во Франции, так и за ее пределами. Упомянем мимоходом о многочисленных исследованиях Кагура (1813–1891) над ароматическим рядом; об органо-металлических соединениях профессора Гофмана (1818–1892)[254], творца промышленного производства красок, добываемых из каменноугольной смолы; назовем также Вильямсона, открывшего смешанные эфиры; его соотечественника Франкленда, работавшего над определением состава алкоголей и их производных, и т. д.

Вюрц ревностно отдался пропаганде так называемой атомной теории с идеей различных валентностей простых тел и системы знаков, позволяющей наглядно изображать нередко очень сложный состав органических тел. Он всю свою жизнь ратовал за устранение из школьного курса эквивалентных обозначений, в сущности чисто условных, но сохранявшихся в силу рутины до весьма недавнего времени. Атомная система обозначает символом каждого элемента массу этого тела, которая занимала бы в газообразном состоянии такой же объем, как и известная масса (2 грамма) водорода, причем это последнее тело принимается за образец; следовательно, в принципе эта система показывает состав в объемах тел. Сопротивление, встреченное ею, обусловливалось более или менее рискованными гипотезами, связанными с идеями Дальтона, от которых она лишь постепенно отходила и которые послужили причиной частых споров между Вюрцем и Сент-Клер Девшем. Если эти гипотезы представляют в настоящее время лишь исторический интерес, то все же следует признать, что они оказали огромную услугу научному прогрессу.

Вертело, долгое время остававшийся простым лаборантом Валара в Коллеж де Франс, занял в 1859 году кафедру органической химии в Высшей фармацевтической школе. В 1864 году для него учредили кафедру в Коллеж де Франс. Он уже закончил к этому времени свои бессмертные труды по синтезу органических соединений, навсегда изгнавшие из науки понятие жизненной силы, которая, будто бы, необходима и играет решающую роль в образовании этих соединений.

Синтез алкоголя и элементов жирных веществ относится к 1854 году. Через несколько лет был достигнут — при использовании вольтовой дуги — синтез ацетилена (углеводород), который позволяет воспроизводить с помощью обыкновенных химических реакций все органические соединения.

С 1865 года Вертело читал курс в Коллеж де Франс и издавал свои первые Лекции по термохимии. Таким образом он закладывал основы, на которых химическая наука должна была перестроиться в соответствии с обновлением физики. Если выделение или поглощение теплоты при химических реакциях и побуждало к измерениям, произведенным Лавуазье и Лапласом, если идея превращения энергии все более победоносно вторгалась в пауку, то задача, принятая на себя Вертело, была тем труднее, ибо требовалось не больше не меньше как определить законы, которые позволили бы наверняка предсказывать всевозможные реакции; но формулы этих законов, а равно и численные определения, необходимые для их приложения, могли быть получены лишь из длинного ряда точных опытов, ибо теоретическая концепция, приводившая к этим исследованиям, не давала решительно никаких указаний относительно результатов, даже в самой общей форме.

Но дело своей жизни славному ученому предстояло завершить в последующие десятилетия, о которых мы здесь говорить, не будем. С Пастором нам также надо будет на время расстаться, пе обрисовав до конца его блестящего поприща.

Поприще это началось замечательной работой по вопросу, входящему в область физики и возбудившему внимание Митчерлиха: почему соль виннокаменной кислоты не оказывает никакого влияния на поляризованный свет? Пастер показал, что эта соль в действительности состоит из двух солей, которые могут быть отделены, так как обладают взаимнопротивоположной диссиметрией и потому оказывают противоположное действие на плоскость поляризации света. Вынужденный этой работой изучить видоизменения диссиметрии при брожении виннокаменной кислоты, он занялся исследованием брожения вообще.

В то время пользовалась общим признанием теория Либиха, предложенная в 1839 году. Брожение есть медленная реакция между кислородом воздуха и органическим веществом. Вещество это, находящееся в состоянии разрушения (фермент), сообщает соприкасающимся с ним и подверженным брожению соединениям процесс разложения, которым охвачено оно само. В общем, речь идет о чисто химическом явлении, аналогичном реакции между неорганическими телами.

Оперируя над средой, совершенно освобожденной от всякого вещества, которое можно было бы считать ферментом в либиховском смысле, введя туда лишь несколько миллиграммов дрожжей (т. е. растительных клеток) и вызвав таким образом правильное брожение, Пастер экспериментальным путем доставил торжество совершенно противоположному взгляду. Фермент есть живое существо (растительное или животное — микроб), которое способно размножаться в благоприятной среде. Брожение есть результат химического действия, которое это существо, чтобы иметь возможность жить, оказывает на окружающую среду, — действия, характер которого зависит от химических явлений; ареной этих явлений служит сам фермент, поскольку он — живое существо.

Вместе с тем Пастер провел знаменитый диспут, произведший много шуму и закончившийся для него блестящим триумфом.

Вера в самопроизвольное зарождение низших существ была освящена могущественными авторитетами, хотя и ве опиралась ни па один научно обоснованный факт. В 1858 году Пуше, видный ученый, директор Руанского музея, решил, что ему удалось посредством опытов, с виду безупречных, констатировать факты самопроизвольного зарождения. Со своим глубоко добросовестным отношением к экспериментальной точности Пастер показал, каким образом зародыши могли проникнуть в закрытые сосуды Пуше: он неопровержимо установил, какие предосторожности необходимы и достаточны для того, чтобы убить зародыши или воспрепятствовать им проникнуть в приборы; он показал, что во всех тех случаях, когда принимались эти предосторожности, самопроизвольное зарождение не наблюдалось ни разу; что, наконец, факты, на которые ссылались его противники, всегда должны объясняться либо предварительным нахождением микроскопических зародышей в употребляемой при экспериментах среде, либо проникновением зародышей, носящихся в атмосфере.

Естественные науки: учение об эволюции. Таковы были труды, славного ученого за первые пятьдесят лет жизни. Во второй половине своей научной деятельности, настойчиво занимаясь изучением роли, какую играют в природе микробы, на которые он обратил внимание ученого мира, Пастер, и конце концов, произвел полный переворот в медицинских теориях и практических приемах хирургии. Уже труды, совершенные им до 1870 года, представляли чрезвычайную важность для биологических наук. Они осветили ярким светом связь между биологическими и химическими явлениями, подобно тому как труды Вертело выяснили отношения между физическими и химическими явлениями. Так подготовлялся синтез наук о природе, который XIX век предоставил довершить XX веку, предварительно сильно двинув вперед это великое дело.

Но в рассматриваемый нами период первое место в мышлении натуралистов начинает занимать другой вопрос не меньшей философской важности.

В 1859 году появилась знаменитая книга Происхождение видов Чарльза Дарвина (1809–1882). Это был плод более чем двадцатилетних размышлений, начавшихся во время научного путешествия (1831–1836), совершенного им в молодости (экспедиция корабля «Вигль» на Огненную Землю). Не доверяя собственным выводам, он довольствовался медленной обработкой своих исследований по искусственному отбору (Изменения животных и растений в домашнем состоянии, 1858), когда присылка переработанной диссертации его соотечественником Уоллесом и советы, полученные в связи с этим от Лайелля и Гукера, побудили Дарвина к изложению собственных взглядов.

Собственно Дарвину принадлежит введение в выдвинутую еще Ламарком эволюционную доктрину той мысли, что при борьбе за жизнь случайные, но благоприятные для вида изменения сохраняются и развиваются путем наследственности и что таким образом совершается естественный подбор наилучше одаренных специфических форм. С первых дней своего появления трансформизм привлекал к себе внимание многих ученых, но до выступления Дарвина еще никто не сумел найти формулы, столь удобной для выражения целесообразности в природе, никто не умел в такой степени сделать свою систему столь понятной благодаря ясности изложения, столь неопровержимой благодаря тщательному подбору доказательств, приведенных в ее защиту. Учение об эволюции как-то сразу заинтересовало широкую публику; яростное противодействие, встреченное новой теорией со стороны англиканского духовенства, только способствовало увеличению ее популярности. Адепты учения об эволюции в пылу полемики сообщили ей всеобъемлющий характер, отнюдь пе соответствовавший первоначальной мысли Дарвина. В то время как этот последний — бесспорно один из наименее шумливых и наиболее скромных ученых нашего времени — терпеливо продолжал остроумные наблюдения, описанные в его последних трудах, Гёксли, Карл Фогт (ум. в 1894 г.) и Геккель изо всех сил старались ускорить победу нового евангелия. Во Франции лишь младшее поколение ученых стало примыкать к новой теории, но доводы, выдвинутые против трансформизма Флурансом и Катрфажем, были бессильны остановить движение умов. Дельные возражения появились только тогда, когда пыл полемики остыл и когда в торжествующей доктрине пожелали увидеть ключ к полному пониманию мира. Признано было, что теория, принадлежащая собственно самому Дарвину, должна оставаться на той строго научной почве, на которую он ее поставил. Теория эта, не указывая никакой причины для мелких случайных изменений, ведущих за собой естественный отбор, меньше удовлетворяла философа, чем даже теория Ламарка, объяснявшего эволюцию влиянием среды. В сущности, опа не освещает основную проблему о происхождении жизни; тем не менее теория Дарвина остается одним из замечательнейших фактов в умственной истории XIX века[255].

Во всяком случае новое течение все больше и больше побуждало натуралистов изучать низшие организмы, чем до сих пор несколько пренебрегали, хотя изучение это, по видимому, давало ключ к затронутым проблемам. Упомянем вкратце о начале систематических исследований морского дна, которые — после того как Форбс еще в 1859 году утверждал, будто на глубине более чем 300 саженей никакая жизнь невозможна, — доказали присутствие на глубине в 3000 метров фауны, приспособившейся к среде, столь отличной от всех нам известных и сохранившей типы, которые считались исчезнувшими в отдаленные геологические эпохи. Отметим также учреждение первой приморской лаборатории в Роскофе Лаказ-Дютьером (1869) для производства регулярных наблюдений над животными и растениями морских берегов.