Следует сказать, что старания отца увенчались успехом. Один из его друзей, профессор математики Карл Кристиан фон Лангсдорф, проэкзаменовав Георга по окончании гимназии, был поражен систематичностью и глубиной его знаний: "В течение пятичасовой беседы я проверил его знания по всем важнейшим разделам элементарной математики: арифметике, геометрии, тригонометрии, статике и механике, а также выяснил его знания в области высшей геометрии и математического анализа. На все мои вопросы я получал быстрые и точные ответы. Почти убежден, что оба брата из этой семьи станут не менее знамениты, чем братья Бернулли: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку".
В 1805 году Георг Симон успешно сдал вступительные экзамены и стал студентом Эрлангенского университета. Однако, как ни парадоксально, учеба в университете не вдохновила одаренного юношу на покорение новых научных вершин. Вместо того чтобы самозабвенно грызть гранит науки, Георг почти все время посвящал танцам, катанию на коньках и игре на бильярде. Правда, справедливости ради, стоит отметить, что и здесь он добился немалых успехов: стал лучшим бильярдистом и конькобежцем в университете. Однако отца спортивные достижения сына совершенно не радовали, более того, приводили в ярость. Иоганн Вольфганг, у которого, при всей его любви к науке, не было возможности получить высшее образование, считал, что сыну следует сосредоточиться исключительно на учебе. Однако Георг не спешил прислушаться к советам родителя. В конце концов отец, который по-прежнему очень много и тяжело работал, чтобы обеспечить своих детей всем необходимым, потребовал, чтобы сын оставил университет. Таким образом, в 1806 году, проучившись всего три семестра, Ом покинул стены Эрлангенского университета и отправился в швейцарский город Готтштадт, где ему было предложено место преподавателя математики в частной школе.
Небольшой живописный городок, в который попал Георг, сразу же пришелся ему по душе, равно как и расположенная в старинном замке школа. Он писал домой восторженные письма, стремясь поделиться с родными своей радостью. Однако в течение нескольких месяцев Ом-старший, глубоко разочарованный легкомысленным отношением сына к учебе, не только не разделял его восторг, но даже не читал писем. Впрочем, Иоганн Вольфганг слишком любил Георга, чтобы обижаться на него всю жизнь, и через некоторое время стал отвечать на письма сына. Да и сам Георг быстро понял, что отец был абсолютно прав. Преподавание ему вскоре наскучило и превратилось в рутинную обязанность. Теперь он мечтал о том, от чего в свое время так легко отказался: Георг хотел вернуться в Эрланген и продолжить обучение. Кроме того, через некоторое время Ом вынужден был уступить свое место другому преподавателю, он покинул Готтштадт и перебрался в Нейштадтскую школу. К чести Георга Симона следует отметить, что он не только добросовестно исполнял порядком надоевшие ему обязанности преподавателя математики, но и усиленно и небезуспешно занимался самообразованием, изучая научные труды крупнейших математиков, таких как Эйлер, Лаплас и других.
Вернуться в родной город и продолжить учебу в университете молодой человек смог только через пять лет, в 1811 году. Ом сделал все, чтобы наверстать упущенное: в том же году окончил университет, защитил диссертацию и получил ученую степень. Блестящие способности Георга не остались незамеченными: ему предложили должность приват-доцента кафедры математики.
Казалось бы, все складывалось как нельзя лучше. Но уже через полтора года Ом вынужден был отказаться от своей должности, поскольку заработок приват-доцента едва позволял ему сводить концы с концами. В течение нескольких месяцев Георг безуспешно пытался найти работу, пока баварское правительство не предложило ему место учителя физики и математики в школе в Бамберге. Разумеется, эта работа не была пределом мечтаний Ома, а методика преподавания так возмутила его, что он даже написал письмо с критическими замечаниями в Генеральный комиссариат по преподаванию. В результате школа была закрыта, а Ом переведен в местную подготовительную школу.
В 1817 году была опубликована первая работа Георга Ома – обширная заметка о методике преподавания. Отдельные соображения были столь новы и непривычны, что послужили поводом для разговоров о том, что идеи Ома означают "гибель всего математического учения".
В сентябре 1817 года Георгу Ому предложили место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кельна. В данном случае он с радостью принял предложение, поскольку это учебное заведение обладало прекрасной физической лабораторией. В Кельне Ому наконец-то представилась возможность заняться наукой, и он не преминул ею воспользоваться. Георг продолжал заниматься самообразованием, читал книги выдающихся физиков, начал проводить и самостоятельные исследования. Как и в случае с Ампером, стимулом для изучения электрических законов стало сообщение об открытии Эрстеда, который в 1820 году обнаружил магнитное действие электрического тока. Ом предположил, что этот эффект можно использовать для измерения силы тока (до этого для измерения ученые пытались использовать нагревание, которое вызывает ток). Ом создал прибор, в котором ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, закрепленной упругой проволочкой. Компенсируя отклонение стрелки поворотом микрометрического винта, экспериментатор мог определять силу тока углом поворота.
Вначале в опытах Ома были задействованы гальванические источники тока. Но ученого не устраивало то, что в них ток довольно быстро ослабевает. В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек открыл термоэлектрический эффект: если спаи двух разных проводников имеют различные температуры, в цепи возникает ток. Это открытие позволило Ому использовать в своих экспериментах более устойчивые термоэлементы, состоявшие из висмута и меди. Один конец термоэлемента находился в кипящей воде, а второй – в тающем снеге. Имея довольно стабильный источник тока, Ом занялся изучением того, как влияют на ток параметры проводников: их размеры и химическая природа. В 1826 году он изложил полученные результаты в статье "Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтатического аппарата мультипликатора Швейггера".
В своей работе Ом ввел понятие "сопротивление" и показал, что оно зависит от материала проводника, его длины и площади сечения. Стоит ли говорить, что упомянутый в эпиграфе этой статьи закон и был тем самым знаменитым законом Ома. Но современники Ома, маститые немецкие ученые, не обратили особого внимания на работу безвестного учителя. Те же немногие, кто познакомился с ней, выразили прежде всего недоверие. Однако Ому удалось добиться того, что администрация коллегии выделила ему год для самостоятельных исследований, правда, вдвое урезав жалованье. Георг надеялся, что его работы принесут ему известность и какую-нибудь университетскую должность. Ученый переехал в Берлин, где жил его брат Мартин, и погрузился в исследования.
Результатом годичной работы стала книга "Теоретическое исследование электрических цепей". В ней Ом попытался провести аналогию между электрическими явлениями и принципами распространения теплоты, которые незадолго до того изложил в своей работе "Аналитическая теория теплоты" Жан Батист Жозеф Фурье (1822). По аналогии с распространением теплоты по градиенту температур, Ом связывал ток с падением электрических напряжений. Многого достиг ученый и в своих практических исследованиях. Например, он изучил закономерности протекания тока по электрическим цепям, в которых проводники соединены последовательно и параллельно. "Теоретическое исследование электрических цепей" тоже не вызвало восторга в научном мире. К сентябрю 1827 года отведенный на исследования год подошел к концу, а никакого выгодного предложения так и не последовало. Ом должен был вернуться к своим учительским обязанностям. Но сам он прекрасно понимал, что полученные результаты заслуживают внимания. Поэтому покидать Берлин Ом не хотел. В конце концов он нашел мизерную (3 часа в неделю) педагогическую нагрузку в Военной школе Берлина и остался в столице.
В 1829 и 1830 годах Ом опубликовал две важные работы: статью, в которой изложил принципы электрометрии, и большой труд "Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости", который привлек внимание зарубежных ученых, в частности Фарадея. Также в 1830 году Ом ввел понятие "электродвижущая сила" и измерил электродвижущую силу источника тока.
Между тем в Германии Ома до сих пор не признавали, он по-прежнему не имел подобающей должности, фактически находился на иждивении у своего брата. В отчаянии он даже написал письмо королю Баварии с просьбой предоставить ему хоть какое-нибудь место. Но даже это не дало результата. Наконец в 1833 году Ом получил предложение занять место профессора физики в новой Политехнической школе Нюрнберга. Спустя некоторое время он получил кафедру математики и должность инспектора по методике преподавания. В 1839 году он стал ректором Школы. В 1842 году Ом стал вторым немецким ученым, которого наградило медалью Копли и сделало своим членом Лондонское королевское общество. На родине подобное признание пришло только через три года, когда Ом был избран членом Баварской академии наук. В 1849 году ученый получил должность куратора физического кабинета Академии и, на правах экстраординарного профессора, начал читать лекции в Мюнхенском университете.
Георг Ом известен не только своими работами в области изучения электрических явлений. С конца 1830-х годов он заинтересовался акустическими явлениями и открыл один из важнейших принципов физиологической акустики (акустический закон Ома), согласно которому ухо разлагает сложные звуки на простые гармонические колебания.
До конца своих дней Ом занимался методикой преподавания. В последние годы он также принялся за создание учебника физики, но успел написать только первый том книги "Вклад в молекулярную физику".
В 1852 году ученый стал штатным профессором Мюнхенского университета. Об этой должности Ом мечтал всю свою жизнь. Но он отдал науке слишком много сил и энергии. В 1854 году у него произошел тяжелый сердечный приступ. 28 июня 1854 года король Максимилиан издал указ об освобождении ученого от обязательного чтения лекций. Но монаршая забота проявилась слишком поздно. 7 июля Георга Ома не стало.
Сейчас в Мюнхене стоит памятник знаменитому ученому. Он состоит из двух фигур: Иоганна Вольфганга Ома – слесаря, отдавшего все силы обучению своих сыновей, и собственно Георга Симона Ома, посвятившего всю свою жизнь науке и никогда не имевшего семьи и детей.
БЕББИДЖ (БЭББИДЖ) ЧАРЛЗ
(1791 г. – 1871 г.)
Долгое время место и дата рождения Чарлза Беббиджа не были точно известны. Так, некоторые источники указывают, что он родился 26 декабря 1792 года в Тейнмауте, графство Девоншир. Но позже было обнаружено, что рождение Чарлза было зарегистрировано в Лондоне 6 января 1792 года. На основании этих данных современные исследователи считают, что Беббидж родился в Лондоне в фамильном доме, принадлежащем его отцу, лондонскому банкиру, а истинной датой рождения ученого, таким образом, считается 26 декабря, но не 1792-го, а 1791 года (такая дата указана и в другом источнике).
О детстве Чарлза Беббиджа известно немного. По всей видимости, он был болезненным ребенком, по крайней мере, сам ученый писал о том, что в пятилетнем возрасте он перенес сильнейшую лихорадку, которая повторилась и в десятилетнем возрасте. Для оздоровления мальчика отправили в Девоншир, где он некоторое время жил на попечении священника, заведовавшего школой. Но священник получил инструкции не обременять ослабленного болезнью ребенка излишними науками, "задачу, которую он честно стремился выполнить". Поэтому настоящая учеба началась позже. Чарлз был отправлен в частную школу в Энфилде. Здесь он преуспевал в математике, но при этом демонстрировал полное отсутствие способностей к гуманитарным предметам. После школы Беббидж также дополнительно занимался с преподавателем из Оксфорда. В это время Чарлз под руководством своего наставника изучал весьма серьезные математические труды. Старания репетитора и математический талант Беббиджа постепенно дали свои плоды. Когда в 1810 году юноша поступил в кембриджский Тринити-колледж, выяснилось, что уровень тамошнего обучения его не удовлетворяет: как часто пишут биографы, он к тому моменту разбирался в математике лучше, чем преподаватели колледжа. Но зато новоявленный студент активно включился в научную и общественную жизнь Кембриджа.
Уже в 1812 году при активном участии Беббиджа было основано Аналитическое общество. В него вошли, в основном, студенты и молодые преподаватели Кембриджа, например, Джон Гершель, сын Уильяма Гершеля, в будущем – знаменитый астроном. Целью Общества было изучение достижений современной науки и реформирование математики: математика Ньютона была пределом, выше которого преподавание в колледже не поднималось. Беббидж и Гершель стали авторами первой работы, опубликованной в журнале Общества. Это был достаточно качественный обзор по истории математики. В дальнейшем друзья совместно работали над переводами на английский язык трудов европейских математиков, которые публиковали от имени Аналитического общества.
Степень бакалавра Беббидж получил в 1814 году. В этом же году он женился на Джоржиане Уитмор, девушке из семьи богатых землевладельцев. Через год Чарлз покинул Кембридж и поселился с женой в Лондоне. В 1815 и 1816 годах он написал две крупные работы о функциональных уравнениях. В том же 1816 году 24-летний ученый был избран членом Лондонского королевского общества. Удивительно, но сам Чарлз не воспринимал это событие как большую честь для себя. Наоборот, о работе Общества он отзывался довольно-таки критически: "Совет Королевского общества – собрание людей, которые избирают друг друга, а затем вместе обедают за счет Общества, бахвалятся друг перед другом винами и раздают друг другу медали".
В 1820 году Чарлз был избран и в Эдинбургское королевское общество. В этом же году было открыто Королевское астрономическое общество, в создании которого Беббидж принимал активное участие. Первые четыре года он был секретарем Общества, а затем еще долго оставался его вице-президентом. Также Беббидж сыграл немалую роль в создании Статистического общества (1834). Но, безусловно, не теоретические работы по математике или общественная деятельность Чарлза Беббиджа сделали его имя известным. Ученого и изобретателя прославило основное дело его жизни – создание вычислительных машин.
Еще в 1812 году студенту Беббиджу пришла в голову мысль создать машину для исправления ошибок в логарифмических таблицах. Позже сам ученый писал: "Я сидел в помещении Аналитического общества Кембриджа. Моя голова склонялась в приступе сонливости над столом, на котором были разложены таблицы логарифмов. Еще один член Общества вошел в комнату и, застав меня в полусонном состоянии, воскликнул: "Ну, Беббидж, о чем вы мечтаете?" Я ответил, показав на логарифмы: "Я думаю, что расчеты всех этих таблиц могли бы быть сделаны машиной"".
Но, конечно же, в студенческие времена Беббидж еще не мог реализовать эту идею. Второй раз она захватила его, когда он работал над организацией Астрономического общества: счетная машина могла бы стать хорошим помощником в астрономических расчетах. В 1819 году Беббидж приступил к созданию машины для составления математических таблиц. В 1822 году она была готова. Машина состояла из валиков и шестеренок, которые приводились в движение рычагом. Устройство могло производить некоторые математические расчеты с точностью до восьмого знака после запятой. 14 июня 1822 года Беббидж представил свое изобретение Королевскому астрономическому обществу в докладе "Замечания о применении механизмов в расчетах астрономических и математических таблиц". Изобретатель планировал создать машину, способную распечатывать результаты, но первый образец к этому приспособлен не был, и полученные данные необходимо было записывать вручную.
За свое изобретение Беббидж был удостоен золотой медали Астрономического общества. Кроме того, получив одобрение Королевского общества, ученый смог добиться от канцлера казначейства выделения средств для постройки большой разностной машины, способной производить вычисления с точностью до 20 знаков после запятой и распечатывать результаты. Беббидж намеревался реализовать этот проект за три года. Но этот прогноз оказался слишком смелым. Конструкция механизма все более усложнялась и, соответственно, становилась дороже.
В 1827 году деньги, выделенные на строительство, закончились. Этот год вообще принес ученому массу несчастий: умерли его отец, жена, двое детей. Под грузом навалившихся на Беббиджа бед пошатнулось и его и без того не очень крепкое здоровье. По совету врачей он отправился на континент, откуда вернулся только в конце следующего года.
Вернувшись в Англию, Чарлз Беббидж занял престижную Лукасовскую кафедру в Кембридже. Он руководил ею более десяти лет, но лекций не читал. Чарлз по-прежнему был всецело поглощен созданием своей машины. В 1830 году правительство согласилось выделить на ее строительство дополнительные средства. Изобретатель вложил в свое детище немало и собственных денег. Но реализовать проект так и не удалось, и в 1834 году работа над ним прекратилась. Восемь лет вопрос о продолжении работ находился в подвешенном состоянии, а затем было принято решение строительство прекратить.
Тем временем Беббиджем овладела гораздо более сложная и одновременно тонкая идея, которая и принесла ему славу изобретателя первого компьютера. Ученый решил создать механизм, который мог бы осуществлять не стандартный набор отдельных математических операций, а любые заданные вычисления. К 1834 году Беббидж сделал первые наброски аналитической машины, ставшей предшественницей современных электронно-вычислительных машин. Забегая вперед, скажем, что аналитическая машина так и осталась проектом. Тем не менее, Беббидж удивительно правильно установил пять логических элементов, из которых должен состоять такой механизм. Соответствующие элементы аналитической машины получили название "Мельница", "Склад", "Контроль", "Ввод" и "Вывод".
"Мельница" – аналог процессора современного компьютера. В "мельнице" Беббидж предполагал использовать зубчатые колеса, подобные тем, которые лежали в основе работы разностной машины. "Склад" – содержал все переменные, находящиеся в работе, и все числа, полученные в результате других операций. "Склад" соответствует памяти современных компьютеров. Изобретатель предполагал, что "склад" будет состоять из тысячи 50-разрядных регистров (на 50 колес каждый). "Контроль" – устройство управления, которое было разработано на основе ткацкого станка Жаккарда. В этом станке узор на изготовляемых тканях задавался с помощью перфокарт. В устройство контроля аналитической машины Беббиджа с помощью перфокарт должна была вводиться программа вычисления. Ввод исходных данных и вывод результатов вычисления также должны были осуществляться перфокартами.