Виорель Ломов - 100 великих научных достижений России
С.В. Ковалевская
Ряд других работ Ковалевской принадлежал также к труднейшим областям математики. В частности, Софья Васильевна доказала яйцевидную (а не эллиптическую – по Лапласу) форму колец Сатурна, «приведя ультраэллиптический интеграл, содержащий полином восьмой степени, к эллиптическому интегралу первого рода». Теоретический вывод Ковалевской в конце XIX в. был эмпирически подтвержден А.А. Белопольским, Д. Килером и А. Деландром. Этому красивейшему «космическому» доказательству поэты посвящали свои стихи. Ф. Леффлер, например, написал в память о Софье Васильевне проникновенные строки:
Прощай! Со славою твоей
Ты, навсегда расставшись с нами,
Жить будешь в памяти людей
С другими славными умами,
Покуда чудный звездный свет
С небес на землю будет литься,
И в сонме блещущих планет
Кольцо Сатурна не затмится…
Одной из малых планет между Марсом и Юпитером Международным астрономическим союзом присвоено имя Софьи Ковалевской как внесшей выдающийся вклад в развитие мировой цивилизации.
Ковалевская обладала разносторонними талантами и прославилась еще и как мастер высококачественной прозы (роман «Нигилистка», драма «Борьба за счастье», семейная хроника «Воспоминания детства» и др.). И хотя в этих произведениях душевных переживаний и нежности было куда больше, чем в математике, они отстояли не так уж и далеко от сугубо математических проблем, поскольку требовали такой же точности оценок, выражений и формулировок.
Но предпочтение Софья Васильевна все же отдавала математике, хотя однажды и забросила ее на целых 6 лет. Ковалевской не давали удовлетворения ее ученые труды. Душевная тоска и разбитые надежды на счастье были ее долгими спутниками. «Моя слава лишила меня обыкновенного женского счастья, – писала она. – Почему меня никто не может полюбить? Я могла бы больше дать любимому человеку, чем многие женщины, почему же любят самых незначительных и только меня никто не любит?» У Ковалевской были резоны сетовать на судьбу, так как личная жизнь хоть и была насыщена разными переживаниями, была все же несчастлива. Муж ее, профессор Владимир Онуфриевич Ковалевский, покончил с собою от душевного расстройства после того, как разорился. По иронии судьбы второй ее избранник оказался тоже профессором и тоже Ковалевским (однофамильцем), Максимом Максимовичем, соединить с которым свою жизнь Софьи была не судьба – от воспаления легких она умерла в 41 год. Весь мир переживал ее уход. За несколько лет до смерти Ковалевская напророчила себе, что 1891 г. будет для нее годом просветления, а за месяц до кончины была почти уверена в нем.
Ковалевская всегда стремилась к чему-нибудь трудному, во всем «дойти до сути», постоянно ставила себе сложные задачи в науке и в жизни и, решив их, тут же спешила заняться новыми. Жизнь ее сложилась драматично – увы, женщины не могут без драм. «Она никак не могла освоиться в Стокгольме, как и вообще нигде на белом свете, но нуждалась всегда в новых впечатлениях для своей умственной деятельности, постоянно требовала от жизни драматических событий».
Но осушим слезы и вернемся к черствой (хотя и такой пленительной) науке.
К тому времени, когда мир узнал ее работу о вращении волчка, Софья Васильевна состояла членом Московского математического общества и возглавляла кафедру математики в Стокгольмском университете, где печатала свои труды и читала блестящие лекции на немецком и шведском языках, за которые студенты устраивали ей овации и подносили букеты цветов. Она являлась также членом редколлегии шведского журнала «Acta mathematica», в котором напечатала одну из своих известнейших работ об Абелевских функциях.
Что же касается главного труда Ковалевской о волчке, этой проблемой занимались до нее знаменитые математики – Л. Эйлер, Ж.Л. Лагранж и др. Предшественники решили две из трех задач уравнений движения твердого тела около неподвижной точки. Ну а Ковалевской пришлось решить самую сложную и одновременно доказать, что тем самым «исчерпываются средства современного анализа».
Ковалевская подошла к этой задаче с позиций теории аналитических функций, которою она хорошо владела, и ей удалось разобрать до конца новый, открытый ею случай вращения твердого тела. Чтобы не усложнять рассказ, скажем лишь: помогла математику найти красивое решение (хотя и очень сложное по форме) теория гиперэллиптических функций. Ковалевская указала верное направление в решении этой задачи, после чего другие математики и механики (С.А. Чаплыгин, Н.Е. Жуковский, Т. Леви-Чивита) начали заниматься ею с различных точек зрения, а А.М. Ляпунов в 1894 г. придал ее результатам весьма общую форму. Н.Б. Делоне для пущей наглядности даже сконструировал прибор, воспроизводящий волчок (гироскоп) Ковалевской «^». Отец русской авиации Н.Е. Жуковский восхищался легкостью и простотой ее анализа. Он дал геометрическое истолкование решения этой задачи.
Ковалевская продолжила заниматься этой темой, и в 1889 г. за два сочинения, состоящие в связи с той же работой, получила премию короля Оскара II от Стокгольмской АН.
Российская АН, не пожелав отставать от Парижской, избрала Ковалевскую в 1889 г. своим членом-корреспондентом на физико-математическом отделении, хотя до этого всячески тормозила ее принятие, ссылаясь на отсутствие прецедента. Не иначе господа академики женщину в академии путали с женщиной на корабле.
Однако когда Софья Васильевна пожелала как член-корреспондент присутствовать на заседании академии, ей ответили, что пребывание женщин на таких заседаниях «не в обычаях академии». Более того, даже работы для нее в Петербурге не нашлось. Максимум, на что она могла рассчитывать, – стать учительницей арифметики. Стоит ли удивляться после этого, что Ковалевская отдала много сил борьбе за женскую эмансипацию!
Последними словами этой прекрасной женщины были: «Слишком много счастья».ТЕОРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЯПУНОВА
Математик, механик; профессор Харьковского, Казанского, Петербургского, Новороссийского университетов; академик Петербургской АН; иностранный член Академии dei Lincei в Риме, член-корреспондент Парижской АН, иностранный член математического кружка в Палермо, почетный член Харьковского математического общества, непременный член Общества любителей естествознания в Москве и других научных обществ, Александр Михайлович Ляпунов (1857–1918) знаменит своими классическими трудами в математической физике (теория потенциала, задача Дирихле), теории вероятностей (метод характеристических функций, доказательство центральной предельной теоремы), гидродинамике. Классикой механики стала монография ученого «О фигурах равновесия однородной вращающейся жидкости, мало отличающихся от эллипсоидальных», изданная в 1906–1914 гг. на французском языке. Ляпунов создал современную науку об устойчивости и равновесии движущихся механических систем, определяемых конечным числом параметров.
Говоря о трудах гениальных математиков, надо всегда иметь в виду, что их научные достижения проявляются в двух сферах: математической и практической. Так и хочется сказать: в двух небесных сферах. Впрочем, эта мысль не просто цветистость речи. Что касается главного научного достижения Ляпунова – теории устойчивости, одной из важнейших проблем математической физики и механики, – без нее и впрямь в небесной механике и космологии не решить проблемы устойчивости движения. Так, в середине XX в. именно методы Ляпунова позволили полностью разрешить проблему устойчивости движения искусственных спутников Земли, в частности устойчивости движения в центральном поле тяготения и устойчивости вращательных движений спутника вокруг его центра инерции.
С точки зрения ученых, теория устойчивости Ляпунова – перл не только математики, а науки вообще. Именно таким, утверждают они, прозрачный и ясный, при всей его сложности, непогрешимой и завершенный (ее до сих пор читают в университетах и применяют в расчетах в том виде, в каком изложил автор), должен быть истинный классический научный труд. Вот уже 120 лет эта теория является основным сочинением по теории устойчивости.
Не станем углубляться в математические формулы и сложнейшие доказательства Ляпунова, поскольку они доступны весьма узкому кругу избранных. По признанию самих математиков, проблема устойчивости движения принадлежит к категории труднейших задач естествознания. Во всяком случае, докторская диссертация Александра Михайловича «Общая задача об устойчивости движения» (1892) оказалась крепким орешком даже для таких выдающихся математиков, как профессор Н.Е. Жуковский и профессор Б.К. Млодзеевский, выступивших оппонентами.А.М. Ляпунов
При создании теории автор исходил из трех главных предпосылок: отклонения параметров движения принимались бесконечно малыми, возмущенное движение рассматривалось при отсутствии возмущающих сил и на бесконечно большом интервале времени. Что же получил математик в итоге?
Если коротко, Ляпунов представил результаты интегрирования некоторых систем линейных и нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, привел доказательства существования асимптотических и периодических решений, а также доказал «теорему о неустойчивости движения в случае, когда силовая функция сил, действующих на систему, не есть максимум, и когда это обнаруживается ее квадратичной формой в разложении вблизи положения равновесия». К слову сказать, эту теорему, как и вообще проблему устойчивости движения, тщетно пытались доказать лучшие математики мира, от Ж. Лагранжа до А. Пуанкаре, и когда ее в 1897 г. опубликовали в «Journal des mathematiques», А.М. Ляпунов стал «первоклассным геометром» и знаменитостью в научном мире.
