"Чаплыгин" - читать интересную книгу автора (Гумилевский Лев Иванович)

7 МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

По новому университетскому положению приват-доцент, не читавший обязательных курсов, получал за чтение лекций по специальным предметам не жалованье, а гонорар, который вносили записавшиеся на эти лекции слушатели. Гонорар был невелик, а слушателей находилось так мало, что в общем за полугодие на долю Чаплыгина пришлось после вычета в пользу университета пятнадцать рублей.

Екатерина Владимировна смеялась над горестями мужа, продолжала давать уроки французского языка и, уходя из дому на два-три часа, усаживала Сергея Алексеевича за стол в его комнате. На столе лежала синяя папка с каллиграфической надписью тушью: «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости» (статья вторая).

Научное исследование, как всякое творчество, плохо поддается и дисциплинирующим доводам собственного рассудка и уговорам близких людей. Папка чаще всего оставалась нераскрытой к возвращению Екатерины Владимировны, и «статья вторая», составлявшая вместо с первой предмет магистерской диссертации, была напечатана только в 1897 году, а защищал ее Чаплыгин уже весной следующего года.

Титульный лист магистерской диссертации.

К этому моменту он освободился от житейской суеты и мог полностью отдаться научным занятиям. Екатерининский институт был оставлен. Теперь Сергей Алексеевич преподавал высшую математику в Константиновском межевом институте, выпускавшем межевых инженеров и землемеров. В то же время в качестве ассистента Н. Е. Жуковского и преподавателя механики в Высшем техническом училище он участвовал в практических занятиях по теоретической механике. Отказавшись от приват-доцентства в университете, Сергей Алексеевич взял место преподавателя по статике и теоретической механике в Московском инженерном училище, открытом в 1896 году для «подготовки практических деятелей по инженерно-строительной части». Отсюда выходили инженеры-строители и инженеры путей сообщения.

Во всех трех высших учебных заведениях велись практические занятия. Соприкосновение с технической и инженерной практикой не могло не сказаться на всем строе мышления Сергея Алексеевича. Кафедры механики в этих институтах объединял курс лекций Жуковского по теоретической механике, издававшийся литографированным способом. По нему проходили основы теоретической механики студенты всех высших технических школ в России.

Деятельность Жуковского в Техническом училище, проходившая на глазах Сергея Алексеевича, создала в представлении ученика почти идеальный образ учителя в истинном, высшем смысле этого слова.

«Жуковский бывал в Техническом училище по вторникам, четвергам и субботам, — рассказывает Л. С. Лейбензон. — Обычно в субботу он оставался в училище целый день, до глубокой ночи, экзаменуя студентов на репетициях. Любой студент мог получить от профессора после лекции разъяснение по всем интересовавшим его вопросам, чаще всего связанным с проектированием. Постепенно, со временем возле дверей аудитории, где читал Жуковский, выстраивался ряд инженеров, приезжавших со всех концов России, чтобы получить у Николая Егоровича ответы на интересующие их технические вопросы. Окруженный этими людьми, Николай Егорович медленно шел из аудитории в профессорскую. А там его часто ожидали молодые преподаватели Технического училища и товарищи, профессора всех дисциплин, желавшие посоветоваться с ним по интересующим их вопросам. Многие показывали ему чертежи своих новых конструкций, и Николай Егорович, когда-то плохо чертивший в Институте инженеров путей сообщения, благодаря своему всепроникающему геометрическому глазу прекрасно разбирался во всех этих чертежах новых машин и конструкций. Он как-то сразу умел подмечать и достоинства и недостатки их».

В таком инженерно-техническом окружении острое абстрактное мышление Сергея Алексеевича волей-неволей начинало сочетаться с инженерно-технической практикой и в конце концов привело к способности при аналитических решениях не отрываться от физического существа проблемы. Об этом свидетельствуют многочисленные доклады и рефераты Чаплыгина на заседаниях Московского математического общества и Общества любителей естествознания, избравших магистранта своим членом.

Высвобождая время для многообразных и многочисленных занятий, Чаплыгины перебрались на новую квартиру в Вознесенском тупике, поближе к Техническому училищу и Межевому институту.

Публичная защита магистерской диссертации Чаплыгина «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости» происходила на заседании физико-математического факультета 20 марта 1898 года.

Популярность молодого ученого настолько возросла к этому времени, что дискуссия привлекла довольно много посторонних людей. Основную публику составляло студенчество и профессура во главе с К. А. Тимирязевым.

Оппонентами выступали Н. Е. Жуковский и Б. К. Млодзеевский.

В очень подробной рецензии на представленную магистрантом диссертацию Николай Егорович характеризовал ее так:

«Рассматриваемое сочинение посвящено разработке вопроса о движении по инерции твердого тела в беспредельной массе несжимаемой жидкости, покоящейся в бесконечности. Оно является продолжением прежней работы автора „О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости“. В этом сочинении дана была полная геометрическая интерпретация движения тела в случае Вебера. Главное содержание новой работы состоит в рассмотрении тех случаев, в которых задача допускает один или несколько интегралов. При зтом исследовании автор встречается со случаями В. А. Стеклова и А. М. Ляпунова. Так как интерпретация движения в случаях, с которыми встречается автор, находится в связи со случаем Кирхгоффа, то автор и начинает свою работу с геометрического исследования этого случая».

Переходя далее к разбору отдельных случаев, исследованных диссертантом, Жуковский заботливо выделяет геометрическую интерпретацию их и очень мало останавливается на собственно аналитических соотношениях.

Подводя итоги, Н. Е. Жуковский дал работе очень высокую оценку:

«Сочинение С. А. Чаплыгина представляет вполне самостоятельный труд, который вместе с его прежними работами по тому же вопросу являются в литературе единственными исследованиями по геометрической интерпретации движения твердого тела в жидкости. Можно сказать, что картина этого сложного движения теперь рисуется в воображении только благодаря исследованиям С. А. Чаплыгина. Счастливая мысль о разложении изучаемого движения на два, из которых одно есть постоянное винтовое движение около оси импульса, открытие цилиндров и желобов, по которым катится соединенный с телом эллипсоид в случаях Вебера и Кирхгоффа, открытие особых прямых, управляющих движением тела в случаях Ляпунова и Стеклова, а также открытие многих новых случаев движения, допускающих частные интегралы с пятью и меньшим числом постоянных, доставляют, по нашему мнению, автору рассматриваемого сочинения почетную известность в литературе по гидродинамике…»

Ученую степень магистра прикладной математики Чаплыгину присудили единогласно.

Обстоятельная рецензия оппонента дает конкретное представление о классической механике. Указывая в рецензии тот или другой случай движения твердого тела в жидкости, Жуковский называет их случаями Клебша, Альфана, Ковалевской, Ляпунова, Стеклова, Чаплыгина, то есть присваивает этим случаям имена авторов, придумавших эти случаи. Вопрос о том, существуют ли в живой природе или технике такие случаи движения, не интересует ни автора, ни оппонентов.

Весь этот начальный период научной деятельности Чаплыгина, от окончания курса до защиты магистерской диссертации, с предельным лаконизмом когда-то охарактеризовала маленькая Люба: «Ты опять поедешь учиться?»

С меньшим лаконизмом, но с большей точностью и ясностью характеризует начальный период творческой истории Чаплыгина один из виднейших учеников его, академик Мстислав Всеволодович Келдыш:

«Научная деятельность Сергея Алексеевича начинается со времени окончания им университета. Будучи молодым ученым, он входит в круг интересов, занимавших в то время университетских математиков и механиков, и его первые работы относятся к области классической механики. В то время университетская наука была весьма мало связана с техническими приложениями. Интересы механиков были направлены на решение вопросов, связанных с астрономией и физикой, и частично на развитие течений и решение ряда трудных задач классической механики, возникших значительно раньше и не находивших долгое время решения. Многие из этих задач представляли большой принципиальный интерес, способствуя развитию общих методов механики и математики, и часто давали решение вопросов, существенных для приложений.

В этот первый период своей деятельности С. А. Чаплыгин целиком направляет свои силы на задачи классической механики. Работы его в этой области показали, что он является блестящим ученым, владеющим самыми сложными аналитическими методами науки, извлекающим из них ясные геометрические закономерности движения».

Конечно, еще и после защиты магистерской диссертации интересы Сергея Алексеевича как бы по инерции продолжали оставаться в области классической механики. Тематика ее в то время представляла большие трудности. Преодолевая их, Чаплыгин создавал в каждом случае все новые и новые оригинальные методы, указывал наиболее выгодный подход к задаче и наиболее широкое применение его в других случаях.

Сергей Алексеевич никогда не писал дневников, не держал при себе записных книжек. Даже рукописей опубликованных статей он не сохранял. Владея полностью, как никто, аналитическими методами, он не считал важным вопрос о выборе тем для своих работ. Любая не решенная до конца или решенная неправильно проблема могла стать темой его работы. Нерешенные проблемы постоянно и мучительно беспокоили его математический гений, так же как проблема параллельных всю жизнь не давала покоя другому русскому гению.

Движение господствует в природе, и нерешенных проблем бесконечное множество и над нами и вокруг нас.

Чем же гению руководствоваться при выборе, как не математической трудностью решения? Темы первых работ Чаплыгину предложил Жуковский, последующие работы развивали идеи, заложенные в предыдущих, исправляли ошибки предшественников.

Большая группа работ Чаплыгина о динамике твердого тела и прежде всего о катании твердых тел, например, обязана своим возникновением чужой ошибке. Вопрос представлял исключительные теоретические трудности. При решении задач о катании твердого тела по поверхности дело сводится к так называемой неголономной системе, когда лагранжевские дифференциальные уравнения движения становятся неприменимыми.

Видный финский математик и политический деятель, профессор Лоренс Линделёф, решая задачу о катании твердого тела по плоскости, не учел неприменимости уравнений Лагранжа к неголономным системам и в таком виде выпустил в свет в 1895 году свою работу.

Сергей Алексеевич заметил ошибку и занялся проблемой «О движении тяжелого тела вращения на горизонтальной плоскости». Он не только выяснил ошибку финского математика, но и дал собственный анализ и решение этой трудной проблемы, причем полностью решил случай качения диска, качения шара и ряд других.

Работы Чаплыгина по неголономным системам вызвали ряд работ русских и иностранных ученых, и сам Сергей Алексеевич придавал им большое значение. Для него самого не существовало математических трудностей, и чудесные по простоте решения труднейших задач давались ему так легко, что он удивлялся, что в них находили трудного другие. Вот так же он еще в гимназии никогда не мог понять, как это его товарищи не знали уроков, бегали от учителей, оставались на второй год в том же классе.

Сергей Алексеевич успешно и много работал в области плоской задачи теории упругости, но, не считая работы эти завершенными, он не спешил публиковать их.

Через несколько лет обширное исследование Г. В. Колосова представлено было на ту же тему в качестве докторской диссертации.

Сергей Алексеевич, узнав об этой работе Г. В. Колосова, не стал возвращаться к своему исследованию, и оно так и осталось неопубликованным.

Того спокойствия, с каким относился к своим работам сам Чаплыгин, не разделяла научная и инженерно-техническая общественность. Высокую оценку получили исследования по теории движения твердого тела в жидкости и по динамике неголономных систем. Представленные членом-корреспондентом Академии наук профессором Н. Е. Жуковским на соискание премии графа Д. А. Толстого, они были удостоены присуждения от Академии наук Большой почетной золотой медали.

Непременный секретарь Академии наук не замедлил 31 января 1900 года уведомить Сергея Алексеевича об этой награде. В тяжелом пакете с пятью сургучными печатями вместе с письмом находилась и медаль. Почтальон с большой кожаной сумкой и револьвером в кобуре у пояса, разносивший денежные и ценные пакеты, с любопытством ждал, когда Сергей Алексеевич раскроет конверт. Сергей Алексеевич сначала вынул коробочку с медалью и, сняв крышечку, с любопытством стал рассматривать барельефный портрет бывшего президента академии и министра народного просвещения. Почтальон посмотрел через плечо Сергея Алексеевича на золотую медаль и сказал:

— В ломбарде закладывают такие по шестьдесят рублей!