Знание-сила, 2006 № 10 (952)

Век XIX. Под сенью короны Наполеона

Революционный взрыв в Европе завершился. Буйная Франция, пробыв республикой 12 лет, превратилась в империю — по примеру Британии XVII века. Но тогда (1660) молодого и покладистого монарха Карла II встретила сплоченная дружина ученых мужей и попросила благословить их на создание Королевского Общества для развития наук и ремесел в Англии. Что сейчас происходит вокруг нового французского трона, на который уселся молодой генерал Бонапарт? Многое ли он сам понимает в том, что творится вокруг него? Ведь править ему еще 10 лет: за этот срок можно сделать много полезного...

Наполеон — самый образованный и талантливый из тогдашних европейских правителей. Не случись Революции, он стаз бы знаменитым артиллеристом и, вероятно, заполнял бы свой досуг чистой математикой, самой строгой и надежной из наук, предсказующих Природу. Но революция произошла, и Бонапарт увлекся иной наукой: об управлении Природой в лице человеческих толп или армий. Именно так вчерашний генерал и консул воспринимает политику и физику, историю и астрономию. Так же он относится к ученому сословию французов и прочих имперцев.

Вот любимец императора Жозеф Фурье, первый выпускник Нормальной школы и преподаватель в Политехнической школе. Волею революционного случая Фурье оказался вместе с Наполеоном в Египте и проявил там немалый талант колониального администратора. Фурье дорос до Владыки Врат Юга: так именовали наместников Верхнего Египта сорок веков назад. Возвращаясь во Францию, Наполеон предложил надежному сотруднику пост министра внутренних дел. Нельзя же все полицейское дело доверить хитрейшему Жозефу Фуше!

Тут математик отказался, чувствуя, что большая политика неизбежно задавит в нем большую науку. Но Первому Консулу нельзя отказать прямо в лоб! Умный Фурье нашел удачный ход: попросил Наполеона назначить его префектом в его родном южном департаменте Изер. Там у префекта много свободного времени, как было у юриста Ферма в Тулузе, где он беззаботно открывал алгебраические истины в пору английской революции и парижской фронды. Фурье верит в свой талант и не ошибается: через пять лет он приедет в Париж в чине академика, открывателя "рядов Фурье" — нового языка анализа, пригодного для изучения негладких, даже разрывных функции.

В Париже Фурье станет научным администратором — воспитателем младшего поколения математиков со всей Европы. Абель и Якоби, Лиувилль и Галуа — все они вырастут, циркулируя между Парижем и Геттингеном, где будет властвовать умами Карл Гаусс.

Молодой немец уже готов к научному лидерству, но в империи Наполеона Гаусс останется мелкой сошкой. Вдобавок он родился в Ганновере — домене нынешнего английского короля! Таким людям Наполеон не доверяет: ведь Англия стала маяком надежды для всех европейцев, нс готовых терпеть владычество французов. Гаусс же сам себя чувствует математическим императором с 20-летнего возраста! Наполеону тогда покорилась Италия; Гауссу сперва покорился правильный 17-угольник. Потом Бонапарт покорил Египет, а Гаусс понял, отчего правильный 7-угольник нельзя построить циркулем и линейкой.

Оказалось, что построение новых точек плоскости циркулем и линейкой равносильно решению квадратных уравнений в комплексных числах. Но такое решение означает "расширение вдвое" того числового поля, где лежат коэффициенты уравнения! Многократное расширение этого поля приводит к полю размерности 2(к). Но эта размерность не делится ни на что, кроме степеней двойки! Оттого внутри огромного 2(^к)-поля не умещается малое поле размерности 6 — то, которое содержит все вершины правильного 7-угольника. По той же причине невыполнимы трисекция угла в 60° или удвоение куба, о чем мечтали мудрецы Древней Эллады...

Вольта демонстрирует свое изобретение перед Наполеоном

Однако невозможность квадратуры круга Гауссу доказать не удалось! Потому что он не нашел рационального многочлена, корнем которого служит число Пи. Может быть, такого многочлена вовсе нет в Природе? То есть на комплексной плоскости и на вещественной прямой есть такие точки, до которых математику не добраться никакими алгебраическими средствами? Если так, то для этого открытия понадобится новый Гаусс... Где и когда он вырастет?

Он еще не родился; вообще гении рождаются слишком редко. В теории чисел Гаусса сменит большая плеяда разноплеменных математиков. Первый из них — Жозеф Лиувилль родится через 5 лет; в 35 лет он построит первый пример неалгебраического числа. Потом Лиувилль доживет до 1882 года, когда упрямый немец Линдеман превзойдет француза Эрмита и докажет неалгебраичность числа Пи в рамках теории алгебраических функций. Ее основы скоро заложат ученики Гаусса и Фурье. Все это случится после смерти императора Наполеона...

Между тем император Гаусс вторгся в соседнее королевство Астрономии по просьбе аборигенов, неспособных самостоятельно найти потерянную малую планету.

В 1801 году Гаусс рассчитал орбиту Цереры по немногим удачным наблюдениям. Его старший друг Ольбсрс туг же нашел беглянку среди неподвижных звезд. Потом Ольберс обнаружил еще двух мелких странниц, кружащихся между Марсом и Юпитером. Нет ли чего-то подобного за пределами орбит Сатурна и Урана? Это задача для более молодых математиков, которые пока не родились. Зато родился и успел проявить себя в погоне за планетами и кометами 20-летний Фридрих Бессель — тот человек, который впервые измерит расстояние до ближайшей к Солнцу звезды. И звезда для Бесселя уже готова! Ее только что обнаружил в созвездии Лебедя удачливый астроном Пиацци, открыватель Цереры. Тусклая звездочка, но шустрая: назовем ее 61 Лебедя, в согласии с ее яркостью, а там видно будет!

Кстати, насчет слова "видно": умница Ольберс первый задумался о том, почему мы видим на ночном небе отдельные звезды, а не сплошной блеск вроде Млечного Пути. Если предположить, что космос равномерно заполнен почти одинаковыми звездами, то нетрудно рассчитать суммарную освещенность, создаваемую ими в любой точке пространства. Она бесконечна! Или, вернее, она равна освещенности вблизи Солнца! Отчего же наше ночное небо — темное?

В чем-то мы крепко заблуждаемся. То ли звездная Вселенная ограничена пустотой, наподобие Солнечной системы, вне которой нет планет. То ли далекие звезды разбегаются во все стороны и потому кажутся нам тусклее, чем они есть. Где тут истина? Это узнает через 120 лет американец Хаббл, измеряя красное смещение в спектрах дальних галактик. Но пока астрономы считают Млечный Путь единственной огромной звездной системой, хотя жизнь давно подсказывает физикам, что в Природе нет уникальных объектов...

Химики это знают твердо и очень хотят разобраться в ансамбле неделимых природных веществ, сирсчь элементов. Как уверенно отличить их от сложных соединений, состоящих из разных элементов? Недавнее открытие Алессандро Вольта указало новый путь в этих давних поисках. Англичанин Никольсон успел разложить воду на водород и кислород, пропуская сквозь нее электрический ток.

Майкл Фарадей и его электромотор

Надо бы подвергнуть такой обработке все химические вещества и хорошенько изучить те "осколки", на которые они распадаются... Вероятно, среди осколков встретятся все природные элементы — даже те, о которых мы еще не подозреваем!

Хитроумный британец Хамфри Дэви уже начал электрическую обработку растворов разных солей, не ведая, что старая добрая вода мешает этой работе. Скоро Дэви заменит растворы солей их расплавами и за три года выделит семь новых металлов!

Проницательный Наполеон сразу почуял возможную пользу от электричества для разных отраслей промышленности и военного дела. Он учредил ежегодную премию за самое яркое открытие в области электричества. Дэви станет первым иностранным лауреатом наполеоновской премии. К сожалению, крушение Империи оборвет этот интересный опыт "мягкого" управления наукой. И придется естествоиспытателям ждать еще 80 лет — до появления нобелевских премий из нефтяных прибылей.

Как же химикам навести порядок в зоопарке новых элементов? Как уверенно различить разные атомы? Британский мудрец Джон Дальтон предлагает измерять их веса — благо это проще сделать с миллионом атомов, чем с одним-единственным атомом. Получить миллион или миллиард атомов несложно, если, конечно, все молекулы вещества состоят из одинакового набора атомов разных сортов. Так ли это? Французский химик и роялист Жозеф Пруст совершенно уверен в этом; он начал соответствующие опыты еще во Французском королевстве. Но не пожелал продолжать их в беззаконной Республике или в варварской Империи: он готов жить и творить только под властью законных Бурбонов!

Оттого Пруст перебрался в королевскую Испанию: там он успеет завершить свои опыты, прежде чем Наполеон присоединит Испанию к своим владениям. Тогда Пруст уйдет из науки, но для науки это будет уже неважно. Пруста заменят Дальтон и Дэви, Волластон и Берцелиус, Авогадро и Юнг. Свободные от политических предрассудков, они чувствуют себя сенаторами в новой Республике Ученых, готовой охватить весь мир.

Ломоносов, Франклин и Кук были первыми заморскими послами новой научной цивилизации; теперь эту роль подхватили Александр Гумбольдт и его коллеги — в Америке, Евразии и Океании. Маккензи, Льюис и Кларк пересекли Северную Америку на разных широтах; Нибур пересек пустынную Аравию; Крузенштерн и Лисянский повторяют подвиги Кука в кругосветном плавании. Скоро другие россияне и британцы увидят ледяные утесы Антарктиды, не открывшиеся взору Кука. Так завершается эпоха великих открытий в географии Земли.

Но в биологии, геологии и археологии она только начинается! Путешествуя по Амазонии, Гумбольдт впервые оценил огромную сложность и сбалансированность местных биоценозов. Каждый из них — не простое скопище живых видов, стиснутых в одном регионе. Так же, как молекула — не кучка разных атомов, но сложный их коллектив. При том коллективы-ценозы составлены из гораздо большего ансамбля видов-атомов; значит, их структура окажется еще сложнее, чем строение любых молекул! И ведь эта структура меняется со временем!

Так, недавно Жорж Кювье обнаружил останки мохнатого слона, некогда населявшего заснеженные просторы Евразии. Не был ли мамонт виднейшим членом северного степного биоценоза, как ныне африканский слон возглавляет ценоз африканской саванны? Не была ли вся история земной биосферы чредой биоценозов, сменявших друг друга во времени на просторах материков? И океанов тоже?

Со времен Линнея биологи ограничивались классификацией видов животных и растений, принимая их как неизменную данность. Вроде египтян и евреев, персов и греков... Но теперь ясно, что каждый их этих народов являл собою сложный ценоз из сословий, классов и иных групп. Недавно археолог Винкельман начал раскопки Помпей: там подслоем вулканического пепла следы римского быта сохранились так же полно, как следы мамонта и его современников в Европе и в Сибири! Не подобает ли историкам Человечества и историкам Биосферы работать рука об руку, постигая изменения своих главных объектов так же, как механики и астрономы постигают тайны звездного мира?

Умудренный открытиями в Южной Америке, Гумбольдт станет первым пропагандистом новой эволюционной веры в масштабе всего Космоса. Этим словом германский патриарх назовет свою главную книгу. Ее последний том выйдет в свет в 1859 году — одновременно с главной книгой Чарльза Дарвина. Его кругосветное плавание на "Бигле" начнется в тот год (1831), когда Фарадей откроет первые законы электромагнетизма, а Галуа изучит удивительные симметрии алгебраических полей, открытых Гауссом.

Но пока теория групп не создана; симметрии природных объектов приходится изучать путем их морфологической классификации. В этом ремесле уже выросло немало мастеров. Самые видные среди них — Рене Гаюи, Жан Батист Ламарк и Жорж Кювье, профессора в музее натуральной истории в имперском Париже.

Гаюи первый начал точно измерять плоские и двугранные углы разных природных кристаллов и открыл сравнительно небольшое разнообразие их форм. Этот факт подтверждает гипотезу Дальтона об атомной структуре любых веществ... Но, увы: связать атомные веса и иные свойства элементов с геометрией природных кристаллов пока никто нс умеет! Эта проблема будет решена лишь в XX веке в рамках квантовой химии и теории групп Ли. Поэтому известность Гаюи в ученых кругах Европы не сравнима с известностью его более красноречивых коллег, классифицирующих разнообразие биосферы.

Ламарку досталась кафедра зоологии беспозвоночных. С ними он старается сделать то же, что Гаюи сделал с минералами. В общем, это удается Ламарку. Он уже создал единую систему описания любых многоклеточных беспозвоночных животных — членистоногих и кишечнополостных, моллюсков и червей. Теперь Ламарк заполняет свою схему тысячами хорошо или плохо известных видов животных. Так Линней работал с растениями; так сто лет спустя Пастер и Кох будут работать с микроорганизмами. Но о путях возникновения чудес биосферы Ламарк не может сказать ничего убедительного, хотя он верит в эволюцию так же свято, как Линней нс верил в нее. Ибо не видно внутри живых существ таких "атомов", которые могли бы своими химическими либо физическими свойствами предопределить внешние черты животных и растений! Оттого размышлять о путях эволюции старый Ламарк (ровесник Лавуазье и Вольта) вынужден на философском уровне. Поэтому он не может найти общий язык с молодым Кювье, ровесником Фурье, Наполеона и Гумбольдта...

Молодые питомцы революции склонны искать причины любой эволюции в цепочке внешних катастроф, а не внутренних закономерностей тех систем, которые они изучают. Они верят, что новые виды животных в биосфере возникают так же, как политические партии в революционном обществе: путем катастроф, где гибнут Лавуазье и Робеспьеры, порождаются Империи либо Академии. Но ведь это лишь половина правды!

Академия Наук во Франции сложилась за 200 лет до Революции, а монархическая бюрократия — за 350 лет до империи Наполеона. Не будь столь глубокой культурной базы, французская Революция не отличалась бы от переселения варварских народов на руинах Римской державы! Надо думать, что земная биосфера и человеческая Ойкумена имеют нс менее глубокие корни в истекших тысячелетиях — или даже в миллионах лет? Никаких "геологических часов" в науке пока нет. Но скоро геологи-самоучки Седжвик, Мерчисон и Лайель составят первую хронику фанерозоя на Земле — по следам древних организмов в скалах Британии и Уэльса. Показательно, что крестным отцом Мерчисона и Лайеля в естествознании станет химик Дэви — открыватель новых металлов и блестящий лектор в научно-популярном Королевском Институте.

Новые гении вырастают только на плечах у старых гениев! Так, на плечах Гумбольдта, Мерчисона и Лайеля вырастут Дарвин и Мендель. Первый из них создаст наглядную геометрию эволюции, а второй — ее вычислительную алгебру. Как только следующее поколение гениев сумеет сочетать эти ветви естествознания (на базе старой доброй химии), так сразу родится биология XX века. Но нескоро это случится: уж очень древние и сложные корни накопила биосфера Земли!

Иное дело — культурное наследие Древнего Востока. Огромная научная добыча Египетской экспедиции Бонапарта понемногу входит в научный обиход Англии и Франции. На этом тушом пастбище очень скоро вырастут первые египтологи. Характерно, что среди них окажется Томас Юнг — блестящий физик, только что измеривший длину волн света. Этот дерзкий англичанин следует примеру скромного немца Георга Гротефенда, учителя математики, который только что прочел первые знаки древнеперсидской клинописи. Скоро голоса царей Кира и Дария зазвучат в унисон с голосами библейских пророков... Но еще раньше физик Юнг и филолог Шампольон пробьют вековую стену забвения между греческим алфавитом и египетскими иероглифами. Их главное дело — открыть людям "генетический код" древнейшей цивилизации на Земле, подать пример коллегам в дешифровке всех прочих кодов земной ноосферы и биосферы. О последствиях столь дурного примера в науке можно не беспокоиться...

Рафаил Нудельман