Блеск и нищета К. Э. Циолковского

Начало исследований

Итак, заштатный российский городишко конца .XIX века, без научной библиотеки, телефона и прочих средств информации. Добротные систематические знания получить не удалось, связей с научным миром не только нет, но и вообще нет ни одного знакомого ученого. На что в этих условиях может рассчитывать честолюбивый молодой человек со слабым здоровьем?

Если отнестись к этому вопросу непредвзято, то можно однозначно констатировать, что надежд на успех не было решительно никаких. Он был обречен на «открывание Америк» [40] [с. 17] и «придумывание велосипедов».

Первый вопрос, который неизбежно встает перед начинающим исследователем, состоит в ознакомлении с передним фронтом соответствующего научного направления, с изучения достижений предшественников и выборе ниши неизвестного с тем, чтобы направить на него «инструментарий» научного поиска. Решить его невозможно не только на основе учебников, но и с помощью монографий, поскольку их содержание обычно отстает от новейших результатов исследований на несколько лет.

Исследователь должен знать не только то, что было сделано до него, но и что по данному вопросу делается сейчас и, даже, что будет делаться в недалеком будущем. Тут использование даже журнальных статей, диссертаций, специальных отчетов может оказаться недостаточным: такая информация добывается межличностными научными контактами, на конференциях, чтениях, семинарах и пр.

К.Э. Циолковский вспоминал: «В то же время (1882 г.- Г.С.) я разработал совершенно самостоятельно теорию газов. У меня был университетский курс физики Петрушевского, но там были только намеки на кинетическую теорию газов и вся она рекомендовалась, как сомнительная гипотеза» [172] [с. 87-88].

Обратим внимание – это поразительно и закономерно, что постановку исследовательской задачи он осуществил по учебнику (!). Результатом стали некоторые элементарные соотношения теории, разработанной Максвеллом, Клаузиусом и Больцманом еще к середине 50-х гг. XIX в., т.е. примерно за тридцать пять лет до того, как ею занялся К.Э. Циолковский.

Ныне каждый школьник знает, что источником излучения звезд, в том числе и Солнца, являются ядерные реакции. В то время об этом науке было еще неизвестно и К.Э. Циолковский, задумавшись о природе звездной энергии, пришел к выводу о том, что она появляется в результате работы сил тяготения, сжимающих звезды. Он проводит всевозможные расчеты, даже не подозревая, что идет по пути Гельмгольца.

Академик В.Г. Фесенков отмечал, что эти работы не давали ничего нового [82] [с. 10].

Еще более серьезные замечания были сделаны Н.Д. Моисеевым, который писал, что это «открытие Америки, да и то не всей Америки, а только ее более доступной части. Например, в кинетической теории газов, из которой Циолковским были самостоятельно получены некоторые элементарные формулы, вся принципиальная часть построена на соображениях теоретико-вероятностных и на теории структуры фазового пространства. Только таким образом оказалось возможным превратить эту часть физики в отрасль науки, хоть сколько-нибудь выдерживающую критику. Что же касается соображений Циолковского, то, будучи лишены этой подпорки, разработанной до него, но оставшейся для него совершенно неизвестной, они никакой критики выдержать не могут и как в его первоначальной рукописи, так и после остаются только первоначальными прикидками типа ученических этюдов, лишенных серьезного научного значения. Что касается работы о продолжительности сияния солнца, то к ней, во-первых, применимо все сказанное о предыдущей работе, а во-вторых, следует заметить, что уже во времена Циолковского теория Гельмгольца была оставлена астрономами, как несоответствующая данным наблюдений.

Следовательно, и здесь та же картина: ученический этюд, лишенный научного значения» [40] [с. 18].

Третья работа тоже относится к 1882 году и была озаглавлена «Механика животного организма». Затем К.Э. Циолковский отложил эту рукопись и вернулся к ней снова в 1920 году, переработав весь текст с более зрелых и обоснованных позиций.

Прежде всего, необходимо отметить, что в ней он опять не делает ссылок на достижения предшественников. Работа посвящена вопросам динамического подобия живых существ. Для неживых объектов принцип подобия был найден еще Ньютоном, который вывел общую формулу, позволяющую и поныне создавать экспериментальные модели самолетов, ракет, судов и пр.

К.Э. Циолковский попытался перенести этот принцип для описания формулами элементов подобия живых организмов.

Суть этой работы состояла в следующем.

Допустим имеются два подобных цилиндра, линейные размеры одного из которых в Н раз больше, чем у второго:

I1=I2•H d1=d2•H, где I и d – высота и диаметр основания цилиндра.

Площади боковых поверхностей будут относиться так:

Объемы цилиндров будут соотноситься так:

Вот, собственно, и вся методология рассматриваемой работы К.Э. Циолковского, ведущая свое начало с Ньютона.

Дальше эти формулы можно было лишь наполнить конкретным содержанием. Увеличим мысленно высоту и диаметр цилиндра, скажем, в Н=10 раз. Тогда, очевидно, площадь сечения увеличится в Н²=100 раз, а объем цилиндра в Н³=1000 раз. Если взять цилиндры, соответственно для тела и ног человека, то можно легко догадаться, что поскольку масса тела возрастает с увеличением роста (Н) пропорционально Н³, а площадь поперечного сечения ног – пропорционально лишь Н², то рано или поздно они не выдержат нагрузки.

К.Э. Циолковский применяет эти формулы для расчетов сопротивления дроблению сечения костей, хрящей и других опорных органов, для мощности и энергии, для работы мускулов, для процессов падения с высоты, прыжков, бега и пр.

На основе использования этих формул он рассуждает о влиянии на параметры человеческого тела различных величин притяжения планет.

Не обошлось и без ошибок. Весь раздел, посвященный расчетам температуры тела человека, основан на предположении, что энергия пищи идет на покрытие количества тепла, излучаемого поверхностью тела в космос при температуре 36,6°С.

Однако эта энергия компенсирует, прежде всего, жизнедеятельность (дыхание, кровообращение и пр.), а также физическую и умственную активность (т.е. мышление, передвижение, трудовая и пр. деятельность).

Следует вообще заметить, что перенос методов подобия неживых объектов на живые весьма сложен и, вообще говоря, невозможен, поскольку при этом не учитывается, что развитие живых существ идет не только путем увеличения их линейных размеров, но и качественными изменениями.

Так, например, К.Э. Циолковский писал, что: «…с возрастанием размера существа, оно уже не одолевает веса собственного тела, поднимает груз все меньший и меньший. Вся сила мускулов поглощается в борьбе с тяжестью; для борьбы же с остальной природой и врагами ничего не остается. Такой организм погибает в борьбе с существами гораздо меньшего линейного размера и массы, благодаря тому, что у последних остается избыток сил, не вполне поглощенных тяготением» [123] [с. 187]. Этот вывод представляется неточным, поскольку организмы и того и другого размера сосуществуют, заполняя определенную биологическую нишу в природе.

Все три работы свидетельствовали о том, что К.Э. Циолковский был несомненно одаренным человеком, который, однако, не имел необходимой методологической подготовки для проведения научных исследований.

Они убедительно продемонстрировали и все трудности, стоявшие перед ним и связанные не только с своевременным получением научной информации, не только в получении знаний, соответствующих передовым рубежам науки, но и в выборе основного направления своей деятельности. Представленные работы были подобны «венику», объединяющему в себе разнородную, трудно совместимую тематику.

Для ученического этюда, для пробы своих сил и для выбора этого направления они были вполне достаточны, но научного содержания, конечно, не имели.

Неизвестно, как сложилась бы дальше творческая судьба К.Э. Циолковского, если бы не произошли те события, которые нам представляются сейчас вполне объяснимыми, но которые были, вообще говоря, не обязательными в его жизни.

Все три свои статьи он послал в Русское физико-химическое общество, существовавшее при Петербургском университете. У всех рецензентов, вероятно, появилось одно и то же мнение: молодой человек, несомненно, талантлив, но у него нет научной школы, будущему Ломоносову надо бы помочь.

Один из рецензентов, профессор Богданов, узнав об увлечении К.Э. Циолковского механикой живого организма, сказал, что тот, видимо, сумасшедший.

Знаменитый физиолог профессор И.М. Сеченов в своем отзыве о механико-биологической работе, в частности, писал:

«Автор придерживается французской школы, и выводы, сделанные им, частью известны, но труд его показывает несомненную талантливость. К печати он не готов, потому что не окончен» [160] [с. 161].

Сам автор, правда, считал, что он закончен и к печати готов. Из отзыва он с удивлением узнал, что он оказался солидарен с какими-то французскими «механистами», с которыми знаком не был, и подумал, что это слово – синоним слову «механик», и так и считал в дальнейшем.

На 40-м заседании физического отделения этого общества, состоявшегося 28 октября 1882 года, профессор П.П. Фан-дер-Флит, представляя статью К.Э. Циолковского о теории газов, сказал, что хотя она «…сама по себе не представляет ничего нового, выводы в ней не вполне точны, но тем не менее она обнаруживает в авторе большие способности и трудолюбие, так как автор не воспитывался в учебном заведении и своими знаниями обязан исключительно самому себе; единственным источником для представленного сочинения автору служили некоторые элементарные учебники механики, курс наблюдательной физики проф. Петрушевского и «Основы химии» проф. Менделеева.

Ввиду этого желательно содействовать дальнейшему самообразованию автора» [157] [с. 251].

Общество постановило ходатайствовать перед попечителем Петербургского и Московского округа о переводе Циолковского, если он того пожелает, в такой город, в котором он мог бы пользоваться научными пособиями [157] [с. 251].

Крупнейшие российские ученые решили как-то поддержать начинающего коллегу и единогласно избрали его членом этого Общества. Позже он писал:

«Содержание этих работ несколько запоздало, т.е. я сделал самостоятельно открытия, уже сделанные ранее другими. Тем не менее общество отнеслось ко мне с большим вниманием, чем поддержало мои силы, может быть, оно и забыло меня, но я не забыл гг. Боргмана, Менделеева, Фан-дер-Флита, Петрушевского, Бобылева и в особенности Сеченова» [147] [с. V].

Не прояви они своей человечности по отношению к никому из них не известному наивному провинциалу, и осложнили бы ему жизнь, возможно, изменили бы ее ориентацию и никогда бы мир не узнал эту фамилию: Циолковский.

С другой стороны, он сам не воспользовался в полной мере этим подарком судьбы, вообще не оценил его. В ответ на оказанную ему честь, он не только не поблагодарил, но и, даже, ничего не ответил [172] [с. 88]. В автобиографии он объяснил это своей дикостью и неопытностью, однако в действительности причины этого были, видимо, более глубокими. Он не видел перспектив сотрудничества с Обществом и из-за своей глухоты, и в результате отдаленности от столицы.

Фактом этого избрания он широко пользовался, интерпретируя его по-своему. Он писал, например: «Послал работу (по кинетической теории газов – Г.С.) в столичное «физико-химическое общество». Единогласно был избран его членом» [172] [с. 88].

Тут речь идет о крупном научном признании его трудов, чего в действительности не было и в помине.

Именно в этой точке его жизненного пути должен был появиться Учитель, способный правильно ориентировать этого, несомненно, одаренного молодого человека в научно-исследовательских проблемах.

Но, к сожалению, он не появился и не только потому, что сам Циолковский не считал более возможным ходить в учениках, но еще и потому, что его окружение и жизнь в Боровске были попросту убогими.

«Педагогический персонал был далеко не идеальный, – писал он. – Жалованье было маленькое, город прижимистый и уроки добывались (не совсем чистой) хитростью: выставлялась двойка за четверть или наушничали богатеньким родителям о непонятливости ученика» [172] [с. 95]

«Я никого не угощал, не праздновал, сам никуда не ходил и мне моего жалованья хватало…

Другое дело мои товарищи. Это большею частью семинаристы… Им не хотелось поступать в попы. Они привыкли к лучшей жизни, к гостям, праздникам, суете и выпивке. Им не хватало жалованья. Брали взятки, продавали учительские дипломы…» [172] [с. 95-98].

Уровень культуры самого К.Э. Циолковского определялся условиями его жизни и был невысок. «Я любил пошутить, – писал он. – У меня был большой воздушный насос, который отлично воспроизводил неприличные звуки. Через перегородку жили хозяева и слышали эти звуки. Жаловались жене: «Только что соберется хорошая компания, а он начнет орудовать своей поганой машиной…» [171].

А вот еще воспоминание: «Тесть нарядился и собрался в гости. Надо было перевезти его на другой берег. Предупреждал, чтобы не хватался за борта лодки. Лодка закачалась, он испугался, схватился за края и сейчас же кувыркнулся в воду… Я стою на берегу, помираю со смеху, а он барахтается в холодной весенней воде в своем наряде, и во всю мочь ругается. Вылез и не простудился» [172] [с. 89]. Правда,… смешно.

«Делал хорошие поршневые воздушные насосы, паровые машины и разные опыты. Приходил гость и просил показать паровую машину. Я соглашался, но только предлагал гостю наколоть лучины для отопления паровика» [172] [с. 99-100].

«Я предлагал желающим попробовать ложкой невидимого варенья. Соблазнившиеся угощением получали электрический удар. Посетители любовались и дивились на электрического осьминога, который хватал всякого своими лапами за нос или за палец, и тогда у попавшего к нему волосы становились дыбом, и выскакивали искры из любой части тела» [172] [с. 87].

Сделал как-то воздушного змея в форме ястреба и запускал его, бегая как ребенок. «Ночью я его запускал с фонарем. Тогда с местного бульвара видели звезду и спорили: что это – Венера или чудак учитель пускает свою птицу с огнем? Бились даже об заклад. Я уже тогда был не совсем здоров (нервное расстройство, которое отразилось на моих детях) и совсем разучился бегать…» [172] [с. 112].

Следует отметить, что со здоровьем детей были большие проблемы. Сыновья Игнатий (1883-1902 гг.) и Александр (1885-1923 гг.) покончили жизнь самоубийством в результате нервного расстройства.

Сын Иван (1888-1919 гг.) рос хилым и больным и, став бухгалтером, постоянно допускал ошибки в расчетах. Умер по болезни. Сын Леонтий из-за болезни прожил чуть больше года (1892-1983 гг.). По болезни умерла и дочь Анна (1897-1927 гг.). Более милостивой судьба оказалась лишь к двум другим его дочерям: Любови (1881-1957 гг.) и Марии (1894-1964 гг.), доживших до почтенного возраста.

Какой же тоскливой должна была быть жизнь в Боровске, если почти через пятьдесят лет в воспоминаниях осталось, как однажды, на рождественские праздники, сидел за столом и работал. «Наконец, страшно закружилась голова, и [он] скорей побежал кататься на коньках» [172] [с. 101].

Выше уже отмечалось, что интерес к космическим путешествиям пришел к К.Э. Циолковскому еще в Москве, но наиболее ранние черновые записи по этой проблематике относятся к июлю 1878 года. Затем в Рязани он исписал два десятка листов результатами размышлений в этой области. В 1878 году для изучения действия перегрузок он производил опыты на насекомых и мелких животных с помощью построенной им «коловратной» (т.е. центробежной) машины. Экспериментировал он и со своим организмом: по несколько дней ничего не ел и не пил. Без воды, кстати, он смог выдержать только два дня, после чего на несколько минут потерял зрение, а для испытываемых существ безопасными оказались пятикратные перегрузки.

20 февраля 1883 года он начал свою работу «Свободное пространство», в которой попытался осмыслить условия жизнедеятельности и особенности способов передвижения в космосе.

Работа эта была излишне многословной и самой слабой из всего написанного им ранее. Узнав из популярной книги по астрономии некоторые условия космоса, К.Э. Циолковский начал его «обживать». Для передвижения в невесомости он предлагал использовать несколько очевидных способов: бросание предметов в противоположную от направления движения сторону, отталкиванием от некоторых опорных тел, отбрасыванием тел с помощью распрямляющейся пружины, использованием струи истекающего из сосуда газа. На последнем способе он остановился более подробно, обратив внимание на случай, когда в трех взаимно перпендикулярных плоскостях располагаются шесть «кранов» (сопел) для создания истекающей струи газов. В этом случае этот сосуд сможет передвигаться во всех трех направлениях и в любую сторону. Жюль Верн тоже предлагал использовать реактивную силу для управления движением его «пилотируемого» пушечного ядра.

Стабилизацию сосуда («здания», «шара» и пр.) в его движении вокруг центра масс К.Э. Циолковский предлагал осуществлять с помощью маховиков. Кроме того, для движения центра масс он считал также целесообразным стрелять из этого «сосуда» ядрами из пушки.

Не обошел он вниманием и вопросы выращивания в космосе растений и существования животных – эти вопросы он решал на основе собственных догадок и фантазий, широко используя при этом сведения из научно-фантастических книг (например: Фламмариона, Крыжановской и др.).

Эта работа была необходима К.Э. Циолковскому для того, чтобы самому разобраться в условиях космоса. Научного содержания она не имела. Суждения его не выходили за рамки школьного курса физики.

Так, например, один из его выводов состоял в следующем:

«Итак, – писал он, – о силе, действующей в свободном пространстве, можно судить по той скорости, которую приобретает тело в конце секундного влияния силы» [154] [с. 44].

В школьном учебнике это было бы записано так: по закону Ньютона F=ma, где:

Если F=const, Δt=1 ceк, V₀=0, то: F=mV₁, или V₁ = F/m т.е. для рассматриваемого тела массой m, конечная скорость будет зависеть от приложенной к нему в течении одной секунды (единице времени) силы F.

Все остальные выводы находились на этом уровне.

Нетрудно понять, что и эта работа К.Э. Циолковского расширяла тематику его деятельности (т.е. «веник» пополнился еще одним направлением), добавив к астрономии космонавтику.

Ну что же, никто не может запретить человеку активно постигать науки и самостоятельно решать задачи, ответы которых заранее известны.

Любопытно, что он хоть и предлагал использовать для передвижения в космосе реактивное действие струи истекающего газа, но до идеи космической ракеты ему было еще далеко. Более чем через десять лет, в работе [99] он, остановил свое внимание на безракетном способе достижения космоса с какой-нибудь планетки с небольшой силой тяжести. Он писал:

«Вокруг одного из меридианов планеты устроен гладкий путь и на нем охватывающий кругом планету и ползущий по ней пояс: это есть длинная кольцеобразная платформа на множестве колес. Посредством солнечных двигателей она непрерывной и неустанной полосой движется вокруг планеты со скоростью 4 м/с. На этой платформе тем же способом движется другая такая же платформа, но поменьше и полегче; на другом – третья и так далее: всех их 9 штук; таким манером последняя кольцевая платформа имеет скорость в 36 м/с, при каковой она и теряет свой вес» [99] [с. 104].

Конечно, не обошел он вниманием и полет в космос с помощью пушек. Как показано в работе [17], К.Э. Циолковский с конца 1870-х гг. до 1896 г. рассматривал неракетные способы достижения космоса, и в «Свободном пространстве» под «снарядом для космических путешествий» понимал, вероятно, пушечное ядро.

В «Грезах…» он также рассматривал возможности пушки, имеющей ствол длиной несколько километров, расположенный почти горизонтально, что давало возможность при выстреле направить силу тяжести в другую сторону от направления движения и уменьшить, тем самым, величину перегрузки [99] [с. 96].

Еще один из неракетных способов достижения космоса, который он рассматривал, состоял в строительстве на экваторе высокой башни, подъему по которой «помогает» центробежный эффект.

Он вычислил высоту таких башен почти для всех планет солнечной системы и пришел к выводу, что их возведение невозможно [99] [с. 95-96].

Тут он был, пожалуй, не совсем прав. Разновидность таких «башен», можно построить уже сейчас. Они могут соединять Луну с космическим аппаратом, находящимся над ее обратной стороной в так называемой точке Лагранжа (см. подробнее [63]), хотя, конечно, в свое время он этого знать не мог.

В 1887 году К.Э. Циолковский познакомился со случайно оказавшемся в Боровске известным инженером-электротехником П.М. Голубицким, который занимался изобретательством в области телефонии. Когда он впервые пришел к Циолковским в гости, то был буквально потрясен открывшимся видом нищеты, тесноты, неухоженностью детей и их отцом, «игравшим» с макетами дирижаблей. П.М. Голубицкий слышал, что в Боровске живет какой-то «сумасшедший», который, не получая за это ни копейки, что-то там изобретает. Но то, что он увидел воочию превзошло все его ожидания. Из-за сострадания он стал помогать К.Э. Циолковскому по мере своих сил и возможностей.

Вместе с тем, Константин Эдуардович после своего избрания в Русское физико-химическое общество стал, если уж и не местной знаменитостью, то, по крайней мере, своего рода достопримечательностью. Приблизительно в это время приехала к отцу в гости проживавшая в Швеции известная русская женщина-математик С. Ковалевская и, знакомый с ней П.М. Голубицкий, предложил ему с ней его познакомить.

Однако, как отмечал сам К.Э. Циолковский :«Мое убожество и происходящая от этого дикость помешали мне в этом» [172] [с. 102].

П.М. Голубицкий оказал ему одну неоценимую услугу. Он рассказал о К.Э. Циолковском известному профессору Московского университета физику А.Г. Столетову, который был не только выдающимся ученым, но и весьма принципиальным и глубоко порядочным человеком. Он, например, дал отрицательный отзыв на диссертацию князя Б.Б. Голицына. Правда, князь все равно ее защитил, затем, используя свои связи, «пролез» в Российскую Академию наук и в этом новом своем качестве освободил А.Г. Столетова от должности заведующего кафедрой физики Московского университета и сам занял это место.

А.Г. Столетов буквально влюбился в К.Э. Циолковского и впоследствии много помогал ему.

В 1886 году К.Э. Циолковский закончил свою работу «Теория и опыт аэростата, имеющего в горизонтальном направлении удлиненную форму», и П.М. Голубицкий направил его в Москву к А.Г. Столетову, который в апреле 1887 года устроил ему публичное выступление в обществе любителей естествознания в здании Политехнического музея.

Времени на выступление было отведено мало, поскольку там были и другие докладчики, специалистов по дирижаблям не было, поэтому К.Э. Циолковский, не читая рукописи, только кратко объяснил сущность вопроса. Обсуждение было вялым, возражения «были незначительными» и на них «легко было отвечать» [147] [c.VI].

Поддержка А.Г. Столетова воодушевляла К.Э. Циолковского, и он продолжал свои работы по дирижаблю.

В 1887 году случился пожар, в котором сгорело все имущество семьи, а что осталось, было разворовано.

Дом К.Э. Циолковского располагался на окраине Боровска около реки Протвы. В 1888 году она вышла из берегов и вода подняла половицы в доме, поплыла посуда, льдины стучались по ставням. После наводнения в доме стало сыро, и семья вынуждена была переехать на другую квартиру, располагавшуюся на улице Молчановской.

В 1889 году он попытался перевестись в одно из московских училищ, но безуспешно. Было ему в то время уже тридцать два года – возраст расцвета – и вряд ли его переезд в Москву как-то сильно мог повлиять на характер научной деятельности, который уже сложился и укрепился.