Американские ученые и изобретатели - Митчел Уилсон

Вскоре оно было признано наиболее важным линейным уравнением в истории науки.

Во время первой мировой войны два последователя гиббсовского анализа — немец Габер и англичанин Фрит — применили правило фазы для производства по заказу своих правительств наиболее важного стратегического сырья — нитратов для взрывчатых веществ.

Помимо термодинамики, Гиббс сделал ценный вклад в векторную алгебру. В природе существует много величин, которые необходимо характеризовать не только количественно, но и по направлению. Сила в 50 фунтов, действующая вниз, очевидно, действует иначе, чем сила в 50 фунтов, направленная вверх. Выражение «пятьдесят фунтов» с точки зрения физики остается неопределенным, если не указано направление силы. В пространстве с тремя измерениями каждая векторная величина должна определяться тремя координатами. Векторная алгебра Гиббса упростила обращение с пространством. Обобщенный гиббсовский вектор стал со временем мощным орудием науки, родившейся, когда Гиббс был уже в преклонном возрасте и так и оставшейся ему неизвестной — теории относительности.

В своих ранних исследованиях равновесий Гиббс исходил из предположения, что материя является сплошной массой. Позже он осознал, что материя состоит из мельчайших частиц, находящихся в движении. Он пересмотрел свою термодинамику с учетом этого открытия, разбирая термодинамические явления на статистической основе. Ньютоновская механика стала статистической механикой.

Основываясь на совершенно самостоятельных предположениях, Гиббс при помощи статистической механики открыл новый смысл энтропии и других родственных величин, которые казались такими могущественными в первом приближении.

На основе классического второго закона термодинамики современники Гиббса предсказывали «конец света», когда энтропия вселенной приблизится к максимуму, то есть выйдет за пределы, после которых будет невозможен переход энергии в виды, пригодные для использования. Это состояние было названо «тепловой смертью». Ее ужасающее описание дал Г. Уэллс в фантастическом романе «Машина времени».

Статистическая механика Гиббса показала, что такой исход вовсе не неизбежен.

Оказалось, шансы на «спасение» ученые значительно преуменьшили.

Ньютон ничего не знал о строении планет и звезд. Его уравнения движения планет не находились в зависимости от их природы и были совершенно верны в пределах ньютоновской механики. Гиббс и его современники ничего не знали о структуре молекулы. Сам Гиббс понимал это. Он писал: «Тот, кто основывает свою работу на гипотезе, относящейся к строению материи, возводит здание на песке».

Подобно Ньютону, Гиббс обладал даром провидения, и его статистическая механика пережила все последующие открытия в атомной и ядерной физике.

Гиббс приблизился к основным истинам природы так близко, как приближались до него лишь величайшие ученые.

Безмятежный и счастливый человек

«Для нас, детей, дядя Уиллард был воплощением доброты и великодушия». «Уиллард Гиббс был самым счастливым человеком, которого я когда-либо встречал». «Если бы меня спросили, что было самой поразительной чертой в характере Уилларда Гиббса, я бы без колебания ответил: его безмятежность».

«Мне необходим был совет, и я знал, что он может помочь мне не только потому, что он великий ученый, но и потому, что я чувствовал в нем доброго и чуткого человека». Так отзывались о Гиббсе его племянники, племянницы, друзья и студенты.

Гиббс был стройным человеком среднего роста, спокойным и уверенным, с типичным лицом янки. Аккуратная борода, которую он носил по тогдашней моде, придавала ему респектабельность Голос у него был тонкий, говорил он учтивой скороговоркой. О нем, человеке быстрого ума, со склонностью к тонкой иронии, дети вспоминали только как о добром и мягком дяде Уилле Взгляд его ярко блестевших глаз был проницателен и остр. Он умел нести смешную чепуху, затевать веселые шалости и не очень стремился к новым знакомствам.

Гиббс был одним из тех людей, чью скромность можно назвать страстью. Основываясь на трудах Гиббса, Кларк Максвелл заказал объемную гипсовую модель кривых Гиббса и послал ему в подарок. Трудно было придумать лучший знак восхищения одного великого ученого другим. Студенты, которые хорошо знали происхождение модели, спросили у него однажды:

— Кто прислал вам эту модель?

Он ответил коротко:

— Один приятель.

— А кто этот приятель?

— Один англичанин.

Долго оставалось загадкой, каким образом у Максвелла в самом расцвете его славы нашлось достаточно времени и проницательности, чтобы раскопать статьи Гиббса, которые были напечатаны в никому не известном журнале Коннектикутской Академии наук. Но и эта тайна была, в конце концов, разгадана. Максвелл узнал о статье Гиббса весьма простым способом — он получил ее по почте. Гиббс, которого постоянно обвиняли в том, что он не интересуется отзывами других ученых о своей работе, рассылал оттиски своих статей наиболее известным ученым. Гиббс составил список из пятисот семи имен ученых, живших в двадцати странах. В течение своей жизни он написал двадцать монографий и каждую из них лично посылал тем ученым из своего списка, для которых они могли представлять интерес.

Работы Гиббса трудно читать и понимать. Он делал несколько предварительных набросков, потом развивал свои исследования в уме, пока они не достигали полного совершенства. Когда же он принимался излагать свои теории на бумаге, он опускал промежуточные этапы в ходе своих рассуждений, так как ему казалось, что они уже не имеют значения.

Людей, которые не знают, как много времени требуется, чтобы новая идея проникла в общественное сознание, немало смущает то, что труды Гиббса нашли широкое понимание и использование только через десять-двадцать лет. В трехвековой истории современной науки можно насчитать не более десятка идей такой же важности и глубины, как теория равновесия, принадлежащая Гиббсу. И в каждом случае требовалось по меньшей мере два десятилетия, чтобы эти новые идеи были восприняты во всем их объеме. Коллеги Гиббса по Йельскому университету, вероятно, не понимали значения его работы, но они, разумеется, знали, что он гений.

Как человек, Гиббс станет понятен лишь тогда, когда мы уясним себе, что он жил полной жизнью в уединенном мире своего творчества. Работа служила оправданием всей его жизни, и он был счастлив, потому что знал, насколько велик его труд. Последние годы его жизни были омрачены не только потерей сестры и близких друзей, но также и появлением новых революционных идей в области физики, радиоактивности, рентгеновских лучей, электронов. Он еще не знал, как эти неожиданные открытия могут быть совместимы с его понятием о вселенной. Однажды новое открытие настолько расстроило его, что он сказал своим студентам, растерянно качая головой: «Пожалуй, настало время мне уходить». Он чувствовал себя усталым, одиноким, и то, что оправдывало его жизнь, казалось, ушло навсегда.

Но Гиббс тревожился напрасно. Квантовая механика не опровергла его трудов. Из всех великих теорий XIX века только его идеи продолжают существовать без серьезных изменений.

Однако загадка Гиббса заключается не в том, был ли он неправильно понятым или неоцененным гением. Пожалуй, для гения его современники обошлись с ним довольно мягко и с достаточной щедростью. Загадка Гиббса состоит в другом: как случилось, что прагматическая Америка в годы царствования практицизма произвела на свет великого теоретика? До него в Америке не было ни одного теоретика. Впрочем, там не было теоретиков и после него.

Все американские ученые — экспериментаторы. Страны Европы, чьим культурным наследием пользуется Америка, дали миру многих великих теоретиков. Америка дала лишь одного. Гиббс умер на заре XX века, не оставив преемника. Америка исследует жизнь Гиббса, словно стараясь осудить его за трудные статьи, за нежелание более энергично и в более понятной форме распространять свои истины, за неспособность окружить себя толпами преданных студентов. Но, в конечном счете, все это не вина Гиббса. В этом, прежде всего, вина самой Америки. И до тех пор, пока Америка не произведет на свет нового Уилларда Гиббса, она должна продолжать неустанно исследовать самое себя…