100 великих научных достижений России - Страница 6

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».

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.

Помимо математики и механики, теория Ляпунова используется еще и в химии, термодинамике, синергетике и многих других науках. На ней базируется вся современная техника: тяжелое, общее, а в недавнем прошлом – и среднее машиностроение, судо-, авиа-, автомобилестроение, архитектура, строительство сооружений и т. д.

Сегодня немыслимо что-либо конструировать, не определяя зависимость режима работы изделия от величины допусков на его изготовление и от воздействия незначительных возмущающих сил при эксплуатации, поскольку именно они влияют в первую очередь на динамические характеристики современных двигателей, на верность траектории космических аппаратов, на безопасность транспорта, на точность попадания снарядов и ракет.

Устойчивость самолета, то есть его способность автоматически, без вмешательства летчика, возвращаться в исходное, начальное положение во время полета, если какая-либо внешняя причина вывела его из этого положения, является одним из главных технических требований при конструировании летательного аппарата. Задача о динамической устойчивости полета самолета решается как частный случай общей задачи механики об устойчивости движения по Ляпунову.

При строительстве зданий теория устойчивости позволяет получать множество расчетных моделей в связи с появлением новых материалов, усложнением воздействий сейсмических, циклических, динамических и других нагрузок.

Теория равновесия Ляпунова положена в основу автоматического управления всеми производственными процессами и телеуправляемыми системами.

Казалось бы, зачем к строительным и инженерным работам притягивать такую непростую науку, оперирующую абстрактными символами и дающую подчас ненужную на практике точность? Дело в том, что другие, более грубые подходы не удовлетворяют современным требованиям к объектам в вопросах устойчивости их движения, да их, по сути, и нет. Физику и технику вполне устраивает детище Ляпунова.