Открытия первого русского естествоиспытателя

Историю отечественной науки в её классическом академическом смысле традиционно принято вести с Михаила Ломоносова. К наиболее великим его достижениям следует отнести создание новой для своего времени науки — физической химии, которой он дал следующее определение: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Она может быть названа также химической философией, но в совершенно другом смысле, чем та мистическая философия, где не только скрыты объяснения, но и сами операции производятся тайным образом». В настоящее время это наиболее обширный раздел химии, изучающий химические явления посредством теоретических и экспериментальных методов физики.

Кроме собственно создания физической химии Михаил Ломоносов обогатил её блестяще выдержавшей проверку временем и многочисленными экспериментами молекулярно-кинетической теорией тепла в противовес господствовавшему в то время учению о теплороде. Учёный справедливо указал, что расширение тел по мере нагрева, увеличение их веса при обжиге, а также фокусировка солнечных лучей линзой не могут найти удовлетворительного объяснения в рамках теории теплорода. По его мнению, суть тепловых явлений следует искать «во внутреннем движении собственной материи» — в переводе на современный язык движении молекул вещества и столкновении друг с другом.

И.К. Фёдоров. Императрица Екатерина II у М.В. Ломоносова

26 мая 1761 года, наблюдая прохождение Венеры по солнечному диску, Михаил Ломоносов зафиксировал следующий феномен: «При выступлении Венеры из Солнца, когда передний ее край стал приближаться к солнечному краю и был (как просто глазом видеть можно) около десятой доли Венерина диаметра, тогда появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила. Вскоре оный пупырь потерялся, и Венера оказалась вдруг без края». Русский учёный совершенно правильно связал наблюдаемое с наличием у планеты атмосферы.

Молния, сварка и металлургия

В 1802 году в работе «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» русский физик Василий Петров впервые описал электрическую дугу — один из видов электрического разряда в газе и частный случай четвёртого состояния вещества — плазмы.

Получить электрическую дугу в лабораторных условиях стало возможно благодаря сконструированной Василием Петровым большой гальванической батарее с электродвижущей силой около 1700 В. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков диаметром 35 мм и толщиной около 2,5 мм, между которыми размещались бумажные, пропитанные раствором нашатыря. Также в конструкции батареи впервые была применена изоляция с помощью сургуча.

В настоящее время открытая Василием Петровым электрическая дуга широко используется в электросварке металлов, выплавке стали (дуговая сталеплавильная печь), а также в различного рода дуговых лампах.

Открытие ледового материка

Гипотезу о существовании неведомой Южной земли (Терра Аустралис инкогнита) высказали ещё античные географы, а позднее активно поддерживали средневековые учёные. Примерно начиная с XVI века её стали помещать на картах в районе Южного полюса. Первым Южный полярный круг пересёк в 1599 году голландец Дирк Герритц. В 1773 году известный британский мореплаватель Джеймс Кук сумел достичь 67°15’ южной широты, но после тяжёлой борьбы со льдами был вынужден повернуть к северу. В декабре 1773 года Кук предпринял повторную попытку и к концу января 1774 года добрался уже до 71°15. Далее он натолкнулся на сплошные льды.

Михаил Петрович Лазарев

Авторитет Джеймса Кука оказался настолько высок, что в течение 45 лет экспедиций в эти широты больше не предпринимали. Тем не менее многие русские мореплаватели (например, Василий Головнин, Иван Крузенштерн, Гавриил Сарычев) выступали за продолжение полярных исследований в Южном полушарии.

3 июля 1819 года из Кронштадта вышла экспедиция в составе шлюпов «Восток» и «Мирный» под командованием Фаддея Беллинсгаузена и Михаила Лазарева, перед которой поставили цель совершить «в возможной близости Антарктического полюса». После пересечения Южного полярного круга корабли, умело маневрируя среди льдов, 16 января 1820 года на широте 69°21’ достигли южного материка. Русским морякам удалось ещё дважды подойти к ледяным берегам, после чего в феврале они направились в Сидней на кратковременный отдых.

Вновь в антарктические широты корабли вернулись 31 октября. 10 января 1821 года они открыли большой остров, который назвали в честь императора Петра I, а неделю спустя — гористый берег Александра I. Теперь уже не оставалось сомнений, что открыт действительно континент, а не крупный ледовый массив.

24 июля 1821 года экспедиция вернулась в Кронштадт.

Пересмотрев постулат Евклида

Со времён Евклида в геометрии принимался без доказательств на веру постулат, что через точку, не лежащую на данной прямой, проходит только одна прямая, параллельная данной. Многие математики пытались доказать это утверждение, выведя его из других аксиом, но их усилия не принесли результата.

Николай Иванович Лобачевский

Первоначально по этому же пути пошёл и казанский учёный Николай Лобачевский, но вскоре он предложил заменить постулат Евклида новой формулировкой: «На плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, проходит более чем одна прямая, не пересекающая данную».

В 1829–1830 годах на страницах журнала «Казанский вестник» Николай Лобачевский впервые обнародовал своё сочинение «О началах геометрии». В новой геометрии кривизна пространства была отрицательной. Она не включала в себя традиционную и привычную евклидову геометрию, хотя она могла быть получена предельным переходом, если принять кривизну пространства равной нулю. Также Николай Лобачевский детально разработал тригонометрию неевклидова пространства, а также дифференциальную геометрию и смежные аналитические вопросы.

Лобачевский в последние годы жизни. Дагеротип 1855 года

К сожалению, передовая научная теория Николая Лобачевского не была принята современниками. Среди оппонентов оказался даже известный математик Михаил Остроградский, который язвительно утверждал, что в новой геометрии ничего не понял, кроме двух интегралов, один из которых к тому же вычислен неверно. На самом деле в данном случае ошибался сам Остроградский. В результате на Николая Лобачевского обрушился шквал несправедливых упрёков и насмешек. Особенно постарался некий аноним, который в опубликованном на страницах издаваемого Фаддеем Булгариным журнала «Сын Отечества» патетически вопрошал: «Для чего же писать, да ещё и печатать, такие нелепые фантазии?.. Как можно подумать, чтобы г. Лобачевский, ординарный профессор математики, написал с какой-нибудь серьёзной целью книгу, которая немного бы принесла чести и последнему приходскому учителю? Если не учёность, то по крайней мере здравый смысл должен иметь каждый учитель, а в новой геометрии нередко недостаёт и сего последнего». Следует отметить, что редакция журнала проигнорировала попытку Лобачевского напечатать ответ.

Титульный лист книги Лобачевского «Воображаемая геометрия»

Лишь из-за рубежа пришло хорошее известие. Идеи Николая Лобачевского поддержал «король математиков» того времени Карл Фридрих Гаусс. По его настоянию в 1842 году русского учёного избрали иностранным членом-корреспондентом Геттингенского королевского научного общества, что, к глубокому сожалению, стало единственным прижизненным признанием заслуг Николая Лобачевского. Уж слишком он опередил своё время! И лишь спустя много лет, когда Альберт Эйнштейн создал теорию относительности, оказалось, что взаимосвязь пространства и времени имеет непосредственное отношение к геометрии Лобачевского. Теперь его формулы широко используются при расчётах современных синхрофазотронов, а явление искривления пространства вблизи массивных тел удалось подтвердить точными астрономическими наблюдениями.

Топография человеческого тела

Без знания анатомии медицина невозможна. Однако к XIX веку благодаря трудам большого количества исследователей строение человеческого тела было известно достаточно хорошо. В то же время развитие оперативной хирургии шло гораздо более медленными темпами. Проблем было много, и решить одну из наиболее важных на то время удалось великому русскому хирургу Николаю Пирогову.

Николай Иванович Пирогов

В 1837 году вышла в свет его работа «Хирургическая анатомия артериальных стволов и фасций», в которой предпринималась попытка изучить ход фасциальных оболочек и выявить закономерности их взаимоотношений с кровеносными сосудами, нервами и окружающими тканями. «Обыкновенный способ препарирования, принятый анатомами… не годится для наших прикладных целей: удаляется много соединительной ткани, удерживающей различные части в их взаимном положении, вследствие чего изменяются их нормальные отношения. Мышцы, вены, нервы удаляются на рисунках друг от друга и от артерии на гораздо большее расстояние, чем это существует в действительности».

Гениальность идеи Николая Пирогова состояла в разработке методики распила в различных плоскостях замороженного трупа, благодаря чему органы, сосуды и нервы сохраняли своё естественное, ненарушенное положение. Вскоре этот метод стал основным в изучении топографии человеческого тела и положил начало новой научно-прикладной дисциплине — топографической анатомии, изучающей послойное строение анатомических областей, взаиморасположение органов (синтопию), их отношение к скелету (скелетотопию) и проекцию на кожу. И вот уже много лет невозможно себе представить оперативную хирургию без топографической анатомии. Кстати, и в программе медицинских вузов эти дисциплины до настоящего времени преподаются единым курсом.