Сотрудничество двух выдающихся ученых своего времени оказалось очень плодотворным. Например, совместно они пришли к выводу, что метеор[81] – это явление, связанное с сильным нагреванием и воспламенением тела, с громадной скоростью входящего в атмосферу. Помимо активной переписки, в ходе которой Джоуль и Томсон обменивались идеями, они провели и немало совместных исследований. В частности, в 1853–1854 годах коллеги, изучая тепловые явления и поведение газов в различных условиях, открыли эффект, получивший название эффект Джоуля – Томсона. Заключается он в охлаждении газов при медленном адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой) протекании их через пористую перегородку. Этот эффект используется для сжижения газов. Также ученые посвятили много времени исследованиям тепловых явлений в жидкостях. Плодом их совместных усилий стала и термодинамическая температурная шкала, носящая имя Кельвина.
Конечно же, Джеймс Джоуль не оставлял и самостоятельных изысканий. В 1848 году он выступил в Манчестерском литературно-философском обществе с важнейшим докладом, который стал одним из основополагающих в становлении кинетической теории газов. Джоуль – ярый противник концепции теплорода, все еще бытовавшей в то время, не просто теоретически оспаривал ее положения, но и подтверждал свою точку зрения расчетами. В дальнейшем ученый показал, что скорости движения частиц при определенной температуре пропорциональны квадратному корню температуры (при этом должна быть использована термодинамическая шкала). Параллельно Джоуль много занимался теорией распространения звука и вычислением его скорости. Не вдаваясь в подробности, следует сказать, что здесь он смог устранить несколько ошибок, допущенных его предшественниками.
Будучи талантливым экспериментатором и незаурядным инженером, Джеймс Джоуль также приложил много усилий для усовершенствования существующих и создания оригинальных научных приборов. Он усовершенствовал гальванометр, на порядок увеличил точность измерения температуры и принципиально улучшил конструкцию термометров, приспособленных для измерения температуры атмосферы, модернизировал барометр, создал один из первых ртутных вакуумных насосов.
Доклад 1847 года о механическом эквиваленте теплоты, который Джоуль сделал в Британской ассоциации по распространению научных знаний, произвел впечатление не только на Томсона. На заседании присутствовала и более значимая на тот момент фигура – Майкл Фарадей, который отдал должное идеям ученого-самоучки. В 1849 году по инициативе Фарадея Джоуль выступал с докладом о механическом эквиваленте теплоты в Королевском обществе. В следующем году Общество опубликовало материалы доклада, и Джеймс Джоуль стал его членом. В 1852 году ученому была присуждена золотая медаль Королевского общества. Позже научное признание выразилось еще в двух наградах: в 1866 году Королевское общество удостоило его медалью Копли[82], а в 1880 году Джоуль был награжден медалью Альберта от Общества искусств, которую ему лично вручил принц Уэльский.
Долгое время Джеймс Джоуль фактически оставался ученым-любителем. Его основной профессией по-прежнему было пивоварение. Но в 1854 году, после смерти жены, Джоуль наконец продал отцовский завод и целиком посвятил себя науке. Дальнейшие биографические сведения об ученом довольно скудны: и без того не очень общительный Джоуль после кончины супруги стал еще более замкнут. Подавляющую часть времени он уделял самостоятельным изысканиям: в основном, продолжал начатые ранее исследования. В частности, много усилий ученый приложил для уточнения значения механического эквивалента тепла.
С 1872 года состояние здоровья Джеймса Джоуля ухудшилось. Но ученый боролся с обстоятельствами и даже принял на себя некоторые административные обязанности: его избрали президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний. Эту почетную должность Джоуль занимал до 1887 года. Долгое время он жил и проводил исследования на средства, полученные от продажи отцовского предприятия. Но, в конце концов, (примерно к 1875 году) эти деньги закончились. Ученый ходатайствовал о выделении ему пенсии, но добился этого только к 1878 году.
Умер Джеймс Джоуль 11 октября 1889 года в своем доме в Сейле, недалеко от Чешира. В этом же году на Втором международном съезде электриков было принято решение назвать в честь ученого единицу работы и энергии электрического тока. Позже эта единица стала применяться также и для измерения количества теплоты и вошла в систему СИ.
ГЕЛЬМГОЛЬЦ ГЕРМАН ЛЮДВИГ ФЕРДИНАНД
(1821 г. – 1894 г.)
Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц был ученым очень широкого профиля. В энциклопедиях можно встретить, например, такую характеристику его вклада в науку: «автор фундаментальных трудов по физике, биофизике, физиологии и психологии». Тем не менее, мы, рассказывая об открытиях и достижениях немецкого ученого, постараемся больше внимания уделить тем из них, которые имеют отношение к точным наукам.
Отец ученого, Август Фердинанд Юлиус Гельмгольц, получил прекрасное образование, окончив два факультета Берлинского университета. Сначала он учился на теологическом факультете и занимался философией. Затем вступил добровольцем в прусскую армию и два года участвовал в антинаполеоновских войнах. Вернувшись после подписания Парижского мира в 1814 году в Берлин, Фердинанд вновь поступил в университет, на сей раз на филологический факультет. Окончив университет, он некоторое время работал в качестве домашнего педагога, а затем в 1820 году занял место старшего учителя в гимназии Потсдама, где преподавал филологию, классическую литературу, философию, одно время даже математику и физику. Возможно, именно здесь находятся корни универсальной образованности и широты сферы научных интересов его сына. Преподаванием Фердинанд Гельмгольц не ограничивался: он немало занимался наукой и опубликовал ряд трудов по греческой культуре, педагогике, философии. Вскоре после переезда в Потсдам Фердинанд женился на Каролине Пенне, дочери артиллерийского офицера. Их первенцем и стал Герман Гельмгольц, появившийся на свет 31 августа 1821 года.
В раннем детстве Герман часто болел, много времени вынужден был проводить в постели, что в какой-то мере способствовало развитию раннего интереса к чтению. Но отец много внимания уделял здоровью ребенка, и к семи годам регулярные занятия гимнастикой, прогулки в окрестностях Потсдама и плавание принесли свои плоды: Герман окреп и болел гораздо реже.
