Так или иначе, но с тех пор математика стала основной сферой деятельности Жозефа Луи Лагранжа. 23 июля 1754 года увидела свет его первая работа. Она была написана в виде письма, отправленного известному итальянскому математику Фаньяно деи Тоски. Правда, с молодым ученым злую шутку сыграло отсутствие руководителя и самостоятельная подготовка. Уже опубликовав работу, он узнал, что его результаты не оригинальны (подобные выводы были сделаны Иоганном Бернулли и Лейбницем), и даже боялся, что его обвинят в плагиате. К счастью, опасения Лагранжа оказались напрасными, а первые серьезные достижения не заставили себя долго ждать. В 1755–1756 годах Жозеф Луи послал Эйлеру несколько статей, которые были высоко оценены маститым ученым. В 1759 году молодой ученый отправил своему прославленному коллеге еще одну очень важную работу, в которой изложил метод решения изопериметрических задач[38], над поиском которого знаменитый математик бился долгие годы. Эйлер был очень рад и даже не стал публиковать собственную статью, частично содержащую подобные результаты, пока Лагранж не опубликовал сообщение о своем методе, – «чтобы не лишить Вас ни одной частицы славы, которую Вы заслуживаете». 2 октября 1759 года по предложению Эйлера Лагранж был избран иностранным членом Берлинской академии наук. Здесь не обошлось и без некоторой хитрости, впрочем, вполне достойной и понятной: Эйлер очень хотел видеть молодого и талантливого ученого в Берлине.
Следует отметить, что Лагранж не ограничивался преподаванием и собственными исследованиями, он также занялся и организаторской деятельностью. Собрав молодых математиков, он создал научное общество, впоследствии выросшее в Королевскую академию наук Турина. Первый том трудов Академии вышел в 1759 году. Естественно, что основным автором в этом и последующих сборниках стал Лагранж. Были опубликованы его работы, посвященные различным проблемам математики и физики: объемистый труд по теории распространения звука, большая статья о вариационном исчислении, ставшая важнейшим шагом на пути становления этого раздела математики, работы, посвященные применению вариационного исчисления в физике, интегральному исчислению и др.
Лагранж, которого к тому моменту уже смело можно было назвать одним из самых выдающихся математиков мира, продолжал увлеченно и напряженно работать. И вскоре ставшее привычным переутомление дало о себе знать. Ученый заплатил за свои достижения тяжелыми приступами депрессии. В 1761 году его врачи объявили, что отказываются нести ответственность за здоровье Лагранжа, если он не устроит себе продолжительный отдых и не будет соблюдать режим. Жозеф Луи упрямиться не стал, и со временем его здоровье поправилось, правда, приступы депрессии все же появлялись на протяжении всей его жизни.
В 1762 году Парижская академия наук объявила конкурс на лучший труд, посвященный движению Луны. В следующем году Лагранж послал на рассмотрение Академии свою статью о либрации Луны. Статья прибыла в Париж незадолго перед приездом автора. Дело в том, что в ноябре 1763 года Лагранж отправился в длительное путешествие: он должен был сопровождать маркиза Карачиолли, посла из Неаполя, который ранее работал в Турине, а теперь получил назначение в Лондон. Однако до Лондона Жозеф Луи так и не доехал – в Париже он тяжело заболел, и от дальнейшей поездки пришлось отказаться. Но нет худа без добра: во Франции Лагранж познакомился с Д’аламбером. Маститый ученый писал о своем молодом коллеге: «В течение шести недель здесь пребывал месье Лагранж из Турина. Он весьма серьезно заболел и нуждается: нет, не в финансовой поддержке, маркиз Карачиолли, направленный в Англию, позаботился о том, чтобы он ни в чем не испытывал недостатка, он нуждается в знаках внимания со стороны своей родины… В его лице Турин обладает сокровищем, ценности которого, возможно, не осознает».
В Париже Лагранж получил премию, присужденную за работу о либрации. В Турин он вернулся только в начале 1765 года. Через два года ученый получил еще одну премию за исследования движения спутников Юпитера.
В 1766 году Леонард Эйлер покинул Пруссию. По совету Д’аламбера и самого Эйлера Фридрих II пригласил Лагранжа в Берлин, где ему был предложен пост президента Академии наук и директора ее физико-математического отделения. Как «скромно» выразился в своем письме сам монарх, «величайший король Европы хотел бы иметь при своем дворе величайшего математика Европы». В Берлине большинство ученых встретило Лагранжа весьма радушно. Он подружился с Ламбертом[39] и Иоганном Бернулли. Но находились и те, кто не был рад видеть слишком, по их мнению, молодого ученого на высоком посту главы Академии. Одним из таких недоброжелателей стал Кастильон, который был старше туринца более чем на тридцать лет и считал, что тот занял его место. Но отношения между учеными скоро улучшились, причем в связи с событиями от науки весьма далекими: через год после прибытия в Берлин Лагранж женился на кузине Кастильона Виттории Конти. Правда, брак этот был бездетным и, в общем-то, несчастливым. Через несколько лет после свадьбы Виттория заболела. Долгие годы Лагранж, здоровье которого тоже оставляло желать лучшего, ухаживал за своей супругой, скончавшейся в 1783 году.
На службе у Фридриха Великого Лагранж состоял в течение 20 лет. Этот период жизни ученого был невероятно плодотворным. Он написал около 150 работ для Туринской, Берлинской и Парижской академий. Среди них были важные труды по алгебре и теории чисел, решению дифференциальных уравнений в частных производных, теории вероятности, механике. Отдельно следует упомянуть три статьи по астрономии на темы конкурсов, объявленных Парижской академией. Все три получили премии. Кроме того, в Берлине Лагранж создал фундаментальный труд «Аналитическая механика», ставший одним из главных в его жизни. Удивительно, что этот трактат он задумал будучи 19-летним юношей. В «Аналитической механике» Лагранж не только подытожил достижения в этой области со времен Ньютона, но и фактически создал классическую аналитическую механику в виде учения об общих дифференциальных уравнениях движения произвольных материальных систем. В основу всей статики автор положил «общую формулу», представляющую собой принцип возможных перемещений[40]. Динамика основывалась на «общей формуле», включающей принцип возможных перемещений и принцип Д’аламбера.
Опубликована «Аналитическая механика» была уже в Париже, куда Лагранж перебрался в 1787 году. Ему постоянно поступали приглашения от различных учебных заведений и научных учреждений, особенно из Италии. Жозефа Луи хотели видеть и на родине в Турине, и в Неаполе, предлагая высокую должность в Неапольской академии. Но ученого устраивала работа в Берлине, где он был освобожден от преподавательской нагрузки. Однако после смерти Фридриха II положение иностранцев в Пруссии резко ухудшилось. Поэтому предложение перебраться во Францию и стать членом Парижской академии, без обязанности преподавать, пришлось очень кстати. Во Франции ученого встретили очень радушно: он был удостоен королевской аудиенции и получил квартиру в Лувре, где прожил до начала Французской революции. Но по времени с переездом во Францию совпал очередной длительный приступ меланхолии, из которого Лагранжа не смогла вывести даже долгожданная публикация «Аналитической механики».
