Джордж Говард Дарвин
Биография
Происхождение и образование
Джордж Говард Дарвин родился в деревне Даун (англ. ) в графстве Кент. Он был вторым сыном и пятым ребёнком в семье знаменитого естествоиспытателя Чарльза Роберта Дарвина и Эммы Веджвуд, внучки основателя известной фирмы по производству гончарных изделий. Первые годы жизни Джорджа прошли в тихом Дауне, где семья Дарвинов вела уединённую жизнь. Первоначальное образование он получил дома под руководством гувернантки. В августе 1856 года он пошёл в грамматическую школу в Клэпхеме (Clapham Grammar School). Здесь было хорошо поставлено обучение математике и естественным наукам, за которое отвечал преподобный Чарльз Притчард (англ. ), впоследствии профессор астрономии Оксфордского университета. Притчард считается одним из пионеров научного образования. Он, вероятно, сильно повлиял на будущие занятия и интересы Джорджа.
В 1863 году Джордж Дарвин безуспешно пытался получить стипендию колледжа Святого Джона (St. John’s College) в Кембридже, а в следующем году поступил в Тринити-колледж, где изучал математику. Только в 1866 году он получил стипендию из фонда колледжа. В связи с этим современники отмечали, что математические способности и исследовательский талант Джорджа развивались медленно и проявили себя довольно поздно. Лорд Мултон (англ. ), учившийся вместе с Дарвином в университете, вспоминал:
В январе 1868 года Дарвин с отличием сдал заключительный экзамен по математике, став вторым в списке сдававших (Second Wrangler), и получил степень бакалавра искусств. Осенью он был избран членом Тринити-колледжа. В Кембридже Дарвин близко сошёлся с братьями Артуром, Джеральдом и Фрэнком Бальфурами, а также с лордом Рэлеем, с которым поддерживал дружбу на протяжении всей жизни.
Проблемы со здоровьем. Возвращение в науку
В октябре 1873 года Дарвин вернулся в Тринити-колледж. В это время он написал несколько полупопулярных работ на различные темы математики и статистики, но наибольшее внимание общества привлекла его статья об ограничениях на свободу брака, рассмотренных с точки зрения евгеники. Статья была подвергнута суровой критике со стороны биолога Джорджа Миварта (англ. ), однако на её защиту стали Томас Гексли и Чарльз Дарвин, которые разорвали всякие связи и отношения со своим противником. Вскоре Джордж Дарвин заинтересовался проблемой геологического строения Земли и влияния на него приливов и отливов с прицелом на математическое описание вопросов космогонии. Работа в этой области сблизила его с Уильямом Томсоном (лордом Кельвином), которого он считал своим учителем и другом. Стоит отметить, что после возвращения на работу в Кембриджский университет Дарвин по-прежнему много путешествовал, пытаясь восстановить здоровье: так, он посетил Голландию, Бельгию, Швейцарию и Мальту (1874), Италию (1876), Алжир (1878), Мадейру (1881) и т. д.
В Кембридже
Успешная научная работа стала поводом для выдвижения Дарвина в ноябре 1877 года в члены Лондонского королевского общества. Он был избран в июне 1879 года. В это время он не занимал никакой официальной позиции в университете, годом ранее истёк срок его членства в Тринити-колледже. В январе 1883 года он был избран профессором астрономии и экспериментальной философии (Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy), а в июне того же года вновь стал членом Тринити-колледжа. Он читал лекции по прикладной математике, принимал участие в работе различных университетских советов и объединений, в том числе Финансового совета (Financial Board) и Совета сената (Council of the Senate).
Весной 1883 года Дарвин познакомился с Мод дю Пюи (Maud Du Puy), дочерью филадельфийского инженера-изобретателя, выходца из гугенотской семьи, перебравшейся из Франции в Америку в начале XVIII века. Она приехала в Кембридж погостить у своей тёти. В июле следующего года в городе Эри (Пенсильвания) состоялась свадьба. В марте 1885 года Дарвин приобрёл дом Newnham Grange, расположенный на берегу реки Кэм. В нём он прожил со своей семьёй до конца жизни. (Сейчас здесь располагается один из университетских колледжей — колледж Дарвина, см. .) У Джорджа и Мод было пятеро детей, четверо из них дожили до взрослого возраста. Один из сыновей, Чарльз Галтон Дарвин, также стал учёным, членом Лондонского королевского общества. Старшая дочь, Гвен Раверат (англ. ), была известной художницей-ксилографом.
Среди спортивных предпочтений Дарвина был прежде всего королевский теннис, которым он увлекался ещё со студенческих пор. Он забросил свои занятия этим видом спорта в 1895 году, когда в результате удара мячом чуть не потерял левый глаз. В последние годы жизни он серьёзно увлёкся стрельбой из лука, к которой относился с методичностью настоящего учёного, начиная с выбора стиля стрельбы, положения головы и рук и заканчивая анализом результатов, приведшим его к критике традиционного способа подсчёта очков.
Административная деятельность. Последние годы
На протяжении многих лет Дарвин принимал участие в работе различных научных комитетов. В феврале 1885 года по представлению Королевского общества он сменил Уоррена Де ла Рю (англ. ) на посту одного из членов правления метеорологической службы (см. ). Основной задачей, которая стояла перед руководством метеослужбы (в него входили, помимо Дарвина, такие видные учёные как Джордж Стокс и Фрэнсис Гальтон), было формирование физических основ и разработка математических методов прогнозирования погоды, которое носило в то время почти исключительно эмпирический характер. Дарвин активно включился в эту работу, тем более что одним из основных подходов было применение к результатам наблюдений на метеостанциях гармонического анализа, в котором он был признанным специалистом. Вплоть до своей смерти он оставался одним из основных экспертов по физическим и математическим вопросам в метеослужбе, хотя и не внёс никакого формального вклада в метеорологическую литературу.
В мае 1904 года Дарвин был избран президентом Британской ассоциации (см. ) и возглавлял её во время южноафриканского съезда в следующем году: в августе он прибыл в Кейптаун, посетил Дурбан, Питермарицбург, Йоханнесбург, Блумфонтейн и другие города, поучаствовал в открытии моста через водопад Виктория на реке Замбези (см. ) и, наконец, в октябре вернулся в Англию через Суэц. Осенью того же года он был удостоен рыцарского звания и награждён орденом Бани.
Дарвин являлся членом Королевского астрономического общества с 1879 года и его президентом в 1899—1900 годах. Дважды он занимал пост президента Кембриджского философского общества (в 1890—1892 и 1911—1912 годах). Дарвин являлся консультантом государственной топографической службы (см. ), проводившей важные триангуляционные, гравитационные и геодезические измерения в Индии и Африке. В 1898 году он был назначен британским представителем в Международной геодезической ассоциации, принимал участие в её съездах (в 1907 году был избран её вице-президентом), выступал за активное международное сотрудничество в проведении широкомасштабных исследований, в частности позволившее соединить через Памир русские и индийские триангуляции. В августе 1912 года Дарвин был избран президентом пятого Международного конгресса математиков, проходившего в Кембридже. В это время его здоровье уже начало стремительно ухудшаться. Проведённая через некоторое время диагностическая операция показала, что он страдал от злокачественной опухоли. Он умер 7 декабря 1912 года и был похоронен в Трампингтоне, Кембридж.
Личные качества
Современники неоднократно отмечали простоту Дарвина в общении, романтический и даже отчасти детский взгляд на мир, готовность без раздумий прийти на помощь. Гвен Раверат, его дочь, вспоминала:
Простота и даже наивность Дарвина были следующим образом охарактеризованы его племянником Бернардом:
Дарвину были свойственны огромное трудолюбие и терпеливость, ответственное отношение к работе, скромность в оценке собственного вклада в науку и глубокое понимание того, что должно быть сделано именно в данный момент. Лорд Мултон писал:
Научная деятельность
Общие замечания
В основе научной работы Дарвина, несмотря на разнообразие её направлений и результатов, лежал глубокий интерес учёного к вопросам космогонии, прошлому Земли и Солнечной системы. При этом задачи, которые он решал, не представляли для него чисто математического интереса, а носили ярко выраженный прикладной характер. Своей целью он видел не разработку математического метода решения той или иной проблемы, а достижение конкретного результата, который мог бы приблизить его к пониманию природных или астрономических процессов. По этой причине он не ограничивал себя поиском аналитического решения поставленной задачи и при необходимости брался за проведение трудоёмких и длительных численных вычислений, если это обещало принести важные научные плоды. В своей работе Дарвин всегда отдавал предпочтение количественным результатам перед качественными оценками. Несмотря на то, что не все его исходные гипотезы и предположения были достаточно убедительно обоснованны, стремление к получению количественного результата в каждом случае оказало огромное влияние на научную методологию того времени. Как писал Эрнест Уильям Браун, ученик Дарвина,
В некрологе, посвящённом Дарвину, лондонская «Таймс» так охарактеризовала его исследовательскую манеру:
Ранние работы
Первые научные работы Дарвина, появившиеся в 1875 году, ещё не были объединены общей идеей или целью. В них он рассмотрел некоторые особенности описания эквипотенциальных линий, дал графический метод вычисления второго эллиптического интеграла и построения картографической проекции на грань многогранника.
В следующем году он написал первую по-настоящему важную работу, в которой обратился к проблеме влияния геологических изменений на положение земной оси. Математически рассмотрев эту задачу при различных предположениях и начальных условиях, он показал, что геологические процессы не могут быть существенным фактором изменения положения полюсов. Эта работа привлекла большое внимание и позволила значительно сократить число гипотез о геологическом прошлом Земли, бытовавших в то время. Лорд Кельвин выступил с докладом о результатах Дарвина перед Лондонским королевским обществом. Эта работа подтолкнула его к занятиям вопросами космогонии, которая стала главной темой его последующей научной деятельности.
Приливное трение и космогония
Поскольку геологические изменения не могут привести к смещению положения земной оси, Дарвин предположил, что её наклон есть результат действия приливов на подвижные части Земли. Для создания математических основ этого процесса в 1879 году он рассмотрел приливные деформации вязких и полуупругих сферических тел, поведение материала которых зависит от характера прилагаемой к нему силы. Он показал, что вязкость приводит к значительному уменьшению амплитуды приливов и их задержке по фазе. Сравнивая с данными о приливах земных океанов, Дарвин пришёл к выводу о большой эффективной жёсткости Земли как целого.
В следующей статье, вышедшей в том же году, Дарвин изучил вращение вязкого сфероида (Земля) в условиях приливного влияния как одиночного (Луна), так и пары соседних тел (Луна и Солнце). Оказалось, что устойчивое положение оси вращения такого сфероида зависит от вязкости, например, при малых значениях вязкости (что могло бы соответствовать древнему расплавленному состоянию Земли) нулевой наклон оси оказывается неустойчивым, тогда как устойчиво положение с некоторым достаточно большим наклоном. Рассмотрев далее влияние приливов в системе Земля — Луна, Дарвин показал, что они приводят к постепенному увеличению расстояния между этими телами и возрастанию периода обращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг своей оси. Проследив эти изменения на много миллионов лет в прошлое, он рассчитал, что Луна должна была располагаться намного ближе к Земле, чем сейчас. Это привело его к предположению, восходящему к небулярной гипотезе Лапласа, что Земля и Луна некогда образовывали единое вращающееся тело, которое находилось в неустойчивом состоянии равновесия, что привело в конечном итоге к его распаду. Причиной неустойчивости, согласно Дарвину, могла быть синхронизация солнечного прилива с периодом собственных колебаний этого единого тела.
На первом этапе изучения ранней истории системы Земля — Луна (1879—1882) Дарвин обратился к поведению уже распавшейся системы от момента, когда тела почти соприкасались, до того времени, когда и
