ПУАНКАРЕ АНРИ.
(29.04.1854-17.07.1912)
Французский математик, физик, астроном и философ, член Парижской Академии Наук (1887), и более чем 35 иностранных академий, в том числе иностранный почетный член Петербургской Академии Наук. Родился в Нанси (Лотарингия). Начальное образование получил дома. Окончил с отличием колледж в Нанси (1870). С 1873 года учился в Политехнической школе, а в 1875-1879 - в Горной. Защитил в Парижском Университете диссертацию на степень доктора математических наук, в 1879-1881 преподавал математический анализ в Каннском , а в 1881-1885 - в Парижском университетах. С 1886 года - профессор математической физики и теории вероятностей, а с 1895 года -и небесной механики в Парижском университете. Нет области математики или ее применений, где бы Пуанкаре не оставил новых методов исследования. Его работы, опубликованные в Парижской Академии Наук в 1916-1954, составляют 10 томов. Пуанкаре принадлежат разнообразные исследования в области топологии, теории дифференциальных уравнений, теории вероятностей, теории автоморфных функций, неевклидовой геометрии и других разделов математической науки. Пуанкаре занимался математической физикой, в частности теорией потенциала, теорией теплопроводности, а также решением разных задач механики и астрономии. Четыре больших мемуара (1882-1886) Пуанкаре под названием "О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями" положили начало качественной теории интегрирования дифференциальных уравнений, имеющей важное значение при решении многих прикладных задач и особенно задач небесной механики. Пуанкаре выделил и классифицировал особые точки семейства интегральных кривых, исследовал характер поведения интегральных кривых в окрестности особых точек. Замкнутую интегральную кривую, к которой приближаются по спирали близкие кривые семейства, он назвал предельным циклом. Для выявления предельных циклов ввел геометрический метод построения так называемых топографических систем, и предложил аналитические признаки наличия у дифференциального уравнения предельных циклов, исследовал размещение интегральных кривых относительно этих циклов. Как одну из задач, которая решается качественными методами, Пуанкаре изучал интегральные кривые, заданные на торе. В трехтомном трактате "Новые методы небесной механики" (1892-1899) Пуанкаре исследовал периодические и асимптотические решения дифференциальных уравнений, доказал асимптотичность некоторых рядов, являющихся решениями дифференциальных уравнений с частными производными, ввел методы малого параметра, метод неподвижных точек, уравнения в вариациях, разработал теорию интегральных инвариантов, которая впоследствии была применена к теории устойчивости. Рассмотрение обыкновенных дифференциальных уравнений с алгебраическими коэффициентами привело Пуанкаре к изучению автоморфных функций. Ученый построил теорию таких функций. Пуанкаре связал автоморфные функции с решением некоторых задач интегрального исчисления и указал на возможность применения этих функций к вопросам интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений с помощью частных решений (обобщение исследований Дарбу). Разрабатывая теорию автоморфных функций, он использовал геометрию Н.И.Лобачевского, а в 1882 году дал новую ее интерпретацию. В области небесной механики Пуанкаре принадлежат важные работы об устойчивости движения и фигуры равновесия вращающейся жидкости. В области математической физики Пуанкаре установил основные свойства интегральных уравнений математической физики, которые позже были доказаны проще с помощью теории Фредгольма. Пуанкаре исследовал колебания трехмерных континуумов, изучил ряд задач гидродинамики теплопроводности, теории потенциала, электромагнитных колебаний и др. Большая заслуга Пуанкаре в создании специальной теории относительности. Еще в 1904 году на международном конгрессе в Сен-Луи (США) он сформулировал закон, который назвал постулатом относительности. Летом 1905 года в статье "О динамике электрона" изложил идеи, вошедшие составной частью в теорию относительности Альберта Эйнштейна. Именем Пуанкаре назван Математический институт в Париже. На русский язык переведены многие его работы, в частности "Избранные труды" в трех томах.
ПУАНКАРЕ, ЖЮЛЬ АНРИ
(Poincaré, Jules Henri) (1854–1912), французский математик, физик и астроном. Родился 29 апреля 1854 в Нанси. Учился в лицее Нанси. Высшее образование получил в Политехнической школе в Париже, затем в Горной школе, которую окончил в 1879. В том же году защитил докторскую диссертацию. С 1881 – профессор механики Парижского университета, руководитель кафедры физики, астрономии и небесной механики.
Значительное число работ Пуанкаре по математике связано с решением проблем небесной механики, в частности проблем трех тел. Занимаясь ее решением, ученый исследовал расходящиеся ряды и построил теорию асимптотических разложений, разрабатывал теорию интегральных инвариантов, изучал вопросы устойчивости орбит и форму небесных тел. Фундаментальные открытия Пуанкаре, касающиеся поведения интегральных кривых дифференциальных уравнений, тоже связаны с решением задач небесной механики. Пуанкаре опубликовал большое число работ по теории так называемых автоморфных функций, а также по дифференциальным уравнениям, топологии, теории вероятностей. Среди его работ – 10-томный Курс математической физики
(Cours de physique mathématique
, 1889 и далее), монография Теория Максвелла и колебания Герца
(Théorie de Maxwell et les oscillations hertziennes
, 1907). Пуанкаре – автор ряда научно-популярных работ – Ценность науки
(Valeur de la science
, 1905) и Наука и метод
(Science et méthode
, 1908).
Пуанкаре использовал методы математической физики для решения задач теплопроводности, электромагнетизма, гидродинамики, теории упругости. В 1904–1905 сформулировал принцип относительности, показал, что невозможно обнаружить абсолютное движение, исходя из представлений об эфире и уравнений Максвелла – Лоренца. Предложил первый вариант релятивистской теории гравитации. Пуанкаре был членом многих академий наук, награжден медалями Дж.Сильвестра, Н.И.Лобачевского и др.
Умер Пуанкаре в Париже 17 июля 1912.
(12.64 Кб)
| А.Пуанкаре
|
А.Пуанкаре
- великий математик и физик конца XIX в. и родоначальник конвенционализма
.
А.Пуанкаре, для которого исходной проблемой было осознание следствий для научной картины мира из появления неэвклидовых геометрий, создал другую позитивистскую "домашнюю философию" для естествоиспытателей. Он утверждал, что наука "может постичь
не суть вещи в себе, как думают наивные догматики, а лишь отношения между вещами
", что "опыт предоставляет нам свободный выбор" и поэтому "принципы механики... - это соглашения и скрытые определения".
"Опыт - единственный источник истины: только опыт может научить нас чему-либо новому, только он может вооружить нас достоверностью... (Но) одних наблюдений недостаточно; ими надо пользоваться, а для этого необходимо их обобщать... Ученый должен систематизировать; наука строится из фактов, как дом из кирпичей; но простое собрание фактов столь же мало является наукой, как куча камней домом... Я,- говорит А.Пуанкаре в докладе на Международном конгрессе физиков в Париже
в 1900 г., - позволю себе сравнить науку с библиотекой, которая должна беспрерывно расширяться; но библиотекарь располагает для своих приобретений лишь ограниченными кредитами; он должен стараться не тратить их понапрасну. Такая обязанность делать приобретения лежит на экспериментальной физике, которая одна лишь в состоянии обогащать библиотеку. Что касается математической физики, то ее задача состоит в составлении каталога... Каталог, указывая библиотекарю на пробелы в его собраниях, позволяет ему дать его кредитам рациональное употребление... Она должна руководить обобщением, руководить так, чтобы от этого увеличивалась производительность науки"
.
А.Пуанкаре, для которого исходной проблемой было осознание следствий для научной картины мира из появления неэвклидовых геометрий, создал другую позитивистскую "домашнюю философию" для естествоиспытателей. Он утверждал, что наука "может постичь
не суть вещи в себе, как думают наивные догматики, а лишь отношения между вещами
", что "опыт предоставляет нам свободный выбор" и поэтому "принципы механики... - это соглашения и скрытые определения".
Жюль-Анри ПУАНКАРЕ (1854 - 1912)
Анри Пуанкаре - гениальный французкий ученый широкого профиля, внесший большой вклад во многие разделы математики, физики и механики. Основоположник качественных методов теории дифференциальных уравнений и топологии. Создал основы теории устойчивости движения. В его статьях до работ А. Эйнштейна были сформулированы основные положения специальной теории относительности, такие как, условность понятия одновременности, принцип относительности, постоянство скорости света, синхронизация часов световыми сигналами, преобразования Лоренца, инвариантность уравнений Максвелла и др. Разработал и применил метод малого параметра к задачам небесной механики, провел классическое исследование задачи трех тел. В философии создал новое направление, получившее название конвенционализма.
Детство и домашнее обучение
Анри Пуанкаре родился 29 апреля 1854 года в г. Нанси (Лотарингия, Франция). Его 26-летний отец, Леон Пуанкаре успешно совмещает обязанности практикующего врача с лабораторными исследованиями и лекциями на медицинском факультете. Мадам Пуанкаре, Евгения Лануа, весь день проводила в хлопотах. Вся ее жизнь была посвящена исключительно воспитанию детей – сына Анри и дочери Алины. Удивляет и тревожит родственников необычная рассеянность маленького Анри. От этого недостатка ему никогда не избавиться, и со временем о рассеянности знаменитого Пуанкаре будут рассказывать целые легенды. Никому еще невдомек, что рассеянность Анри свидетельствует о врожденной способности почти полностью отвлекаться от окружающей действительности, глубоко уходя в свой внутренний мир.
Заболев дифтерией, Анри на несколько месяцев превратился в немощного узника, прикованного к постели, с печатью молчания на устах – болезнь осложнилась параличом ног и мягкого неба. Силы очень медленно возвращались к измученному болезнью организму. Паралич ног отступил быстрее, но шли месяцы, а Анри по-прежнему был бессловесным. Он стал особенно внимательным к звуковой стороне жизни, текущей совсем рядом, за дверями комнаты. Слух стал единственным связующим звеном между ним и остальной частью дома. Анри стал вместилищем невысказанных звуков. Много лет спустя психологи, обследуя гениального ученого, отметят у него нечасто встречающуюся особенность – красочное восприятие звуков. Каждый гласный звук ассоциируется у Пуанкаре с каким-нибудь цветом. Обычно способность эта, если она имеется, сильнее всего проявляется в детском возрасте. У Анри Пуанкаре она сохранилась до конца жизни.
К счастью, самые худшие опасения не оправдались: Анри обрел способность говорить. Но очень долго не проходила физическая слабость. Все заметили, что после болезни Анри очень переменился не только внешне, но и внутренне. Он стал робким, мягким и застенчивым. Домашним обучением Анри, ослабленного болезнью, занимается Альфонс Гинцелин, давний друг семьи Пуанкаре – широко образованный и эрудированный человек, прирожденный преподаватель. Урок за уроком проходил Анри своеобразный курс обучения. Не обошли они своим вниманием биологию, географию, историю, правила грамматики, четыре действия арифметики. Учитель не без удивления убедился, что Анри неплохо считает в уме. Но, чем бы они ни занимались, Анри редко приходилось брать в руки перо или карандаш. С него не спрашивали письменных заданий, не загружали его рутиной. Постороннему наблюдателю могло показаться, что учитель просто беседует со своим учеником о всякой всячине. От природы великолепная слуховая память Анри еще больше окрепла и обострилась от этих упражнений. Опыт усвоения знаний почти без фиксации на бумаге, с минимумом письменной работы, попав на "благодатную" почву, вырос в глубоко своеобразную, резко индивидуальную манеру. На всю жизнь останется у него если не отвращение, то, по крайней мере, пренебрежение к писанине, к процессу графического закрепления своих знаний. Эту его черту не смогли исправить все последующие годы учебы.
Обучение в лицее. Война Франции с Пруссией. Кровавая неделя. Экзамены
Хорошая домашняя подготовка позволила Анри восемь с половиною лет поступить сразу в девятый класс лицея (отсчет классов ведется в обратном порядке – с десятого, начального, по первый, самый старший класс). Преподаватели нансийского лицея были довольны прилежным и любознательным учеником. Сочинение по французскому языку, которое он написал в конце девятого класса, профессор лицея назвал "маленьким шедевром" за стиль и вдохновенно-эмоциональное изложение. Математика, а вернее арифметика, не затронула его души, хотя он без особых затруднений справлялся с излагаемым материалом. Но однажды, когда Анри учился в четвертом классе в дом Пуанкаре явился один из преподавателей лицея. Весьма взволнованный, он сообщил встретившей его хозяйке дома: "Мадам, ваш сын будет математиком!" И так как лицо мадам Пункаре не отразило ни восторга, ни удивления, новоявленный пророк поспешил добавить: "Я хочу сказать, он будет великим математиком!"
Несмотря на обнадеживающие и недвусмысленные успехи по математике, он переходит на отделение словесности. По-видимому, таково было желание его родителей, считавших, что их сын непременно должен получить полное гуманитарное образование. Анри усиленно штудирует латынь, изучает античных и новых классиков.
19 июля 1870 года правительство Франции объявляет войну Пруссии. В столице и в департаментах царят подъем и всеобщее воодушевление. Никто не сомневается в легкой и скорой победе просвещенной Франции над варварской Пруссией. Как неожиданное и страшное откровение приходит к французам сознание, что страна совершенно не готова к войне. Парижские газеты еще восторженно кричат о победах французского оружия, а через уже Нанси проходят остатки разбитых, вымотанных неравными боями французских частей.
В эти суровые дни Леон Пуанкаре, как член городского муниципалитета, возглавил всю медицинскую часть, обслуживавшую раненых. Шестнадцатилетний Анри, который не может еще быть призван на военную службу, находится неотлучно с отцом в качестве добровольного секретаря и амбулаторного ассистента. 14 августа в город вступили немецкие части, а 18 марта в Париже произошло восстание и была провозглашена власть Коммуны. Правительство во главе с Тьером бежало в Версаль. Теперь осаду Парижа ведут уже не прусские, а правительственные войска, которые завершают ее в конце мая "кровавой неделей". Все эти события каким-то вихрем проносятся перед потрясенным сознанием Анри.
Тревожной весной 1871 года Анри обдумывает диссертационную письменную работу, которую следует представить по окончании первого класса. Выбранная им тема говорит сама за себя: "Как может нация возвыситься?" На страницах ученической тетради отражены его чистые и благородные помыслы, его скрыта боль и тревога за поверженную Отчизну.
5 августа 1871 года лицеист Пуанкаре успешно сдал экзамены на бакалавра словесности с оценкой "хорошо". Его латинское сочинение превзошло даже сочинение на французском языке и заслужило наивысшей оценки. Ряды словесников Франции могли бы пополниться весьма талантливым, незаурядным мыслителем, если бы Анри избрал филологический факультет университета. Но этим надеждам некоторых преподавателей лицея не суждено было сбыться. Через несколько дней Анри изъявил желание участвовать в экзаменах на степень бакалавра наук.
Экзамен состоялся 7 ноября 1871 года. Пуанкаре выдержал его, но лишь с оценкой "удовлетворительно". Подвела его письменная работа по математике, которую Анри попросту провалил. История этого казуса такова: опоздав на экзамен, весьма возбужденный и выбитый из колеи, Анри плохо понял задание. Требовалось вывести формулу для суммы геометрической прогрессии. Но Пуанкаре отклонился от темы и начал излагать совершенно другой вопрос. В результате написанная им работа заслуживала лишь неудовлетворительной оценки. По формальным правилам Анри должен был в этом случае выбыть из числа экзаменующихся. Но слава о его необычных математических способностях достигла даже стен университета, где происходили экзамены на бакалавра. Университетские профессора отнеслись к его провалу как к досадному недоразумению и закрыли глаза на некоторое нарушение формальных канонов ради торжества справедливости. Им не пришлось об этом пожалеть, когда они присутствовали на устном экзамене. Анри отвечал уверенно и блестяще, продемонстрировав свободное владение материалом. Ему была присуждена степень бакалавра наук.
Получив диплом бакалавра наук, Анри поступает в класс элементарной математики. Только теперь по-настоящему полно и самозабвенно отдается он своему будущему призванию. Не довольствуясь рекомендованными учебниками, он изучает более серьезную математическую литературу: "Геометрию" Руше, "Алгебру" Жозефа Бертрана, "Анализ" Дюамеля, "Высшую геометрию" Шаля.
Два следующих лета 1872 и 1873 годов были ознаменованы тем, что Анри Пуанкаре занял первые места на Общем к
Обучение в Политехнической школе и в Горной школе. Работа в должности горного инженера
В октябре 1873 года Анри становится студентом Политехнической школы, которая набирала и подготавливала претендентов на высшие технические должности в государственном аппарате и в армии. После вступительных экзаменов Пуанкаре выходит на первое место в списке лучших учеников школы, но затем постепенно теряет его. Виной тому были такие предметы, как военное дело, черчение и рисование. Как и в лицее, Анри не проявляет никаких признаков художественного дарования. Даже на занятиях по математике, если он чертит на доске прямые линии, сходящиеся в одной точке, то они оказываются у него ни прямыми, ни сходящимися.
На первое место выходит друг Пуанкаре – Бонфуа, которому досталось Полное собрание сочинений Лапласа, вручаемое по традиции лучшему питомцу Политехнической школы от Академии наук. Пуанкаре на втором месте, но по основным физико-математическим дисциплинам и по химии Анри опережает всех. Вся первая троица учащихся Политехнической школы поступает в Горную школу, наиболее авторитетное в то время специальное высшее учебное заведение.
На втором году обучения в Горной школе Анри уже всерьез взялся за научные исследования. В голове его роятся идеи, которые два года спустя лягут в основу докторской диссертации. Поэтому прослушиваемые им специальные курсы не затрагивают его воображения, если не имеют отношения к математике. Единственный предмет, который по-настоящему заинтересовал Анри, – это минералогия. Даже не сама минералогия, а кристаллография, которая наряду с кинематикой твердого тела представляла одну из немногих точек приложения теории групп, одного из самых абстрактных тогда разделов математики. Проверка состояния диссертации поручена Дарбу, Лагерру и Бонне, которые не торопятся с ответом. Свои хлопоты, связанные с получением рекомендаций от членов этой комиссии, Пуанкаре даже описывает в сочиненном им шутливом стихотворении.
Гастон Дарбу, тридцатишестилетний французский математик, профессор Сорбонны и Нормальной школы, запомнил Анри еще со времени сдачи им вступительных экзаменов в эту школу. О диссертации Пуанкаре у него сложилось самое высокое мнение: "С первого же взгляда мне стало ясно, что работа выходит за рамки обычного и с избытком заслуживает того, чтобы ее приняли. Она содержала вполне достаточно результатов, чтобы обеспечить материалом много хороших диссертаций".
С апреля 1879 года выпускник Горной школы Анри Пуанкаре распределен в Везуль простым инженером шахт третьего класса. В его обязанности входит наблюдение, контроль и инспектирование каменноугольных копей. Кроме того, он состоит на службе контроля и эксплуатации железных дорог.
Ранним утром 1 сентября 1879 года, еще до рассвета, произошел взрыв рудничного газа и неизвестна судьба около двух десятков шахтеров, оставшихся под землей. Исполняя свой долг, Пуанкаре спускается вместе со спасательно-поисковой группой в зияющее жерло шахты навстречу полной неизвестности. В последовавшей затем суматохе администрация даже сообщила о гибели инженера Пуанкаре при расследовании обстоятельств аварии. К счастью, это была ошибка. Он благополучно поднялся на поверхность земли, выяснив размеры и причины происшедшей катастрофы. Шестнадцать человеческих жизней – таков итог трагедии, разыгравшейся на многометровой глубине под толщей угольных пластов.
Диссертация давала Анри Пуанкаре право преподавать в высших учебных заведениях. И он не замедлил этим воспользоваться. 1 декабря 1879 года он отбывает в Кан, где был назначен преподавателем курса математического анализа на Факультете наук. Покинув Везуль, он никогда больше не вернется к деятельности горного инженера, но по-прежнему будет числиться по своему ведомству, время от времени получая повышения в звании.
Основные результаты Анри Пуанкаре в области математики
В феврале 1881 года в "Сompres Rendus" (самый авторитетный французский научный журнал) появилась первая заметка Пуанкаре о фуксовых функциях. Это было настоящее научное извержение, как оценили его некоторые математики. За два года Пуанкаре опубликовал серию из 25 заметок и нескольких обширных мемуаров. Первые работы Пуанкаре сразу же привлекли к нему внимание европейских математиков, заставили их пристально следить за его уверенными шагами. Следить и удивляться. Маститый немецкий математик Карл Вейерштрасс в письме к своей любимой ученице Софье Ковалевской пишет: "Обратила ли ты внимание на последние работы Пуанкаре? Это, во всяком случае, крупный математический талант...".
До 1884 года Пуанкаре публикует еще пять работ о новых функциях, названных им фуксовыми.
Почти два года провел Анри в Кане. Этот период оказался весьма важным, если не решающим, для его последующей судьбы. Именно здесь произошли те свершения, которые на долгие годы определили его жизнь и научную деятельность. Но при всей своей занятости и углубленности в сложнейшие проблемы математики Пуанкаре сумел заинтересоваться одной прелестной молодой особой и в то же время привлечь ее внимание к себе. Посвятив свое высокое интеллектуальное горение фуксовым функциям, он отдал мадемуазель Полен д'Андеси благородный пыл своего сердца. 20 апреля 1881 года в Париже торжественно празднуется их свадьба.
Благодаря блестящему открытию фуксовых (автоморфных) функций Пуанкаре в свои 27 лет приобрел столь большую известность в ученых кругах, что ему предлагают должность преподавателя на Факультете наук в Парижском университете. Семья Пуанкаре перебирается из нормандской столицы в столицу Франции. В октябре 1881 года он приступает к исполнению своих новых обязанностей. Свое свободное время Пуанкаре делит между домашним очагом и наиболее близкими друзьями – Полем Аппелем и Эмилем Пикаром – формируется математическое трио. Все трое в 1881 году вернулись в Париж после нескольких лет, проведенных в провинции, у всех троих уже были несомненные заслуги перед отечественной наукой. Прибывшие в Париж молодые математики сразу же оказались среди самых деятельных участников в подготовке выпусков специального журнала "Бюллетень математических наук и астрономии". Неразлучную троицу заботливо опекает Шарль Эрмит, профессор Нормальной школы и Парижского университета, член Академии наук, после смерти Коши ставший общепризнанным главою французских математиков.
В Париже Пуанкаре глубоко иccледовал вопрос об особых точках дифференциальных уравнений. Он выделил и классифицировал особые точки семейства интегральных кривых, изучил характер поведения интегральных кривых в окрестности особых точек, исследовал предельные циклы. Четыре больших мемуара под общим названием "О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями", вышедшие в свет в 1882-1886 годах составили содержание нового раздела математики. Название ему дал сам Пуанкаре: качественные методы теории дифференциальных уравнений. До него этот кардинально новый подход даже не затрагивался. Как одну из задач, которая решается качественными методами, он изучал интегральные кривые, заданные на торе. Пуанкаре разработал также метод малого параметра и теорию интегральных инвариантов, заложил основы теории устойчивости дифференциальных уравнений по начальным условиям и малым параметрам.
С осени 1886 года Пуанкаре возглавил кафедру математической физики и теории вероятностей Парижского университета, а в январе 1887 года (в возрасте 33 лет) был избран членом Академии наук Франции.
Исследования по разработке теории автоморфных функций, так же как и работы по качественной теории дифференциальных уравнений, привлекли внимание Пуанкаре к топологии. Он ввел основные понятия комбинаторной топологии (числа Бетти, фундаментальную группу), доказал формулу, связывающую число ребер, вершин и граней n-мерного полиэдра (формулу Эйлера-Пуанкаре), дал первую интуитивную формулировку общего понятия размерности. Его открытия в дифференциальной геометрии, в алгебраической топологии, в теории вероятностей, в функциональном анализе и в других областях позволили Жану Дьедоне, одному из основателей группы Бурбаки, сказать: "Гений Пуанкаре эквивалентен гению Гаусса и столь же универсален. Он превосходил всех математиков своего времени".
В области математической физики Пуанкаре исследовал трехмерные колебания, вывел основную формулу теории распространения волн (в задаче о дифракции радиоволн), изучил ряд задач теплопроводности и теории потенциалов, ему принадлежат также труды по обоснованию принципа Дирихле. Для функций нескольких комплексных переменных он построил теорию интегралов, аналогичных интегралам Коши, показал, что всюду мероморфная функция двух комплексных переменных является отношением двух целых функций.
Основные результаты Анри Пуанкаре в области небесной механики
Когда Пуанкаре был еще ребенком, величественный спектакль звездной ночи пленил его младенческий ум. Позже он напишет в одной из своих статей: "Звезды шлют нам не только видимый и ощущаемый свет, действующий на наше плотское зрение; от них исходит также иной, более тонкий свет, проясняющий наш ум". Вероятно именно этот утонченный "свет" постигаемой истины увидел Пуанкаре своим внутренним зрением, когда интерес его обратился к законам движения небесных тел.
В январе 1889 года на международный конкурс, объявленный королем Оскаром II, было представлено одиннадцать работ. Жюри конкурса признало лучшими две из них. Одна работа принадлежала Полю Аппелю и называлась "Об интегралах функций со множителями и об их применении к разложению абелевых функций в тригонометрические ряды". Другая работа имела в качестве девиза строчку из латинского стихотворения: "Nunquam praescriptos transibunt sidera fines" ("Никогда не перейдут светила предписанных границ"). Это был мемуар Анри Пуанкаре, который представлял собой обширное исследование задачи трех тел. Обе работы были удостоены премии на равных основаниях. Друзья разделили славу и почести.
Подобно Эйлеру, Пуанкаре за короткий срок переосмыслил и обновил складывавшийся в течение двух столетий математический аппарат небесной механики, использовав самые последние достижения математики. В трехтомном трактате "Новые методы небесной механики" (1892-1899) Пуанкаре исследовал периодические и асимптотические решения дифференциальных уравнений, доказал асимптотичность некоторых рядов, являющихся решениями дифференциальных уравнений с частными производными, ввел методы малого параметра, метод неподвижных точек. Ему принадлежат также важные для небесной механики труды об устойчивости движения и о фигурах равновесия гравитирующей вращающейся жидкости. Метод "интегральных инвариантов", использованный Пуанкаре, стал классическим средством теоретического исследования не только в механике и астрономии, но и в статической физике и в квантовой механике. Вклад Анри Пуанкаре в небесную механику был столь значительным, что на вакантное место главы кафедры небесной механики Сорбонны он утверждается единогласно. Оставив кафедру математической физики и теории вероятностей, которой руководил десять лет, с осени 1896 года профессор Пуанкаре уже ведет курсы по некоторым традиционным разделам небесной механики.
Основные результаты Анри Пуанкаре в области физики
Пуанкаре оказал огромное влияние на развитие теоретической мысли в период кризиса классической физики. В его статьях в 1897 - 1905 гг. до работ А. Эйнштейна были сформулированы основные положения специальной теории относительности, такие как, условность понятия одновременности, принцип относительности, постоянство скорости света, синхронизация часов световыми сигналами, преобразования Лоренца, инвариантность уравнений Максвелла и др.
Активной творческой деятельности Пуанкаре в области теоретической физики способствовала большая педагогическая работа: в течение ряда лет он прочел большой курс лекций в Сорбонне по всем разделам тогдашней теоретической физики, который затем был издан в 12-ти томах. В своих лекциях Пуанкаре освещал и самые актуальные вопросы тогдашней физики, а также и свои соображения по их решению. Именно в одной из лекций 1899 г. Эд. Уиттекер обнаружил утверждение Пуанкаре о принципиальной невозможности наблюдения абсолютного движения в оптических и электромагнитных опытах.
В статье "Теория Лоренца и принцип противодействия
", опубликованной в 1900 году, Пуанкаре пишет, что энергия излучения обладает массой m
, равной Е/с
2
. (В статье А. Эйнштейна эквивалентная формула Е = mс
2
появилась значительно позже в 1905 году.)
В 1902 году Пуанкаре публикует работу "Наука и гипотеза
", которая имела большой резонанс в научном сообществе. Там он, в частности, писал: "Не существует абсолютного пространства и мы воспринимаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени: утверждение, что два промежутка времени равны друг другу, само по себе не имеет никакого смысла. Оно может обрести смысл только при определенных дополнительных условиях. У нас нет непосредственной интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных театрах. Мы могли бы что-либо утверждать о содержании фактов механического порядка, только отнеся их к какой-либо неевклидовой геометрии".
В сентябре 1904 года Пуанкаре приглашают в Соединенные штаты прочитать в городе Сент-Луис лекцию о состоянии науки и о будущем математической физики. Он начал лекцию с того, что рассказал о той роли, которую выпало играть в современной ему науке великим принципам, таким как закон сохранения энергии, второе начало термодинамики, равенство действия противодействию, закон сохранения массы, принцип наименьшего действия. К ним он затем добавляет радикальное нововведение: принцип относительности
, в соответствии с которым законы физики должны быть одинаковыми, как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, вовлеченного в равномерное движение, так, что мы не имеем и не можем иметь никакого способа узнать находимся ли мы или нет в подобном движении". Пуанкаре закончил свою лекцию словами: "Возможно, нам предстоит построить механику, контуры которой уже начинают проясняться и где возрастающая со скоростью масса сделает скорость света непреодолимым барьером".
Именно Пуанкаре принадлежит доказательство инвариантности уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца (Пуанкаре нашел общий вид этий преобразований, он же и назвал их преобразованиями Лоренца
). Из высказываний Хендрика Лоренца, лауреата Нобелевской премии по физике 1902 года: Я не установил принципа относительности, как строго и универсально справедливого. Пуанкаре, напротив, получил полную инвариантность и сформулировал принцип относительности – понятие, которое он же первым и использовал
.
В своей статье, опубликованной в "Заметках Академии наук
" 5 июня 1905 года, Пуанкаре дал новую форму преобразованиям Лоренца и установил их групповую природу. В силу этих преобразований уравнения Максвелла инвариантны и этим удовлетворяется принцип относительности.
Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике 1954 года: Специальная теория относительности не является трудом одного человека, она возникла в результате совместных усилий группы великих исследователей - Лоренца, Пуанкаре, Эйнштейна, Минковского
(1959).
Более подробную информацию об истории создания специальной теории относительности можно найти в статьях [15] и [16].
Философские взгляды
Научное творчество Пуанкаре в последние десять лет его жизни протекало в атмосфере начавшейся революции в естествознании, что несомненно определило его интерес в эти годы к философским проблемам науки. Краткое резюме его собственных философских взглядов сводится к следующему: основные положения (принципы, законы) любых научных теорий не является ни синтетическими истинами a priori, ни моделями объективной реальности. Они суть соглашения, единственным абсолютным условием которого является непротиворечивость. Выбор тех или иных положений из множества возможных произволен, если отвлечься от практики их применения. Но поскольку мы руководствуемся последней, производительность выбора основания принципа (законов) ограничена, с одной стороны, потребности в нашей мысли в максимальной простоте теорий, с другой- необходимостью успешного их использования. В границах этих требований заключается известная свобода выбора, обусловленная относительным характером самих этих требований. Эта философская доктрина Пуанкаре получила впоследствии название конвенционализма
.
Награды и звания
За свою жизнь Пуанкаре успел получить множество научных званий и наград, в том числе: - премия Поиселе Парижской академии наук (1885), - член Французской академии наук (1887), - премия короля Швеции Оскара II (1889), - член Лондонского королевского общества (1894), - иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1895), - президент Французского астрономического общества, - член Бюро долгот в Париже (1893), - премия Жана Рейно Парижской академии наук (1896), - золотая медаль Лондонского королевского астрономического общества (1900), - медаль имени Дж. Сильвестера Лондонского королевского общества (1901), - золотая медаль фонда им. Н.И. Лобачевского Физико-математического общества Казани, - премия им. Я. Бойяи Венгерской академии наук (1905), - президент Французской академии наук (1906), - золотая медаль Французской ассоциации содействия развитию науки (1909). Именем Пуанкаре назван Математический институт в Париже, а также кратер на обратной стороне Луны.