Николай Умов – выдающийся русский физик

Николай Алексеевич Умов родился 23 января (4 февраля) 1846 года в городе Симбирске (Ульяновск). Унаследовал фамилию от отца — внебрачного сына помещика Наумова. Ещё мальчиком познакомился с анатомией под руководством отца, который был военным врачом и занимался собиранием естественно-исторических коллекций.

В автобиографических очерках Н.Умов вспоминал, что его отец был большим коллекционером книг, скупал их у антикваров и в распродававшихся помещичьих библиотеках. Составленное довольно обширное собрание, заключавшее в себе классиков по русской и иностранной литературе, философии, естественной истории, давало обильный материал для чтения сыновьям, когда они достигли гимназического возраста. В то время в обществе существовало очень сильное стремление к образованию, а также обучению детей иностранным языкам. Воспитание детей начиналось под руководством гувернанток, которые выписывались из столиц, а затем к детям приглашались учителя. Особенно благотворное влияние на Николая произвели уроки учителя местного уездного училища Фёдора Афанасьевича Иванова, пристрастившего его к математике и очень живо преподававшего историю и словесность.

Отец не желал отдавать своих детей в Симбирскую гимназию и под влиянием помещика Тургенева, окончившего курс в Дерптском университете, предполагал везти детей в Дерпт (ныне Тарту, Эстония), почему одно время дети изучали все предметы на немецком языке. План не осуществился из-за несогласия матери, и было решено дать детям образование в Москве.

Заботясь о научном направлении своих детей, отец устроил между их сверстниками естественно-историческое общество, в котором детьми читались рефераты; его торжественное открытие состоялось в присутствии приглашённых родителей и родственников.

Досуги Николая, кроме обычных детских игр, наполнялись приготовлением мазей, пилюль - пользуясь небольшим аптечным шкафчиком, подаренным отцом; устройством картонных часов, безуспешным добыванием алюминия из глины, работами в саду под руководством отца - знатока садоводства.

В 1857 году семья переехала в Москву, где Николай Умов, окончив курс в 1-й московской гимназии с золотой медалью, поступил в 1863 году на математическое отделение физико-математического факультета Московского университета. Университет он окончил со степенью кандидата в 1867 году.

Любовь к точным наукам ему привил физик и математик Яков Вейнберг.

Намереваясь поступить в технологический институт, пожелал сначала ознакомиться с практикой технических производств, для чего работал некоторое время на вагоностроительном заводе Вильямса и Бухтеева. Два месяца пробыл вольнослушателем в Санкт-Петербургском технологическом институте, затем был оставлен при Московском университете для приготовления к профессорскому званию по кафедре физики. В следующем году преподавал физику во 2-й женской гимназии и читал лекции по физике на женских Лубянских курсах.

В 1871 году при активном участии Ф. Н. Шведова был приглашён в Новороссийский университет (Одесса), где 22 ноября был избран доцентом по кафедре физики. В Одессе Н. А. Умов был деятельным членом кружка, возглавлявшегося знаменитым русским физиологом И. М. Сеченовым. Активное участие в работе этого кружка принимал и близкий друг Н. А. Умова - выдающийся русский бактериолог И. И. Мечников.

На следующий год Умов защитил в Московском университете магистерскую диссертацию «Теория термомеханических явлений в твердых упругих телах». Докторская диссертация Н. А. Умова "Уравнения движения энергии в телах", которую он защитил в Московском университете в 1874 г., вызывала большие споры и резкую критику со стороны официальных оппонентов - профессоров А. Г. Столетова и Ф. А. Слудского. Неофициальный оппонент проф. В. Я. Цингер тоже выступал в решительных тонах против идеи диссертации. Диспут продолжался шесть часов и на всю жизнь оставил у Н. А. Умова неприятное воспоминание. Новые взгляды не могли проложить себе путь в жизнь без боя. Оппоненты не смогли понять новых идей. Но из этих идей диссертант строго математически вывел несколько уравнений, которые в применении к конкретным случаям давали неоспоримо правильный результат. Например, он получил закон взаимодействия электрических зарядов, законы взаимодействия электрических токов, закон взаимодействия магнитных полюсов. Все эти законы были найдены раньше опытным путем.

После защиты магистерской диссертации Умов с 1872 по 1893 г. возглавлял кафедру математической физики в Новороссийском (ныне Одесском) университете. Здесь состоялась первая встреча Умова с великим русским ученым-материалистом И. М. Сеченовым, который был изгнан царскими властями из Петербургской медико-хирургической академии.

Решительно примкнув к Сеченову, Умов до последних дней своей жизни рука об руку с ним вел борьбу против мистико-религиозной идеологии господствующих классов царской России, за материалистическое направление в естествознании, за приоритет русской науки.

В Одессе Умов установил тесную связь также с такими выдающимися русскими учёными, как И. И. Мечников, А. О. Ковалевский, В. В. Марковников и др.

Во время заграничной поездки в 1875 г. Н. А. Умовым была представлена известному физику Кирхгофу работа на тему "О стационарном движении электричества на проводящих поверхностях произвольного вида". До Н. А. Умова эта задача решалась лишь для различных частных случаев. Сам Кирхгоф решил её для плоскости, знаменитый физик Больцман - для сферы и круглого цилиндра. Н. А. Умов дал её решение в самом общем виде. Весьма трудная задача, не поддававшаяся усилиям таких учёных, как Больцман и Кирхгоф, была разрешена Н. А. Умовым просто и изящно. Результаты, полученные Н. А. Умовым, Кирхгоф в видоизменённом изложении немедленно опубликовал в ежемесячнике Берлинской академии наук от своего имени, как часть своей работы, лишь упоминая в ней имя Н. А. Умова. Это весьма огорчило Н. А. Умова, и он не раз потом жаловался на это своим товарищам.

Начиная с 1886 г. Н. А. Умов, помимо теоретических исследований, стал интересоваться и экспериментальной физикой. Самая крупная экспериментальная работа Н. А. Умова посвящена явлениям оптической поляризации в мутных средах. Этими явлениями Н. А. Умов продолжал заниматься даже в самые последние дни своей жизни. В последние годы жизни Н. А. Умов выполнил ряд теоретических исследований, относящихся к вопросам геомагнетизма и теории относительности.

В 1893 году перешёл в Московский университет, где, будучи профессором физики, преподавал физику студентам-медикам и теоретическую физику студентам-математикам. Сеченов был первым, кто дружески встретил Умова в Москве. В автобиографии Умов писал, что и в этот период его жизни у него сохранились близкие отношения с Сеченовым. По приезде в Москву Умов ещё более укрепил связь со Столетовым, Тимирязевым, Жуковским, установил дружеские отношения также с такими выдающимися русскими учеными-материалистами, как Лебедев, Каблуков, Остроумов, Зелинский и др.

После смерти профессора А.Г. Столетова читает экспериментальную физику, возглавил кафедру физики. Вместе с П. Н. Лебедевым принял деятельное участие в составлении проекта и организации Физического института при университете.

В 1911 году, в знак протеста против реакционных действий министра просвещения Л.А.Кассо, вместе с группой передовых учёных (В.И. Вернадским К.А. Тимирязевым, Н.Д. Зелинским, П.Н. Лебедевым и др.) оставил университет. Работал в Московском обществе исследователей природы, которое возглавлял с 1897 года.

Блестяще владея математикой, он сумел решить ряд труднейших проблем теоретической физики, над которыми безуспешно бились выдающиеся учёные его времени. Он исследовал различные виды колебаний и волн, распространяющихся в среде с постоянной упругостью, детально изучил механизм возникновения упругих напряжений и деформаций в неоднородно нагретых телах.

Наиболее крупной работой Умова было исследование движения энергии в твёрдых средах. Ему удалось впервые решить задачу о распределении электрических токов по поверхности проводников любой геометрической формы. Занимался вопросами земного магнетизма и оптикой непрозрачных сред.

Умов был не только блестящим теоретиком, но и талантливым экспериментатором, активным пропагандистом науки, популяризатором естественнонаучных знаний.

Задолго до А. Эйнштейна Умов обсуждал в своих работах формулу, выведенную немецким физиком Генрихом Шраммом, которая впоследствии была строго выведена (без какого-либо коэффициента k) Эйнштейном в специальной теории относительности (СТО). Он одним из первых русских учёных оценил значение СТО.

В 1910 году появилась первая работа Умова, посвящённая теории относительности, созданной Эйнштейном в 1905 году. Эта работа называлась "Единообразный вывод преобразований, совместных с принципом относительности". Спустя два года появилась новая его работа по тому же вопросу: "Условия инвариантности волнового уравнения".

По отзыву знаменитого русского учёного Николая Евграфовича Жуковского, эта работа Умова является лучшим математическим толкованием принципа относительности: "Подобно тому, как неевклидовская геометрия и геометрия многих измерений опираются на инвариантность обобщённого представления об элементе дуги, принцип относительности по Умову имеет своё математическое содержание в инвариантности волнового уравнения распространения света".

В своих работах Умов на основе конкретных материалов показал, что новейшие открытия физики раскрыли взаимосвязь между энергией и массой, нанесли удар по воззрениям старой физики, разрывавшей эти важнейшие понятия физической науки. В одной из своих работ Умов указывал: "В умах современных теоретиков эта энергия (т. е. энергия электромагнитного поля излучения) облеклась новыми, непредвиденными свойствами. Мы привыкли отождествлять гравитационную массу тела с его инерцией. Современное учение о лучистой электромагнитной энергии, по-видимому, раскалывает такое представление. Излучаемая энергия является составной частью массы тела. Излучение света уменьшает эту массу. Энергия лучей Максвелла является эквивалентной массе, как теплота и механическая энергия, и коэффициент эквивалентности представляется квадратом скорости света. Излучение переносит массу от тела излучающего к телу абсорбирующему".

Основное уравнение движения энергии, полученное Умовым, в математической (дифференциальной) форме фиксирует закон сохранения энергии. Именно в нем выражена основная мысль Умова о непрерывности энергии, о том, что энергия может распространяться, передаваться от одной точки среды к другой только непрерывно. Положение Умова о непрерывности энергии, о том, что энергия распространяется не только в определенном пространстве, но и в определенный промежуток времени, исключает всякую мысль о ньютоновском мгновенном дальнодействии.

Н. А. Умов был убежденным защитником материалистической идеи близкодействия в физике. Он считал, что тела взаимодействуют лишь, через посредство промежуточной материальной среды (в понятие среды Умов включал и различные силовые поля — электрическое, магнитное, поле тяжести).

Продолжая материалистическую линию Ломоносова, Умов писал: "Теперь идея о возможности взаимодействия между телами на расстоянии без посредствующей среды, всегда противная уму естествоиспытателя, оставлена наукой... Действие не передается через пустоту, а только через материю. Эта идея... оказалась в высокой степени плодотворной в области электромагнитных явлений".

Независимо от Максвелла Н. А. Умов доказал, что плотность энергии в любой точке поля прямо пропорциональна квадрату напряженности поля в той же точке.

Умов впервые ввёл в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии. Однако, не обобщил эти понятия на другие виды энергии, кроме энергии в упругих телах. В 1884 году понятие потока электромагнитной энергии ввёл британский физик Д. Г. Пойнтинг, используя для описания распространения энергии вектор, называемый в российской научной традиции «вектором Умова — Пойнтинга» (в западной научной традиции — «вектор Пойнтинга»).

В современной физике идеи и теория Умова о движении энергии получили полное признание. Они нашли широкое применение в теории поля, в электродинамике, оптике, акустике, гидродинамике, радиофизике.

Умов обращал особое внимание на то, что жизнь - это маловероятное событие Вселенной. А всякому маловероятному событию грозят чрезвычайные опасности. Его сохранение требует борьбы. Во имя этой борьбы совершается работа естествознания.

Задача охранения жизни подводит Н.И. Умова к выяснению будущих задач человечества. Законы мёртвой материи неуклонно твердят нам о гибели мира: гаснет солнце, слой вечного холода близко спустился к поверхности земли, через тысячу лет исчезнут запасы топлива. Но человек должен бороться с этой мрачной перспективой

В сущности, он и теперь поставил себя в такое положение, что естественный надел - право на воду, воздух, свет и тепло солнца - его не удовлетворяет. Ему мало естественного надела, он совершенствует пользование силами природы, создавая для себя вторую природу. Эта вторая природа, созданная творческим разумом, включает в себя способы освещения, передвижения, сношения людей между собой, замену физического труда работой механических приспособлений.

В 1913 г. в статье «Роль человека в познаваемом им мире» Николай Алексеевич писал о том, что забываются существенные вещи: наша Земля не есть беспредельная плоскость, а имеет вполне ограниченную, сравнительно небольшую поверхность всего около 37,5 тысяч вёрст в окружности; эта поверхность, по преимуществу являющаяся местом развития жизни, не обладает беспредельным и неизменно сохраняемым запасом энергии. Нам предстоит голод железа, нефти, угля благодаря тому, что наука не овладела ещё нашей атмосферой, и благодаря неизменно возрастающему приросту населения, вероятен голод хлеба: на очереди стоит изыскание способов увеличения производительности уже известных источников пищи и отыскания новых.

В 1918 г. в статье «Задачи техники в связи с истощением запасов энергии на земле» Н.А. Умов пишет, что до грозного срока истощения запасов энергии, сейчас известных человеку, ещё целая тысяча лет. За это время человеческий разум, освобождающийся от пут физического труда, должен непременно разгадать тайну, каким образом заставить материю отдать энергию, связанную с ней.

Он был убеждён в том, что «для правильного решения социальных вопросов недостаточно одного знакомства с политическими учениями, но... нужно ещё уметь правильно читать в книге природы. Только встав на более широкую точку зрения, можно увидеть объективно освещенными те явления социальной жизни, которые для нас, её участников, слишком жгучи и болезненно захватывают наши чувствования.

Н.А.Умов выдвинул концепцию антиэнтропийной сущности жизни. Фундаментальным свойством живой материи считал «стройность», способность к самоорганизации, к собиранию и концентрации энергии, стремящейся в естественных природных циклах к затуханию, дезинтеграции, рассеянию.

Сущность жизни, смысл эволюции, считал Умов - в преобразовании нестройных, хаотических движений в стройные, в повышении «качества стройностей в природе», что сообщает развитию векторный, восходящий характер. Усложняя и совершенствуя нервную систему новых видов, эволюция движет «живое от автоматизма к сознанию».

Человек, высшее ее создание, обладая разумом и нравственным чувством, сознанием идеала и способностью к целенаправленной творческой деятельности, заключает в себе и высший из доселе достигнутых уровень стройности.

Не удовлетворяясь «естественными предложениями» природной среды, он стремится к улучшению внешнего мира, к созданию в нем «второй», более совершенной природы. В технике и искусстве, в механизмах и архитектурных сооружениях, во всей разносторонней и многообразной деятельности человека бессознательные и нестройные движения претворяются в сознательные и стройные; в круг регулируемых, антиэнтропийных процессов вовлекается уже не только живое, но и мертвое, косное вещество.

«Третий закон термодинамики», закон стройности и организации, действующий, по мысли Умова, в области жизни и сознания, через человека расширяет свой предел применимости, стремится стать всеобщим, универсальным законом.

В отличие от Циолковского, считавшего, что жизнь буквально кишит в космосе, Умов был убежден в единственности и уникальности жизни на планете Земля. Во Вселенной масса живого вещества совершенно ничтожна, однако, раз возникнув, жизнь стремится удержаться в бытии и создает разум как орудие дальнейшего своего развития. Именно «разум во всеоружии научного знания», человеческое творчество, утверждающее все большую власть духа над материей, над стихийными процессами природы, способны снять «с жизни облик преходящего момента в эволюции нашей планеты», только они в полной мере служат «величественной задаче»: «охранению, утверждению жизни на земле».

Люди не знают или не придают значения тому, что неизменные и скрытые от нас движущие силы, подобные тем, которые из микроскопической капли вещества производят разумного человека, действуют и в человеческом обществе и во всём живом мире. Из закона эволюции следует, что человечеству пора переходить от морали зоологического homosapiens: ходячей, начертанной на скрижалях Моисея, в евангельских заповедях, в учении Будды, - к другой морали homo sapiensexplorans (человек разумный исследующий), девиз которого «Твори и созидай!».

«Пролетариату мысли и воли, несущему знамя научного творчества, а не пролетариату физического труда, принадлежит с нынешнего века, всемирно-историческая миссия, - писал Н.А. Умов - ... Не в подрываемом человеческим творчеством лозунге «продукт труда должен принадлежать обрабатывающему» кроется разрешение бедствий человеческой жизни, а в увеличении человеческим творчеством богатства второй природы, измененного вне человека, и в приобщении возможно большей части рода человеческого к царству мысли и воли».

Онтология (раздел философии, изучающий фундаментальные принципы бытия) Умова неразрывна с этикой. Само возникновение нравственного чувства явилось, по его убеждению, следствием упорядоченности живого вещества, совершенствования и усложнения психики в процессе эволюции. Грех и зло - своего рода уклонения от эволюционной прямой, лазутчики энтропии в потоке живого вещества. Совесть - верховный уровень стройности и в качестве такового является мощным орудием эволюции, упорядочивая хаотические душевные вихри, ведя борьбу с атавистическими проявлениями в психике человека, к которым относится и эгоизм.

Очень живо обрисовал образ Н. А. Умова поэт-символист Андрей Белый (Борис Николаевич Бугаев), бывший студент физико-математического факультета Московского университета. Он вспоминал: "…из всех профессоров он был самый блестящий лектор по умению сочетать популярность с научной глубиной. Умов был не только философ, но и бард физики; он заставил меня на всю жизнь с глубоким трепетом прислушиваться к развитию физической мысли". Отмечая исключительные педагогические способности Н. А. Умова, он следующим образом описывал, как Умов "всходил на кафедру: сверкать умом, жизнью, блеском, срывать голубой покров неба и показывать коперниковскую пустоту в величавых жестах и в величавых афоризмах, которые он не выговаривал, а напевно изрекал, простёрши руки и ставя перед нами то мысли Томсона, то мысль Максвелла, то свою собственную: "На часах вселенной ударит полночь"... Пауза. "Тогда начнётся - час первый"... Или: "Мы - сыны светозарного эфира"... Он любил пышность не фразы, а углублённой мысли, к каждой долго подбирал образ... И образы его были крылаты... и ставились они перед сознанием нашим всегда неожиданно, при демонстрации очень помпезно обставленного опыта. Он любил помпу в хорошем смысле и поражал наше студенческое воображение.

Никогда не забуду, как однажды по взмаху его руки упали все занавески в физической аудитории: мы остались во мраке; вспыхнул луч проекционного фонаря; с потолка спустилась верёвка с гирей, которую раскачали тут же; и мы внятно тогда увидели на экране появление тени и отлетание тени; а мрак пропел голосом Умова: "Мы присутствуем при вращении Земли вокруг оси".

А как он готовил нас к событию обнародования трёх принципов Ньютона! И, подготовив, вывесил гигантский плакат с аршинными буквами ("принципы или законы движения"); войдя, мы ахнули, а он, подхвативши наш "ах", с великолепной простой, но образно, скрыл нам ньютонову мысль...

Умов был вдохновителем и интерпретатором высокой научной мысли.

Высокий, полный, седой, с огромным челом, с развивающимся "саваофовыми" власами, с прекрасной седой бородой и с мечтательными голубыми глазами, воздетыми горе, с плавной дирижирующей каким-то кием рукой, - кием или жезлом, которым он показывал то на доску, то на машины, приводимые в движение тоже в своё время знаменитым асистентом Усагиным, он пел, бывало и некое - "да будет свет" слетело с его уст.

Кому хоть раз приходилось видеть величественную фигуру Н. А. Умова, его кудлатую голову льва с отяжелевшими веками глаз; кто хоть раз заглядывал в них и был овеян мудростью и голубою ласковостью их; кто слышал слово его, тот на всю жизнь уносил в памяти образ этого большого человека, учёного и философа, умевшего гармонично сочетать в себе все красоты жизни - науку, мудрость и искусство. Николай Алексеевич Умов был нравственно цельным и законченным человеком, действовавшим только так, как подсказывали ему его совесть и разум. Никакие косвенные соображения не могли поколебать его принципов и заставить поступать вопреки его собственным взглядам и убеждениям. Служение науке для него было высшим долгом".

В своих лекциях он чудно одушевлял дыханием живой, образной речи даже наискучнейшие, уныло-специальные вопросы физики и, как маг и волшебник, разворачивал перед восторженными слушателями, студентами Новороссийского (Одесского), а затем Московского университетов, великую “драму-мистерию” естествознания. Умов был замечательным, оригинальным учёным, поистине энциклопедистом в физике. По словам его ученика и биографа Н. А. Бачинского, труды Николая Алексеевича “относятся ко всем отделам физики и нередко захватывают и сферу сопредельных наук, как то: механики, астрономии, метеорологии и химии”. Умов был основателем учения о локализации и движении энергии, занимался термомеханическими явлениями в упругих твердых телах. Есть у него работы по объяснению эффектов относительности при физических наблюдениях, экспериментальному изучению поляризационных свойств света, рассеянного мутными средами, земному магнетизму и т.д.

Научная деятельность Н.А.Умова не ограничивалась лекциями, теоретическими и экспериментальными исследованиями. К примеру, в Одессе в течение ряда лет он состоял членом комитета, а затем делопроизводителем так называемых Когановских учреждений, предоставлявших дешевые квартиры «лицам и семействам, посвятившим себя труду, но по не зависящим от них обстоятельствам впавшим в бедность». На протяжении всей жизни Н.А.Умов оказывал поддержку и выступал в защиту студентов. Ученики вспоминали: «Он хлопотал за нас; тем, перед кем закрылись университетские двери, помог своей рекомендацией поступить в заграничные университеты. Он волновался и беспокоился за нас, как за своих родных детей».

Умов участвовал в организации различных научных обществ, в течение 18 лет (1897-1915) возглавлял Московское общество испытателей природы. Как выдающийся педагог, в 1902 г. Н.А.Умов был избран председателем Педагогического общества при Московском университете. В 1913 г. был избран почётным членом Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии, в 1912-1914 гг. – председателем и почётным членом Московского общества изучения и распространения физических наук. В 1896 г. Н.А.Умов представлял Московский университет и Московское общество испытателей природы на юбилейных торжествах по случаю 50-летия научной деятельности знаменитого английского физика В.Томсона (Кельвина). Ряду делегатов, в том числе и Н.А.Умову, за особые научные заслуги, была присуждена научная степень доктора прав Глазговского университета.

Николай Алексеевич Умов в 1900-е годы провёл анализ многих формул Гаусса в теории земного магнетизма, что позволило определить вековые изменения магнитного поля Земли.

Помимо работ чисто научного характера, Н.А. Умов написал очень много статей по истории физики, по вопросам философии, морали, вопросам преподавания естествознания в школе и т. д. В этих статьях Умов предстаёт как блестящий стилист, остроумный и глубокий, прекрасно владеющий материалом и умеющий зажечь в читателе любовь к науке и восхищение перед её успехами.

Ко всем своим многочисленным обязанностям Н.А.Умов не относился чисто формально или как свадебный генерал. Он старался быть всегда в курсе дел, приносить определённую пользу. Так, он отстаивал приоритет в изобретении трансформатора физика-самоучки И.Ф.Усагина. Он привлекал к работе в обществах молодых физиков и химиков, укреплял связи обществ со многими зарубежными научными обществами, расширил обмен печатными изданиями.

Умов писал: "… высшая культура состоит в том, что люди не только живут, но и оправдывают свою жизнь!" Его собственная жизнь убедительно подтвердила справедливость этой мысли.

Об Н.А. Умове знают гораздо меньше, чем он заслужил. Характерным является следующий факт. В широко известном многотомном курсе физики проф. О.Д. Хвольсона, где приняты во внимание работы даже третьестепенных иностранных учёных, имя Н.А. Умова отсутствует. Передовые идеи Н.А. Умова, опередившие зарубежную науку, не могли быть восприняты и не были восприняты в силу преклонения перед культурой Запада.

Ярым противником материалистического учения Умова о движении энергии выступил в то время профессор Новороссийского университета матерый идеалист К.И. Карастелёв, утверждавший, будто бы работы Умова и в особенности его докторская диссертация лишены какого бы то ни было научного смысла и представляют собой, якобы, простой набор математических формул.

Сорок лет своей жизни отдал Н. А. Умов делу науки и преподавания в университетах. Умова называли одним из самых ярких и привлекательных русских физиков конца XIX – начала XX веков. Имя Умова вошло в историю физики.

Умер Н. А. Умов в Москве 15 (28) января 1915 года от язвы желудка. Его похоронили на Ваганьковском кладбище, недалеко от могилы его друга И.М.Сеченова.