Дарвин Джордж Говард

 Сэр Джордж Говард Дарвин ( 9 июля 1845, Даун, Кент — 7декабря 1912, Кембридж) — английский и . Второй сын знаменитогоестествоиспытателя Чарльза Дарвина. Член Лондонского королевскогообщества (1879), а также ряда зарубежных научных обществ, в том числеиностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1907).Научные работы посвящены в основном небесной механике, теории приливов,космогонии, теории устойчивости вращающихся жидких тел.

Биография


Происхождение иобразование


 Джордж Говард Дарвин родился в деревне в графстве Кент. Он был вторымсыном и пятым ребёнком в семье знаменитого естествоиспытателя ЧарльзаРоберта Дарвина и Эммы Веджвуд, внучки основателя известной фирмы попроизводству гончарных изделий. Первые годы жизни Джорджа прошли в тихомДауне, где семья Дарвинов вела уединённую жизнь. Первоначальноеобразование он получил дома под руководством гувернантки. В августе 1856года он пошёл в грамматическую школу в Клэпхеме (Clapham GrammarSchool). Здесь было хорошо поставлено обучение математике иестественным наукам, за которое отвечал преподобный Чарльз Притчард,впоследствии профессор астрономии Оксфордского университета. Притчардсчитается одним из пионеров научного образования. Он, вероятно, сильноповлиял на будущие занятия и интересы Джорджа.
 В 1863 году Джордж Дарвин безуспешно пытался получить стипендию колледжаСвятого Джона (St. John's College) в Кембридже, а в следующемгоду поступил в Тринити-колледж, где изучал математику. Только в 1866году он получил стипендию из фонда колледжа. В связи с этим современникиотмечали, что математические способности и исследовательский талантДжорджа развивались медленно и проявили себя довольно поздно. ,учившийся вместе с Дарвином в университете, вспоминал: Мы всепризнавали, что он определённо находился высоко среди сдававших экзамены(Tripos), однако он не проявлял ничего из той колоссальнойэнергии и готовности взять на себя бесконечные беспокойства, которыехарактеризовали его впоследствии. Наоборот, он относился к своей работевесьма небрежно.
 В январе 1868 года Дарвин с отличием сдал заключительный экзамен поматематике, став вторым в списке сдававших (Second Wrangler), иполучил степень бакалавра искусств. Осенью он был избран членомТринити-колледжа. В Кембридже Дарвин близко сошёлся с братьями Артуром,Джеральдом и Фрэнком Бальфурами, а также с лордом Рэлеем, с которымподдерживал дружбу на протяжении всей жизни.

Проблемы со здоровьем. Возвращение внауку


 После окончания обучения в университете Дарвин решил прервать своюнаучную карьеру и занялся изучением юриспруденции. В 1874 году он былпринят в коллегию адвокатов (The Bar), однако решил вернуться ксвоим научным занятиям. Важной причиной для этого стало пошатнувшеесяздоровье: с лета 1869 года самочувствие Дарвина начало ухудшаться, ониспытывал проблемы с пищеварением, слабость и общий дискомфорт. Поездкина отдых (в 1872 году он побывал в Молверне и Хомбурге, а в начале1873 — в Каннах) не принесли ему облегчения. Лишь после обращения кизвестному врачу сэру Эндрю Кларку удалось добиться некоторогоулучшения, однако проблемы со здоровьем Дарвин испытывал всю оставшуюсяжизнь. Второй причиной возвращения в Кембридж был всё возраставшийинтерес к науке. В декабре 1870 — январе 1871 года он даже принялучастие в сицилийской экспедиции по наблюдению солнечного затмения.
 В октябре 1873 года Дарвин вернулся в Тринити-колледж. В это время оннаписал несколько полупопулярных работ на различные темы математики истатистики, но наибольшее внимание общества привлекла его статья обограничениях на свободу брака, рассмотренных с точки зрения евгеники.Статья была подвергнута суровой критике со стороны биолога , однако наеё защиту стали Томас Гексли и Чарльз Дарвин, которые разорвали всякиесвязи и отношения со своим противником. Вскоре Джордж Дарвинзаинтересовался проблемой геологического строения Земли и влияния нанего приливов и отливов с прицелом на математическое описание вопросовкосмогонии. Работа в этой области сблизила его с Уильямом Томсоном(лордом Кельвином), которого он считал своим учителем и другом. Стоитотметить, что после возвращения на работу в Кембриджский университетДарвин 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.

ВКембридже


 Успешная научная работа стала поводом для выдвижения Дарвина в ноябре1877 года в члены Лондонского королевского общества. Он был избран виюне 1879 года. В это время он не занимал никакой официальной позиции вуниверситете, годом ранее истёк срок его членства в Тринити-колледже. Вянваре 1883 года он был избран профессором астрономии иэкспериментальной философии (Plumian Professor of Astronomy andExperimental Philosophy), а в июне того же года вновь стал членомТринити-колледжа. Он читал лекции по прикладной математике, принималучастие в работе различных университетских советов и объединений, в томчисле 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 гугенотскойсемьи, перебравшейся из Франции в Америку в начале XVIII века. Онаприехала в Кембридж погостить у своей тёти. В июле следующего года вгороде Эри (Пенсильвания) состоялась свадьба. В марте 1885 года Дарвинприобрёл дом Newnham Grange, расположенный на берегу реки Кэм. Внём он прожил со своей семьёй до конца жизни. (Сейчас здесьрасполагается один из университетских колледжей — колледж Дарвина, см.Darwin College.) У Джорджа и Мод было пятеро детей, четверо изних дожили до взрослого возраста. Один из сыновей, Чарльз Галтон Дарвин,также стал учёным, членом Лондонского королевского общества. Старшаядочь, , была известной художницей-ксилографом.
 Среди спортивных предпочтений Дарвина был прежде всего королевскийтеннис, которым он увлекался ещё со студенческих пор. Он забросил своизанятия этим видом спорта в 1895 году, когда в результате удара мячомчуть не потерял левый глаз. В последние годы жизни он серьёзно увлёксястрельбой из лука, к которой относился с методичностью настоящегоучёного, начиная с выбора стиля стрельбы, положения головы и рук изаканчивая анализом результатов, приведшим его к критике традиционногоспособа подсчёта очков.

Административная деятельность. Последниегоды


File:Sir George Howard Darwin by Mark Gertler1912.jpg\textbarthumb\textbarright\textbar192px\textbar
 Джордж Говард Дарвин\\ Портрет кисти М. Гертлера (1912)Met Office'').Основной задачей, которая стояла перед руководством метеослужбы (в неговходили, помимо Дарвина, такие видные учёные как Джордж Стокс и ФрэнсисГальтон), было формирование физических основ и разработка математическихметодов прогнозирования погоды, которое носило в то время почтиисключительно эмпирический характер. Дарвин активно включился в этуработу, тем более что одним из основных подходов было применение крезультатам наблюдений на метеостанциях гармонического анализа, вкотором он был признанным специалистом. Вплоть до своей смерти оноставался одним из основных экспертов по физическим и математическимвопросам в метеослужбе, хотя и не внёс никакого формального вклада вметеорологическую литературу.
 В мае 1904 года Дарвин был избран президентом Британской ассоциации (см.British Science Association) и возглавлял её во времяюжноафриканского съезда в следующем году: в августе он прибыл вКейптаун, посетил Дурбан, Питермарицбург, Йоханнесбург, Блумфонтейн идругие города, поучаствовал в открытии моста через водопад Виктория нареке Замбези (см. Victoria Falls Bridge) и, наконец, в октябревернулся в Англию через Суэц. Осенью того же года он был удостоенрыцарского звания и награждён орденом Бани.
 Дарвин являлся членом Королевского астрономического общества с 1879 годаи его президентом в 1899—1900 годах. Дважды он занимал пост президентаКембриджского философского общества (в 1890—1892 и 1911—1912 годах).Дарвин являлся консультантом государственной топографической службы (см.Ordnance Survey), проводившей важные триангуляционные,гравитационные и геодезические измерения в Индии и Африке. В 1898 годуон был назначен британским представителем в Международной геодезическойассоциации, принимал участие в её съездах (в 1907 году был избран еёвице-президентом), выступал за активное международное сотрудничество впроведении широкомасштабных исследований, в частности позволившеесоединить через Памир русские и индийские триангуляции. В августе 1912года Дарвин был избран президентом пятого Международного конгрессаматематиков, проходившего в Кембридже. В это время его здоровье уженачало стремительно ухудшаться. Проведённая через некоторое времядиагностическая операция показала, что он страдал от злокачественнойопухоли. Он умер 7 декабря 1912 года и был похоронен в Трампингтоне,Кембридж.

Личныекачества


 Современники неоднократно отмечали простоту Дарвина в общении,романтический и даже отчасти детский взгляд на мир, готовность безраздумий прийти на помощь. Гвен Раверат, его дочь, вспоминала: Всё вмире было интересным и удивительным для него, а он мог заставить другихлюдей почувствовать это. У него была страсть отправляться куда угодно исмотреть что угодно, изучать каждый язык, узнавать технические деталилюбой профессии, и всё это явно не с точки зрения учёного иликоллекционера, а с глубоким чувством романтики и интереса ко всемувокруг\ldots Все виды войн и битв интересовали его, и, я думаю, онлюбил стрельбу из лука скорее потому, что она была проникнутаромантикой, чем потому, что это была игра.
 Простота и даже наивность Дарвина были следующим образомохарактеризованы его племянником Бернардом: Он был готов принятьприятность и вежливость других людей в их видимом значении и необесценивать их. Если они, казалось, рады видеть его, он верил, что онирады. Если ему нравился кто-либо, он верил, что и он ему нравится, и небеспокоил себя сомнениями, действительно ли он нравится людям.
 Дарвину были свойственны огромное трудолюбие и терпеливость,ответственное отношение к работе, скромность в оценке собственноговклада в науку и глубокое понимание того, что должно быть сделано именнов данный момент. Лорд Мултон писал: \ldotsон говорил мне неоднократнов последние годы, что он питал отвращение к арифметическим вычислениям,и что эти расчёты были скучны и мучительны для него, как и для любогодругого человека, но что он понимал, что они должны быть проведены, ичто невозможно заставить кого-то ещё делать их.

Научнаядеятельность


Общиезамечания


 В основе научной работы Дарвина, несмотря на разнообразие её направленийи 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 ярковыраженный прикладной характер. Своей целью он видел не разработкуматематического метода решения той или иной проблемы, а достижениеконкретного результата, который мог бы приблизить его к пониманиюприродных или астрономических процессов. По этой причине он неограничивал себя поиском аналитического решения поставленной задачи ипри необходимости брался за проведение трудоёмких и длительныхвычислений, если это обещало принести важные научные плоды. В своейработе Дарвин всегда отдавал предпочтение количественным результатамперед качественными оценками. Несмотря на то, что не все его исходныегипотезы и предположения были достаточно убедительно обоснованны,стремление к получению количественного результата в каждом случаеоказало огромное влияние на научную методологию того времени. Как писалЭрнест Уильям Браун, ученик Дарвина, Демонстрация необходимостиколичественного и всестороннего анализа проблем космогонии и небесноймеханики была, пожалуй, одним из его основных вкладов в науку\ldotsХотя выдвижение предположений и формирование новых гипотез должныпродолжаться, однако малый вес ныне имеют те из них, которые обоснованытолько лишь общими рассуждениями\ldots В этом отношении, даже если нетникаких иных причин, работа Дарвина отмечает целую эпоху.
 В некрологе, посвящённом Дарвину, лондонская «Таймс» такохарактеризовала его исследовательскую манеру: Он не проявил особыхспособностей в изобретении новой аппаратуры или выборе элегантныхметодов; его проблемы были решены «лобовой атакой», преодолением ихсопротивления с полной решимостью.

Ранниеработы


 Первые научные работы Дарвина, появившиеся в 1875 году, ещё не былиобъединены общей идеей или целью. В них он рассмотрел некоторыеособенности описания эквипотенциальных линий, дал графический методвычисления второго эллиптического интеграла и построениякартографической проекции на грань многогранника.
 В следующем году он написал первую по-настоящему важную работу, вкоторой обратился к проблеме влияния геологических изменений наположение земной оси. Математически рассмотрев эту задачу при различныхпредположениях и начальных условиях, он показал, что геологическиепроцессы не могут быть существенным фактором изменения положенияполюсов. Эта работа привлекла большое внимание и позволила значительносократить число гипотез о геологическом прошлом Земли, бытовавших в товремя. Лорд Кельвин выступил с докладом о результатах Дарвина передЛондонским королевским обществом. Эта работа подтолкнула его к занятиямвопросами космогонии, которая стала главной темой его последующейнаучной деятельности.

Приливное трение икосмогония


 Поскольку геологические изменения не могут привести к смещению положенияземной оси, Дарвин предположил, что её наклон есть результат действияприливов на подвижные части Земли. Для создания математических основэтого процесса в 1879 году он рассмотрел приливные деформации вязких иполуупругих сферических тел, поведение материала которых зависит отхарактера прилагаемой к нему силы. Он показал, что вязкость приводит кзначительному уменьшению амплитуды приливов и их задержке по фазе.Сравнивая с данными о приливах земных океанов, Дарвин пришёл к выводу обольшой эффективной жёсткости Земли как целого.
 В следующей статье, вышедшей в том же году, Дарвин изучил вращениевязкого сфероида (Земля) в условиях приливного влияния как одиночного(Луна), так и пары соседних тел (Луна и Солнце). Оказалось, чтоустойчивое положение оси вращения такого сфероида зависит от вязкости,например, при малых значениях вязкости (что могло бы соответствоватьдревнему расплавленному состоянию Земли) нулевой наклон оси оказываетсянеустойчивым, тогда как устойчиво положение с некоторым достаточнобольшим наклоном. Рассмотрев далее влияние приливов в системе Земля —Луна, Дарвин показал, что они приводят к постепенному увеличениюрасстояния между этими телами и возрастанию периода обращения Лунывокруг Земли и Земли вокруг своей оси. Проследив эти изменения на многомиллионов лет в прошлое, он рассчитал, что Луна должна быларасполагаться намного ближе к Земле, чем сейчас. Это привело его кпредположению, восходящему к небулярной гипотезе Лапласа, что Земля иЛуна некогда образовывали единое вращающееся тело, которое находилось внеустойчивом состоянии равновесия, что привело в конечном итоге к егораспаду. Причиной неустойчивости, согласно Дарвину, могла бытьсинхронизация солнечного прилива с периодом собственных колебаний этогоединого тела.
 На первом этапе изучения ранней истории системы Земля — Луна(1879—1882) Дарвин обратился к поведению уже распавшейся системы отмомента, когда тела почти соприкасались, до того времени, когда ихдвижение стало подобно современному движению Земли и Луны. При этомудалось получить, исходя из некоторых начальных условий, современныезначения продолжительности дня и месяца, наклона земной оси, наклона иэксцентриситета лунной орбиты. Попытки использовать данный подход кописанию других систем спутников и Солнечной системы в целом показали,что приливы не играют, как правило, столь существенной роли, как всистеме Земля — Луна. На втором этапе Дарвин рассмотрел форму почтисоприкасающихся тел, возмущаемую приливными силами, и, пойдя ещё дальше,рассчитал форму единого тела. Это привело его к задаче о фигурахравновесия жидких тел (сфероид Маклорена, эллипсоид Якоби, объектгрушевидной формы), эволюция которых была изучена незадолго до этогоАнри Пуанкаре. В начале XX века Дарвин развил метод эллипсоидальногогармонического анализа и применил его к проблеме устойчивости жидкихгрушевидных фигур.
 В одной из своих работ Дарвин обратился к другой популярной в то времягипотезе происхождения Солнечной системы — гипотезе планетезималей. Онуказал, что гипотеза о росте планет в результате агрегации малых масс(«метеоритов») при столкновениях является более вероятной, чемпредставление о возникновении целых планет из газовой туманности, однакоэта метеоритная гипотеза не может объяснить распределение планет испутников по орбитам. Далее он показал, что при определённых условияходин и тот же результат может быть достигнут, если начальным пунктомразвития является как туманность, так и совокупность метеоритов,слипающихся при столкновениях.

Практическое изучениеприливов


 Ещё в начале своей научной карьеры Дарвин был привлечён к работеспециального комитета Британской ассоциации, занимавшегося анализомнаблюдений приливов с целью их предсказания. В качестве основногоинструмента он использовал гармонический анализ и сумел разработатьметодику предсказания величины и времени приливов для различныхвариантов полноты данных — регулярных наблюдений, коротких серийнерегулярных наблюдений, наблюдений только максимумов и минимумов уровняводы и т. д. Для ускорения многочисленных однообразных арифметическихвычислений он предлагал использовать различные счётные устройства. В1891 году он прочитал традиционную Бэйкерианскую лекцию (см.Bakerian Lecture), которую посвятил проблеме предсказанияприливов и в которой дал метод составления специальной таблицы длявычисления времени их наступления. Дарвин также занимался анализомнаблюдений приливов в Антарктике, проведённых экспедицией Роберта Скоттана корабле «Дискавери». Большую общенаучную важность имело исследованиетак называемых двухнедельных приливов, которое позволило учестьраспределение воды и суши и рассчитать жёсткость Земли как целого,которая оказалась сравнимой с жёсткостью стали.
 Дарвин является автором нескольких популярных сочинений о приливах, вчастности он написал соответствующую статью в энциклопедии «Британника».Широкую известность приобрела книга, изданная по итогам курса лекций,прочитанных в Институте Лоуэлла в Бостоне (см. Lowell Institute)в 1897 году.

Небеснаямеханика


 В области небесной механики интересы Дарвина были сосредоточены восновном на проблеме трёх тел. К концу XIX века эта проблема былаподвергнута глубокому анализу в работах Джорджа Уильяма Хилла и АнриПуанкаре, что позволило с высокой точностью рассчитать движение Луны.Дарвин был не вполне удовлетворён приближениями, использованными Хилломи Пуанкаре (бесконечно большая масса Солнца и нулевая масса Луны посравнению с массой Земли), и в исследовании, предпринятом после 1893года, рассмотрел случай спутника с конечной массой. Проведя тщательныечисленные расчёты, Дарвин обнаружил новые семейства периодических орбитв такой тройной системе и проанализировал их на предмет устойчивости.

Награды



  • Медаль Телфорда Института гражданских инженеров (1883)
  • Королевская медаль (1884)
  • Бейкеровская лекция (1891)
  • Золотая медаль Королевского астрономического общества (1892)
  • Рыцарь-командор ордена Бани (1905)
  • Медаль Копли (1911)
  • Медаль Королевского географического общества (1912)
  • Почётные докторские степени Оксфордского, Дублинского, Пенсильванского, Московского, Гёттингенского университетов, университетов Глазго, Падуи, Христиании и Мыса Доброй Надежды
  • Почётный член научных обществ: Нидерландской академии наук, Бельгийского королевского общества, Ирландской королевской академии, Эдинбургского королевского общества, академии «Леопольдина», Академии деи Линчеи, Шведской королевской академии наук, Национальной академии наук США и т. д.
  • Член-корреспондент Прусской, Венгерской, Парижской, Петербургской академий наук и некоторых других обществ.

Основныетруды



  • \textbarавтор= G. H. Darwin. \textbarзаглавие= Tides \textbarссылка= http://www.1902encyclopedia.com/T/TID/tides.html \textbarиздание= Encyclopædia Britannica, Ninth Edition \textbarтип=\textbarместо=\textbarиздательство=\textbarгод= 1875—89 \textbarвыпуск=\textbarтом=\textbarномер=\textbarpages=\textbarisbn=\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Problems connected with the tides of a viscous spheroid \textbarссылка =http://www.archive.org/details/problemsconnecte00darwrich \textbarместо = London \textbarиздательство = Harrison and Sons \textbarгод = 1879—1882 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = The tides and kindred phenomena in the solar system \textbarссылка =http://www.archive.org/details/tideskindredphen00darwuoft \textbarместо = Boston \textbarиздательство = Houghton \textbarгод = 1899 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\} Издание на русском языке: \textbarавтор = Дж. Г. Дарвин. \textbarзаглавие = Приливы и родственные им явления в Солнечной системе \textbarссылка =\textbarиздание= 2-е изд \textbarместо = М. \textbarиздательство = Наука \textbarгод = 1965 \textbarстраниц=\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Scientific papers: Oceanic tides and lunar disturbances of gravity \textbarссылка =http://www.archive.org/details/scientificpapers01darwrich \textbarместо = Cambridge \textbarиздательство = University Press \textbarгод = 1907 \textbarтом = 1 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Scientific papers: Tidal friction and cosmogony \textbarссылка =http://www.archive.org/details/scientificpapers02darwrich \textbarместо = Cambridge \textbarиздательство = University Press \textbarгод = 1908 \textbarтом = 2 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Scientific papers: Figures of equilibrium of rotating liquid and geophysical investigations \textbarссылка =http://www.archive.org/details/scientificpapers03darwrich \textbarместо = Cambridge \textbarиздательство = University Press \textbarгод = 1908 \textbarтом = 3 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Scientific papers: Periodic orbits and miscellaneous papers \textbarссылка =http://www.archive.org/details/scientificpapers04darwrich \textbarместо = Cambridge \textbarиздательство = University Press \textbarгод = 1911 \textbarтом = 4 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}
  • \textbarавтор = G. H. Darwin. \textbarзаглавие = Scientific papers: Supplementary volume, containing biographical memoirs by Sir Francis Darwin and Professor E. W. Brown, lectures on Hill's lunar theory, etc\ldots \textbarnodot=1 \textbarссылка =http://www.archive.org/details/scientificpapers05darwrich \textbarместо = Cambridge \textbarиздательство = University Press \textbarгод = 1916 \textbarтом = 5 \textbarallpages =\textbarisbn =\}\}