Реферат на тему: «Пьер Бугер».

Пьер Бугер
(16.02.1698 – 15.08.1758)
16 февраля 1698 года в маленьком приморском городке Круазик, расположенном на северо-западе Франции,родился физик,
астроном, геодезист, гравиметрист,гидрограф, крупный специалист по морскому делу, один из основоположников фотометрии Пьер Бугер.
Детство и юность Пьера протекали в портовых городах побережья Бискайского залива. Его
родители – Франсуаза Жоссо и Жан Бугер, королевский профессор гидрографии (в XVII веке должность соответствовала лицам на морской службе,
руководящим в коммерческих портах курсами по
подготовке к экзаменам будущих капитанов дальнего и каботажного плавания), оказали огромное
влияние на формирование творческого гения сына.
Пьер Бугер
URL: http://artsЖан Бугер был не только одним из наиболее выдаgraphiques.louvre.fr/images/d0209650-000.jpg
ющихся для своего времени знатоков теории и
практики морского дела, но и учёным – специалистом в области физикоматематических наук: написанный им полный курс навигации выдержал два издания (1698 и 1706).
В возрасте около десяти лет Пьера отдали учиться в закрытый иезуитский
коллегиум в Ванне – портовом городе, расположенном немного севернее его родного Круазика (в то время почти всё образование во Франции было в руках католического духовенства, уделявшего в своих интересах исключительное внимание педагогической деятельности). Срок обучения в нём исчислялся шестью годами, причём
первым классом считался самый старший. Уже в этом возрасте мальчик показал
свою талантливость: однажды один из преподавателей математики выдвинул на
уроке мало обоснованное математическое положение, а Пьер, тогда ученик третьего
класса, дерзнул его опровергнуть. Математик почувствовал себя оскорблённым и,
будучи уверенным в своём превосходстве над подростком тринадцати лет, пренебрежительно вызвал его на диспут, предполагая, что тот не примет этот вызов. Однако Пьер публично сразил своего противника и принудил его к молчанию. Этот
успех победителя был настолько чувствительным для побеждённого, что учитель не
смог перенести стыда и покинул город.
1
Пьер ещё не окончил обучения, когда умер отец, оставив ему и брату более
чем скромное состояние. 15-летний юноша решил занять должность, которую занимал отец. И это ему удалось! Пьер убедил Королевского профессора гидрографии
Обера проэкзаменовать его без всяких скидок на молодость. Проведённый экзамен
показал, что претендент имеет все основания для получения испрашиваемой должности. Однако, несмотря на всё его дарование, Бугеру-младшему было чрезвычайно
трудно исполнять её, ведь почти все ученики были гораздо старше своего учителя.
Но молодой преподаватель вносил в свои лекции столько мастерства, что быстро
снискал себе уважение и привязанность учеников. Всё немногое свободное от преподавания время он отдавал науке – физике, астрономии и морскому делу.
Вскоре внимание молодого учёного привлекли вопросы фотометрии, которыми занимался член Парижской Академии наук Жан-Жак де Меран, опубликовавший
(1721) доклад, связанный с влиянием потерь света в атмосфере от количества тепла,
поступающего к Земле от Солнца летом и зимой. Уже в своей первой работе по фотометрии 28-летний П. Бугер сумел решил задачу сопоставления освещения от
небесных светил путём применения свечей в качестве источника света сравнения
(1726).
В появлении следующего труда, посвящённого морскому делу, также сыграл
определённую роль де Меран: он предложил своим товарищам по Академии установить премиальную тему на 1727 год и объявить конкурс на лучшее исследование по
искусству ставить мачты на кораблях. Сочинение Бугера, признанное лучшим, получило награду, и было опубликовано в научном журнале «Journal des Savants» за
1728 год. За первым успехом последовали другие. Он получил награды Академии за
сочинения на тему о наилучшем способе наблюдать в море высоты светил (1729) и
склонение магнитной стрелки компаса (1731). Таким образом, уже первые его работы определили круг основных научных интересов Пьера на всю жизнь – это фотометрия, астрономия и морское дело.
В 1729 г. вышла книга П. Бугера «Опыт о градации света» («L'Essaid'оptique
sur la gradation de la lumiеre»), в которой впервые были сформулированы основные
положения фотометрии. Учёный первым исследовал уменьшение интенсивности
света при отражении. Он направлял под одинаковым углом свет от свечи на два зеркала и наблюдал одно изображение непосредственно, а другое после ещё одного отражения от третьего зеркала. Свеча смещалась до тех пор, пока интенсивность обоих изображений не начинала казаться одинаковой. С помощью такого оборудования
Бугер изучил отражающую способность различных веществ и влияние на отражение
угла падения лучей, определил потерю интенсивности при прохождении лучей через
среду, заметил также избирательное поглощение различных цветов в воздухе. В
своём труде автор описал способы измерения света и их применения, в частности, к
2
сопоставлению света Солнца и Луны, измерению потерь света при его прохождении
через атмосферу и морскую воду. Второй, третий и четвёртый разделы книги он посвятил установлению экспоненциального закона убывания интенсивности светового
потока при его прохождении через поглощающую среду (ныне закон Бугера–
Ламберта–Бера) и рассмотрению следствий из него. В последнем пятом разделе
книги этот закон применялся к случаю прохождения света через среду с неравномерной плотностью и, в частности, через атмосферу. На последних страницах книги
была приведена таблица воздушных масс, пронизываемых светом небесных тел при
разных их возвышениях, и вызываемого этими массами ослабления света. После
смерти учёного эта работа, только значительно более широкая по содержанию, была
издана под названием «Оптический трактат» (1760). Здесь им введены такие основные фотометрические понятия, как «световой поток», «сила света источника»,
«освещённость» и «яркость».
В 1730 году П. Бугер был переведён из провинциального Круазика на должность королевского гидрографа в Гавр – крупный порт у устья Сены. Этот переезд
приблизил учёного к Парижу, и 5 сентября 1731 г. Академия наук ввела его в свой
состав на вакантное место геометра со званием associe (основное рабочее ядро Академии того времени составляли «пенсионеры»: три геометра, астроном, механик,
анатом, химик, ботаник, секретарь и казначей; следующую группу составляли двадцать associe («присоединённых»): по два на каждую из указанных шести секций).
Новоиспечённый кандидат в академики представил научному миру прекрасные мемуары по астрономии, механике и строительному делу. Как математик он первым
рассмотрел специальные плоские кривые, так называемые кривые преследования
(1732), или линии погони, которые в настоящее время имеют широкое применение в
автоматике. Символы нестрогого сравнения ≥ и ≤ приобрели современный вид также благодаря ему.
В 1734 он выставил на конкурс свою работу, объясняющую причину наклона
планетных орбит к солнечному экватору и приведшую к установлению закона
ослабления света. Заметный след в истории науки оставил также второй из представленных Бугером в этом же году мемуаров, а именно о форме, которую должны
были принять Земля и другие планеты под влиянием силы тяжести. Эта статья, посвящённая необходимым и достаточным условиям равновесия вращающейся жидкой фигуры, привлекла внимание многих крупнейших учёных, в том числе Х. Гюйгенса и И. Ньютона, а окончательное и строгое разрешение получила лишь в трудах
русского учёного А.М. Ляпунова (1892).
В тридцать семь лет Пьер Бугер вошёл в основное рабочее ядро членовпенсионеров Парижской Академии наук (1735). Произошло это благодаря включению его в состав экспедиции, целью работы которой было измерение длины градуса
3
меридиана – учёный мир хотел знать, какова форма Земли, насколько она отлична
от сферы, сжата ли у полюсов или у экватора и насколько? Кроме того, предстоящие
геодезические измерения должны были или утвердить ньютонианскую систему мира, окончательно сокрушив картезианскую, или показать неправильность космологии Ньютона, основанной на действии сил тяготения. Измерения решено было проводить в возможно далеко отстоящих по широте точках земного шара. Одна из экспедиций, куда вошёл П. Бугер, направлялась в экваториальную Америку, в Перу;
другая – на крайний север, в Лапландию. Для них были специально изготовлены
первоклассные по тому времени приборы, необходимые для измерения расстояний
при триангуляционных работах и проведения параллельных астрономических обсерваций. Каждая экспедиция брала с собой один из двух железных полированных
жезлов по одному туазу (1,949 м) длиною, чтобы обеспечить единство мер. Местом
измерений учёные-путешественники избрали долину реки Квито в Перуанских Кордильерах Южной Америки, пересекающую почти под прямым углом экватор, вблизи Кито – теперешней столицы республики Эквадор.
Решение поставленной задачи требовало от её участников немалого мужества.
Триангуляционные работы производились в горных условиях, на высотах 2,5 км и
более. Им мешали постоянные нападения индейцев, которые разрушали проложенные по меридиану тригонометрические знаки – цепь из 32 каменных треугольников,
протянувшуюся более чем на 3°, и пирамиды на опорных точках. В течение 9 лет
жизнь учёного и его коллег подвергалась опасности и во время труда, и в немногие
часы отдыха. Тем не менее, измерения были успешно завершены и вместе с работами Лапландской экспедиции и новыми измерениями в самой Франции окончательно
установили сжатие земного шара и определили точно степень этого сжатия. Для
длины 1° меридиана были получены следующие данные:
Лапландия – 57 422 туаза (111,915 км), Франция – 57 084 туаз (111,257 км), Перу –
56 748 туаз (110,602 км).
В 1936 году в честь 200-летия французской экспедиции возле Кито построен
мемориальный комплекс. Он стоит как раз на линии, которую французские учёные в
XVIII веке приняли за нулевую широту, или экватор. Здесь туристы фотографируются, стоя одной ногой в северном полушарии, а второй – в южном (последние данные с использованием системы глобального позиционирования GPS, показывают,
что настоящая линия экватора проходит в 300 метрах севернее монумента). Возле
монумента «Середина мира» установлены бюсты участников экспедиции.
Работы Бугера и его коллег по экспедиции не ограничивались только градусными измерениями. В его мемуарах, регулярно пересылаемых во Францию, описано и множество других, зачастую новаторских, экспериментов. Академики П. Бугер
и Ш.М. де-ла-Кондамин предприняли непосредственную попытку измерения массы
4
и средней плотности Земли при помощи маятника – свинцовой чечевицы, подвешенной на нити из алоэ. Период колебания определялся путём одновременного
наблюдения взятых из Франции астрономических часов, что позволяло найти ускорение силы тяжести (мемуар «О длине маятника в жарком поясе»).
Им было выполнено также исследование, рассматриваемое как один из истоков гравиметрии. Учёный первым экспериментально доказал гипотезу И. Ньютона
об отклонении отвесной линии вследствие её притяжения горой. Для этого он выбрал две точки, лежащие на одной параллели к югу от потухшего вулкана Чимборазо (6272 м над уровнем моря), одна из которых находилась на меридиане, проходящем через предполагаемый центр тяжести этой горы, другая – значительно западнее. Наблюдения и вычисления показали, что хотя обе точки и лежат на одной параллели сфероида, однако их астрономические широты из-за притяжения горы различаются почти на 8". На такой угол отклонялся отвес в сторону к горе, когда Бугер
проводил наблюдения на её склоне. Формула Бугера для редукции силы тяжести
(аномалия силы тяжести Бугера) и поныне широко используется в гравиразведке,
поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.
Оценка дальности видимости покрытой снегами вершины Чимборазо позволила ему выполнить расчёты воздушной дымки и рассеяния света воздухом. Здесь
он наблюдал миражи и очень редкий вид гало – совершенно неокрашенный белый
круг без дополнительных дуг, расположенный вокруг антисолярной точки радиусом
35–38° (гало Бугера), о происхождении которого до сих пор ведутся споры. Пьер Бугер был первым исследователем, практически применившим барометрическую формулу Галлея для определения высоты гор. Он совершил с барометром множество
восхождений на наиболее высокие из доступных вершин Перуанских Кордильер для
того, чтобы изучить изменение давления с высотой. После этого спускался к Тихому
океану и проводил полтора месяца на пустынном острове, с которого измерял высоты над уровнем моря тех вершин, на которых ранее проводились наблюдения. Учёный определял высоту облаков, внимательно изучал высоту линии вечных снегов.
Проведённые наблюдения астрономической и земной рефракции, сопоставление их
в тропических и умеренных широтах и определение на разных высотах позволили
ему в дальнейшем создать полезную для астрономии теорию рефракции. Наблюдения над расширением и сжатием металлов при резких перепадах температуры в
Кордильерах послужили предметом отдельного мемуара по этой теме.
Результаты проведённых в Перу исследований были изложены Пьером Бугером в докладе на открытом собрании Академии 14 ноября 1744 года. В 1749 г. увидел свет его большой труд «Фигура Земли, определённая наблюдениями г.г. де-лаКондамина и Бугера», посвящённый описанию, по словам М.В. Ломоносова, «многотрудных наблюдений астрономических и измерений геометрических».
5
Путешествие, потребовавшее переходов через океан, ещё больше усилило его
неизменный интерес к мореходному искусству. Всё остававшееся свободным время
в годы экспедиции в Перу учёный работал над сочинением «Трактат о корабле, его
построении и его движении». Этот объёмный труд – свыше 700 страниц большого
формата, который принято считать первым учебником по теории корабля, – был издан в 1746 году. В нём Пьер Бугер разработал основы строгого учения о плавучести
и остойчивости корабля, их измерении, первым ввёл важное понятие о метацентре,
развил учение Ньютона о сопротивлении воды движению судна, решил многие другие вопросы мореходных качеств судна и проблемы обеспечения прочности корпуса. В 1747 г. он описал новую конструкцию глубоководного лага, с помощью которого можно было, не останавливая движения корабля, определять скорость относительно неподвижной воды на большой глубине (на том же принципе, но другого
устройства лаг был придуман М.В. Ломоносовым). Его более поздние работы –
«Новое сочинение по навигации, содержащее теорию и практику штурманского искусства» (1753) и «О маневрировании судов» (1757) также были посвящены теории
навигации и морской архитектуре. Существенное значение для астрономии имел
изобретённый им гелиометр – зрительная труба с двумя объективами для измерения
малых углов на небесной сфере, в частности, угловых диаметров Солнца и планет
(1748).
В последние годы жизни Пьер Бугер выполнил ряд работ по оптике, астрономии, навигации, геодезии и механике. Среди них – исследования по фотометрии,
измерению параллакса Луны, расширению воздуха, измерению длины градуса меридиана между Парижем и Амьеном и другие. Много времени он посвящал подготовке трактата об оптике, которому суждено было стать его лебединой песней. Каждый рабочий день учёного складывался крайне напряжённым, редким отдыхом служили только недолгие прогулки и беседы с друзьями. Весной 1758 года врачи выявили у него тяжёлое прогрессирующее заболевание печени. С июня он уже не мог
даже покидать свою комнату, но по-прежнему, насколько позволяло здоровье, интенсивно работал и вносил последние поправки в трактат о градации света. В первых числах августа учёный, несмотря на крайнее истощение, собрал оставшиеся силы и отвёз своему издателю только что законченную перепиской набело рукопись.
Однако увидеть свой труд напечатанным ему уже не довелось. Через несколько дней
после поездки, 15 августа 1758 года, Пьер Бугер скончался в возрасте 60 лет и 6 месяцев. Трактат же вышел в 1760 году и в переводе на латинский в 1762. На русском
языке он был издан в 1950 году в переводе Н.А. Толстого и П.П. Феофилова под редакцией А.А. Гершуна, который сопроводил издание подробными комментариями,
списком опубликованных трудов и очерком жизни и деятельности Пьера Бугера.
6
Имя П. Бугера внесено в список 72 величайших учёных Франции, помещённых на первом этаже Эйфелевой башни;в его честь названы кратеры на Луне и
Марсе, а также открытый в чилийской астрономической обсерватории Ла-Силья в
1993 году астероид 8190 (Bouguer); в память об учёном на аллее у обсерватории в
Кито (Эквадор) установлен бюст.
Литература
1. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по
физ. спец. / 2-е изд., испр. и доп. М.: Просвещение, 1982.[Электронный ресурс]
URL:http://alexandr4784.narod.ru/kps024.htm
2. Петрушевский Ф.Ф. Бугер Петр. Энциклопедия Брокгауза и Ефрона. URL:
http://www.astro-cabinet.ru/index/Buger.htm
3. Пьер Бугер. Оптический трактат о градации света. / Пер. Н.А. Толстого и П.П.
Φеофилова. Редакция, статьи и комментарии профессора А.А. Гершуна. М.: Издво АН СССР, 1950. [Электронный ресурс] URL: http://publ.lib.ru/
ARCHIVES/B/BUGER_P'er/_Buger_P..html
4. URL: http://www.erudit.org/revue/haf/1963/v17/n1/302255ar.pdf
5. URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Bouguer.html
6. URL: http://www.people.su/18298
7