Извержение. Спор из-за названия. Соревнование умов. Возвращение в Париж. Глава 6 Париж. Сорбонна. Три математика. Визит к ковалевской. Несостоявшийся заговор. Рождение нового метода. Глава 7 академия наук. Гость на улице гей-люссака. Эстафета веков. Петер

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 22Следующая ⇒

Извержение

В одной из своих монографий Брио и Буке отмечали: «Случаи, когда можно интегрировать дифференциальное уравнение, в высшей степени редкие и должны рассматриваться как исключения. Но можно рассмотреть дифференциальное уравнение как определяющее функцию и заняться изучением свойств этой функции по данному дифференциальному уравнению». Из самого дифференциального уравнения авторы предлагали извлекать информацию о той неизвестной функции, которая является его решением. Этот новый подход превращал все не решенные до сих пор дифференциальные уравнения в неисчерпаемый источник новых трансцендентных функций. К сожалению, не было примеров подобных открытий на этом заманчивом, многообещающем пути. Сами Брио и Буке продемонстрировали свой метод на известных эллиптических функциях, установив их основные свойства, которые уже были объектом исследования многих математиков.

Анри Пуанкаре, со студенческих лет находившийся под большим влиянием идей Брио и Буке, решил воспользоваться их рекомендацией, разработанным ими методом. Приняв в качестве определения искомой функции линейное дифференциальное уравнение с алгебраическими коэффициентами, он пришел к первому важному результату: функция, являющаяся решением такого уравнения, должна оставаться неизменной при дробно-линейных преобразованиях переменной величины, от которой она зависит. Это свойство функции сразу же позволяло отнести ее к разряду особого рода периодических функций, если пересмотреть и расширить понятие периодичности. Обычные периодические функции и двоякопериодические эллиптические функции остаются неизменными при простом прибавлении периода к их переменным величинам. Новая гипотетическая функция должна принимать одинаковые значения при более сложных, более общих операциях, произведенных над ее переменной. Подхватив и продолжив эстафету обобщения понятия периодичности, Анри уже в первых работах продемонстрировал свою склонность к широким научным обобщениям.

Чтобы построить эту трансцендентную периодическую функцию более высокого порядка, нужно было найти порождающую ее группу преобразований. В отличие от обычного словоупотребления математики называют группой не произвольное скопление каких-то объектов, а только такое, которое в некотором смысле аналогично множеству целых чисел. Как известно, сумма любых целых чисел тоже является целым числом, то есть не выходит за пределы их множества. Причем от перестановки любого количества слагаемых результат сложения не меняется. Множество целых чисел включает в себя нуль, прибавление которого к любому числу не изменяет его. И, наконец, у каждого положительного целого числа имеется его антипод — такое отрицательное целое число, что их сложение дает в сумме нуль.

Подобные групповые свойства можно обнаружить не только у различных математических объектов — чисел, векторов, функций и так далее, но и у некоторых однотипных действий, преобразований, совершаемых над такими объектами. Так, совокупность всевозможных переносов периода вдоль оси времени, позволяющая построить простейшую периодическую функцию — синус или косинус, — составляет ее группу преобразований. В самом деле, два последовательных переноса (их сумма) равносильны одному переносу удвоенного периода и не меняют значения функции. Последовательность нескольких переносов можно совершать в любом порядке, функция все равно не изменится. Нулевым элементом этой группы можно считать отсутствие всякого переноса. Наконец, после каждого переноса периода по оси времени всегда можно совершить такой обратный перенос, который полностью его компенсирует, низводит до нуля. Такими же групповыми свойствами для эллиптической функции обладает совокупность переносов параллелограмма периода на плоскости.

Если новая функция относится к периодическим, для нее тоже должна найтись своя группа преобразований, свой «перенос» периода. Но дробно-линейному преобразованию переменной величины, при котором функция не меняет своего значения, соответствует весьма непростой «плоский период»: не параллелограмм, а какой-то криволинейный многоугольник. И это сразу затрудняет проблему нахождения такой группы преобразований. Не представляет труда выложить всю плоскость одинаковыми параллелограммами, плотно укладывая их один к другому, как паркет. Но как заполнить плоскость причудливыми фигурами, ограниченными неправильными криволинейными контурами, не оставляя просветов и обходясь без наползания, накладывания соседних фигур друг на друга? Пока не удастся решить этот вопрос, бессмысленно браться за поиски предполагаемой периодической функции. Сначала нужно убедиться, что существуют преобразования, в совокупности составляющие группу, применяя которые к одному-единственному криволинейному многоугольнику можно получить соседние, плотно к нему примыкающие многоугольники, затем более удаленные, смежные с ними, и так до тех пор, пока вся плоскость не будет покрыта плотно сколоченной причудливой мозаикой без зазоров и без перекрытий. Только тогда можно быть уверенным, что, зная функцию на одном таком многоугольнике, на одном периоде, можно воспроизвести ее на всей плоскости.

На пути решения проблемы встала самостоятельная, сама по себе сложная и интересная задача: построить дискретные группы преобразований, обладающие рассмотренными выше свойствами. Но задачу удобнее было решать в несколько иной формулировке: разбить всю плоскость на бесконечное число плотно прилегающих друг к другу, но неперекрывающихся криволинейных многоугольников. От теории дифференциальных уравнений мысль Анри проделала сложный и прихотливый путь к чисто геометрической задаче. Это умение улавливать связь между, казалось бы, совершенно разнородными и далекими друг от друга вопросами математики, преодолевая разделяющие их огромные мысленные дистанции, пройдет через все творчество Пуанкаре.

Впоследствии Пуанкаре признавался, что возникшие трудности, возможно, остановили бы его, если бы не помощь, которую он нашел в совершенно другой математической теории — в неевклидовой геометрии. Задача была решена смелым и изящным способом.

Если плоскость, заполненную параллелограммами периода эллиптической функции, преобразовать в неевклидову плоскость, где параллельные прямые пересекаются, где царят законы необычной геометрии, то вместо прямых сторон параллелограммов получатся дуги, а вместо самих параллелограммов — криволинейные многоугольники. И эти многоугольники будут так же плотно пристыкованы, как сами параллелограммы. Все теоремы о покрытии обычной плоскости параллелограммами периода можно теперь переформулировать с учетом неевклидовости и получить искомые преобразования новой группы. Эти преобразования тоже оказались простым переносом, только на неевклидовой плоскости. Открытые новые группы, неизвестные до этого времени математикам, Пуанкаре назвал фуксовыми в честь немецкого коллеги, мысль которого оказала на него столь плодотворное влияние.

События теперь разворачивались со скоростью импровизации. Да это и была самая настоящая математическая импровизация, ибо каждая ступень на пути к цели таила в себе неожиданность и требовала мгновенной перестройки мышления на новые методы, изобретения новых, не испробованных еще подходов. Построив фуксовы группы, Анри приступил к следующему, не менее сложному этапу. Нужно было выяснить, существуют ли для этих групп такие функции, которые не изменяются при найденных преобразованиях. Неизвестно почему, но Пуанкаре сначала исходил из ошибочного убеждения, что таких функций быть не может. В течение двух недель тщетно пытался он доказать свой отрицательный вывод. И только одна бессонная ночь разом перевернула все его представления. Но лучше предоставим слово самому Пуанкаре:

«…Каждый день я садился за рабочий стол, проводил за ним час или два, исследуя большое число комбинаций, и не приходил ни к какому результату. Однажды вечером, вопреки своей привычке, я выпил черного кофе; я не мог заснуть; идеи теснились, я чувствовал, как они сталкиваются, пока две из них не соединились, чтобы образовать устойчивую комбинацию. К утру я установил существование одного класса этих функций, который соответствует гипергеометрическому ряду; мне оставалось лишь записать результаты, что заняло несколько часов».

Открытие пришло к нему нежданно, как внезапное озарение, как награда за долгие муки поисков и сомнений.

Восьмидесятый год оказался весьма плодотворным для Пуанкаре. Идеи буквально осаждали его, преследовали, являясь порой в самые неожиданные моменты, застигая его врасплох. Летом Анри покидает Кан, чтобы примкнуть к традиционной геологической экскурсии по Нормандии, организованной Горной школой для своих питомцев. То ли ему захотелось отдохнуть после первого года напряженной преподавательской деятельности, то ли его влекли к себе воспоминания о том веселом времени, когда он сам, будучи студентом, участвовал в подобных экскурсиях. Только вскоре он кочует по краю с веселящейся компанией студентов-горняков. Здесь-то и настигает его еще одно озарение, о котором он поведал впоследствии:

«Прибыв в Кутанс, мы сели в омнибус для какой-то прогулки; в момент, когда я встал на подножку, мне пришла в голову идея, без всяких, казалось бы, предшествовавших раздумий с моей стороны, идея о том, что преобразования, которые я использовал, чтобы определить фуксовы функции, были тождественны преобразованиям неевклидовой геометрии. Из-за отсутствия времени я не сделал проверки, так как, с трудом сев в омнибус, я тотчас же продолжил начатый разговор, но я уже имел полную уверенность в правильности сделанного открытия. По возвращении в Кан я на свежую голову и для очистки совести проверил найденный результат».

Словно мощные подземные толчки, эти внезапные интуитивные прозрения свидетельствуют о нетерпении сдерживаемого в глубине творческого заряда его мысли, предвещая грядущие бурные события. В феврале 1881 года в «Comptes rendus»[11] появилась первая заметка Пуанкаре о фуксовых функциях, из которой уже следует, что автору полностью ясен план всей теории, заполнившей впоследствии целый том в его собрании сочинений. Первая вспышка огненного облачка над вершиной оживающего вулкана, вслед за которой хлынул обильный, напористый поток лавы, удививший всех своей энергией и неистощимостью. Это было настоящее научное извержение, как оценили его некоторые математики. За два года Пуанкаре опубликовал серию из 25 заметок и нескольких обширных мемуаров. Эти работы были первыми его систематическими научными публикациями, если не считать докторской диссертации и статьи, написанной еще в Политехнической школе.

Открытые им новые функции Пуанкаре мог бы назвать как угодно, скажем, ультраэллиптическими, гиперэллиптическими и так далее. Ведь он прекрасно осознавал и неоднократно подчеркивал их обобщающий характер по отношению к эллиптическим функциям. Но Пуанкаре называет их фуксовыми. Им движет уважение и признательность к математику, который первым указал на возможность таких функций, хотя даже не доказал их существование. Поскольку работа Фукса дала столь мощный импульс его творческому воображению, он, не задумываясь, делит с ним славу своего открытия.

Такое великодушие пришлось не по нраву некоторым его соотечественникам, породив у них не только изумление, но и возмущение. Жгучий, болезненно чуткий патриотизм французов, не на шутку разыгравшийся после неудачного исхода франко-прусской войны, мешал им по достоинству оценить благородный поступок молодого ученого. Его достижение они воспринимали как научную победу над своими вчерашними врагами, «победу без кровопролития», как вспоминал об этом Поль Аппель. По свидетельству Жака Адамара, в то время говорили, что фуксовы функции «разгромлены» в серии блестящих мемуаров Пуанкаре. Сама военная терминология, применявшаяся, как только речь заходила об этом открытии, ярко обрисовывает ту политическую окраску, которую ему старались придать. Даже много позднее, когда Анри Пуанкаре вступал во Французскую академию, Ф. Массон в своем приветственном докладе с удовольствием вспоминал: «Это открытие было для французской науки настоящей победой. Вот уже несколько лет немецкие геометры кружили вокруг дома, не находя двери. Вы ее обнаружили и в то же время открыли. Это было „похищение“, как говорили про то, что вы сделали с Германией…» Разве могли шовинистически настроенные французские круги одобрить широкий рыцарский жест Пуанкаре-победителя, как бы возвращающего свое открытие менее удачливому немецкому коллеге? Неизвестный острослов сочинил по этому поводу эпиграмму, звучавшую примерно так:

У Фукса одно лишь желание есть —

Присвоить чужого открытия честь.

Автор эпиграммы был, конечно, несправедлив и к Фуксу, и к своему соотечественнику, хотя имя Пуанкаре даже не упоминалось. Но не мог же Анри показывать всем и каждому письма Фукса и черновики своих писем, чтобы унять злые толки! Впрочем, этот общественный протест, как мы вскоре убедимся, его нимало не смутил. Наоборот, он укрепился в своей решимости следовать в подобных вопросах только велениям своей совести, своему пониманию чести ученого.[12]

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. Вообще, теперь во Франции молодое поколение математиков с большим успехом стремится к новым достижениям и в области анализа, единственным представителем которого после отхода Лиувилля долгое время оставался Эрмит. Исследования, начатые Пуанкаре в связи с работами Фукса, Шварца и Клейна, во всяком случае, приведут к новым аналитическим трансцендентным, даже если он еще не находится на верном пути».

Спор из-за названия

В письме Вейерштрасса упоминается фамилия еще одного участника описываемых событий. Речь идет о немецком математике Феликсе Клейне, весьма примечательной фигуре в науке того времени.

За несколько лет до того, как Пуанкаре, став студентом Политехнической школы, перебрался в Париж, туда приехал из Геттингена двадцатидвухлетний Клейн. На заре своей научной деятельности он вместе со своим другом, норвежским математиком Софусом Ли, совершил паломничество в столицу Франции. Научная слава вскоре осенит обоих математиков своим крылом, а пока они неутомимо постигают новые для них идеи и методы. В Париже их внимание привлекают работы К. Жордана и Г. Дарбу, с которыми у молодых зарубежных коллег завязывается тесное знакомство. Только что вышедший «Трактат» Жордана открывает им глаза на возможность применения теории групп как полезнейшего инструмента математических исследований, в частности в теории уравнений. Но благотворное знакомство с французской математикой было недолгим, во всяком случае для Клейна. Внезапно разразившаяся франко-прусская война вынуждает его возвратиться в Германию, где он отбывает военную службу в запасных частях. В октябре он неожиданно заболевает тифом. Оправившись после тяжелой болезни, Клейн возвращается в Геттинген и оттуда ведет интенсивную переписку с Г. Дарбу и С. Ли.

Известность приходит к Клейну в 1872 году, когда он вступает в должность профессора университета в Эрлангене. По традиции ему полагалось выступить перед будущими коллегами с программным докладом. Подводя итоги своим двухлетним исследованиям, молодой математик дал столь ясную и отчетливую перспективу дальнейшего развития геометрии, что эта лекция навсегда вошла в фонд научной классики под громким названием «Эрлангенской программы».

Геометрия к тому времени превратилась в весьма расчлененную науку, многие разделы которой настолько далеко разошлись друг от друга, что казались совершенно несвязанными. Наряду со старой, известной с древних времен евклидовой геометрией в математике появились неевклидова, проективная, аффинная, конформная, дифференциальная и другие геометрии. В своем докладе «Сравнительное рассмотрение новых геометрических исследований» Ф. Клейн выдвинул синтетическую идею, объединяющее начало, восстановив утраченное единство геометрии. Различные геометрические теории как бы собираются им в один фокус, а линзой послужило понятие группы, позволившее с единой точки зрения охватить весь геометрический калейдоскоп. И дело не только в формально-теоретическом объединении, это было принципиально новое понимание и обоснование различных геометрий.

За двадцать лет до этого английским математиком Дж. Дж. Сильвестром впервые были введены в науку понятие и термин «инвариант». В последующие годы теория инвариантов и ее применение к алгебраическим проблемам усиленно разрабатывались в Англии им самим и его другом А. Кэли, а во Франции — Ш. Эрмитом. В своих письмах Эрмит не раз шутливо называл себя и своих английских коллег «троицей инвариантов». Клейн положил понятие инварианта наряду с понятием группы в основу своих геометрических изысканий.

Кратко суть «Эрлангенской программы» заключается в том, что любая геометрия объявляется учением о свойствах фигур, инвариантных, то есть неизменных, при некоторых однотипных преобразованиях, совокупность которых образует группу. Каждому типу преобразований соответствует своя геометрия. Например, элементарная евклидова геометрия изучает свойства фигур, которые не зависят от их положения в пространстве. Две фигуры в этой геометрии считаются одинаковыми, если, двигая одну фигуру, можно точно совместить ее с другой. Группа преобразований, соответствующая евклидовой геометрии, составлена из различных движений, перемещений в пространстве. В проективной геометрии фигуры одинаковы, если можно одну из них спроектировать конусом световых лучей на другую так, что они полностью совпадут. Так совпадает с диском луны монета, которую мы держим в вытянутой руке. В этой геометрии любые треугольники считаются одинаковыми, так как всегда можно найти такой угол зрения, под которым эти треугольники точно совместятся. Точно так же одинаковыми принимаются любая окружность и любой эллипс. Множество всех мыслимых проекций, образованных расходящимся из точки пучком лучей, — такова группа проективной геометрии. Различные геометрии отличаются друг от друга тем, какие фигуры в них получаются одинаковыми, инвариантными, при дозволенных в этих геометриях преобразованиях. Геометрия становится теорией инвариантов некоторой группы преобразований.

Этим результатам Клейна потому уделено внимание в нашей книге, что инвариантно-групповой подход стал сквозной идеей в творчестве Пуанкаре, подведя его вплотную к приложению идей «Эрлангенской программы» в механике и физике. Не раз еще, рассматривая его труды, мы встретимся с этими терминами — группа и инвариант. Глубоко усвоив достоинства групповых методов и живо восприняв идею инвариантов, Пуанкаре одним из первых возвестил о новом теоретико-инвариантном подходе в точном естествознании.

Когда в 1880 году Феликс Клейн возглавил в Лейпциге университетскую кафедру геометрии, его внимание и внимание его учеников было приковано к функциям, инвариантным относительно некоторых общих преобразований переменной величины. Поэтому он не мог не заметить первых статей Пуанкаре по фуксовым функциям. Ознакомившись с ними, он сразу же осознает важность выдвигаемых там идей. Даже среди математиков Клейн был одним из немногих, кто по-настоящему глубоко мог проникнуть в работы молодого французского математика и дать им оценку, основанную на подлинном понимании. Ведь, как и Фукс, он со своей школой занимается теми же проблемами, и понятие новой функции ему уже знакомо.

Клейн был поражен тем, как быстро овладел никому не известный еще, начинающий математик всеми позициями в этом вопросе. С некоторым беспокойством следит он за стремительными действиями молодого Бонапарта от математики. Ему просто не верится, что Пуанкаре охватил столь огромную проблему сразу во всей ее общности, в то время как сам он ограничивался до сих пор рассмотрением отдельных, специальных случаев. И вот после появления третьей заметки Пуанкаре он, весьма заинтригованный, пишет молодому автору письмо, датированное 12 июня 1881 года. Между двумя учеными завязывается переписка, в которой они обменялись 26 письмами. Тон переписки установился сам собою: Клейн на пять лет старше Пуанкаре и уже завоевал авторитет и известность в международных математических кругах, поэтому Анри выступает в роли молодого ученого, почти ученика, дружелюбно, но с подчеркнутой почтительностью беседующего с ведущим математиком, который, в свою очередь, весьма тактично и благожелательно восполняет порой пробелы в его математической эрудиции.

«Монсеньор, ваше письмо доказывает мне, что вы заметили раньше меня кое-какие результаты, которые я получил в теории фуксовых функций, — отвечает Пуанкаре на первое письмо из Лейпцига. — Я этому нисколько не удивился, так как знаю, насколько вы преуспели в познании неевклидовой геометрии, являющейся настоящим ключом к задаче, которая нас занимает. Я воздам вам должное в этом отношении, когда опубликую мои результаты…»

Но озадачивает Пуанкаре та оппозиция, которую он встретил со стороны немецкого коллеги в вопросе о названии новых функций. Клейн категорически против его предложения называть их фуксовыми. Он считает, что у Фукса слишком мало достижений в этой области математики. «…Я не оспариваю ту большую пользу, которую господин Фукс принес другим частям теории дифференциальных уравнений, — пишет Клейн в одном из своих писем, — но именно здесь его работы вызывают большое недоумение тем, что единственный раз, когда в одном из писем к Эрмиту он высказался об эллиптических модулярных функциях, проскальзывает фундаментальная ошибка, которую Дедекинд критиковал впоследствии слишком осторожно…» Клейн не склонен принижать значение ошибок Фукса, которые не позволили ему достичь правильных конечных результатов. Пуанкаре более великодушен, и в своем великодушии он не терпит компромиссов. «Что же касается названия этих фуксовых функций, — отвечает он, в свою очередь, Клейну, — я его не изменю. Уважение, которое я испытываю к господину Фуксу, мне это не позволит. К тому же, хотя и верно, что точка зрения ученого-геометра из Гейдельберга полностью отлична от вашей и моей, все же его работы определенно послужили исходной точкой и основанием всему тому, что делалось в этой теории…»

Дискуссия по поводу названия продолжается и в 1882 году. Пуанкаре, пытаясь убедить Клейна и научную общественность, аргументирует свою точку зрения. В письме от 30 марта 1882 года он пишет в Лейпциг: «…Вы были столь добры, что поместили в „Математических анналах“ мою работу об однозначных функциях, которые происходят из линейных подстановок, и сопроводили ее своим замечанием, излагая причины, по которым вы находите малоподходящими имена, данные мною этим трансцендентностям. Позвольте мне адресовать вам несколько строк, чтобы защитить мои названия, которые я выбрал не случайно…» Тон письма вежливый, но достаточно твердый. «Ученик» демонстрирует не строптивость, а упорство в отстаивании своей позиции, даже не научной, скорее нравственной. Если бы Алина Бугру видела своего брата, пишущего эти строки, она только по выражению его лица, по особому помаргиванию его глаз сразу догадалась бы, что им овладела стихия сопротивления. Так с ним случалось и в детстве. Покладистый и сговорчивый, когда дело касалось мелочей, Анри проявлял невиданное упорство, если затрагивались принципиальные вопросы, в которых он чувствовал себя правым. Но сопротивлялся он молча, пассивно, без бурного проявления своего негодования, без эмоциональных взрывов. Только хорошо знавшие его люди замечали по некоторым едва уловимым внешним признакам, что Анри чем-то недоволен и не намерен уступать.

Видимо, под влиянием этой дискуссии Пуанкаре счел необходимым в одной из своих больших статей по фуксовым группам, опубликованной в том же 1882 году, вставить пояснение: хотя группы, изученные Фуксом, «не выходят за рамки уже известных, все же чтение именно этого замечательного мемуара побудило меня к моим первым исследованиям и позволило найти закон образования фуксовых групп и дать ему строгое доказательство». По мнению Пуанкаре, даже побудительный мотив заслуживает того, чтобы его увековечить. Что ж, быть может, это действительно спорная позиция, но, безусловно, проистекающая из лучших, благородных побуждений.

Соревнование умов

Чем сильнее и ярче индивидуальность человека, тем труднее склонить его к согласию с другой сильной индивидуальностью. Каждый из них хочет идти своим путем, каждого могут убедить аргументы только особого, индивидуального характера. Но разногласия по поводу названия новых функций, конечно же, далеко не главное в переписке Пуанкаре с Клейном. Основное внимание они уделяют вопросам построения этих периодических трансцендентностей. Клейн отметил, что возможны еще более общие функции такого рода, если в дробно-линейных преобразованиях переменной величины, oт которой зависит функция, использовать не вещественные, а произвольные коэффициенты. Возникла задача построения этих функций наряду с фуксовыми и соответствующих им групп преобразований.

Поскольку интересы обоих ученых устремлены в одном направлении, в их отношения невольно проникает дух благожелательного научного соперничества. По своему творческому складу Клейн резко отличался от Пуанкаре. Судьба столкнула в научном противоборстве искрометного французского Моцарта и обстоятельного немецкого Сальери. Клейн предпочитал двигаться вперед постепенно, шаг за шагом, не пропуская ни единой промежуточной ступени. Не будь Пуанкаре, он развил бы этот раздел математики, последовательно переходя от одних частных видов функций к другим, более общим, от одной стадии обобщения к другой, более глубокой. Браться за решение задачи сразу во всей ее общности было несвойственно его творческому методу. Но быстрый и подвижный ум Пуанкаре навязывал ему совсем иной стиль работы. Не принять его правил игры — значило безнадежно отстать, попросту проиграть. И Клейну пришлось работать в совершенно несвойственной ему манере.

Много позднее, вспоминая новый «день творения» этих периодических трансцендентностей, и сам Клейн, и другие математики начинали изъясняться языком спортивных состязаний. Стремительность развития математической мысли нагнетает драматизм и неподдельный азарт, до предела учащенный ритм научной гонки придает остроту и накал этой интеллектуальной борьбе. Клейн скажет потом, что их научное соревнование напоминало скачки, на которых то один, то другой жокей вырывается вперед. «Клейн ошибался… — категорически заявляет в середине XX века математик Г. Фрейденталь, — с самого начала Пуанкаре настолько вырвался вперед, что догнать его Клейн так и не смог».

В таком отчаянном, чрезвычайно форсированном режиме работы еще резче проявляются индивидуальные черты творчества Пуанкаре, смелость его поиска, помноженная на широту обобщения. Доказывая существование новых групп, на которые указывал Клейн, он столкнулся с непредвиденными трудностями. Не спасала положение даже неевклидова геометрия, как это было в случае с фуксовыми группами. Но Пуанкаре находит выход из, казалось бы, безнадежной ситуации. Он изобретает прием, позволяющий ему воспользоваться неевклидовой геометрией двух- и трехмерных пространств, и подбирает ключи к новым группам. После этого им была решена проблема новых трансцендентных функций, соответствующих этим группам преобразований переменной величины.

Предельное напряжение духовных сил отнюдь не выглядит у Пуанкаре чрезмерным перенапряжением. Кажется, что он творит играючи, радостно и непринужденно, хотя сам предмет — сложнейшие абстрактные построения математики — никак не совмещается с понятием легкости. Невозможно отметить разницу между начальным и конечным потенциалом его творческих сил, как будто неподвластных никем не высказанному, но тем не менее глубоко справедливому закону сохранения духовной энергии человека. Обманчивая легкость моцартовского гения, как будто мимоходом срывающего уже готовые решения труднейших математических задач. Уверенная быстрота его творчества кажется вполне естественной, словно идет обычная, повседневная работа, без яростных титанических взлетов и сверхусилий. Но так оно и есть на самом деле — нормальная, ежедневная деятельность, даже ежеминутная. Ведь мысль его не знает ни усталости, ни покоя. Мозг трудится непрерывно, как раз и навсегда заведенный механизм. Даже в часы отдыха, когда самому Пуанкаре кажется, что он бездействует, внезапно посещающие его озарения демаскируют работу подсознания, перемалывающего заложенные в него математические «орешки». Реализуется оборотная сторона никогда не покидающей его рассеянности, свидетельствующей о том, каким невероятным и углубленным мысленным трудом достигается эта видимая «легкость».

В то же время истощающее, с полной отдачей сил соревнование с Пуанкаре дорого обошлось Клейну, вызвав сильнейшее нервное переутомление, за которым последовала глубокая депрессия. Под угрозой оказалась вся его последующая научная карьера. «Цена, которую мне пришлось заплатить за мои работы, была, во всяком случае, очень велика, так как мое здоровье оказалось совершенно расшатанным, — признается он много лет спустя. — В последующие годы мне приходилось брать несколько раз продолжительные отпуска и отказаться от всякой творческой деятельности. Только к осени 1884 года положение несколько улучшилось, но прежней степени творческой активности я уже не достиг никогда». По свидетельству некоторых немецких математиков, работавших с Ф. Клейном в последующий период его жизни, он утратил способность доводить свое исследование до логического конца. Его все меньше интересовали важные для каждого работающего математика вопросы математической техники.

Поле боя осталось за Пуанкаре. До 1884 года он опубликовал пять больших работ о новых функциях и соответствующих им группах. Когда настало время дать имя новооткрытым берегам математического континента, Пуанкаре недолго колебался. Группы и функции, на возможность существования которых первым обратил внимание Клейн, названы им клейновыми. Недвусмысленный вызов тем из его соотечественников, кто незадолго до этого возмущался названием «фуксовы функции». Клейн неправильно истолковал этот жест французского коллеги, и по ответному письму Пуанкаре от 4 апреля 1882 года чувствуется, как он неприятно задет таким совершенным (в некотором роде даже оскорбительным) непониманием его лучших побуждений. «Если я дал ваше имя клейновым функциям, то это по причинам, которые я привел, а не по тем, на которые вы намекаете (zur Entschädigung[13]), так как мне нечего вам компенсировать… Я надеюсь, что наша борьба, оружием в которой является вежливость и которой мы предались только лишь из-за имени, не изменит наших добрых отношений. Было бы смешно к тому же дискутировать все время из-за имени, „имя — только дым и звук“.[14] А после всего этого мне безразлично, поступайте, как вы находите нужным, я буду делать, со своей стороны, как мне желательно…» Видно, что Пуанкаре уже отчаялся в своих попытках убедить самого Клейна и представителей его школы в обоснованности даваемых им имен. Названия эти так и не привились. В современных математических трудах уже не встретишь термин «фуксовы функции». Присоединяясь к мнению Клейна, ученые называют их автоморфными функциями.

Возвращение в Париж

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. Дебют молодого математика был весьма впечатляющим. В нем уже чувствовалась заявка на свое творческое кредо, на свой, индивидуальный стиль научного мышления. Развитый им подход оценивали впоследствии как «дерзкий поступок двадцатисемилетнего ученого, осмелившегося порвать с полувековой традицией».

Теория фуксовых функций, как продукт тесного переплетения и взаимопроникновения самых различных идей и методов, родилась на перекрестке ведущих математических теорий прошлого столетия: теории дифференциальных уравнений, теории инвариантов, неевклидовой геометрии, теории групп, теории эллиптических функций. Вчерашний студент, перешагнув через переходный этап, сразу же явил ученому миру зрелость вполне сложившегося таланта, с широким кругозором и необычайным многообразием своих внутренних возможностей. Не имеет даже смысла говорить о «раннем Пуанкаре», такого Пуанкаре попросту не было, не было периода первоначальных исканий и ученичества, который принято называть «порой надежд». От самого порога Горной школы он вышел на уровень лучших математиков своего времени.

Фуксовы функции составили первую главу в научном наследии знаменитого ученого. «Именно этой первой главе и суждено было несколько десятилетий спустя первой достичь того состояния, когда о математической теории начинают говорить, что она уже „стала классической“», — пишет Г. Фрейденталь. Эллиптические функции, считавшиеся до этого одним из прекраснейших достижений математики XIX века, оказались теперь частным случаем фуксовых функций, созданных в результате грандиозного обобщения, предпринятого Пуанкаре. Открытие этих функций позволило решить одну из важнейших проблем математического естествознания — интегрирование линейных дифференциальных уравнений с алгебраическими коэффициентами. С этой целью Пуанкаре и начал свои исследования. Однако значение фуксовых, ныне автоморфных, функций выходит далеко за рамки этого приложения.

Почти сразу же выяснилось, что применение их в теории алгебраических форм сулит многообещающие возможности. К этой мысли пришел сам Пуанкаре. Вот как он рассказывает об этом: «Я занимался изучением некоторых вопросов арифметики без особого успеха, не подозревая, что предмет моих исследований может иметь какую-то связь с моими прежними работами (по теории фуксовых функций). Разочарованный своими неудачами, я решил провести несколько дней на побережье и поразмыслить о совсем других вещах. Однажды, когда я прогуливался по обрывистому берегу, мне пришла в голову идея, столь же краткая, сколь неожиданная и вполне определенная, что арифметические преобразования неопределенных тернарных квадратических форм должны быть тождественны преобразованиям неевклидовой геометрии. Вернувшись в Кан, я тщательно обдумал эту идею и попытался вывести из нее некоторые следствия».

Пуанкаре настолько глубоко проникся своими исследованиями, что кажется, будто не он в мучительном напряжении ищет решения стоящих перед ним проблем, а они охотятся за ним и преследуют его, являясь ему в самых неожиданных местах и обстоятельствах. Эту характерную особенность его творчества сумел уловить даже ректор Канского университета, отметивший как-то в одном из конфиденциальных разговоров: «Господин Пуанкаре — это математик великих достоинств, неотступно осаждаемый объектом своих исследований». Внезапно озарившая Пуанкаре идея позволила ему с помощью аппарата фуксовых групп добиться значительных результатов в изучении тернарных форм. Впоследствии стали даже говорить, что фуксовы функции вручили Пуанкаре «ключи от алгебраического мира».

Таких отомкнутых «миров» было немало. Решая проблему униформизации алгебраических зависимостей между двумя переменными (то, что потом получило название 22-й проблемы Гильберта), Пуанкаре использовал открытые им функции. Не раз он возвращался к этой проблеме в своем последующем творчестве и в 1907 году одновременно с П. Кебе дал ее окончательное решение. Связав фуксовы функции с такой далекой от них областью математики, как теория чисел, Пуанкаре сумел представить некоторые проблемы этой теории в совершенно новом, необычном освещении. В его работах берет свое начало также арифметическая теория автоморфных функций, которая затем усиленно разрабатывалась другими учеными. Пуанкаре принадлежит заслуга введения в математику фуксовых групп, а развитый им метод представления этих групп через фундаментальную область стал одним из основных методов общей теории дискретных групп.

Рассказывая о канском периоде жизни Пуанкаре, невозможно обойти молчанием одно весьма важное событие его личной жизни. По своему значению оно, безусловно, заслуживает того, чтобы ему посвятили больше внимания и места, но отсутствие у авторов достаточного количества документальных материалов, к сожалению, ограничивает их возможности. 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, о чем он сообщает в своем письме Фуксу. Гейдельбергский профессор отвечает ему длинным и любезным письмом, на этот раз на французском языке, в котором выражает свое искреннее поздравление молодой чете. Супруга Анри Пуанкаре приходилась внучкой Изидору Жоффруа Сент-Илеру, знаменитому французскому биологу, члену Академии наук.

Благодаря блестящему открытию фуксовых 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. Снова Анри обосновывается в Латинском квартале и в октябре 1881 года приступает к исполнению своих новых обязанностей. Как привилегированное учебное заведение, Политехническая школа готовила своих воспитанников к государственной карьере, давая каждому из них шанс достигнуть высокой административной должности. Но Пуанкаре окончательно и бесповоротно порывает со своей прежней профессией и избирает научное поприще. Его шанс так и остался неиспользованным.

Глава 6 ПАРИЖ. СОРБОННА

Три математика

Коллеги по академии или по университету нередко видят Шарля Эрмита в обществе трех молодых математиков. Невзирая на свой преклонный возраст, маститый академик с поистине молодым задором предается жаркому спору, предмет которого порой уводит собеседников далеко от сугубо математических вопросов.

— …В математике все мы скорее слуги, чем господа.

Не раз уже слышали молодые математики эту сакраментальную фразу от прославленного мэтра. Знакомо им и ее толкование, которое он со вкусом развивает перед своей немноголюдной аудиторией.

— Даже когда истина нам еще неясна, она все равно предсуществует нашей мысли и неукоснительно предписывает ей дорогу, по которой мы должны следовать под угрозой заблудиться. Иначе какое еще вы можете дать толкование той необъяснимой интуиции, что руководит нами в математическом творчестве?

В ответ на чье-то возражение Эрмит со всей убежденностью отстаивает воображаемый им мир математических объектов, подобный миру платоновских идей.

— Нет, почему же, и числа и функции так же реальны, как и другие окружающие нас предметы. Разве вы, математики, не чувствуете, что они действительно существуют вне нас и независимо от нас, а мы только находим их в окружающем мире! В этом отношении математик ничем не отличается от физика, химика или зоолога.

Одним из трех заинтересованных слушателей Эрмита был его бывший ученик по Политехнической школе Анри Пуанкаре, ныне молодой преподаватель Сорбонны.

На первых порах обязанности Пуанкаре на Факультете наук сводились лишь к проведению практических занятий. Он должен был помогать студентам в усвоении лекционного материала, разрабатывать для них домашние задания и проверять их готовность, то есть выполнять всю ту работу, которую по обыкновению возлагали на репетиторов. Немного позднее ему поручили читать курс математического анализа.

Почти одновременно с ним в столице обосновывается Альфред Рамбо, занявший должность профессора истории Парижского университета. Но Пуанкаре нечасто видится с бывшим лицейским преподавателем. Свое свободное время он делит между домашним очагом и наиболее близкими друзьями — Аппелем и Пикаром, которые в том же 1881 году вернулись в Париж после нескольких лет, проведенных в провинции. Все трое проделали традиционный путь в науку, который прошли до них многие известные французские математики, начиная с самого Огюстена Коши.

Отправным пунктом для большинства из них служило одно из двух ведущих учебных заведений страны: Политехническая школа или Нормальная школа. Лишь очень немногие из знаменитых французских математиков XIX века, буквально единицы, вышли из стен Сорбонны. Получив специальное образование, будущие знаменитости посвящали некоторый период своей жизни практической инженерной деятельности, как, например, О. Коши и К. Жордан, или преподаванию в провинциальных университетах, как Ш. Брио и Ж. Буке. Пуанкаре пришлось пройти и через то и через другое. Не избежал этой участи и Поль Аппель. Окончив Нормальную школу и защитив докторскую диссертацию, он некоторое время преподавал механику на Факультете наук в Дижоне. Их новый товарищ Эмиль Пикар, окончивший Нормальную школу двумя годами позже Аппеля, читал математический анализ в университете Тулузы[15].

Путь из провинции в столицу лежал через успех и признание в ученых кругах. У всех троих уже были несомненные заслуги перед отечественной наукой. В то время как Пуанкаре в упорном и поистине рыцарском соперничестве с немецкими математиками завоевывал фуксовы функции, Аппель сформулировал и доказал весьма важную теорему из теории дифференциальных уравнений высших порядков. В серии заметок и статей за 1880–1881 годы он применяет ее для решения общей проблемы преобразования линейных дифференциальных уравнений, связав этот вопрос с инвариантами, введенными для этих уравнений Лаггером в 1879 году. Инвариантно-групповой подход становится самым модным в математике, и Аппель не остался в стороне от этих наиболее современных и плодотворных методов. Двадцатидвухлетний Пикар прославился благодаря открытию двух замечательных теорем, заинтересовавших многих математиков не только во Франции, но и за рубежом. Используя введенное Эрмитом понятие модулярной функции, он смог с помощью этих теорем описать поведение функции в окрестности существенно особой точки. Завоеванный Пикаром и Аппелем авторитет позволяет им вести курсы в Нормальной школе среди других именитых преподавателей.

Неразлучную троицу заботливо опекает Шарль Эрмит, профессор Нормальной школы и Парижского университета, член Академии наук, после смерти Коши ставший общепризнанным главою французских математиков. Благодаря своему личному обаянию, благодаря своей оживленной переписке со многими известными математиками Эрмит, по словам Ф. Клейна, «был в течение многих десятилетий одним из важнейших центров всего математического мира». Клейн ставит ему в заслугу стремление «поднять математику выше того одностороннего национализма, который постепенно стал охватывать молодое французское поколение». (К сожалению, не только французское, но и немецкое, следовало бы поправить Клейна.) Сплотив вокруг себя группу наиболее талантливых молодых математиков, Эрмит старается связать их тесными дружескими и творческими узами с зарубежными коллегами. И надо отметить, что немало в этом преуспел.

Мудрый и доброжелательный ученый весьма дорожит сложившимся вокруг него благополучным миром научного и человеческого общения, приятных мысленных контактов. Он очень остро ощущает незащищенность этого мира перед неуправляемыми социальными стихиями. Нередко молодые коллеги слышат в его словах откровенное беспокойство перед возможной войной или революцией. По мере сил они стараются развеять его опасения. Для подобной тревоги нет абсолютно никаких причин! На последних парламентских выборах республиканцы одержали полную победу. Правда, сформированное Гамбеттой правительство, от которого ждали так многого и которое называли «великим министерством», не продержалось и трех месяцев. Но республика сейчас прочнее, чем когда бы то ни было раньше. Вместе с отставкой генерала Мак-Магона с поста президента исчезла последняя угроза реставрации. Расшитый золотом мундир с галунами и позументами сменило нарочито скромное партикулярное платье без единого знака отличия. Новый президент Жюль Греви, немногословный, умеренный и холодный, демонстрирует намеренно безличный метод правления, желая, видимо, как можно резче оттенить контраст с декоративной пышностью и мишурой мак-магоновского двора, кишевшего неисчислимой свитой адъютантов и церемониймейстеров.

Весьма энергичный и уверенный в себе, Эмиль Пикар пришелся по душе Аппелю и Пуанкаре. Их дружба крепнет с каждым днем. Сообща они участвуют в одном начинании Гастона Дарбу, возглавлявшего в это время кафедру высшей геометрии в Сорбонне. Еще в 1870 году Дарбу основал специальный журнал «Бюллетень математических наук и астрономии», призванный в какой-то степени решить весьма остро стоявшую тогда проблему ознакомления французских математиков с исследованиями и достижениями зарубежных коллег. Но для бесперебойного функционирования журнала необходим был контингент сотрудников, знающих языки и хорошо разбирающихся в математике, которые могли бы не просто переводить статьи, а даже рецензировать и комментировать их. Прибывшие в Париж молодые математики сразу же оказались среди самых деятельных участников в подготовке выпусков этого издания.

Общие научные интересы и даже совместное творчество еще теснее сплачивают математическое трио. Подхватив и продолжив исследования Пуанкаре по фуксовым функциям, Пикар вводит в математику аналогичные функции, но уже не одного, а двух переменных, назвав их гиперфуксовыми. В соавторстве с Пуанкаре он доказывает знаменитую теорему Римана об однородных функциях. Пуанкаре же в своих работах по определителям бесконечного порядка словно бы начинает диалог с Аппелем, ведущим изыскания в том же направлении.

Визит к Ковалевской

— На этот раз мы к вам с добрыми вестями, — прямо с порога заявляет Эрмит, останавливаясь в дверях и пропуская вперед Пикара, Аппеля и Пуанкаре.

Ковалевская встретила их заинтересованным, чуть смущенным взглядом. Сколько раз ей приходилось слышать об этих молодых французских математиках! Совсем недавно познакомившись с ними, она еще не успела утолить острое чувство любопытства, хотя это был уже не первый их визит. Гости, стараясь скрыть свое стеснение, толпились в небольшой комнате, которую явно не мешало бы привести в порядок, до того она была заполнена небрежно разбросанными вещами — книгами, исписанными листами бумаги, принадлежностями для рукоделия, детскими игрушками. Только Эрмит чувствовал себя непринужденно и уверенно, источая на всех свою любезность и покровительство.

— Не далее как вчера мы приняли вас в здешнее математическое общество, — продолжает он. — Теперь готовьтесь к докладу на ближайшем заседании. Что вы имеете доложить?

Застенчиво поблагодарив, Ковалевская на минуту задумалась. Глаза ее сразу посерьезнели.

— По следам Ляме я принялась за математическую теорию распространения света в кристаллах. Считаю его выводы не вполне удовлетворительными. Могу доложить часть уже проделанной работы.

— Что ж, это будет интересно, — решает Эрмит. — Окончательные результаты можно будет потом опубликовать в «Докладах» нашей академии. Ну а второе известие касается вашего глубокоуважаемого учителя и наставника. Сегодня утром я получил записку от господина Фрейсине,[16] в которой он сообщает, что президент республики подписал приказ о присвоении господину Вейерштрассу звания кавалера ордена Почетного легиона. Хочу, чтобы вы первая сообщили эту новость вашему знаменитому другу.

Шарль Эрмит неоднократно уже высказывал в присутствии Ковалевской свое неизменное уважение к выдающемуся немецкому математику. И хотя оба ученых играли одинаково ведущую роль в отечественных математических школах, он любил повторять в кругу своих молодых друзей: «Наш общий учитель — это господин Вейерштрасс».

Перед глазами Ковалевской всплывают строчки из недавно полученного ею письма Вейерштрасса: «О твоем знакомстве с Эрмитом я уже узнал от него самого. Он написал мне с большим восторгом об этом и перечислил все вопросы, которых вы коснулись в вашей первой беседе. Тебе, вероятно, теперь также придется войти в сношения с другими математиками, из которых тебя наиболее заинтересуют младшие: Аппель, Пикар, Пуанкаре. Пуанкаре, по моему мнению, наиболее способный из всех к математическим рассуждениям. Только бы он не рассеял свой исключительный талант и дал созреть своим исследованиям. Теоремы об алгебраических уравнениях с двумя переменными и линейных дифференциальных уравнениях с алгебраическими коэффициентами, которые он дал в „Comptes rendus“, действительно производят впечатление. Они открывают анализу новые пути, которые приведут к неожиданным результатам». И вот все трое под предводительством шестидесятилетнего Эрмита удостоили визитом ее неказистые меблированные комнаты на Гранд рю.

— В последнем письме господин Вейерштрасс жалуется на ноги, — отвечает Ковалевская на обращенный к ней вопрос о том, как обстоят дела на Линкштрассе, 33.[17] — Пишет, что порой вынужден читать лекции сидя, а кто-нибудь из студентов выписывает на доске формулы. Врачи находят у него расширение вен, но вся беда в том, что господин Вейерштрасс не признает никакого лечебного средства, кроме чая из ромашки.

— А отказаться на время от лекций он, конечно, не хочет, — скорее констатирует, чем спрашивает Эрмит.

— Нет, ни в коем случае, хотя и без того нагрузка у него немалая: подготовка к изданию трудов Якоби и Штейнера, различные факультетские, сенатские и академические заседания. Сетует, что на математические исследования у него не остается уже ни времени, ни сил.

— Это очень досадно. Мы все ждем, когда он опубликует свою теорему о приведении абелевых интегралов к эллиптическим, на которую вы ссылаетесь в своем мемуаре, — с легким оттенком разочарования произносит Пикар.

— Боюсь, что к этому господин Вейерштрасс приступит не скоро. Ведь он уже изложил эту теорему в письмах некоторым коллегам.

— Нам бы очень хотелось с ней ознакомиться. — В голосе Пикара звучит свойственная ему настойчивость. — Дело в том, что она в некотором отношении является обобщением моей теоремы, поскольку сформулирована для интегралов произвольного рода.

— С другой стороны, в теореме Пикара приведение продвинуто несколько дальше, — подхватывает Пуанкаре. — Я пытался самостоятельно доказать теорему Вейерштрасса. Было бы интересно сравнить мой метод с его собственным. Оба варианта доказательства я почерпнул из арифметики. — И, прочтя недоумение на лице Ковалевской, поспешил добавить: — Не удивляйтесь, ведь вся проблема, по существу, является чисто арифметической.

— Интересно, можно ли сформулировать еще более общее утверждение, заключающее в себе сразу обе теоремы, то есть взять общность теоремы Вейерштрасса, но продвинуть приведение так далеко, как это сделано у Пикара?

Отвечая на вопрос Аппеля, адресованный сразу всем присутствующим, Пикар с надеждой взглянул на Пуанкаре:

— По-моему, Анри уже имеет какие-то соображения на этот счет.[18]

Но Пуанкаре не любил обсуждать еще нечетко представляемые им самим идеи и догадки и поэтому смущенно промолчал.

— Господин Вейерштрасс, в свою очередь, пытается обобщить теорему господина Пуанкаре о представлении в параметрической форме переменных, удовлетворяющих алгебраическим уравнениям.

Обращаясь непосредственно к Пуанкаре, Ковалевская воспользовалась случаем, чтобы внимательно вглядеться в этого необычайно одаренного, по мнению ее учителя, математика. Он стоял, заложив руки за спину, задумчиво хмурясь и помаргивая глазами. Невысокий, сутуловатый, с несколько крупной для своего телосложения головой. Чувствовалось, что в отличие от друзей он так и не смог преодолеть свою застенчивость. Она уже знала, насколько обманчива эта почти безмятежная рассеянность мысли, запечатленная на его лице. В своих исследованиях по фуксовым функциям Пуанкаре обнаружил поразительную живость и быстроту ума, оставив у немецких ученых чувство некоторой растерянности перед столь стремительным интеллектуальным натиском. До чего же тесен математический мир, если двум-трем выделяющимся из общей массы ученым не удается порой разминуться в своих творческих исканиях! Ковалевская вспомнила, как в своей докторской диссертации 1874 года она невольно предвосхитила многие из результатов Г. Дарбу по теории дифференциальных уравнений с частными производными. Вейерштрасс по этому поводу написал даже специальное письмо Эрмиту.

— А чем сейчас занимается господин Дарбу? — поинтересовалась она.

— У него новое увлечение, — с лукавой улыбкой произносит Эрмит. — Он учит преподавать математику молодых девиц из женской Нормальной школы.

Не без удивления Ковалевская узнает, что после того, как в конце 1880 года Палата депутатов приняла закон о среднем светском женском образовании, во Франции была открыта Нормальная школа для девушек. Дарбу пригласили читать там курс математики.

— Вам обязательно нужно побывать в этой школе, — советует Эрмит. — Мы постараемся в ближайшее же время это организовать. Ваш пример должен вдохновить воспитанниц.

— Недавно я посетил эту школу в составе комиссии, — говорит Аппель, — и должен признаться, что поражен успехами и тягой к знаниям у большинства девушек, от которых никто не ожидал такой одаренности в математических науках.

— К сожалению, многих из них впоследствии ожидает горькое разочарование, — вступает Пикар. — Нелегко у нас женщине найти место преподавателя. Несколько вакансий педагогов в провинциальных женских лицеях — вот и все, на что можно сейчас рассчитывать. Нам еще предстоит бороться за общественное мнение.

— Грубая рассудочность, по Мольеру, движет нашим общественным мнением, — сердится Эрмит. — На днях я наблюдал в театре, как публика аплодисментами приветствовала одну пьесу, в которой проповедуется, что человек живет пищей, а не красивыми речами.

Замечание Пикара обратило мысли Ковалевской к ее собственной нелегкой судьбе. Получив диплом доктора наук в прославленном Геттингенском университете, она так и не смогла занять должность преподавателя на родине. По-видимому, не суждено сбыться и ее надеждам, связанным с зарубежными учебными центрами.

— У нас в России министр сказал одному профессору, ходатайствовавшему за меня, что я и моя дочь успеем состариться, прежде чем женщин будут допускать в университет, — невесело обронила Ковалевская.

— Во Франции дела обстоят немногим лучше, — скептически замечает Пикар. — Достаточно почитать в газетах, что пишет «Общество женских прав»: «Несмотря на благодеяния, оказанные нашей революцией 1789 года, два рода существ остались порабощенными — пролетарий и женщина».

— Но в тех же газетах можно найти пророчества о том, что, как только женщинам дадут избирательные права, в Палату депутатов сразу же попадут все знаменитые тенора и первые любовники с драматической сцены, — вносит Аппель веселые нотки в чересчур уж сумрачный, по его мнению, разговор.

— Не знаю, как тенора, но клерикалы попадут невременно, — неторопливо, словно размышляя вслух, говорит Пуанкаре, и глаза его оживляются ироническим блеском. — Вся масса женского провинциального населения Франции смолоду воспитывается священниками или монахинями и полностью разделяет политические убеждения своих духовников, убежденных врагов республики. Нужно сначала дать женщинам светское образование, чтобы вырвать их из-под власти клерикалов, а уж после этого предоставлять им избирательные права.

— А что обещает вам господин Миттаг-Леффлер?

Голос Эрмита, задавшего Ковалевской этот вопрос, звучит мягко, почти успокаивающе.

— С тех пор как мы с ним встретились в начале 1880 года в Петербурге на шестом съезде естествоиспытателей, положение существенно изменилось. С моим преподаванием в Гельсингфорсском университете так ничего и не вышло, тем более что он сам оттуда уехал. Теперь Миттаг-Леффлер надеется привлечь меня к чтению лекций в Стокгольме, где сейчас находится он сам. По-видимому, эти проекты будут иметь такую же судьбу, как и большинство прекрасных проектов на земле. Господин Вейерштрасс считает невозможным, чтобы Стокгольмский университет принял женщину в число своих профессоров, и боится, что Миттаг-Леффлер повредит самому себе, настаивая на этом нововведении. Кстати, последний сообщил мне, что уже в 1879 году имел все результаты по теории линейных дифференциальных уравнений, но так и не успел их напечатать. Господин Пикар опередил его.

— Да, господин Миттаг-Леффлер весьма талантливый математик, — задумчиво произносит Эрмит. — Жаль, что ему приходится так много времени уделять организационной и общественной работе. В его исследованиях чувствуется школа Вейерштрасса: добротные математические методы. Не то что у нашего общего знакомого господина Жордана. На днях он упрекнул меня в том, что я не прочитал его последний мемуар, представленный Академии наук. Я ему ответил, что готов подать в отставку, если мне вменят в обязанность читать его труды.

Эрмит рассмеялся, явно довольный собой.

— Вы не считаете его работы стоящими внимания? — удивилась Ковалевская, не знавшая о глубокой антипатии Эрмита, яркого представителя классической математики первой половины XIX века, к исключительно современным, а порой попросту новаторским методам Камилла Жордана.

— Я ничего не могу считать! — воскликнул Эрмит. — Мемуары Жордана настолько абстрактны и заумны, что вызывают у меня только уныние и раздражительность, стоит мне добраться хотя бы до середины первой страницы.

Приверженность Эрмита к вполне определенному кругу математических методов и к вполне определенной направленности математических исследований не раз отмечалась его современниками. Французский математик Ж. Адамар рассказывает, что Эрмит испытывал своего рода ненависть к геометрическим исследованиям и однажды упрекнул его в том, что он опубликовал мемуар по геометрии. Эрмит был ярым противником новых математических объектов — функций, не имеющих ни в одной точке производных. В его устоявшемся мире математических концепций никак не укладывались эти «патологические» кривые, ни в одной точке которых нельзя провести касательную линию. В письме к своему другу, нидерландскому математику Стильтьесу, он писал: «Я с отвращением отвергаю это достойное сожаления болото функций без производных». Видимо, под его влиянием Пуанкаре тоже встал на позиции полного неприятия столь необычных, экзотических кривых, лишенных каких бы то ни было черт наглядности и представимости. На самом же деле понятие об этих странных функциях оказалось весьма плодотворным и привело к возникновению нового направления в математике.

Визиты французских математиков к Софье Ковалевской продолжались в течение всего периода ее пребывания в Париже. В одном из своих писем этого времени Ковалевская, сообщая о своем знакомстве с Эрмитом, Пикаром и Пуанкаре, добавляет: «Эти два последние, по моему мнению, самые талантливые из нового поколения математиков во всей Европе». Но ей самой не пришлось совершить ответный визит ни на улицу Сорбонны, где жила семья Эрмита, ни на улицу Мишле, где обитали Пикары, ни на улицу Гей-Люссака к Пуанкаре. Для парижского света она представлялась весьма двусмысленным и подозрительным лицом: женщина-математик, которая к тому же не живет со своим мужем, что в высшей степени недопустимо с точки зрения буржуазно-католической морали, и в довершение всего зараженная нигилизмом. В атмосфере взволнованных газетных сообщений о террористической деятельности русских революционеров,[19] когда возбужденному, сбитому с толку обывателю всюду мерещились анархисты, близкое знакомство Ковалевской с радикалами и социалистами всех стран производило шокирующее впечатление. Слухи о ее общении с кружками революционеров[20] достигли даже Стокгольма, где жил шведский математик Миттаг-Леффлер, принимавший большое участие в ее судьбе. «Не ведите себя так, чтобы в вас заподозрили нигилистку! — взывает он к ней. — Все это коснется и меня, но я все исправлю!» Неудивительно, что такая репутация закрывала Ковалевской доступ в парижские салоны и гостиные. О негативном отношении к себе со стороны французского светского общества она сама пишет Миттаг-Леффлеру: «Что я в этом отношении не преувеличиваю, вижу я совершенно ясно по здешним математикам, с которыми я за последнее время познакомилась. Они усердно посещают меня, осыпают меня любезностями и комплиментами, но никто из них не познакомил меня со своей женой, и когда я шутя обратила на это внимание одной знакомой дамы из этого круга, она, смеясь, ответила мне: „Госпожа Эрмит никогда бы не приняла в своей гостиной молодую женщину, которая одна, без своего мужа, проживает в меблированных комнатах“». Часто бывая у Ковалевской, парижские математики не смешивали свои научные симпатии с условностями света.

Несостоявшийся заговор

Пожалуй, впервые Анри увидел такое собрание знаменитостей из математического мира Франции. Помимо хозяина, Жозефа Бертрана, здесь были Жан Буке, Камилл Жордан, Эдмон-Никола Лагерр и Жорж Альфан. Восседая за пышно сервированным столом между Аппелем и Пикаром, он тщетно пытался угадать причину присутствия среди них Жана-Альберта Готье-Виллара, которому они были весьма любезно представлены. То, что Жозефу Бертрану, как непременному секретарю Академии наук, приходится иметь дело со знаменитым издательством Готье-Виллар, по его мнению, еще не являлось достаточным основанием для того, чтобы пригласить издателя в столь узкий круг математиков. И, конечно же, отсутствовал Шарль Эрмит. Ни для кого уже не было секретом, что между семействами Эрмитов и Бертранов сложились весьма натянутые отношения. А ведь оба крупнейших математика Франции — Эрмит и Бертран — состояли в родстве: они были женаты на родных сестрах. Между французскими математиками из ближайшего окружения Пуанкаре сложились весьма своеобразные родственные связи: Аппель был женат на племяннице Жозефа Бертрана, а Пикар был зятем Шарля Эрмита. Оба чувствовали себя неловко во время таких междусемейных неурядиц.

Ни политика, ни спорт не интересовали Пуанкаре, поэтому он с безразлично-рассеянным видом внимал общему разговору о том, что нынешние скачки на «Большой приз Парижа» привлекли огромную массу туристов, переполнивших все гостиницы, и что упорные дожди, обратившие лоншанское скаковое поле в жидкое месиво, испортили многим удовольствие. Затем вспомнили о недавних беспорядках в Латинском квартале. Началось все с того, что среди студентов было организовано общество, поставившее своей целью борьбу с безнравственностью на улицах. Застигнутых врасплох развратников студенты принуждали к охлаждающему купанию в бассейнах Люксембургского сада. Но полиции не понравилось столь активное нравственное усердие молодежи, и она обрушилась на ревнителей морали с жестокими репрессиями. Произошли дикие, всех возмутившие сцены избиения студентов, толки о которых еще долго будоражили общественное мнение.

— Так мы реализуем на деле реформу образования, — сердится Пикар. — Радикальный метод, ничего не скажешь.

— А может быть, это реванш за иезуитов?[21] — в тон ему вопрошает Аппель.

— Школьные реформы пока что половинчаты и компромиссны, — отзывается Альфан, — но они должны принести свои плоды. Путь к сильной Франции лежит только через светскую школу. Эта ходячая фраза о том, что в войне победил немецкий учитель, а не только немецкий штык, имеет под собой глубокие основания. Мы расплачиваемся за долгие годы засилья клерикалов в образовании…

Отношения республики с церковью стали острейшей общественно-политической проблемой еще с тех пор, как Гамбетта провозгласил: «Клерикализм — вот враг!» Поэтому новая тема разговора не оставила равнодушным никого из присутствующих.

— А я и не знал, что математики умеют говорить на совершенно нематематические темы, — с нарочитой грубоватостью проговорил Готье-Виллар, вызвав ответную улыбку на лице Бертрана.

— Вы правы, — проговорил он, видимо восприняв слова гостя как скрытый сигнал к действию, — я думаю, что назрела минута обсудить наш небольшой проект.

«Вот оно, — подумал Пуанкаре, — сейчас станет ясно и для чего здесь Готье-Виллар, и для чего здесь мы».

— Я позволил себе пригласить многоуважаемого издателя, мнение которого для нас будет весьма ценным в деловом отношении на этой предварительной стадии обсуждения… — начал Жозеф Бертран, оглядывая поочередно сразу посерьезневших своих коллег.

Давно уже Бертран вынашивал идею основать математическое издание, которое бы заняло место «Журнала чистой и прикладной математики». Журнал этот, редактором которого после Лиувилля стал Аме-Анри Резаль, тихо и неуклонно угасал. Возродить его к жизни можно было, по мнению Бертрана, только под новой вывеской и с новой редакцией. Он очень рассчитывал на энтузиазм трех молодых математиков, творивших буквально чудеса и повышавших авторитет французской математической школы в международных кругах. Это обстоятельство, плюс к тому их широкие интернациональные связи должны были придать журналу привлекательность в глазах большинства математиков Европы. Ведь нацелен был предполагаемый журнал против издававшегося в Стокгольме с 1882 года «Акта математика», быстро завоевавшего популярность в научных кругах Европы.

Основатель шведского журнала, молодой и энергичный ректор Стокгольмского университета Гест Миттаг-Леффлер был еще придворным и дипломатом. Посещая то Париж, то Берлин, то столицы других государств, он использовал свои дипломатические связи для распространения и популяризации журнала. Эрмит и Вейерштрасс, как близкие друзья Миттаг-Леффлера, всячески поддерживали его начинание, добиваясь через близкие к правительству круги подписки на «Акта математика» в своих странах. Эрмит пытался даже организовать подписку на этот журнал для библиотек лицеев Франции, более многочисленных, чем университетские библиотеки.

Благодаря энергичным усилиям Миттаг-Леффлера выпуски «Акта математика» вскоре стали появляться почти повсюду, где можно было встретить представителей математических наук, в то время как аналогичный немецкий журнал «Математические анналы», основанный еще в 1868 году, был известен и принят далеко не везде. Желая сразу же поставить репутацию своего издания на должную высоту, Миттаг-Леффлер добился согласия немецкого ученого Г. Кантора на перевод его основополагающих работ по теории множеств на французский язык с последующей публикацией их в «Акта». Из числа молодых французских математиков он организовал группу переводчиков, в которую вошел и Пуанкаре. Переводы, после того как их прочитал и исправил сам Кантор, были опубликованы в 1883 году. Но Пуанкаре еще до этого выступил на страницах журнала со своими оригинальными работами. Уже в первом выпуске «Акта математика» появились две его статьи по фуксовым группам и фуксовым функциям. С этого момента началось его многолетнее успешное сотрудничество в шведском математическом журнале.

Во время неоднократных посещений Миттаг-Леффлером Парижа между ним и Пуанкаре завязалось близкое знакомство, которое, невзирая на разделявшее их расстояние, вскоре переросло в настоящее содружество. Миттаг-Леффлер сразу же угадал в скромном, внешне ничем не примечательном молодом человеке исключительного по одаренности математика. Его влекли к себе такие яркие, необычные натуры. Познакомившись в свое время с Ковалевской, он всячески старался помочь ей в той нелегкой борьбе за право на преподавание, которую она вынуждена была вести на родине и за границей. Именно благодаря его настойчивой инициативе русскую женщину-математика пригласили в 1883 году читать лекции в Стокгольмском университете, весьма молодом учебном заведении Швеции, основанном на частные пожертвования в 1880 году. В отличие от старейшего университета в Упсале — консервативного центра ортодоксальной науки и старых традиций — в новом университете к слушанию лекций допускались и женщины. Новшество, весьма необычное для высших учебных заведений Европы того времени. Тем не менее ректору Миттаг-Леффлеру пришлось употребить все свое влияние и авторитет, чтобы склонить определенные круги к согласию допустить женщину в состав преподавателей университета.

Собственное математическое творчество у Миттаг-Леффлера отходит на задний план, уступая место активной организационной деятельности и стремлению воздействовать на других с целью побудить их к плодотворному созиданию. Не раз его влияние благотворно сказывалось на научных трудах и Ковалевской и Пуанкаре. Благодаря его энергии и широким международным связям «Акта математика» становится со временем международным изданием, получая субсидии не только от шведского короля, но и от других государств, в том числе от Франции, Германии, Дании и Финляндии. В последнем десятилетии XIX века это был уже один из ведущих математических журналов по своему научному значению. В нем публиковались труды крупнейших европейских ученых и затрагивались самые жгучие и злободневные вопросы современной математики. Когда в 1939 году Шведская академия наук присудила Э. Пикару совместно с Д. Гильбертом первую премию Миттаг-Леффлера, на большом банкете в Париже французский математик получил из рук посланника Шведской академии полный комплект журнала «Акта математика» — 72 тома, переплетенных в кожаные красные переплеты. Вспомнил ли тогда Пикар, бывший уже на склоне своих лет, об этом званом обеде у Бертрана?

В первые годы существования журнал нуждался в серьезной поддержке, особенно за рубежом. Вместе с Эрмитом трое молодых математиков всеми силами содействовали начинанию Миттаг-Леффлера у себя на родине. А сейчас они молча выслушивают мнение Бертрана и других о том, каким должен быть новый французский журнал, без всякого сомнения подрывающий основу для распространения «Акта» во Франции. Молчание и сдержанность стали их самым действенным оружием. Бертран уже несколько раз испытующе поглядывал в их сторону, но все его безмолвные призывы к активному участию в обсуждении словно упирались в безответную, непробиваемую стену. Жордан, которому предложили руководство будущим журналом, явно колеблется, не в силах отрешиться от сомнений.

— Что касается издательства, то тут у нас проблем не будет, я в этом уверен, — говорит Бертран, как бы включая Готье-Виллара в общий разговор.

— Вы можете судить об этом по «Comptes rendus», — отзывается издатель. — Номера выходят в свет весьма аккуратно и уже через 7—10 дней вручаются подписчикам.

Неожиданное возражение последовало со стороны Жордана. В качестве образца функционирования журнала он выдвигает «Акта математика»:

— …В среднем выходят два тома в год, но это только в среднем. Выпуски сдаются в печать не в заранее определенные сроки, а только после того, как накопится материал, назреют новые вопросы и появятся их решения. Вот как должен издаваться такого рода журнал в отличие от других периодических изданий! — убежденно заканчивает он.

По лицу Готье-Виллара было видно, что это предложение пришлось ему не по вкусу.

— Но это же совершенно не коммерческое предприятие, — снисходительно объясняет он. — Не думаю, что кто-нибудь возьмется финансировать такое издание.

После ряда взаимных возражений, когда переговоры окончательно зашли в тупик, Готье-Виллар весело воскликнул: «Хорошие дети родятся только от любимой жены!» — и попросил дать ему время подумать. Но Пуанкаре, да, видимо, и всем остальным стало ясно, что думать он будет очень и очень долго. Эрмит с нескрываемым удовольствием сообщил Ковалевской в Стокгольм о том, как на первом же этапе сорвался задуманный против «Акта математика» заговор.

Жордану все-таки пришлось через некоторое время возглавить французский математический журнал. Только это был «Журнал чистой и прикладной математики», тот самый, на страницах которого была опубликована в 1881 году работа Пуанкаре, открывающая новое направление не только в его исследованиях, но и в исследовании дифференциальных уравнений вообще.

Рождение нового метода

«Пуанкаре начинает как Коши», — одобрительно заметил как-то один из ведущих профессоров Сорбонны. Он имел в виду широкое разнообразие работ молодого математика, опубликовавшего статьи по фуксовым функциям, по теории обыкновенных дифференциальных уравнений, по теории дифференциальных уравнений с частными производными, по алгебре, по теории чисел и по многим другим разделам математики. Но некоторые его работы невозможно было отнести к какому-либо разделу этой науки, так как раздела такого не существовало. Он только еще рождался в заметках и мемуарах Пуанкаре.

Занимаясь поисками новых (фуксовых) функций, с помощью которых можно было бы представить решение линейного дифференциального уравнения, Пуанкаре уже осознавал ограниченные возможности такого представления. Полученная формула решения позволит для любого момента времени рассчитать положение и скорость тела, движение которого описывается дифференциальным уравнением. Ну а если этого недостаточно? Если знание числовых характеристик движения в отдельных точках не удовлетворяет исследователя и ему нужно объять мысленным взором сразу весь путь, проходимый телом? Именно такая потребность возникает во многих прикладных, практически важных задачах. Например, зная положение и скорость кометы только в отдельные моменты времени, не всегда можно ответить на вопрос: вернется ли она в будущем, и если вернется, то когда именно? Для этого нужно представить себе ее движение в целом, иметь сведения о том, замкнут ее путь или же начало и конец его теряются в глубинах вселенной. В этом случае чисто качественная информация о характере движения гораздо важнее отдельных количественных показателей.

Если решение дифференциального уравнения выражается достаточно простой формулой, то немного потребуется усилий для того, чтобы воспроизвести по этой формуле воображаемую кривую, описываемую движущимся телом, или хотя бы осознать характерные особенности его движения. Но когда сталкиваешься со сложными трансцендентными функциями, да еще решение представляется замысловатой комбинацией этих функций, совсем не так легко представить себе, каков же проходимый телом путь. Получается парадоксальная ситуация: хоть уравнение проинтегрировано и решение записано в виде формулы, исследователь ничего не может сказать о движении в целом. Такие формулы хороши только для расчетных работ. Мало того, далеко не для всех дифференциальных уравнений удается найти формульную запись решения. Так не попытаться ли извлечь все качественные сведения о движении прямо из самого дифференциального уравнения, минуя непроходимые порой трудности интегрирования?

До этого никому и в голову не приходила столь дерзкая мысль. У Пуанкаре она возникла, по-видимому, как необычный аспект идеи, высказанной в свое время Брио и Буке: судить о свойствах решения дифференциального уравнения непосредственно по самому уравнению. Он уже использовал этот подход во время поисков фуксовых функций, определив таким образом, что неизвестные функции Должны быть периодическими функциями особого рода. Теперь требовалось нечто иное: не решая дифференциального уравнения, только по его внешнему виду выяснить геометрию определяемого им пути движения, чтобы можно было предсказать его форму, найти выпуклость кривой в течение всего периода движения, установить область пространства, внутри которого движение происходит, распознать, периодично движение или нет. Что-то вроде графологии, которой так увлекался муж Алины, философ Эмиль Бутру, с той лишь существенной разницей, что в почерке черты характера человека проявляются случайным образом, в то время как в дифференциальном уравнении сконцентрирована вся первичная информация о движении тела. Этот искусный обходной маневр — вместо сложной, а то и просто невыполнимой операции интегрирования заполучить сразу общий вид кривой, представляющей решение дифференциального уравнения, — показывает, как совершенно по-новому умел Пуанкаре видеть классические задачи математики и механики, к каким весьма нетрадиционным проблемам умел он их сводить.

Математики уже знали, что поведение кривой, определяемой дифференциальным уравнением, будет различным в зависимости от того, рассматривается ли она в своей обычной, ничем не примечательной точке или в какой-то особой точке, в которой возможны некоторые аномалии. Через обычные точки кривая проходит плавно и монотонно, словно рельсовый путь. Особая точка уподобляется узловой станции, стрелке или тупику. Чтобы ознакомиться с железнодорожным маршрутом, достаточно простого перечисления встречающихся на пути следования станций и отходящих от основной магистрали веток. Точно так же, чтобы представить себе всю кривую в целом, нужно знать, как расположены ее особые точки и что происходит в этих точках с кривой. Тогда легко проследить весь непрерывный путь от одной особой точки к другой. Изучить кривую по определяющему ее дифференциальному уравнению означало прежде всего научиться извлекать из этого уравнения всю информацию об особых точках. С решения именно этой задачи и начал свои исследования Пуанкаре.

Еще в докторской диссертации и в одной из статей 1880 года он уделяет внимание особым точкам. Но только сейчас, в Париже, Пуанкаре по-настоящему глубоко исследует этот вопрос в серии работ, озаглавленных: «О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями». Первый и второй мемуары вышли в декабре 1881 года и в августе 1882 года. В этих работах были заложены идеи и методы, составившие содержание нового раздела математики. Название ему дал сам Пуанкаре: качественные методы теории дифференциальных уравнений. До него этот кардинально новый подход никем даже не затрагивался.

Проанализировав множество особых точек различного рода, он приходит к заключению, что все они сводятся к четырем основным видам: седло, фокус, центр и узел. Это была первая классификация и первые названия, которые сохранились до наших дней. Различаются эти особые точки тем, как ведут себя кривые в их ближайшей окрестности. В точке, которая получила название «седло», две кривые, имеющие вид сломанных под углом прямых, соприкасаются как раз вершинами углов. Остальные кривые через эту точку не проходят, а, словно струи воды, плавно загибаются в углах, ограниченных прямыми линиями, как стенками. Зато в «узле» сходятся сразу все кривые, попадающие в его окрестность. На «фокус» кривая наматывается подобно спирали или же, наоборот, раскручивающейся спиралью выбегает из этой точки. От «центра» кривые расходятся изолированными замкнутыми кольцами, как круги на воде. «Я изучил затем распределение этих особых точек в плоскости, — пишет Пуанкаре о следующем этапе своей работы. — Я показал при этом, что они всегда существуют (на конечном или бесконечном расстоянии) и что всегда выполняется простое соотношение между числом седел, фокусов и центров…» Всевозможные варианты поведения кривых, представляющих решения дифференциальных уравнений, могли теперь быть проиграны без особых затруднений: либо кривые замкнутыми линиями охватывают центр, либо они неограниченными спиралями навиваются на фокус, либо бесконечно удаляющаяся в одну сторону кривая упирается другим своим концом в узел, либо же кривая, исходящая из узла или фокуса, заканчивается в другом узле или фокусе. Была еще одна возможность, для описания которой Пуанкаре пришлось ввести новое понятие — предельный цикл.

Так была названа им особая замкнутая кривая, представляющая одно из решений дифференциального уравнения. Все другие кривые, определяемые этим уравнением, проходя вблизи предельного цикла, наматываются на него либо изнутри, либо снаружи. Неограниченно приближаясь к нему, они тем не менее никогда его не пересекают и даже не соприкасаются с этой недосягаемой для них кривой. Новое понятие оказалось не менее важным, чем понятие особой точки. Если известен предельный цикл, можно быть твердо уверенным, что кривая навсегда останется либо внутри его, либо вне, поскольку перейти эту границу она не может, как бы близко к ней ни подходила, ото значит, что можно указать пределы перемещения тела — либо верхние, либо нижние. Доказав, что число предельных циклов всегда конечно, не считая некоторых исключительных случаев, Пуанкаре разработал способы их обнаружения и дал общий метод для определения их количества.

Перед математиками открылись новые, совершенно необычные возможности. Все богатство решений некоторых видов дифференциальных уравнений становилось наглядным и легкообозримым, словно своеобразный топографический план, на котором вместо возвышенностей и котловин обозначены узлы и фокусы, а вместо линий уровня нанесены предельные циклы. Даже не зная решения дифференциального уравнения, можно было теперь делать выводы о характере движения. Геометрия решения шла впереди его аналитического, формульного представления. Впереди или рядом, потому что оба метода исследования — аналитический и качественный — не подменяли, а дополняли друг друга. Своим открытием фуксовых функций Пуанкаре уже отдал дань старому, аналитическому методу исследования дифференциальных уравнений, обогатив и расширив его возможности. Теперь им был создан еще один метод — качественный, которому предстояло большое будущее.

Вслед за первыми двумя мемуарами, в которых развивалась качественная теория дифференциальных уравнений первого порядка, последовали два других — в 1885 и в 1886 годах, где Пуанкаре рассматривает уже более сложные дифференциальные уравнения второго порядка. В последующие десятилетия математики не раз дополняли и обобщали его результаты, начиная с работ норвежского ученого Бендиксона, который в 1901 году использовал в качественных исследованиях методы теории множеств. Но ничего существенно нового из основных принципов и идей добавлено не было, настолько полной и всеобъемлющей была качественная теория в трудах Пуанкаре. Исключение составила теория центров, изложенная в третьем мемуаре. Она была во многом перекрыта исследованиями русского математика А. М. Ляпунова, который благодаря своим фундаментальным работам по теории устойчивости считается наряду с Пуанкаре создателем качественной теории дифференциальных уравнений.

Глава 7 АКАДЕМИЯ НАУК

Гость на улице Гей-Люссака

Грузный пожилой человек тяжело поднимается по узкой крутой лестнице, которой, казалось, не будет конца. Несмотря на те усилия, которые ему приходится прикладывать, он, не останавливаясь, преодолевает несколько пролетов и, только достигнув третьего этажа, переводит дух. «Прямо голубиное гнездо какое-то, а не жилище», — думает он, отирая платком крупную лысеющую голову. Взгляд его с удивлением останавливается на фигуре молодого человека, показавшегося в дверях. «Боже мой, такой молодой и такой белокурый!» — отмечает гость про себя. «Господин Сильвестр, — полувопросительно обращается к нему хозяин этих вознесенных над землей покоев, — очень рад вас видеть. Прошу».

Да, это был Джон Сильвестр, знаменитый английский математик, который на 71-м году жизни прибыл на континент, чтобы лично встретиться с молодым автором тех многочисленных статей, которые, по его мнению, возвещали о появлении во французской науке нового Коши. Войдя в комнату, гость некоторое время молча вглядывался в юношеское еще лицо коллеги, узнавая и не узнавая столько раз представлявшиеся его воображению черты.

Проходит две-три минуты. Пуанкаре из вежливости не прерывал молчание, давая возможность уважаемому посетителю прийти в себя после трудного подъема по лестнице. Гость… Впрочем, вот как он сам вспоминает об этом визите: «В присутствии этого резервуара интеллектуальной мощи мой язык вначале отказался мне повиноваться, и так продолжалось до тех пор, пока я какое-то время (может быть, две или три минуты) рассматривал и впитывал его внешние юношеские черты. Только после этого я обрел возможность говорить». Свое первое знакомство с Пуанкаре, жившим тогда на улице Гей-Люссака, недалеко от здания Сорбонны, Сильвестр сравнивает с происходившей в начале XVII века встречей изобретателя логарифмов Джона Непера и составителя первой таблицы логарифмов Генри Бриггса. Оба ученых были уже так наслышаны друг о друге и заочно так хорошо были знакомы по своим работам, что, когда Бриггс вошел в комнату, где находился Непер, они в течение нескольких минут с восхищением взирали друг на друга, не в силах произнести ни слова. «Я был проникнут чувствами Бриггса во время его встречи с Непером», — признается Джон Сильвестр.

О чем беседовали прославленный английский математик и его молодой французский коллега, осталось неизвестным. Но можно не сомневаться, что очень скоро они углубились в обсуждение сугубо профессиональных вопросов. Пуанкаре, наверное, рассказывал о своих последних результатах по качественной теории дифференциальных уравнений, о дальнейшем приложении фуксовых функций к решению алгебраических проблем. Как раз незадолго до этого Фукс опубликовал в «Докладах» Берлинской академии статью, весьма заинтересовавшую Пуанкаре. Уже не раз задавал он себе вопрос: нельзя ли применить методы, оказавшиеся столь успешными при интегрировании линейных дифференциальных уравнений, к нелинейным уравнениям, пусть даже не ко всем, а только к некоторым? Существенное различие между линейными и нелинейными дифференциальными уравнениями заключалось в количестве особых точек: у первых их было конечное число, у вторых — бесконечное множество. Если бы среди нелинейных уравнений нашлись такие, которым соответствует ограниченная совокупность особых точек, то можно было бы попытаться применить к ним уже развитый для линейных уравнений подход. И вот Фукс формулирует теорему, в которой высказывает необходимые и достаточные условия для того, чтобы дифференциальное уравнение имело только конечное число особых точек. Повторялась ситуация, сложившаяся накануне открытия фуксовых функций. Немецкий математик снова заразил Пуанкаре лихорадкой поисков новых высших трансцендентных функций, с помощью которых можно было бы интегрировать некоторые из нелинейных дифференциальных уравнений. Но на этот раз после углубленного изучения вопроса Анри пришел к неутешительному итогу. Все нелинейные уравнения, которые удовлетворяли условиям Фукса, либо попросту сводились к линейным, либо же интегрировались с помощью уже известных функций, например эллиптических. Найти новый класс интегрируемых уравнений не удалось.

Рассказывая об этих и других своих исследованиях, Пуанкаре, быть может, посвятил гостя в еще один круг своих научных интересов, весьма отличный от всего, чем он занимался до сих пор. Находясь под глубоким впечатлением только что вышедшей из печати статьи Ковалевской, посвященной кольцу Сатурна, он решил заняться этой интереснейшей проблемой, увлекавшей многие великие умы на протяжении веков.

Как ни ярка, как ни своеобычна индивидуальность ученого, она беспомощна в мировом размахе науки, если не сцеплена неразрывными связями с переживаниями всего коллективного научного творчества, если мысль ее не бьется в унисон с мыслями многих других творцов. Разум Пуанкаре, как тонко резонирующая струна, живо отзывается на все созвучные его внутреннему настрою волнения в бесконечно разнообразном океане научной жизни, а широта диапазона его «резонаторов» свидетельствует о необычном богатстве палитры его интеллекта. Уж сколько раз первотолчком, стимулом к действию служило для Пуанкаре чужое творение. Он на лету схватывает мысль автора, мозг его молниеносно проделывает всю необходимую работу, и вот уже включается в работу творческое воображение, которое увлекает ученого вперед, далеко за пределы горизонта самого автора.

Пуанкаре, но свидетельству его племянника Пьера Бутру, читал математические труды своим особым методом. Он не мог заставить себя терпеливо прослеживать длинную цепь выводов, определений и теорем. Мысль его сразу же устремлялась к главному результату, который представлялся ему центром всей проблемы. От него Пуанкаре двигался уже к периферии, быстрым, уверенным взглядом охватывая все утверждения, теоремы и выводы, которые окружали основную идею работы. Почти то же самое говорит Поль Аппель; у Пуанкаре был «гениальный дар интуитивного проникновения в основную мысль каждого вопроса, откуда она происходит и место, которое она занимает в общей системе». Этим объясняются проворство и живость его мысли, не отстававшей от его поистине универсальной любознательности. Теперь своеобразным умственным возбудителем явилась для Пуанкаре статья Ковалевской, обратившая его внимание на давно уже волновавшую ученых загадку кольца Сатурна.

В свое время существовали три гипотезы относительно природы этого кольца. По одной из них оно предполагалось таким же твердым, как планетная твердь, по другой — оно считалось жидким, а по третьей — состоящим из роя частиц. Лаплас в начале XIX века доказал, что однородное твердое кольцо не может быть устойчивым: оно обязательно упало бы на поверхность планеты. Если же считать твердое кольцо неоднородным, то, по расчетам английского ученого Дж. Максвелла, проделанным в середине XIX века, выходило, что почти вся его масса должна быть сосредоточена в одном месте. Неоднородное твердое кольцо получалось уже не кольцом, а обычным спутником планеты. Исследуя равновесную форму жидкого кольца, Ковалевская уточнила результаты Лапласа и доказала, что поперечное сечение такого кольца представляет собой овал. Но жидкое кольцо оказывалось, по ее расчетам, тоже неустойчивым, то есть не могло существовать. Об этом же свидетельствовали выкладки Максвелла, который, исходя из данных астрономических наблюдений, показал, что плотность кольца, если только оно жидкое, не превышает одной трехсотой доли плотности самого Сатурна. Никакая жидкость не могла удовлетворять этому условию.

Продолжив исследования Ковалевской, Пуанкаре приходит к выводу, что жидкое кольцо может быть устойчивым, если плотность его ниже плотности вещества планеты не более чем в шесть раз. Так как это явно противоречило результатам Максвелла, то следовало окончательно отбросить уже скомпрометированную гипотезу жидкого кольца Сатурна. «Этот анализ, как кажется, подтверждает гипотезу Трувело, который считает, что кольца составлены из множества чрезвычайно мелких спутников, и не думает, что можно как-либо иначе объяснить некоторые наблюдаемые явления», — пишет Пуанкаре о результатах своей работы. Но главный итог его усилий заключается не в том, что он подвел черту под многолетними исследованиями кольца Сатурна. Рассмотрев устойчивость жидкого кольца, Пуанкаре обратился к общей задаче устойчивости вращающейся жидкой массы.

Эстафета веков

Впервые задача эта была рассмотрена еще Ньютоном в его знаменитых «Началах». Первооткрыватель закона всемирного тяготения заметил, что закон этот может объяснить не только движение небесных тел, но и их форму. По известной гипотезе, каждая планета первоначально находилась в жидком состоянии, причем настоящую свою форму она приобрела еще до отвердения. Поэтому небесные тела должны иметь одну из тех фигур, которые принимает вращающаяся вокруг оси жидкая масса, частицы которой взаимно притягиваются по закону Ньютона. Вопрос о формах равновесия вращающейся жидкости приобрел важное научное и мировоззренческое значение.

Исследования Ньютона показали, что под влиянием центробежных сил и сил притяжения вращающаяся жидкая масса должна принять форму шара, сжатого у полюсов. Такая фигура называется эллипсоидом вращения. В середине XVIII века шотландский ученый К. Маклорен математически доказал, что эллипсоид вращения действительно будет равновесной фигурой вращающегося жидкого тела. С тех пор эту фигуру равновесия стали называть эллипсоидом Маклорена.

Долгое время считали эллипсоиды вращения единственными фигурами равновесия вращающейся жидкости. Лишь почти сто лет спустя, в 1834 году, выдающийся немецкий механик и математик К. Якоби показал, что это не так. Вращающаяся жидкая масса необязательно должна принимать форму тела вращения, словно ее обрабатывают на гончарном круге. Фигурой равновесия может стать и трехосный эллипсоид, получающийся из шара, который сжимают не только у полюсов, но и по экваториальному диаметру. Вывод Якоби вызвал немалое удивление в научном мире. Он явно противоречил наглядным представлениям и физической интуиции. Делались даже попытки опровергнуть его доказательство. Но профессор Сорбонны Ж. Лиувилль, проведя полный математический анализ проблемы, подтвердил правильность этих результатов. В учении о формах равновесия вращающейся жидкости появился новый термин — эллипсоид Якоби.

После этих исчерпывающих, казалось бы, исследований задача снова была предана забвению на несколько десятков лет. Но в 1883 году вышло третье издание известной книги английских ученых В. Томсона и П. Тэта «Трактат о натуральной философии». Авторы ее пополнили коллекцию фигур равновесия вращающейся жидкости. Они показали, что при некоторых условиях эллипсоид Якоби, вытягиваясь, разделяется на два не связанных между собой тела. Эллипсоид перерождается в нечто совершенно отличное от всех прежних форм равновесия. Это были не только новые данные, но и новые проблемы. Сами авторы указывали на существенный пробел в своих изысканиях: ничего не было известно о промежуточных, переходных формах жидкости, предшествующих делению эллипсоида.

Желая восполнить недостающее звено в результатах Томсона и Тэта, Пуанкаре переключается с кольца Сатурна на новый объект. Но логика исследования увлекает его к более общей и фундаментальной задаче: проверить, не существуют ли наряду с эллипсоидами Маклорена и Якоби другие родственные им фигуры равновесия вращающейся жидкости. Он смело принимает эстафету, в течение полутора веков передававшуюся от одного поколения ученых к другому. Смело, поскольку после работ Лиувилля проблема считалась достаточно подробно рассмотренной и закрытой. Рассчитывать в этих условиях на открытие, подобное открытию Якоби, казалось многим неоправданным оптимизмом. К тому же математические трудности представлялись неодолимыми. Задача сводилась к весьма сложному нелинейному интегральному уравнению. Даже сейчас нет полной теории решения таких уравнений, а в конце XIX века не разработана была теория решения и более простых, линейных интегральных уравнений. Тем более удивительны те успехи, которых удалось достигнуть Пуанкаре.

Помимо эллипсоидов, он обнаружил новые фигуры равновесия, отличающиеся от эллипсоидальных. Среди них были даже грушевидные. Эти-то фигуры и позволили перекинуть мост от эллипсоидов Маклорена к двухмассовым равновесным формам, представленным Томсоном и Тэтом. Сам Пуанкаре иллюстрирует эту возможность следующим гипотетическим примером, непосредственно относящимся к астрономии. Вообразим расплавленную жидкую массу, вращающуюся вокруг оси и сжимающуюся при охлаждении. Вначале это будет эллипсоид вращения, очень близкий к сфере. По мере охлаждения сжатие возрастает, и фигура непрерывно меняется. Все более и более уплощаясь, она перерождается в эллипсоид Якоби с тремя неравными осями. При последующем охлаждении большая часть жидкости, стремясь принять шарообразную форму, будет скапливаться в одном месте большой оси эллипсоида, а меньшая часть, обособляясь, переместится к противоположному концу большой оси. Образуется новая фигура равновесия, имеющая вид груши. Так будет продолжаться до тех пор, пока фигура, все более и более сжимаясь в своей средней, самой узкой части, не распадется на два различных, неравных тела.

Свои исследования Пуанкаре опубликовал в серии заметок и статей и в обширном мемуаре, вышедшем в 1885 году в журнале «Акта математика». Новые неожиданные результаты по столь старой и, казалось бы, досконально изученной проблеме вызвали исключительный интерес. Особенно оживились астрономы, решившие применить эти результаты к решению своих задач. Они надеялись, что открытые Пуанкаре грушевидные фигуры равновесия помогут объяснить процессы образования двойных звезд. Некоторые из них думали, что двойные звезды типа беты Лиры представляют те самые переходные формы, которые рассмотрены в его работах. Но сам Пуанкаре понимал, что все рассуждения о фигурах равновесия применительно к небесным телам справедливы лишь в том случае, если эти фигуры устойчивы. Только тогда они могут сохраняться неограниченно долго. Между тем об их устойчивости и методах ее исследования в работах предшественников можно было найти весьма скудные сведения. Например, методы, разработанные Лапласом и Лиувиллем, годились только для некоторых частных случаев и в смысле точности оставляли желать много лучшего.

Все оценки устойчивости механических систем опирались на принцип Лагранжа, согласно которому устойчивое равновесие характеризуется наименьшей величиной потенциальной энергии. Отклоненный от вертикального положения маятник потому так упорно к нему возвращается, что среди всех его возможных положений оно наинизшее и потенциальная энергия в нем принимает наименьшее значение. Но не так просто было применить этот критерий к жидкому вращающемуся телу. Если мысленно отклонить его от равновесной конфигурации, слегка деформировать, то очень трудно сказать наверняка, вернется ли оно, подобно маятнику, в границы прежних своих очертаний или, наоборот, будет неуклонно удаляться от них до тех пор, пока не успокоится, приняв новую, на этот раз устойчивую форму. Смещения частиц жидкости приводят к появлению новых сил, называемых гироскопическими, которые существенно усложняют всю картину. Бессилие принципа Лагранжа заключалось именно в том, что он не мог учесть действия этих дополнительных сил.

Не всегда решение научной проблемы, долгое время не поддававшейся усилиям исследователей, связано с рождением новых методов. Долгожданный эффект приносит порой переосмысление старых, испытанных средств. Такой подход к решению проблемы устойчивости фигур равновесия продемонстрировал Пуанкаре, обобщив принцип Лагранжа на новые, не входившие ранее в круг его рассмотрения ситуации. В качестве критерия устойчивости он принял не потенциальную энергию, а некоторую ее модификацию, как бы дополненную потенциальную энергию, учитывавшую влияние гироскопических сил. Каждой фигуре равновесия ему удалось сопоставить некоторые числовые величины, которые были названы им коэффициентами устойчивости, потому что только в том случае, когда эти коэффициенты положительны, выполняется условие устойчивости. Меняются очертания фигуры, меняются и значения коэффициентов, оставаясь положительными, если она не выходит за пределы своей устойчивости. Но если хотя бы один из коэффициентов обратится в нуль, это уже предостерегающий сигнал. Это значит, что данная фигура равновесия лежит на распутье и от нее ответвляется семейство других фигур равновесия. Перейдя этот рубеж, старые равновесные формы становятся неустойчивыми, зато обнаруживается устойчивость у новой серии фигур. Оба семейства фигур равновесия как бы обмениваются на стыке своей устойчивостью.

Такие же результаты были получены несколько раньше другим ученым. В далеком Петербурге молодой математик А. М. Ляпунов, два года работавший над задачей устойчивости эллипсоидальных форм равновесия вращающейся жидкости, защищает в январе 1885 года магистерскую диссертацию. Но в то время Пуанкаре еще ничего об этом не знал.

Петербургский адресат

Два года спустя после окончания университета Александр Ляпунов обратился к своему бывшему профессору П. Л. Чебышеву с просьбой дать ему тему для научного исследования. Знаменитый русский математик предложил молодому коллеге задачу, полностью аналогичную той, к которой спустя некоторое время приступил Пуанкаре: найти новые формы равновесия вращающейся жидкости, в которые переходят эллипсоиды Маклорена и Якоби. «Вот если бы вы разрешили этот вопрос, на вашу работу сразу обратили бы внимание», — прибавил маститый петербургский академик.

Это было в 1882 году. Ляпунов сразу же принялся за работу. Об актуальности этой задачи для науки того времени свидетельствует тот факт, что Чебышев не раз уже предлагал ее молодым талантливым математикам, в том числе Софье Ковалевской. Получив приближенное решение, Ляпунов столкнулся с непреодолимыми трудностями, когда пытался уточнить полученные результаты. После ряда неудач молодой математик вынужден был отложить вопрос на неопределенное время. Но усилия его не пропали даром. В ходе работы у него родилась мысль о другой научной задаче: исследовать устойчивость уже известных, эллипсоидальных форм равновесия. Это и составило предмет его магистерской диссертации, опубликованной в 1884 году. В ней он излагал и доказывал свои выводы об устойчивости различных эллипсоидов равновесия. Кроме того, им было показано, что при некоторых условиях эллипсоиды переходят в непохожие на них новые формы равновесия, среди которых были грушевидные. Но поскольку задача была решена с ограниченной точностью, лишь в первом приближении, то Ляпунов не считал строго доказанным существование этих новых фигур равновесия.

Через год после опубликования своей диссертации Ляпунов, просматривая номера парижского журнала «Comрtes rendus», встретил заинтересовавшую его заметку Пуанкаре, уже хорошо известного в России французского математика. Решая ту же задачу, Пуанкаре пришел к результатам, совпадающим с результатами незнакомого ему русского коллеги. Но о новых фигурах равновесия он говорил без той осторожности, которую проявил Ляпунов, уверенно утверждая, что они существуют. Прочитав заметку, Ляпунов посылает в Париж экземпляр своей диссертации с письмом, в котором выражает сомнения в возможности строго доказать существование неэллипсоидальных форм равновесия. Он просит Пуанкаре сообщить ему идею своего метода.

Вскоре из Парижа приходит ответ. Пуанкаре благодарит Ляпунова за присланную диссертацию и сетует на то, что не может как следует с ней ознакомиться из-за незнания русского языка. Тем не менее, основываясь на кратком переводе, который был сделан в «Астрономическом бюллетене», он приходит к выводу, что Ляпунов опередил его по некоторым пунктам. Пуанкаре собирается выслать оттиск своей статьи и просит сообщить о сходстве и различии с работой Ляпунова во всем, что касается результатов и методов. «Я составлю в соответствии с Вашими указаниями заметку, в которой воздам Вам должное и которая будет напечатана в „Актах“»,[22] — сообщает он.

Так завязалась оживленная многолетняя переписка Пуанкаре, а затем и других французских ученых — П. Аппеля, Э. Пикара, К. Жордана, П. Дюгема, Ж. Адамара — с далеким русским математиком. Его научные достижения получают у них высокую оценку и вызывают искреннее восхищение. П. Дюгем по поводу одной работы Ляпунова сообщает впоследствии в очередном своем письме: «Я нахожу там одно замечание, которое я думал, что сделал первым. Вы меня опередили на 20 лет!» Успехи А. М. Ляпунова и его коллег приковывают внимание парижского ученого света к петербургской математической школе. Этот интерес явно выражен в письме Аппеля, в котором он обращается к Ляпунову с необычным предложением: «Ввиду того, что работам, опубликованным на русском языке, придается большое значение», неплохо было бы найти какого-нибудь русского математика, знающего французский язык, который мог бы регулярно присылать для «Бюллетеня математических наук» обзоры этих работ. «Вы оказали бы таким образом науке большую услугу», — заключает Аппель свою просьбу. Именно после этого письма, датированного декабрем 1896 года, все основные работы Ляпунова публикуются на французском языке. Но до этого события пройдет еще целое десятилетие. А пока Пуанкаре и Ляпунов, преодолевая разделяющие их пространство и языковой барьер, пытаются посвятить друг друга в суть своих методов и идей.

Отвечая на вопрос своего петербургского адресата, Пуанкаре сообщает, что столкнулся с такими же трудностями, доказывая существование неэллиптических форм равновесия, и не смог продвинуться дальше первого приближения. Если же он все-таки утверждает, что эти фигуры равновесия существуют, то «только на основании некоторых аналогий и на основании своего убеждения, что строгое доказательство может быть найдено». Ляпунова совершенно не удовлетворило это объяснение, как не убедили его и доказательства, приведенные в мемуаре Пуанкаре, опубликованном в «Акта математика». Сказалось различие стилей и методов научной работы обоих математиков. Это были два различных типа творца. Хоть Пуанкаре и причисляли в то время к плеяде молодых французских математиков, его подход к решению прикладных научных проблем был скорее физическим. В своих исследованиях он широко использует наглядные, геометрические соображения, руководствуется нестрогими, с точки зрения чистых математиков, суждениями, опирается на свою потрясающую физическую интуицию, которая весьма часто приводит его к правильному конечному результату в самых запутанных и абстрактных вопросах. По силе интуиции Сильвестр сравнивал Пуанкаре с выдающимся немецким математиком Бернгардом Риманом. Но с не меньшим основанием его можно было бы сравнить и с французом Жаном Фурье, который в математических изысканиях нередко полагался лишь на свою мощную интуицию, пренебрегая вопросами математической строгости. Пуанкаре прямо заявлял, что «в механике нельзя требовать такой же строгости, как и в чистом анализе».

Ляпунов тяготел к другому полюсу научного творчества. Все его работы были безупречны в отношении точности математических рассуждений, ясности и строгости доказательств. Возражая против подхода, применяемого в работах Пуанкаре, он пишет, что «если иной раз и возможно пользоваться неясными рассмотрениями, когда желают установить новый принцип, который логически не вытекает из того, что было уже принято, и который по своей природе не может быть в противоречии с другими принципами науки, однако непозволительно это делать, когда должны решать определенную задачу (из механики или физики), которая поставлена совершенно точно с точки зрения математической. Эта задача делается тогда проблемой математического анализа и должна решаться как таковая». По мнению Ляпунова, задача о фигурах равновесия вращающейся жидкости, будучи поставлена как предмет математического исследования, должна решаться с той же строгостью, что и все остальные задачи математики. Но в продолжение последующих пятнадцати лет он не занимается этой проблемой, увлеченный другими делами. Лишь после избрания его в 1901 году в Академию наук, получив необходимый для этого досуг, Ляпунов возвращается к задаче Чебышева и через несколько лет получает полное и точное ее решение.

Ранние работы Ляпунова были почти неизвестны в Европе, за исключением узкого круга французских математиков. Только в 1904 году была полностью переведена на французский язык его магистерская диссертация. Неудивительно, что исследования Пуанкаре по фигурам равновесия вращающейся жидкости долгое время оставались в глазах механиков и астрономов самым последним и самым авторитетным словом в решении этой вековой проблемы.

Известность и авторитет Пуанкаре в европейских научных кругах приводят к тому, что зарубежные математики, в немалом числе посещающие в это время Париж, стремятся непременно войти с ним в контакт. Но сам Пуанкаре чувствует себя весьма неуютно в роли одной из столичных знаменитостей. Он не из тех людей, кто легко и непринужденно вступает в новые знакомства, и каждый новый визит вызывает у него чувство неловкости и скованности, с которыми он не в силах совладать. Именно таким увидел его немецкий математик Д. Гильберт, который сообщал в письме Ф. Клейну: «Он производит впечатление очень молодого и несколько нервного человека. Даже после нашего знакомства он не кажется очень дружелюбным: я думаю, что это объясняется его явной застенчивостью, которую мы не смогли преодолеть из-за отсутствия у нас лингвистических способностей».

С апреля месяца находясь в Париже, Гильберт прилагает немало усилий, чтобы поближе познакомиться с Пуанкаре. Это Феликс Клейн посоветовал своему молодому, но, несомненно, одаренному коллеге посетить французскую столицу, считая, что такая поездка окажет на него весьма благотворное и стимулирующее влияние, «особенно если удастся найти хороший подход к Пуанкаре». И вот в 1886 году Гильберт в компании с другим немецким математиком совершает научное паломничество, которое некогда осуществил сам Клейн. Французские математики встретили их с большой теплотой. Шарль Эрмит, демонстрируя свое редкостное доброжелательство, о котором они уже были наслышаны, не замедлил нанести им ответный визит. С Гильбертом он по собственной инициативе провел даже целое утро, свободное от лекционных занятий. Камилл Жордан устроил в честь зарубежных коллег обед, на котором присутствовали также Дарбу, Альфан и Маннгейм. В Сорбонне Гильберт посетил лекции Пикара, а также прослушал курс по теории потенциала и гидромеханике, читавшийся Пуанкаре. После этого он был представлен самому профессору, который был старше его лишь на шесть лет. Еще раз он встретился с ним, когда присутствовал на заседании Французского математического общества. Пуанкаре в этом году был избран его президентом. Но, видимо, сближение между ними шло не так быстро, как хотелось бы Гильберту, потому что в письме Клейну он жалуется, что Пуанкаре все еще не нанес им ответного визита.

Упреки в необщительности и недоверчивости не раз высказывались в адрес Пуанкаре. Действительно, он не очень легко сходился с малознакомыми ему людьми, решительно отклоняя какие бы то ни было попытки к душеизлиянию, претендующие на ответную откровенность с его стороны. Враг суетного пустословия и никчемной светской болтовни, Анри очень неохотно позволял посторонним угадывать скрытые движения своей души, оберегая свой внутренний мир от нескромных, назойливых взглядов. Это и создавало ему репутацию замкнутого человека. «…Относительно Пуанкаре я могу сказать все то же, — пишет Гильберт Клейну в другой раз. — Он кажется скрытным из-за застенчивости, которую можно будет преодолеть, если умело подойти к нему». Аппель, несомненно лучше знавший Пуанкаре, объясняет его сдержанность по отношению к недавним знакомым другой, более глубокой причиной: нежеланием в какой-то степени связать себя теми негласными обязательствами, которые поневоле налагает каждое новое тесное знакомство. Стремясь ограничить круг своих друзей и близких, который тем не менее был не так уж мал, он как бы инстинктивно оберегал свою внутреннюю свободу и духовную независимость, внешней скованностью окупал полную внутреннюю раскрепощенность. Только среди тех, с кем Анри долгое время поддерживал дружеские или приятельские отношения, он сразу становился самим собой, обретал свою привычную веселость и остроумие, свою непринужденность и уверенность в обращении. Друзья Пуанкаре единодушны в своих отзывах о нем: неизменно чистосердечен и прост, предан и доброжелателен.

Следует также сказать о замкнутом характере творчества Пуанкаре, который тоже не способствовал его сближению с молодым немецким коллегой. Гильберт, конечно, привык к тому свободному научному общению, которое принято у математиков за Рейном. Каждая математическая школа здесь являла некое подобие научной семьи, любой член которой открыто обсуждал в беседах, на семинарах или просто в кулуарах все перипетии своей текущей работы. Пуанкаре, наоборот, чуждался всяких шумных обсуждений и дискуссий, не признавал кружкового характера научной деятельности. Он предпочитал хранить про себя еще не вызревшие идеи, но не из-за эгоистической потребности в одиночестве. Просто он убежден, что словесный обмен мнениями вовсе не благоприятствует его свершениям. Творчество для него всегда было сугубо интимным процессом, противостоянием двоих — исследователя и упорно сопротивляющейся ему тайны. Феноменально развитая интуиция ведет Пуанкаре непосредственно к открытию, и между его разумом и истиной нет места каким бы то ни было посредникам или свидетелям. Безусловно, такое добровольное творческое отчуждение не соответствовало сложившемуся у Гильберта представлению о научных контактах между учеными.

Два этих года — 1886-й и 1887-й — внесли немалые изменения в жизнь Пуанкаре. С осени 86-го года он возглавил кафедру математической физики и теории вероятностей Парижского университета, став профессором Сорбонны одновременно с Э. Пикаром. А в январе следующего года его избрали членом Академии наук, входившей в Институт Франции.

В отличие от множества различных правительственных и частных учреждений, тоже носящих названия институтов, под наименованием «Институт Франции» понималось объединение из пяти самостоятельных академий, связанных одним уставом и общей целью. Как и Политехническая школа, организация эта была основана в годы Великой французской революции. В 1793 году Конституционным собранием были упразднены старые академии, образованные при королевском режиме, а взамен их два года спустя был учрежден Институт Франции с целью «собирать открытия, совершенствовать искусства и науки». Структура Института не один раз претерпевала изменения. Во времена Реставрации входящим в его состав академиям были присвоены старые, упраздненные названия, а в 1832 году число академий было увеличено с четырех до пяти. Таким образом, во второй половине XIX века Институт Франции имел следующий состав: Французская академия, главная цель которой заключалась в сохранении правильности и чистоты французского языка; Академия наук; Академия надписей и изящной словесности, предназначенная для развития истории, археологии и языкознания; Академия изящных искусств, включавшая в себя живопись, скульптуру, архитектуру и музыку; Академия моральных и политических наук, к которой относили философию, политическую экономию, правоведение, законодательство и другие подобные науки.

Академия наук (старое название — Парижская академия) была разделена на одиннадцать секций: геометрия, механика, астрономия, география и навигация, общая физика — по разряду математических наук; химия, минералогия, ботаника, агрономия, анатомия и зоология, медицина и хирургия — по разряду физических наук. Каждый из двух разрядов имел своего непременного секретаря, а председателем избирались поочередно представители от обоих разрядов. Число действительных членов Академии наук равнялось 68. Помимо них, было 10 почетных и 8 иностранных членов, а также 100 корреспондентов. Популярный в те годы французский поэт Сюлли-Прюдом[23] посвятил деятельности членов этой академии следующие возвышенные строфы:

Одни из тех мужей обняли властным взором

Громады дальних солнц в красе пустынной их.

Пастер открыл миры мельчайшие, которым

Нам меры не найти средь наших мер земных.

Следя в природе цепь изменчивых явлений,

Их ум определял законы изменений.

Науки свет они старались засветить

Над темною толпой в труде ее бессменном,

Пытаясь вечное с текущим согласить.

Выборы новых членов академии были знаменательным событием в академической жизни. Как только открывалось вакантное место, из числа академиков назначались особые комиссии, которые должны были представить не менее трех кандидатов с обоснованием их заслуг. Фамилии претендентов на звание действительного члена публиковались за неделю до выборов. Целый мирок парижского общества напряженно следил за всеми перипетиями этой кампании. Результаты голосования печатались в протоколах академии. Избрание неудачной кандидатуры нередко вызывало в обществе и печати недовольные толки и нарекания. Кандидаты, не получившие одобрения, оставались в списках и на каждых последующих выборах продвигались в порядке установленной очереди к окончательному представлению.

Пуанкаре числился в списках по секции геометрии с 1881 года, когда после смерти Мишеля Шаля в члены академии был избран Камилл Жордан. Блестящие работы молодого математика по теории фуксовых функций и их многообразным приложениям привлекли к нему внимание академической комиссии. Он был представлен одновременно с Аппелем и Пикаром и оказался вместе с ними на пятом месте. В 1884 году в академию прошел Гастон Дарбу, а неразлучная троица передвинулась на четвертое место. На следующий год последовало избрание Эдмона Лагерра, и вместе с Маштгеймом они разделили уже третье место. В этом же году скончался Жан Буке, знакомство с которым оказало столь благотворное влияние на становление Пуанкаре как математика. (Знаменитый математический дуэт распался еще в 1880 году, когда умер Шарль Брио.) Теперь Анри с щемящим чувством теплой благодарности вспоминал, какую неизменную отзывчивость встречали у знаменитого мэ/ЖЗЛ, «Пуанкаре»/тра его первые самостоятельные шаги на научном поприще. На освободившееся место в 1886 году был избран Жорж Альфан; Аппель, Пикар и Пуанкаре были уже на втором месте в списках. Следующие выборы могли оказаться для кого-то из них решающими. Друзья становились невольными конкурентами, но им не пришлось оспаривать друг у друга голоса академиков.

Очередные выборы состоялись в самом начале 1887 года. Причиной тому была преждевременная смерть Лагерра, не пробывшего в числе академиков и двух лет. Можно усматривать глубокий смысл в том обстоятельстве, что Пуанкаре предоставлялась честь заступить место одного из своих бывших наставников в математике. Но еще более многозначительным выглядит тот факт, что в борьбе за высший ученый титул ему пришлось противостоять не кому иному, как Маннгейму. Судьба словно нарочно столкнула их в этом своеобразном поединке. Те из друзей Пуанкаре, кто был посвящен в историю его острого конфликта с полковником Маннгеймом в Политехнической школе, рассматривали наступившие выборы как продолжение той давней дуэли.

Тем сильнее волновало их ожидание скорой уже развязки, когда 24 января они сидели в зале заседаний академии среди публики, разместившейся на длинных скамьях вдоль стен. Лившийся сверху свет отбрасывал резкие тени на каменно-суровые лица великих французских писателей, весьма неодобрительно взиравших со своих пьедесталов на беспокойно шевелящуюся, поскрипывающую стульями толпу академиков. Тускло и буднично звучал голос непременного секретаря, зачитывавшего представления комиссий. Кандидатуру Пуанкаре сопровождала лаконичная, но весьма емкая характеристика, что его научные работы «выше обычной похвалы». Вот поднялся председатель и, близоруко вглядываясь в глубину зала, объявил, что по установленному порядку голосование будет проходить при закрытых дверях. Посетители со сдержанным гулом высыпали в длинный, просторный холл, украшенный статуей Шатобриана. Кому же отдадут предпочтение маститые академики: пожилому профессору Политехнической школы или молодому профессору Сорбонны, учителю или его бывшему ученику, сравнявшемуся с ним своей ученостью? А может быть, даже превзошедшему его? Через неделю любой желающий мог ознакомиться с результатами голосования, прочитав протоколы Академии наук. Тридцатью одним голосом против двадцати четырех действительным членом был избран Анри Пуанкаре. Ему было тогда тридцать два года.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?