К 150-летию получения профессором Новороссийского университета звания
Выдающийся российский физик Николай Алексеевич Умов мог бы стать профессором Московского университета, однако его революционная докторская диссертация о движении энергии, представленная в столице, была встречена с непониманием среди коллег. Тем не менее, его имя навсегда вошло в университетские учебники физики благодаря фундаментальным законам и константам, выведенным из его теории движения энергии. Эта теория стала неотъемлемой частью электромагнетизма и всей современной физики, хотя сам Умов, к сожалению, был незаслуженно забыт.
Необычная фамилия Николая Алексеевича — Умов — на самом деле является сокращением от Наумов. В XVIII веке подобные «усечённые» фамилии нередко давались незаконнорожденным сыновьям дворян, если отец желал обеспечить им достойное будущее и вывести из «подлого» сословия. По сути, это было формой официального признания отцовства. Если сегодня для этого достаточно заявления в ЗАГС, то в Российской империи такая юридическая возможность появилась лишь в 1850 году после утверждения мнения Государственного совета Николаем I о законности браков и положении детей. До этого все подобные вопросы решались исключительно кулуарно.
Корни дворянского рода
Павел Наумов, отставной секунд-майор и помещик Казанской и Симбирской губерний, не относился к таким видным фигурам, как граф Румянцев-Задунайский или князь Трубецкой. Однако его прошение на Высочайшее имя о признании сына Алексея, рождённого от крепостной крестьянки Агафьи Тихоновны, было удовлетворено. Наумов был не просто богатым, но и весьма влиятельным помещиком, многократно избиравшимся предводителем местного дворянства. Его род отличался древностью и знатностью, порой превосходя даже представителей известных фамилий. Родоначальником Наумовых был «муж честный, имя ему Павлин», прибывший из Швеции ко двору Великого князя Владимирского и Московского Симеона Гордого в начале XIV века. Потомки Павлина, столь же многочисленные, как и Рюриковичи, к XVIII веку расселились по Калужской, Курской, Тульской губерниям, Поволжью и Ставрополью.
Алексей Умов, внебрачный сын помещика Наумова, получил образование на медицинском факультете Казанского университета, стал военным врачом и дослужился до звания штаб-лекаря (полкового врача). После выхода в отставку он женился на дочери симбирского купца 2-й гильдии Сусоколова, чьи коммерческие дела шли в гору. Тесть доктора Умова успешно занимался лесоторговлей, владел доходными домами, пивоваренным заводом и винокурней, фактически контролируя торговлю спиртным в Симбирске.
Зять Сусоколова, Алексей Умов, вернулся на государственную службу, но уже в качестве статского чиновника. Он стал главным врачом губернской больницы и преподавателем медицины в Симбирской духовной семинарии. Дослужившись до чина надворного советника, что даровало ему статус потомственного дворянина и обращение «Ваше Высокоблагородие», Алексей Умов вместе с женой и детьми переехал в Москву в 1858 году. Его сын Николай, которому тогда было 12 лет, блестяще окончил гимназию с золотой медалью и поступил на физико-математическое отделение Московского университета.
Тернистый путь к признанию
По окончании университета в 1867 году со степенью кандидата Николай Умов был оставлен при кафедре физики для подготовки к профессорскому званию. Он успешно сдал магистерские (аспирантские) экзамены, параллельно зарабатывая на жизнь преподаванием физики и математики на Лубянских женских курсах — единственном в империи учебном заведении, где занятия велись по программе мужских гимназий, и девушки изучали основы физики. В 1870 году, приняв приглашение декана физико-математического факультета Новороссийского университета профессора Шведова, Умов переехал в Одессу, заняв должность доцента кафедры физики. Там он завершил написание своей магистерской диссертации «Теория термомеханических явлений в твёрдых упругих телах», которую успешно защитил в январе 1872 года в Московском университете.
Несмотря на свою преподавательскую деятельность в Новороссийском университете в Одессе, Николай Умов по-прежнему числился в числе кандидатов на профессорское звание в Московском университете. Для получения этого звания (на начальном этапе — экстраординарного профессора) ему требовалась докторская степень. В 1874 году он представил к защите свою докторскую диссертацию «Уравнения движения энергии в телах», которая, как оказалось, стала серьёзным испытанием на пути его многообещающей научной карьеры.
В своей диссертации Умов предложил смелый и новаторский подход, рассматривая потенциальную энергию как кинетическую энергию неких «незаметных для нас» сред. Он ввёл понятие плотности потока энергии, известное сегодня как вектор Умова—Пойнтинга (английский физик Джон Пойнтинг пришёл к аналогичным выводам на десять лет позже, в 1884 году). Эти идеи, ставшие краеугольными камнями современной физики, тогда вызвали недоумение. Члены учёного совета Московского университета, включая его официального оппонента профессора Столетова, сочли тезисы Умова недостаточно обоснованными. Защита длилась целых шесть часов. Хотя Умов в итоге и получил докторскую степень по физике, о профессорстве в Московском университете ему пришлось забыть. Это шло вразрез с негласным правилом того времени: соискатель получал профессорское звание там, где защищал докторскую диссертацию. После такой сложной защиты Умов был вынужден вернуться в Одессу, где в 1875 году он занял должность профессора физики Новороссийского университета.
Именно в Одессе он решил в общем виде задачу о распределении электрических токов на проводящих поверхностях произвольной формы. С этим открытием связана история, не менее драматичная, чем с «открытием» Пойнтинга. До Умова эта задача решалась лишь для частных случаев: Кирхгоф предложил решение для плоскости, Больцман — для сферы и круглого цилиндра. Умов же представил универсальное решение. В 1875 году, во время заграничной стажировки в Берлине, Умов встретился с Кирхгофом и передал ему для ознакомления свою статью «О стационарном движении электричества на проводящих поверхностях произвольного вида». Кирхгоф ознакомился с работой и впоследствии опубликовал те же результаты под своим именем. В ответ Умов был вынужден начать публикацию своей статьи в российском «Математическом сборнике» с язвительными словами:
«В июне 1875 г. мною была представлена проф. Кирхгофу работа, носящая заглавие настоящей статьи… Считаю нелишним привести здесь мне принадлежащее доказательство найденных мною результатов».
В период работы в Одессе Умов также активно исследовал диффузию веществ в водных растворах, изучал поляризацию света в мутных средах и открыл эффект хроматической деполяризации лучей света, падающих на матовую поверхность. Всего за одесский период им было опубликовано около двух десятков значимых научных работ в области физики и химии.
“Русский Эйнштейн”
Иногда Николая Умова называют «русским Эйнштейном» даже в авторитетных научно-исторических публикациях, как в России, так и за рубежом. Действительно, в своей докторской диссертации он писал:
«…Количество энергии, протекающее через бесконечно малый плоский элемент в бесконечно малое время, равно отрицательной работе сил упругости, действующих на этот элемент. Эта энергия является эквивалентной массе, как теплота и механическая энергия, и коэффициент эквивалентности представляется квадратом скорости света. …Излучаемая энергия является составной частью массы тела. Излучение света уменьшает эту массу. Энергия лучей Максвелла является эквивалентной массе, как теплота и механическая энергия, и коэффициент эквивалентности представляется квадратом скорости света».
В том же 1874 году в немецком журнале «Zeitschrift fur Mathematik und Physik» (т. XIX, раздел «Молекулярная физика», с. 97) Умов опубликовал «Теорему о взаимодействиях на конечных расстояниях», где вывел формулу E = kmc², в которой коэффициент k находится в диапазоне от 0,5 до 1. Эта формула имеет поразительное сходство со знаменитым уравнением Эйнштейна, вытекающим из его специальной теории относительности, где вместо k используется греческая буква «гамма» — фактор Лоренца. Однако важно отметить, что в 1870-е годы, за четверть века до возникновения квантовой гипотезы Макса Планка, Умов рассматривал свет в рамках ньютоновской физики как «фотонные» частицы энергии, а их движение со скоростью света — как предельный случай, когда k в его формуле равен 1.
На тот момент это была сугубо теоретическая концепция, и подобные идеи посещали умы и других физиков-теоретиков того времени. В частности, австрийский учёный Генрих Шрамм в своей монографии «Общее движение материи как первопричина всех явлений природы», опубликованной в Вене в 1872 году, также сводил все «явления природы» к произведению их массы на квадрат скорости света. Книга Шрамма доступна в интернете, и любой желающий может ознакомиться с ней. Николай Умов, прочитав эту работу, высказал своё мнение по этому вопросу как в докторской диссертации, так и в отдельной статье в немецком «Журнале математики и физики».
Значительно позже Умов также делился своим мнением о квантовой гипотезе Планка в статье «Возможный смысл теории квант» (1913) и о специальной теории относительности Эйнштейна (так называемом «лоренц-эйнштейновом преобразовании») в статье «Условия инвариантности волнового уравнения» (1912). Его отзывы были весьма одобрительными, и что главное — без малейшего намёка на то, что, как и в случае с Кирхгофом, он вновь оказался первооткрывателем. Подобная мысль вряд ли могла прийти ему в голову, и он, вероятно, был бы сильно удивлён, узнав от современных историков науки, что опередил Планка и Эйнштейна.
«И строгой физикой мой ум переполнял»
Профессор Умов вернулся в свою альма-матер, Московский университет, спустя 20 лет, в 1893 году, а после кончины профессора Столетова в 1896 году возглавил кафедру физики. Среди его значимых работ московского периода, вошедших в историю науки, обычно упоминаются разработанный им на основе формул Гаусса алгоритм для определения магнитных аномалий в теле Земли. Также к его достижениям относится установление зависимости между альбедо планет и их спутников и степенью поляризации отражённого света (так называемый эффект или закон Умова). Сегодня астрофизики успешно применяют этот эффект для изучения облаков однородных частиц, таких как хвосты комет и протопланетные пылевые диски, и первые результаты подтверждают универсальность закона Умова.
Однако московский период жизни Николая Умова примечателен в первую очередь его активной административной и общественной деятельностью. Московский университет во многом обязан ему строительством физического института, проект которого Умов детально изложил в специальном докладе. Он был бессменным президентом Московского общества испытателей природы (МОИП) до конца своей жизни, а также одним из основателей и председателем Московского педагогического общества. За свой счёт Умов издавал журнал «Научное слово», который был возрождён в 1928 году под редакцией Отто Юльевича Шмидта, а затем в 1931 году преобразован в журнал «Социалистическая реконструкция и наука» под началом академика Николая Бухарина.
В 1901 году были вручены первые Нобелевские премии, каждая из которых составляла 150 тысяч шведских крон (около 70 тысяч рублей золотом по курсу, что после денежной реформы 1897 года свободно обменивалось 1:1 с бумажным рублём). Это событие вызвало широкий резонанс не только в научном сообществе. Возможно, именно оно вдохновило купца первой гильдии Христофора Леденцова завещать всё своё состояние на поддержку науки. Леденцов сколотил капитал в Вологде, занимаясь торговлей льном, мехами, а затем и винокурением. Переехав в Москву в 1890-х годах, он активно инвестировал в доходные дома как в столице, так и в Санкт-Петербурге. Хотя его богатство не могло сравниться с фондом Нобеля (который оценивался в 15 миллионов рублей), Леденцов был весьма состоятельным человеком, владея более чем миллионом рублей на банковских счетах в ценных бумагах и сопоставимой по стоимости недвижимостью.
Однако, несмотря на своё состояние, Христофор Леденцов решил распорядиться миллионами весьма оригинально:
«Я не хочу дела благотворения, исцеляющего язвы людей, случайно опрокинутых жизнью <…> я ищу дела, которое должно коснуться самого корня человеческого благополучия…»
Таким делом он считал науку. Он обратился, по его словам, именно к профессору Умову за советом, как наилучшим образом реализовать эту идею. Умов, обладая стратегическим мышлением, справедливо посчитал, что конкурировать с Нобелем в области денежных премий за уже совершённые открытия бесперспективно. Гораздо эффективнее будет направлять проценты с капитала Леденцова на финансирование текущих исследований, которые в будущем приведут к новым открытиям.
Купец Леденцов принял этот мудрый совет, и в 1909 году, через два года после его смерти, при Императорском Московском университете и Императорском Московском техническом училище было учреждено «Общество содействия успехам опытных наук и их практического применения имени Х. С. Леденцова», известное как Леденцовский фонд. Во главе фонда встали директор Московского технического училища Н. А. Федоров и президент МОИП Н. А. Умов. Началась реализация недвижимого имущества покойного Леденцова и выдача первых грантов на научные исследования и подготовку квалифицированных научных кадров.
К концу XIX века благотворительность в пользу науки стала модной среди российской буржуазии: учреждались медали и премии, которые выплачивались за счёт прибылей меценатов. Однако Леденцовский фонд стал беспрецедентным явлением, поскольку никто прежде не отдавал весь свой основной капитал в распоряжение учёных, причём даже при наличии прямых наследников (двое сыновей Леденцова были инженерами). Фактически это был первый подобный научный фонд в России. Только за это стоило бы установить бюст Умова в вестибюле РНФ или хотя бы мемориальную доску.
Леденцовский фонд, к сожалению, просуществовал недолго. В 1918 году, когда его капитал приближался к 2 миллионам рублей, он был конфискован новой властью отнюдь не для научных целей. Впрочем, эта же власть отдала должное профессору Умову, издав в 1950 году полный том его «Избранных сочинений» в серии «Классики естествознания». Николай Умов не создал собственной научной школы, хотя у него, несомненно, были аспиранты. В науке он оставался индивидуалистом, что, вероятно, и привело к его быстрому забвению. Последним, кто вспоминал о нём как о живом человеке, был поэт-символист Андрей Белый (Борис Бугаев), который, будучи студентом физико-математического отделения Московского университета, посещал его лекции и сдавал экзамены с 1900 по 1903 год.
«И строгой физикой мой ум
Переполнял профессор Умов.
Над мглой космической он пел,
Развив власы и выгнув выю,
Что парадоксами Максвелл
Уничтожает энтропию,
Что взрывы, полные игры,
Таят томсоновские вихри
И что огромные миры
В атомных силах не утихли…
— писал Андрей Белый в 1921 году. —
Мир — рвался в опытах Кюри
Атомной, лопнувшею бомбой
На электронные струи
Невоплощенной гекатомбой…»
Так сложилось, что Николай Алексеевич Умов посвятил себя той области физики, которая в итоге привела к созданию ядерной бомбы. И если его студент Бугаев интуитивно это предчувствовал, то сам профессор Умов, вероятно, прекрасно понимал глубокие последствия своих исследований.
