Профессор Ом, сын слесаря Ома

Георг ОМ

В 1826-м году немецкий «Журнал физики и химии» опубликовал статью «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера». Автором статьи был кельнский учитель гимназии Георг Симон Ом. В статье был изложен фундаментальный закон электрических цепей, который в последствии получил название закона Ома.

Сегодня продемонстрировать зависимость силы тока от напряжения и сопротивления можно в любой школьной лаборатории. Нетрудно сделать это и на дому, используя блок питания, тестер и несколько резисторов. Закон Ома прост и может показаться, что он был открыт случайно, или же сам собой при работе исследователя с источниками тока и проводниками. На самом деле уровень развития электротехники в 20-е годы XIX-го века был таков, что Георгу Ому для открытия важнейшего электротехнического закона потребовались неимоверное трудолюбие, высокое мастерство инженера, умелые руки ремесленника, глубокое знание современной ему физики и химии и свободное обращение с высшей математикой. Социальное положение заставило Ома проявить мужество исследователя, отказавшегося от жизненных благ ради науки. Работу Георга Ома над своим открытием можно смело назвать научным подвигом.

Читая биографии, подобные биографии Георга Ома, волей-неволей задаёшься вопросом: откуда у человека такие качества? В случае Георга Ома ответ на вопрос есть. Упорство в познании наук, любовь к учёбе и исследованиям, мастерство инженера и ремесленника учёному в детстве и юности привил отец, Иоганн Вольфганг Ом.

 

Иоганн Ом, потомственный слесарь

 

Приборы, изготовленные Георгом Омом

Приборы, изготовленные Георгом Омом

Иоганн Ом был продолжателем дела своих деда и отца, он был потомственным слесарем. Нужно понимать, что в промышленно отсталой Германии конца XVIII-го века слесарь был ремесленником, принадлежавшим к ремесленному цеху со всеми вытекающими отсюда последствиями: для того, чтобы получить звание мастера, цеховик проходил долгие годы учёбы, за которые должен был научиться многим премудростям ремесла.

Отец Иоганна работал слесарем при Эрлангенском университете. Не имея достаточного образования, он понимал как понадобится оно сыну в жизни и карьере ремесленника. При первой возможности он договаривается с квартирующим у него студентом и маленький Иоганн начинает изучать арифметику и геометрию.

В 1773-м году семнадцатилетний Иоганн Ом был посвящён в ученики слесаря, а в 1776-м он становится подмастерьем. В соответствии с уставом гильдии и, как того требовал обычай, подмастерье отправляется совершенствовать своё мастерство на чужбине. Девять лет Иоганн совершенствовал мастерство в Мангейме, Лейпциге, Берлине. Много времени посвящал он изучению математики, посещал школу технического рисования и черчения.

Тридцатилетний подмастерье возвращается в Эрланген и подаёт прошение в городское управление на разрешение открыть собственное дело в качестве мастера.

Звание мастера – это самостоятельность, Иоганн женится на дочери местного кузнеца Марии Беккин и в 1786-м году становится отцом семейства.

Из семерых детей выживут трое, любимая жена умрёт при родах последнего ребёнка, жизнь слесаря отнюдь не будет безоблачной, но двое его сыновей станут известнейшими во всей Германии профессорами в огромной степени благодаря тем силам, той энергии, которую вложит Иоганн Ом в воспитание своих детей.

После смерти любимой жены Иоганн Ом всё свободное время посвящает воспитанию детей. Оба его сына – Мартин, профессор математики и Георг, профессор физики в последствии признавали, что всем тем, чего они добились в жизни и науке, они обязаны отцу.

Экспериментальная установка Ома

Экспериментальная установка Ома

Иоганн Ом с самого начала нацелил сыновей на поступление в университет. Эрлангенские начальные школы и гимназия, в которых отучились и Мартин и Георг не давали достаточной подготовки. Иоганн с детства приучает сыновей к чтению. Книги стоили дорого, но Иоганн постоянно пополнял домашнюю библиотеку. Бюджет семьи был скудным, но на полке стояли важнейшие труды по математике, истории, географии, философии, педагогике, слесарному делу.

Иоганн Ом понимал, что сам не сможет дать детям хорошее образование и обратился за помощью к преподавателям Эрлангенского университета. Несколько профессоров с радостью занимались с детьми слесаря. Так, профессор Роте в последствии вспоминал, что не только передавал знания талантливым мальчикам, но и сам узнавал много нового, беседуя со слесарем и его детьми.

По совету профессора Клюбера дети Иоганна Ома начали изучение математики с трудов датского учёного Томаса Буге и продолжили трудами Леонарда Эйлера. В то время «Интегральное исчисление» Эйлера не было ещё переведено на немецкий, а латынью в семье лучше всех владел Георг. Под диктовку Георга Иоганн Ом страница за страницей пишет перевод этой фундаментальной работы.

Занятия отца с сыновьями не ограничиваются стенами дома. Вечерами, в воскресные и праздничные дни Иоганн совершает с детьми длительные прогулки по окрестностям Эрлангена. На природе отец учит детей различать породы растений, определять плодородность почв, объясняет строение цветов, вместе с мальчиками наблюдает за поведением живности. Но наибольшее удовольствие всем троим доставляет решение математических задач. Иоганн из подручных материалов мастерит нехитрый измерительный инструмент и мальчики вычисляют площади полей и водоёмов.

На всю жизнь Георг и Мартин сохранили впечатления детства и пронесли благодарность отцу за отеческую любовь и науку.

Сохранилась запись профессора математики Эрлангенского университета К. Е. Лангсдорфа, который экзаменовал Георга Ома. «В течение пятичасовой беседы я проверил его знания по всем важнейшим разделам элементарной математики: арифметике, геометрии, тригонометрии, статике и механике, а также выяснил его знания в области высшей геометрии и математического анализа. На все мои вопросы я получал быстрые и точные ответы». Отмечая глубокие знания сына, профессор восхищается подвигом отца.

 

Размолвка и примирение

 

В 1805-м году Георг начинает обучение на философском факультете Эрлангенского университета. Подготовка, данная ему отцом, незаурядные способности делают учёбу лёгкой и эффективной.

Профессор Георг Симон Ом

Профессор Георг Симон Ом

Всего только год проучился Георг Ом в университете, и этот год омрачился конфликтом с отцом. Георг был общительным молодым человеком, отдавал должное и спорту, и танцам. Это не мешало учёбе, но огорчало отца. Иоганну кажется, что сын не оправдывает его надежд. После резкого разговора отец прекращает общение с сыном.

Материальное положение вынуждает Георга покинуть родной город и отправиться в швейцарский Готтштадт преподавать математику в частной школе.

Из Готтштадта Георг пишет отцу длинные письма, вычерчивает планы местности, сообщает о швейцарской природе, делится подробностями своей жизни. Но старый слесарь расстроен настолько, что даже вымарывает в этих письмах слово «отец»! На письма сына не отвечает…

Но отцовское воспитание даёт о себе знать – Георг заслуживает хорошие отзывы директора школы, добрые вести смягчают сердце отца. После года отчуждения между отцом и сыном устанавливается регулярная переписка.

Кроме преподавания Георг не прекращает самообразования. Отца радуют эти занятия: «Я радуюсь, что ты прилежно изучаешь природу, к которой я отношу математику, физику, химию и философию. Я всей своей жизнью убедился в том, что никто не сможет дать более полных знаний, чем сама природа».

В своих письмах старый слесарь наставляет сына не останавливаться на достигнутом, продолжать образование. И Георг проявляет в этом такое усердие, что спустя годы с полным правом напишет отцу: «Я чувствую, что постепенно приближаюсь к познанию всего того, что в настоящее время известно в физике и математике. Знание современного состояния науки позволит мне более эффективно проводить собственные исследования».

В 1811-м году, после пятилетней разлуки Георг возвращается домой. Его самообразование, в котором его так поощрял отец, позволяет ему в этом же году окончить университет и успешно защитить диссертацию на степень доктора философии и занять должность приват-доцента кафедры математики.

 

От педагогики к научным исследованиям

 

Около 10-ти лет продолжалась педагогическая практика Георга Ома. В этой области он достиг заметных успехов. В 1817-м году он публикует свою первую печатную работу «Наиболее оптимальный вариант преподавания геометрии в подготовительных классах». Стоит ли удивляться, что свой труд по педагогике он посвящает отцу…

Работая учителем математики и физики в иезуитской коллегии Кельна, Георг Ом всё больше приближается от преподавания к самостоятельным исследованиям. В коллегии было неплохое собрание физических приборов. У Ома было достаточно свободного времени, педагогическая нагрузка была небольшой. Георг начинает с ремонта и совершенствования измерительных приборов. Ремесло слесаря, переданное ему отцом, оказывается кстати. Георг изготавливает высокоточные весы, принимается за электроизмерительные приборы. В письмах он консультируется с отцом, по советам старого слесаря он изготавливает сложные детали для измерительных приборов. «Я с удовольствием занимаюсь изготовлением различных электрометров, что доставляет мне немало трудностей. Я хочу, в конце концов, сделать такой прибор, который бы удовлетворял всем моим требованиям» — пишет он отцу.

К началу 20-х годов Георг Ом определяется и с направлением своих исследований. «Я всё своё время отдаю изучению недавно открытого явления электромагнетизма и продолжаю внимательно следить за работами, относящимися к этому вопросу» — сообщает Георг отцу.

Так старый слесарь Иоганн Ом провёл своего сына от рождения к совершению научного подвига.

 

Научный подвиг Георга Ома

 

Остановимся на открытии Георга Ома, объясним, почему его можно считать научным подвигом.

Памятник Георгу Ому в Мюнхене

Памятник Георгу Ому в Мюнхене

В то время открытия в области электромагнетизма сыпались как из рога изобилия. Но до практического использования электромагнитных явлений было ещё далеко. Было немало ложных открытий, с появлением вольтова столба как источника тока опыты с электричеством стали доступны не только серьёзным исследователям, но и любителям. Тогда умели получать два вида электрического тока – от вольтова столба и от электрической машины Отто фон Герике. Столб давал невысокое, но относительно стабильное напряжение, машина – мощный, но кратковременный разряд. Объяснения, почему электричество проявляет себя столь по-разному, не было. Ряд исследователей предпринимал попытки выяснить зависимость протекания тока от элементов, включенных в цепь. Но никто не добился успеха в этом направлении. В начале неудача постигла и Георга Ома.

В 1825-м году, после ряда скрупулёзных экспериментов, он публикует статью «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество». Выражение, найденное Омом оказалось неверным. На то было множество причин. Несовершенство электроизмерительных приборов, неодинаковые условия опытов и, самое главное, источники тока, вольтовы столбы не могли давать постоянного напряжения, их погрешность была неустранима в принципе.

Однако и в первой работе, приведшей к неверной формулировке закона электрических цепей, Георг Ом приводит важные для дальнейших исследований выводы. В первую очередь он устанавливает, что сила тока одинакова на всём протяжении цепи, хотя проволоки разного диаметра из разных материалов дают неодинаковый накал. Это наблюдение было крайне важным – до Ома о силе тока пытались судить именно по накалу проволоки.

Второе – Ом вывел приблизительную зависимость изменения напряжения (электродвижущей силы) вольтова столба от времени работы. Это давало разнобой в результатах опытов, что и отметил исследователь.

Ом не сдаётся. Он доводит до возможного совершенства приборы и заменяет вольтов столб термопарой. Он конструирует и изготавливает весьма остроумную установку, в которой присутствуют источник тока (термопара), исследуемые элементы цепи и измерительный прибор – магнитную стрелку на торсионном подвесе. Концы термопары Ом погружает один в сосуд со льдом, другой в сосуд с кипящей водой. После серии экспериментов он меняет температурный режим – один конец остаётся в сосуде со льдом, другой – в сосуде с водой комнатной температуры 9,40С. Комнатная температура в лаборатории Ома характеризует условия, в которых исследователь упорно добивается результата.

В работе 1826-го года Ом точно формулирует закон проводимости, вводит понятия электродвижущей силы, разности потенциалов, силы тока.

Упорство, труд, громадные знания были вознаграждены. В 1826-м году Георг Ом открывает закон электрических цепей, который в последствии стал основным законом электротехники.

Открытие Ома не принесло ему признания и славы. Никто тогда не мог повторить опытов Ома, никто не мог построить точную экспериментальную установку, какую сконструировал и изготовил Ом. Отзывы на статью колебались от крайне сдержанных до насмешливых и даже разгромных. Открытый Омом закон стали признавать спустя более чем пятнадцать лет после открытия. Всё это время исследователю приходилось тратить силы и время на научную и околонаучную полемику. Но он не оставляет исследований. В 1827-м году Ом издаёт книгу «Теоретические исследования электрических цепей» — первую теоретическую работу в области электрических цепей, он первым ставит исследования электричества на точную математическую основу. В 1829-м году он разрабатывает теорию электроизмерительных приборов и вводит в научный обиход понятие электрического сопротивления.

Не сдаться, несмотря на непризнание, даже гонения со стороны коллег по науке – это закалка, которую Георгу привил отец – Иоганн Ом.

 

Памятник сыну – памятник отцу

 

Рисунок барельефа, изображающего Иоганна и Георга Омов

Рисунок барельефа, изображающего Иоганна и Георга Омов

В дальнейшем Ом отходит от исследований в области электромагнетизма. Он открывает закон, который в последствии назовут акустическим законом Ома, работает над исследованиями в области оптики, не прекращает преподавательской работы. Большое внимание Георг Ом уделяет демонстрационному эксперименту, ремесленник, сын ремесленника, он проектирует и строит установки, позволяющие чётко, наглядно и эффектно показать то или иное явление. Трудится Ом и над совершенствованием методик преподавания.

Последние годы жизни Георг Ом провёл в Мюнхене, преподавая в университете. Ученики вспоминали его как человека энергичного, обладающего добрым характером, с быстрой походкой и уверенными движениями, остроумного и жизнерадостного. Невзгоды не сломили Георга Ома, сына Иоганна Ома, ремесленника.

Георг Ом умер в 1854-м году в возрасте 65-ти лет. Только через 40 лет после его смерти было издано полное собрание его сочинений. В 1895-м году в Мюнхене, ему был установлен памятник.

Если приехать в Мюнхен сегодня, экскурсоводы с радостью покажут вам памятник кабану и памятник бульдогу, проводят к фонтану Брунненбуберл, построенному в том же 1895-м году, где вода истекает изо рта глумливого сатира, а также предложат паломничество к мемориалу Майкла Джексона. Памятник же выдающемуся земляку мюнхенцы легкомысленно перенесли на задний двор университета, подальше от туристических маршрутов – кому интересен первооткрыватель какого-то скучного закона? Сменили постамент… И теперь только на старинных рисунках можно увидеть барельеф, который некогда был высечен на постаменте памятника Георгу Ому. На барельефе был изображён Иоганн Ом, крупный мужчина в рабочей одежде, положивший руку на плечо мальчика, своего сына Георга, и через плечо указывающий сыну на книгу. Но не за тем туристы едут в нынешнюю Европу, чтобы узнавать о примерах выдающихся отцовских подвигов.

Мы же с вами постараемся такие славные дела не забывать.

Артемий Юрьевич Лебедев