Неспокійний геній Ернста Хладні

Аліна Йосипівна Єремєєва, кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ГАІШ.

1756-1827.

В історії науки Ернст Флоренс Фрідріх Хладні відомий перш за все як основоположник експериментальної акустики. Але не меншою мірою він заслуговує імені "батька метеоритики" - по суті відкритої ним галузі природознавства, що сформувалася на стику астрономії, фізики, хімії, мінералогії, метеорології і революційним чином змінила астрономічну картину світу.

Формування особистості

Східна Німеччина. В окрузі Лейпцига, не далі 75 км від нього, розташувалися невеликі міста Віттенберг (нині Лютерштадт-Віттенберг), Кемберг і Грімма. Це рідні місця Хладні. Тут він народився, здобув освіту і два вчені ступені. Але зовсім не в природних науках. У них він був великим самоучкою, що досягли своїх вершин шляхом читання літератури і завзятих експериментальних пошуків в недосліджених областях науки. Його успіхам сприяли невичерпна енергія і дослідницький ентузіазм.

Ернст Флоренс Фрідріх Хладні з'явився на світ 30 Листопад 1756 у вже згаданому Віттенберзі. Після смерті п'ятимісячної сестри (ще до його народження) він залишався єдиною дитиною придворного радника, першого професора права та директора юридичного факультету Віттенберзький університету Ернста Мартіна Хладеніуса і його дружини Йоганн Софії, уродженої Клемент [1]. Прадід дослідника - протестантський пастор - переселився сюди в Наприкінці XVII ст. з угорського міста Кремніца (нині це Кемніці, Німеччина), рятуючись від релігійних утисків, і став професором теології [2]. Е. Ф. Ф. Хладні відмовився від латинізоване форми свого прізвища і повернув їй початкове зображення, яке свідчить швидше про словацьких (схоже на Хладний), а не угорських коріння роду. (Словаччина з XI ст. До 1918 р. входила до складу Угорського королівства.)

Втративши матір, коли йому не було й п'яти років, Хладні рос під суворим контролем батька, а потім, з 14 до 17, у місцевій школі Грімм під не менш суворим наглядом її педантичного директора Мюкка. У своїй автобіографії [3], написаній у зрілому віці, Хладні з вдячністю відгукнувся про них обох. Він зазначив, що вони сприяли зміцненню в ньому таких властивостей характеру, як працьовитість, любов до порядку і цілеспрямованість, невибагливість у побуті. З особливою теплотою Хладні згадував свою мачуху Іоганну-Шарлоту, яка замінила йому мати і турботи про яку ще кілька років після смерті батька, до самої її смерті (1801), утримували його від дальніх поїздок. Правда, надмірна турбота про нього самого в дитинстві, про його здоров'я (вельми міцному все життя!), коли йому не дозволялося одному виходити з дому навіть у невелику негоду, грати з іншими дітьми, зробили його дитячі роки досить безрадісним ... Людина від природи м'який, Хладні тим не менше страждав від зайвого примусу.

За наполяганням батька Хладні, що схилявся до вивчення медицини, став, слідуючи сімейної традиції, вивчати (і з успіхом) юридичні науки в університетах Віттенберга, а потім Лейпцига, де одержав в 1781 і 1782 рр.. ступеня доктора філософії та доктора права. Але відразу ж після смерті батька (1782), вирвавшись з-під тривалої опіки, цілком переключився на природничо-наукові дослідження.

Схильність до вивчення природи в Ернста Флоренс проявилася в дитячі роки. Вже в шість-сім років він читав описи подорожей, книги з природознавства, географії, вивчав земні й небесні глобуси. В одній зі своїх статей він згадував, як ще в 12 років задавався питанням: чому між Марсом і Юпітером таке зайво величезне порожній простір ...

Мандри Хладні і його "Акустика"

Лише в 19 років він став вчитися грі на роялі. Захопившись музикою, він зацікавився книжками з теорії музики та звуку взагалі. Познайомившись з працями І. Бернуллі та Л. Ейлера, він дізнався про багато невирішених проблеми в цій галузі, таких як швидкість звуку в різних середовищах і тілах, залежність звучання (висоти звуку) від щільності середовища. Хладні занурився в нескінченні експерименти. Вплив щільності на звук він вивчав з допомогою маленької олов'яної флейти, в яку вдувається різні гази. У дослідах з порівнянні швидкості звуку в повітряному стовпі труби оргaна і в металевому стержні він вперше довів, що в останньому випадку швидкість не нескінченна (як вважалося!), а лише в 16-17 разів вище, ніж у повітрі. Аналогічний результат незалежно від Хладні отримав і французький фізик Ж. Б. Біо [2]. Хладні належить заслуга відкриття поздовжніх коливань стрижнів і струн, а потім і крутильних коливань стрижнів; форми коливань камертонів і дзвонів.

У цей період в його життя увійшов геніальний Геттінгенський фізик-мислитель Г. К. Ліхтенберг, двічі зіграв для Хладні, за його власними словами, роль "повитухи". У 1771 р. були відкриті знамениті фігури Ліхтенберг - картина поверхневого електричного розряду, що виникає при проскакування іскри на платівку з непроводящая матеріалу (скло), посипану непроводящая ж порошком (смоляними крихтами, наприклад). Під враженням від цього відкриття Хладні вирішив перевірити, якою буде реакція гнучких пластин з порошком, якщо провести смичком по їх краю. Так у 1787 р. з'явилися його знамениті звукові фігури, які він описав у своєму першому науковому творі "Відкриття в теорії звуку" (Лейпціг, 1787; репринтне видання в 1980 р.). Вони показали розподіл стоячих хвиль, що виникають при вібрації платівки, і стали в подальшому ефективним методом вивчення власних коливань діафрагм різних акустичних приладів. У 1818 р. Хладні в одному з листів повідомляв про дотепно застосуванні його звукових фігур одним будівельником в Кобленці: для поєднання отворів у кам'яній плиті сходів перед свердлінням її знизу будівельник посипав плиту піском, що при свердленні трохи розріджується, точно вказуючи місце для зустрічного свердління зверху.

Щоб задовольнити свою пристрасть другий - потяг до подорожам, Хладні відмовився від офіційної служби (а на нього чекала посада професора університету). Тому він ніколи не мав твердого матеріального доходу і жив на скромні кошти, одержувані від виступів під час своїх незліченних поїздок. Він об'їздив всю Європу, побував в Росії. У своїй автобіографії, що передувала його головну працю з фізики "Акустика" [3], він писав, що йому варто було б стати моряком або купцем, або ж лікарем. З разючою щирістю він зізнавався, що у виборі його занять істотну роль зіграло пихатість, прагнення проявити свою особистість, переважну в юності.

Необмежена природна допитливість, працьовитість і цілеспрямованість направляли його увагу і сили в найменш порушені наукою області явищ. І він домігся в цих областях великих успіхів. Разом з тим як заняття чистою наукою, так і нерегулярне читання лекцій в університетах (спочатку у Віттенберзі - з фізичної та математичної географії, по геометрії, потім протягом трьох років у Берліні - з акустики) давали незначні доходи, і Хладні був постійно в скрутному становищі. Це послужило поштовхом - шукати успіху в практичній діяльності, в області винахідництва та мистецтва, що викликає більший відгук у суспільстві.

Натхненний дослідами якогось Мезоччі з звучать гнучкими пластинками, Хладні задумав принципово новий музичний інструмент і в 1789 р. створив свій "еуфон" (у перекладі з грецької - милозвучна), а на наступний рік вже міг продемонструвати гру на ньому. Цей інструмент являв собою набір невеликих прямих скляних трубочок, сполучених з кривими стрижнями. Звучання, яке викликалося вібрацією від поздовжнього тертя трубочок зволоженими пальцями, нагадувало звук гармоніки. Його посилювали резонатором, що розмістилося спочатку за трубочками, а потім горизонтально під ними. Широкий відгук на цей винахід в німецьких газетах і музичному журналі, а потім і у відомому англійському "Філософському збірнику" підказав Хладні ідею музичних виступів на публіці, які він доповнював лекціями по акустиці і демонстрацією звукових фігур.

Так починалася давно бажана для нього життя Публіка сприймала видатного фізика як оригінальному музиканта-винахідника. А його звукові фігури вражали не менше, ніж фокуси. 31 травня 1794 Хладні був удостоєний честі виступати як лектор і музикант в Петербурзькій академії наук, якій був присвячений його працю 1787 Директор Академії княгиня Є. Р. Дашкова удостоїла його звання іноземного кореспондента Академії.

Конструкція еуфона була громіздкою і нестійкою. На По дорозі назад, в довгому плаванні по Балтійському морю з Ревеля (Таллін) у Фленсбург (тоді в Данії), Хладні не тільки знайшов спосіб удосконалити еуфон, але і придумав по суті новий інструмент, який назвав "клавіціліндр". Остаточно його конструкція була завершена до 1802 Він нагадував квадратне піаніно розміром 80