7 декабря исполняется 225 лет со дня рождения Николая Ивановича Лобачевского – выдающегося русского учёного и педагога, мыслителя и просветителя, известного своей многогранной научной, педагогической и общественной деятельностью.

Николая Ивановича привлекала не только математика – ещё с юности он стремился как можно больше узнать о законах природы, как можно глубже понять суть физических явлений, пытался с помощью математических методов исследовать пространственные свойства Вселенной. Его исследования и организационная работа способствовали развитию ещё одной отрасли науки – астрономии, к которой он проявлял глубокий интерес.

В этой заметке мы коротко расскажем именно об астрономическом аспекте деятельности М.И. Лобачевского, как теоретика и наблюдателя.

***

М.И. Лобачевский родился в российском городе Нижний Новгород. Чтобы получить высшее образование, он поступил в Казанский университет. Уже в студенческие годы проявились его блестящие математические способности, которые просто поразили университетского профессора математики Мартина Бартельса, уроженца Германии, бывшего учителя выдающегося учёного Карла Гаусса (1777–1855).

Заметим, Карл Гаус был единственным из знаменитых математиков того времени, кто по достоинству оценил  и восхищался работой  Лобачевского. Он даже выучил русский язык, чтобы в подлиннике читать статьи русского учёного. 

Н.И. Лобачевский окончил университет в 1811 году. Талантливого юношу, уже магистра физико-математических наук, оставили в университете, как тогда говорили, для подготовки к профессорскому званию. М. Бартельс проводил с ним индивидуальные занятия, в частности трактовал учение французского учёного Пьера Лапласа (1749–1827) о небесной механике – разделе астрономии, который изучает закономерности движения небесных тел: планет и их спутников, комет, астероидов и тому подобное.

Занятия с М. Бартельсом имели большое значение для становления Николая Ивановича как учёного, ведь юноша знакомился с новейшими открытиями тогдашнего естествознания. Тогда ещё не было астрофизики – науки о физических свойствах небесных тел, не было звёздной астрономии – учения о составе, строении, динамике и эволюции звёздных систем и подсистем.

Астрономические исследования того времени не выходили за границы Солнечной системы. Математические методы и закон всемирного тяготения позволяли описать движение планет, их спутников, в частности Луны, комет, объяснить приливы и отливы.

Поэтому в XIX в. новейшие достижения математики становились одновременно открытиями в астрономии. Благодаря Мартину Бартельсу Николай Лобачевский значительно углубил своё астрономическое образование.

В 1812 г. он представил на рассмотрение университетского совета трактат «Об эллиптическом движение небесных тел», свидетельствовавший о том, что одарённый юноша хорошо овладел новейшими достижениями математики и астрономии, более того, обогатил их своими идеями.

 Начиная с 1814 года, более трёх десятилетий – до 1846 г. – Н.И. Лобачевский работал в Казанском университете на различных должностях. Сначала его утвердили как адъюнкта (доцента), в 1816 г. присвоили звание профессора. Проводя большую по объёму преподавательскую работу, он одновременно руководил университетской астрономической обсерваторией, которая сначала занимала небольшое здание и действовала с момента основания университета, то есть с 1805 года.

В университете Николай Иванович читал математические дисциплины (теория чисел, тригонометрия на плоскости, сферическая тригонометрия, дифференциальное и интегральное исчисление), а также лекции по физике, более 10 лет он руководил кафедрой физики.

С большим энтузиазмом взялся он и за преподавание астрономии – в течение нескольких лет знакомил студентов с методами определения орбит небесных тел, теорией приливов и отливов, теорией возмущённого движения комет, то есть, такого движения, когда на комету, кроме Солнца, в значительной мере влияет ещё гравитация планет. Учёный постоянно расширял и совершенствовал свои курсы. Рукописи лекций по физике и астрономии он отдавал студентам, чтобы они могли как можно качественнее учиться дома.

С 1820 года некоторое время (до 1825 г.) Н.И. Лобачевский был деканом физико-математического факультета Казанского университета, впоследствии вступил в должность университетского библиотекаря, с 1827 до 1846 года был ректором университета, хотя ещё целых 8 лет (до упорядочения работы библиотеки) не отказывался выполнять обязанности библиотекаря.

В должности ректора учёный приложил много усилий для организации работы университета – современники отмечали, что в обустройстве университетских зданий везде были видны талант, обдуманность, даже роскошь. Будучи ректором, он немало способствовал развитию астрономии в Казани. По его инициативе при университете была построена так называемая новая обсерватория, которая стала функционировать в 1838 г. и была одной из лучших на то время в мире.

До конца XIX века в этой обсерватории проходила вся научная и учебная работа астрономов Казанского университета. После 1846 г. Лобачевский немало потрудился в должности помощника попечителя Казанского учебного округа.

Николай Иванович Лобачевский более всего известен как математик. Он получил целый ряд важных результатов в различных разделах этой науки. Основное его достижение в математике – создание новой геометрической системы, которую называют неевклидовой геометрией или геометрией Лобачевского.

Впервые учёный обнародовал основные положения разработанной им «воображаемой геометрии» (как он сам её называл) в феврале 1826 г. на заседании физико-математического факультета Казанского университета. Через три года учёный опубликовал эти свои достижения в фундаментальной работе «О началах геометрии» (1829 год, научный журнал «Казанский вестник»).

Впоследствии, в 1840 г., Н.И. Лобачевский дал короткое, но очень удачное, доступное объяснение основ неевклидовой геометрии, поместив его в работе «Геометрические исследования по теории параллельных линий».

Названные работы, как и несколько других работ Н.И. Лобачевского на эту тему, знаменовали окончание двухтысячного этапа в истории геометрии, который характеризовался истинностью аксиомы, что к данной прямой через заданную точку вне её можно провести только одну параллельную прямую.

Неевклидова геометрия, в которой старая аксиома о параллельных линиях заменена другой аксиомой, имела огромное влияние на изменение представлений о пространстве и времени в масштабах Вселенной.

 Эти чрезвычайно интересные результаты учёного имели огромное значение для развития не только математики, но и астрономии. Он первым попытался применить информацию, полученную из астрономических наблюдений, для исследования свойств пространства в космических масштабах.

Конечно, его не могло не интересовать, которая из двух математически строгих, но таких разных, геометрических систем – евклидова или разработанная им неевклидова геометрия – оказывается истинной в физическом пространстве в масштабах целой Вселенной.

Но это уже вопрос не математики (потому что с точки зрения математики обе геометрические системы одинаково правильны), а физики и астрономии. Поэтому учёный и обратился к экспериментальным (наблюдательным) достижениям науки о небесных телах. Из тогдашних астрономических данных Николай Иванович использовал так называемые величины параллаксов трёх звёзд (Сириуса – 0.62″ , Ригеля – 0,72″ и 29-й Эридана – 1.00″), которые опубликовал французский астроном-любитель Дасса-Мондидье в «Астрономическом ежегоднике на 1831 г.», изданном в Париже. Величина звёздного параллакса – это аналог расстояния до звезды.

На основе своих вычислений он пришёл к выводу, что в той части Вселенной, которая простирается до ближайших звёзд, различие между обеими геометрическими системами настолько мало, что выявить его научными методами того времени невозможно.

Как теперь известно, те величины параллаксов звёзд, которыми воспользовался Николай Иванович Лобачевский, взяв их за основу для проверки подлинности неевклидовой геометрии в космическом пространстве, были очень неточны. Тогда астрономы не знали не только точных величин звёздных параллаксов, но даже того, какое по порядку величины расстояние от Солнца до ближайших звёзд.

Поэтому и Н.И. Лобачевский не мог найти в литературе достаточно точных величин звёздных параллаксов. Конечно, такая неточная числовая информация не могла дать реальную картину свойств пространства. Но его заслуга уже в том, что он впервые в истории науки сформулировал фундаментальный вопрос о геометрии физического пространства, то есть о свойствах Вселенной.

Чётко поставив перед учёными этот один из важнейших вопросов космологии: согласуется ли евклидова геометрия с истинной геометрией Вселенной? – он сам попытался ответить на него, используя астрономическую информацию.

На этот вопрос учёные нашли ответ в ХХ веке на основании теории относительности Альберта Эйнштейна. Оказалось, что геометрия Вселенной не является евклидовой. Она зависит от распределения вещества в пространстве, иными словами, материя – отнюдь не просто гость в бесконечных пустынях космического пространства, но ею творится, от неё зависит и самая геометрия мира.

Н.И. Лобачевский проявил себя в астрономии не только как теоретик, но и как прилежный наблюдатель: он активно проводил астрономические наблюдения в течение 1811–1842 гг. Он наблюдал кометы, в том числе знаменитую комету 1811 г. и комету Энке (1832 г.).

Николай Иванович был участником экспедиции в г. Пензу для наблюдения полного солнечного затмения 8 июля 1842 г. Полная фаза затмения в Пензе продолжалась относительно долго – почти 3 мин. Он подробно описал наблюдения протуберанцев и солнечной короны и выразил собственные предположения относительно природы этих загадочных в то время явлений.

Результаты Казанской экспедиции были опубликованы в журнале «Учёные записки Казанского университета» (№3, 1942 г.) под названием «Полное затмение солнца в Пензе 26 июня 1842 г.». Эта статья отличается разнообразием сведений, глубиной выводов относительно феномена полного затмения Солнца, в частности относительно явлений протуберанцев (красных выступов, как тогда говорили) и солнечной короны. Н.И. Лобачевский подробно проанализировал имеющиеся к тому времени гипотезы о природе этих явлений и высказал своё мнение.

Николай Иванович уделил много внимания улучшению имеющихся тогда методов обработки астрономических наблюдений. Интересен его научный труд «О вероятности средних результатов, полученных из повторных наблюдений» (1842 г.), суть которого понятна из названия.

В заключение хочется сказать словами известного историка науки Н.И. Идельсона: Лобачевский – великий астроном. Н.И. Лобачевский вывел геометрию на новые просторы и первый в истории науки сформулировал непростой вопрос: совпадает ли обыкновенная (евклидова) геометрия с той, которая действует на огромных космических расстояниях? Ему не удалось найти однозначный ответ, но достижение выдающегося ученого уже в том, что был поставлен этот фундаментальный вопрос о Вселенной в целом. Астрономию стали воспринимать как науку, которая может изрядно содействовать в поисках путей к пониманию свойств пространства в космических масштабах.

Геометрическая система Лобачевского получила распространение только через 15 лет после его смерти, когда наконец стало ясно, что «Лобачевский был не только Коперником геометрии, но и Коперником всего нашего мышления», как сказал Эрик Темпл Белл (1883–1960).

Л.М. Свачий, кандидат физико-математических наук, Главная астрономическая обсерватория НАН Украины