Емілі дю Шатле – жінка, яка виправила Ньютона: експерименти, кінетична енергія і переклад «Начал»
- Ігор Сальниченко
- 11 хвилин тому
- Читати 8 хв
Біографія маркізи дю Шатле в контексті епохи Просвітництва
Габріель Емілі ле Тоннельє де Бретей дю Шатле (1706–1749) – французька аристократка, яка стала однією з провідних науковиць свого часу [1]. Народилася 17 грудня 1706 року в Парижі в родині придворного Луї XIV [2]. З дитинства Емілі виявляла надзвичайні здібності до наук і мов – ще юною вона вивчила шість мов і захопилася математикою та природничими науками. У 18 років вона одружилася з маркізом Флорентом-Клодом дю Шатле, народила трьох дітей [2], але шлюб не завадив її науковим заняттям – чоловік служив в армії і рідко бував удома, тож Емілі могла присвячувати час власній освіті. Вона використовувала свій аристократичний статус, щоб отримати знання, недоступні більшості жінок того часу, навіть потай відвідувала чоловічі наукові зібрання, перевдягаючись у чоловічий одяг [3].
Франція початку XVIII століття жила ідеями Просвітництва та наукової революції. Після смерті Ісаака Ньютона(1727) його теорії набували популярності в Європі, хоча у Франції ще панувала картезіанська філософія (вчення Декарта). Емілі дю Шатле опинилася в центрі інтелектуальних дискусій тієї доби: вона брала уроки математики в провідних науковців-ньютоніанців П’єра-Луї Мопертюї та Алексіса Клеро [3], листувалася з відомими європейськими вченими. Леонард Ейлер і Йоганн Бернуллі входили до кола її знайомств, а прусський король Фрідріх II захоплювався талантом маркізи та обговорював із нею ідеї Готфріда Лейбніца [3]. Домівка дю Шатле в маєтку Сіре (Шампанья) стала справжнім науковим салоном: разом із своїм знаменитим партнером, філософом Вольтером, вона облаштувала там лабораторію і зібрала бібліотеку з понад 20 000 томів[4]. Емілі і Вольтер спільно проводили експерименти, ставили філософські диспути і навіть написали книгу «Елементи ньютонівської філософії» (1738) – популярний виклад ідей Ньютона для широкої публіки Франції [4]. Ця праця допомогла подолати упередження проти ньютонівської науки у франкомовному світі XVIII століття.
У колі європейських інтелектуалів маркіза дю Шатле здобула визнання: 1746 року її обрали членкинею Болонської академії наук – другою жінкою за всю історію цієї установи (першою була італійка Лаура Бассі) [5]. Натомість Паризька Академія наук того часу принципово не приймала жінок [6]. Незважаючи на упередження, Емілі дю Шатле прославилася як одна з найосвіченіших осіб свого століття – за словами сучасників, «ця дама була великим чоловіком, єдиним її недоліком була приналежність до жіночої статі» [1]. Її наукові інтереси охоплювали широку галузь питань: від фізики та математики до філософії, теології і навіть економіки. Зокрема, вона написала оригінальну роботу про природу щастя і переклала французькою мовою морально-філософський трактат Мандевіля «Байка про бджіл». Проте головні досягнення дю Шатле лежать у сфері фізики – експериментальної та теоретичної. Саме завдяки їм Емілі дю Шатле ввійшла в історію науки, виправивши деякі хибні уявлення свого часу і передбачивши майбутні відкриття.
Експерименти з падінням тіл: «жива сила» проти теорії Ньютона
Одним із найвідоміших внесків маркізи дю Шатле стали її експерименти з падінням тіл і дослідження природи кінетичної енергії. У XVIII столітті точилася дискусія щодо того, як вимірювати «кількість руху» тіла. Ісаак Ньютон вважав мірою руху добуток маси на швидкість (тобто імпульс m·v), і на цьому принципі він будував свою механіку [3]. Натомість прусський філософ Готфрід Лейбніц ще наприкінці XVII ст. ввів поняття vis viva – «жива сила», пропонуючи величину m·v² як міру «енергії руху». Довгий час не було ясності, яка з величин – m·v чи m·v² – є фундаментальною для опису руху і зіткнень тіл. Французький науковець Жан-Морен (Жан-Жак Дортю де Меран), представник картезіанської школи, запекло захищав ньютонівський погляд і заперечував користь концепції «живої сили». Емілі дю Шатле уважно стежила за цими дебатами і вирішила розібратися експериментально.
Маркіза дю Шатле познайомилася з роботами нідерландського фізика Віллема 'с Гравесанда, який на початку 1740-х років поставив показові досліди на підтвердження ідей Лейбніца. Гравесанд скидав важкі кульки з різної висоти на глиняний ґрунт і вимірював глибину їх проникнення. Він виявив, що подвоєння швидкості падіння збільшує глибину проникнення вчетверо, а потроєння швидкості – в дев’ять разів. Це був наочний експериментальний доказ того, що енергія рухомого тіла зростає пропорційно квадрату швидкості, а не прямо пропорційно швидкості. Емілі дю Шатле усвідомила надзвичайну важливість цього відкриття і провела власні досліди за подібною методикою. Вона скидала важкі свинцеві кулі на шар глини та підтвердила, що «жива сила» тіла (m·v²) зростає квадратично із швидкістю [4]. Таким чином, дю Шатле фактично виправила ньютонівське уявлення про рух: виявилося, що при збільшенні швидкості тіла кінетична енергія зростає набагато швидше, ніж передбачала ньютонівська формула E ∝ v.
Дю Шатле не зупинилася на експериментах – вона надала явищу теоретичне обґрунтування. Маркіза включила результати досліджень у свою книгу «Institutions de Physique» («Основи фізики») 1740 року, де пояснила різницю між імпульсом та кінетичною енергією тіл. Вона наполягала, що ньютонівський термін «кількість руху» правильніше застосувати саме до m·v² – величини, яку сучасники називали «живою силою» за Лейбніцем[6]. Натомість для m·v згодом закріпилася назва «імпульс». На той час ця смілива пропозиція дю Шатле не була прийнята одразу науковою спільнотою [6]. Проте вже в наступні десятиліття фізики пересвідчилися в слушності такого розмежування: старі терміни визнали некоректними і ввели в обіг сучасні поняття кінетичної енергії (½mv²) та імпульсу (m·v) [6].
Виступивши на боці лейбніцівської концепції «живої сили», Емілі дю Шатле фактично стала одним із перших людей, хто підвів основи під закон збереження енергії. Вона відкрито полемізувала з прихильниками старих уявлень – зокрема, вступила в наукову дискусію з Ж.-Ж. Дорту де Мераном, відстоюючи принцип m·v² [7]. Дю Шатле висунула ідею, що загальна енергія замкнутої системи зберігається – просто вона може переходити з однієї форми в іншу (скажімо, кінетична енергія частково переходить у теплову при ударі). Така точка зору була революційною для свого часу і передувала формулюванню загального закону збереження енергії в XIX столітті.
Сучасні історики науки відзначають, що саме Емілі дю Шатле, спираючись на принципи ньютонівської механіки, однією з перших вивела принцип збереження енергії [3]. Її акцент на концепції енергії став надзвичайно плідним: пізніше на ньому ґрунтували свої праці такі видатні фізики, як Жозеф-Луї Лагранж і Вільям Гамільтон [3]. По суті, дю Шатле допомогла змінити фокус механіки XVIII століття – від чисто ньютонівського закону збереження імпульсу до ширшого розуміння збереження енергії в природі.
Варто згадати ще один цікавий епізод: в 1737 році маркіза дю Шатле взяла участь у конкурсі Паризької академії наук на найкращу наукову працю про природу вогню [6]. Вона подала есе «Dissertation sur la nature et la propagation du feu» («Трактат про природу і поширення вогню»), де висловила ідеї, що передбачали відкриття інфрачервоного випромінювання (теплових променів) [6]. Хоча премію отримав Леонард Ейлер, роботу дю Шатле оцінили настільки високо, що Академія опублікувала її трактат окремим виданням у 1744 році [2]. Це свідчило про авторитет Емілі дю Шатле серед науковців: навіть без офіційних звань у Франції, вона здобула репутацію оригінального дослідника, здатного кидати виклик усталеним теоріям.
Переклад «Principia Mathematica» та популяризація фізики Ньютона
Наукова діяльність Емілі дю Шатле досягла свого апогею в останні роки її життя, коли вона взялася за грандіозний проект – переклад «Mathematical Principles of Natural Philosophy» Ісаака Ньютона французькою мовою, тобто «Математичних начал натуральної філософії». Ця праця Ньютона була основоположною для фізики, але через мовний бар’єр і математичну складність залишалася малодоступною багатьом європейським ученим. Дю Шатле розпочала переклад у 1745 році і працювала над ним понад чотири роки – практично до самого кінця життя [6]. Усвідомлюючи, що часу обмаль (в 1749 році 42-річна Емілі завагітніла і передчувала можливі ускладнення), вона форсувала роботу, присвячуючи перекладу до 18 годин на добу [4]. За кілька днів до пологів дю Шатле поставила останню крапку в рукописі перекладу, після чого, на жаль, передчасно померла під час пологів у вересні 1749 року [8].
Переклад «Начал» Ньютона, виконаний Емілі дю Шатле, став її науковим заповітом і визначним досягненням. Вона не просто переклала текст з латини на французьку, а й додала величезний авторський коментар. Маркіза дю Шатле забезпечила ньютонівську теорію власними поясненнями, сучасною математичною нотацією (зокрема, використала здобутки Лейбніцівського аналізу нескінченно малих, щоб перевести докази Ньютона на мову диференціального числення) [6]. Крім того, вона навела в примітках нові експериментальні підтвердження законів Ньютона та роз’яснила найскладніші місця оригінального тексту [4]. Фактично, ця робота стала першим повним навчальним керівництвом з ньютонівської фізики французькою мовою. Видання вийшло частинами у 1756 році (під редакцією математика Клеро та з передмовою Вольтера), а повністю було опубліковане в 1759 році [2]. Протягом багатьох років це залишалося єдиним французьким перекладом «Principia» Ньютона [2], і він відіграв величезну роль у поширенні ньютонівських ідей в Європі. Французькі вчені покоління 1750–1760-х років – такі як Д’Аламбер, Лаплас, Лагранж – навчалися механіки за працею дю Шатле. Її ясні пояснення та нові приклади в перекладі «Начал» допомогли французьким науковцям зрозуміти і розвинути теорії Ньютона [4].
Переклад і коментарі Емілі дю Шатле до «Principia» Ньютона вважаються вершиною її наукової кар’єри [3]. Ця праця, видана посмертно, стала класичною – її цитували і використовували як основу для подальших досліджень. Сама ж дю Шатле, на жаль, довгий час лишалася недооціненою: в історію вона увійшла переважно як кохана Вольтера, тоді як її науковий вклад часто забували [4]. Лише у XX–XXI століттях історики науки «перевідкрили» Емілі дю Шатле, і сьогодні її ім’я ставлять в один ряд з іншими видатними фізиками та математиками XVIII сторіччя.
Вплив Емілі дю Шатле на подальший розвиток фізики
Емілі дю Шатле здійснила неоціненний вплив на формування фундаментальних понять фізики. Своїми експериментами та аналізом вона підготувала підґрунтя для відкриття всеохопного закону збереження енергії. Її поняття «живої сили» стало прообразом сучасної кінетичної енергії, а відстоювання принципу m·v² – кроком до визнання того, що енергія, як і імпульс, є збережуваною величиною в природі. Ідеї дю Шатле випередили час: наприклад, вона одна з перших висловила думку, що втрата «живої сили» при нееластичному ударі не зникає, а перетворюється в інші форми (тепло) – тобто передбачила принцип енергетичного балансу. Ці інтуїтивні здогадки отримали розвиток у працях наступних поколінь: уже в XIX столітті Джеймс Джоуль, Юліус Майєр та інші експериментально довели закон збереження і перетворення енергії. Можна сказати, що дю Шатле проклала шлях до цього відкриття, уточнивши в ньютонівській механіці роль величини ½mv².
Крім того, своїм блискучим перекладом і коментарями до Ньютона маркіза дю Шатле забезпечила поширення найновіших ідей свого часу в науковому співтоваристві. Її книга стала настільною для цілого покоління фізиків і матемatikів епохи Просвітництва. Французький математик Жозеф-Луї Лагранж згадував, що вперше глибоко зрозумів принципи механіки саме з французького перекладу «Начал» Ньютона, забезпеченого поясненнями дю Шатле. Фокус на енергії, який зробила дю Шатле у своїх працях, пізніше відобразився в аналітичній механіці Лагранжа та в працях Вільяма Гамільтона, де поняття енергії (через функцію Лагранжа і гамільтоніан) стало центральним. Не випадково сучасники називали маркізу дю Шатле «Ньютоном в спідниці» – вона змогла об’єднати ньютонівську фізику з леибніцівською філософією і тим самим збагатити науку новими ідеями.
Емілі дю Шатле сьогодні визнається істориками як піонерка науки про енергію та видатна популяризаторка фізики. Її життя яскраво демонструє, що наполегливість і талант здатні подолати бар’єри – вона стала авторитетним ученим у часи, коли жінкам було майже неможливо здобути офіційну наукову освіту чи посаду. Маркіза дю Шатле не лише переклала і прокоментувала Ньютона – вона доповнила ньютонівську науку, виправивши помилки та додавши глибше розуміння поняття енергії. Її внесок заклав основи для майбутніх відкриттів, а ім’я, колись майже забуте, нині знову сяє серед зірок науки [4].
Список використаних джерел:
Barnes S. Mistress of Math // Humanities, 2014, Vol. 35, No. 1. – Режим доступу: neh.gov.
Gabrielle-Émilie Le Tonnelier de Breteuil, marquise du Châtelet // Encyclopædia Britannica. – URL: britannica.com
Lynch P. Émilie Du Châtelet and the conservation of energy // The Irish Times, 2021, 18 листопада. – URL: irishtimes.com.
American Physical Society (APS). December 1706: Birth of Émilie du Châtelet // APS News: This Month in Physics History, 2008. – URL: aps.org
O’Connor J. J., Robertson E. F. Émilie du Châtelet // MacTutor History of Mathematics – URL: mathshistory.st-andrews.ac.uk
6. Вікіпедія. Емілі дю Шатле. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/Емілі_дю_Шатле
Detlefsen K. Émilie du Châtelet // The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2018 Edition), ed. Edward N. Zalta. – URL: plato.stanford.edu.
8. ThatsMaths. Émilie Du Châtelet and the Conservation of Energy. Irish Times, November 18, 2021. URL: https://thatsmaths.com
Comments