Георг Симон Ом

 Георг Симон Ом

(16.03.1787 – 6.07.1854)

Немецкий физик, автор одного из основных законов, определяющих электрические токи в проводниках, член Баварской АН (1845), член-корреспондент Берлинской АН, иностранный почетный член Лондонского Королевского общества (1842).

Отец Георга Симона, Иоганн Вольфганг Ом, был потомственным слесарем, много времени уделявшим вопросам самообразования. Он занимался по учебникам математики, посещал в Берлине школу технического рисования. В 1785 мастер Иоганн Ом возвратился в свой родной город Эрланген и получил разрешение на открытие собственного дела. А через год он женился на дочери эрлангенского кузнеца Марии Елизавете Беккин.

Из 7 рожденных ею детей в живых  осталось только трое, а сама она  в 1799 умерла при родах. Иоганн Ом так  и не оправился до конца жизни  от потери "лучшей и нежнейшей  из матерей", как он о ней говорил. Тогда его сыну Георгу было 10, Мартину - 7, а дочери Барбаре - всего 5 лет.

Чтобы обеспечить семью, он ежедневно  с утра до вечера занимался выполнением  кузнечных и слесарных заказов, а каждую свободную минуту он посвящал детям. О том бесконечно многом, чем  они обязаны отцу, впоследствии говорили оба сына слесаря Иоганна, ставшие  профессорами: Георг - физиком, а Мартин - математиком. Даже на памятнике Ому  в Мюнхене он изображен возле  отца, крупного мужчины в рабочем  фартуке, который, обняв за плечи  восторженно внимающего ему сына, серьезно и нежно о чем-то рассказывает мальчику.

Школа, в которой начиналось обучение сыновей кузнеца Ома, была более  чем скромной, хотя обучение было платным: ее владелец, он же - единственный учитель, бывший чулочник, хотя и не имел педагогического  образования, по-видимому, обладал, кроме  прекрасного почерка и умения быстро решать арифметические задачи, также некоторыми врожденными талантами преподавателя, любознательностью и живостью ума. Он подготовил Георга к поступлению в городскую гимназию.

В этом учебном заведении основное внимание уделялось изучению латыни и греческого языка. Что касается математики и особенно физики, то лишь занятия, которые проводил вместе с  сыновьями дома Иоганн Ом, позволили  им продвинуться в изучении этих наук. Из довольно ограниченных средств семьи  всегда выделялись деньги для покупки  книг по математике (они преобладали), но также по истории, географии, философии, педагогике, равно как и руководства  по обработке металлов. Когда Георг  перевел с латыни книгу Леонарда Эйлера "Интегральное исчисление", отец под диктовку сына не только переписал  перевод, но и серьезно изучил этот труд.

Неудивительно, что у преклонявшегося  перед наукой кузнеца появились  знакомые (ставшие вскоре его друзьям), преподаватели университета. Они  охотно занимались и с его одаренными сыновьями. Один из них, профессор математики К. Е. Лангсдорф, проэкзаменовал Георга по окончании гимназии. Вот итог этого экзамена: "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. Почти убежден, что оба брата из этой семьи станут не менее знамениты, чем братья Бернулли: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку". А в 1805 Георг сам стал студентом Эрлангенского университета.

При той подготовке, которая у  него была, учиться в университете Георгу было легко. Георг, проучившись  в университете всего полтора  года, покинул родительский дом, чтобы  в швейцарском городке Готтштадте занять место преподавателя математики в частной школе. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома.

Швейцария очаровала Георга. Ее природа, ее люди, в том числе его коллеги и ученики, крохотный городок, в котором самым большим зданием был старинный замок, в котором располагалась школа, наконец, хорошая зарплата - все это вызывало у него чувство восхищения, которым наполнены его письма домой.

Однако, однообразие жизни, отсутствие увлекательной перспективы работы и научного роста охлаждали первые юношеские восторги. Все чаще в его письмах прорывается тоска по дому и мечта продолжить учебу в университете.

Оторванность от дома и от университета все болезненнее переживалась молодым  учителем математики. Но приходилось  смиряться. Профессор Лангсдорф, по-прежнему принимавший в судьбе Ома большое участие, настоятельно советовал ему сосредоточить усилия на самообразовании. Георг штудировал оригинальные труды крупнейших математиков. И эти занятия оказались весьма плодотворными. Когда он в 1911 все же вернулся в Эрланген, то уже в том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить ученую степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики.

Всего через три семестра Ом вынужден был по материальным соображениям искать другое место. Эти поиски были мучительными и долгое время безуспешными. Георг рассылал письма во многие научные и учебные учреждения, послал даже прошение в генерал-комиссариат Баварского королевства, но лишь в январе 1813 получил работу учителя математики и физики школы в Бамберге. Методика преподавания в этой школе была такова, что Ом счел своим долгом направить в Генеральный комиссариат по преподаванию свои критические соображения. Итогом этого явилось то, что в 1816 школа в Бамберге была попросту закрыта, а Ома перевели в местную подготовительную школу, где и контингент учеников, и условия работы преподавателей были гораздо хуже.

Но даже из этого печального опыта  Ом извлек некоторую пользу. Он написал  обширную заметку о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд. Он вышел в 1817. Работа была встречена  сдержанно, чтобы не сказать враждебно. Некоторые даже писали, что идеи Ома означают "гибель всего математического  учения". Но постепенно стали появляться и сторонники.

Ом старался энергично отстаивать свои идеи, посылал письма с экземплярами статьи не только в университеты и  школы, но и в министерства и даже королям (Вюртенберга и Пруссии). На многие письма ему вовсе не отвечают или же приходят уклончивые или даже отрицательные ответы.

Тем ярче воспринималась "нечаянная  радость". Пришло приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кельна. 37-летний Ом немедленно направился в Кельн.

Хотя Ом - уже далеко не юноша, но в его первых письмах из Кельна домой - юношеская восторженность. Он пишет о большой коллекции  физических приборов, о благожелательном отношении коллег, об удобном расписании его уроков (всю первую половину дня он свободен, да и вся педагогическая нагрузка сравнительно невелика). Можно  заняться наукой, и Ом пользуется этой драгоценной возможностью.

Первым делом он проводит обследование всего парка приборов. Здесь обнаруживается, что многие приборы требуют ремонта, а то и замены. Но Ом не зря был  прилежным учеником своего отца, который  остается его первым советчиком. Ом многое умеет. Не без гордости он пишет, например, отцу, что научился так  шлифовать янтарь, что две отполированные пластинки даже трудно оторвать одну от другой.

Тщательность работы, стремление как  можно детальнее продумывать  постановку экспериментов и готовить для них аппаратуру стало основой  будущих успехов. Ом, который прежде уделял основное внимание математике, решительно и воодушевленно переключился на физику.

Его увлекли проблемы, связанные  с протеканием электрических  токов по проводникам. Этот выбор  отчасти определялся тем, что  этими вопросами физики тогда  занимались мало, и Ом надеялся, что  у него не будет конкурентов.

Тогда электрические токи в проводниках  были, правда, уже известны, уже существовали источники тока, в частности, батареи  гальванических элементов, датский  физик Ханс Кристиан Эрстед открыл даже, что электрический ток оказывает воздействие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит - об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но даже еще и необходимой терминологии.

Путь, по которому пошел Ом, определялся  ясным пониманием того, что первым делом нужно научиться количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что он вызывает нагревание проводника. Однако Георг Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. В приборе Ома ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на упругой расплющенной золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока.

Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре он обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий  со временем. Это обстоятельство даже явилось причиной неточностей в  первой из публикаций Ома. Он нашел  выход из этого положения, перейдя  к использованию открытого Томасом  Иоганном Зеебеком явления - возникновения тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал термоэлемент из висмута и из меди, один из спаев которых находился в кипящей воде, а другой - в тающем снеге.

Установка была смонтирована со всей возможной тщательностью и обеспечивала достаточную стабильность тока. Только после этого Ом устранил все первоначально  имевшиеся источники неточностей  и получил надежные результаты, касающиеся влияния на ток как геометрической формы проводников (их длины и  сечения), так и их химического  состава. В 1826 в "Журнале физики и химии" появилась обширная статья Ома "Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата мультипликатора Швейггера" (так Ом называл применявшийся им гальванометр), в которой излагались основные результаты его исследований.

Публикация результатов опытов Ома в первое время не вызвала  почти никаких отзывов. Было, однако, одно поучительное обстоятельство. Узнав  о работах Ома, сам великий  Майкл Фарадей заинтересовался  ими и выразил сожаление, что  из-за незнания немецкого языка не может изучить их обстоятельнее. Что же касается немецких коллег Ома, то, когда, наконец, был опубликован  пространный отзыв одного из них, его автор счел, что исследования Ома "не внушают серьезного уважения".

Тем не менее, хлопоты Ома о предоставлении ему годичного освобождения от учебных  занятий ради возможности посвятить  себя полностью научным исследованиям  были в 1826.

Георг Ом переезжает в Берлин, где  живет и работает его брат Мартин, и ровно через год выходит  обширная, содержащая 245 страниц, монография "Теоретическое исследование электрических  цепей".

Ее автор вдохновлялся идеями теории теплопроводности французского математика и физика Ж. Б. Ж. Фурье, рассматривая электрический ток как течение  некоего флюида, вызываемое перепадами "электроскопических сил", подобно тому, как поток тепла вызывается разностями температур. Ом руководствовался и аналогией между токами в проводниках и течением жидкостей по трубам.

Хотя Ом и пользовался терминологией, отличающейся от современной (хотя, например, введенная им в употребление величина "сопротивление" используется и  поныне), но при надлежащем "переводе" нельзя не поразиться, как далеко продвинулся  Ом в понимании законов электрического тока. Он понял даже, как описывать электрические цепи, в которых и проводники, и источники тока соединяются между собой как последовательно, так и параллельно.

Тем удивительнее, что современники не только не оценили должным образом  его труда, но даже стали ожесточенно  поносить его. Видимо, причиной этого  были и господствовавшие тогда философские  взгляды. Многие ученые придерживались того мнения, что истина должна постигаться  умозрительным путем, что опыт не может занимать в науке лидирующего  положения. Труды же Ома, по мнению его  критиков - пахли не "высшей гармонией", а потом. Об этом очень эмоционально писал позже русский физик А. Г. Столетов: "...физика особенно соблазняла натурфилософов. Какою благодарною темой для самых необузданных фантазий были явления электрические, с их полярною "любовью и ненавистью", с их таинственным отношением к процессам животного организма! Красивые и туманные дедукции стояли на первом плане: кропотливый труд экспериментатора, точный анализ математика были не в чести; они казались лишними и вредными при изучении природы...".

Противники Ома не только отрицали его заслуги, но и активно мешали ему работать. Все хлопоты о  месте, где можно было бы работать, оставались тщетными. Даже выступать  в печати со своими доводами Ому  было не просто.

Понимая важность полученных им научных  результатов, он тщетно хлопотал о предоставлении ему той должности, которой он по праву заслуживал. Хотя срок его  командировки в Берлин истекал, он считал невозможным оставить этот научный  центр. В конце концов, ему предложили работу в Военной школе Берлина, но почти с символической нагрузкой - 3 часа в неделю (и с соответствующей  оплатой). Ом, которого поддерживал  брат, принял и такое предложение. Он продолжал упорно работать. В 1829 в "Журнале физики и химии" вышла  еще одна его работа. В ней фактически закладывались принципиальные основы работы электроизмерительных приборов. В частности, был предложен используемый и сегодня эталон электрического сопротивления.