Роберт Гук: биография, закон упругости, открытия и вклад в науку

Роберт Гук

Полное имя — Robert Hooke

Дата рождения — 18 (28) июля 1635 года

Место рождения — Фрешуотер, остров Уайт, Англия

Дата смерти — 3 (14) марта 1703 года (67 лет)

Место смерти — Лондон, Англия

Знак зодиака — Рак

Деятельность — физик, естествоиспытатель, изобретатель, архитектор

Семейное положение — не был женат

Роберт Гук — выдающийся английский естествоиспытатель и изобретатель XVII века, один из основоположников экспериментальной физики. Автор закона упругости, носящего его имя, первооткрыватель клеточного строения живых организмов и создатель термина «клетка» (cell). Член Лондонского королевского общества с 1663 года, Гук был универсальным учёным, оставившим след в механике, физике, астрономии, биологии, химии и архитектуре.

Детство и юность

Роберт Гук родился 18 июля (28 июля по новому стилю) 1635 года в городке Фрешуотер на английском острове Уайт, в семье приходского священника. Его отец, Джон Гук, служил настоятелем местной церкви Всех Святых. Семья жила скромно, но в атмосфере образованности и благочестия. Роберт с детства проявлял удивительную любознательность и склонность к работе с механизмами.

Первоначально отец готовил Роберта к духовной деятельности, однако слабое здоровье мальчика и его выдающиеся способности к механике изменили планы семьи. Юный Гук проявлял поразительную способность к ручной работе: в раннем возрасте он собрал действующие солнечные часы из дерева, а также разобрал и затем успешно собрал корабельные часы. Впечатлённый талантом сына, отец решил направить его на обучение часовому мастерству.

После смерти отца в 1648 году тринадцатилетний Роберт получил небольшое наследство в 40 фунтов стерлингов и отправился в Лондон. Там он поступил в Вестминстерскую школу, где учился под руководством доктора Ричарда Басби — одного из лучших педагогов Англии того времени. В школе Гук освоил латынь, древнегреческий и иврит, изучил первые шесть книг Евклида. Особенно его увлекали математика, физика и химия.

Образование в Оксфорде

В 1653 году восемнадцатилетний Гук поступил в Оксфордский университет, в колледж Крайст-Чёрч, где получил место хориста. Оксфорд того времени был центром научной мысли Англии. Здесь Гук стал ассистентом химика Томаса Уиллиса, а затем помощником великого физика и химика Роберта Бойля. Работая с Бойлем, Гук участвовал в создании знаменитого воздушного насоса (вакуумной помпы), с помощью которого были проведены многочисленные эксперименты по изучению свойств воздуха и давления. Именно в Оксфорде началась научная карьера Гука.

Работая ассистентом Бойля, Гук продемонстрировал выдающуюся экспериментальную интуицию и способность конструировать сложные приборы. Его навыки в создании научных инструментов сделали его незаменимым помощником в лаборатории. Бойль высоко ценил талант молодого коллеги и рекомендовал его на должность куратора экспериментов в только что основанном Лондонском королевском обществе.

Научная деятельность

Куратор экспериментов Королевского общества

В 1662 году, с момента создания Лондонского королевского общества, Гук был назначен куратором экспериментов — должность, обязывавшая его демонстрировать на каждом еженедельном заседании три-четыре новых опыта. Эта работа требовала невероятной изобретательности и трудолюбия. В 1663 году Общество избрало Гука своим полноправным членом в знак признания важности его открытий. С 1664 года он также занимал должность профессора геометрии в Грешем-колледже (Gresham College), где читал публичные лекции для горожан. В 1677–1683 годах Гук служил секретарём Королевского общества, а с 1667 года читал «Кутлеровские лекции» по механике.

Закон упругости (закон Гука)

В 1660 году Роберт Гук открыл фундаментальный закон упругости: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна величине этой деформации. Математически закон выражается формулой F = −kx, где F — сила упругости, k — коэффициент жёсткости, x — величина деформации. Закон был впервые опубликован в виде анаграммы ceiiinosssttuv в 1676 году, а расшифровку ut tensio sic vis Гук раскрыл в 1678 году. Закон Гука стал краеугольным камнем теории упругости и сопротивления материалов, применяемым в строительстве и инженерии по сей день. Он справедлив при малых деформациях; при больших деформациях тело разрушается.

Микрография и открытие клетки

В 1665 году Гук опубликовал книгу «Микрография» (Micrographia), ставшую одним из важнейших научных трудов XVII века. Используя усовершенствованный им составной микроскоп, Гук впервые рассмотрел срезы пробки и обнаружил множество мельчайших ячеек, разделённых перегородками. Он назвал эти структуры cells (клетками), проведя аналогию с сотами пчелиного улья. Так было положено начало клеточной биологии. Книга содержала детальные гравюры мухи, блохи, вши, растительных тканей бузины, укропа, моркови и других микроскопических объектов. Иллюстрации поражали воображение современников и способствовали популяризации микроскопии.

Астрономические наблюдения

Не будучи профессиональным астрономом, Гук сделал ряд важных открытий. Он построил один из первых практических телескопов Грегори с посеребрённым зеркалом. В 1664 году обнаружил пятую звезду в Трапеции Ориона, открыл Большое Красное Пятно на Юпитере, первым определил вращение Юпитера вокруг своей оси, а также открыл двойную звезду Гамма Овна — одну из первых наблюдаемых двойных звёздных систем. Его зарисовки поверхности Марса использовались астрономами более двухсот лет спустя для определения скорости вращения планеты.

Закон всемирного тяготения

Идею об универсальной силе тяготения Гук вынашивал с середины 1660-х годов. В 1674 году в трактате «Попытка доказательства движения Земли» он впервые выдвинул три положения о всемирном тяготении: все небесные тела обладают взаимным притяжением; тело, приведённое в движение, движется по прямой, пока его не отклонит сила; сила притяжения тем больше, чем ближе тела друг к другу. В письме Ньютону от 6 января 1680 года Гук чётко сформулировал, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния. Ньютон позднее развил эту идею математически в «Математических началах натуральной философии» (1687), и вопрос о приоритете стал предметом многолетнего ожесточённого спора.

Другие научные достижения

Гук внёс вклад в оптику, открыв в 1672 году явление дифракции (огибания светом препятствий) и предложив волновую теорию света. Он первым выдвинул гипотезу о причине расширения тел при нагревании, о составе воздуха из мелких частиц в постоянном движении и о природе теплоты как формы энергии. Гук также исследовал различие между венозной и артериальной кровью, доказав, что кислород является одновременно пищей жизни и поддерживает горение.

Изобретения

Помимо фундаментальных открытий, Гук был плодовитым изобретателем. Около 1657 года он создал анкерный спуск для маятниковых часов, значительно повысив их точность. Разработал балансную пружину для карманных часов, впервые сделав портативные хронометры пригодными для точного измерения времени. Изобрёл универсальный шарнир (шарнир Гука), используемый в машиностроении по сей день. Создал усовершенствованный составной микроскоп, барометр-анероид, гигрометр, анемометр, педометр, морской барометр, лот для измерения глубины и ряд навигационных приборов. Гук также предложил идею использования точного хронометража для определения долготы на море.

Архитектурная деятельность

После Великого лондонского пожара 1666 года Гук совместно с Кристофером Реном участвовал в восстановлении города. Он стал одним из главных инспекторов строительства и работал над планировкой улиц. Среди его архитектурных работ — Монумент в память о Великом пожаре (столб высотой 62 метра, использовавшийся также как научный инструмент для экспериментов с маятником), Королевский колледж врачей, Бетлемская королевская больница и церковь Святой Маргариты на Лотбери. Гук спроектировал или участвовал в проектировании десятков зданий Лондона.

Личная жизнь и характер

Роберт Гук никогда не был женат. Он жил в помещениях Грешем-колледжа, где размещалась его лаборатория. Современники описывали его как невысокого, худощавого человека с горбатой спиной, живыми глазами и острым умом. Гук отличался вспыльчивым характером и часто вступал в яростные споры о приоритете открытий. Наиболее известен его конфликт с Ньютоном, начавшийся с дискуссии о природе света в 1675 году и продолжавшийся до смерти Гука. Также он спорил с Гюйгенсом о приоритете изобретения балансной пружины. Тем не менее коллеги признавали его исключительную гениальность и работоспособность.

Гук вёл подробные дневники, в которых фиксировал свои наблюдения, эксперименты, финансовые расходы и бытовые события. Эти записи, сохранившиеся частично, являются ценнейшим источником для историков науки XVII века. Среди увлечений Гука — кофейни Лондона, где он регулярно встречался с учёными для обсуждения научных вопросов.

Смерть и посмертная судьба

Роберт Гук скончался 3 марта 1703 года в Лондоне в возрасте 67 лет. После его смерти в комнате был обнаружен сундук с 8000 фунтов стерлингов — значительное состояние по тем временам, которое учёный накопил за годы работы. К сожалению, портрет Гука, хранившийся в Королевском обществе, был утерян — предположительно, во время президентства Ньютона. До наших дней не сохранилось ни одного достоверного прижизненного изображения учёного. Место захоронения в лондонской церкви Святой Елены на Бишопсгейте также утрачено.

Лишь в последние десятилетия историки науки стали воздавать Гуку должное, признавая масштаб его вклада в развитие цивилизации. В 2003 году, к 300-летию со дня смерти, художница Рита Грир создала серию исторических портретов Гука, основываясь на описаниях современников. Лунный кратер Гук и астероид 3514 Гук названы в честь учёного.

Интересные факты

• Гук первым использовал термин клетка (cell) для обозначения структур живого организма
• Закон Гука (F = kx) изучается в школьном курсе физики во всём мире
• Ни одного достоверного прижизненного портрета Гука не сохранилось
• Гук вёл подробные дневники, которые являются важным историческим источником
• Лунный кратер и астероид 3514 названы в честь учёного
• Анаграмма ceiiinosssttuv, скрывавшая закон упругости, была расшифрована лишь через два года
• Гук совместно с Кристофером Реном восстанавливал Лондон после Великого пожара 1666 года
• Универсальный шарнир Гука используется в машиностроении и автомобилестроении по сей день