Джеймс Джинс

Ещё будучи молодым исследователем, только что закончившим обучение в Кембридже, Джеймс Джинс обратился к известному физику Джозефу Лармору с просьбой предложить ему тему для дальнейшей работы. На это Лармор с иронией ответил: «Что будет с грядущим миром, если молодёжи нужно подсказывать, над чем работать?».
Но в действительности Джинс в такой помощи не нуждался. Его замечательная интуиция подсказывала ему актуальные задачи, решение которых было необходимо для прогресса науки. Джинс по праву считается одним из создателей нового научного направления — теоретической астрофизики. Он был в ряду первых профессиональных физиков-теоретиков, начавших работать в области астрономии и привнёсших в неё аппарат теоретической физики.
В начале своей научной деятельности Джинс занимался кинетической теорией газов и теорией излучения. Им была получена и строго обоснована формула для распределения энергии в спектре равновесного излучения, носящая в настоящее время имена Рэлея и Джинса. Он является создателем теории гравитационной неустойчивости, позволяющей понять и описать, как из разреженного вещества образуются небесные тела, и лежащей поэтому в основе современных исследований в области космогонии и космологии. Со временем астрофизические проблемы стали всё сильнее занимать учёного. Из-под его пера вышли основополагающие работы по звёздной динамике, теории внутреннего строения и эволюции звёзд, теории фигуры вращающихся небесных тел. Наибольшую известность Джинсу принесла его гипотеза образования Солнечной системы в результате сближения двух звёзд. Несмотря на то что в настоящее время его гипотеза представляет только исторический интерес, некоторые теоретические результаты Джинса в этой области сохранили значение до наших дней.
Но в начале 20-х гг. имя Джеймса Джинса пользовалось известностью не только среди учёных. Его популярные книги «Вселенная вокруг нас» и «Движение миров» были переведены на многие языки. В СССР эти книги были изданы в конце 20-х — начале 30-х гг.
Джеймс Джинс родился 11 сентября 1877 г. в английском городе Ормзкирке, в графстве Ланкашир. Его отец Уильям Таллох Джинс был журналистом и автором книг об учёных. Мать Джеймса Марта Энн Хопвуд происходила из старинной семьи промышленников, изготовлявших часы.
Мать Джеймса была очень религиозной. Отец способствовал интеллектуальному развитию мальчика и оказал на него большое влияние. Джеймс обладал прекрасной памятью и был не по годам развитым ребёнком. В три года он понимал, какое время показывают часы, к четырём годам уже свободно читал.
Особенно увлекался Джеймс действиями с числами. Он легко запоминал их и в семь лет забавлялся тем, что перемножал цифры в номерах кэбмэнов. Как-то Джеймс натолкнулся на таблицы логарифмов. И хотя он не мог понять, для чего они нужны, но легко запомнил первые 20 значений. В семье Джинса долго помнили случай, когда однажды его мать забыла билет на поезд, а Джеймс смог назвать контролёру его номер.
Джеймс очень интересовался различными механизмами, особенно часами. В девятилетнем возрасте он, подражая занятиям отца, написал своё первое сочинение на девяти страницах под названием «Часы». В тексте и многочисленных рисунках содержались сведения об основных принципах работы часов и давалось описание их конструкции.
У Джеймса рано проявились и способности к музыке. Его стали обучать игре на фортепиано, а в 12 лет он уже хорошо играл на органе. Его любимым композитором был Бах.
В сентябре 1890 г. Джеймс поступил в Тейлоровскую коммерческую школу с высоким уровнем преподавания. В школе у него проявились блестящие способности и интерес к математике и физике. Дома он соорудил маленькую физическую лабораторию, где ставил простейшие опыты.
В 1896 г. Джинс был зачислен в Тринити-колледж Кембриджского университета. Джеймс приступил к изучению математики в колледже, всемирную славу которому принёс Исаак Ньютон, обучавшийся и работавший там за 250 лет до Джинса. И в конце XIX — начале XX в. Кембриджский университет оставался учебным заведением, дающим лучшее в мире образование в области математики и естественных наук. В колледже Джинс был удостоен стипендии имени Ньютона по астрономии и оптике. Позднее в течение несколько лет он и сам преподавал там.
Под влиянием астронома Джорджа Дарвина, сына великого естествоиспытателя, студент Джинс провёл теоретические исследования по гравитационной неустойчивости в облаках космического вещества. Главное в этой теории Джинса — учёт противоборства двух факторов. С одной стороны, тяготение стремится собрать вещество в отдельные сгустки, а затем сжать их в компактные небесные тела. А с другой стороны, давление стремится выровнять неоднородности, уничтожить зародыши небесных тел и равномерно рассеять вещество в газовом облаке. Молодой учёный показал, что гравитационная неустойчивость и сжатие наступают при размерах возмущения, превышающих так называемую джинсовскую длину волны.
В 1903 г. Джинс получил степень магистра, а на следующий год был назначен лектором по математике в Кембриджском университете. Эту должность он занимал до отъезда в 1905 г. в Принстон, в Америку. Там Джинс читал усложнённые лекции для наиболее способных студентов старших курсов. В 1906 г. он был избран членом Лондонского королевского общества. Это признание на родине пришло к нему, когда ему было всего 28 лет. Во время пребывания в Принстоне Джинс пишет две книги:
«Теоретическая механика» (1906 г.) и «Математическая теория электричества и магнетизма» (1908 г.). Обе работы вместе с написанной ранее книгой «Динамическая теория газов» служили прекрасными учебниками и представляли собой исчерпывающие введения в предметы. Однако вскоре после возвращения в Англию в 1909 г. Джинс оставляет преподавательскую деятельность, чтобы всецело посвятить себя науке.
Интересы Джинса теперь полностью обращены к астрономии. Он начинает исследовать движение звёздных роёв, уподобляя движение звёзд поведению частиц в газовом облаке. Одновременно Джинс изучает форму и устойчивость быстро вращающихся небесных тел. Умеренное вращение сплющивает звёзды у полюсов. А если вращение будет всё быстрее и быстрее? Французский математик Жюль Анри Пуанкаре показал, что при возрастании скорости вращения сплюснутого сфероида он может принять грушевидную форму. Джордж Дарвин, используя приближённые методы расчёта, пришёл к заключению об устойчивости грушевидной фигуры. Российский академик Александр Михайлович Ляпунов, однако, сделал противоположный вывод. Исследования Джинса также показали неустойчивость грушевидных конфигураций. Он заключил, что разделение вращающейся массы на две отдельные конфигурации возможно. Именно на этот вывод опирается гипотеза Джинса о происхождении звёздных пар в результате деления быстровращаю-щихся звёзд. В 1922 г. ему была вручена Золотая медаль Королевского астрономического общества.
Джинсовская теория фигуры и устойчивости вращающихся масс оказала сильное влияние на его космогонические представления. Гипотеза образования Солнечной системы, предложенная в 1916 г., принесла ему в последующие два десятилетия мировую известность.
Джинс пришёл к выводу, что гипотеза Лапласа не в состоянии объяснить, как ничтожные по массе планеты, отделяясь от Солнца, могли отнять у него столько вращательного движения, сколько у Солнца и не могло быть. Джинс полагал, что в далёком прошлом некая звезда прошла рядом с Солнцем и своим притяжением вырвала часть солнечного вещества. Предположив, что прошедшая массивная звезда передала планетам достаточный вращательный момент, Джинс, казалось, решил проблему. В его схеме планеты образовались в результате гравитационной неустойчивости непосредственно в выброшенном из Солнца веществе.
Однако детальный анализ предложенного Джинсом космогонического сценария показал, что на его пути возникают непреодолимые трудности. В современной космогонии катастрофические гипотезы вообще не рассматриваются. Джинс и сам понимал предварительный характер своих утверждений. «Время для согласия в космогонии ещё не пришло», — писал он в заключении своей монографии «Проблемы космогонии и звёздной динамики» (1919 г.). Эта работа стала классической и вошла в золотой фонд астрономической науки.
В 1919г. Джинс был избран секретарём Королевского астрономического общества, а в 1925-1927 гг. — его Президентом. В то время он особенно интересовался источниками энергии и внутренним строением звёзд. Ещё в 1904 г. Джеймс Джинс высказал мысль, что энергия звёзд могла бы возникать за счёт аннигиляции вещества, т. е. вследствие превращения двух столкнувшихся частиц в излучение. Это предположение оказалось ошибочным, так как аннигиляция протона и электрона, которую допускал Джинс, невозможна. Ошибочным оказалось и другое его предположение о том, что источником звёздной энергии может быть распад, деление сверхтяжёлых радиоактивных трансурановых элементов, хотя само предсказание их существования было справедливым.
В конечном счёте прав оказался Эддингтон, полагавший, что звёзды светят не за счёт распада тяжёлых атомных ядер, а за счёт синтеза — синтеза гелия из водорода.
В 1917 г. Джинс высказал предположение, что из-за очень высокой температуры вещество в недрах звезды полностью ионизовано. Его догадка открыла путь познанию внутреннего строения звёзд. Рассчитывая модель звезды, теперь её можно было представить в виде однородного «газа» из электронов и положительно заряженных атомных ядер, к которому из-за ничтожного объёма, занимаемого частицами, применимы законы идеального газа.
Эта гипотеза Джинса, как и его предположение о том, что перенос энергии теплопроводностью недостаточен для объяснения мощного излучения звёзд, существенно помогли Эддингтону в построении его стационарной модели звезды.
Джинс и Эддингтон во многом придерживались различных взглядов на природу звёзд. Их знаменитая полемика, проходившая в Королевском астрономическом обществе с 1917 г., способствовала прогрессу в изучении природы звёзд. Представления Эддингтона в этой области оказались более верными, чем у Джинса. Но отдельные заблуждения не преуменьшают громадную роль трудов Джинса в области теоретической астрофизики.
1928 г. был ознаменован для Джинса двумя событиями: за заслуги перед наукой и Королевским обществом он был посвящён в рыцари и вышла в свет монография «Астрономия и космогония», которая подытожила его исследования в этих областях. Она обратила на себя внимание издателей, и Джинс получил предложение написать популярную книгу по астрономии. Следом за «Вселенной вокруг нас» в 1929 г. вышла «Загадочная Вселенная» в 1930 г., «Звёзды и их судьбы» в 1931 г., «Сквозь пространство и время» в 1934 г., «Физика и философия» в 1941 г. Книга «Развитие физической науки» была опубликована в 1947 г., уже после смерти её автора. К славе Джинса-учёного прибавилась слава Джинса-популяризатора, автора работ, написанных с большим литературным мастерством.
Во многих своих книгах, особенно в созданных в последние годы жизни, Джинс обращался к важнейшим философским вопросам науки. Он стремился возродить дуалистический, двойственный взгляд на мир Рене Декарта. В мире, по мнению Джинса, есть два самостоятельных начала — мысль и материя. Ни одно из них не является главным, определяющим, они взаимно дополняют друг друга. Как материя влияет на мысль, так и мысль контролирует материю. По Джинсу, Бог — Математик Вселенной. «Мы и раньше относились с недоверием к мысли о том, что Вселенная была построена Биологом или Инженером, — писал Джинс в «Загадочной Вселенной», — Великий Создатель Вселенной с присущей Его творению очевидностью теперь начал выступать как чистый Математик».
С 1935 г. и до конца своих дней Джинс возглавлял кафедру астрономии Королевского института в Лондоне.
Сэр Джеймс Джинс скончался 16 сентября 1946 г. в своём имении Кливленд Лодж.
До последних дней жизни Джинс продолжал размышлять над философской и нравственной ролью астрономии в духовном мире человека. Он писал: «…сегодня многие начинают подозревать, что астрономия может сказать свое слово в волнующем вопросе об отношении человеческой жизни ко Вселенной, в которую она заключена, о началах, значении и судьбах человеческого рода… Человек жаждет глубже проникнуть в прошлое и в будущее, чем это позволяет его короткое бытие на Земле. Он хочет видеть Вселенную, какой она существовала прежде, чем был человек, и какой она будет после того, как последний человек уйдёт в ту тень, из которой вышел его род».