Франц Эрнст Нейман: Неміс физигі және минералогі

Кіріспе

Неміс физигі және минералогы (1798–1895)

Франц Эрнст Нейман (11 қыркүйек 1798 – 23 мамыр 1895) – неміс минералогы және физигі болған.

Өмірбаян

Нойман Берлинге жақын, Бранденбург маркграфының Йоахимшталь қаласында дүниеге келген. 1815 жылы ол Берлиндегі оқуын үзіліске жіберіп, Наполеонға қарсы жүз күндік соғыста ерікті болып қатысты және Лигни шайқасында жарақат алды. Кейін ол Берлин университетінің теология факультетіне түсті, бірақ көп ұзамай ғылыми пәндерге көшті. Оның алғашқы жұмыстарының көп бөлігі кристаллографияға арналған, олар оған алған беделінің арқасында Кенигсберг университетінде приват-доцент болып тағайындалуына әкелді. 1828 жылы ол ерекше, ал 1829 жылы минералогия және физика профессоры болды. 1831 жылғы қосылыстардың нақты жылулары туралы зерттеуінде қазір Нойман заңы деп белгілі болған мынадай қағида келтірілді: қосылыстың молекулалық жылуы оның құрамындағы атомдардың жылуларының қосындысына тең. Одан кейін оптикаға ден қойып, ол жарықтың нақты динамикалық теориясын іздеген алғашқы зерттеушілердің қатарында жоғары орын алған еңбектер жазды. 1832 жылы ол эфирдің құрамы туралы нақты гипотезаны пайдаланып, қатаң динамикалық есептеулер арқылы Аугустин Луи Коши алған нәтижелерге сәйкес келетін және Аугустин Жан Френельдің заңдарына ұқсас қос сыну заңдарын шығарды. Нойман қос сынуды зерттегенде, оның оптикалық қасиеттеріне байланысты серпімділік тұрақтыларын анықтауда, кристаллдың серпімді мінез-құлқының симметриясы оның пішінінің симметриясына тең деген болжам жасады. Яғни, симметриялық жағдайлардағы физикалық қасиеттердің компоненттерінің шамалары бірдей деп есептеді. Бұл болжам тәуелсіз тұрақтылардың санын айтарлықтай азайтып, серпімділік теңдеулерін жеңілдетті. Дегенмен, Нойманның 1873 жылы серпімділік курсында симметрияны қолдануын кеңейтуіне төрт онжылдық уақыт кетті. Бұл принципті оның шәкірті Вольдемар Войгт (1850–1918) 1885 жылы ресмилендірді: «физикалық құбылыстың симметриясы кемінде кристаллографиялық симметриядан жоғары», бұл Нойман принципі ретінде белгілі кристалл физикасының негізгі постулаты болды. 1900 жылы Войгт бұл принципті Нойманның 1832 жылғы еңбегіне жатқызды, бірақ ол жұмыста құбылыстың симметриясы кристаллға тең деген тұжырым ғана болған. Бернхард Миннигероде (1837–1896), Нойманның тағы бір шәкірті, бұл қатынасты алғаш рет 1887 жылы «Neues Jahrb. Mineral. Geol. Paleontol.» журналында (5-том, 145-бет) жазбаша түрде білдірді. Кейіннен Нойман екі кристалдық ортаны бөлетін бет үшін шарттарды математикалық түрде беру мәселесін зерттеп, теориялық тұрғыдан шикі кристалдық денелердегі қос сыну заңдарын шығарды. Ол сондай-ақ электродинамиканың математикалық теориясына маңызды үлес қосты және 1845 және 1847 жылдары жарияланған еңбектерінде электр тогының индукция заңдарын математикалық тұрғыдан дәлелдеді. Оның соңғы жарияланымы, 1878 жылы жарық көрген «Сфералық гармоникалар туралы еңбектер» (Beiträge zur Theorie der Kugelfunctionen) болды. Математик Карл Густав Якобимен бірге 1834 жылы математика және математикалық физика бойынша екі бөлімде жұмыс істейтін «Mathematisch physikalisches Seminar» семинарын құрды. Барлық студенттер екі бөлімді де оқыған жоқ. Математикалық физика бөлімінде Нойман математикалық әдістерді, сондай-ақ оның астроном әріптесі Фридрих Вильгельм Бессель жетілдірген дәл эксперименттік физиканың әдістерін оқытты. Оның семинарлық тапсырмаларының мақсаты – тұрақты және кездейсоқ эксперименттік қателерді бақылау арқылы дәл эксперименттік физиканы жүзеге асыру қабілетін жетілдіру болды. Семинарда түпнұсқа зерттеулер жүргізген студенттердің саны аз болды, бірақ Густав Роберт Кирхгофф, өзінің семинарлық зерттеулерінің негізінде Кирхгофф заңдарын жасаған ерекше жағдайды құрады. Бұл семинар 1834 жылдан кейін құрылған көптеген басқа да осындай семинарлардың үлгісі болды, соның ішінде Кирхгоффтың Гейдельберг университетіндегі семинары да. Нойман 1876 жылы профессорлық қызметтен зейнеткерлікке шықты және 1895 жылы 96 жасында Кенигсбергте (қазіргі Калининград, Ресей) қайтыс болды. Оның ұлы Карл Готфрид Нойман 1858 жылы приват-доцент, ал 1863 жылы Галледе математиканың ерекше профессоры болды. Оның кіші ұлы Франц Эрнст Кристиан Нойман Кёнигсбергте медицина профессоры болды.

Neumann was born in Joachimsthal, Margraviate of Brandenburg, near Berlin. In 1815 he interrupted his studies at Berlin to serve as a volunteer in the Hundred Days against Napoleon, and was wounded in the Battle of Ligny. Subsequently, he entered Berlin University as a student of theology, but soon turned to scientific subjects. His earlier papers were mostly concerned with crystallography, and the reputation they gained him led to his appointment as Privatdozent at the University of Königsberg, where in 1828 he became extraordinary, and in 1829 ordinary, professor of mineralogy and physics. His 1831 study on the specific heats of compounds included what is now known as Neumann's Law: the molecular heat of a compound is equal to the sum of the atomic heats of its constituents. Devoting himself next to optics, he produced memoirs which earned him a high place among early searchers of a true dynamical theory of light. In 1832, by the aid of a particular hypothesis as to the constitution of the ether, he reached by a rigorous dynamical calculation results agreeing with those obtained by Augustin Louis Cauchy, and succeeded in deducing laws of double refraction closely resembling those of Augustin Jean Fresnel. In studying double refraction, with his deduction of the elastic constants (on which the optical properties depend) Neumann employed the assumption that the symmetry of the elastic behavior of a crystal was equal to that of its form. In other words, he assumed that the magnitudes of the components of a physical property in symmetric positions are equivalent. This assumption substantially reduced the number of independent constants and greatly simplified the elastic equations. However, four decades passed before Neumann elaborated his application of symmetry in a course on elasticity in 1873. This principle was later formalized by his student Woldemar Voigt (1850–1918) in 1885: "the symmetry of the physical phenomenon is at least as high as the crystallographic symmetry", which became a fundamental postulate of crystal physics known as Neumann’s principle. In 1900, Voigt attributed this principle to Neumann's 1832 paper even though, at most, all that was present in that work was an implicit assumption that the symmetry of the phenomenon was equal to that of the crystal. Bernhard Minnigerode (1837–1896), another student of Neumann, first expressed this relation in written form in 1887 in the journal Neues Jahrb. Mineral Geol. Paleontol. (Vol. 5, p. 145). Later, Neumann attacked the problem of giving mathematical expression to the conditions holding for a surface separating two crystalline media, and worked out from theory the laws of double refraction in strained crystalline bodies. He also made important contributions to the mathematical theory of electrodynamics, and in papers published in 1845 and 1847 established mathematically the laws of the induction of electric currents. His last publication, which appeared in 1878, was on spherical harmonics (Beiträge zur Theorie der Kugelfunctionen). With the mathematician Carl Gustav Jacobi, he founded in 1834 the Mathematisch physikalisches Seminar which operated in two sections for mathematics and for mathematical physics. Not every student took both sections. In his section on mathematical physics Neumann taught mathematical methods as well as the techniques of an exact experimental physics grounded in the type of precision measurement perfected by his astronomer colleague Friedrich Wilhelm Bessel. The objective of his seminar exercises was to perfect one's ability to practice an exact experimental physics through the control of both constant and random experimental errors. Only a few students actually produced original research in the seminar; a notable exception was Gustav Robert Kirchhoff who formulated Kirchhoff's Laws on the basis of his seminar research. This seminar was the model for many others of the same type established after 1834, including Kirchhoff's own at Heidelberg University. Neumann retired from his professorship in 1876, and died at Königsberg (now Kaliningrad, Russia) in 1895 at the age of 96. His son Carl Gottfried Neumann became in 1858 Privatdozent, and in 1863 extraordinary professor of mathematics at Halle; his younger son Franz Ernst Christian Neumann became professor of medicine in Königsberg.