Пафнутий Львович Чебышев — гениальный русский математик

Всемирная выставка в Париже в 1878 году превратилась в фейерверк демонстраций грандиозных достижений науки, техники и искусства того времени. Толпы нарядно одетой публики с огромным любопытством разглядывали последние достижения – паровые машины, фонограф, телеграф и электросвечи (лампы накаливания) инженера Яблочкова. Но кроме них там был ещё  один удивительнейший экспонат из царской России – стопоходящая машина Чебышёва. Парижане, как завороженные, наблюдали за двигающимся подобно лошади механизмом.

https://nstarikov.ru/wp-content/uploads/2021/01/xsajt-21.jpg.pagespeed.ic.na06XmLJCE.jpg

Роботы настолько прочно вошли в нашу повседневную жизнь, что уже трудно представить, как же человечество вообще обходилось без них?!   В первой четверти 21-го века речь о превосходстве на мировой арене определяется не столько показателем ВВП на душу населения, сколько уровнем продвинутости научных изысканий в области искусственного интеллекта.

А кто были они — отцы-прародители робототехники и искусственного разума?!

Детство и отрочество

Сын богатого российского дворянина, ветерана Великой Отечественной войны 1812 года, Льва Павловича и властной помещицы Аграфены Ивановны начал довольно-таки рано домашнее обучение:  от своей матери он узнал основы грамоты, а спряжение французских глаголов и азы арифметики — от кузины Авдотьи Сухарёвой. Помимо этого маленький Пафнутий должен был регулярно музицировать.  Но с детства его самым желанным времяпровождением было изучение разобранных механизмов игрушек и автоматов, причём он сам их зачастую выдумывал и мастерил.

Когда ему исполнилось 11 лет, то семья переехала в Москву, где за его обучение взялся лучший преподаватель — известный математик П.Н. Погорельский. Он был сам как робот, сторонник очень жёсткой дисциплины, но, благодаря этому, «зёрна» науки в умы подростков «прорастали» навсегда. И вскоре юный  Чебышёв начал с лёгкостью решать сложнейшие задачи.

Студенческие годы

С 16-ти лет он углубился в высшую математику в Московском университете, где, благодаря своему руководителю — профессору прикладной математики и механики    Н. Д. Брашману,   изучал в оригинале работы французского инженера-изобретателя Жана-Виктора Понселе, известного в научном мире прежде всего как создателя проектной геометрии и основоположника динамики машин.

Через 3 года студент Чебышёва побеждает в конкурсе с серебряной медалью за работу по нахождению корней уравнения n-й степени,   хотя она была им написана намного ранее на основе алгоритма Ньютона.

В 20 лет Пафнутий Чебышёв получает диплом с отличием, а в 25 лет он блестяще защитил диссертацию на степень магистра «Опыт элементарного анализа теории вероятностей».

Преподавательская и профессорская деятельность

Свою научную деятельность Чебышёв продолжил в университете Санкт-Петербурга, где 9-ю годами позже он стал профессором, создав ставшую всемирно знаменитой Петербургскую математическую школу. А до этого:

— в 26 лет получил звание адъюнкт-профессора университета на Неве. Но читать лекции смог только после защиты ещё одной диссертации и стал одним из самых ярких преподавателей по высшей алгебре, геометрии, практической механике и т.д. ;

— в 29 лет (!) Чебышёв назначен профессором Петербургского университета, за год до этого защитив докторскую диссертацию.

После успешных изысканий в теории шарнирных параллелограммов и в теории приближения функций позволили Чебышёва стать ординарным академиком (1860 г.).

Через 3 года П.Л.Чебышёв — уже  член Учёного комитета Министерства народного просвещения, а в 42 года (!) — действительный статский советник, что в то время приравнивалось к званию генерал-майора в армии или контр-адмирала на флоте!

Он был избран членом 25 российских и европейских академий и научных обществ. Крупнейший математик Франции Шарль Эрмит называл П.Л. Чебышёва  «гордостью математиков Европы», а его коллега из Швеции — Магнус Густав Миттаг-Леффлер считал П.Л. Чебышёва помимо этого и величайшим аналитиком всех времён.

Уже будучи в составе  Учёного комитета Министерства народного просвещения, более 15-ти лет П.Л. Чебышёв писал регулярно рецензии на школьные учебники,   принимал непосредственное участие в процессе обновлении школьных программ по математике.

Научная деятельность

Учёная деятельность Чебышёва началась в 22 года и продолжалась почти 60 лет: последнюю его статью обнародовали в 1895 году, спустя 1 год после его кончины (он умер, работая за своим письменным столом).

Его труд по интегральному исчислению в 1860 году стал настоящим событием в математическом мире того времени!

Из многочисленных научных открытий П.Л. Чебышёва первое место заслуженно занимает работа по теории чисел, начало которой было положено как добавление к докторской диссертации «Теория сравнений» (1849 г.).  А через 2 года напечатали по-французски трактат «Об определении числа простых чисел…», ставший своего рода новым прорывом в данной теории.

А через 16 лет появился ещё один блестящий шедевр  «О средних величинах»,  названная затем теоремой Чебышёва. Она легла затем в основу теории вероятностей, которая до сих пор является одним из главным инструментов современной статистики.

Только эти 2 великолепных математических труда навсегда моглы бы прославить выдающегося русского учёного!

Механика

В 31 год г. П.Л.Чебышёв отправился в научную командировку в Западную Европу, чтобы на месте ознакомиться с технологией тогдашнего машиностроения, а также получил уникальную возможность увидеть экспонаты Технических музеев. Он лично беседовал с ведущими французскими математиками и бельгийскими механиками-конструкторами.

Молодой профессор уже тогда очень заинтересовался прикладной механикой и в особенности теорией механизмов, издав затем 15 манускриптов, а через какое-то время возглавил Петербурское направление оригинальной русской школы механики.

Стопоход Чебышёва — первый в мире шагающий механизм и «прадедушка» роботов

«Механизм Чебышёва» был сконструирован им в процессе решения задач по преобразованию вращательного движения в приближённое к прямолинейному. Это было весьма актуально во время господства паровых машин.  В 39 лет русский учёный П.Л. Чебышёв просчитал и создал установу, известную во всём мире как стопоходящая машина.  Этот «прадедушка» всех современных роботов был  продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже  как первый в мире шагающий механизм. И сейчас его можно увидеть среди экспонатов в Политехническом музее г. Москвы.

Лямбда-механизм обязан своим оригинальным имёнем внешней схожестью с 11-ой буквой греческого алфавита «лямбда».

В этом механизме — явное сходство с траекторией природного движения конского копыта. К лямбда-механизму прикручивалась «нога». Подобный узел присоединялся в противоположной фазе к неподвижным осям, а для устойчивости были использованы дополнительные звенья, синхронизируемые фазами вращения.

Синтез механизмов.

Конструируя некоторые механизмы, П. Л. Чебышёв использовал придуманный им метод синтеза механизмов, так называемый приближённо-направляющий механизм, который отнесли затем к классу шарнирных четырёхзвенников с такими названиями, как лямбдаобразный и перекрёстный.

Конструирование механизмов

П.Л. Чебышёв — создатель более 40 различных механизмов и 80-ти их модификаций, среди которых механизмы с остановками, механизмы выпрямителей и ускорителей движения. Их до сих пор используют в автомобиле-, моторо- и приборостроении.

Как и многие гении, он мог крепко озадачить своих современников! У Чебышёва был такой механизм, который перемещался весьма невероятным и для нынешних наблюдателей образом. Речь идёт о парадоксальном механизме. Чебышёв намного опередил своё время, выведя структурную формулу плоских механизмов и теорему о существовании трехшарнирных четырехзвенников. Он собрал также такой механизм, имитирующий движение вёсел гребной лодки.

https://nstarikov.ru/wp-content/uploads/2021/01/xsajt2-10.jpg.pagespeed.ic.M-SUCkXUq3.jpg

Помимо этого, российские географы очень благодарны Пафнутию Львовичу то, что он улучшил методику картографии;  офицеры-артиллеристы — за усовершенствование дальнобойности и точности артиллерийской стрельбы.

В 60 лет П.Л. Чебышёв изобрёл первый в мире автомат для вычислений, намного опередивший все имевшиеся тогда счётные машины. К сожалению, этот арифмометр непрерывного действия не нашёл тогда практического применения, но  подтолкнул к усовершенствованию «машинную математику» и к возникновению такой науки как кибернетика. В наши дни его можно увидеть в Парижском музее искусств и ремесел.

https://nstarikov.ru/wp-content/uploads/2021/01/xsajt3-8.jpg.pagespeed.ic.Uz3kM34A1C.jpg

Среди необычных экспонатов Всемирной выставки в Филадельфии (США, 1876 год) была представила сконструированная Чебышёвым паровая машина с множеством конструктивных преимуществ перед другими.

А через 17 лет на  Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году, за год до кончины великого учёного,   широкой публике были представлены его последние изобретения: самокатное кресло (модель инвалидной коляски), а также сортировалка зерна по массе и ещё 7 конструкций, преобразующих вращательные в другие виды движения.

https://nstarikov.ru/wp-content/uploads/2021/01/xsajt4-8.jpg.pagespeed.ic.c7nhjPOZvn.jpg

Ученики и последователи

П.Л.Чебышёв вёл также очень активную издательскую деятельность, так в 1863 г. появился его «Математический сборник» — первый в России математический журнал. Более дюжины его прямых учеников впоследствии стали признанными учёными в области математики, физики и механики.

Несколько лет назад в научном мире на нашей планете насчитывалось около 10 000 учёных — прямых продолжателей  дела П.Л. Чебышёва, т.е. те, у кого были научными руководителями кандидатской диссертации «ученики-учеников» от шести аспирантов П.Л.Чебышёва, которые ещё в XIX веке защитились под его руководством.

Дело его живёт и имя его бессмертно на просторах Вселенной!

У арифмометра непрерывного действия П.Л. Чебышёва есть «правнук» в металле — собранный в 2008 г. суперкомпьютер «СКИФ МГУ Чебышёв». Это — один из мощнейших вычислительных комплексов на Востоке Европе с пиковой производительностью на базе 1250 четырёхъядерных процессоров в 60 Тфлопс (гигантская цифра)!

https://nstarikov.ru/wp-content/uploads/2021/01/xsajt5-8.jpeg.pagespeed.ic.3sGrypMZLs.jpg

И даже на просторах вселенной также существуют два объекта, связанные с именем великого русского математика – кратер Чебышёва на Луне и астероид 2010-Чебышёв.