Князь в науке

В том же 1908 году академик Борис Борисович Голицын стал гофмейстером императорского двора за его заслуги как председателя комиссии по установлению памятника Александру III на Знаменской площади столицы. Памятник был демонтирован в 1937 году и забыт.

Борис Голицын

А научные заслуги князя Голицына останутся в истории науки, пока она существует, как одного из создателей теории сейсмологии и изобретателя сейсмографа, названного его именем и прослужившего геофизикам до конца ХХ века. Да и самые современные сейсмографы принципиально мало чем отличаются от сейсмографа Голицына.

Друзья детства

С момента создания Российской академии наук в 1724 году и до 1917 года в академики были избраны четыре представителя многочисленного рода Голицыных. Трое из них были почетными академиками: дипломат Дмитрий Алексеевич (избран в 1778 году), литератор Дмитрий Владимирович (1822) и юрист Александр Николаевич (1826). Четвертый Голицын — Борис Борисович — был ординарным, то есть «настоящим» академиком.

По генеалогическому старшинству Голицыны, как известно, были первыми среди княжеских родов Гедиминовичей. Также хорошо известно, что были времена, когда Гедиминовичи были главными и очень серьезными конкурентами Рюриковичей. Но в итоге внук Гедимина Патрикей в самом начале XV века прибыл в Москву на службу к великому князю Василию I, а внук Патрикея имел четырех сыновей, старшим из которых был Андрей Андреевич Голицын.

От него и ведут свою родословную четыре ветви князей Голицыных, прославленных в истории нашего отечества. Князь Борис Борисович Голицын принадлежал к младшей ветви Михайловичей, особенно заметных в XVIII веке, и, как сейчас пишут историки, был прямым потомком генерал-фельдмаршала Михаила Михайловича Голицына, одного из самых удачливых и прославленных полководцев эпохи Петра I (в Полтавской битве он командовал кавалерией, а в последнем крупном сражении Северной войны при Гремгаме командовал флотом).

Впрочем, прямых потомков у соратника Петра Великого было много: у генерал-фельдмаршала было две жены и 18 детей, 14 из которых оставили своих детей, а те — своих и т. д. Отец Бориса Борисовича Голицына первым окончил курс математического факультета Харьковского университета, но по семейной традиции стал военным, дослужился до полковника Генерального штаба, а в отставке «с мундиром» был уездным предводителем дворянства.

В 1871 году, когда его сыну Борису было девять лет, он развелся с женой. Та вышла замуж за маркиза Инконтри и уехала в Италию, а мальчик воспитывался в семье своей бабушки графини Кушелевой, придворной фрейлины и близкой подруги великой княгини Александра Иосифовны, жены брата императора Александра II, великого князя Константина Николаевича, генерал-адмирала и председателя Государственного совета.

Бабушка частенько брала с собой внука Бориса в Стрельнинский (Константиновский) дворец, где мальчик играл с сыновьями великого князя, младший из которых был его ровесником, а двое других были старше на два и четыре года. Самый старший из них, Константин, должен был пойти по стопам отца и возглавить военно-морское ведомство империи и потому стал гардемарином, потом мичманом, потом лейтенантом на фрегате «Князь Эдинбургский». Так уж получилось, что на этом же фрегате в свое первое плавание ушел гардемарин Борис Голицын, младший товарищ по детским играм теперь его вахтенного начальника лейтенанта Константина Романова.

У обоих военно-морская карьера не сложилась. Великий князь Константин Константинович был «по болезни» переведен в сухопутное ведомство, где дослужился до командира лейб-гвардии Преображенского полка, а потом начальника Военно-учебных заведений, а попутно, еще в чине гвардии капитана, был назначен президентом Императорской академии наук и руководил российской наукой в течение 26 лет, вплоть до 1915 года.

Князь же Борис Голицын ушел в отставку сам, тоже «по болезни» (он часто простужался в море), но в основном из-за обиды: окончив Морскую академию вторым по наукам, он был произведен лишь в мичманы, а не в лейтенанты, как все остальные. Вероятно, так начальство наказало князя, который за семь лет своей службы в военном флоте почти два года по разным причинам провел на Тосканской Ривьере в имении матери. Но на этом полоса неудач Бориса Голицына не закончилась.

Тернистый путь в науку

При попытке поступить в Санкт-Петербургский университет князя Голицына, который закончил Морское училище первым по наукам и Морскую академию вторым по наукам, попросили сдать экзамены за весь гимназический курс, включая Закон Божий. Он опять обиделся, уехал к матери, где подучил немецкий язык и поступил на физико-математический факультет Страсбургского университета, окончил его с докторским дипломом summa cum laude (красным дипломом по-современному). Только страсбургская докторская степень мало что значила в России, и князь Голицын, переехав в Москву и читая здесь в университете лекции по электродинамике в звании приват-доцента, заново начал сдавать магистерские экзамены и писать новую диссертацию по теме «Исследования по математической физике», чтобы получить профессорское звание.

Но на ее защите весной 1893 года произошел конфуз, она подверглась критике профессоров Столетова и Соколова, и «окончательное суждение» о ней было решено отложить на осень. Князь в очередной раз смертельно обиделся, наговорил много неприятных слов профессорам Столетову и Соколову (а те ему), забрал диссертацию и уехал преподавать физику в Юрьевский университет. И вот тут за Гедиминовича, которого не пускали в науку профессора Столетов и Соколов, из купеческого и мещанского сословий соответственно, вступился его товарищ по детским играм и службе на полуброненосном фрегате «Князь Эдинбургский», президент Императорской академии наук великий князь Константин Константинович.

Именно так это выглядело со стороны. В октябре 1893 года Голицын был избран адъюнктом академии, хотя на это место претендовал профессор Столетов, уже известный физик, автор «закона Столетова». Дочитав лекции осеннего семестра в Юрьеве, князь вернулся в Санкт-Петербург. В письме своему товарищу по Московскому университету Петру Лебедеву, который тогда сам писал диссертацию, был приват-доцентом и еще не прославился своими опытами по регистрации давления света, он писал: «Защита диссертации мне совсем не нужна. Не нужны и степени; члены академии имеют полное право и без степеней читать в университете, если бы я того впоследствии пожелал».

Все это происходило на фоне громкого скандала. Столетов публично заявил, «что сей князь известен самым высоким сферам, особенно как бывший моряк, плававший с высокими особами и пр.», а академик Крылов много лет спустя писал, что «избрание Бориса Борисовича в Академию наук не было встречено сочувственно в широких кругах русского ученого мира и первые его работы подверглись жестокой критике». Аукнулось это князю Голицыну и позже, когда он в 1903 году не был избран в «ординарные академики». Академиком он стал только со второго раза, спустя пять лет, в 1908 году.

Но как бы то ни было, князь Голицын наконец получил возможность заниматься тем, что ему было по душе,— физикой. Он возглавил физический кабинет академии, читал курс физики в Морской академии, а в 1913 году стал директором Главной физической обсерватории. А главное свое открытие, благодаря которому он вошел в историю науки — преобразование перемещения маятника сейсмографа в электрический сигнал,— Голицын сделал в 1902 году. В 1906 году первый сейсмограф Голицына с гальванометрической регистрацией был установлен в Пулковской обсерватории. В том же году началось их производство в Германии, и поныне сейсмографы самых продвинутых моделей принципиально мало чем отличаются от них. Так что если бы человек разумный по своей сути был крепок не только задним умом, то академики с чистой совестью могли бы сказать в 1893 году: «Какие могут быть претензии к нам — мы избираем в свои ряды выдающегося геофизика будущего».

Все это намного подробнее и интереснее описано академиком Алексеем Николаевичем Крыловым (он был ассистентом Голицына в Морской академии) в 1918 году в журнале «Природа» и уже в наши дни — заведующим лабораторией сейсмометрии Института физики Земли РАН Анатолием Васильевичем Рыковым и заведующим лабораторией региональной геофизики и природных катастроф того же института Александром Яковлевичем Сидориным («Некоторые аспекты жизни и деятельности князя Бориса Борисовича Голицына в фотографиях»).

Сейсмограф Голицына

Сейсмограф — изобретение давнее, что обычно иллюстрируют китайским сейсмографом II века н. э. в виде огромной бронзовой чаши, по бортам которой драконы при подземных толчках выплевывают бронзовые шарики в открытый рот лягушек, сидящих внизу по периметру чаши. С его помощью можно было определить, откуда пришли подземные толчки. Достаточно было посмотреть, какие из лягушек наглотались больше шариков, чтобы определить азимут землетрясения. В Европе научные сейсмографы появились в XVIII веке и действовали по тому же принципу: сразу первого и третьего законов Ньютона о свойстве масс к инерции и к тяготению.

У них был массивный корпус и висящий внутри этого корпуса груз. Корпус сейсмографа сотрясается в момент землетрясения вместе с почвой. А груз внутри корпуса в идеале не должен иметь с ним никаких механических или электромагнитных связей. Просто висеть в пространстве. В условиях притяжения Земли это нереально. Для противодействия силе притяжения Земли груз подвешивали на пружине. В первый момент, когда земная поверхность только начинает свое движение и корпус увлекается в движение вместе с ней, груз вследствие инерции действительно остается неподвижным. Стержень груза поворачивается на некоторый угол, пропорциональный смещению почвы, и по величине этого угла можно вычислить перемещение почвы. Но это только в первый момент.

Далее груз, выведенный из равновесия, становится маятником и начинает совершать собственные колебания с постепенно убывающими амплитудами, и эти его собственные колебания совершенно искажают запись землетрясения. Понятно, что сгладить это неудобство можно, повысив инертность груза, то есть его массу, и ее повышали до 20 тонн, строя сейсмографы циклопического размера. Но была еще одна закавыка. От очага землетрясения распространялись два типа упругих колебаний: 1) продольные, или волны расширений и сжатий; 2) поперечные, то есть волны сдвигов. А говоря проще, нужны вертикальные и горизонтальные сейсмометры.

Все это очень краткий пересказ теоретических работ Бориса Голицына по сейсмографии. Изучение имевшихся типов сейсмографов показало, что необходимо расчленить задачу и измерять слагающие или проекции перемещения на три взаимно перпендикулярные оси, из которых одна вертикальная. И начал Голицын с горизонтальных маятников, при этом сделав еще один шаг. Анализируя обычные способы записи кривой в сейсмографах, то есть механический и оптический (с помощью зеркальца), он предложил третий способ — «гальванометрический», при котором записывается не величина, пропорциональная относительному перемещению груза маятника и его фундамента, а пропорциональная величина скорости этого перемещения.

«Этим достигается целый ряд весьма важных практических преимуществ, как то: независимость записи от положения равновесия прибора, возможность вывести запись в отдельное от маятника помещение, сколь угодно от него далекое, возможность помещать маятник в пустоте, достижение высшей степени чувствительности и пр. Разработка теории горизонтального маятника с магнитным затуханием и гальванометрической записью проведена Борисом Борисовичем с исчерпывающей полнотой, самое же осуществление прибора произведено с изумительным конструкторским талантом»,— писал академик Крылов в 1918 году.

Конструкционно это выглядело так. К стержню маятника приделывается медная пластинка, и по обе стороны от нее помещаются на штативе полюсы двух сильных постоянных магнитов; при движении маятника в медной пластинке индуктируются токи Фуко, тормозящие движение, и, сближая магниты, можно достигнуть полной апериодичности движения, при которой маятник, будучи выведен из положения равновесия, медленно к нему возвратится, но никаких собственных колебаний совершать не будет. Такой апериодический сейсмограф весьма близко к действительности воспроизводит все характерные особенности движения почвы, и по его записям путем элементарных вычислений получаются истинные величины смещения почвы.