Гук, Роберт

Ро́берт Гук (англ. Robert Hooke; Роберт Хук, 18 (28) июля 1635 — 3 (14) марта 1703) — английский естествоиспытатель и изобретатель. Член Лондонского королевского общества (1663).

Гука смело можно назвать одним из отцов физики, в особенности экспериментальной, но и во многих других науках ему принадлежат зачастую одни из первых основополагающих работ и множество открытий.

Отец Гука подготавливал его первоначально к духовной деятельности, но ввиду слабого здоровья Роберта и проявляемой им способности к занятию механикой предназначил его к изучению часового мастерства. Впоследствии, однако, молодой Гук проявил интерес к научным занятиям и вследствие этого был отправлен в Вестминстерскую школу, где успешно изучал языки (латинский, древнегреческий, иврит), но в особенности интересовался математикой и показал большую способность к физике и химии.

Способность его к занятиям физикой и химией была признана и оценена учёными Оксфордского университета, в котором он стал заниматься с 1653 года. Он стал помощником химика Виллиса, а потом известного физика Роберта Бойля.

Кроме закона упругих деформаций, во многих открытиях Гук не имеет исключительного первенства: так, цвета тонких плёнок в мыльных пузырях Бойль заметил за 9 лет до Гука; но Гук, наблюдая цвета тонких пластинок гипса, подметил периодичность цветов в зависимости от толщины; постоянство температуры таяния льда он открыл не ранее членов флорентийской академии, но постоянство температуры кипения воды подмечено им ранее Ренальдини; идея о волнообразном распространении света высказана им позже Гримальди, хотя и в более четком, определённом и чистом виде.

Пропорциональность между деформацией и упругой силой, как утверждает Гук в своём сочинении «De potentia restitutiva», опубликованном в 1678, открыта им на 18 лет раньше, а в 1676 открытие было помещено в другой его книге в виде анаграммы «ceiiinosssttuv», означающей «Ut tensio sic vis» («каково растяжение, такова и сила»). По объяснению автора, вышесказанный закон пропорциональности применяется не только к металлам, но и к дереву, камням, рогу, костям, стеклу, шёлку, волосу и проч. В настоящее время закон Гука в обобщённом виде служит основанием математической теории упругости.

Идею же об универсальной силе тяготения, следуя Кеплеру, Гук имел с середины 1660-х годов, затем, ещё в недостаточно определённой форме, он выразил её в 1674 в трактате «Попытка доказательства движения Земли»[12], но уже в письме 6 января 1680 года Ньютону Гук впервые ясно формулирует закон всемирного тяготения и предлагает Ньютону, как математически более компетентному исследователю, строго математически обосновать его, показав связь с первым законом Кеплера для некруговых орбит (вполне вероятно, уже имея приближённое решение). С этого письма, насколько сейчас известно, начинается документальная история закона всемирного тяготения. Непосредственными предшественниками Гука называют Кеплера, Борелли и Буллиальда, хотя их взгляды достаточно далеки от ясной правильной формулировки. Ньютону также принадлежат некоторые работы по тяготению, предшествовавшие результатам Гука, однако большинство самых важных результатов, о которых позднее вспоминал Ньютон, во всяком случае не было им никому сообщено.

В. И. Арнольд в книге «Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук» аргументирует, в том числе документально, утверждение, что именно Гуком был открыт закон всемирного тяготения (закон обратных квадратов для центральной гравитационной силы), и даже вполне корректно обоснован им для случая круговых орбит, Ньютон же доделал это обоснование для случая эллиптических орбит (по инициативе Гука: последний сообщил ему свои результаты и попросил заняться этой задачей). Приводимые там цитаты Ньютона, оспаривающего приоритет Гука, говорят лишь о том, что Ньютон придавал своей части доказательства несоизмеримо большую значимость (в силу её трудности и т. д.), но отнюдь не отрицает принадлежность Гуку формулировки закона. Таким образом, приоритет формулировки и первоначального обоснования следует отдать Гуку (если, конечно, не кому-то до него), и он же, судя по всему, ясно сформулировал Ньютону задачу завершения обоснования. Ньютон, впрочем, утверждал, что сделал это же открытие независимо и раньше, но он никому об этом не сообщал, и не осталось никаких документальных свидетельств этого; кроме того, в любом случае, Ньютон забросил работы по этой теме, которые возобновил, по его признанию, под влиянием письма Гука.

Ряд современных авторов полагают, что главным вкладом Гука в небесную механику было представление движения Земли в виде суперпозиции движения по инерции (по касательной к траектории) и падения на Солнце как тяготеющий центр, что оказало, в частности, серьёзное влияние на Ньютона. В частности, этот способ рассмотрения давал непосредственную базу для выяснения природы второго закона Кеплера (сохранения момента импульса при центральной силе), что явилось ключом и к полному решению кеплеровой задачи.

С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки (термин «клетка» был введён Гуком). В своей работе «Микрография» (Micrographia, 1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, привёл изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В этой же работе Гук изложил свою теорию цветов, объяснил окраску тонких слоёв отражением света от их верхней и нижней границ. Гук придерживался волновой теории света и оспаривал корпускулярную.

Теплоту Гук считал результатом механического движения частиц вещества, то есть, придерживался молекулярно-кинетических воззрений. Установив постоянство температур замерзания и кипения воды, вместе с Гюйгенсом, около 1660 предложил эти точки в качестве реперных для шкалы термометра.

В упомянутой выше книге Арнольда указывается, что Гуку принадлежит открытие закона, который в современной литературе принято называть законом Бойля, причём утверждается, что сам Бойль не только не оспаривает это, но явно об этом пишет (самому же Бойлю принадлежит лишь первенство публикации). Впрочем, реальный вклад Бойля и его ученика Ричарда Таунли (Richard Townley) в открытие этого закона мог быть и достаточно велик.

В 1667 году Гук производил опыты, моделирующие образование лунных кратеров. В одном из них он бросал горошины в жидкую глину, в другом — кипятил масло и наблюдал за его поверхностью. Таким образом, Гук заложил основы обеих впоследствии конкурировавших теорий образования кратеров: ударной и вулканической[13].

Вклад Гука в наблюдательную астрономию заключается в том, что он обратил внимание на пятна на поверхности Юпитера и Марса и по движению их определил, одновременно с Джованни Кассини, скорости вращения этих планет вокруг собственных осей.

Гук производил наблюдения с целью определить влияние вращения Земли на падение тел и занимался многими другими вопросами, например, о влияниях волосности (капиллярности), сцепления, о взвешивании воздуха, об удельном весе льда.

Между 1656 до 1658 гг. Гук изобрёл спиральную пружину для регулирования хода часов. По указаниям Гука часовой мастер Томпсон сделал для Карла II первые часы с регулирующей пружиной. Нидерландский механик, физик и математик Христиан Гюйгенс применил регулирующую спираль позже Гука, но независимо от него; зацепляющие части (echappement), придуманные ими, неодинаковы. Идею о применении конического маятника к регулированию часов Гук приписывал себе и оспаривал первенство у Гюйгенса.

В 1666 г. Гук изобрёл спиртовой уровень, в 1665 представил королевскому обществу малый квадрант, в котором алидада перемещалась с помощью микрометренного винта, так что представлялась возможность отсчитывать минуты и секунды; далее, когда найдено было удобным заменить диоптры астрономических инструментов трубами, он предложил помещать в окуляр нитяную сетку. Вообще Гук сделал немало усовершенствований в конструкции телескопов диоптрических и катоптрических; стёкла он шлифовал сам, много занимался наблюдениями.

Гук изобрёл множество различных механизмов, в частности для построения различных геометрических кривых (эллипсов, парабол). В 1666 Гук представил Королевскому обществу модель изобретённых им винтовых зубчатых колёс, описанных им впоследствии в «Lectiones Cutlerianae» (1674). Эти винтовые колёса известны теперь под именем Вайтовых колёс. Карданово сочленение, служившее дотоле для подвеса ламп и компасных коробок на судах, Гук применил для передачи вращений между двумя валами, пересекающимися под произвольным углом.

Для метеорологических наблюдений Гук изобрёл термометр-минима, усовершенствованный ртутный барометр со стрелочным указателем, гигрометр, анемометр, регистрирующий дождемер.

Гук изобрёл особый ареометр для определения степени пресности речной воды (water-poise).

Гук был главным помощником Кристофера Рена при восстановлении Лондона после великого пожара 1666 года. В сотрудничестве с Реном и самостоятельно построил в качестве архитектора несколько зданий (например, Гринвичскую обсерваторию, церковь Вилленского прихода в Милтон-Кинсе). Купол лондонского Собора Святого Павла построен с использованием метода, придуманного Гуком.

Гук внёс вклад и в градостроительство, предложив новую схему планировки улиц при восстановлении Лондона.

Ранее считалось, что это портрет Гука, но сейчас исследователи полагают, что это ван Гельмонт

Как выглядел Роберт Гук, неизвестно. Длительное время считалось, что на портрете, опубликованном 3 июля 1939 года в журнале «Тайм», изображён Гук, а Лиза Джардин даже поместила его на обложку своей книги о Гуке. Однако позже исследователи пришли к заключению, что на портрете изображён фламандский химик и физиолог Ян Баптиста ван Гельмонт[14].

В конце 18 века Иоганн Шрётер присвоил имя Роберта Гука кратеру на видимой стороне Луны[15].