Лоранд Этвёш

Лоранд Этвёш (венг. Eötvös Loránd; 27 июля 1848, Буда — 8 апреля 1919, Будапешт) — венгерский физик, геофизик и политический деятель, известный прежде всего своими работами в области гравитации, капиллярности и магнетизма. Является одним из основоположников современной геофизики и создателем прецизионного метода измерения гравитационного поля Земли. Его имя носит Будапештский университет (Eötvös Loránd Tudományegyetem) и кратер на Луне.

Биография

Ранние годы и образование

Лоранд Этвёш родился в семье барона Йожефа Этвёша, известного венгерского писателя, политика и государственного деятеля, занимавшего пост министра образования. Получил домашнее образование, затем учился в Будапештском университете. Продолжил обучение в Гейдельбергском университете (Германия), где изучал физику и математику под руководством Роберта Бунзена, Густава Кирхгофа и Германа Гельмгольца. В 1870 году защитил докторскую диссертацию, посвящённую капиллярным явлениям.

Научная карьера

В 1872 году Этвёш вернулся в Венгрию и начал преподавать в Будапештском университете. С 1878 года — профессор физики. В 1889 году основал Институт экспериментальной физики при университете. В 1891—1892 годах занимал пост ректора университета. Параллельно с научной работой занимался политикой: в 1894—1895 годах был министром образования Венгрии, провёл реформу школьного образования, направленную на повышение его доступности и качества.

Поздние годы

После отставки с поста министра полностью сосредоточился на научных исследованиях. В 1906 году организовал первую в мире геофизическую обсерваторию на горе Геллерт в Будапеште. Скончался 8 апреля 1919 года в Будапеште.

Научные достижения

Крутильные весы Этвёша

Главным изобретением Этвёша являются крутильные весы (торсионный гравиметр), позволяющие с высокой точностью измерять малые изменения силы тяжести и градиенты гравитационного поля. Прибор основан на принципе крутильного маятника: на тонкой упругой нити подвешивается горизонтальное коромысло с грузами на концах. Под действием гравитационных аномалий коромысло закручивается, и угол закручивания измеряется с помощью оптической системы. Первые модели были созданы в 1890-х годах, а к 1900 году Этвёш добился точности, позволяющей регистрировать изменения силы тяжести порядка 1·10⁻⁹ от её величины.

Опыты по проверке принципа эквивалентности

В 1889—1908 годах Этвёш провёл серию экспериментов, известных как «опыты Этвёша», для проверки принципа эквивалентности гравитационной и инертной масс. Используя крутильные весы, он сравнивал ускорения свободного падения для тел разного химического состава. Результаты показали, что различие между инертной и гравитационной массами не превышает 5·10⁻⁹, что стало одним из наиболее точных подтверждений принципа эквивалентности до работ Роберта Дикке в 1960-х годах. Эти эксперименты впоследствии легли в основу общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Исследования капиллярности и поверхностного натяжения

В начале своей карьеры Этвёш изучал капиллярные явления. В 1886 году он вывел эмпирическое соотношение, связывающее поверхностное натяжение жидкости с её температурой и молярным объёмом. Это соотношение, известное как правило Этвёша, имеет вид: γ·V²/³ = k·(Tкр − T), где γ — поверхностное натяжение, V — молярный объём, T — температура, Tкр — критическая температура, k — постоянная, приблизительно равная 2,1·10⁻⁷ Дж/(К·моль²/³). Правило Этвёша хорошо выполняется для многих неполярных жидкостей и используется для оценки поверхностного натяжения при различных температурах.

Геофизические исследования

Этвёш применил свои крутильные весы для геофизической разведки. В 1901—1903 годах он провёл гравиметрическую съёмку на территории Венгрии, выявив аномалии силы тяжести, связанные с геологическими структурами, в частности с соляными куполами и нефтяными месторождениями. Эти работы заложили основы гравиразведки — метода поиска полезных ископаемых по аномалиям гравитационного поля. В 1915 году Этвёш опубликовал карту гравитационных аномалий Венгрии, ставшую эталоном для своего времени.

Приборы и методы

Конструкция крутильных весов

Классические крутильные весы Этвёша состоят из следующих основных элементов:

• Подвес: тонкая платино-иридиевая нить длиной 40–50 см.
• Коромысло: алюминиевое или латунное, длиной 20–40 см, с двумя грузами на концах.
• Защитный кожух: герметичный металлический корпус, предохраняющий от воздушных потоков и температурных колебаний.
• Оптическая система: зеркало на коромысле, шкала и источник света для регистрации угла закручивания.

Точность измерений достигалась за счёт использования длинной нити с малым коэффициентом упругости и тщательной термостабилизации.

Методика измерений

Измерения проводились в несколько этапов:

1. Установка прибора в точке наблюдения.
2. Выравнивание по уровню и ожидание установления теплового равновесия (до 24 часов).
3. Регистрация нулевого положения коромысла.
4. Поворот прибора на 180° и повторная регистрация.
5. Расчёт градиентов гравитационного поля по разности показаний.

Применение

Геологическая разведка

Крутильные весы Этвёша активно использовались для поиска нефти, газа и рудных месторождений в первой половине XX века. Наиболее известные примеры:

• Нефтяные месторождения Техаса (США): в 1920-х годах с помощью весов Этвёша были открыты структуры, содержащие нефть, в том числе месторождение Восточный Техас.
• Соляные купола в Европе: гравиметрическая съёмка позволила выявить соляные купола, с которыми связаны залежи калийных солей и нефти.
• Рудные месторождения в Венгрии: исследования Этвёша помогли локализовать залежи марганца и бокситов.

Фундаментальная физика

Опыты Этвёша по проверке принципа эквивалентности остаются актуальными и сегодня. Современные эксперименты, такие как MICROSCOPE (2016–2018), подтвердили принцип эквивалентности с точностью до 10⁻¹⁵, опираясь на методики, разработанные Этвёшем.

Наследие и память

Увековечение имени

• Будапештский университет (Eötvös Loránd Tudományegyetem) — крупнейший университет Венгрии, назван в честь Лоранда Этвёша в 1950 году.
• Кратер Этвёш на Луне (диаметр 80 км, координаты 35° ю. ш., 134° з. д.).
• Премия Этвёша — награда Венгерской академии наук за выдающиеся достижения в физике.
• Памятники в Будапеште и других городах Венгрии.

Влияние на науку

Работы Этвёша оказали значительное влияние на развитие геофизики, гравиметрии и экспериментальной физики. Его крутильные весы стали прототипом современных гравиметров, используемых в геологии, археологии и космических исследованиях. Принцип эквивалентности, подтверждённый его опытами, является краеугольным камнем общей теории относительности.

Интересные факты

• Этвёш был не только учёным, но и талантливым альпинистом: он совершил восхождения на многие вершины Альп и Карпат.
• В 1891 году он основал Венгерское общество естественных наук (Magyar Természettudományi Társulat).
• Его сын, Роланд Этвёш (младший), также стал физиком, но погиб на фронте Первой мировой войны в 1915 году.
• Этвёш свободно владел шестью языками: венгерским, немецким, французским, английским, итальянским и латынью.

Источники

• Eötvös Loránd: A nehézségi erő változásai a Föld felszínén (1896).
• Eötvös Loránd: Über die Anziehung der Erde auf verschiedene Substanzen (1909).
• Szabó Gábor: Eötvös Loránd élete és munkássága (2008).
• Bodó László: A torziós inga története (2015).
• Török János: Eötvös Loránd és a geofizika (2019).