Вильгельм Эдуард Вебер

Вильгельм Эдуард Вебер (нем. Wilhelm Eduard Weber; 24 октября 1804, Виттенберг — 23 июня 1891, Гёттинген) — немецкий физик, один из создателей системы абсолютных электрических измерений, основоположник электродинамики в её современном понимании. Член Прусской академии наук, иностранный член Лондонского королевского общества (1850) и Парижской академии наук (1855). Совместно с Карлом Фридрихом Гауссом разработал первый электромагнитный телеграф. В его честь названа единица магнитного потока в Международной системе единиц (СИ) — вебер (Вб).

Биография

Происхождение и ранние годы

Вильгельм Вебер родился в семье профессора теологии Михаэля Вебера. Его братья — Эрнст Генрих Вебер (1795–1878), ставший известным анатомом и физиологом, и Эдуард Фридрих Вебер (1806–1871), анатом и физиолог, — также внесли значительный вклад в науку. Семья переехала в Галле в 1810 году, где Вильгельм получил начальное образование. В 1822 году он поступил в Университет Галле, где изучал физику, математику и астрономию.

Академическая карьера

В 1826 году Вебер защитил докторскую диссертацию на тему «О теории волн и течений» (лат. De theoria undarum et fluidorum). В 1828 году, после защиты хабилитационной работы, он стал приват-доцентом, а в 1831 году — экстраординарным профессором физики в Галле. В 1832 году по рекомендации Карла Гаусса Вебер был приглашён на должность профессора физики в Гёттингенский университет, где работал до 1837 года.

В 1837 году, после восшествия на ганноверский престол короля Эрнста Августа, Вебер вместе с шестью другими профессорами (так называемая «Гёттингенская семёрка») подписал протест против отмены конституции. За это он был уволен из университета и лишён кафедры. В течение последующих лет Вебер занимался частными исследованиями, а в 1843 году получил должность профессора физики в Лейпцигском университете. В 1849 году, после восстановления конституционного порядка в Ганновере, он вернулся в Гёттингенский университет, где оставался до конца жизни.

Научная деятельность

Электродинамика и абсолютные измерения

Основной вклад Вебера в физику связан с развитием электродинамики. В 1846 году он опубликовал работу «Электродинамические измерения» (нем. Elektrodynamische Maassbestimmungen), в которой предложил систему абсолютных единиц для электрических и магнитных величин, основанную на механических единицах (грамм, миллиметр, секунда). Эта система стала предшественницей системы СГС (сантиметр—грамм—секунда).

Вебер ввёл понятие силы тока как количества электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени, и определил единицу тока — абсолютный ампер. Он также установил закон взаимодействия между движущимися электрическими зарядами (закон Вебера), который обобщал закон Кулона для статических зарядов и учитывал их относительную скорость. Этот закон сыграл важную роль в развитии теории электромагнетизма, хотя впоследствии был заменён более точной электродинамикой Максвелла.

Электромагнитный телеграф

В 1833 году совместно с Карлом Гауссом Вебер построил первый в мире действующий электромагнитный телеграф. Линия длиной около 1,2 км соединяла физический кабинет Гёттингенского университета с астрономической обсерваторией. Для передачи сигналов использовалась гальваническая батарея и электромагнит, а для приёма — гальванометр. Кодирование сообщений осуществлялось с помощью отклонений магнитной стрелки влево или вправо, что позволяло передавать буквы и цифры. Этот телеграф работал до 1838 года и стал прототипом для более поздних электрических телеграфов.

Магнетизм и геофизика

Вебер совместно с Гауссом основал «Магнитный союз» (нем. Magnetischer Verein) — международную сеть метеорологических и магнитных станций, которая проводила систематические наблюдения за земным магнетизмом. Для этих целей они разработали магнитометр (магнитный теодолит) и метод измерения напряжённости магнитного поля в абсолютных единицах. В 1839 году Вебер опубликовал работу «О соотношении между магнетизмом и электричеством» (нем. Ueber den Zusammenhang zwischen Magnetismus und Electricität), в которой экспериментально подтвердил гипотезу Ампера о молекулярных токах как источнике магнетизма.

Механика и акустика

В ранний период творчества Вебер занимался вопросами механики и акустики. В 1825 году совместно с братом Эрнстом Генрихом он опубликовал книгу «Волновая теория и учение о течениях» (нем. Wellenlehre auf Experimente gegründet), в которой изложил результаты экспериментальных исследований волн на поверхности жидкости. В 1830 году вышла его работа «Об органе слуха человека» (нем. Ueber das Gehörorgan des Menschen), посвящённая физиологии слуха.

Наследие и признание

Единица измерения

В 1935 году на Международной электротехнической комиссии (МЭК) было принято решение назвать единицу магнитного потока в системе СИ именем Вебера. Один вебер (1 Вб) равен магнитному потоку, при равномерном убывании которого до нуля за 1 секунду в контуре с сопротивлением 1 Ом выделяется энергия 1 Джоуль.

Память

• Имя Вебера носит кратер на обратной стороне Луны.
• В Гёттингене установлен памятник Веберу и Гауссу.
• В 1991 году к 100-летию со дня смерти учёного была выпущена почтовая марка ФРГ.
• В его честь названы улицы в ряде немецких городов (Гёттинген, Галле, Лейпциг).

Влияние на науку

Работы Вебера заложили основы для создания единой системы электрических и магнитных измерений, что впоследствии позволило Джеймсу Клерку Максвеллу сформулировать уравнения электромагнитного поля. Идеи Вебера о связи электричества и магнетизма оказали влияние на развитие теории относительности: в 1905 году Альберт Эйнштейн в своей работе «К электродинамике движущихся тел» ссылался на закон Вебера как на один из источников, указывающих на необходимость пересмотра классических представлений о пространстве и времени.

Интересные факты

• Вебер был страстным коллекционером физических приборов. Его личная коллекция, насчитывавшая более 300 инструментов, после смерти учёного была передана Гёттингенскому университету.
• В 1856 году Вебер вместе с Рудольфом Кольраушем экспериментально определил отношение электромагнитной и электростатической единиц заряда, получив значение, близкое к скорости света. Это стало одним из ключевых указаний на электромагнитную природу света.
• Несмотря на увольнение из университета в 1837 году, Вебер сохранил дружеские отношения с Гауссом и продолжал с ним научную переписку.

Источники

• Weber W. E. Elektrodynamische Maassbestimmungen. — Leipzig, 1846.
• Gauss C. F., Weber W. E. Atlas des Erdmagnetismus. — Göttingen, 1840.
• Jungnickel C., McCormmach R. Intellectual Mastery of Nature: Theoretical Physics from Ohm to Einstein. — University of Chicago Press, 1986.
• Борн М. Эйнштейновская теория относительности. — М.: Мир, 1972.
• Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983.