Е. С. Фёдоров – основоположник структурной кристаллографии
Великий русский кристаллограф, минералог, математик Евграф Степанович Фёдоров родился 22 декабря 1853 г. в Оренбурге, в семье военного инженера. Вскоре семья переехала в Петербург.
Среднее образование Федоров получил в военной гимназии, в 1872 году окончил Военно-инженерное училище. Несмотря на ярко выраженную склонность к математике, свой путь он нашёл не сразу: служил поручиком в саперном батальоне, был вольнослушателем Военной медико-хирургической академии, затем поступил в Технологический институт, где прошёл полный курс химии.
В возрасте 15 лет Федоров увлекся математической теорией многогранников и, именно это определило главное направление его многообразных научных занятий, в которых высочайший уровень научной абстракции органично сочетался с делами сугубо практическими. В 1869 году он приступил к работе над своей первой книгой «Начала учения о фигурах». Здесь были даны классификация многогранников, вывод всех видов симметрии для конечных фигур, вывод знаменитых фёдоровских параллелоэдров – многогранников, нацело заполняющих пространство при условии их равенства, параллельной ориентации и смежности по целым граням. В кристаллах – природных многогранниках, столь тесно соединяющих в себе математическую строгость и красоту реального мира, – он увидел своё призвание и поступил (в возрасте 26 лет) на третий курс Горного института.
Тогда в кристаллографии преобладало описательное направление, причем рассматривалась в основном лишь внешняя форма кристаллов. Идеи Фёдорова остались непонятыми и, хотя он закончил обучение первым по списку с занесением имени на мраморную доску, его не оставили при Горном институте. Он оказался в стесненном положении и в течение 10 лет занимал скромную должность делопроизводителя Геологического комитета, а летние месяцы проводил в экспедициях на Северном Урале. Однако именно к этому периоду относятся труды Федорова по кристаллографии, составившие эпоху в естествознании, в том числе классический труд «Симметрия правильных систем фигур», содержащий первый вывод 230 пространственных групп симметрии.
В 1895 году он становится профессором геологии в Московском сельскохозяйственном институте (ныне Тимирязевская академия), и одновременно читает лекции в Горном институте, приезжая для этого из Москвы в Петербург два раза в неделю. В 1905 году Учёный совет Петербургского Горного института обратился к Е. С. Фёдорову с просьбой занять директорскую должность; он становится первым выборным директором этого института. В том же году семья Фёдоровых переехала в Петербург.
За недолгое время пребывания Фёдорова на посту директора резко интенсифицировалась научная работа и преподавателей, и студентов, был основан журнал «Записки Горного института», было открыто разведочно-геологическое отделение, устроена канализация, что пресекло свирепствовавшие в институте эпидемии. По истечении трёх лет Совет института единогласно переизбрал его на следующее трёхлетие. Однако вторичное избрание Евграфа Степановича встречает отказ со стороны министра Тимашева, видевшего в Фёдорове человека, способствовавшего процветанию среди студенчества революционных настроений.
В первое десятилетие XX века работы Фёдорова получают широкую известность и признание. Ряд иностранных академий и научных обществ избирают его своим членом. Триумфом учения Федорова стало определение первых кристаллических структур, осуществленное У. Г. и У. Л. Брэггами в 1913 году с помощью дифракции рентгеновских лучей. Впервые стали известны конкретные пространственные расположения атомов; симметрия каждого из таких расположений точно соответствовала одной из Фёдоровских пространственных групп.
К настоящему времени накоплены сведения о строении сотен тысяч кристаллических веществ. Получение этой огромной бесценной информации было бы невозможно без использования пространственных групп. Некоторые из этих групп встречаются очень часто (десятки тысяч примеров!), другие – гораздо реже, некоторые группы наблюдаются очень редко или даже пока ни разу не встречались. Но какой бы ни оказалась вновь изученная структура – чрезвычайно простой или умопомрачительно сложной – в основе её обязательно будет лежать одна из пространственных групп, предсказанных Федоровым.
Перечисление всевозможных пространственных групп – это строгое математическое исследование. Казалось бы, в этой работе Фёдоров проявил себя как прирожденный, законченный теоретик. Тем более удивительно, что в его научном наследии огромное место занимают выдающиеся достижения и в делах сугубо практических, относящихся к минералогии и геологии. К числу таких достижений относится так называемый теодолитный метод точного измерения внешней формы кристаллов, основанный на применении двух оригинальных приборов – двукружного гониометра и так называемого «Фёдоровского» столика для микроскопа. В те времена такие измерения открывали единственно возможный путь к опосредованному (косвенному) изучению внутренней структуры кристалла. Другим впечатляющим достижением Фёдорова был разработанный им «кристаллохимический анализ», сущность которого заключается в идентификации (установлении индивидуальности) кристаллического вещества по данным о естественной, самопроизвольно возникающей огранке кристаллов. Для практической реализации такого анализа Федоров составил обширный свод известных к тому времени кристаллографических данных, названный им «Царство кристаллов». (Термин «кристаллохимический», по-видимому, был введен Фёдоровым впервые, однако его смысл существенно отличался от того, что понимается под кристаллохимией в настоящее время.) К этому надо добавить, что в течение более чем десяти лет Фёдоров систематически работал в геологических экспедициях на Северном Урале и по итогам проведенных там исследований написал обширный цикл научных работ.
Трудно представить себе, как в одном человеке совмещались столь различные интересы, каждый из которых был глубоким и сильным. Между тем, внимательное изучение биографии Евграфа Степановича свидетельствует о необыкновенной цельности его натуры. Пожалуй, он сам лучше всех своих биографов обозначил тот стержень, который соединяет воедино его научные интересы. В одном из своих выступлений Фёдоров говорил: «Уверен, что в ваших глазах представляется весьма странным, почти несообразным, как это гармония математических соотношений могла привести к самым центрам естествознания – минералогии в широком смысле, наконец, геологии в еще более широком. …То, что кроется в глубоких тайниках человеческого ума, разработка чего ведется как бы независимо от всякого опыта, иногда даже наперекор опыту, часто оказывается более чистой и непогрешимою истиною, чем то, что иногда с громадными усилиями и затратою значительных средств достигается ощупью, как бы без содействия богатых ресурсов человеческого ума». Эти слова с поразительной глубиной и точностью раскрывают неразрывное единство теории и опыта в естествознании.
В 1919 г. он был избран действительным членом обновленной Российской Академии наук… Но жизнь в революционном Петрограде была тяжёлой, не хватало еды, не хватало тепла. В феврале 1919 г. Федоров заболел воспалением лёгких, 21 мая его не стало.
Источник:
Е. С. Федоров – основоположник структурной кристаллографии – Текст : электронный // Химический факультет МГУ : [сайт]. – URL : https://www.chem.msu.su/rus/cryst/cryshist/fedorov.htm (дата обращения 24.12.2023).
Источник фото на главной странице: Тюменская областная научная библиотека имени Дмитрия Ивановича Менделеева.
Рекомендуем к прочтению:
Шафрановский, И. И. Е. С. Фёдоров, великий русский кристаллограф / И. И. Шафрановский. – Москва : Советская наука, 1945. – 92 с.
Воронов, Г. И. Е. С. Фёдоров / Г. И. Воронов, Г. М. Каёта. – Свердловск : Средне-Уральское книжное издательство, 1983. – 129 с. : ил. – (Наши земляки).