ISSN 0351-9716
ZGODNJE RAZISKOVANJE VAKUUMA V SREDNJI EVROPI IN MED
SLOVENCI
Cauchyjeve gori{ke teorije vakuuma ob 60-letnici Balzersa, 155-letnici
Leybolda in Heraeusa
Stanislav Ju`ni~
In{titut za matematiko, fiziko in mehaniko, Jadranska 19, 1000 Ljubljana
POVZETEK
Obravnavamo razvoj prvih vakuumskih podjetij Leybold in Heraeus v nem{kem delu srednje Evrope.Njun razcvet je sledil najpomembnej{im dose`kom v raziskovanju teorije vakuuma, etra in optike barv tankih kovinskih plasti na obrobju srednjeevropskih slovenskih de`el, ki jih je Cauchy pisal v Gorici med letoma 1836 in 1838.Prvi~ v zgodovinopisju opisujemo gori{ko obdobje slovitega fizika in matematika Cauchyja.Posebno pozornost posve~amo Cauchyjevim raziskovanjem vakuuma ob iskanju primerne teorije etra, ki bi pravilno napovedovala rezultate opti~nih poskusov.V leto{njem letu fizike dokazujemo, da je bil prav Cauchy najve~ji fizik in matematik, kar jih je slu`bovalo med Slovenci.Teorijo Cauchyja in uspehe zgodnjih proizvajalcev vakuumske tehnike povezujemo s poznej{im napredkom sodobnih srednjeevropskih vakuumskih tehnologij od Balzersa do sodobnih slovenskih dose`kov.
Early Vacuum Research in Middle Europe and among Slovenians
ABSTRACT
The early development of vacuum enterprises Leybold and Heraeus in German part of the Middle Europe is discussed.Their success followed the most important achievements in the research of the vacuum theory at the border of Slovene Middle European lands that Cauchy accomplished in Gorica in the years 1836-1838. By using French and Italian archive sources we describe Cauchy’s life and work in Gorica for the first time in historiography.We discuss the main Cauchy’s scientific collaborators in Prague, Vienna, Graz, Ljubljana, and Gorica.Cauchy’s work considerably influenced the later development of Middle European vacuum research from Balzers to modern Slovene inventions.
1 UVOD
Takoj po pomladi narodov 1848 sta kot gobi po de`ju zrasli dve veliki srednjeevropski vakuumski podjetji dru`in Leybold in Heraeus.Zgodba je seveda dobro znana in jo bomo tu predvsem povzeli in polep{ali.Malokdo pa ve, da je le nekaj let prej eden najve~jih fizikov in matematikov v tedaj {e skoraj na{i Gorici zasnoval teorije vakuuma, etra in optike tankih kovinskih plasti, ki so kmalu {e zlasti pri{le prav tako Leyboldu kot Heraeusu.Tu pa se za~enja na{a pripoved ...
2 HERAEUS
Dne 1.4.1851, vendar brez prvoaprilske {ale, je Wilhelm Carl Heraeus (* 6.3.1827 Hanau; † 1904) prevzel o~etovo podjetje "Zum weissen Einhorn" v mestecu Hanau v dr`avici Hessen, vzhodno od Frank-furta na Majni.Ta lekarna je me{~ane Hanaua
oskrbovala s potrebnimi in manj nujnimi zdravili `e od 4.4.1660, vseskozi v lasti dru`ine Heraeus.
Mladi Wilhelm se je lotil dela resno in kmalu so po celi Evropi zaslovele njegove farmacevtske in kemijske priprave ter ~isti rubidij in cezij.Pridno je sodeloval z lokalnimi zlatarji v doma~em Hanauu, {e posebej pri uporabi tedaj {e dokaj nove platine.Ta kovina se topi komaj pri 1769 °C; tolik{nih temperatur pred Heraeusom {e niso znali obvladovati; zato so platino kovali raz`arjeno do belega, kar so zmogli le najbolj{i mojstri v Parizu in Londonu.Heraeus je leta 1856, leto dni pred Cauchyjevo smrtjo, popolnoma obrnil razmerja mo~i, saj se mu je posre~ilo staliti dva kilograma platine v ognju kisika in vodika.Tako je Heraeus kmalu po vsem svetu ustanavljal zlatarne, proizvodnjo zobozdravni{kih pripomo~kov in kemijske tovarne.Srebrni nasmeh platinastih umetnih zob je postal moda, na katero so mno`i~no padali pripadniki nasprotnega spola na obeh straneh.Kmalu je Heraeus med prvimi proizvajal {e ~isti rubidij in cezij.
Seveda se ni dalo brez politike, in bogati Wilhelm Carl Heraeus je sledil nem{ki tradiciji Guerickeja v Magdeburgu in Heveliusa v Gdansku; {e sam se je dal izbrati za `upanovega namestnika v mestu Hanau. Seveda zaradi tega ni postal ni~ bolj siroma{en.
Najve~ji izum vseh Heraeusov pa je bil seveda dru`insko podjetje.Tako si je Wilhelm Carl Heraeus
Slika 1: Portret Wilhelma Carla Heraeusa (* 6.3.1827 Hanau; † 1904)
28
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
znal prav lepo vzgojiti sinova dr.Wilhelma Heraeusa in Heinricha Heraeusa, da sta uspe{no prevzela njegove posle leta 1889, ob stoletnici Cauchyjevega rojstva.Leta 1896 sta morala podjetje za taljenje platine s {tiridesetimi uslu`benci zaradi hitre rasti proizvodnje preseliti na obrobje mesta Hanau, saj sta vsako leto proizvajala `e okoli tone te dragocene kovine.Heraeus je postal glavni dobavitelji platine za prve kerami~ne barve, elektrokemi~no industrijo in tovarne plastike; pred prvo svetovno vojno se je {e posebej izkazal pri katalizi za proizvajanje du{ikove kisline.
Dr.Wilhelm in Heinrich Heraeus sta znala v svoje podjetje pritegniti {e so{olca dr.Richarda Kücha; le-ta je s svojimi izumi in neposrednimi stiki s svetom znanosti zasnoval zvezo med proizvodnjo in raziskovanjem v tovarni Heraeus.Tako je sledil Edisono-vemu ameri{kemu zgledu.Küch je razvil prve platina-rodijeve grelce za plav`e in leta 1889 proces za izdelavo kremenovega stekla visoke ~istosti, ki je postal temelj leta 1912 ustanovljenega h~erinskega podjetja Heraeus Quarzglas GmbH.V 1960-ih letih je Küchovo delo nadaljeval direktor Heraeusa dr. Heinrich Mohn.
Leta 1904 je Küch odkril mo~no zelenkasto svetlobo `ivosrebrnih par v katodnih elektronkah.Iznajdljivi Nemci iz Heraeusa so s pomo~jo Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft takoj ustanovili podjetje QuarzlampengesellschaftmbH, ki je proizvajalo kremenove `arnice Original Hanau za umetno son~enje.Vsi Nemci obeh spolov, ki so kaj dali nase, so prenehali laziti po hribih in so si primerno barvo polti hitreje in manj naporno pridobivali pod prijetno svetlobo Küchovih izumov.Do Hitlerjevega prevzema oblasti tekmecev na tem podro~ju tako reko~ ni bilo; Heraeus je ostal mo~an celo na sodobnem trgu UV- in IR-svetil.
Küch se je kljub kuharskemu priimku izkazal s {tevilnimi znanstvenimi dose`ki.Prvi je uporabljal platino in rodij za termoelemente in termometre ter tako utemeljil sodobno presti`no Heraeusovo merilno tehniko.
V desetletju pred prvo svetovno vojno je Wilhelm Julius Paul Rohn za~el za Heraeus komercialno razvijati vakuumsko taljenje v velikih talilnih pe~eh. Leta 1913 so pri Heraeusu proizvedli prve vakuumske zlitine.Leta 1917 je Rohn talil nikljeve zlitine z Joulovo toploto in po letu preizku{anja postopek patentiral.Leta 1921 je pri Heraeusu uporabljal nizkofrekven~no vakuumsko talilno pe~ z maso 300 kg.Tri leta pozneje je ob bli`ajo~i se gospodarski krizi opisal pridobivanje ~istega kroma z redukcijo oksida v vodiku.Leta 1928 je uporabil 4-tonski izvir z mo~jo 350 kW za ulivanje 2-tonskih ingotov.Proizvajal je
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
ISSN 0351-9716
predvsem materiale za termo~lene in zlitine za uporovno gretje.
Rohn je leta 1929 sestavil napravo za taljenje ve~jih kosov kovine pri tlaku od 30 do 70 mbar.Z dodajanjem `elezovega oksida ali kromove rude je zni`al odstotek ogljika v staljenem ferokromu z 1 % do 3 % na 0,04 %.V desetletju pred Hitlerjevim prevzemom oblasti je Heraeus dobil skupno 84 nem{kih in 101 tuj patent za Rohnove in druge tehnolo{ke inovacije.Vendar je pod nacisti Heraeus svoje vakuumske talilnice ve~inoma prodal Siemensu, ostanek pa je razprodal leta 1948.Ta vakuumska veja proizvodnje se je, `al, pa~ preve~ razlikovala od sicer{nje naravnanosti podjetja.
V ~asu ekonomske krize po prvi svetovni vojni je vodenje prevzela `e tretja generacija dru`ine Heraeus. Leta 1925 je k podjetju pristopil dr.Wilhelm Heinrich Heraeus, pet let pozneje pa {e njegov bratranec dr. Reinhard Heraeus.Med letoma 1927 in 1965 je bil direktor podjetja dr.Wilhelm Heinrich Heraeus, dr. Reinhard Heraeus pa je enako dol`nost opravljal od leta 1931 do leta 1970 in skrbel za preverjanje tehnologije ter uporabo novih fizikalnih odkritij v podjetju.Wilhelm je skupaj z `eno ustanovil fundacijo Wilhelm in Else Heraeus za promocijo fizike v dr`avi. Pod Reinhardovim vodstvom je podjetje za~elo leta 1930 razvijati visokovakuumske naparevalne tehnologije; prve zobozdravstvene spojine je proizvedlo `e pod Hitlerjem leta 1934.Seveda je cena platine mo~no nihala, saj je bil glavni dobavitelj pod Stalinovim re`imom politi~no mo~no nestabilna Sovjetska zveza. Ob za~etku druge svetovne vojne je za Heraeus delalo `e tiso~ ljudi; seveda so zavezniki njegove proizvodne zmogljivosti leta 1944 in 1945 povsem stolkli kot eno glavnih opor nacisti~nega re`ima.Nem{ki industrijski mogotci pa~ slej ko prej niso imeli pomislekov pri izbiri naro~nikov, ~e so le-ti spodobno pla~evali.
V 1950-ih letih si je Heraeus z ameri{ko pomo~jo, ki je kot po navadi sledila ameri{kim bombam, znova opomogel s proizvodnjo oblo~nic in katodnih elek-tronk.Ta kruta ameri{ka taktika je obenem delovala v Italiji, danes pa ji sledimo predvsem v Iraku; seveda je me{~ani Dresdena ali Bagdada ne ob~udujejo preve~.
Od leta 1911 dalje sta Heraeus in Leybod vsak zase razvijala industrijski vakuumski in`eniring.Leta 1966 so ustanovili Heraeus Hochvakuum GmbH, naslednje leto pa so ga kon~no le zdru`ili z Leyboldom v Leybold-Heraeus GmbH in se kmalu usmerili v vakuumske prevleke.Leta 1994 so skupno podjetje preimenovali v ALD Vacuum Technik GmbH.
Poskuse z ve~plastnimi prekritji so delali v ZDA in v Evropi `e leta 1938.Prvo tehni{ko zadovoljivo re{itev je objavil {tiridesetletni Max Auwärter z dvoplastnim sistemom leta 1949.Do konca svetovne vojne si je Auwärter priskrbel dovolj slovesa, da je
29
ISSN 0351-9716
lahko dne 22.2.1946 gladko odpovedal sicer obetavno slu`bo pri Heraeusu.Na povabilo liechtenstein-skega kneza Franza Josefa II.je za~el v kraju Balzers proizvajati rodijeva zrcala z naparevanjem na osnovi svojega patenta in raziskav, objavljenih leta 1939.Bog ve, kaj bi si Auwärter kot nekdanji ube`nik iz Heraeusa mislil o za~aranem krogu, po katerem se je Balzers leta 1995 pridru`il Heraeusovi ALD Vacuum Technik GmbH, ~e ne bi prav tisto leto umrl.Srednja Evropa se ni zdru`ila le v Bruslju, temve~ obenem {e ob vakuumski tehniki.
Leta 1983 je dr.Jürgen Heraeus prevzel vodenje podjetja kot ~etrta generacija slovite dru`ine in podjetje usmeril na azijske trge.Peto generacijo pa {e ~akamo ...
3 LEYBOLD
Nedale~ od Heraeusa je obenem zraslo prav podobno podjetje.Leta 1834 je pri{el mladi va{ki delavec Ernst Leybold v mesto Köln in se zaposlil kot prodajalec v dobro preskrbljeni trgovini.Simpati~en ~rnolasec je znal vsakokrat pome`ikniti posko~ni gospodarjevi `eni, ko starega gospodarja ni bilo doma. Po njegovi smrti jo je seveda veselo poro~il.Leta 1850 je trgovec z uvo`enim vinom in farmacevtskimi napravami Ernst Friedrich Leybold (* 7.11.1824 Rothenburg na Tauberi; † 10.2.1907 Köln) osnoval lastno samostojno podjetje in vanj vklju~il izdelovanje fizikalnih, kemijskih in lekarni{kih naprav v Kölnu. @e od leta 1851 je delal poskuse s platino, podobno kot Heraeus.Ta novoodkrita kovina je veliko obetala; o njej je pisal `e na{ raziskovalec Hacquet.Svoj vzpon k vrhu je Leybold zape~atil 30.5.1852, ko se je v Kelmorajnu slavnostno poro~il z doma~inko Marijo Völker (* 1.11.1830 Köln; † 14.10.1890 Köln). Nova pridobitev dru`inskega `ivljenja je bil dober odsev Leyboldove sve`e podjetni{ke usmeritve v duhu razcveta, ki je sledil pomladi narodov leta 1848 v srednji Evropi.
@e dotlej je Leybold izdeloval medicinska stekla in termometre, sedaj pa se je odlo~il za raz{iritev dejavnosti.Podobno kot isto~asno njegov tekmec Heraeus, je {e Leybold od lekarni{kih pre{el na znanstvene naprave in uporabo platine.Leta 1866 je Leybold kupil posest Marienburg in tam postavil tovarno porcelana.Desetletje po Cauchyjevi smrti je leta 1867 postavil steklopiha{ko in mehansko delav-nico.To je bil za~etek njegove proizvodnje fizikalnih naprav za pouk znanosti in za laboratorije.S koncem Cauchyjevega dela ni le prapor najbolj{ih matematikov in fizikov pri{el iz Pariza v Nem~ijo, temve~ je
1 Leybold, 1994, 8
Slika 2: Portret Ernsta Friedricha Leybolda (* 7.11.1824 Ro-thenburg na Tauberi; † 10.2.1907 Köln)
podobna usoda doletela {e uporabno in predvsem vakuumsko znanost.
Leta 1870 je Leybold svoje uspe{no in `e ute~eno podjetje prodal Emilu Schmidtu in Ottu Ladendorffu, ki sta ga preimenovala v "Leybold's Nachfolger". Leybold sam pa si je {e pred sre~anjem z Abrahamom lahko privo{~il zaslu`eni po~itek, ki mu je uspe{no posvetil skoraj celotno drugo polovico svojega `ivljenja.Njegovo podjetje je kljub prodaji deloma nasledil njegov vnuk z enakim imenom Ernst Friedrich Leybold.Do leta 1931 je podjetje vodil Emilov sin Alfred Schmidt, po njem pa Alfredov zet dr.Manfred Dunkel do leta 1967.
Leybold je v Kölnu zaslovel z izdelovanjem radiometrov, ki so jih radi kupovali celo na slovenskih srednjih {olah.Leta 1890 je podjetje "Leybold's Nachfolger" vpeljalo vakuumsko tehniko v proizvodnjo kremenovega stekla.Leto dni pred Leyboldovo smrtjo, leta 1906, so za~eli sodelovati z Wolfgangom Gaedejem, ki je za Leybolda razvijal vakuumske ~rpalke;1 {e posebej molekularno ~rpalko leta 1911.
Gaede je komaj izdelano vakuumsko ~rpalko pokazal na 77.sre~anju nem{kih naravoslovcev in zdravnikov v Meranu na spodnjem Tirolskem; pozorno so ga poslu{ali in se zanimali za mo`nosti nakupa.Gaedejevo poro~ilo s sre~anja je kmalu prebral kemik Alfred Schmid, sin lastnika strojne trgovine Leyboldovih dedi~ev.Bil je dobro desetletje starej{i od Gaedeja in je takoj zavohal dobro kup~ijo. Prav tisti ~as je njegovo podjetje potegnilo "ta kratko" pri vakuumskih ~rpalkah, potem ko so tekmeci dobili licenco za proizvodnjo "Gerykovih ~rpalk".Zato se je A.Schmidt v mrzlem februarju 1906 s prvim jutranjim
30
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
ISSN 0351-9716
vlakom odpravil v Freiburg na sre~anje z obetavnim Gaedejem.Dne 23.4.1906 sta podpisala pogodbo in z njo za~ela {tiri desetletja plodnega sodelovanja med znanstvenikom in industrijo.Gaede se je izkazal za izjemno pridobitev.
@e naslednje leto je Leybold opremil Gaedeju laboratorij s strojno trgovino, ki je leta 1912 postal del univerze.Istega leta je Gaede izumil "molekularno" ~rpalko.Prvih {estdeset ~rpalk nove vrste je Leybold prodal {e istega leta, {e petkrat toliko pa do leta 1923, ko je izbruhnila gospodarska kriza."Molekularne" ~rpalke so razvijali naslednja tri desetletja in z njimi dosegali 10–7 mbar.
Kljub podpori visokega nacisti~nega veljaka Nobelovca Lenarda so Hitlerjevi oblastniki Gaedeja 30.6.1934 vseeno na zelo poni`ujo~ na~in spravili ob katedro na univerzi.Da bi vendarle lahko nadaljeval delo, mu je Leybold postavil za~asni laboratorij in trgovino v Gaedejevi doma~i hi{i.Kljub prijazni pozornosti se je Gaede leta 1940 skupaj z laboratorijem raje preselil v München, kjer je kmalu po koncu vojne umrl.
Takoj po izvolitvi Hitlerja so pri Leyboldu razvili prve napr{evalnike za industrijo.Dve desetletji pozneje smo novosti za~eli uporabljati {e v Sloveniji. Leta 1957, ob stoletnici Cauchyjeve smrti, so pri Leyboldu na prvi tematski konferenci ustanovili zdru`enje izdelovalcev vakuumskih prevlek, ki {teje danes `e tiso~ ~lanov.
4 CAUCHY V GORICI
^as je, da predstavimo raziskovalca na slovenskih tleh, ki bo nastopal na na{em izletu v preteklost. Seveda je tu predvsem matematik in fizik Augustin Cauchy, najve~ji med znanstveniki, kar jih je kdaj koli `ivelo med Slovenci.Delal je v Gorici od 21.10.1836 do srede oktobra 1838,2 torej domala polni dve leti v ~asu za~etkov modernega Heraeusa in Leybolda.Ker je Cauchy objavljal svoja dela skoraj pol stoletja, pripada dobre 4 % Cauchyjevih odkritij njegovemu gori{kemu obdobju; to pa nikakor ni malo.Pri tem pa~ mol~e predpostavljamo, da je bila Gorica tiste ~ase vsaj deloma na{a.Seveda kaj takega ne bo lahko dokazati, saj se je med petnajst tiso~ tedanjimi Gori~ani le ~etrtina hvalila s sloven{~ino kot svojim ob~evalnim jezikom.Kako so Gori~ani govorili doma, o tem statistika `al mol~i.[e danes seveda vsi po vrsti dobro govorijo po na{e, ~eprav se ve~ina tega sramuje. Bog ve, ~e se med Gori~ani {e sam Cauchy ni nau~il kak{ne slovenske besede; z jeziki namre~ ni imel te`av, saj se je nekaj let prej kar se da urno dodobra nau~il italijan{~ine za svoja predavanja v Torinu.
2 Belhoste, 1991, 178
Cauchy se je rodil uspe{nemu pari{kemu me{~anu na predve~er francoske revolucije; le-ta je Cauchy-jevega o~eta Louisa-Françoisa Cauchyja (* 1760; † 28.12.1848) nenadoma spravila ob slu`bo in kruh. Strahotna izku{nja je mladega Augustina zaznamovala veliko bolj kot njegovega o~eta ali brate: do konca dni se je z gnusom otepal vseh revolucij in revolucionarjev kot dale~ najbolj konzervativen med vsemi pari{kimi matematiki.Zibka, ki mu je tekla ob zori francoske revolucije, je v Cauchyju razvila izrazitega protirevolucionarja.
Njegov o~e je dru`ino v te`kih ~asih terorja preselil iz podivjanega Pariza v varnej{i predmestni Arcueil, kjer je sre~aval Bertholeta, Laplacea in {e posebno Lagrangea.Cauchy je bil bolehen na pol la~en de~ek in je raje sedel za knjigo kot tekal za vrstniki – Lagrange je v njem takoj spoznal prihodnjo veli~ino in zabi~al o~etu Louisu-Françoisu Cauchyju, naj najprej poskrbi za solidno osnovno izobrazbo sina; {ele potem naj mu dovoli brati matemati~ne knjige.Je pa~ vedel, o ~em govori; uspe{no matemati~no in fizikalno raziskovanje pa~ mora temeljiti na solidni podlagi in razgledanosti.
Leta 1804 je Cauchy za~el {tudirati matematiko po Lagrangeovem nasvetu; naslednje leto se je vpisal na Politehniko in pri Biotovih izpitih zavzel drugo mesto. Z Biotom sta ostala prijatelja {e pozneje, ~eravno je bil Biot ob Brewsterju zadnji zagovornik Newtonove teorije svetlobnih delcev, ki Cauchyjevim vrstnikom niso ve~ di{ali.
Cauchy je poslu{al predavanja Lacroixa, de Pronyja, Hachetta in analizo Ampèra, ki je s svojo optiko in teorijo vakuuma pozneje mo~no vplival na Cauchyjevo raziskovanje v Gorici.Po diplomi na Politehniki je Cauchy {tudiral {e na in`enirski École des Ponts et Chaussés.Podobno {tevilnim drugim pomembnim francoskim znanstvenikom te nenavadne dobe nestrpnih revolucionarjev se je Cauchy prav tako najprej izobrazil za in`enirja.Po Napoleonovem drugem in dokon~nem padcu je Cauchy uresni~il svoje sanje: leta 1816 je postal akademik.Resda je moral burbonski kralj Ludvik XVIII.(† 16.9.1824), starej{i brat Karla X., zato odstaviti slovitega geometra in Napoleonovega privr`enca Mongea; toda podarjenemu konju pa~ ne gre gledati v zobe.Cauchy je polo`aj sprejel, ~eravno so mu {tevilni {tudentje to zamerili; Mongea so imeli nadvse radi kot ustanovitelja Politehnike.Ob sedemdesetletnem revolucionarju Mongeu so izklju~ili {e tri leta mlaj{ega Lazara Carnota, botra revolucionarnih zmag.Podobnost s sodobnim slovenskim dogajanjem je, seveda, povsem nenamerna.
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
31
ISSN 0351-9716
Slika 3: Akademik Cauchy se prijazno smehlja svoji usodi naproti na francoski znamki, izdani ob stoletnici njegovega rojstva.Okoli njega so drugi pomembni znanstveniki in izumitelji njegovega ~asa: Benjamin Franklin (* 1706; † 1790), Karl Linné (* 1707; † 1778), Ru|er Bo{kovi~ (* 1711; † 1787), @iga Zois (* 1747; † 1819), Jurij Vega (* 1754; † 1802), Johann Carl Friedrich Gauss (* 1777; † 1855), Charles Babbage (* 1792; † 1871), Janez Puhar (* 1814; † 1864), Werner von Siemens (* 1816; † 1892), Sebastian Kneip (* 1821; † 1897), Louis Pasteur (* 1822; † 1895), Ferdinand von Mueler (* 1825; † 1896), Marcelin Berthelot (* 1827; † 1907), Heinrich von Stephan (* 1831; † 1897), Alfred Nobel (* 1833; † 1896), Jo`ef Stefan (* 1835; † 1893), Robert Koch (* 1843; † 1910), zoolog Spiridon Brusina (* 1845; † 1908), geolog Gjuro Pilar (* 1846; † 1893), Janez Puch (* 1862; † 1914), Nikola Tesla (* 1856; † 1943), Rudolf Diesel (* 1858; † 1913).
Leta 1817 se je Biot odpravil na [kotsko; Cauchy je prevzel njegov polo`aj na Collège de France. Cauchy ni bil v dobrih odnosih s Ponceletom in drugimi raziskovalci, saj je podpiral jezuite proti pari{kim akademikom.Pari{ki jezuiti so ta ~as imeli celo nekaj prvorazrednih matematikov, med njimi predvsem Cauchyjevega prijatelja Moignoja, ki je sicer izstopil iz Dru`be zaradi dolgov, nastalih kljub njegovi in Cauchyjevi dolgotrajni podpori izuma `elezni{kega motorja markiza Achilla de Jouffroyja. Cauchy je pohvalno ocenil izum v poro~ilih pari{ki akademiji z dne 2.11.1840, 12.6.1843 in 3.8.1846.3 Cauchy se je za probleme javnega prevoza zanimal `e med svojimi popotovanji po Evropi, ko je 19.10.1832 pari{kim akademikom predlagal izbolj{ave.Tistega leta je v Franciji stekel prvi vlak z vakuumskim parnim strojem; v Trst se je pripeljal podoben dunajski vlak {ele v letu Cauchyjeve smrti.4
Achillov o~e markiz Claude de Jouffroy d'Abbans (* 1751; † 1832) je `e leta 1775 opisoval parnike in jih preizkusil na reki Doubs ob {vicarsko-francoski meji
3 Belhoste, 1991, 179
4 Belhoste, 1991, 156; [orn, 1984, 198
5 Cauchy, C.R.2.11.1840, ponatis 1885, 1/5: 424, 426-427
6 Cauchy, C.R.13.7.1846, ponatis 1897, 1/10: 69; Cauchy, C.R
7 Belhoste, 1991, 178, 328
8 Belhoste, 1991, 177
leta 1776 in na reki Saône leta 1780 {e pred posre~enimi poskusi ameri{kega in`enirja Roberta Fultona (* 1765; † 1815) v Lyonu in na Seni.Takoj po vrnitvi iz Gorice v Pariz je Cauchy, gotovo hud zaradi dolgotrajnega ve~dnevnega potovanja v ko~iji in s po~asnimi plovili, pohvalno opisal uporabo vakuuma v Achillovem parnem stroju za pogon ladje.Achille je sestavil pogonsko kolo na repu ladje z lopaticami podobnimi dvojnimi labodjimi plavutmi in poskrbel za bolj{e izgorevanje v vakuumskem prostoru parnega stroja med preizkusno vo`njo, na katero je povabil tudi Cauchyja.5
@al Achillu s parniki ni uspelo, podobno kot se je ponesre~ilo `e njegovemu o~etu; izum je uspe{no prodal {ele Fulton.Ob Moignovem izstopu iz jezuitske dru`be se je Achille zato raje lotil parnih lokomotiv na pravkar odprtih francoskih `eleznicah. Cauchy je ostro protestiral ob prvih `elezni{kih nesre~ah, ki naj bi jih povzro~ila preobremenjenost vakuumskih parnih strojev v primerih, ko so preveliko {tevilo vagonov sku{ali vle~i in porivati kar z dvema "hlaponoma".6 Achille je med dve {irokotirni tra~nici postavil {e tretjo, vzdignjeno za ~etrt metra; po njej je parni stroj lokomotive z orja{kim kolesom poganjal kompozicijo.Novost se je Cauchyju zdela bolj stabilna pri vo`nji in predvsem pri zaviranju, ko je Achillov vakuumski sistem poskrbel za izgubo pare. Seveda je bilo tr`enje tudi to pot Achillova peta in novi izum je kljub Cauchyjevi podpori kmalu romal v pozabo.
Seveda je bil François-Napoléon-Marie Moigno (* 15.4. 1804 Guéméné (Morbihan) v Bretaniji; SJ 2.9.1822-oktober 1843; † 14.7.1884 Saint-Denis (Seine)) kr{~en po samem cesarju Napoleonu, kar je bilo za jezuita tako ali tako nekoliko nenavadno.Moigno je {tudiral teologijo v Montrougeu in se uspe{no posvetil matematiki in fiziki.Po julijski revoluciji leta 1830 je pobegnil v Brieg (Brigg) v [vici, gotovo s pomo~jo prijatelja Cauchyja, ki je pred nasiljem {tevilne jezuite skril kar v svoji doma~i hi{i. Obdarjen z izrednim spominom se je Moigno v [vici nau~il celo hebrej{~ine in arab{~ine.Septembra 1833 je prevzel Cauchyjevo torinsko katedro, potem ko ga je Cauchy dne 24. 9.1833 priporo~il skupaj z drugim jezuitom La Chèzem.7 Moigno se je nasprotno od Cauchyja kmalu vrnil v domovino in leta 1836 postal profesor matematike na znanem kolegiju Svete Genovefe na Roue des Postes v Latinski ~etrti Pariza. Tam je na École Normale Écclésiastique skrbel za izo-bra`evanje jezuitskih profesorjev matemati~nih in fizikalnih ved ob izdatni Cauchyjevi pomo~i.8 Moigno je zaslovel kot u~enjak, pridigar in pisec.Leta 1839 je kot prvi za~el uporabljati kamero obscuro, svetlobne projekcije in druge tedanje audiovizualne naprave pri svojih predavanjih.[e preden je zapustil jezuite, je objavil prvi del diferencialnega
ponatis 1897, 1/10: 203
32
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
in integralnega ra~una po Cauchyjevih postopkih.Nato je popotoval po Evropi in dopisoval v revijo L’Epoque.Bil je kaplan v liceju Ludvika Velikega od leta 1848 do leta 1851. Leta 1850 je postal urednik Presse, naslednje leto urednik Pays, leta 1852 pa je ustanovil slavni znanstveni ~asopis Cosmos.Leta 1862 je ustanovil Le Mondes in se povezal z duhovniki v St-Germain des Prés.Leta 1873 je postal eden kanonikov v Saint-Denisu.Veliko znanstvenih del italijanskih in angle{kih piscev je prevedel v franco{~ino, vmes pa je urejal Actualités Scientifiques.Leta 1849 je v Parizu objavil knjigo o elektri~nem telegrafu, ki je bil v mnogo~em prav jezuitska iznajdba.Leta 1869 je v Parizu po Cauchyjevih gori{kih raziskovanjih objavil knjigo o polarizaciji svetlobe in opti~ni aktivnosti raztopin sladkorja.Leta 1873 je v Parizu objavil knjigo o molekularni optiki in tako ob Cauchyju utemeljil sodobno optiko tankih vakuumskih plasti.
Po julijski revoluciji leta 1830 Cauchy ni hotel prise~i zvestobe novemu kralju Louisu Philippu "Egalité".Do skrajnosti zvest svojim na~elom se je nenadoma zna{el v politi~nem vakuumu.Zapustil je dru`ino in donosne pari{ke slu`be ter se odpravil za kraljem Karlom X.v izgnanstvo.Prisego drugemu vladarju v Parizu je imel za neke vrste izraz fevdalne nezvestobe, medtem ko se njegov o~e in oba brata nikakor niso do te mere izpostavljali; kljub negodovanju so vedno znova prisegali vsakokratni oblasti.
Od 26.11.1830 do marca 1831 je bil Cauchy zaporedoma ob vse tri svoje z mukoma pridobljene predavateljske slu`be; ostal mu je le {e status pari{kega akademika.Sprva je hotel le malo popoto-vati po tujini za utrditev zdravja; upal je na hitri konec revolucije in z njo julijske monarhije.Septembra 1830 je bil kratek ~as v [vici, kjer je naslednji mesec ob pomo~i jezuitov brez uspeha sku{al ustanoviti {vicar-sko akademijo.Avgusta 1831 je Cauchy od{el v Torino in naslednje leto za~el tam predavati teoreti~no fiziko na pro{njo samega kralja Sardinije Karla Alberta, ki prav tako ni maral novega francoskega kralja.Cauchy je podedoval katedro fisica sublime slovitega Amedea Avogadra, za~etnika sodobne molekulske teorije plinov.Avogadro je znova prevzel katedro po Cauchyjevem in Moignovem odhodu novembra 1834.
Leta 1833 je Cauchy v Torinu predaval o fiziki molekul; predavanje je pozneje objavil njegov torinski sodelavec in naslednik Moigno.9 Dne 22.6.1833 je glavni tutor Karla V., baron Maxence de Damas iz Toepliza, povabil Cauchyja.Septembra 1833 je Cauchy od{el v Prago h kralju Karlu X.in do oktobra 1838 tam predaval matemati~ne in naravoslovne vede prestolonasledniku Henriku grofu Chambordskemu, vojvodi Bordeauxa (* 29.9.1820; † 24.8.1883 Dunajsko Novo mesto), ki je bil pozneje pokopan
9 Belhoste, 1991, 156; Cauchy, 2/15: 412–447
10 Bader, 1994, 59, 61–62, 106, 290, 358
11 Scheitz, 1878, 54
ISSN 0351-9716
poleg svojega deda Karla X.v Kostanjevici nad Novo Gorico.
V Pragi je Bolzano leta 1834 povabil Cauchyja na pogovor o definiciji zveznosti, neskon~nosti in praznega vakuumskega prostora; Cauchyju je daroval svojo razpravo o kvadriranju funkcij, ki jo je posebej zanj sestavil v francoskem jeziku.Bolzano je bil pred sre~anjem in znova nekaj let po njem s Cauchyjem predsednik ^e{ke znanstvene dru`be v Pragi, ki jo je pred njim vodil na{ Tobija Gruber.Bolzano je leta 1816 in 1817 omogo~il neodvisen razvoj analize s sodobno definicijo zveznosti v teoremu vmesnih vrednosti, ki ga je sestavil pod posrednim vplivom Bo{kovi}eve teorije vakuuma.
Ko je novi cesar Ferdinand na~rtoval svoje kronanje v Pragi, je za Burbone nenadoma zmanjkalo prostora v Hrad~anih.Marca 1836 in dokon~no 8.10. 1836 se je pregnani francoski dvor odselil iz Prage in se po kraj{em postanku v Linzu in na gradu Kirchberg kon~no naselil v Gorici; tam se je podnebje zdelo ugodnej{e kot v Ljubljani.@al je Karl X.v Gorici `e ~ez nekaj tednov podlegel zahrbtni koleri, ki je med vsem spremstvom umorila le njega, mo~no pa je razsajala {e v Ljubljani.Tako je zadnji francoski kralj kmalu po prihodu k nam `alostno kon~al; bli`al se je `e osmemu kri`u in to je bilo kar njegovo tretje izgnanstvo.Dvor je po pogodbi bival najprej v pala~i Mihaela Coronini-Cronberga na Grafenbergu z veli~astnim vrtom.Po kraljevi smrti so se raje preselili v pala~o grofov Strassoldo; novembra 1837 najdemo tam Cauchyja v popisu sto osmih oseb v burbonski slu`bi.Ob~asno so stanovali celo v gori{kem hotelu Pri treh Kronah (Tre Corone).10 Sedaj je Cauchy imel ob sebi {e `eno in h~erke, v prostem ~asu pa je polnil zvezke z novimi teorijami in sanjal o prihodnji slavi. Gori{ko sonce je vplivalo predvsem na Cauchyjevo raziskovanje vakuuma, optike in etra za prenos svetlobnih valov.
5 CAUCHYJEV GORIŠKI VAKUUM
Med Cauchyjevimi gra{kimi in pra{kimi sodelavci je bil fizik Hessler, ki je kasneje pomagal Karlu Robidi, poznej{emu profesorju in razredniku Jo`efa Stefana.Leta 1845 je Robida za~el predavati matematiko na celov{kem liceju.Med poletnimi po~itni-cami leta 1847 se je odpravil na dunajsko Politehniko k profesorju Hesslerju.Tam je postavljal zapletene vakuumske poskuse; Hessler ga je prijazno pou~il o njihovi razlagi.11 Tak{no izku{njo je Robida nujno potreboval, saj je `e jeseni prevzel predavanja fizike
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
33
ISSN 0351-9716
na celov{kem liceju za umrlim Ahaclom.Desetletje prej je Hessler tesno sodeloval s Cauchyjem tik pred Cauchyjevo preselitvijo v Gorico, ko sta bila kratek ~as skupaj v Pragi; Hessler je postavljal poskuse za preverjanje Cauchyjevih teorij etra in vakuuma.
Dr.Ferdinand Hessler (* 23.2.1803 Regensburg; † 13.10. 1865 Dunaj) je {tudiral v Pragi in na Dunaju.Od leta 1826 do 1830 je delal na univerzi in na politehniki v Gradcu. Politehnka ali Technische Hochschule v Gradcu se je razvila iz leta 1811 ustanovljenega Joanneuma nadvojvode Janeza; prvi profesor poljudne astronomije je postal dotedanji ljubljanski profesor Philip Neumann.Hessler je od leta 1830 do 1835 pou~eval matematiko in fiziko na leta 1827 ustanovljeni Karl-Franzovi univerzi v Gradcu.Od leta 1836 do 1838, v ~asu Cauchyjevega slu`bovanja v Gorici, je bil Hessler profesor fizike in uporabne matematike na univerzi v Pragi.Leta 1843 je dosegel vi{ek poklicne poti; izbran je bil za profesorja fizike na dunajski Politehniki.Ob objavi u~benika leta 1852 je bil Hessler pravi ~lan Kraljeve ~e{ke dru`be v Pragi in naravoslovnega dru{tva mesta Halle ter dopisni ~lan dunajske Akademije.Tako je bil "Gori~an" Cauchy v tesnih stikih z obema poglavitnima dunajskima fizikoma nem{kega rodu, Hesslerjem in Ettingshausnom, ki sta odlo~ilno vplivala na razvoj {tevilnih slovenskih znan-stvenikov.Med njimi so bili Robida, Stefan in Franc Mo~nik, ki je kmalu po Hesslerjevem odhodu za~el pripravljati izpite za doktorat na univerzi v Gradcu.
Dne 4.4.1836 je Cauchy v pismu svojemu nekdanjemu {tudentu in zaupniku Libriju poro~al o svojih raziskovanjih oja~itve svetlobe po totalnem odboju.@e 20.3.1835 je ta predvidevanja svojih ra~unov pokazal gra{kemu profesorju Hesslerju, ki jih je potrdil z enostavnimi in zlahka ponovljivimi poskusi.^rn papir je zvil v pravokotne trikotnike in jih postavil pod stekleno prizmo ter pod dve manj{i tristrani prizmi.Potem je z iglo predrl luknjo skozi papir, ki je pokrival eno od stranskih ploskev.Cauchy in Hessler sta opazila sliko sve~e, ki je pre{la skozi prizmo z zelo veliko intenziteto, ~e je bil vpadni `arek vzporeden izhodni ploskvi.Cauchyju ni u{lo stopnjevanje intenzitete izhodnega `arka, medtem ko je zmanj{eval kot med vpadnim `arkom in vpadno ploskvijo.Bil je prepri~an, da gre za prvo odkritje zlahka ponovljivega poskusa.Pri interferenci svetloba dodana svetlobi proizvaja temo.V tem novem Cauchyjevem poskusu pa se totalno odbiti `arek bolje prena{a skozi snov z nara{~anjem intenzitete svetlobe, kar je bil novi argument proti emisijski teoriji svetlobe oziroma proti Newtonovim svetlobnim delcem.Po Cauchyjevih ena~bah je intenziteta svetlobe sorazmerna kvadratu najve~je hitrosti molekul etra.
Dne 11.4.1836 je Cauchy pri pari{ki akademiji objavil svoje pismo Ampèru o {irjenju in odboju
12 Hessler, 1852, XLIV–XLV (tabela XI)
13 Cauchy, 1884, 1/4: 20–21, 30, 32, 312, 331
14 Mlad`enovi}, 1985, 166; Robida, 1860, 21, 23
15 Robida, 1860; Rosenberger, 1890, 248–249.
svetlobe v neprozornih telesih blizu povr{in po ena~bah Younga, Poissona, Fresnela in Brewsterja. Cauchy je raziskoval predvsem tanke povr{inske plasti kovin, ki so stoletje pozneje za~ele zanimati {e dedi~e Leyboda in Heraeusa.Hessler je Cauchyjeve domneve o pravokotni smeri polarizacije glede na vpadno ravnino in o intenziteti svetlobe po prehodu skozi prizmo potrdil s poskusi in tabeliral kot "sipalno razmerje" v svojem fizikalnem u~beniku.12 Tako sta Hessler in Cauchy utemeljila sodobno optiko tankih plasti kot pomemben del vakuumske tehnike Ley-bolda, Heraeusa in seveda tudi slovenskih podjetij.
6 CAUCHYJEVA OPTIKA TANKIH PLASTI PRI STEFANOVEM U^ITELJU ROBIDI
2.5.1836 je Cauchy raziskoval elipti~no polarizacijo svetlobe v kovinah; svoje ideje je povezal z Brewsterjevimi poskusi.13 Cauchyjeva dognanja so postala temelj sodobne optike tankih kovinskih plasti. Cauchyjevo raziskovanje je mo~no vplivalo celo na Robidovo optiko iz let 1860, 1861 in 1862, ki jo je za~el objavljati sedem let potem, ko je v maturitetnem letniku celov{ke gimnazije u~il matematiko in fiziko Jo`efa Stefana.Robidova optika je bila v marsi~em nadaljevanje Cauchyjeve, saj je za longitudinalno komponento svetlobnega valovanja izra~unal celo hitrost.14
Po Robidi je transverzalni del valovanja {ibkej{i od longitudinalnega in se kmalu zadu{i, saj ne more skozi vakuum.Razmerij med obema vrstama valovanja ni zapisal, ~eravno je Simeon Dénis Poisson (* 1781; † 1840) leta 1829 in 1831 objavil v Parizu, da imajo molekule {tirikrat ve~jo amplitudo v smeri {irjenja kot pravokotno nanjo.Meritve Wilhelma Wertheima (* 1815; † 1861) so leta 1848 dajale do trikrat ve~ja razmerja odvisno od vrste snovi.15 Dunaj~an Wertheim je postal leta 1855 izpra{evalec kandidatov na pari{ki Politehniki.
Idejo o dveh vrstah valovanja so uporabljali mnogi raziskovalci v razli~nih panogah fizike.Young je leta 1817 vpeljal transverzalne valove svetlobe le kot spremljevalce longitudinalnih.Podoben opis sta privzela tako Robida kot [ubic.Vsi so menili, da longitudinalne komponente svetlobe ni mogo~e videti z o~mi.Kljub temu longitudinalnih valov po prevladi transverzalne teorije v 19.stoletju ni bilo mogo~e kar enostavno odpraviti.Longitudinalne valove svetlobe, ki jih oko ne zaznava, so opisali Augustin Fresnel (* 1788; † 1827) in André-Marie Ampère (* 1775; †
34
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
1836) dne 30.8.1816, Herman Helmholtz (* 1821; † 1894), Konrad Wilhelm Röntgen (* 1845; † 1923) in drugi.16 [ubic je uporabil druga~en model za opis elektri~nega valovanja;17 pri njem je drugotno transverzalno komponento mogo~e zaznati kot Joulovo toploto, ki greje vodnik.
Robida je pozneje spremenil svoje mnenje, da o~esna mre`nica lahko zazna le transverzalni del valovanja svetlobe.Tudi longitudinalni del nihanja naj bi vplival na mre`nico o~esa.Sprememba je bila morda v zvezi s prvotnim neskladjem Robidove teorije z optiko.18 Zato je {e longitudinalnim impulzom pripisal vlogo pri {irjenju svetlobne motnje.Domneval je, da se valovanje {iri v obliki prisekanega sto`ca.Os sto`ca dolo~a longitudinalna komponenta, polmer ve~je osnovnice pa transverzalna komponenta valo-vanja.19 Ena~bo za odvisnost lomnega kvocienta od gostote snovi je povzel po pari{kih profesorjih Dominiquu Françoisu Jeanu Aragu (* 1786; † 1853) in Jean-Baptistu Biotu (* 1774; † 1862),20 ne pa po Cauchyju.
V zadnjih poglavjih je Robida opisal polarizacijo, ki je v za~etku stoletja pri odkritelju Francozu Étiennu Louisu Malusu (* 1775; † 1812) veljala za glavno teorijo svetlobnih delcev.Najprej je opisal strukturo islandskega dvolomca, ki jo je sku{al pojasniti `e Danec Erasmus Bartholin (* 1625; † 1698) dvesto let prej.Robida je dolo~il razdalje med molekulami v raznih smereh.Komponenti impulzov rednega in izrednega `arka je izra~unal po izreku o ohranitvi gibalne koli~ine.21 Posebej je obravnaval {tiri smeri vpadnega `arka glede na kristal.
V 21.poglavju je opisal polarizacijo z odbojem in enostavnim lomom.Transverzalno nihanje odbitih `arkov je prav tako polarizirano, saj je dovoljeno le nihanje pravokotno glede na ravnino odboja.Profesor v Kielu Christian Heinrich Pfaff (* 1773; † 1852) je izmeril tem ve~jo polarizacijo, ~im ve~ji je bil vpadni kot.[kot David Brewster (* 1781; † 1868) je pokazal, da je najve~ji mo`ni kot med lomljenim in odbitim `arkom ravno kot totalne polarizacije 90°.22
Robida je opisal {e polarizacijo v islandskem dvolomcu, kjer svetloba niha v dveh pravokotnih smereh.23 Celo lomni kvocient je poskusil razlo`iti z lastnostmi molekul snovi in vakuuma.Menil je, da hitrost svetlobe ni odvisna od valovne dol`ine, temve~
16 Robida, 1860, 23, 25; [ubic, 1874, 460; Maite, 234
17 [ubic, 1862, 142
18 Robida, 1861, 7–9; Robida, 1860, 23, 3
19 Robida, 1861, 7–9
20 Robida, 1861, 11, 17; Robida, 1862, 2
21 Robida, 1862, 13
22 Robida, 1862, 13
23 Robida, 1862, 22.poglavje, podobno kot pri Maxwellovem opisu
24 Robida, 1854, 28; Hessler, 1852, XXXIX–XLV
25 Belhoste, 1991, 169–170.
ISSN 0351-9716
le od intenzitete motnje, ki spro`i nihanje, torej od amplitude nihanja molekul.
V 17.stoletju so dvojni lom in polarizacijo sprva pripisal le islandskemu dvolomcu.Malus je leta 1811 ti dve lastnosti svetlobe opisal {e za druge snovi in sploh za vse pojave, kjer se impulz svetlobnega `arka lo~i na komponente ob lomu.Robida je opisal dvojni lom z medsebojnimi vplivi svetlobnega impulza in privla~ne sile med molekulami.
^eprav je Robida raziskoval svetlobo in {e posebej polarizacijo s Cauchyjevo teorijo vakuuma in atomov, je Cauchyjevo povezavo med hitrostjo in valovno dol`ino valov v Mémoire sur la dispersion de la lumière (1830) in ustrezno Hesslerjevo tabelo iz u~benika omenil le v svoji zgodovini fizike,24 ne pa v poznej{ih opti~nih razpravah.
7 VAKUUM V CAUCHYJEVI OPTIKI
Cauchy je za~el raziskovati disperzijo `e leta 1835 in 1836 v Pragi; son~na Gori{ka je nato blagodejno vplivala na njegova razmi{ljanja o svetlobi, etru in vakuumu.@e januarja 1836 je {irjenje svetlobe v izotropnem etru primerjal z Fraunhoferjevimi meritvami lomnih indeksov.V zadnjih tednih pred prihodom v Gorico se je lotil raziskovanja disperzije svetlobe ob {tudiju lastnosti vakuuma-etra.Na posre~en na~in je prilagodil slovito Bo{kovi}evo silo, ki je bila {e do nedavnega glavni predmet {tudija gori{kih in ljubljanskih fizikov.V Cauchyjevem modelu so se pri ve~jih razdaljah molekule etra privla~ile s silo te`e, ki pada z obratno vrednostjo kvadrata razdalje.Pri manj{ih razdaljah je upo{teval Bo{kovi}eve domneve o odbijanju molekul obratno sorazmerno ~etrti potenci razdalje.Cauchyjev eter je nujno zelo gost sistem molekul; gostota je najve~ja v vakuumu brez disperzije, manj{a pa v telesih z disperzijo.Objavil je splo{no ena~bo gibanja v enoosnem sistemu molekul ter raziskal {irjenje valov v izotropnem in enoosnem sistemu.25
V Gorici je Cauchy zasnoval nova razmi{ljanja o optiki na osnovi Jaminovih (J.Gamin, * 30.5.1818; † 12.2.1886) raziskovanj odboja in Fraunhoferjevih raziskovanj disperzije.15.12.1837 je pisal jezuitu Moignoju v Pariz o pravokotni polarizaciji; prisiljen je bil namre~ spremeniti svoje mnenje in sprejeti
valovanja leta 1873
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
35
ISSN 0351-9716
Fresnelovo domnevo o vibriranju molekul pravokotno na ravnino polarizacije.Cauchy je v tej gori{ki razpravi pod naslovom Lois de propagation de la lumière dans le vide etdans les milieux qui ne dispersentpas les couleurs obravnaval {irjenje svetlobe v vakuumu in v kovinah; to je eden redkih ohranjenih Cauchyjevih rokopisov.26 Tako se je Cauchy posvetil raziskavam lastnosti vakuuma prav v Gorici; obenem je med prvimi preu~il obna{anje svetlobe ob povr{ini kovin in drugih neprozornih snovi.Nekaj dni pred odhodom v Gorico je 3.10. 1836 pisal Libriju v Pariz v hudi jezi zaradi Aragojeve kritike, objavljene dne 10.8.1836.Arago je zavrnil Cauchyjeve domneve o ni~ni disperziji v vakuumu; Cauchyjeva politika mu je bila tudi sicer zoprna. Seveda Cauchy ni ostal dol`an Aragoju in je zagotavljal, da fiziki niso odkrili po Aragoju napovedanih pojavov, ki tako ne prina{ajo novosti v znanost. Cauchy ni maral Aragoja predvsem zato, ker je le-ta po za~etni podpori Fresnelovi optiki pozneje odklonil teorijo transverzalnih valov in celo uporabljal sistem emisije.27 Tako so novice skupaj s pari{kimi akademskimi prepiri pritekale k Cauchyju v Prago in pozneje v Gorico le z enomese~no zamudo.S Cauchyjem je na{a Gorica za polni dve leti postala sredi{~e fizikalnega in matemati~nega raziskovanja svetovne ravni.
Leta 1838 je Cauchy pri pari{ki akademiji objavil dve razpravi o podobnosti med ravnimi valovi in valovi, ki povzro~ajo polarizacijo in dvojni lom svetlobe.Takoj po vrnitvi iz Gorice v Pariz je Cauchy
29.10.1838  poro~al o vibracijah etra-vakuuma v okolju ali v sistemu dveh okolij, kjer se svetloba na enak na~in {iri vzporedno osi ali pravokotno nanjo.
28.10.1839  je poro~al o tlakih in napetostih v dvojnem sistemu molekul dveh razli~nih snovi z medsebojnim privlakom in odbojem na temelju Mariottovega zakona o relativnem tlaku plina in Ampèrovih idej o toploti in svetlobi.Cauchy si je zamislil molekule kot mnogokotnike iz treh ali ve~ atomov, najraje kot oktaedre s po {estimi atomi, povezane z Avogadrovimi in Ampèrovimi tedaj novimi dvoatomnimi molekulami plinov.Atomi istih vrst se v vakuumu odbijajo in zasedejo nasprotna mesta v mnogokotni molekuli.Seveda bi se glede na pomanjkanje meritev atomi enakih vrst prav lahko med seboj celo privla~ili.Cauchy je pojasnil spreminjanje sestavnih delov molekul in variacije, ki jih je Mitcherlich opazil pri spreminjanju kotov kristala, raz{irjenega zaradi toplote.Oblika molekul tako ni
Slika 4: Cauchyjev dunajski sodelavec fizik in vakuumist Andreas von Ettingshausen (* 25.11.1796 Heidelberg; † 25.5. 1878 Dunaj).
stalna, kristal pa je sistem materialnih to~k skorajda v Bo{kovi}evem pomenu.Zaradi velikih izparilnih in talilnih toplot je Cauchy domneval, da je toplota trdnih teles odvisna le od vibracij molekul okoli te`i{~a, v plinih pa se posamezne molekule lahko vrtijo {e same zase.28 Tako je napovedal razmi{ljanja o prostostnih stopnjah, ki so postale temelj poznej{e Boltzmannove statisti~ne mehanike in Stefanove raz{irjene uporabe ena~b hidrodinamike.
29.11.1838 je Cauchy opisal {irjenje ravnih valov v sistemu molekul s privlakom in odbojem na zelo majhnih razdaljah ob polarizaciji in dvojnem lomu. Izpeljal je zelo enostaven postopek, iz katerega je takoj sledila formula za povr{inske valove.Podobno ena~bo je izpeljal Cauchyjev dunajski sodelavec fizik Ettingshausen za polarizacijo v prozornih telesih na osnovi Cauchyjeve gori{ke razprave, objavljene dne 29.10.1837.29 Son~na Gorica je tako vedno znova botrovala zanimivim napovedim optike in teorije vakuuma.Ettingshausen je svetle in temne ~rte v spektru Sonca ter drugih svetil pojasnil z valovno teorijo svetlobe in o rezultatih poro~al Cauchyju. Nekaj let pozneje je Cauchy pri pari{ki akademiji objavil podobno dopolnjeno teorijo etra in vakuuma dne 22.4.1839.30
Poznej{i Stefanov u~itelj baron Andreas von Ettingshausen (* 1796; † 1878) je tako sodeloval z "za~asnim" Gori~anom Cauchyjem.Ettingshausen je pri{el na Dunaj s svojim o~etom oficirjem.Najprej je {tudiral filozofijo, pravo in artilerijske
26 Belhoste, 1991, 171–172, 280; Arhiv Cauchyjeve prane~akinje madame Pomyers v njeni rezidenci v kraju Ivoy-le-Pré
27 Cauchy, 1884, 1/4: 36-38, 190
28 Cauchy, 1884, 1/4: 516, 517, 522
29 Cauchy, 1884, 1/4: 99, 103, 106
30 Cauchy, 1884, 1/4: 330
36
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
vede na Bombardierschule, kjer je do nedavnega predaval Vega, za njim pa poznej{i novome{ki profesor Ramutha.31 Nato je Ettingshausna za~ela zanimati predvsem matematika. Leta 1817 je postal adjunkt za matematiko na univerzi v Innsbrucku.Od leta 1821 do leta 1835 je bil profesor vi{je matematike na dunajski univerzi, nato pa je zamenjal katedro za fiziko, uporabno matematiko in mehaniko.Leta 1826 je vodilni dunajski atomist in vakuumist Ettingshausen skupaj z Baumgartnerjem na Dunaju za~el izdajati odmevno fizi-kalno-matemati~no revijo.Dne 4.3.1840 je Ettingshausen prvi na svetu posnel fotografijo skozi mikroskop z Daguerro-vim postopkom.Leta 1852 je postal profesor in`enirskih ved na dunajskem politehni{kem institutu.Leta 1853 je organiziral Dopplerjev Institut za fiziko dunajske univerze z odmevnimi vakuumskimi poskusi.Utemeljil je Dunajsko akademijo znanosti in jo od leta 1847 do 1850 vodil kot glavni tajnik.Leta 1862 je bil rektor dunajske univerze; `al ga je kmalu za~ela pestiti bolezen in si je moral izbrati Stefana za svojega naslednika pri Fizikalnem institutu.
Cauchy si je takoj po odhodu iz Gorice dne 10.12. 1838 zamislil nihanja molekul okoli ravnovesne lege, ki jih je opisal kot vzporedne elipse.32 Dopolnil je Descartesov lomni zakon za primer neprozornih snovi in opisal gibanje `arka v vakuumu.33 Zemlja naj bi ob gibanju skozi vesolje s seboj nosila {e precej{njo maso etra in z njo povzro~ala aberacijo.34
Cauchy je vztrajal v Gorici vse do polnoletnosti prestolonaslednika; po vrnitvi v Pariz je potreboval kar nekaj ~asa, da si je povrnil prej{nje ~asti.Podpirala sta ga Biot in Arago, nasprotoval pa mu je Poisson. Takoj po vrnitvi v Pariz se je Cauchy dne 22.4.1839 obregnil ob Poissonove kritike, da Cauchyjeve ena~be dobro opisujejo prehod svetlobe iz zraka v vodo, slab{e pa iz zraka v steklo.35 Laplace je neko~ prerokoval veliko prihodnost mali ribi Poissonu, Lagrange pa domala so~asno malemu Cauchyju; `al pa nih~e ni napovedal njunih `ol~nih sporov.
Dne 17.6.1839 se je v pari{ke zdrahe vme{al {e Irec James MacCullagh (* 24.10.1809 Landahaussy; † 24.10.1847 Dublin); v pismu Aragoju je zahteval prioriteto pri nekaterih Cauchyjevih ena~bah za ra~u-nanje intenzitete, spremembe faze in polarizacije svetlobe, odbite od kovin.Tako Cauchy kot Mac-Cullagh sta upo{tevala predvsem Brewsterjeve poskuse, ~eravno je Brewster zavra~al valovno teorijo svetlobe.MacCullagh se je rad zapletal v {tevilne boje za prvenstvo; zdelo se je, da na bojno polje dolo~e-nega obetavnega znanstvenega problema vedno vstopi za las prepozno.Sodeloval je z rojakom Hamiltonom pri njegovih opti~nih raziskavah, leta 1840 pa je v Torinu v stanovanju prijatelja Babbagea sre~al Cauchyjevega  nekdanjega  {tudenta  Menabra  in
31 Aquinas Ramutha (* 1787; † 1861)
32 Cauchy, 1884, 1/4: 114, 121
33 Cauchy, 1884, 1/4: 137, 141
34 Cauchy, 1884, 1/4: 191
35 Cauchy, 1884, 1/4: 322
ISSN 0351-9716
Cauchyjevega nasprotnika s torinske univerze astronoma Jeana Planaja.
Cauchy je dokazoval, da je MacCullagh uporabljal druga~no ena~bo za lomni indeks kovin in njihovih tankih povr{inskih plasti.Takoj po odhodu iz Gorice je Cauchy 28.4.1839 objavil raziskavo {estih ena~b gibanja in neskon~no majhnih premikov dveh sistemov molekul, ki prodirata drug v drugega.Opisal je izoliran eter, podoben vakuumu v okolju, s hitrostjo longitudinalnih valov enako ni~, kot je po~el `e devet let prej.V drugi ina~ici svoje teorije je bil toliko zaverovan v svojo matematiko, da je pismu Ampèru 19.2.1836 neomejeno verjel v prihodnjo meritev longitudinalnih valov s spreminjanjem gostote etra, morda v povezavi s toploto; to je bilo blizu Robi-dovim, Helmholtzovim, Hertzovim in Röntgenovim poznej{im razmi{ljanjem.
Christiaan Huygens si je med prvimi zamislil eter kot svetlobni plin.Cauchyjeva Zemlja je vlekla eter za seboj na svoji poti okoli Sonca; `al pa je to ote`evalo razumevanje aberacije, ki jo je James Bradley meril leta 1720.Zaradi nemerljivosti longitudinalnih valovanj v etru-vakuumu je Cauchy predpostavil negativno stisljivost etra oziroma vakuuma.@al je George Greene dokazal nestabilnost tak{nega etra.Longitu-dinalni valovi se pa~ ne morejo {iriti skozi vakuum, saj tam ni ni~esar, kar bi se lahko red~ilo ali zgo{~e-valo.
Podobno Robidi je imel tudi Cauchy toploto za vibracijsko gibanje, ki se lahko {tiri v vakuumu, torej v izoliranem etru.Po Ampèru je ena~ba za gibanje toplote drugega reda po ~asu in ~etrtega reda po koordinatah podobna Cauchyjevim vibracijam s spreminjanjem gostote etra, torej stopnje vakuuma. Fourierova splo{na ena~ba za opis toplote je omo-go~ala totalno polarizacijo.Tako si je `e astronom Herschel lahko zamislil svetlobo, ki brez toplotnih valov potuje po vakuumu medzvezdnega prostranstva ali po drugih povsem prozornih in izotropnih telesih.
Problem matemati~nih napovedi nezaznavnih longitudinalnih valov se je vlekel `e od Cauchyjevega opisa deformacije v kristalu s tenzorji leta 1822.Dne 27.1.1823 je Cauchy raziskoval gibanje dveh druga na drugo postavljenih kapljevin, od katerih je bila le ena stisljiva.Uporabil je ena~bo za valove v sti~nih to~kah obeh kapljevin iz svoje valovne teorije, za katero je leta 1815 dobil nagrado pari{ke akademije.
Dne 17.11.1823 je Cauchy poro~al pari{ki akademiji o vplivu privla~ne sile molekul na gibanje valov. Viskoznost teko~in povzro~a privlak molekul na
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
37
ISSN 0351-9716
majhnih medsebojnih razdaljah podobno kot v Bo{ko-vi}evi teoriji atomov in vakuuma.
Leta 1827 je Cauchy govoril akademikom o Navierjevih ena~bah gibanja, ki jih je naslednje leto posplo{il za anizotropne trdne snovi, neodvisno od so~asnih Poissonovih raziskovanj.Dne 4.5.1829 je Cauchy povzel svoja raziskovanja ravnovesja in gibanja fluidov.21.7.1829 je v pismu Libriju opisal torzijo elasti~nih palic, ki jo je Savart prav tedaj potrdil s poskusi.36
Cauchyjevo stopnjevanje hitrosti longitudinalnih valov proti ni~ ali proti neskon~nosti je bilo seveda zasilno iskanje na~ela, iz katerega bi lahko izpeljali ena~bo gibanja.To je uspelo {ele MacCullaghu, ki si je zamislil trdno snov s pro`nostno energijo, odvisno le od zasuka.^eprav je idejo zapisal `e ob prepiru s Cauchyjem leta 1839, so jo objavili {ele po Mac-Cullaghovem samomoru devet let pozneje.Seveda je bila ideja veliko preve~ divja, da bi jo lahko sprejeli resni znanstveniki.
Stokes je opisal eter kot plasti~no trdno snov, ki postane pro`na pri hitrem gibanju.Cauchy si je molekule etra zamislil veliko manj{e od njihove medsebojne oddaljenosti; hitrost Cauchyjeve svetlobe je bila odvisna le od sestave teles.V zmedi tedanjih nezadostnih poskusov je Cauchy zaporedoma objavil dve razli~ni teoriji optike kristalov, tri razli~ne modele odboja ter kar tri razli~ne teorije elasti~nosti oziroma etra in vakuuma v letih 1830, 1836 in 1839.Vse njegove ideje so dajale vsaj pribli`no to~ne ena~be; med seboj pa so si nasprotovale ob neto~nih robnih pogojih in nerealnih velikostih konstant.Pozneje je opustil domnevo o enaki gostoti etra v vakuumu in v telesih s tlakom molekul, sorazmernim tretji potenci gostote etra.Bili so to pa~ streli v megli in {e v temi za po vrhu.Natan~no so bili potrjeni le Fresnelovi zakoni odboja; usmerjenost ravnine nihanja glede na ravnino polarizacije, gostoto in elasti~nost etra-vakuuma pa je moral Cauchy uganjevati kar brez resnih meritev. Tako so temelji sodobne teorije vakuuma nastajali na razmeroma trhlih temeljih pod vro~im gori{kim soncem.
Cauchy je sprva predpostavil vzporedno, pozneje pa pravokotno ravnino nihanja in ravnino polarizacije. Obenem je razvil kar tri ina~ice robnih pogojev pri prehodu `arkov svetlobe iz enega okolja v drugo. Seveda je imel vsakokrat znova prav, saj je bil tak{ne vrste pomemben ~lovek, ki ima vedno pri roki pravilne re{itve in je vedno samozavesten; {e posebno takrat, ko se moti.Cauchyjevo idejo o longitudinalnem toplotnem valovanju v etru iz let 1837 in 1842 je izredno ostro zavrnil Biot v Journal des Savants;
36 Belhoste, 1991, 297, 302, 324–325
37 Cauchy, 1884, 1/4: 333, 343, 431, 493, 495; Rosenberger, 1890, 311,
38 Cauchy, 1884, 1/4: 483–484
zato je Cauchy natis svojega dela celo opustil in o optiki ni ve~ objavljal vse do revolucionarnega leta 1848.37
8 SKLEP
Dveletno bivanje v son~ni Gorici je {e posebno spodbudilo Cauchyjevo zanimanje za optiko in vakuum.@e v Pragi je veliko pisal o etru v vesolju; uporabljal je predvsem ideje svojega u~itelja Ampèra. Razmi{ljanja je nadaljeval pod jasnim gori{kim nebom in jih nato pridno objavljal po vrnitvi iz Gorice.38
S Cauchyjevim delom v Gorici so slovenske de`ele ve~ kot enakopravno vstopile v srednjeevropski prostor razprav o vakuumu.Vzporedno s Cauchyjevimi razmi{ljanji o vakuumu, etru in optiki tankih kovinskih plasti ob povr{ini sta zrasli prvi uspe{ni srednjeevropski vakuumski podjetji Leybold in Heraeus.Teorija in praksa, akademska ter dobi~ko-nosna razmi{ljanja o vakuumu so se tako razvijala vzporedno in vendarle vsako zase; od Boylovih in Guerickovih ~asov se nikoli niso ve~ zdru`ila v enotno raziskovanje, saj ju niso ve~ razvijali isti ljudje. Teorija in poskus sta postala predmet dveh razli~nih poklicev fizika; teoretiki vakuuma so se vedno bolj lo~evali od raziskovalcev vakuumske tehnike. Cauchyjevo pojmovanje vakuuma in etra je utrpelo hud udarec z Einsteinovo teorijo brez etra, katere stoletnico praznujemo v leto{njem letu fizike.
9 ZAHVALA
Za pomo~ se zahvaljujem dr.Milanu Hladniku, mag.Ga{perju Jakli~u, dr.Branku Maru{i~u, dr. Marku Razpetu in dr.Janezu [umradi.
10 LITERATURA
Bader, Luigi.1977.Les Bourbons de France en exil à Gorizia.Paris:
Perrin.Prevod: 1994.I Borboni di Francia in esilio a Gorizia.
Gorizia: Cassa di Risparmio Belhoste, Bruno.1991.Augustin-Louis Cauchy. A Biography.New
York: Springer-Verlag Cauchy, Augustin.2.11.1840.Rapport sur le nouveau système de
navigation à vapeur de M.le marquis Achille de Jouffroy.C. R. 11:
678.Ponatis.1885.Oeuvres.1/5: 424–431 Cauchy, Augustin.12.6.1843.Sur un nouveau système de chemin de
fer. C. R. Cauchy, Augustin.16.11.1846.Rapport sur le systéme proposé par M.
de Jouffroy pour les chemins de fer. C. R. 23: 911.Ponatis.1897.
Oeuvres.1/10: 202–205. Cauchy, Augustin.1882–1975.Oeuvres complètes d'Augustin Cauchy.
Publiées sous la direction scientifique de l'Académie des sciences et
Mlad`enovi}, 1985, 145–146; Belhoste, 1991, 200
38
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
ISSN 0351-9716
sous les auspices de M.le Ministre de l'instruction publique.1: 1–12; 2: 1–15.Paris: Gauthier-Villars
Heraeus – W.C.Heraeus Vakuum-Schmelze GmbH v mestu Hanau
Hessler, J.Ferdinand.1852.Lehrbuch der Physik.Nach den Bedutr-nissen der Technik, der Künste und Gewerbe, zum Gebrauche beim Unterrichte in technischen Schulen, so wie beim Selbstunterrichte. 672 lesorezov.Wien: Braumüller
Leybold.1994.Das Geschäftsjahr 1994.Oerlikon Bührle Konzern
Maite, Bernard.1981.La Lumière.Paris: Seuil
Mlad`enovi}, Milorad.1985.Razvoj fizike, Optika. Beograd: IRO, Gra|evinska knjiga
Robida, Karl.1854.Entwicklunsgang der Physik von der ältesten Zeiten bis auf die Gegenwart, III. Programm des k. k. Staatsgymnasiums zu Klagenfurt. Am Schlusse des Studien-Jahres 1853, 1–69
Robida, Karl.1860.Grundzüge einer naturgemässen Atomistik mit
daraus abgeleiteten Schwingungsgleichungen.Klagenfurt: Druck von
Johann Leon Robida, Karl.1861.Erklärung der Lichterscheinungen, XI.Programm
des k.k.Gymnasiums zu Klagenfurt.Am Schlusse des Studien-Jahres
1861.1–39 Robida, Karl.1862.Erklarung der Beugung, Doppelbrechung und
Polarisation des Lichtes.XII.Programm des k. k. Gymnasiums zu
Klagenfurt. Am Schlusse des Studien-Jahres 1862.1–30 Rosenberger, Ferdinand.1890.Geschichte der Physik. Braunschweig:
Friedrich Vieweg und Sohn.III.del Scheitz, Benno.1878.Nekrologe.Professor Karl Robida.Programm des
Staats-Obergymnasiums zu Klagenfurt.53–56 [orn, Jo`e.1984.Za~etki industrije na Slovenskem.Maribor: Zalo`ba
Obzorja
VAKUUMIST 25/1–2 (2005)
39