Ернст Хладні

Мартін Хладні, дід Ернста Хладні

Хоч Е. Хладні і народився у Віттенберзі (з 1938 Лютерштадт-Віттенберг, нім. Lutherstadt Wittenberg), але корені його сім'ї беруть початок у невеликому шахтарському місті Кремниця у центрі Словаччини (тоді — частина Королівства Угорщина). Хладні за походженням був із родини вчених у декількох поколіннях.

Прадід Ернста — Георг Хладні (1637—1692) був лютеранським священиком, який у 1673 році, під час Реформації переїхав з Кремниці до Віттенберга. Дід Мартін Хладні (1669—1725) також був лютеранським богословом, у 1710 році став професором богослов'я у Віттенберзькому університеті (Лейкорея[5]) і у 1720—1721 роках був деканом факультету теології а потім ректором університету. Дядько Юстус Хладні (1701—1765) був професором права у тому ж університеті. Інший дядько, Йохан Хладні (1710—1759), був богословом, істориком і професором в університеті Ерлангена та Лейпцизькому університеті.

Батько Ернст Мартін Хладні (1715—1782) був професором права і ректором Віттенберзького університету та не дуже схвалював інтересу свого сина до природничих наук і наполягав, щоб той став адвокатом. Його мати — Йоганна Софія (нім. Johanna Sophia) з родини Клемент, у якої він був єдиною дитиною (сестра померла у п'ятимісячному віці, ще до його народження)[6][7]. Мати Е.Хладні померла, коли йому не було ще п'яти років.

Ернст ріс під строгим контролем батька, а потім, з 14 до 17 років, під час навчання у місцевій школі у місті Грімма під не менш строгим наглядом її педантичного директора Мюкка. В автобіографії[8], написаній у зрілому віці, Хладні з вдячністю відгукнувся про них обох. Зазначав, що вони сприяли зміцненню в ньому таких рис характеру, як працьовитість, любов до порядку, цілеспрямованість та невибагливість у побуті. З особливою теплотою Хладні згадував свою мачуху Йоганну-Шарлотту, яка замінила йому матір і турботи про яку ще декілька років після смерті батька, до самої її кончини (1801), утримували його від далеких поїздок.

Лише у 19 років почав вчитися грі на роялі. Захопившись музикою, зацікавився книгами з теорії музики і звуку взагалі.

Хладні вивчав юриспруденцію і філософію в університетах Віттенберга і Лейпцига, де він отримав ступені доктора філософії (1781) і доктора права (1782). Після смерті батька 1782, Хладні всерйоз почав займатися дослідженнями в області фізики[9][10][11].

Після ознайомлення з працями Й.Бернуллі і Л. Ейлера, Е. Хладні дізнався про низку невирішених проблем у галузі акустики, таких як визначення швидкості звуку в різних середовищах і тілах та встановлення залежності частоти звучання (висоти звуку) від густини середовища. Хладні занурився в безконечні експерименти. Вплив густини газового середовища на звук він вивчав з допомогою маленької олов'яної флейти, в яку вдмухувались різні гази. Дослідами з порівняння швидкостей звуку в повітряному стовпі труби органу і в металевому стрижні він вперше довів, що в останньому швидкість звуку не є нескінченною (як вважалося на той час), а лише у 16-17 разів перевищує швидкість звуку у повітрі.

Щоб задовольнити свою другу пристрасть — тягу до подорожей, Хладні відмовився від офіційної служби (а його чекала посада професора університету). Тому він ніколи не мав стабільного матеріального доходу і жив на скромні кошти, які отримував від виступів під час своїх незліченних поїздок. Він об'їздив всю Європу. У своїй автобіографії[8] він писав, що йому слід було б стати моряком чи купцем, або ж лікарем. З великою щирістю він зізнавався, що у виборі його роду занять істотну роль зіграло марнославство, прагнення проявити свою особистість, які у певній мірі пригнічувались в юності.

Необмежена природна допитливість, працьовитість та цілеспрямованість направляли його увагу і сили у найменше вивчені наукою області явищ. І він домігся в цих областях значних успіхів. Разом з тим як заняття чистою наукою, так і нерегулярне читання лекцій в університетах (спочатку у Віттенберзі — з фізичної та математичної географії, з геометрії, потім протягом трьох років у Берліні — з акустики) давали незначні доходи, то Хладні перебував постійно у складному матеріальному становищі. Це послужило поштовхом до пошуку успіху в практичній діяльності, у сфері винахідництва і мистецтва, які користувались більшим попитом у суспільстві.

Натхненний дослідами якогось Мезоччі зі звучними гнучкими пластинками Хладні придумав принципово новий музичний інструмент і в 1789 р. створив свій еуфон (у перекладі з грецької — милозвучний), а на наступний рік вже міг продемонструвати гру на ньому. Цей інструмент являв собою набір невеликих прямих скляних трубочок, з'єднаних з кривими стрижнями. Звучання, яке викликалося вібрацією від поздовжнього тертя трубочок зволоженими пальцями, нагадувало звук гармоніки. Він посилювався резонатором, що розміщався спочатку за трубочками, а потім горизонтально під ними. Широкий відгук на цей винахід в німецьких газетах і музичному журналі, а потім і у відомому англійському «Філософському журналі»[12] підказали Хладні ідею музичних виступів на публіці, які він доповнював лекціями з акустики і демонстрацією звукових фігур.

Конструкція еуфона була громіздкою і ненадійною. На зворотному шляху, у довгому плаванні (1799) Балтійським морем з Ревеля (Таллінн) під Фленсбург (тоді в Данії), Хладні не тільки придумав спосіб як удосконалити еуфон, але і розробив по суті новий інструмент, який отримав назву «клавіциліндр». Остаточно конструювання клавіциліндра було завершене до 1802. Інструмент мав розміри корпуса 80х50х18 см (довжина, ширина і товщина резонуючого футляра), де містився звуковий, тепер вже єдиний циліндр. Циліндр був з'єднаний з клавіатурою і ніжною педаллю, за допомогою якої і махового колеса циліндр, що змочувався водою час від часу приводився в обертання[13]. Музика, що нагадувала звуки гармоніки, викликалася тертям об нього викривлених металевих стрижнів. Інструмент не вимагав налаштування, забезпечував можливість не лише ударного, але і протяжного звучання і був набагато милозвучнішим за еуфон. Конструктивні особливості Хладні тримав у секреті, так як, за його словами, цей інструмент був головним засобом його «виживання». Опис нового інструменту, як і всього комплексу своїх акустичних досліджень, Хладні виклав у вже згаданому великому творі «Акустика»[8].

У 1803, під час перебування у Веймарі, Хладні знайомиться з Й. Ґете та обговорює з ним акустичні проблеми.

У Європі тим часом розгоралася війна нового претендента на світове панування — Наполеона I, що утрудняло поширення наукової інформації між країнами. Незважаючи ні на що, Хладні робить одну за одною свої великі поїздки, час від часу повертаючись до Віттенберга, до якого у 1806 вже наближалися воєнні дії. Разом з місцевою професурою йому довелося переховуватися в сусідньому містечку Кемберзі (нім. Kemberg).

У 1808 році Хладні прибуває до Парижа, де демонструє П. С. Лапласу і К. Л. Бертолле а згодом, і Наполеону, свій клавіціліндр та звукові фігури. Вражений імператор назвав Хладні людиною, яка зробила видимим звук. Хладні був задоволений двогодинною аудієнцією у Наполеона. У листопаді 1809 в Парижі виходить зроблений самим Хладні на прохання французьких фізиків переклад французькою «Акустики». У 1810—1812 рр. він продовжує поїздку з лекціями і виступами по Швейцарії (Цюрих і Женева), Італії (Турин, Мілан, Павія, Болонья, Флоренція, Венеція) і повертається через Падую, Верону, Мюнхен, Відень і Карлсбад. Побоюючись розбійників, Хладні подорожував в кареті, що мала подвійне дно, щоб убезпечити свої колекції.

Пізніше, у 1814, він робить мужній вчинок — рятує від пожежі (при обстрілі пруськими військами) важливі документи міста, що зберігалися у Віттенберзькій фортеці, в той час як значна частина його подорожніх записів були знищені у його власному будинку, що згорів. На щастя, вдалося вберегти від вогню музичні інструменти, унікальну метеоритну колекцію і портрети музикантів[14].

Вважаючи акустичні заняття і особливо інструменти головним своїм досягненням, Хладні опублікував у Лейпцигу «Новий внесок в акустику» (нім. Neue Beiträge zur Akustik) (1817), «Вклад у практичну акустику і у вчення про будову інструментів» (нім. Beiträge zur praktischen Akustik und zur Lehre vom Instrumentbau) (1821), де детально описав нову конструкцію еуфона і клавіциліндр.

Свою останню подорож Хладні зробив в 1827 року з Кемберга до Бреслау (тоді в Королівстві Пруссії, яка входила у Німецький союз, нині Вроцлав у Польщі) через Берлін. З Бреслау він написав 28 березня, що має намір залишитися там до 14 квітня, а потім на кілька тижнів відправитися з лекціями у Франкфурт на Одері. Але, під час зупинки у будинку свого друга Г. Штеффенса, його тіло було знайдене вранці 3 квітня 1827 бездиханним.

Посмертно було видано його працю «Короткий огляд вчення про звук і тонах з додатком, розвитком і розташуванням відповідних співвідношень тонів» (1827) і друге незмінене видання його фундаментальної праці «Акустика» (1830). Хладні крім Петербурзької академії обрали своїм членом вчені товариства Геттінгена і Ерфурта, а також Берлінське товариство друзів-натуралістів.

Одну з найбагатших колекцій метеоритів, що налічувала 41 зразок, Хладні заповів Мінералогічному музею Берлінського університету, де вона і зберігається.