Несмотря на ту высокую степень развития, до которой доведены науки математические трудами великих геометров трех последних столетий, практика явно обнаруживает неполноту их во многих отношениях; она предлагает вопросы, существенно новые для науки, и таким образом вызывает на изыскание совершенно новых метод.

Если теория много выигрывает от новых приложений старой методы или от новых развитий ее, то она еще более приобретает открытием новых метод, и в этом случае наука находит себе верного руководителя в практике».

Учился Чебышев исключительно на отлично, в 1841 году, будучи студентом четвертого курса, он получил свою первую награду – серебряную медаль за работу «Вычисление корней уравнений». В этом же году Пафнутий закончил университет. К этому времени финансовое положение Чебышевых пошатнулось, и юноше пришлось самостоятельно искать себе средства к существованию. Его оставили в университете, где он начал работу над диссертацией. В 1843 году Чебышев опубликовал свою первую серьезную работу, за ней последовали другие, и вскоре имя молодого русского математика стало известно в научных кругах Европы. Известно, что Пафнутий Львович изначально ориентировался на международное признание: свои работы он писал по-французски и публиковал их в европейских журналах. Однажды, много позже, Чебышева назвали «блестящим российским математиком», на что он ответил, что является «международным математиком».

Дальнейшая карьера Чебышева складывалась более чем благополучно. В 1846 году он защитил магистерскую диссертацию на тему «Опыт элементарного анализа теории вероятности». Годом позже молодой ученый был приглашен в Петербургский университет. К тому времени двое младших братьев Чебышева учились в Петербургском артиллерийском училище, и Пафнутий Львович решил принять предложение, чтобы быть поближе к братьям. В 1847 году он подготовил и защитил диссертацию на право чтения лекций «Об интегрировании с помощью логарифмов», еще через два года – докторскую диссертацию «Теория сравнений». Последняя работа была удостоена Демидовской премии [84]и, опубликованная в виде книги, больше чем полвека служила одним из серьезнейших пособий по теории чисел. Должность профессора Петербургского университета Чебышев занимал более тридцати лет. В мае 1852 года ученый на несколько месяцев отправился в заграничную поездку, посетил Францию, Англию, Германию. Пафнутий Львович общался с иностранными учеными, много времени посвятил изучению работы паровых двигателей и других механизмов: например, станков французского механика Жака де Вокансона, арифметической машины Паскаля. Его интерес к практической механике, зародившийся еще в детстве, не угасал на протяжении всей жизни. В 1853 году Чебышев был избран адъюнктом Петербургской академии наук, в 1856-м стал экстраординарным, в 1859-м ординарным академиком, еще через год – членом-корреспондентом Парижской академии.

Как преподаватель Пафнутий Чебышев отличался пунктуальностью, нередко переходящей в педантичность. Он никогда не опаздывал на занятия, но и ни минуты не задерживал слушателей дольше положенного времени. Но это отнюдь не значит, что его лекции были сухими. Чебышев довольно часто прерывал изложение чисто математического материала, садился в специально приготовленное для таких случаев кресло и делал большие отступления, в рамках которых рассказывал о научном и практическом значении данной области, истории исследований в ней.

Судя по дошедшим до нас сведениям, жизнь Пафнутия Чебышева протекала спокойно и размеренно, без каких-либо особенно ярких событий и потрясений. Как и в детстве, когда юный Пафнутий предпочитал обычным для его сверстников играм решение математических задач, так и позже, когда он уже стал знаменитым, ученый предпочитал всем иным занятиям научные изыскания. Он занимался широким кругом вопросов, относящихся к самым разным областям математики: теории приближения функций, теории вероятности, теории интеграции, теории чисел, теории механизмов и другим. И в каждой из этих областей Пафнутий Львович не только оставил свой след, но и надолго определил направление ее развития, стал автором фундаментальных открытий, создал свои оригинальные методы исследования, открывшие новые возможности не только перед его отечественными последователями, но и перед математиками всего мира. Естественно, что для сколь-нибудь полного описания заслуг ученого нам не хватит ни места, ни компетенции, поэтому мы приведем только примеры наиболее важных и впечатляющих его открытий.

Самым знаменитым достижением Чебышева в области теории чисел является то, что он стал фактически первым со времен античности ученым, внесшим ясность в вопрос о распределении простых чисел. Еще Евклид доказал, что количество простых чисел неограниченно, а Эратосфен нашел способ их нахождения (так называемое решето Эратосфена). Дальнейшие исследования в этой области носили исключительно эмпирический характер. Так, Лежандр [85]и Гаусс экспериментально подобрали формулу, согласно которой количество простых чисел, которое содержится в промежутке от 2 до некоего достаточно большого числа n, приблизительно в ln nраз меньше, чем число n.В 1840-х годах французский математик Жозеф Луи Франсуа Бертран также эмпирическим путем нашел правило, согласно которому в промежутке от nдо 2 n,где n– любое число, больше единицы, – обязательно содержится хотя бы одно простое число. Чебышев показал, что гипотеза Лежандра – Гаусса содержит ошибку, и исправил ее. Затем он доказал гипотезу Бертрана. Математики, современники Чебышева, были в восторге. О работе Пафнутия Львовича по исследованию простых чисел говорили, что для дальнейших сдвигов в этой области необходим ум, настолько превосходящий ум Чебышева, насколько ум Чебышева превосходит ум обыкновенного человека.

В теории вероятности Пафнутий Львович первым начал систематически вводить в рассмотрение случайные величины, создал метод моментов – новый прием доказательства предельных теорем [86]в весьма общей форме, и при этом очень простыми методами доказал закон больших чисел – общий принцип теории вероятности, в силу которого совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых весьма общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, а также провел еще целый ряд важнейших исследований, которые стали базой для развития русской школы теории вероятности.

Большинство же работ Чебышева относились к математическому анализу. Этой области математики была посвящена, как мы писали выше, и его диссертация на право чтения лекций. Большое внимание ученый уделял интегрированию алгебраических функций. Здесь одним из самых важных результатов стала его теорема об условиях интегрируемости в элементарных функциях дифференциального бинома (1853).

Целый ряд работ Чебышева по математическому анализу был тесно связан с теорией механизмов. Во время заграничной поездки 1852 года Чебышев, в частности, очень интересовался параллелограммом Уатта – шарнирным механизмом, превращающим возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала паровой машины. Этот механизм имел существенный недостаток: в нем прямолинейное движение подменялось криволинейным, в результате чего возникали вредные сопротивления, и детали быстро изнашивались. Изучая параллелограмм Уатта и пытаясь найти его оптимальные параметры, Чебышев пришел к задаче о наилучшем приближении функций. В 1854 году он выпустил обширный труд «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов», в котором заложил основы нового направления в математике – теории наилучшего приближения функций многочленами. В этой же работе были приведены так называемые полиномы Чебышева. Не вникая в подробности, следует сказать, что эти полиномы до сих пор являются важнейшим средством математических, физических и технических исследований.