Иэн Стюарт - Значимые фигуры. Жизнь и открытия великих математиков

Вернувшись в Берлин, она с энтузиазмом погрузилась в исследования. Работа шла хорошо, а вот с браком возникли проблемы. Супруги постоянно ссорились, Владимир начал хмуро поговаривать о разводе. К 1874 г. Ковалевская написала по результатам своих исследований три статьи, каждая из которых вполне могла бы принести автору заслуженную докторскую степень. Особенно важной была первая из них: Шарль Эрмит назвал ее «первым значительным результатом в общей теории дифференциальных уравнений в частных производных». Во второй статье речь шла о динамике колец Сатурна, а третья была чисто технической и посвящена упрощению интегралов.

Дифференциальное уравнение в частных производных устанавливает связь между скоростями изменения некоторой величины и несколькими различными переменными. К примеру, уравнение теплопроводности Фурье устанавливает связь между изменениями температуры в пространственных координатах – вдоль стержня – и тем, как ее величина в каждой конкретной точке изменяется во времени. Прием, примененный Фурье для решения этого уравнения при помощи тригонометрического ряда, основан на одном специфическом свойстве: его уравнение линейно, поэтому решения можно складывать друг с другом, получая при этом новые решения. В работе 1875 г. Ковалевская доказывает существование решений для нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных при выполнении некоторых технических условий. Эта работа расширила результат Коши 1842 г., и теперь объединенная версия того и другого называется теоремой Коши – Ковалевской.

Статья, посвященная кольцам Сатурна, была написана Ковалевской в период ее работы с Вейерштрассом, но тема его не интересовала, и все исследования она проводила самостоятельно. Софья изучала динамику вращающихся колец жидкости, которые, по предположению Лапласа, могли служить моделью колец Сатурна. Проанализировав стабильность колец в этой модели, она показала, что они не могут быть эллиптическими, как полагал Лаплас, а должны иметь яйцеобразную форму, то есть быть широкими с одного конца и более узкими с другого. Эта работа интересна примененными методами и была бы еще интереснее, если бы содержала все необходимые доказательства, но вскоре стало известно, что кольца Сатурна состоят из бесчисленных дискретных частиц, так что жидкая модель, лежавшая в основе исследования, потеряла актуальность и стала сомнительной. Сама Ковалевская писала: «Благодаря исследованиям Максвелла приемлемость представлений Лапласа о структуре колец Сатурна стала вызывать сомнения».

Теперь пришел черед вечной проблемы академической политики. Для получения докторской степени статьи следовало представить в университет – и это должно было быть одно из тех редких заведений, которые готовы присвоить женщине степень доктора наук. Вейерштрасс обратился в Гёттингенский университет, который иногда давал докторскую степень иностранцам без обычной процедуры формальной защиты диссертации: в противном случае она должна была бы проходить на немецком языке. Ковалевская получила степень доктора философии по математике summa cum laude (с отличием), став первой женщиной после Марии Аньези в Италии эпохи Возрождения, получившей докторскую степень по математике, и одной из очень немногих женщин, сумевших получить степень доктора хоть каких-нибудь наук.

Так Ковалевская стала полноправным математиком.

В 1874 г. Ковалевские вернулись в Россию – сначала в фамильное имение в Полибино, а оттуда в Санкт-Петербург в поисках работы, связанной с наукой или преподаванием. Никакой работы им найти не удалось. Немецкий диплом Ковалевской ничего здесь не стоил: для работы требовался российский, однако она как женщина не имела права держать соответствующий экзамен. Отчаявшись найти работу, Ковалевские, чтобы свести концы с концами, попытались начать собственное дело; быстро выяснилось, что это было катастрофическое решение. В 1875 г. умер отец Софьи; полученного наследства в 30 000 рублей хватило бы супругам на скромную жизнь, если бы они разумно ими пользовались. Вместо этого они вложили деньги в проект с недвижимостью. Первоначально казалось, что проект будет успешным, и Ковалевские переехали в новый дом с садом, огородом и коровой. (Собственная корова в богатых семьях среднего класса в России была обычным делом.) У них родилась дочь, тоже Софья. Владимир вложил крупные деньги в издание радикальной газеты – и в конечном итоге потерял 20 000 рублей, когда газета закрылась. Еще через несколько месяцев рухнул и проект с недвижимостью. Оказалось, что Владимир покупал землю под сомнительные будущие доходы, и, когда кредиторы потребовали возврата долга, его империя недвижимости оказалась всего лишь фантазией.

В 1878 г. Ковалевская возобновила контакт с Вейерштрассом и воспользовалась его советом – исследовать преломление света в кристалле. В 1879 г. на 6-м конгрессе естествоиспытателей она прочла лекцию о своих давних исследованиях, посвященных абелевым интегралам. В 1881 г. они с дочерью вновь приехали в Берлин, где Вейерштрасс к этому времени подыскал им квартиру. С финансами у Владимира становилось все хуже и хуже, в счет долга было продано даже имущество супругов. В 1883 г., страдая от резких перепадов настроения и оказавшись перед лицом вероятного судебного преследования за роль, которую сыграл в финансовом мошенничестве, Ковалевский покончил с собой, выпив бутылку хлороформа. Софья, узнав об этом, испытала острое чувство вины; пять дней она ничего не ела, а затем упала в обморок. После того как врач силой накормил ее, Софья пришла в себя и постепенно с головой погрузилась в работу, завершив свою теорию преломления света в кристалле. Она вернулась в Москву, чтобы привести в порядок дела Владимира, и представила свое исследование о преломлении света на 7-м конгрессе естествоиспытателей.

Смерть мужа устранила основное препятствие, стоявшее между Ковалевской и каким-либо академическим постом, на котором предпочитали видеть вдову, а не независимую (то есть состоятельную) или замужнюю женщину. Ковалевская была знакома с ведущим шведским математиком Йостой Миттаг-Леффлером через его сестру Анну-Карлотту Эдгрен-Леффлер – революционерку, актрису, писательницу и драматурга. Их дружба продолжалась вплоть до смерти Ковалевской. Миттаг-Леффлер, впечатленный исследованием Софьи на тему абелевых интегралов, выговорил для нее место в Стокгольмском университете – место временное и с определенными условиями, но тем не менее настоящий академический пост. Ковалевская стала единственной женщиной в Европе, занимающей такое положение. В Стокгольм она приехала в самом конце 1883 г. Она знала, что работа будет нелегкой и ей придется постоянно сражаться с предрассудками, но одна из прогрессивных газет назвала ее «принцессой науки», и это внушало оптимизм. Хотя она все же заметила, что жалованье могло быть и получше.