Читать книгу "Краткая история науки - Уильям Байнум"

Глава 22

Силы, поля и магнетизм

Атом Дальтона позволил создать современную химию, но были и другие углы зрения, под которыми можно было использовать эту идею.

Для начала атомы не только комбинируются между собой, чтобы создавать соединения. Все не исчерпывается тем, что они вступают в разные химические реакции. Дэви и Берцелиус, без сомнений, признавали тот факт, что атомы в растворе могут быть притянуты к положительному или отрицательному полюсу с помощью проходящего через раствор электрического тока.

Атомы являлись частью феномена «электричества». Но почему? Как?

Отчего, например, в таком растворе, как морская вода, натрий мигрирует к отрицательному полюсу, а хлор – к положительному?

Такие вопросы горячо обсуждались в начале девятнадцатого века, и одним из важнейших исследователей этого направления был Майкл Фарадей (1791–1867), замечательный во всех отношениях человек. Он родился в простой семье и получил самое базовое образование, молодые годы провел, изучая переплетное дело, но затем обнаружил такую вещь, как наука, и свободное время посвящал чтению всего, что мог найти о ней. Популярные детские книги по химии воспламенили его воображение, и один из покупателей в переплетной лавке, где работал Фарадей, предложил ему билет на лекцию Гемфри Дэви в Королевском институте.

Фарадей слушал лекцию в полном восхищении и делал заметки своим аккуратным почерком. Он показал свои записи Дэви, и тот оказался поражен их четкостью и разборчивостью, но все же сообщил молодому человеку, что в науке нет работы и что переплетное дело – лучший выбор для того, кому нужно зарабатывать себе на жизнь.

Но вскоре после этого был уволен ассистент лаборатории при Королевском институте, и Дэви предложил Фарадею это место. И бывший переплетчик провел там всю жизнь, он помог превратить ее в прибыльное предприятие с великолепной репутацией.

Первые дни Фарадея в институте прошли за решением химических задач для Дэви. Он прекрасно справлялся с обязанностями в лаборатории, но продолжал читать и о теоретических проблемах науки. Он был членом одной из протестантских церквей, и, хотя проводил много времени в церкви, вера не мешала ему заниматься исследованиями. Скорее помогала, поскольку он считал, что Бог создал мир таким, какой он есть, но человек вполне в состоянии понять, как тот устроен.

Вскоре после того как Фарадей появился в Королевском институте. Дэви и его новая жена отправились в турне по Европе, и они взяли молодого ассистента с собой. Аристократическая супруга Дэви обращалась с Фарадеем как со слугой, но путешествие длиной в восемнадцать месяцев позволило ему встретиться со многими известными учеными Европы.

Вернувшись в Лондон. Дэви и Фарадей продолжили работать над многими вопросами практического характера: отчего происходят взрывы в шахтах, как можно усовершенствовать медную обшивку на днище морского корабля, каковы оптические характеристики стекла? По мере того, как Дэви все больше интересовался научной политикой. Фарадей становился хозяином самому себе, и внимание его обращалось на связь между электричеством и магнетизмом.

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) открыл электромагнетизм: манипуляции электрического тока, позволяющие создать магнитное «поле». Магнетизм был известен долгое время, и компас с его железной иглой, указывающей на север, использовали повсеместно.

Навигаторы полагались на такие приборы за века до того, как Колумб открыл Америку, и натурфилософы ломали головы над тем, почему только немногие вещества (такие как железо) могут быть намагничены, а остальные – нет. И факт, что компасы всегда указывают в одном направлении, означает, что Земля сама по себе действует как огромный магнит.

Электромагнетизм Эрстеда вызвал волну интереса среди ученых, и Фарадей оказался в числе тех, кто принял вызов. В сентябре 1821 года он провел один из наиболее известных экспериментов в истории науки. Работая с маленькой намагниченной иглой, он заметил, что игла продолжает вращаться, если она окружена витым проводом, через который проходит электрический ток. То есть электричество, текущее через витой провод, создает магнитное поле, к которому игла постоянно притягивается, и от этого происходит ее движение.

На иглу влияли, как назвал их Фарадей, «линии силы», и он понял все их значение. Бывший переплетчик оказался первым, кто сумел превратить электрическую энергию (электричество) в механическую энергию (в движение или вращение намагниченной иглы). Он изобрел принцип, на котором построена работа всех до единого электромоторов, они все превращают электричество в движение – в стиральных машинах, пылесосах или холодильниках.

Фарадей продолжал работать с магнетизмом и электричеством следующие тридцать лет. Он был одним из самых одаренных экспериментаторов, когда-либо живших на Земле: аккуратным как в планировании собственной работы, так и в воплощении планов на практике. Будучи самоучкой, он не знал математики, так что его научные статьи выглядели больше как лабораторные записи: детальные описания оборудования, того, что он сделал и что наблюдал.

Его работы помогли ученым понять, какую роль играют электрические заряды в химических реакциях. В начале 1830-х он добавил электрогенератор и электрический трансформатор к числу своих изобретений.

Фарадей знал, что его эксперименты грубы и несовершенны, но он также понимал, что занимается очень важным делом. Взаимодействие между электричеством и магнетизмом, а также превращение электрической энергии в механическую буквально движет наш современный мир.

Фарадей всю жизнь отличался широтой научных интересов и много времени потратил, заседая в разнообразных научных комитетах и занимаясь делами Королевского института. Он начал такую традицию, как Рождественские лекции, которые очень популярны до сих пор, и одну из них вполне можно увидеть по телевизору.

Но электричество и магнетизм оставались его главной страстью, и его одержимость этой темой оставила нам новые слова и не одно полезное приложение теории к практике. Фарадей даже шутил по поводу своих изобретений – когда один политик спросил, какова практическая ценность электричества, ученый якобы ответил: «Ну что же, сэр, есть вероятность, что вы скоро сумеете обложить его налогом».

Но на другой стороне Атлантики произошел еще один прорыв в области изучения электричества и магнетизма: электрический телеграф.

Опыты по отправке сигналов по проводам начались в первые годы девятнадцатого века, но стабильно действующее устройство создал американец Сэмюэл Морзе (1792–1872). В 1844 году он отправил послание на расстояние в тридцать восемь миль (используя азбуку Морзе, которая носит его имя), из Вашингтона, столицы США, в Балтимор.

Телеграфное сообщение сравнительно быстро охватило весь мир, и британцы использовали его для установления связи между отдаленными уголками своей огромной империи. Появилась возможность для людей из разных концов света общаться друг с другом, а новости стали в полном смысле слова новостями, поскольку рассказывали о том, что произошло совсем недавно.