Квинтэссенция. Книга первая — страница 6 из 8

РОЖДЕНИЕ ФЛЮИДОВ

Эллины знали о существовании силы, таящейся в глубинах янтаря. Она вырывалась наружу, когда янтарь натирали сухой суконкой. Эта сила притягивала пушинки и другие легкие сухие предметы. Янтарь — по-гречески — электрон. Так возникло название: электрическая сила. Знали греки и о способности магнитной руды притягивать железо. Но более десяти веков эти загадки не выдавали свой секрет! Никто не пошел дальше. Ни в объяснении, ни в применении этих странных явлений.

Пришло время — неизвестный гений построил компас.

Никто не знает имени изобретателя компаса. Однако в начале второго тысячелетия нашей эры его уже применяли моряки, плававшие по Средиземному морю.

Первое неизвестное древним свойство магнита было описано в 1558 году в трактате итальянца П. Перегрино. Он утверждал, что, сломав магнит на две части, нельзя получить по отдельности его северный и южный полюсы. В месте излома неизбежно возникают дополнительные полюсы, превращающие каждую часть в полноценный магнит, имеющий на концах противоположные полюсы. Перегрино не приписывает себе это поразительное открытие, но и не указывает первооткрывателя.

Англичанин У. Гильберт приобрел известность своим главным трудом «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». Книга вышла в 1600 году за три года до смерти автора. В книге, среди прочего, сказано, что железная проволока после ковки и вытяжки намагничивается, если она при этом натянута в направлении север-юг. Гильберт пытался объяснить почему так происходит, но не смог достичь понимания. Он склонился к мнению древнегреческого философа Фалеса о том, что магнит имеет душу.

Во второй части книги «О магните …» Гильберт сообщает, что электрическая сила может возникать не только у янтаря, но у многих кристаллов, стекла, серы, сургуча, каменной соли, квасцов и других веществ. Он назвал их электрическими телами.

Гильберт отмечает важный факт: влажные тела трудно поддаются электризации трением, но влажность не влияет на действие магнитов. Как и в случае магнетизма Гильберт не преуспел в понимании природы электричества.

Первую попытку объяснить возникновение магнетизма сделал итальянец Гримальди, известный нам исследованиями оптических явлений. В своем трактате «О свете» он уделил некоторые страницы магнитам, он объясняет их свойства присутствием в них магнитной жидкости. В не намагниченном теле эта жидкость является неупорядоченной. Магнит ее упорядочивает и придает телу, содержащему такую жидкость, магнитные свойства. Так родился первый флюид.

Лишь в 1883 году была напечатана заметка Б. Кастелли, предшественника Гильберта. Он изучал свойства магнитов при помощи железных опилок (как это и сейчас делают в школах). Их насыпают на лист бумаги, под которым лежит магнит.

Эти опыты позволили ему предположить, что существуют «магнитные тела первого рода» — в них, как он считал, рассеяны крошечные магнитные частицы, способные ориентироваться под действием внешнего магнита. Все они или их часть сохраняют ориентацию и после удаления этого магнита.

Кроме того, существуют «магнитные тела второго рода». Их магнитные частицы тоже ориентируются при приближении внешнего магнита. Однако они возвращаются в хаотическое состояние при его удалении и теряют свои магнитные свойства, временно сообщенные им внешним магнитом.

Так бывает в науке: близкая к истине идея веками остается неизвестной и возникает вновь после длительного признания ложной идеи — в данном случае теории магнитной жидкости.

Так, медленно, просыпаясь от многовековой спячки, наука начала движение вперед. Это происходило в области изучения электричества и магнетизма, в оптике и механике. Открытия в разных областях исследований дополняли и обогащали друг друга.

Основным, новым на этом пути, был переход от наблюдения явлений природы к специально поставленным опытам. Прежним остался подход к осмысливанию результатов опытов. Он опирался на гипотезы и приводил к новым гипотезам, к постепенному усложнению цепи гипотез. К невозможности установления связей между различными опытами.

После работ Гильберта в 18 веке заслуживают внимания лишь несколько открытий.

С. Грей обнаружил, что электрический заряд сосредотачивается только на внешних поверхностях наэлектризованных тел. Затем Ш. Дюфе установил, что существует два различных сорта электричества. На фоне прежних наблюдений это было важным открытием. Некоторое время в ходу были данные им названия: «стеклянное» и «смоляное» электричество. Так в науку вошли два электрических флюида.

До сих пор мы знаем то, что предметы и частицы материи могут обладать отрицательными или положительными электрическими зарядами или же не иметь их, то есть быть электрически нейтральными. Знаем, что равные и противоположные электрические заряды взаимно нейтрализуются. Нам известно, что полный электрический заряд Вселенной равен нулю. Вопрос — почему это так? — пока остается без ответа. Он ждет нас впереди и в этой книге, и в жизни. Не исключено, что понимание этой загадки перевернет наши сегодняшние представления об окружающем мире, о силах, властвующих во Вселенной. В начале XX века тоже царило благодушие, считалось, что все самое важное, известно людям …А ведь самое важное только начиналось — Эйнштейн с его теорией относительности, молодые бунтари с их квантовой наукой о глубинах материи …

В сороковых годах 18 века русский физик Г. Рихман начал исследования электричества. В 1745 году он создал первый электрический измерительный прибор, снабдив шкалой электроскоп. Главной частью его прибора была тонкая льняная нить, прикрепленная верхним концом к металлической пластине. Под влиянием электрического заряда нить отклонялась от этой пластины. Наблюдая ее отклонение при помощи шкалы можно было судить о величине электрического заряда, сообщенного прибору. Существовавшие до того электроскопы, снабженные двумя тонкими и легкими металлическими полосками, скрепленными своими верхними концами, не имели шкалы и позволяли лишь судить о присутствии электрического заряда.

Во время лабораторных опытов с электризацией предметов, Рихман открыл электрическую индукцию — бесконтактное наведение электрического заряда при приближении к незаряженному предмету другого предмета, несущего электрический заряд. Не ограничиваясь лабораторными опытами, Рихман начал исследовать атмосферное электричество.

Он передавал по проволоке в свою лабораторию электрические заряды, возникавшие при прохождении грозовых облаков над железным стержнем, укрепленным снаружи.

Однажды его установка была поражена прямым разрядом молнии. Это случилось шестого июля 1753 года. Рихман погиб.

Смертельный эксперимент Рихмана вошел в историю науки, но его прибор — электроскоп — на долгое время был предан забвению.

Незадолго до того, в 1746 году к аналогичным опытам независимо приступил американский ученый и общественный деятель Б. Франклин. В письмах к своему другу П. Коллинсону Франклин сообщал о проводимых им опытах с электричеством. В одном из писем он поведал о намерении установить на башне или колокольне железный шест с острием, чтобы наблюдать, можно ли извлечь из него искры при прохождении над ним грозовых облаков.

Коллинсон был членом Лондонского королевского общества и пытался опубликовать письма Франклина в трудах общества. Но письма были отвергнуты, как недостойные публикации, а весь проект назвали фантастическим.

Получив отказ, Коллинсон опубликовал письма Франклина за свой счет. Успех оказался огромным. Письма были переведены на французский язык. Поощряемые королем, три французских ученых Бюффон, Фалибар и Делор провели опыт, предложенный Франклином. 10 мая 1752 года безвестный солдат, поставленный для охраны шеста, заметил искру, возникшую во время прохождения грозового облака.

Многие ученые повторяли этот опыт.

Франклин запустил змей с железным острием и отметил перетекание электричества по влажной веревке. Потом он начал систематические наблюдения, установив над своим домом высокий железный шест. Он предложил применять такие шесты для защиты от молнии, соединяя шест при помощи проволоки с железным листом, закопанным в землю.

Через три года после того, как Королевское общество сочло письма Франклина недостойными публикации, оно наградило его медалью, а в 1756 году избрало своим членом.

К тому времени было сделано несколько попыток объяснения электрических явлений. Они так или иначе сводились к воззрениям, опирающимся на флюиды. Это были невесомые жидкости, каждой из которых приписывали особенности, характеризующие явления, подлежащие объяснению. Правдоподобие зависело от остроумия и эрудиции автора. По прежнему считалось, что существуют два флюида — стеклянный и смоляной. Порции одноименного флюида взаимно отталкиваются. Порции различных флюидов — притягиваются. Натирание извлекало их из тел. Они могли перетекать по проводникам.

Особняком стоят наблюдения Ф. Эпинуса, члена Петербургской академии наук. Он обнаружил странную способность кристаллов турмалина электризоваться без трения. При нагревании такого кристалла его концы заряжались противоположными электрическими флюидами. Это вызвало жаркую полемику, положившую начало учению о пироэлектричестве (от греческого «пир» — огонь).

Эпинус обнаружил также, что приближение наэлектризованной стеклянной палочки к концу изолированной бронзовой линейки вызывает появление на ее концах противоположных электрических зарядов. Причем на ее ближнем конце возникает заряд, противоположный заряду палочки. При удалении наэлектризованной палочки заряды на концах линейки исчезают.

До этого считалось, что поднесение заряженного тела к другому — незаряженному — приводит к перетеканию на последний электрического флюида (или электрической атмосферы), вызывая одновременную электризацию.

Эпинус показал, что этим дело не ограничивается. Процесс более сложен. Возможна электризация на расстоянии. Это было веским доводом в пользу гипотезы о существовании двух разноименных флюидов.

Эпинус пытался разработать математическую теорию электрических и магнитных явлений. Он исходил из представления о двух электрических и двух магнитных флюидах. Эпинус изложил свои результаты в 1759 году в трактате «Опыт теории электричества и магнетизма». Здесь он высказал мысль о том, что электрические и магнитные силы, подобно силам тяготения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния.

Новые силы Природы — электрические и магнитные — властно завоевывали умы исследователей, заставляя их ломать головы над решением увлекательнейшей проблемы.

НОВЫЙ ПУТЬ. ОТ НАБЛЮДЕНИЙ К ИЗМЕРЕНИЯМ

Первого успеха на новом пути исследования электрических и магнитных явлений достиг француз Ш. О. Кулон. Он был военный инженер, увлекшийся физикой. Он перешел от наблюдений к измерениям. Есть некоторое сходство между ним и Ньютоном. Их главные достижения основаны на исследованиях, лежащих за пределами работ современников.

Для Ньютона такой, пролагающей новые пути, областью явилась математика, в которой он совершил величайший рывок. Он сделал своим основным исследовательским оружием эксперимент и математическую обработку результатов эксперимента. Таким путем он создал механику — науку о силах и вызываемых ими движениях.

Для Кулона основой послужили блестящие, но лежащие в стороне от общих интересов, исследования кручения упругих нитей. Он закончил их в 1784 году, установив, что сила, необходимая для закручивания нити, зависит не только от свойств ее материала. Упругая нить, писал он, может служить основой для точного измерения силы потому, что сила, требуемая для ее закручивания, пропорциональна углу закручивания и вполне определенно зависит от размеров нити. Сила закручивания пропорциональна четвертой степени диаметра нити и обратно пропорциональна ее длине. Кулон воспользовался полученным результатом для создания нового измерительного прибора. Прибор состоял из легкого коромысла, прикрепленного за середину к тонкой нити, и шкалы для измерения угла поворота коромысла.

Самым точным прибором для измерения силы в то время были весы, поэтому Кулон назвал свой новый прибор, основанный на изучении кручения нити — крутильными весами. Название сохранилось до наших дней и навсегда останется в науке, ибо крутильные весы становятся все чувствительнее и точнее, и не уступают в этом большинству приборов.

Кулон начал применять крутильные весы для измерения трения между твердыми телами и жидкостями и установил закон, связывающий величину трения с вязкостью жидкости и со скоростью движения тела в жидкости.

Затем он применил крутильные весы для измерения малых электрических и магнитных сил. Это было первым шагом, превращавшим исследование электрических и магнитных сил в количественную науку, полностью соответствующую Ньютоновскому пониманию задач науки.

Так изобретения, сделанные в области механики, послужили фундаментом для развития знаний в области электромагнитных явлений.

Кулон начал с того, что закрепил на одном конце сделанного из шеллака легкого коромысла своих крутильных весов маленький, изготовленный из бузины и позолоченный шарик. Затем уравновесил его листком слюды, помещенным на другом конце коромысла. Листок одновременно служил для успокоения колебаний коромысла, тормозясь о воздух.

Кулон заряжал бузиновый шарик наэлектризованной стеклянной палочкой, ждал успокоения колебаний коромысла и отмечал по шкале положение его равновесия. Сделав это, он подносил на некоторое расстояние к бузиновому шарику другой шарик, заряженный одноименным электричеством. Затем приближал его вдоль линии, перпендикулярной к коромыслу, изменяя направление перемещения по мере поворота коромысла так, чтобы подносимый шарик двигался по дуге окружности.

По мере продвижения заряженного шарика электрические силы отталкивали бузиновый шарик, вызывая поворот коромысла. Дождавшись успокоения колебаний коромысла, он измерял расстояние между шариками и угол поворота коромысла. Тщательные измерения и простые вычисления показали, что сила отталкивания пропорциональна произведению электрических зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами шариков.

Математическое выражение закона отталкивания одноименных электрических зарядов совпало по форме с законом тяготения. Кулон предполагал это. Ведь он был идейным наследником Ньютона. Но теперь гипотеза трансформировалась в опытный факт!

Труднее было с установлением закона притяжения разноименных зарядов. Как следовало ожидать, сила притяжения возрастала по мере сближения разноименных зарядов и иногда приводила к их соприкосновению.

Кулону все же удалось несколько раз уравновесить упругую силу подвеса крутильных весов и силу притяжения зарядов. Но положение равновесия было неустойчивым и расстояние быстро начинало изменяться в ту или другую сторону — действие электрического заряда и упругость нити подвеса конкурировали между собой.

Тогда Кулона осенила блестящая идея. Он придумал для измерения малых притягивающих сил способ, известный как «метод колебаний». Теперь не нужно стремиться к достижению равновесия. Кулон начал применять свои крутильные весы в качестве крутильного маятника и измерять зависимость периода его колебаний от действия силы, порождаемой близким заряженным шариком.

Здесь Кулон следовал Галилею. Галилей пренебрегал второстепенным. И Кулон понимал, что силу тяжести можно не учитывать. Ведь она направлена вдоль нити и уравновешена ее упругостью. Но сила упругости нити и инертная масса коромысла, взаимодействуя между собой, образуют колебательную систему — крутильный маятник. Для того, чтобы применять его для измерения внешних сил нужно, чтобы сила упругости нити была меньше измеряемой силы. Достаточно тонкие и длинные нити позволяют выполнить это условие.

Нужно еще, чтобы измеряемая сила была связана с периодом маятника по возможности простой зависимостью.

Галилей ограничивал свои опыты условием: величина колебаний маятника должна быть достаточно малой. В этом случае Галилей мог заменить синус угла отклонения в выражении периода колебаний маятника самим углом. Это же сделал Кулон. Он проводил опыты с малыми зарядами, когда силы их взаимного притяжения малы.

Выбирая заряды Кулон, по существу, добивался не малости зарядов, а малости вызываемых ими отклонений крутильного маятника.

Проверив выполнение своих требований, он слегка отклонял коромысло и наблюдал, как оно колеблется при отсутствии наэлектризованной палочки и при приближении на определенное расстояние заряженного шарика, находящегося на ее конце. Измерив период колебаний коромысла он вычислил его зависимость от величины зарядов и расстояния между ними и снова пришел к ожидаемому результату: сила взаимодействия разноименных зарядов пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Затем Кулон взялся за исследование магнитных сил. Мы знаем, что было известно Кулону: при намагничивании выявляют свое присутствие две магнитные жидкости. Они разбегаются к противоположным концам намагничиваемого стержня, образуя его противоположные полюсы.

Некоторые намагниченные предметы быстро лишаются магнитных свойств. Это происходит потому, что при удалении внешнего магнита их магнитные жидкости вновь перемешиваются и их магнетизм взаимно гасится. Другие намагниченные предметы остаются магнитами и после того, как вызвавший их намагничивание внешний магнит удален. Какая-то внутренняя сила неизвестной природы препятствует в них смешиванию разделенных магнитных флюидов. Мы сейчас называем силу, удерживающую намагниченный предмет в намагниченном состоянии, коэрцитивной силой.

Кулон знал, что силы взаимодействия полюсов магнитов подобны силам взаимодействия электрических зарядов: для одноименных магнитных полюсов это силы отталкивания, для разноименных — силы притяжения. Он предполагал, что математическая форма зависимости этих сил от величины «магнитных зарядов» и от расстояния между ними такая же как у электрических зарядов.

Это следовало проверить опытом. Путем измерения величины силы при помощи крутильных весов.

Возникало, однако, затруднение. Его можно было предвидеть. Ведь магнитные полюсы невозможно изолировать. Мы знаем, что об этом, как об известном, писал еще в 16-ом веке Перегрино. Сломав магнит, ты получишь два меньших магнита, каждый с обоими полюсами.

Естественно, что при приближении одного магнита к другому они одновременно будут испытывать отталкивание одноименных полюсов и притяжение разноименных.

Можно ли предвидеть результат?

Конечно. Если оба магнита подвешены на длинных тонких нитях, образующих крутильные весы, эти магниты прежде всего начнут поворачиваться. Как? Так, чтобы пары разноименных полюсов, которые в первый момент ближе между собой, повернулись друг к другу. После этого магниты сблизятся и соприкоснутся этими противоположными полюсами, если нити укреплены достаточно близко одна от другой.

Произойдет маленькое чудо. Вместо двух отдельных магнитов возникнет один с двумя разноименными полюсами на концах. В месте соприкосновения невозможно обнаружить два разноименных полюса. Они исчезнут. Их невозможно обнаружить и при помощи третьего вспомогательного магнита.

Подумаем, как Кулон вышел из этого затруднения.

Попытки установить величину силы магнитного взаимодействия расчетным путем приводили к огромным трудностям. Ведь истинное распределение магнитных флюидов внутри магнитов неизвестно.

Кулон проявил здесь остроумие экспериментатора, достойное Галилея. Он изготовил пару тонких длинных магнитов с шариками на концах и представил их себе, как магнитную гантель — аналогичную гимнастическому прибору: паре шаров, соединенных тонкой перекладиной. Он предположил, что магнитные флюиды, подобно разноименным магнитным зарядам, полностью сосредоточены в центрах шаров.

Теперь остается следовать указанию Галилея: оставить главное и пренебречь второстепенным.

Нужно представить, что две гантели сближены разноименными полюсами, но не до соприкосновения. Тогда взаимодействие между этими полюсами будет велико. Они будут сильно притягивать друг друга. Взаимодействием внешних более удаленных полюсов можно пренебречь. (Или вычислить поправки, вызванные их взаимодействием. Математикам удается провести такие вычисления.)

Если гантели сближены одноименными полюсами, они будут взаимно отталкиваться. И в этом случае главную роль играют силы отталкивания, действующие между близкими полюсами.

Дальше, как говорят, дело техники.

Кулон укрепил тонкий длинный магнит в качестве коромысла крутильных весов. И провел измерения зависимости сил магнитного взаимодействия, поднося второй длинный магнит так, чтобы их оси совпадали, но полюсы не соприкасались. Для этого нужно, чтобы второй магнит был ориентирован соосно с первым и перемещался вдоль их общей оси. Теперь нужно осторожно повернуть магнит, висящий на подвесе, и измерить период его колебаний, а также зависимость этого периода от расстояния между сближенными полюсами.

Вычисления, проведенные на основе многочисленных измерений, показали, что силы взаимодействия магнитных полюсов подчиняются тому же закону, которому следуют силы взаимодействия электрических зарядов.

Если связать с магнитными полюсами соответствующие «магнитные заряды», то в обоих случаях силы пропорциональны произведениям величины зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные — притягиваются.

Как и предполагал Кулон, силы, действующие между электрическими и магнитными зарядами, как и силы тяжести, направлены вдоль линии, соединяющей взаимодействующие тела! Это очень важно. Это показывает, что имеется глубокая аналогия между всеми тремя типами сил, известными в то время.

Первую трещину, возникшую на этой ясной и целостной картине мира, удалось обнаружить лишь через тридцать пять лет.

СЕНСАЦИЯ ГАЛЬВАНИ. ВОЛЬТОВ СТОЛБ

Впрочем, зародыш этой трещины был порожден, как считается, случайным наблюдением профессора анатомии Болонского университета Л. Гальвани. В действительности, как пишет Гальвани, дело обстояло так: его помощник (имени которого он не называет), заметил, что препарированная лапка лягушки сокращается каждый раз, когда, одновременно с прикосновением к ее бедренному нерву, из электрической (электростатической) машины извлекается искра. Гальвани исследовал это явление с 1780 года почти до смерти (последнее сообщение опубликовано в 1797 году, а он умер 4 декабря 1798 года).

Уже первые исследования показали Гальвани, что сокращение возникает и при отсутствии внешних разрядов в момент соединения нерва с другой частью лапки при помощи металла, причем серебро действовало много сильнее, чем железо или медь, а применение двух соприкасающихся металлов давало еще больший эффект.

Гальвани так и не узнал ничего о причине этого явления, но его открытие привлекло всеобщее внимание.

Наибольшего успеха добился уроженец итальянского города Комо физик А. Вольта. Он первоначально считал, что «животного электричества» не существует, за исключением особого случая «электрических рыб» — скатов и некоторых других. Результаты опытов, описанные Гальвани, показались ему необычайными, поразительными, по-существу, фантастическими.

Но коллеги Вольта по Павийскому университету, зная его как тонкого экспериментатора, настояли на том, чтобы он повторил опыты Гальвани. Эксперименты начались 24 марта 1792 года. Скептицизм Вольта быстро рассеялся. Уже 3 апреля этого года он написал Гальвани: «Итак, вот я, наконец, обращен; с тех пор, как я стал сам очевидцем и наблюдал эти чудеса, я, пожалуй, перешел от недоверия к фанатизму».

Будучи опытным экспериментатором, Вольта быстро нашел центральный пункт в наблюдениях Гальвани: разнородные металлы действуют сильнее, чем однородные. Исследования показали ему, что в опытах Гальвани всегда присутствовали различные металлы. Или куски, изготовленные из однородного металла, но отличающиеся состоянием поверхности в местах, прикасающихся к животному препарату. Вольта четко показал, что металлы, прикасающиеся к телу животного, должны различаться. Если они одинаковы и их поверхности свежеобработаны, а по соседству не проскакивают искры — эффект не наблюдается.

Уже 14 мая Вольта в университетской лекции утверждает, что нервы и мышцы препарата являются лишь индикатором. Он показывает знаменитый опыт.

Положив на язык золотую или серебряную монету и касаясь ее и кончика языка оловянной или свинцовой пластинкой, он ощущает кисловатый привкус. Если поменять местами металлические предметы, кисловатый вкус переходит в «щелочной», то есть отдающий горечью.

В июне того же года Вольта пришел к решающему результату: «.. металлы не только прекрасные проводники, но и двигатели электричества…» Затем он пишет, что они «… сами вызывают нарушение равновесия тем, что извлекают этот флюид и выводят его …» Вместо «вызывают нарушение равновесия» мы теперь говорим «создают разность потенциалов».

В ходе полемики с Гальвани Вольта пришел к заключению о том, что нарушение равновесия электрических флюидов вызывает не только касание металлов, но и соприкосновение других проводников электричества, например, влажных предметов.

В результате многочисленных опытов Вольта «расставляет» металлы в ряд так, что наибольшее контактное напряжение возникает между металлами, более удаленными один от другого в этом ряду.

В 1796 году Вольта сумел обнаружить действие контактного электричества без помощи языка или препаратов Гальвани, а чисто физическими методами. После опытов с прибором, создающим электричество без всякого трения, путем бесконтактной электростатической индукции между вращающимися и неподвижными металлическими пластинами — Вольта останавливается на известном нам электроскопе с соприкасающимися легкими листочками, расходящимися под действием электрического заряда.

Теперь его опыты, наконец, дают объективные результаты. В конце 1799 года Вольта делает величайшее открытие. Если положить между парой разнородных металлов влажную ткань, то между металлами возникает «постоянное нарушение электрического равновесия».

Он накладывает много чередующихся металлических пластинок так, что каждая пара разделена влажной тканью, и обнаруживает сотрясение руки, как от лейденской банки. Но это устройство отличается от лейденской банки тем, что после каждого разряда самопроизвольно восстанавливает свой заряд. Это значит, что «прибор создает неуничтожаемый заряд, дает непрерывный импульс электрическому флюиду».

Вольта назвал новый прибор «электродвижущим аппаратом», а в последующей литературе он известен, как Вольтов столб. Столб потому, что Вольта клал чередующиеся пары металлов, разделенные влажной тканью, одну на другую, образуя из них вертикальную конструкцию.

Так человечество овладело источником постоянного электрического тока. И потомки вольтова столба — химические источники электрического тока с тех пор верно служат в переносных радиоприемниках и магнитофонах, в фонарях и во многих других полезных устройствах. Мы попросту называем их элементами или батарейками.

Практическое значение работы Вольта очевидно. Но еще важнее дорога, которую он, не сознавая ее значения, проложил, как взлетную полосу для радикального расширения наших знаний в области фундаментальных наук.

Речь идет о связи между электричеством и химией. Существование этой связи было известно и раньше. Но наблюдения, проводимые при помощи электрических разрядов, получаемых от лейденских банок и электростатических машин, давали очень незначительные эффекты, практически не поддававшиеся количественным измерениям.

Применение «электродвижущих аппаратов» значительно упрощало опыты и приводило к впечатляющим эффектам. Сам Вольта наблюдал таким образом разложение растворенных солей и окисление металлов. Затем английские ученые Э. Карлейль и У. Николсон при помощи «электродвижущего аппарата» разложили воду на водород и кислород.

Систематические исследования, проведенные английским химиком Х. Дэви, породили новую пограничную область науки — электрохимию.

Электрические батареи, потомки вольтова столба позволили наглядно продемонстрировать выделение тепла при прохождении электрического тока.

По-видимому, первым, сообщившим в 1802 году о новом источнике света, был француз Кюрте. В его опыте при замыкании батареи железным проводником, соприкасающимся с куском угля, появлялись искры, настолько яркие, что они освещали окружающие предметы.

В том же году русский академик В. В. Петров получил стабильную электрическую дугу и показал возможность использовать ее в течении длительного времени для освещения и для плавления металлов. Для этого он использовал построенную им большую «гальваническую» батарею, состоящую из 2100 медно-цинковых элементов.

Он показал, что источником напряжения в ней является химический процесс с участием металла и электролита. Электролитом служил раствор нашатыря, пропитывающего бумажные листки, разделявшие тонкие медные и цинковые диски.

Петров установил, что при увеличении сечения проводника, замыкающего батарею, сила тока возрастает. Он первым пришел к изоляции поверхности проводника. Исследовал при помощи постоянного тока явления электрического разряда в вакууме и обнаружил зависимость характера разряда от степени разрежения газа. Другие выдающиеся исследования и результаты Петрова выходят далеко за пределы этой книги.

В 1810 году Дэви повторил опыты Петрова, построив батарею из 2000 элементов и демонстрируя впечатляющие опыты с электрической дугой, которую долго называли Вольтовой дугой, в честь изобретателя гальванической батареи.

ПОВОРАЧИВАЮЩАЯ СИЛА

Так, переходя из рук в руки, продвигался факел науки, разгораясь ярче с каждым шагом. Все укладывалось в рамки основополагающей идеи Ньютона: мир состоит из материальных тел, взаимодействующих между собой при помощи сил, направленных вдоль линий, соединяющих эти тела. Математика уточняет: в случае тел сложной формы силы направлены вдоль прямых, соединяющих центры тяжести этих тел.

Экспериментальные исследования сил, возникающих между ними, обладающими электрическими зарядами или магнитными свойствами, привели к тому же. Эти силы тоже действуют по линиям, направленным между зарядами. Математика и в этом случае приводит к формулам, аналогичным закону тяготения.

Есть, конечно, и различие. Силы тяготения всегда являются силами притяжения. Электрические и магнитные силы могут привести как к притяжению, так и к отталкиванию.

Подтвердилась и особенность магнитных сил: магнитные полюсы невозможно изолировать. Они всегда присутствуют попарно.

Эти факты обнаружены при помощи опытов. В духе Ньютона они поддаются математическому описанию. Все силы действуют вдоль прямых, соединяющих источники силы.

Идиллию разрушил датский физик, профессор Копенгагенского университета Х. Эрстед. Среди других проблем его интересовал вопрос о связи между электрическими и магнитными силами. Существование такой связи предполагали самые первые исследователи электрических и магнитных взаимодействий.

Были и сомневающиеся. Кардан и Гильберт настойчиво искали доказательств того, что подобная связь отсутствует. Они не смогли найти этих доказательств. Напротив, Франклин сумел обнаружить, что железные предметы намагничиваются, если они расположены вблизи проводника, через который проходит электрический заряд от лейденской банки.

21 июня 1820 года Эрстед на четырех страницах описал простой опыт. Электрический ток, протекающий по прямому проводу, идущему вдоль меридиана, отклоняет магнитную стрелку, расположенную вблизи этого проводника, от ее обычного положения, от направления север-юг.

Так впервые была обнаружена новая сила, отличная от известных Ньютону, Кулону и всем остальным ученым того времени. Она действовала не вдоль линий, соединяющих взаимодействующие тела. Она поворачивала магнитную стрелку! Это была «поворачивающая сила».

Статья Эрстеда написана на языке научного общения того времени, на латыни. Но уже существовали и научные журналы на живых языках.

Переводы для них выполняли ученики. Открытие Эрстеда столь сильно отличалось от системы научных взглядов того времени, что переводчики, будучи не уверенными в том, что они правильно понимают Эрстеда, давая буквальный перевод, приводили и оригинальный латинский текст фраз автора, относящихся к «поворачивающей силе».

Удивление и интерес ученых, экспериментаторов и теоретиков быстро распространился и среди людей, далеких от науки. Все хотели увидеть действие таинственной силы, поворачивающей магнитную стрелку.

В том же году знакомый уже нам французский физик Араго обнаружил, что проводник, по которому проходит электрический ток, «облепливается железными опилками так, как если бы это был магнит». Он заключил, что электрический ток вызывает магнетизм в железе, не подвергавшемся предварительному намагничиванию.

В том же 1820 году в это детективное расследование включились французские ученые Ж. Б. Био и Ф. Савар. Био был физиком, а Савар — военным хирургом. Они начали измерения величины силы, с которой электрический ток действует на магнитную стрелку.

Они воспользовались разработанным Кулоном методом колебаний крутильного маятника. Основой их установки был вертикальный проводник и расположенная вблизи него магнитная стрелка. При включении электрического тока магнитная стрелка начинала колебаться. Они изменяли расстояние центра стрелки от проводника. Оказалось, что сила, действующая на стрелку, зависит от расстояния иначе, чем в законах Ньютона и Кулона. Величина силы уменьшалась обратно пропорционально величине расстояния, а не квадрату расстояния. Это казалось странным и непонятным ученым, привыкшим к тому, что сила взаимного притяжения двух тел и сила взаимодействия электрических зарядов во всех случаях была обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Необычная зависимость силы от расстояния заинтересовала знаменитого французского астронома, физика и математика П. С. Лапласа. Он был большим авторитетом в мире науки и его заинтересованность сама по себе говорила о важности проблемы. Обсуждая результат Био и Савара он показал, что странный вид зависимости силы от расстояния объясняется тем, что на магнитную стрелку действует длинный провод. Если мысленно разделить провод на короткие участки и вычислять зависимость силы, действующей на стрелку, от каждого участка, то в формулу войдет обратная пропорциональность квадрата расстояния этого участка от стрелки.

Вспомним, что в математическую формулу закона тяготения и закона Кулона входит квадрат расстояния только потому, что они записаны для точечных масс и зарядов. Они сохраняют свой простой вид только для тел сферической формы и только, если расстояния измеряются между центрами этих сфер. Для тел иной формы формулы усложняются. По-видимому Лаплас был первым, обратившим внимание на это обстоятельство.

Так началось широкое наступление на тайну, связывающую электричество с магнетизмом.

Целый ряд важнейших результатов в этой области получил многосторонний французский ученый, прежде всего физик и математик, А. М. Ампер. 18 сентября 1820 года он сообщил Парижской академии наук об открытом им взаимодействии двух проводников, по которым проходят электрические токи. Согласные токи, то есть токи, текущие в двух проводниках в одинаковом направлении, взаимно притягиваются. Встречные токи вызывают взаимное отталкивание проводников.

Сохранилось предание о том, что после доклада Ампера один из присутствующих заметил: но что же нового в том, что вы нам рассказали? Мы знаем, что два проводника с током влияют на магнитную стрелку, ясно, что они должны действовать и друг на друга!

Ампер не знал, что возразить. Тогда вмешался Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: «Каждый из них влияет на магнитную стрелку, но они не действуют друг на друга».

Реакция Лапласа была иной. После доклада Ампера, сопровождавшего демонстрацией, Лаплас спросил ассистента, показывавшего опыт: «А не вы ли, молодой человек, подталкивали провод?»

Оригинальность хода мыслей Ампера привела его к великому открытию. Мы уже упоминали об опыте Араго, обнаружившего притяжение железных опилок к проводнику, сквозь который проходит электрический ток. Все объяснили это тем, что электрический ток превращает проводник в магнит. Притяжение «согласных токов» видимым образом противоречит этому мнению.

Гений Ампера подсказал ему противоположное решение: не проводник становится магнитом, а магнит представляет собой совокупность круговых токов. Если это справедливо, то множество круговых токов, заполняющих прямой магнит, взаимодействуют между собой так, что все токи становятся параллельными, а их плоскости — перпендикулярными оси магнита. Ампер имел в виду кольцевые токи, протекающие по окружности малого размера, не уточняя их физическую природу.

Но он представил себе и макроскопическую модель этой совокупности. И реализовал такую модель. Он намотал спираль из металлической проволоки. Длина спирали была много больше, чем диаметр ее витков.

Ампер предполагал, что при прохождении электрического тока по виткам спирали она приобретет свойства магнита. Опыт блестяще подтвердил его рассуждения.

Затем он убедился в том, что одиночный виток проволоки ведет себя, как железная пластинка, намагниченная поперек ее плоскости.

Ампер стремился к краткости. Поэтому он создал много терминов, способных заменить многократное повторение длинных описаний. Таковы электростатика — взаимодействие неподвижных зарядов, электродинамика — взаимодействие движущихся зарядов или токов, соленоид — спираль из проволоки, магнитостатика — взаимодействие неподвижных магнитов, электромагнитное взаимодействие — взаимодействие токов и магнитов, и другие термины, применяемые и в наши дни.

Написав формулу взаимодействия элементарных токов, Ампер вывел из нее закон Био и Савара, а также закон Кулона для статического взаимодействия двух магнитов, рассматриваемых как две системы токов. Таким путем он смог объяснить «поворачивающую силу» Эрстеда, сведя ее к взаимодействию элементарных витков — магнитиков, направленному вдоль соединяющей их прямой.

Так Амперу удалось возродить механическую концепцию, поколебленную опытом Эрстеда. Но, как мы скоро увидим, трещина была скрыта только на поверхности, но продолжала существовать. Она вскрылась вновь спустя несколько десятилетий.

УРОЖАЙНЫЕ ГОДЫ. ТРАГЕДИЯ МАЙЕРА

События, описанные в предыдущем разделе, возникли взрывообразно в течение 1820–1821 годов главным образом благодаря трудам Эрстеда и Ампера.

Последующие годы тоже были урожайными. Еще в 1821 году немецкий физик Т. Зеебек исследовал влияние нагревания на прохождение электрического тока через проводники. Случай и наблюдательность привели его к открытию. Он припаял кусок висмута к концам медной спирали так, что образовался замкнутый проводник. Если один из спаев был теплее другого, то магнитная стрелка, помещенная вблизи конца спирали, отклонялась, как если бы спираль превращалась в магнит.

Зеебек понял, что это указывает на прохождение по спирали электрического тока, который шел через холодный спай от меди к висмуту, а через теплый спай от висмута к меди. Ток тек непрерывно в течение всего времени, пока сохранялась разница между температурами обоих спаев. Это был новый «вечный» источник электрического тока.

Эрстед в 1823 году назвал этот ток термоэлектрическим током. В этом же году Эрстед и французский математик и физик Ж. Фурье независимо установил, что термоэлектрический ток обладает свойством суперпозиции. Это значит, что напряжения, возникающие при последовательном соединении двух спаев разнородных металлов, складываются, если оба «левых» и оба «правых» спая имеют одинаковую температуру, но температуры «левых» спаев отличаются от температуры «правых». Так, наращивая спаи один за другим, и в наши дни создают термоэлектрические батареи, преобразующие тепловую энергию в электрическую. Одиночные термопары позволяют точно и надежно измерять разность температур между двумя спаями разнородных металлов.

В 1824 году Араго обратил внимание на то, что стрелка компаса, заключенная в медный корпус, движется медленнее, чем в корпусе, изготовленном из изолирующего материала. Иначе, чем наитием не назовешь его решение поместить над стрелкой компаса медный диск. Диск мог вращаться вокруг оси, являющейся продолжением оси, на которой укреплена стрелка. Произошло чудо — при вращении диска стрелка отклонилась! Изменение направления вращения диска заставило стрелку отклониться в противоположную сторону…

Не кажется ли тебе, читатель, что ученые подобны детям, складывающим из отдельных кубиков картинку? Но в отличие от детской игры у ученых нет этой картинки! Они — наоборот — перебирают кубики до тех пор, пока у них не складывается картинка, отражающая истинные контуры окружающего мира. У них нет достоверного образца, к истине их ведет интуиция, жажда найти ответ на поставленный вопрос, любознательность и знания!

Итак, продолжим повествование.

Причина, связывающая отклонение стрелки с вращением диска, представлялась весьма таинственной. Гипотезы, придуманные для объяснения опыта Араго, не выдерживали критики. К этой тайне мы еще возвратимся.

Француз Ж. Пельтье, бывший до тридцати лет часовщиком, а потом увлекшийся физикой, в 1835 году задумался над вопросом: как распределяется температура при прохождении электрического тока через границу двух металлов? Оказалось, что в местах спаев температура резко изменяется.

К его удивлению один и тот же спай изменял свою температуру в зависимости от направления тока.

Если спай при одном направлении тока нагревался сильнее, чем соседние участки металлов, то при изменении направления тока спай охлаждался. Наибольший эффект наблюдался для спаев висмута с сурьмой.

Многие физики усомнились в открытии Пельтье. Ведь результат противоречил твердо установленному факту нагревания проводников при прохождении электрического тока. Может быть такое отношение было связано с тем, что Пельтье был в физике самоучкой?

Лишь через четыре года немецкий физик Погендорф бесспорно подтвердил правоту Пельтье. Его путь в науку тоже был долгим. В течении восьми лет он был аптекарем, лишь в двадцать четыре года поступил в университет и, будучи студентом первого курса, изобрел гальванометр — измеритель слабых токов, успешно доживший до наших дней. Через пять лет он изобрел «зеркальную шкалу», узкую зеркальную дугу, помещаемую под стрелку измерительного прибора, под его шкалу и помогающую наблюдать стрелку без параллакса. При этом нужно «держать» глаз всегда строго над стрелкой.

Сейчас широко распространены терморегуляторы, основанные на эффекте Пельтье. Изменяя силу и направление тока, с их помощью добиваются выделения или поглощения тепла или поддержания температуры на заданном уровне. Они с успехом работают в качестве охладителей или терморегуляторов электронной техники, в медицине и в некоторых бытовых приборах.

Наряду с открытием неожиданных эффектов, связанных с прохождением электрического тока через проводники, в течение долгого времени оставались неясными законы и «механизмы», приводящие к нагреванию обычных проводников, лишенных спаев.

Лишь в 1841 году англичанин Д. П. Джоуль, бывший пивовар, начал экспериментировать, основываясь на представлении о течении электрического флюида и предполагая, что теплота выделяется при соударении частиц флюида с частицами проводника. Он писал: «… я подумал, что действие тока должно изменяться при изменении силы электрического тока, как квадрат силы тока. Ясно, что в таком случае сопротивление должно изменяться в двойном отношении: из-за увеличения количества проходящего электричества в данный промежуток времени, а также из-за увеличения самой его скорости».

Сколь ни наивным кажется нам это рассуждение, эксперимент подтвердил ожидания Джоуля. Открытый им закон, наряду с проведенными исследованиями процесса выделения тепла за счет механической работы, легли в основу фундаментального закона сохранения энергии.

Этот важнейший физический закон впервые сформулирован немецким врачом Ю. Р. Майером. Непонимание современников оказалось причиной того, что судьба Майера была трагичной.

Участвуя в качестве корабельного врача в плавании на остров Яву, Майер заметил, что цвет венозной крови человека в тропиках значительно светлее, чем в северных широтах. Он понял, что существует связь между реакцией окисления питательных веществ в организме человека и выделением тепла. Он предположил, что теплота и механическая работа, на которую расходуется окисляемая пища, способны к взаимному превращению. Майер в 1845 году впервые установил закон сохранения энергии и вычислил механический эквивалент теплоты.

Выдающееся открытие не получило признания. Брошюра с изложением его исследований, изданная им на собственные средства, осталась почти неизвестной. Первооткрывателем закона стали называть Джоуля.

Попытки Майера защитить свой приоритет привели к недобросовестным нападкам на него, перешедшими в настоящую травлю. Это привело его в сумасшедший дом и к преждевременной смерти.

ПУТЬ ФАРАДЕЯ

В начале плодотворных двадцатых годов позапрошлого века в науку вошел сын кузнеца, переплетчик — самоучка М. Фарадей, лишь в двадцать шесть лет ставший ассистентом знаменитого химика Дэви. Руководящей мыслью Фарадея с самого начала его научной деятельности стала идея единства физических сил. В 1821 году он впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита. Это были, по существу, первые модели электрических двигателей. Здесь ясно продемонстрирована взаимосвязь электрических и магнитных сил, электрических и магнитных явлений.

Возродилась и вновь вошла в науку «поворачивающая сила», открытая Эрстедом. Но теперь не только ток поворачивал магнит, но и магнит поворачивал проводник с током. В том же 1821 году Фарадей поставил перед собой цель — превратить магнетизм в электричество.

Иногда говорят, что открытие — результат наития. Бывает и так. Но чаще — открытие возникает из глубокого обдумывания результатов эксперимента. Еще чаще — открытие рождается упорным систематическим трудом, тщательным проведением опытов, сопоставлением получаемых результатов с существующими теориями, выявлением неувязок, настойчивым стремлением к ясности.

Так Фарадей пришел к своему величайшему открытию. Десять лет упорного труда и глубоких размышлений привели его к пониманию явления электромагнитной индукции и получению электричества из магнетизма. Основные результаты получены при помощи простейшего приспособления: спирального проводника, присоединенного концами к гальванометру, и прямого постоянного магнита.

Стоит ввести магнит одним из концов внутрь спирали, как стрелка гальванометра отклонится. Если теперь извлечь магнит из спирали, стрелка гальванометра отклонится в противоположную сторону. Движение магнита порождает в проводнике электрический ток. Направление тока зависит от направления движения магнита.

Можно обойтись без постоянного магнита. Достаточно намотать на сердечник из мягкого железа две проволочные спирали. Концы одной из них нужно присоединить к гальванометру. Стоит присоединить концы второй спирали к электрической батарее, как стрелка гальванометра отклонится. При отключении батареи стрелка отклонится в противоположную сторону.

Здесь нет движущихся частей. Ток, порожденный батареей, проходя по второй спирали, превращает сердечник в магнит. В свою очередь этот магнит порождает электрический ток в первой спирали, о чем свидетельствует отклонение стрелки гальванометра. При отключении батареи сердечник размагничивается. Размагничивание сердечника порождает ток, направленный противоположно возникающему при намагничивании.

В этом случае тоже происходит двойное преобразование: ток, возникающий во второй спирали, намагничивает сердечник. Намагничивание сердечника порождает ток в первой спирали. Двойное преобразование сопровождает и выключение батареи.

Открытие электромагнитной индукции привело Фарадея к пониманию загадочного опыта Араго.

Он пришел к выводу о том, что вращение медного диска в магнитном поле Земли вызывает появление в диске индуктивных электрических токов. Магнитное поле этих токов отклоняет стрелку компаса.

Для доказательства правильности этого объяснения Фарадей поместил вращающийся медный диск между полюсами магнита. Затем присоединил гальванометр одним проводом к оси вращающегося диска, а другим к краю этого диска. Гальванометр показывал наличие электрического тока, величина которого изменялась в зависимости от скорости вращения диска.

Фарадей изменял направление тока, вращая диск в противоположную сторону или меняя расположение полюсов магнита при неизменном направлении вращения диска. Главный вывод из этих опытов: механическая работа, затрачиваемая на вращение диска, превращается в электрический ток.

Кто же открыл возможность преобразовывать механическую энергию в электрический ток, — Араго, поставивший свой опыт, повинуясь интуиции, или Фарадей, превративший комбинацию постоянного магнита и вращающегося диска в источник электрического тока?

Несомненно, что изобретение первого механического генератора электрического тока принадлежит Фарадею, создавшему свою модель на основе ясного понимания сущности электромагнитной индукции.

Из этого опыта Фарадей вывел знаменитое правило, позволяющее определить направление тока в прямолинейном проводнике, движущемся перед полюсом магнита. Но, об этом позже.

ЕДИНСТВО СИЛ

Фарадей настойчиво продвигался к цели, поставленной в начале научной деятельности. Его целью была проверка интуитивно возникшей у него идеи об единстве физических сил. На этом пути он не мог обойти вопроса о воздействии сил на вещество.

Один из важнейших шагов в этом направлении было введение в науку представления о магнитных кривых:

«Под магнитными кривыми, — писал Фарадей, — я понимаю линии магнитных сил… Эти линии вырисовываются железными опилками; к ним касательно располагались бы весьма малые магнитные стрелочки».

Известно, что Фарадей не изучал математики и почти не пользовался ею. Тем удивительней его способность умозрительно проникать в глубинную суть эксперимента, извлекать из нее наглядные понятия и строить на их основе теоретические представления, позволяющие предсказывать неизвестные явления. И он умел при помощи дополнительных опытов обнаруживать и изучать эти явления.

Так, по-своему, Фарадей трансформировал триаду Галилея: опыт — теория — опыт. Он отвергал каждое теоретическое построение, не имеющее предсказательной силы. Он не возлагал на других проверку правильности своих предвидений. Он брал эту обязанность на себя.

Вот как он это делал.

Исходный опыт:

«Когда через провод проходит электрический ток, этот провод во всех своих точках окружен магнитными кривыми, интенсивность которых убывает с расстоянием».

Рассуждение:

«Мысленно можно уподобить их кольцам, расположенным в плоскостях, перпендикулярных проводу, или, вернее, к протекающему в нем току. Хотя и отличные по форме, эти кривые являются совершенно аналогичными тем, которые существуют между двумя обращенными друг к другу разноименными полюсами» — (магнитов, Р.Ж.).

Вывод:

«Когда второй провод, параллельный тому, который несет ток, приближают к последнему, то он проходит через магнитные кривые точно такого же рода, которые он пересекал бы при своем перемещении в некотором направлении между противоположными полюсами».

Но Фарадей уже знает, что относительное перемещение проводника и магнитных кривых вызывает в проводнике появление электрического тока.

Контрольный опыт: Перемещение проводника относительно магнитных кривых, окружающих второй проводник, несущий ток, действительно вызывает в первом проводнике появление тока.

Последующие опыты показывают полную аналогию магнитных кривых, порождаемых током, и магнитных кривых, порождаемых магнитом.

Опыт: если нет перемещения одного проводника относительно другого проводника, несущего ток, то ток в первом проводнике не возникает.

Объяснение: в этом случае магнитные кривые не пересекают проводник.

Опыт: Если проводник удаляют от проводника с током, то ток в первом проводнике течет в противоположном направлении, чем при его приближении.

Объяснение: магнитные кривые пересекаются в противоположном направлении.

Наконец, еще один опыт: оба проводника неподвижны; при включении тока в одном из них, ток возникает и в другом проводнике. При выключении тока в первом проводнике, во втором возникает ток противоположного направления.

Объяснение: при включении тока возникают и развиваются магнитные кривые, окружающие ток. «Они как бы распространяются в стороны от провода и, следовательно, оказываются по отношению к неподвижному, индуцируемому проводу в том же положении, как если бы он двигался в противоположном направлении поперек них или по направлению к несущему ток проводу».

Здесь впервые описано магнитное поле как объективная реальность, проявляющая себя магнитными кривыми. Показано, что электрический ток появляется в проводнике, если проводник и магнитные кривые смещаются друг относительно друга. Ток появляется независимо от того, что вызвало появление магнитных кривых (магнитного поля) и их пересечение проводником.

Слово «поле» еще не введено в описание картины, но установлена суть дела. Существенно относительное смещение проводника и промежуточного агента, представленного магнитными кривыми.

Фарадей, мысливший конкретно, представлял себе магнитные силовые линии особыми натяжениями эфира. Тесная связь между электрическими и магнитными явлениями побудило его к тому, чтобы связать и электрические взаимодействия с электрическими натяжениями в эфире. При этом он опирался на возможность «обнаружения» магнитных силовых линий при помощи мелкого порошка железа, а электрических силовых линий — при помощи сухой пыльцы растений.

Так возник и остался без ответа вопрос: могут ли эти натяжения, эти силовые линии возникать в «старом» эфире или, наряду с ними, существует особый, электромагнитный эфир?

ЕДИНСТВО СИЛ

Теперь можно возвратиться к тому, как Фарадей определил направление тока в проводнике. Для каждого частного случая ему приходилось рассуждать о том, как пересекаются магнитные кривые.

В 1833 году петербургский академик Э. Х. Ленц показал, что условия, определяющие в правилах Фарадея направления пересечения магнитных кривых, можно объединить одним правилом. Оно известно теперь каждому, как закон Ленца: индуцируемый ток направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует тому изменению магнитного поля, которое вызывает этот ток.

Это правило относится ко всем случаям электромагнитной индукции. Если индукцию вызывает движение магнита, то направление индуцируемого тока оказывается таким, что магнитное поле этого тока препятствует движению магнита. Если индукцию вызывает перемещение или деформация проводника с током, то магнитное поле индуцируемого тока препятствует перемещению или деформации проводника.

Точнее: магнитное поле наведенного тока препятствует изменению первоначального магнитного поля.

Открытие электромагнитной индукции поставило перед Фарадеем новый вопрос. Электричество возникает в различных процессах: при трении, при помощи химических реакций (электрическая батарея Вольта и ее потомки), при помощи электростатической индукции и при помощи электромагнитной индукции. Вопрос, сформулированный Фарадеем, таков: обладает ли электричеством единой природой, независимо от способа его получения?

Целым рядом опытов Фарадей доказал идентичность всех видов электричества. С этой целью он впервые применил баллистический гальванометр. Такой гальванометр специально предназначен для измерения количества электричества, протекающего по проводам за короткое время. Мы теперь говорим — короткими импульсами. Так происходит, например, при разряде лейденской банки или другого конденсатора.

Баллистический гальванометр отличается от обычного утяжеленной рамкой, несущей обмотку гальванометра и стрелку. Легкая рамка обычного гальванометра, обладающая малой инерцией, позволяет его стрелке следовать за изменениями силы тока, указывая силу тока в данный момент. Мощный кратковременный импульс тока, проходя через обмотку легкой рамки, заставит стрелку такого гальванометра почти мгновенно дойти до упора, находящегося в конце шкалы. Даже если при этом гальванометр останется не подвижным, он не позволит судить о количестве протекшего электричества.

Иначе ведет себя баллистический гальванометр. Короткий импульс электрического тока тоже воздействует на тяжелую рамку, как толчок. Но инерция рамки не дает ей набрать большую скорость. И она будет отклоняться, постепенно уменьшая скорость поворота. Уменьшая до тех пор, пока пружина гальванометра, удерживающая рамку, не воспримет всю энергию, полученную рамкой от электрического импульса. Таким образом баллистический гальванометр суммирует (точнее — интегрирует) работу, производимую при прохождении кратковременного тока. Конечно, не следует забывать, что электрический ток, проходящий по обмотке рамки, заставляет рамку поворачиваться не сам по себе, а в результате взаимодействия порождаемого им магнитного поля с полем магнита, входящего в этот гальванометр.

Фарадей объединил эту способность баллистического гальванометра с наблюдавшимся Вольта разложением растворенных солей при прохождении электрического тока.

Он, со свойственным ему искусством экспериментатора, добился того, что электрические токи, полученные от различных источников (лейденской банки, кратковременно включающегося Вольтова столба) или путем индукции, вызывали одинаковое смещение стрелки баллистического гальванометра. То есть совершали одинаковую работу, деформируя пружинку, прикрепленную к рамке гальванометра. При этом он пропускал ток, проходящий через гальванометр, также через банку с раствором соли. Вот его вывод:

«Химическая сила, подобно магнитной силе, прямо пропорциональна абсолютному количеству прошедшего электричества».

Проводя эти опыты, Фарадей попутно открыл, что электрический ток разлагает не только растворы солей в воде. Заметив, что лед не проводит электричества, а образовавшаяся из него вода является проводником, Фарадей сразу заключил, что это не может быть особым свойством льда и воды. Вероятно, решил он, так же ведут себя и другие легкоплавкие вещества. Проделав опыты с твердыми и расплавленными соединениями хлора с калием он убедился в том, что его гипотеза правильна.

Так Фарадей сделал свое второе великое открытие. Он не только доказал ясными опытами родство электрических, магнитных и химических сил. Попутно он установил, что ряд химических соединений, являющихся в твердом состоянии изоляторами, способен в жидком состоянии проводить электрический ток и что количество продуктов электрического разложения пропорционально количеству электричества, прошедшего через жидкость.

КЛЕТКА ФАРАДЕЯ

Фарадей не нашел объяснения своему открытию. Его объяснение казалось очень искусственным (и по существу ошибочным). Он считал слишком сложным предположение о том, что в жидком состоянии некоторые вещества самопроизвольно распадаются. Но опыт показал, что исследованные жидкости проводят и очень слабые токи. Поэтому нельзя предполагать, что способность проводить электричество создается источником тока.

Лишь в 1857 году немецкий физик-теоретик Р. Клаузиус, один из создателей кинетической теории газов и термодинамики, преодолел сомнения Фарадея и показал, что тепловые движения молекул жидкости могут и в отсутствие электрического тока привести к распаду молекул на ионы, существующие самостоятельно. Его теория была встречена с недоверием. Только через тридцать лет шведский ученый С. Аррениус подтвердил правоту Клаузиуса многочисленными опытами и разработал теорию, объясняющую как происходит в жидкостях распад молекул на ионы. Так была построена теория электролитической диссоциации, один из надежных мостов между физикой и химией.

В предыдущих абзацах встречается без пояснения ряд терминов. Занявшись исследованием химических действий электрического тока, Фарадей, как в свое время Ампер, почувствовал затруднения, связанные с отсутствием терминов, способных сократить многословные рассуждения. Посоветовавшись с историком У. Уэвеллом, Фарадей предложил отказаться в новой области от термина «полюс», ибо с этим термином уже прочно ассоциируется представление о притяжении и отталкивании. Он ввел новый термин «электрод», уточнив, что электрод, соединенный с положительным полюсом батареи, следует называть «анодом», а электрод, связанный с отрицательным полюсом, получил наименование «катод».

Далее, он назвал молекулы, движущиеся к аноду «анионами», а движущиеся к катоду «катионами», объединив их общим термином «ион». Напомним, что Фарадей не верил в то, что молекулы в растворе способны распадаться. Поэтому его термины, по существу, не совпадают с современными. Ведь мы теперь называем ионами, анионами и катионами не сами молекулы вещества, а их «осколки», получающиеся при электролитической диссоциации.

Фарадей ввел также термин «электролит», обозначая им вещество, подвергающееся электрохимическому разложению, и «электролиз» — для названия процесса такого разложения.

Фарадей при помощи тщательных опытов не только установил основной закон электролиза: количество выделившихся продуктов электролиза в точности пропорционально количеству прошедшего электричества, но и указал, что собирая и взвешивая продукты электрохимического разложения можно с большой точностью измерять количество прошедшего электричества.

Цикл опытов с электролитами привлек внимание Фарадея к старому вопросу: представляет ли электрический ток в проводниках одновременное движение двух различных электрических флюидов в противоположных направлениях или движение одного флюида в одном направлении?

Фарадей решил этот вопрос радикально, в свойственной ему четкой форме: электрический ток — вовсе не флюид, а «… ось сил, в которой силы, в точности равные по величине, направлены в противоположные стороны».

Мы, с высот современности, можем считать это определение ошибочным. Ведь мы знаем, что электрический ток есть движение электрических зарядов.

Но следует признать, что Фарадей этим определением полностью отвергает возможность представлять электрический ток посредством механической модели, течением некоего флюида. Фарадей, далекий от математики, определяет сущность электрического тока посредством математического понятия — ось равных и противоположных сил.

Фарадей ставит перед собой следующий вопрос, волновавший физиков и философов со времен Ньютона: как осуществляется взаимодействие двух тел — на расстоянии или при помощи среды? Ньютон не верил в возможность действия на расстоянии. Но он уклонился от ответа на поставленный им же вопрос. Ведь математическая формула закона тяготения не содержит времени. Как объяснить это, отрицая дальнодействие?

Исследования электрических и магнитных сил снова возродили старую проблему. Многие крупные ученые верили в дальнодействие электрических и магнитных сил.

Фарадей считал, что проблема может быть решена эксперимантально и приступил к ней в 1837 году. Он рассуждал так. Действие на расстоянии может проявляться только по прямой линии, соединяющей взаимодействующие тела. Если же в процессе участвует среда, расположенная между взаимодействующими телами, то взаимодействие может передаваться и по кривой. И далее, — если среда не участвует во взаимодействии, то природа промежуточного вещества не должна влиять на результат; если же среда играет роль в передаче взаимодействия, то ее природа должна проявляться при измерениях.

Для проведения этих опытов Фарадей построил деревянную кабину, обтянутую металлической сеткой. Мы называем ее клеткой Фарадея. При сколь угодно больших зарядах, они располагаются на внешних поверхностях сетки, а внутри нее нет зарядов, мешающих проведению экспериментов.

Затем Фарадей проводит опыты со сферическими конденсаторами одинакового размера, но с различными изолирующими прокладками. Оказывается, что величина заряда сильно зависит от свойств изолятора. Значит среда влияет на взаимодействие, значит, взаимодействие происходит при участии среды, но так может быть только в случае близкодействия. Сняв верхнюю полусферу с заряженного конденсатора и коснувшись ею нижней полусферы, Фарадей «заряжал» их. Но поставив верхнюю полусферу на место, он убеждается, что конденсатор вновь оказывается заряженным. Его вывод — диэлектрик сохранил свое поляризованное состояние; заряд с его поверхности перешел на обкладку конденсатора.

Как объяснить в этом случае влияние среды, как она передает электрическое взаимодействие?

Ответ Фарадея: электростатическая индукция — влияние заряженного тела на тело, первоначально не заряженное, передается в веществе действием смежных частиц. Частицы вещества поляризуются под действием соседних заряженных частиц.

ДВА ПРОКЛЯТЫХ ВОПРОСА

Еще вопрос, мучивший Фарадея и ждавший своей очереди. Существует ли связь между электричеством и светом, между магнетизмом и светом?

В 1834–1838 годах Фарадей проводил опыты с целью обнаружить действие электричества на свет, но не обнаружил его. Затем он приступил к магнитооптическим опытам. Первые опыты тоже были неудачными.

Наконец, удача! Фарадей поместил между полюсами сильного электромагнита параллепипед из тяжелого стекла, содержавшего борнокислый свинец. Оптики называют его «флинтгас». Он пропускал через него поляризованный луч света, например света, прошедшего через кристалл исландского шпата, который исследовал еще Гюйгенс.

Кристалл был расположен так, что луч света оказывался поляризованным параллельно силовым линиям магнитного поля, возникавшим при включении электромагнита. При помощи второго кристалла исландского шпата, установленного таким образом, что он полностью задерживал свет, прошедший через первый кристалл и стекло, Фарадей обнаружил долгожданное действие магнитного поля на свет. При включении электромагнита свет проходил и через второй кристалл. Это могло происходить только в том случае, если магнитное поле при посредстве стекла влияло на проходящий через него свет. Оно поворачивало плоскость поляризации света.

Поясняя свое открытие Фарадей написал в ноябре 1845 года:

«Я полагаю, что в опытах, описываемых мною в настоящей статье, свет испытывал на себе магнитное действие, то есть, магнитному действию подвергалось то, что является магнитным в силах материи, а последнее, в свою очередь воздействовало на то, что является подлинно магнитным в свете».

Вспомним, что в то время общепризнанной была теория Френеля, объяснявшая оптические явления волнами в эфире, не имеющими ничего общего с магнетизмом!

Заменив магнит спиралью и пропустив через нее электрический ток, Фарадей наблюдал, что и в этом случае в стекле возникает вращение плоскости поляризации света в направление тока.

Влияние магнитного поля на поляризацию света, эффект Фарадея — имеет важные практические применения в радиотехнике сверхвысоких частот и в ряде оптических приборов. Так создают затворы или модуляторы электромагнитных волн, управляемые электрическим током.

Открыв влияние магнитного поля на свет, Фарадей установил, что оно возникает не во всех веществах и не наблюдается в пустоте.

Еще один многовековый вопрос: вопрос о строении материи. Почему некоторые вещества обладают специфическими свойствами, не наблюдаемыми в пустом пространстве?

Фарадей рассуждал: если атомы и пространство представляют собой две различные сущности, то следует считать, что непрерывно только пространство. Ведь атомы являются различными и отделенными друг от друга объектами. Таким образом пространство пронизывает все тела, отделяя каждый атом от соседних.

Далее: если бы пространство было проводником, то любой изолятор, например сургуч, должен был бы проводить ток, ибо ток шел бы по проводящему пространству. Но изоляторы существуют, значит пространство является изолятором.

Логично.

Но возьмем теперь проводник. Его атомы тоже разделены пространством. Внимание! Если пространство — изолятор, то ток не может переходить от одного атома проводника к другому. Значит, пространство является проводником!

Значит, атомистическая теория, пришедшая от древних и проверенная многими опытами, не применима к электрическим явлениям.

В поисках ответа Фарадей обратился к теории хорватского физика Р. Бошковича, который еще в 1758 году опубликовал трактат «Теория натуральной философии, приведенная к единому закону сил, существующих в природе». Уже из первых слов названия трактата «Теория натуральной философии …» можно усмотреть в авторе последователя Ньютона и его основного труда «Математические начала натуральной философии». В своем трактате Бошкович впервые развил теорию строения вещества, основанную на идеях Ньютона.

Он назвал свою теорию теорией динамического атомизма. Эта теория рассматривает атомы как непротяженные идентичные материальные точки, взаимодействующие между собой с помощью сил, подчиняющихся трем законам динамики Ньютона. При этом на значительных расстояниях две точки притягиваются. По мере сближения точек притяжение возрастает, достигая максимума, а при дальнейшем сближении притяжение уменьшается и переходит в отталкивание. Так решается конфликт между теорией тяготения и фактом устойчивого существования материальных тел. Ведь не будь ему противодействия, тяготение должно сжать все вещество Вселенной в точку!

Подобная смена притяжения и отталкивания может повторяться несколько раз, что позволяет согласовать теорию с многими опытными фактами и, как считал Бошкович, объяснить все физические явления.

Работа Бошковича вызвала всеобщее восхищение, но продолжение не имела. При попытке ее конкретизации требовалась неограниченная последовательность гипотез.

В 1844 году появляется замечательная статья Фарадея, в которой он ушел далеко вперед от гипотез Бошковича. Глубину проникновения Фарадея в суть вещей лучше всего передать его словами:

«… взгляд на строение материи с необходимостью приводит к заключению, что материя заполняет все пространство или по крайней мере все пространство, в котором действуют гравитационные силы (силы тяжести, Р.Ж.), потому что гравитация — это свойство материи, зависящее от определенной силы, а эта сила как раз и представляет собой материю. При таком понимании материи она не только взаимопроницаема, но и каждый отдельный атом ее простирается, так сказать, через всю солнечную систему, сохраняя, однако, свой собственный центр силы».

И еще. Высказывая предположение о том, что свет есть колебания силовых линий, Фарадей пишет: «Если допустить такую возможность, то можно было бы обойтись без эфира (подчеркнуто нами, Р.Ж.), который, согласно другой точке зрения, является той средой, в которой совершаются эти колебания».

К этому следует добавить фразу, написанную Фарадеем в 1832 году и опубликованную только через 106 лет. Речь идет о манускрипте под названием «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в архивах Королевского общества». Среди многих мыслей там записано: «как магнитные, так и явления электрической индукции обязаны волновому процессу в непрерывной среде — пространстве».

Тут изложена самая важная идея Фарадея. По мнению Эйнштейна здесь содержится самое великое открытие со времен Ньютона: понятие поля. Ньютон и все его последователи рассматривали пространство как пассивное вместилище тел, атомов и электрических зарядов. Фарадей считал, что само пространство, а не неведомый эфир, принимает участие в явлениях, оно является средоточением явлений.

Предоставим слово Эйнштейну.

«Нужно обладать могучим даром научного воображения, чтобы распознать, что в описаниях электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами».

ПОСЛЕДНЕЕ ОТКРЫТИЕ

А теперь вновь предоставим слово Фарадею, чтобы почувствовать сколь критически подходит настоящий ученый к своим гипотезам.

Имея в виду объяснение оптических явлений при помощи колебаний силовых линий, точку зрения, позволяющую понять природу света, не прибегая к эфиру, Фарадей пишет:

«Я считаю вполне вероятным, что сделал на предыдущих страницах много ошибок. Ибо даже мне самому мои представления по этому вопросу кажутся лишь отражением тех построений в голове исследователя, часто мимолетных, которые, однако, могут иметь свою временную ценность, как руководящая нить для нашего мышления и исканий. Те, кто работает в области экспериментальных исследований, знают, как многочисленны эти мысленные комбинации и как часто их кажущаяся пригодность и красота исчезают по мере то— го, как идет вперед и развивается познание настоящей естественнонаучной истины».

Последнее открытие, сделанное Фарадеем, порождено его исследованиями связи между магнитным полем и светом. В полном соответствии с вышеприведенным высказыванием, у него возникло представление о том, что магнитное поле меняет внутреннюю структуру тел, а эти изменения, в свою очередь, влияют на свет.

Верный своему методу он решил проверить эти представления новым опытом, чтобы обнаружить приводят ли изменения внутренней структуры вещества к наблюдаемым механическим эффектам. Продолжая опыт с тяжелым стеклом, содержащим свинец, Фарадей в 1845 году обнаружил, что кусок такого стекла, помещенный перед полюсом мощного электромагнита, испытывает слабое отталкивание.

Исследуя это явление, Фарадей подвесил стерженек из свинцового стекла на нитке между полюсами мощного подковообразного электромагнита. При включении электромагнита стерженек поворачивался поперек магнитных силовых линий.

Очевидно, что каждый из полюсов магнита сильнее отталкивает тот из концов стержня, который ближе к нему. Поэтому равновесие достигается, когда оба конца стержня одинаково удалены от обоих полюсов. Но ведь стерженьки из железа, подвешенные таким же образом, поворачивались вдоль силовых линий!

Фарадей написал об этом наблюдении бывшему мастеру по изготовлению музыкальных инструментов Ч. Уитстону, известному своими исследованиями в области оптических и электрических явлений. Тот сообщил, что явление магнитного отталкивания описал еще в 1778 году А. Бругманс. Он наблюдал магнитное отталкивание висмута, а в 1827 году А. Беккерель обнаружил то же в опытах с сурьмой. Эти явления не были подробно изучены. Многие считали наблюдения недостоверными, а большинство физиков, вероятно, не обратило на них внимания.

Впрочем и подробные исследования Фарадея не вызвали интереса, хотя Фарадей показал, что явление магнитного отталкивания существует для многих твердых тел и жидкостей и даже для тканей человеческого тела.

Фарадей назвал такие вещества диамагнетиками, а те, что притягиваются магнитом, назвал парамагнетиками. После многочисленных точных опытов Фарадей установил, что каждое вещество является либо диамагнетиком, либо парамагнетиком, а магнитно-нейтральных веществ не существует.

Явление парамагнетизма легко объяснялось наличием в веществе множества элементарных магнитиков или элементарных кольцевых токов Ампера. Напротив, диамагнетизм выглядел весьма таинственно.

Фарадей выдвинул для объяснения диамагнетизма две гипотезы. Одна из них объявляла явление отталкивания кажущимся. Оно обусловлено тем, что среда, в которой находится диамагнитное вещество, притягивается магнитом сильнее, чем само вещество. При этом диамагнитное отталкивание есть лишь проявление разности притяжений. Но Фарадей отказался от этой гипотезы, ибо из нее неизбежно следует, что пустота или некий агент, заполняющий пустоту (эфир), обладает магнитными свойствами.

Фарадей остановился на другой гипотезе: молекулы диамагнитных веществ под действием поля намагничиваются в направлении, противоположном направлению намагничевания молекул парамагнитных веществ.

Исследуя явление диамагнетизма, Фарадей не обошел и металлы. Он заметил, что медный стержень или медный куб, подвешенные на нитке между полюсами электромагнита и приведенные во вращение, быстро останавливаются при включении магнита. Эффект был очень сильным и его нельзя было объяснить диамагнетизмом. Создавалось впечатление, что с включением магнита возникало сильное трение, препятствующее движению образца. Фарадей понял, что при включении магнитного поля в меди возникают замкнутые индуцированные токи, преобразующие энергию движения образца в тепло.

Гипотеза Фарадея о природе диамагнетизма дремала в кладовых науки до 1889 года, когда Дж. Паркер, заинтересовавшись ею, обнаружил, что она противоречит второму закону термодинамики. Это было сочтено окончательным приговором, подтвержденным «третейским судьей» — опытами П. Дюэмо. Но в 1905 году гипотеза Фарадея была возрождена знаменитым французским физиком П. Ланжевеном в форме статистической теории, находящейся в полном согласии с термодинамикой. Так появилась самая полная из доквантовых теорий магнетизма.

Эта теория описывает «механизм» возникновения диамагнетизма. Он порождается теми атомами, которые не имеют магнитных свойств, если на них не действуют внешние магнитные поля. Под влиянием внешнего магнитного поля такие атомы приходят в своеобразное круговое движение — начинают прецессировать. Это значит, что ось таких атомов при появлении магнитного поля начинает двигаться вокруг направления поля. Это явление подобно тому, как ось вращающегося волчка кружится вокруг направления силы тяжести, сохраняя постоянный наклон относительно вертикальной линии.

По закону Ленца вращение атомных осей таково, что оно препятствует увеличению внешнего поля. При этом внешнее магнитное поле выталкивает из себя образец, сделанный из диамагнитного вещества. Это и есть основной признак диамагнетизма, открытый Фарадеем.

Если же атомы вещества изначально обладают магнитными свойствами, то внешнее магнитное поле поворачивает эти атомы так, что их элементарные магнитики направляются вдоль внешнего магнитного поля. Таковы атомы парамагнитных веществ. Магнитные поля таких атомов складываются с внешним магнитным полем.

Теория объясняет почему парамагнитные вещества не проявляют магнитных свойств, если на них не действует внешнее магнитное поле. В этом случае хаотические тепловые движения атомов действуют так, что их элементарные магнитики оказываются хаотически ориентированными в пространстве. Порождаемые ими магнитные поля взаимно гасят друг друга. При этом вещество ведет себя как немагнитное.

Под воздействием внешнего магнитного поля хаотически распределенные в пространстве оси парамагнитных атомов ориентируются преимущественно вдоль поля. Это и вызывает парамагнетизм.

Теория объясняет и магнитные свойства железа. Атомы железа парамагнитны. Но магнитное взаимодействие между ними так велико, что большинство ближайших атомов вследствие этого взаимодействия ориентируется параллельно. Однако при этом не достигается единая ориентация магнитных осей всех атомов вещества. Вещество оказывается разбитым на множество малых частей, называемых доменами. В каждом из них атомные магнитики ориентированы одинаково. Но распределение направления намагничения множества доменов настолько хаотично, что вне куска железа невозможно обнаружить намагничение отдельных доменов.

Внешнее магнитное поле заставляет магнитные поля доменов повернуться так, что их магнитные поля усиливают внешнее магнитное поле.

При выключении внешнего магнитного поля возможны два различных результата. В первом случае образец остается намагниченным. Это происходит когда, после исчезновения намагничивающего поля, домены сохраняют общее направление намагниченности. Так возникают постоянные магниты. Во втором случае, после выключения намагничивающего поля восстанавливается хаотическая ориентация магнитных полей доменов.

В этой главе мы проследили за важной эволюцией в понимании сути процессов взаимодействия тел, обладающих электрическими и магнитными свойствами. Вначале эти свойства приписывали электрическим и магнитным жидкостям или флюидам, содержащимся в соответствующих телах. Переход от качественных описаний к измерениям и вычислениям привел к замене флюидов электрическими зарядами и магнитными полюсами. Одновременно возникло представление о том, что электрическое и магнитное взаимодействие сводится к силам, порождаемым электрическими зарядами и круговыми движениями этих зарядов.

Так в учение об электричестве и магнетизме проникло дальнодействие. Здесь, несомненно, решающую роль сыграло полное соответствие формы закона Кулона и закона тяготения, а также данное Лапласом объяснение того, почему форма закона Био-Савара содержит зависимость от первой степени расстояния, а не от квадрата расстояния.

Важнейшим в этой главе является выяснение глубокой общности между электричеством и магнетизмом и отказ от идеи дальнодействия в электрических и магнитных взаимодействиях. Этим мы обязаны Фарадею. Ему удалось отбросить представление о дальнодействии, введя представление о магнитном и электрическом полях, реализуемых в форме натяжений эфира. Натяжения эфира порождаются электрическими зарядами и магнитами. Именно натяжения передают через пространство, заполненное эфиром, взаимодействия между зарядами и магнитами.

В следующей главе мы продолжим эту тему, проследим за ее эволюцией. В ней будет рассказано, как Максвелл выразил идеи Фарадея языком математики и таким образом соединил электрическое и магнитное поле в единое электромагнитное поле. Как он создал теорию, объединившую все известное об электричестве и магнетизме. Как он пришел к предсказанию электромагнитных волн и показал, что электромагнитные явления не могут быть сведены к механике.

Физика уверенно вступила в период зрелого понимания взаимодействия сил, властвующих во Вселенной. Все яснее проступали контуры окружающего нас мира, представляющего собой не отдельные фрагменты, а единый, целостный организм.

Глава 5. ВЕЛИКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ