Свистит ветер в вантах. Гудят барабанным гулом темно-красные паруса с намалеванными на них осьмиконечными крестами. С волны на волну переваливается тяжелый груженый галеас, принадлежащий только что основанной Ост-Индской компании. На высоком мостике капитан. Время от времени он сверяет курс по прибору, спрятанному в тяжелый ящик из мореного дуба. Там на дне, в закрытом сосуде, плавает на куске легкой коры крохотная железная стрелка. Где бы ни скитался корабль, как бы ни трепали его жестокие штормы, черный конец стрелки упрямо тянется к путеводной Полярной звезде…
Астрологи уверяют, что там, в небе, на конце хвоста Малой Медведицы, находится магнитный камень. К нему-то и тянутся все магниты Земли…
Трудно сказать сегодня, кто первым придумал использовать магнит для указания верного пути в открытом океане. Может быть, китайцы, а может быть, финикийцы. В Европу «указатель пути» попал довольно поздно. Правда, уже в XI веке он был подробно описан в одном из манускриптов. А в XV веке, отправляясь на поиски Индии в «океан мрака», магнитным указателем пользовался Колумб…
Если заглянуть в вахтенный журнал нашего галеаса да разобрать каракули рук, не привычных к тонкому гусиному перу, можно установить, что корабль, о котором идет речь, направляется в королевство Английское, в славный торговый город Лондон. И что на дворе начало XVII века, а точнее, 1601 год, месяц февраль, а день 25-й…
Не попробовать ли и нам на время представить себя на борту этой тяжелой и малоповоротливой парусно-гребной посудины? Что, если отважиться вместе с представителями «Общества торговых предпринимателей» ступить на английскую землю? Мы попадем в царствование королевы Елизаветы, во времена Шекспира, Гарвея и Гильберта — трех первых Вильямов, принесших славу своему государству… Мы попадем в начало деятельности Френсиса Бэкона — великого философа, перевернувшего мировоззрение целой эпохи…
Итак, мы на галеасе. Это довольно старый корабль испанской постройки. Не исключено, что он был отбит и захвачен англичанами во время разгрома «Великой армады». Ведь со времени поражения колоссального испанского флота в 1588 году прошло всего тринадцать лет. Под нашими ногами палуба — пятьдесят метров в длину, — не так мало для XVII века, не правда ли? Сотня гребцов-галерников. Смотрите, кое-кто из них прикован к своим скамьям цепями — очевидно, каторжники. И над всем этим — три мачты с мощным парусным оснащением.
Да, вон еще пушки на батарейных палубах. А на шканцах виднеются кирасы солдат. — Зачем вооружение? Ведь мы на мирном торговом судне!
Все правильно. Аркебузиры и пушки — просто меры предосторожности. Прибрежные воды всюду кишат пиратами.
Продолжительная война с Испанией, несмотря на победы, опустошила сундуки подданных ее величества. Королеве и парламенту нечем даже заплатить жалованье солдатам и матросам. Обнищавшие, изголодавшиеся ветераны сбиваются в ватаги. Одни уходят под флагом «веселого Роджера» в морские просторы, другие становятся «зелеными братьями» в королевских лесах.
Деньги! Всем в Англии нужны деньги! Самостоятельным крестьянам-йоменам, чтобы поправить разрушенное хозяйство, бесчисленным ремесленникам-мастерам — для восстановления запустелых мастерских. Деньги нужны помещикам-землевладельцам, графам, лордам. Нужны самой королеве. А где их взять? Поговаривают, будто лорды и даже королева снаряжают каперские суда, которые грабят испанцев, переправляющих золото из Нового Света в Европу. Иначе за что получил «железный пират» Френсис Дрейк титул баронета из рук королевы вместо «пенькового галстука»?..
Все больше становится тех, кто в поисках счастья покидает берега «доброй старой Англии». Другой морской бродяга, Уолтер Рэли, (ныне как и Дрейк, тоже сэр) отвез в 1585 году первых поселенцев-колонистов на берега Северной Америки. На острове Роанок основали английское поселение, названное в честь незамужней королевы Виргинией («вирго» — по-латински «дева»). Потом туда плавали и другие корабли…
Нет, нет, историческое время, в которое мы с вами попали, очень интересное. И я уверен, что нас ждут прелюбопытнейшие встречи.
Но вот, слава всевышнему, и берег! Корабль входит в устье Темзы. Пользуясь приливом, капитан направляет судно вверх по реке в Лондон. Наши спутники начинают готовиться к высадке. Последуем и мы их примеру…
Прежде всего переоденемся. Лучше всего подойдет застегнутый доверху черный камзол с высокими оплечьями и длинными рукавами. Он, правда, зачем-то толсто подбит ватой и туго-на-туго простеган. А вот и такие же толстые, словно сшитые из ватного одеяла, короткие подушкообразные панталоны. Зачем все это? В Англии в феврале вовсе не так уж холодно. Кроме того, в этом одеянии буквально не повернуться… Что?.. Еще надо надевать высокий накрахмаленный воротник, который режет шею, и толстый суконный плащ?.. Ну и мода!
Впрочем, кое-что в ней может оказаться полезным. Туго наваченный камзол и панталоны предохраняют от кинжала наемного убийцы. А в плаще запутывается шпага противника при уличной ссоре… Кстати о шпагах. К началу XVII века их вместо поясной портупеи стали носить на широких перевязях через плечо. Это и удобнее и легче. Только надо следить, чтобы шпага не была чересчур длинной, а стоячий воротник слишком высоким. По указу королевы в стране введена должность особых надсмотрщиков. Они обламывают концы чрезмерно длинных шпаг и обрезают воротники. Но предварительно налагают на модников и драчунов штраф…
Наш корабль медленно поднимается вверх по реке. Зеленые холмы уступают место строениям. Потянулись доки. Скоро город.
Смотрите, за городской чертой на зеленом лугу стоит высокое деревянное здание с башенкой. Что-то знакомое в его облике, правда? Ба, да это же знаменитый лондонский театр «Глобус»! Вон и вывеска видна. В это время в нем играет труппа великого трагика Бербиджа. На своих плащах актеры носят герб покровителя театра лорда-камергера. И в их числе состоит поэт и драматург Вильям Шекспир. Актер, правда, он неважный. Но уже несколько лет, как его трагедии развлекают и толпу, и знатную публику. Жаль, нет у нас времени с ним познакомиться. Может быть, удалось бы, наконец, разрешить загадку творчества Шекспира: сам он писал свои пьесы или под его именем скрывался кто-то из вельмож елизаветинской эпохи? И в наши дни, в двадцатом веке, нет-нет да вспыхнет вновь дискуссия на эту тему. Но у нас другая задача. И потому — вперед!
Неповоротливое судно уже у причала, и мы выходим в город. Не удивляйтесь узким улицам с канавами для нечистот. Мы с вами в Лондоне начала XVII века. Осторожно! Прижмитесь спиной к стене. Из-за поворота вылетели верховые. Они скачут, не разбирая дороги. Не посторонись мы вовремя — кому-нибудь пришлось бы заглянуть в эти открытые и днем и ночью двери. Это больница святого Варфоломея. Совсем недавно здесь начал работать молодой хирург Вильям Гарвей, вернувшийся на родину после окончания Падуанского университета. Там он получил диплом и степень доктора медицины. Впрочем, чтобы иметь врачебную практику в Англии, ему нужен еще один диплом — местный… Интересно, что в XX веке, почти три столетия спустя, этот обычай свято сохраняется английскими врачами. Так они оберегают корпорацию от иностранцев и сохраняют свои доходы.
Гарвей пока никому не известен. Но пройдет совсем немного лет, и имя его прославится. Он откроет тайну кровообращения и станет одним из основоположников научной физиологии.
Может быть, попытаться у него узнать, как и где найти его знаменитого тезку и коллегу — лейб-медикуса английской королевы Вильяма Гильберта? Правильнее его, конечно, называть сэром Уильямом Джилбертом Колчестерским — так называют его англичане. Но остановимся на том, что привычнее…
О! Оказывается, доктор Гильберт в Виндзоре. Он сопровождает королеву и сегодня должен показывать магнитные опыты ее величеству. Вы спросите, какое отношение придворный врач имеет к магниту? Самое непосредственное! Год назад, в 1600 году, из-под печатного пресса вышел его обширный труд «О магните, магнитных телах и о великом магните — Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов». Шесть книг, написанных на прекрасном латинском языке. Сэр Вильям чрезвычайно учен!..
Вам не совсем понятно, почему лейб-медик занимается исследованиями магнита? Сейчас попробую объяснить.
Дело в том, что о магните с незапамятных времен ходили самые невероятные слухи. Знахари шептали, что магнит возвращает молодость, красоту и здоровье. Об этом писал даже сам великий Гебер — алхимик и врач, живший на грани VIII и IX веков. Был он арабом, и его настоящее имя звучало как Джабир Ибн-Хайян, латинисты переделали его в Гебера.
Писал о магните и другой арабский ученый — знаменитый Аверроэс, настоящее имя которого тоже звучало непривычно для европейского уха — Абуль-Валид Мухаммед Ибн-Ахмед Ибн-Мухаммед Ибн-Рошд. Он жил в XII веке в Кордове и Севилье и, как все средневековые лекари, уверял, что толченый магнитный камень с водой — прекрасное слабительное.
Обо всем этом Гильберт знал. А поскольку семидесятилетнюю королеву не могла не волновать проблема сохранения молодости и красоты, залогом чего является, как известно, исправное функционирование желудка, то ее придворный врач просто обязан был изучать свойства магнита.
Отдадим Гильберту должное. После многолетних опытов он осмелится, несмотря на авторитеты, утверждать, что прием толченого магнитного камня внутрь «вызывает мучительные боли во внутренностях, чесотку рта и языка, ослабление и сухотку членов». Правда, при этом и он соглашался с тем, что все же магнит «возвращает красоту и здоровье девушкам, страдающим бледностью и дурным цветом лица, так как он сильно сушит и стягивает, не причиняя вреда».
Вы скажете: «Он же противоречит самому себе!» Правильно, но его последнее утверждение могло быть и данью авторитетам, и маленькой ложью во спасение. Представьте на минутку себя на месте королевы. Многие годы ваш лейб-медик занимается какими-то опытами, уверяя, что ищет способ сохранить ваше августейшее здоровье. И за это вы платите ему приличное вознаграждение. Затем, много лет спустя, он выпускает в свет ученый труд, из которого становится ясно, что лекарства, коими он вас пользовал, на деле могут только ухудшать самочувствие… Боюсь, что после этого лейб-медику не поздоровилось бы… Гильберт был умен и не понимать этого, конечно, не мог.
Ну, а теперь, уяснив себе состояние дел и познакомившись заочно с нашим героем, отправимся в Виндзор…
Вечер в Виндзоре
Виндзор — красивейшее место в графстве Беркс. От центра Лондона примерно километров двадцать. Здесь, на правом берегу Темзы, еще в XI веке Вильгельм Завоеватель построил замок. Потом его много раз перестраивали, украшали. И в конце концов Виндзор сделался любимым местом жительства английских королей.
Лошади еще не успели притомиться, когда за поворотом дороги показались деревья парка…
В Виндзоре всегда весело: охоты, театральные представления, торжественные приемы. Правда, возраст Елизаветы уже не тот… Сегодня она предпочитает тихие развлечения. Днем в нижнем дворе, в капелле святого Георгия, происходит церемония посвящения в рыцари ордена Подвязки. А вечером решено на очередном журфиксе устроить демонстрацию чудес доктора Гильберта.
Мы не станем объяснять, как нам удалось попасть в небольшое общество, которое собралось после захода солнца в покоях королевы. Главное — мы в числе приглашенных и никого не удивляет наше присутствие. С большинством кавалеров и дам мы незнакомы, но кое-кого узнаём. Вот, например, главное, как нам кажется, действующее лицо: высокий шестидесятилетний джентльмен. Он слегка лысоват. Бритый подбородок выдает в нем человека, не принадлежащего к придворной аристократии. Одет он скромно: в черном атласном камзоле с испанским воротником и в наброшенном плаще. Висячие усы не позволяют заподозрить в нем и священника.
Это доктор Вильям Гильберт. Он переставляет различные предметы на столе, приготовленном для опытов. Все ждут королеву…
А вот среди гостей и еще знакомое лицо: высокий лоб, внимательные глаза, горящие внутренним беспокойством. Человеку немного за сорок. По сравнению с остальными он молод. Пышные кружева подпирают аккуратную бородку. Пожалуй, костюм и облик выдают его некоторое тщеславие, а манера держаться — честолюбие. Но есть в нем одновременно и что-то виноватое. Это Френсис Бэкон — младший сын лорда-хранителя печати и всего-навсего солиситор — стряпчий лондонского суда. Странно, что он оказался здесь. Канцлер казначейства да и влиятельный лорд Бурлей — муж его тетки — не жалуют молодого Бэкона. Один считает его опасным оппозиционером, другой — просто «мечтателем». Сюда, на ученый вечер, он, скорее всего, приглашен как философ.
Елизавета вошла и тихо опустилась в приготовленное кресло у камина. Вечером особенно заметно, как она немолода. Кажется, что веснушки и темные пятна с возрастом расплылись и создали общий нездоровый фон и без того не слишком красивого ее лица. Прическа из рыжеватых, густо выбеленных сединой волос, перевитых жемчугом, поредела. Голова ее все еще высоко поднята. Но не заслуга ли это высокого воротника? И не тяжелое ли платье, расшитое золотом, не дает согнуться стану этой пожилой и усталой женщины?
Впрочем, глаза у королевы зорки и блестят любопытством. Она машет платком, давая знак начинать.
— Ваше величество! — Гильберт говорит мягко, приятным голосом, как и подобает врачу. — Я собираюсь, если будет на то божья воля, не умаляя заслуг тех, кто говорил о том до меня, изложить здесь перед вами открытую мною, с помощью многих трудных и дорогостоящих экспериментов, истину, которая противоречит мнению многих других философов, даже самых древних… Почему магнитная стрелка, применяемая на кораблях вашего доблестного флота, всегда показывает одно направление?.. Почему?
Гильберт обводит взглядом собравшихся. Здесь самые мудрые люди королевства: тонкие политики, дипломаты, военачальники и флотоводцы. Что-то они ответят?
— Позвольте, сэр Вильям… — Слово берет седобородый лорд адмиралтейства. — Какая же это загадка? Всем морякам известно, что намагниченное железо направляется к северу, поскольку ему сообщается сила полярных звезд, подобно тому как за солнцем поворачивают свои головки цветы…
Придворные одобрительно кивают головами. Говорящий прав — кто не знает, что в небе имеется большой магнитный камень?..
Лейб-медик берет со стола каменный шар, выточенный из магнетита.
— Ваше величество! Я не намереваюсь прибегать к голым и утомительным умозаключениям или измышлениям. Мои аргументы, как вы легко можете видеть, основаны только на опыте, разуме и демонстрации. Этот шар, выточенный с немалыми расходами из магнитного камня, я назвал тереллой, что означает «маленькая земля», «Земелька». Я подношу к ней магнитную стрелку — и вы видите?.. Джентльмены, все видят, как один конец стрелки притягивается к одному полюсу тереллы, а второй — к другому?.. Не так ли ведут себя и стрелки компасов, установленных на кораблях флота ее величества? И не значит ли это, что вся наша Земля является неким большим магнитом?..
Придворные переговариваются: «Сэру Вильяму не откажешь в проницательности и ловкости в доказательствах». А Гильберт продолжает:
— Век мудрого правления вашего величества даровал человечеству неисчислимые богатства: открыт Новый Свет, изобретено книгопечатание, телескоп, компас. Эти открытия стали источниками нового могущества, открыли новые горизонты, но в то же время предложили человеческому гению и новые задачи. Как решить их? Здесь может помочь только опыт…
— Доктор Гильберт совершенно прав, когда говорит об опыте!
Чей это голос? Придворные и даже сама королева повернули головы. Реплика принадлежала Бэкону. Почувствовав всеобщее внимание, он продолжал:
— Опыт есть основа науки. Но какой опыт?.. Разве количество бессистемно проделанных экспериментов приводит к пополнению копилки знаний? Надо не просто увеличивать количество опытов, а создать новый метод. И тогда, опираясь на него, выработать правила для произведения опытов. Только тогда они приведут к изобретению нового. А изобретение — высшая цель науки. Экспериментирование же наугад только вводит в заблуждение, а не просвещает людей…
Гильберт казался спокойным, хотя руки его и задрожали.
— Если ваше величество позволит мне продолжать, то, возможно, я своими опытами сумею ответить сэру Френсису.
Придворные перешептывались.
Лорд-канцлер, наклонившись к королеве, шептал ей что-то на ухо. Глаза Елизаветы блестели. Она обожала споры, которые не затрагивали интересов королевы и государства.
— Продолжайте, сэр Вильям!
Гильберт стал водить магнитной стрелкой по поверхности тереллы.
— Взгляните, ваше величество, на разных удалениях от полюсов стрелка по-разному наклоняется, изменяя свое горизонтальное положение. Это обстоятельство было замечено еще двадцать лет назад верным подданным вашего величества, мореходом и строителем компасов Робертом Норманом. Он открыл наклонение магнитной стрелки к горизонту и тем самым доказал, что точка притяжения для нее находится не на небе… — Гильберт слегка поклонился в сторону лорда адмиралтейства: зачем наживать себе врагов при дворе! — …а на земле.
Его слова заставляют протиснуться вперед двух адмиралов. Их интересует: нельзя ли использовать способность магнитной стрелки не только для указания направления север — юг, но и для определения местонахождения корабля в открытом море?
— Наши моряки верят, что магнитную стрелку притягивают громадные железные горы, которые находятся на севере. Мореплаватели рассказывают, что эти ужасные горы притягивают даже неосторожно приблизившиеся корабли. Они вытягивают из них гвозди, и суда разваливаются, обрекая на гибель команду…
Гильберт терпелив. Он улыбается и напоминает об арабских сказках «Тысяча и одна ночь», где приводится подобный рассказ.
— Посмотрите, как ведет себя стрелка возле тереллы. Ее наклонение уменьшается к экватору, и, напротив, на магнитных полюсах стрелка изо всех сил стремится встать вертикально. Все дело в том, джентльмены, что наша Земля суть огромный магнит.
Затем Гильберт кладет небольшие магнитные стерженьки в легкие кораблики и пускает их плавать в узкое корыто с водой. Всплескивают руками дамы, наблюдая, как устремляются друг к другу суденышки со стерженьками, повернутыми друг к другу разноименными полюсами. И как расходятся те, на которых стержни смотрят друг на друга одинаковыми концами. Присутствующие в восторге.
Вот уж поистине сокрушающий ответ этому выскочке Бэкону… Действительно, победа была очевидной. Королева улыбается. А Гильберт продолжает:
— Если ваше величество соблаговолит согласиться с выводом, что Земля — магнит, то остается сделать один шаг до допущения, что и другие небесные тела, в особенности Луна и Солнце, наделены также магнитными силами. А коль скоро так, то не причина ли приливов и отливов, не причина ли движения небесных тел заключается в магнетизме?..
Вряд ли кто-нибудь из присутствовавших мог понять всю глубину высказанного Гильбертом предположения. Один лишь Бэкон готовился вновь возразить. И он непременно сделал бы это, потому что Гильберт поддерживал учение польского астронома Николая Коперника, а Бэкон движение Земли отрицал. Но в это время кто-то больно наступил ему на ногу, и молодой стряпчий увидел рядом побелевшие от гнева глаза дяди…
Лорд-канцлер снял с пальца кольцо с крупным бриллиантом.
— Прошу вас, сэр Вильям, проверьте, не пропадет ли сила вашего магнита, если положить рядом этот камень? Ведь, кажется, есть мнение, что бриллианты уничтожают притяжение?..
— Милорд, — отвечает врач, — боюсь, что одного камня, даже с вашей руки, недостаточно, чтобы проверить это утверждение. А у меня таких драгоценностей нет…
Взгляды присутствующих обратились к королеве. Поколебавшись, Елизавета приказала принести несколько крупных камней из сокровищницы. Такая игра ей нравилась. Во-первых, королеве всегда доставляло удовольствие любоваться блеском своих бриллиантов. Во-вторых, она была женщиной. И это лишняя возможность похвастаться. А в-третьих… В-третьих, было, конечно, забавно посмотреть, не уничтожат ли драгоценные камни силу магнита.
Гильберт обложил магнит семнадцатью крупными алмазами и поднес к нему другой магнит. Раздался щелчок. Оба стержня слиплись. Присутствующие захлопали в ладоши.
— Ваше величество может убедиться, что и это мнение древних оказывается ложным… Однако силой притяжения обладает не один магнит. Древние и новые писатели упоминают, что желтый электрон-янтарь, будучи натерт, притягивает солому и прочие легкие тельца. Я же обнаружил, что не только это вещество обладает притяжением. Взгляните…
Гильберт укрепил в держателе из темного дерева один из бриллиантов королевы и стал натирать его полой плаща.
— Сэр Вильям, мы надеемся, что после этого опыта камень не исчезнет и не испортится? — беспокоится одна из присутствующих дам.
— Случись так, это было бы великим открытием. И ее величество, как истинная покровительница наук, я уверен, ни секунды не пожалела бы о такой потере. Корона Англии не обеднеет от такой жертвы.
Придворные изумляются ловкости, с которой лейб-медик парирует обращенные к нему слова. А королева подумала, что ее врач не зря упоминает о том, что научные искания стоят денег. Вдруг они и впрямь пригодятся на флоте. Пожалуй, придется выделить ему средства на проведение опытов… Только немного.
А Гильберт тем временем уже подносит к натертому алмазу соломинку, наколотую на зубочистку. И все видят, как под влиянием неизвестной силы соломинка тянется к камню…
— Точно так же притягивают легкие тела сапфир и рубин, опал, аметист, берилл и горный хрусталь. Даже простое стекло и непрозрачные сера и смола обладают подобной же притягательной силой.
Долго продолжаются опыты. Гильберт забавляет присутствующих тем, что незаметно, водя магнитом под листом пергамента, поворачивает брошенные на его поверхность железные ключи и шпоры. Он заставляет танцевать обрывки бумаги, поднося к ним натертую стеклянную палочку, и фигурку, выточенную из прозрачного янтаря-электрона.
— Многие тела после натирания принимают силу электрона — электризуются, — продолжает свои объяснения лейб-медик, — многие, но не все… Сколько бы мы ни терли благородный жемчуг и слоновую кость, прекрасный паросский мрамор и алебастр, они не приобретают электрической силы притяжения. Не электризуются и металлы…
— Но тогда природа магнитной силы и силы электрической должна быть различна? — Это восклицание непроизвольно вырвалось из уст Бэкона, вызвав снова ропот неудовольствия.
Гильберт задумался, но лишь для того, чтобы поточнее сформулировать ответ. Все эти вопросы тысячу раз продуманы им в тиши кабинета и за лабораторным столом.
— Сэр Френсис прав. Об этом я уже сказал в своей книге. Слишком много различий между проявлениями магнетизма и электричества, чтобы считать их природу единой. Магнитная сила постоянна. Она — свойство, присущее телу, в духе великого Аристотеля. Притяжение же электрической силой создается лишь трением. Кроме того, магнит притягивает только железо, но его сила не боится ни воды, ни огня. Электрическая же сила притягивает многие вещи, но она капризна и зависит от погоды, уничтожаясь при влажности… В чем причина электрического притяжения? Некоторые философы считают, что трением изгоняется из тел тончайшая жидкость, служащая для их связи. Она-то и вызывает электрическое притяжение, подобно тому как воздух заставляет стремиться к центру Земли все тела, когда их лишают опоры…
Королева зевнула. Ученая беседа наскучила всем. Один лишь Бэкон, казалось, готов был слушать до бесконечности. Но его глаза так часто загорались блеском сдерживаемого возражения, что Гильберт старался не смотреть в его сторону. Он устал. Не доверяя слугам, Гильберт сам собирает приборы и откланивается почти незамеченным.
Поспешим вслед за ним и мы. Тем более что придворные вновь увлеклись дворцовыми сплетнями, разговорами о лошадях, о собаках для травли лисиц…
«Из доказательств наилучшее — есть доказательство опытом», — напишет Бэкон несколько лет спустя. И тут же добавит: «Однако нынешние опыты бессмысленны. Экспериментаторы скитаются без пути, мало продвигаясь вперед, а если найдется серьезно отдающийся науке, то и он роется в одном каком-нибудь опыте, как Гильберт в магнетизме».
Странное высказывание для того, кто во главу угла всей новой науки требовал поставить экспериментальный метод. Впрочем, сегодня нам трудно сказать, насколько принципиальные побуждения двигали непоследовательным Бэконом в оценке трудов лейб-медика Елизаветы.
Зато совсем иначе звучит отзыв другого современника Гильберта, итальянского ученого Галилео Галилея: «Величайшей похвалы заслуживает Гильберт… за то, что он произвел такое количество новых и точных наблюдений. И тем посрамлены пустые и лживые авторы, которые пишут не только о том, чего сами не знают, но и передают все, что пришло им от невежд и глупцов».
Жаль, что сам Гильберт не узнал об этой блестящей оценке. В марте 1603 года умерла королева, а несколько месяцев спустя и ее врач. В анналах истории осталось, что перед смертью Гильберт завещал все свое имущество Лондонскому обществу медиков. Однако пожар уничтожил приборы. Осталось лишь сочинение «О магните…» да имя на обложке.
Много это или мало? Научные труды быстро стареют. На достижения первооткрывателей наслаиваются работы последователей, и те скоро начинают казаться невероятной архаикой. Впрочем, перелистаем желтые листы шести книг, переплетенных в телячью кожу. Попробуем пробиться через старинную латынь и выпишем свойства магнита, сформулированные Гильбертом:
«1. Магнит в различных своих частях обладает различной притягательной силой; на полюсах эта сила наибольшая.
2. Магнит всегда имеет два полюса: северный и южный, кои весьма различны по своим свойствам.
3. Разноименные полюсы магнитов притягиваются, одноименные отталкиваются.
4. Земной шар есть большой магнит.
5. Получить магнит с одним полюсом невозможно.
6. Магнит, подвешенный на нитке, располагается всегда в пространстве таким образом, что один его конец указывает на север, а другой — на юг».
Что же, с тех пор прошло много лет. Магнетизм веществ широко применяется в науке и технике. Без знания законов магнетизма были бы невозможны ни энергетика, ни радиотехника, морская и космическая навигация, приборостроение, автоматика и телемеханика, ЭВМ… Этот список можно продолжить до бесконечности, поскольку явления магнетизма важной составляющей частью вошли в саму основу нашей цивилизации.
А много ли, положа руку на сердце, новых важных свойств магнита мы узнали со времени Гильберта? Увы! Черный камень из страны магнетов по-прежнему хранит главные свои тайны в неприкосновенности.
А Гильберт? Сохранилась ли память о нем среди суеты и обилия новой информации нашего перегруженного века? Какой памятник мы — потомки — поставили великому создателю науки о магнетизме, человеку, подарившему нам в дополнение к магнетизму еще и термин «электричество»?
В память о нем единица напряженности магнитного поля в международной системе единиц «СИ» носит сегодня название «гильберт». И прав английский поэт Джон Драйден, написавший, что «Гильберт будет жить, пока магнит не перестанет притягивать».
Почему земля — магнит?
Гильберт был уверен, что Земля состоит из магнитного камня. И ей присущи шесть свойств, сформулированных им. Для последующих веков этого объяснения стало мало. Можно составить длинный список гипотез, предложенных позже для пояснения сути наблюдаемого явления. Ученые разбирали причины земного магнетизма, не зная, по сути дела, ответа на вопрос: почему магнит — магнит?
Высказанные предположения можно разделить на две группы: первая — геомагнетизм имеет космическое происхождение; вторая — геомагнетизм — явление чисто земного характера. Потом, правда, появится еще и третья группа гипотез, согласно которым геомагнетизм вообще есть универсальное свойство материи, находящейся в движении. Но об этом чуть позже…
Когда ученые подсчитали, каким должно быть магнитное поле Земли, если оно создается полем Солнца и даже всей Галактики, то получили ничтожную величину. Поле Земли сильнее. Гипотезу космического происхождения геомагнетизма пришлось оставить. После космоса естественно было искать причину во внутреннем строении самой Земли. Возникло несколько интересных гипотез, которые основывались на предположении о жидком состоянии земного ядра, состоящего из хорошо проводящего материала, скорее всего — из железа. В массе такого ядра неизбежны течения, разделение и движение зарядов, а следовательно, должны были возникать электрические токи, которые могли намагничивать Землю. Одним из авторов подобной гипотезы был известный советский физик Я. И. Френкель, много сделавший в области теории магнитных явлений. Но для признания гипотез второй группы не хватало единого мнения о состоянии земного ядра. Многие считали его твердым.
В конце XIX века, изучая форму короны Солнца, астрофизики начали подозревать наличие у светила магнитного поля и недоумевали: откуда оно могло взяться? Профессор Кембриджского университета и член Лондонского королевского общества Артур Шустер высказал вскользь идею: а не является ли магнетизм универсальным свойством всякого вращающегося тела?
За разработку этой любопытной гипотезы взялся русский физик-экспериментатор Петр Николаевич Лебедев, работавший в Московском университете. Он придумал весьма остроумный эксперимент: заставить вращаться металлическое кольцо и посмотреть, не станет ли оно при этом магнитным.
Кольцо в опыте Лебедева крутилось со скоростью 35 000 оборотов в минуту. Рядом стоял магнитометр, превосходящий по чувствительности все приборы мира… Петр Николаевич предполагал, что под влиянием центробежной силы отрицательные заряды-электроны в атомах несколько сместятся. В результате поверхность тела получит некоторый отрицательный заряд, что и должно вызвать появление магнитного поля… Увы, магнитометр поля не обнаружил. Тем не менее в статье, описывающей указанный эксперимент, русский ученый высказал весьма оптимистические надежды…
И вот 1947 год — год возрождения забытой гипотезы. Профессор Манчестерского университета Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, член Лондонского королевского общества, высказывает предположение, что появление магнитного поля вокруг вращающегося тела — закон природы. Более того, опираясь на известные данные о скорости вращения Земли, Солнца и белого карлика — звезды Е-78 из созвездия Девы, Блэкетт дает формулу, позволяющую рассчитать зависимость магнитного поля от вращения тела. В нее вошли такие мировые константы, как скорость света и гравитационная постоянная, что весьма соблазняло ученых и наводило на мысль: а не путь ли это к единой теории поля, над которой безрезультатно бьются вот уже много лет теоретики во главе с Эйнштейном?
Далее Блэкетт сам решает проверить правильность своих предположений. И вот «в чистом поле», то есть подальше от возможных источников посторонних магнитных полей, которыми полны города, и промышленные предприятия, возводится «экспериментальное здание». Строго говоря, сарай, построенный без железных деталей. Чувствительность магнитометра, установленного в сарае, позволяет заметить изменение магнитного поля в десятимиллиардную долю гаусса — ничтожную величину. Наконец, ночью с известными предосторожностями привозят двадцатикилограммовый цилиндр из чистого золота. Золото — заведомо немагнитный металл. Цилиндр устанавливается в том же сарае. Блэкетт не собирается его крутить, считая, что достаточно и того, что вращается Земля… Если формула, составленная им, справедлива, магнитометр отметит появление магнитного поля у золотого цилиндра. Если же не отметит, то…
Нет! Смысл статьи, опубликованной ученым после эксперимента, сводился именно к этому короткому отрицанию. Нет! Хитроумно задуманный и тонко поставленный эксперимент опроверг гипотезу.
Правда, может, стоило бы все-таки заставить цилиндр вращаться?.. Вспомним физику: при движении электрического заряда у него появляется магнитное поле. Но обнаружить его, двигаясь вместе с зарядом, невозможно. А ведь Блэкетт с магнитометром двигались вокруг земной оси одновременно с цилиндром. Нет ли здесь чего-нибудь похожего на случай с движущимся зарядом?..
Кажется, Блэкетт собирался поставить второй опыт с вращающимся цилиндром. Но, по его же словам, после первой неудачи охладел к самой идее. На Земле наступал космический век. Он принес новые результаты и поставил многие «старые» вопросы по-новому…
Советские автоматические станции опустились на Луну. При небольшом удельном весе и небольшой общей массе у Луны жидкого металлического ядра быть не может. Значит, если верна гипотеза Френкеля и других, у нее не должно быть магнитного поля… Так и оказалось. Наши автоматы на Луне это подтвердили. Но почему тогда и у Венеры межпланетные автоматические станции не сумели найти магнитного поля? Ведь Венера, по идее, должна быть сходна своим строением с Землей: массы близкие, плотности — тоже, значит, и жидкое ядро быть должно. Правда, Венера, в отличие от нашей планеты, летит по своей орбите вокруг Солнца, еле поворачиваясь вокруг своей оси.
Не льет ли это воду на мельницу гипотезы Блэкетта? Тем более что и Юпитер вроде бы подтверждает это…
Но тут и на Земле были обнаружены новые интересные факты. В пятидесятых годах нашего века ученые окончательно установили, что многие горные породы во время их образования намагничивались. При этом направление их намагниченности естественно совпадало с направлением геомагнитного поля. Раз возникнув, намагниченность во многих случаях с тех пор не менялась. Не значит ли это, что, определив ее для горных пород различного возраста, мы сумеем определить и всю историю магнитного поля нашей планеты?..
А что? Никаких видимых противоречий в высказанном предположении нет. Правда, дело это, конечно, не простое. Однако ученые — народ трудолюбивый. Они отработали вполне убедительную методику восстановления магнитного поля Земли для прошедших геологических эпох. Потом собрали образцы из разных мест земного шара. Исследовали их. Обработали и обобщили результаты и…
В 1963–1968 годах магнитологи А. Кокс, Р. Доэлл и Г. Далримпл опубликовали серию работ. В них они сопоставили намагниченность 240 образцов, взятых из различных районов земного шара, возраст которых был точно определен. Результаты их исследований оказались поразительными. Получалось, что за истекшие последние четыре с половиной миллиона лет жизни нашей Земли (срок весьма скромный), планета четырежды (!) меняла полярность своего магнитного поля на противоположную. Недопустимое легкомыслие для солидного космического тела… Может быть, в исследования ученых вкралась ошибка? Ведь изменения геомагнитного поля не могут пройти бесследно для жизни всей планеты. Слишком многое оказывается с ним связано…
Потрясающее открытие было подтверждено и работами специально оборудованного судна «Гломар Челленджер», пробурившего в океанском дне множество скважин и добывшего из них колонки керна. В них тоже были обнаружены слои с нормальной и обратной намагниченностью. При этом обращение полярности происходило не скачками, в результате какого-то катаклизма, а постепенно. В течение нескольких тысячелетий геомагнитное поле убывало, а потом снова нарастало, но уже с противоположным знаком. Такие периоды бывали в истории Земли и в более древние времена. А как сейчас?
Приближенно мы и сегодня можем рассматривать геомагнитное поле, как и во времена Гильберта, в виде поля небольшого линейного магнита («магнитной палочки»), спрятанного в центре Земли. Магнит этот наклонен примерно на 11° относительно оси вращения планеты. Само же поле как бы состоит из двух частей: большей — от «магнитной палочки» и меньшей, зависящей, возможно, от намагниченности горных пород. Измерения за последние сто пятьдесят лет показывают, что большая часть геомагнитного поля — дипольная — убывает. И довольно быстро — примерно на 5 % за столетие. Экстраполируя результаты, можно прийти к выводу, что через 2000 лет магнитное поле нашей планеты снова «опрокинется». Выходит, мы живем в эпоху обращения полярности…
А ведь это оно, магнитное поле Земли, отклоняет в полярные области потоки заряженных частиц, которые выбрасывает из своих недр Солнце. Оно же образует радиационные пояса вокруг планеты, знание свойств которых так важно для обеспечения безопасности космонавтов. Магнитное поле участвует в работе космической и наземной радиосвязи, радионавигации. Наконец, между состоянием магнитного поля Земли и климатом, как утверждают некоторые ученые, существует весьма существенная зависимость.
Что же произойдет, когда оно уменьшится до минимума, а затем станет даже обратного знака?..
Нет, человеку далеко не безразлично состояние и эволюция всей магнитосферы Земли. Весьма насущные проблемы требуют от геофизиков детального знания как количественных характеристик магнитного поля Земли, так и тенденций его изменения. И здесь предстоит еще большая работа.
Ну, а почему же все-таки Земля — магнит? Ведь именно так мы поставили вопрос в заголовке раздела. Вопрос не легкий. Сегодня наиболее правдоподобным ответом на него может быть, пожалуй, одна из последних гипотез. Я имею в виду гипотезу о динамомеханизме в жидком земном ядре.
По современным представлениям Земля — довольно сложная система. Это вращающийся толстостенный шар, стенки которого состоят из вещества мантии, а внутренняя полость заполнена хорошо проводящей электрический ток жидкостью, в самом центре которой плавает твердое ядро.
При вращении планеты внешний слой ее жидкого пласта может несколько отставать от вращения коры и мантии, порождая внутри проводящей жидкости течения…
А теперь закройте на минутку глаза и представьте себе: в слабом магнитном поле, созданном геомагнитными материалами, вращается замкнутый контур из хорошего проводника… Да ведь это не что иное, как генератор — динамо. Отставая от общего вращения, проводящий слой пересекает силовые магнитные линии слабого изначального магнитного поля, и в нем возбуждается электрический ток. Но этот электрический ток обладает собственным магнитным полем, которое складывается с начальным и усиливает его. Большее магнитное поле порождает и более сильный электрический ток… Получается обычный генератор с самовозбуждением.
Самое интересное, что эта гипотеза позволяет объяснить и периодическую смену полярности геомагнитного поля. Для этого электромагнитные процессы в земном ядре нужно смоделировать и представить в виде работы двух взаимодействующих дисковых динамо, в которых ток одного подпитывает магнитное поле другого и наоборот.
Основания для такой аналогии есть; уравнения, описывающие механизм движения в жидком слое земного ядра, схожи с уравнениями для цепочек взаимодействующих динамо.
Магнитное поле такой системы периодически меняет свою полярность. Так что с математической точки зрения способность геомагнитного поля к «самоопрокидыванию» перестает быть загадочной. Вот только узнать бы точно, как устроено ядро Земли…
Вы упрекнете в том, что мы слишком отклонились от выбранного маршрута путешествия в прошлое и невольно перешли к понятиям современности? Но ведь и мы живем не в XVII веке и вооружены знаниями своего времени. Задача автора, рассказывающего об истории науки, восстановить картину прошедших эпох, чтобы стал понятнее главный вопрос — как дошли люди до появления тех чудес, что нас окружают сегодня.