Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
Про крючки и петли сказано, может быть, слишком конкретно. Однако каждому ясно,
что древние отлично понимали главное. Кроме магнита есть нечто, его окружающее.
Можно говорить о душе, об атмосфере, об истечениях или исторгаемых наружу
семенах. Сейчас это называют магнитным полем. Именно оно тянет железо к магниту!
Великолепная картина, данная Лукрецием, поэтически перелагает тезис Эпикура:
"Фигуры атомов и неделимых тел, истекающих из камня и из железа, так подходят
друг к другу, что легко сцепляются между собой; итак, ударившись о твердые части
камня и железа, а затем отскочив в середину, они одновременно и связываются друг
с другом, и влекут железо".
Великий Платон, философ-идеалист, так комментировал механизм магнитных действий:
"…ввиду того, что не бывает никакой пустоты, эти тела со всех сторон толкают
друг друга, и когда они разделяются и соединяются, все, обменявшись местами,
переходят на свое обычное место. Вероятно, те, кто произведет правильное
исследование, придут в изумление от этих запутанных взаимоотношений".
Что и говорить, повествуя о "запутанных взаимоотношениях", Платон был
удивительно дальновиден. Последующие открытия убедили ученых в том, что природа
магнетизма гораздо сложнее, чем зацепления с помощью крючков и зацепок.
Механистических представлений древних оказалось недостаточно, чтобы справиться с
описанием магнитных явлений. Даже сейчас, когда мы очень многое знаем о природе
магнетизма и благодаря этим знаниям сумели создать ряд исключительно важных
магнитных материалов, еще остаются, к сожалению, справедливыми слова великого
Гильберта: "Скорбите и плачьте, ученые, по поводу того, что ни прежние
перипатетики, ни сами вульгарные философы, ни Иоанн Костей, высмеивающий все
это, не могли постичь этой столь благородной и замечательной природы".
Действительно, почему все же железо притягивает? В чем сущность магнитного
притяжения? Вопрос этот волнует людей уже давно.
Тысячи лет назад кабиры (так называли бродячих фокусников Древней Греции)
странствовали по своей земле и давали в тени олив удивительные представления.
Одно из них всегда приковывало внимание обитателей окрестных селений. То, что
делали кабиры, внушало благоговейное почтение к их тайному могуществу.
Несколько тяжелых железных колец висели, ничем не связанные между собой, одно
под другим, не падая. Казалось, могущественный Зевс, сильный и невидимый,
поддерживает ладонями на весу эти кольца.
Секрет кабиров заключался в том, что кольца эти были сделаны из "геркулесова
камня", добывавшегося где-то в Маниссе.
Уникальная способность магнита притягивать железные предметы ассоциировалась в
воображении древних с плотской любовью, и поэтому первые объяснения
притягивающего действия этих камней были связаны с приписыванием магниту
женского, а железу мужского начала. Иногда считали и наоборот. Это, конечно,
нисколько не меняло дела. Суть сводилась к тому, что любые "притяжения", в том
числе и притяжение магнита, были механически приравнены одно другому. Стремление
пылинок к потертому о шерсть янтарю, металлических колец — к магниту, одного
человека — к другому считали явлениями одного порядка. В обширную за счет этого
коллекцию "магнитов" попали многие, весьма странные с современной точки зрения
экспонаты. Так, в свое время писали о "креагическом", или "мясном", магните,
поскольку некоторые ученые видели, как куски мяса пристают к губе.
Гильберт когда-то писал: "Пламя серы притягивает, так как оно похищает некоторые
металлы благодаря своей способности проникать внутрь их. Так белая нефть
привлекает пламя, так как она испускает и испаряет воспламеняющийся газ, почему
она на некотором расстоянии и воспламеняется; таким же образом дым только что
потушенной свечи воспринимает пламя от другого пламени: ведь огонь ползет к огню
сквозь воспламеняющуюся среду…"
В семейство "магнитов" попали также: рыба-прилипала; морские моллюски,
присосавшиеся к днищу корабля; камень сагдон, к которому якобы притягиваются
деревья, причем с такой силой, что оторвать их можно только, обрубая сучья и
ветви; камень катохит, притягивающий к себе мясо (как впоследствии выяснилось,
этот камень "от его липкости и присущего ему клея" пристает к теплым рукам).
Воображением и наблюдательностью наших предков было образовано и семейство
"антимагнитов", т. е. семейство существ и веществ, взаимно отталкивающихся. В это
семейство попали и антипатичные друг другу люди; и пламя свечи, отталкивающееся
от магнита; и масло, отталкивающее воду.
"…Плиний, выдающийся человек и лучший из тех, кто делал выписки (ведь он
передал потомству не всегда и не преимущественно то, что он видел и открыл сам,
а чужое), списал у других сказку, ставшую в новое время, благодаря частым
пересказам, общеизвестной: в Индии, у реки Инда, есть две горы; природа одной,
состоящей из магнита, такова, что она задерживает всякое железо; другая,
состоящая из феамеда, отталкивает железо. Так, если в обуви имеются железные
гвозди, то нет возможности оторвать подошвы от одной из этих гор, а на другую
нет возможности ступить". Альберт Великий пишет, что в его время был найден
магнит, который одной своей стороной притягивал к себе железо, а другой,
противоположной, отталкивал его, — указывал Гильберт, человек, на долю которого
выпало разделить все эти явления "притяжения и отталкивания" на соответствующие
категории и выделить из них лишь то, что непосредственно касается магнита.
Гильберт отверг всякие рассуждения о феамеде — веществе, отталкивающемся от
железа. Может быть, это была ошибка Гильберта.
Сегодня хорошо известно, что есть материалы, которые магнитом отталкиваются. К
их числу, например, принадлежит медь. Правда, это отталкивание очень слабое, но
кто знает — не могли ли древние каким-то образом заметить его и создать свое
учение о феамеде — антимагните.
Сейчас такие вещества называют диамагнетиками.
Вещества, притягивающиеся к магниту, называют парамагнетиками и
ферромагнетиками. Свойство притяжения в наибольшей степени присуще
ферромагнетикам, и в первую очередь железу, никелю и кобальту.
Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов
вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое
движение заряда — это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле.
Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в
Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Изменению номера элемента в
таблице Менделева соответствует изменение структуры электронных оболочек атома.
Структуры оболочек ферромагнитных атомов таковы, что все электроны, грубо
говоря, вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент.
В неферромагнитных же атомах магнитные моменты электронов направлены в разные
стороны, что приводит к их взаимной компенсации.
В ненамагниченном ферромагнетике магнитный момент тела в целом равен нулю. Это
объясняется тем, что в ферромагнетиках все атомы делятся на группы — так
называемые домены. Каждый из доменов, видимый невооруженным глазом, содержит
миллиарды атомов, ориентированных в одном направлении, и, таким образом, имеет
солидный суммарный магнитный момент. Однако тело в целом магнитным моментом не
обладает, поскольку домены в теле расположены хаотично.
Помещая тело в магнитное поле, мы способствуем тому, что все домены постепенно
ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и их магнитные свойства
суммируются. Сняв внешнее магнитное поле, получим новый магнит — ферромагнитное
тело, в котором все домены намагничены в одном направлении. Если мы хотим в
течение длительного времени сохранить магнитные свойства "рукотворного магнита",
нужно приложить усилия к тому, чтобы домены не вернулись к прежнему хаотическому
расположению. Для этого магнит не нужно трясти и нагревать.
Почему же намагниченные тела притягиваются? Теория утверждает, что всякая
система пытается принять такое положение, в котором ее энергия минимальна.
Почему камень падает на землю? Он падает на землю потому, что стремится занять
такое положение, в котором его потенциальная энергия будет минимальной. Другими
