Владимир Кессельман - На кого упало яблоко
Заслуги Майкла Фарадея перед физикой огромны: лишь после экспериментальных работ Фарадея классическая электромагнитная теории обрела практическую полноту.
В истории науки 1820 год знаменателен публикацией трактата датского физика Ханса Кристиана Эрстеда[76], который описал явление, наглядно показавшее связь между электричеством и магнетизмом. Замыкая «вольтов столб» он заметил, что стоявшая рядом магнитная стрелка отклонилась и заняла перпендикулярное положение к проводу. Задолго до Эрстеда, в 1802 году, через два года после изобретения «вольтова столба», то же самое наблюдал итальянец Джованни Доминико Романьези (и сообщил об этом в печати), но на это не обратили должного внимания. Так что начало учения об электромагнетизме связывается обычно с именем Эрстеда. В августе 1820 года Дэви ознакомил Фарадея с трехстраничным докладом Эрстеда. Они вместе повторили опыты датского физика, и с тех пор почти все важнейшие исследования Фарадея, принесшие ему мировую славу, были связаны с изучением электромагнитных явлений.
Время, когда Фарадей приступил к исследованиям электромагнитных явлений, было для него очень тяжелым. Незадолго перед этим он провел опыт, месяца два назад предложенный Дэви и Волластоном[77], — речь шла о том, что проволока, через которую пропущен ток, должна под действием магнита вращаться вокруг своей оси. У Фарадея все так и получилось: при включении тока проволока быстро завращалась вокруг магнита. А поменяв «плюс» и «минус», можно было добиться перемены направления вращения.
Результаты своего эксперимента Фарадей поспешил опубликовать в статье «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма» и при этом не упомянул имен Волластона и Дэви. По Королевскому институту поползли слухи, возможно инициированные Дэви, что открытие электромагнитного вращения якобы принадлежит не Фарадею, а Волластону, которого ассистент Фарадей просто обокрал. Речь шла не только о приоритете, под угрозой оказалась вся его карьера.
И Фарадей решил апеллировать непосредственно к благородству и лояльности самого Волластона. Он написал ему письмо, в котором изложил историю своего эксперимента.
Волластон вел себя, как джентльмен, и не выдвинул никаких претензий. Его ответ гласил: «Сэр! Мне кажется, что Вы находитесь в заблуждении, преувеличивая силу моих чувств по поводу тех обстоятельств, о которых Вы пишете. Что касается мнения, которое другие лица могут иметь о Ваших поступках, то это дело целиком Ваше и меня не касается, но если Вы считаете, что не заслужили упрека в недобросовестном пользовании чужими мыслями, то Вам, как мне кажется, не следует придавать большого значения всему этому происшествию. Однако если Вы тем не менее не отказались от желания иметь беседу со мной и если Вам удобно зайти ко мне завтра утром, между десятью и десятью с половиной часами, то можете быть уверены, что застанете меня дома. Ваш покорный слуга У. X. Волластон»[78].
Встреча состоялась, причем, по-видимому, Волластон принял во внимание обстоятельства, из-за которых его имя не было упомянуто в статье, и с высоты своих научных заслуг отказался от каких-либо претензий к Фарадею, молодому, симпатичному ему ученому, не числящему еще за собой каких-либо серьезных научных заслуг. Похоже, он так и не понял до конца революционности опыта Фарадея. Но это, как говорится, его проблема.
В дальнейшем Фарадей занялся проблемой, которую он поставил перед собой в это время: превратить магнетизм в электричество. В течение последующих десяти лет он занимался исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями, и в 1831 году Фарадей сделал свое самое великое открытие — явление электромагнитной индукции, лежащее в основе работы всех электрогенераторов постоянного и переменного тока. Опыты Фарадея описаны во всех школьных учебниках физики. Впервые магнетизм был превращен в электричество. Были найдены новые источники электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), — индукция и новый вид этой энергии — индукционное электричество.
Опыты Фарадея дают представление о его упорстве и потрясающей интуиции. Закон электромагнитной индукции охватил и другую группу явлений, которая получила впоследствии название явлений самоиндукции. Фарадей назвал новое явление так: «Индуктивное влияние электрического тока на самого себя». Он писал: «Не подлежит сомнению, что ток в одной части провода может действовать путем индукции на другие части того же самого провода, находящиеся рядом… Именно это и создает впечатление, что ток действует на самого себя».
В 1832 году в разгар исследований по электромагнитной индукции Фарадей подготовил письмо о своих взглядах на проблему электромагнитного взаимодействия, закрепляющее его приоритет. И это объяснимо — после публикации Фарадея многие физики осознали, что они наблюдали в своих экспериментах по магнитному действию токов аналогичные явления. Открытие «носилось в воздухе». К нему независимо от Фарадея пришел и Джозеф Генри[79] — крупнейший американский ученый и изобретатель XIX века. Он, как оказалось, еще в 1830 году наблюдал явление электромагнитной индукции.
В истории науки есть немало примеров, когда выдающиеся открытия и изобретения делались почти одновременно учеными разных стран, ничего не знающими друг о друге. Но все по порядку. В дневнике Фарадея записана дата исторического открытия явления электромагнитной индукции: 29 августа 1831 года. Почти через три месяца, 24 ноября 1831 года, он сообщил об этом Королевскому обществу, а 17 февраля 1832-го выступил с докладом о своем открытии в Королевском институте. Статья Фарадея с подробным изложением экспериментов была опубликована в 1832 году в журнале «Философские труды», а затем в крупнейших физических журналах континента.
Профессор физики Джозеф Генри много лет занимался исследованием электромагнитных явлений и ничего не знал о работах Фарадея. 16 ноября 1831 года он пишет одному из своих коллег: «Недавно я отковал большую подкову весом 101 фунт, которую намерен использовать для некоторых поучительных экспериментов, касающихся тождественности электричества и магнетизма», то есть индуцировать электричество с помощью магнетизма. Никому из биографов не удалось выяснить, по какой причине Генри прекратил начатые в сентябре эксперименты и продолжил их лишь девять месяцев спустя.
Можно предположить, что Генри интересовала проблема получения мощных магнитов. Умолчав об индукционных опытах, Генри сразу же послал сообщение, когда ему удалось поднять электромагнитом целую тонну. Именно это сообщение и получил Фарадей. Возможно, оно послужило последним звеном в цепи умозаключений, приведших к ключевой идее. Неоспоримо установлено, что электромагнитную индукцию Генри открыл в промежутке между 14 и 28 июня 1832 года. В письме своему коллеге от 28 июня Генри сообщил, что некоторое время был очень занят, но «на днях… добился успеха в очень интересном эксперименте по получению электрических искр из магнита».
Открытие Генри было опубликовано в июле 1832 года, одновременно вышли в свет рефераты первых двух серий «Экспериментальных исследований по электричеству» Фарадея, с которыми Генри ознакомился только осенью того же года. «Мне следовало напечатать это раньше, — говорил он сокрушенно своим друзьям. — Но у меня было так мало времени! Хотелось свести полученные результаты в какую-то систему»[80].
Из статьи Фарадея известно, что вначале он открыл «индукцию токов» и только в конце экспериментов получил эффект индукции, применив электромагнит. Генри, много лет занимавшийся электромагнитами, сразу поставил эксперимент с электромагнитом и катушкой, подключенной к гальванометру. Свои опыты он производил вместе с помощников, который, будучи в другой комнате, включал и отключал батарею (при этом возникало и исчезало магнитное поле), и Генри наблюдал отклонение стрелки гальванометра. А вот швейцарский физик Колладон проводил похожие опыты без помощника и, переходя в другую комнату, мог увидеть лишь неподвижную стрелку прибора. Этой ошибки Колладон, проживший девяносто лет, простить себе не мог до конца своих дней.
В статье, написанной уже после знакомства с опытом Фарадея, Генри, отдавая должное английскому физику, подчеркнул, что он шел к открытию собственным, отличным от Фарадея путем и, как пишет один из биографов, «очень краткими намеками указал, что первооткрывателем был все-таки он». Конечно, никто не оспаривает приоритет Фарадея, но, если бы Генри не прервал свои эксперименты, он разделил бы славу открытия с Фарадеем. Научный подвиг Генри должен быть оценен еще и потому, что условия его деятельности резко отличались от тех, в которых находился Фарадей. Он был знаком с известными учеными, работал в одной из лучших лабораторий Королевского института. У Генри же не было даже «компетентных друзей», он не мог печататься в ведущих журналах Европы, как ученый он был одинок.
