Дэвид Боданис - Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества
Эдисон, Белл и прочие практичные изобретатели викторианской поры решили, что, высвободив древнюю мощь электронов, они докопались до самой глубины, до сути вещей. Однако они лишь царапнули по поверхности. А под нею крылось еще очень многое.
Часть II
ВОЛНЫ
Металлы, которые выбрасывались во Вселенную при взрывах древних звезд, обладали, падая на Землю, огромной силой. Каждый из скрытых в них электронов окружало незримое силовое поле.
При обычных обстоятельствах обнаружить это незримое поле было невозможно, однако внутри железа оно обладало большей обычного силой. Значительная часть древнего железа ушла глубоко под землю, а поскольку планета вращалась, оно вращалось вместе с ней.
И это вращение породило объемлющее всю Землю магнитное поле. Оно исходило из-под земли, и, хотя очень долгое время оставалось людьми не замечаемым, в пору классического Китая они его все-таки обнаружили. Китайцы использовали определенную часть его энергии для ориентации тонких стрелок компасов, с которыми они выходили в море.
Обитатели тогдашнего мира были в большинстве своем слишком бедны, а мыслители — слишком догматичны, чтобы попробовать разобраться в намеке, который давало им это всепроникающее магнитное поле. Но затем, в тринадцатом веке магометанской эры, или в двадцать четвертом веке со времени явления Будды, или в пятьдесят шестом веке еврейского календаря — иными словами, в девятнадцатом веке нашей эры, все изменилось, и фундаментальнейшим образом.
Глава 4
Бог Фарадея
Майкл Фарадей, человек, сделавший больше всех прочих для открытия этой незримой силы, был курчавым лондонцем. Он родился в 1791 году — более чем за сто лет до открытия электрона — в семье рабочего. В отрочестве из него ключом била энергия, друзей, с которыми он бегал по лондонским улицам, юный Майкл веселил словесными играми, одну из которых Фарадей повторил позже в письме к своему другу Бенжамину Абботту:
— нет-нет-нет-нет-нет-правильно-нет, философия еще немертва-нет-нет-О нет-он знает это-спасибо-это невозможно-Ура. Эти строки, дорогой Абботт, содержат полный и явственный ответ на первую страницу вашего письма от 28 сентября.
Даже получив работу лабораторного ассистента в величавом Королевском институте, он сохранил прежнее чувство юмора и в один памятный вечер тайком провел туда Абботта, чтобы нюхнуть вместе с ним закиси азота — веселящего газа, который директор института припас для одного из своих опытов.
Однако имелась в натуре Фарадея и сторона серьезная — его притягивали к себе те же тайны электричества, над которыми ломал голову Джозеф Генри. Как может свитая в спираль медная проволока служить магнитом и притягивать к себе куски металла? Ведь между проволокой и металлом нет ничего, кроме пустого пространства. С точки зрения общепринятой науки это было бессмыслицей. Поместите такой электромагнит над гвоздем, и гвоздь полетит вверх. А между тем его тянет вниз сила тяжести, создаваемая несчетными триллионами тонн камней и магмы — всей массой Земли.
Какое же притяжение, способное преодолеть эту огромную силу, источают обратившиеся в магнит витки медной проволоки?
Фарадея эта тайна зачаровывала, он мечтал раскрыть ее, однако ему годами почти не позволяли работать над такими проблемами. За спиной его распространялись слухи, согласно которым сие дитя трущоб, отпрыск простого кузнеца, к проведению серьезных исследований попросту не способен. Впрочем, в 1829 году директор Королевского института, чинивший Фарадею самые большие помехи, весьма кстати скончался. Фарадей, выразив свое искреннейшее почтение вдове директора, тут же забросил выполнение полученных им от директора заданий и постарался высвободить себе сколь возможно больше времени для самостоятельной работы. Он никак не мог выбросить из головы незримую притягательную силу магнита. Он должен был понять, как эта сила работает.
В этих исследованиях Фарадей имел одно большое преимущество перед своими соперниками, работавшими в Англии и в других странах Европы. Все они прекрасно владели передовыми математическими методами, которые разработал в семнадцатом столетии сэр Исаак Ньютон. Ньютон прославился созданием картины холодной, словно бы заводной Вселенной, где раздельно катят планеты, похожие на гигантские биллиардные шары. В этой Вселенной, утверждала тогдашняя наука, нет места для невидимых сил, которые заполняли бы пространство между твердыми телами, удерживая от распада Солнечную систему, да и саму Вселенную тоже, — нет натянутой в небе незримой паутины. Да, гравитация существовала, однако она каким-то образом перескакивала от одного тела к другому. В такой картине мира она отнюдь не пронизывала пустоту, лежавшую между телами.
Все это означало, что, когда современники Фарадея пытались понять связи электричества и магнетизма, они исходили из того, что эти связи должна обеспечивать сила, которая проскакивает пустое пространство, реального существования в нем не обретая. Их Вселенная была по сути своей пустой. Когда силы действовали, считали они, осуществлялся некий холодный процесс мгновенного преодоления расстояния — процесс, который сам Ньютон называл «дальнодействием».
Ньютона Фарадей чтил, однако ему пришлось с двенадцати лет зарабатывать себе на жизнь, проведя не один год в подмастерьях переплетчика. И он научился думать самостоятельно; если бы он всегда придерживался общих мнений, то, верно, так до сих пор и сидел бы в переплетной мастерской. Кроме того, за годы ученичества он никакой математики, помимо элементарной арифметики, не освоил. И это давало Фарадею еще одно преимущество — он никогда не подпадал под очарование баховской красоты уравнений Ньютона. Но, даже если бы он не родился в бедности, даже если бы освоил математический анализ, существовала и другая причина, по которой Фарадей не мог поверить в пустоту пространства.
Семья его принадлежала к числу преданных сторонников кроткого религиозного меньшинства, именовавшегося сандеманианцами — близкой по духу к квакерам группы людей, питавших почти буквалистскую веру в Библию. И, даже начав работать в Королевском институте, Фарадей сохранил в себе эту веру, к тому же и жена его, и ближайшие друзья тоже были сандеманианцами.
Исповедуемая ими религия наделила Фарадея убежденностью в том, что пространство пустым быть не может, что в нем повсюду разлито Божественное присутствие. Его высмеивали за такие верования («Я принадлежу к очень маленькой, презираемой христианской секте», — однажды сказал он, вздыхая), и Фарадей научился держать свои взгляды при себе. Однако религия продолжала владеть всеми его помыслами, и однажды он, плывя в маленькой лодке по швейцарскому озеру, увидел то, что воспринял как доказательство правоты своих верований.
Это была обычная радуга, висевшая в воздухе у подножия водопада. Внезапно подул сильный ветер, порывы которого временами отбрасывали брызги воды так далеко, что радуга исчезала из виду. Когда это происходило, Фарадей просил своих гидов останавливать лодку и ждал продолжения. И всякий раз ветер, сменив направление, приносил брызги обратно, и радуга появлялась снова.
«Я оставался неподвижным, — писал Фарадей, — пока порывы ветра и облака брызг приносились… к тому месту и ударяли в скалу». Все выглядело так, чувствовал он, точно радуга всегда оставалась на месте, даже при том, что видна она была лишь время от времени. Так же, полагал Фарадей, обстоит дело и в науке. Мы видим лишь пустое пространство, однако что-то в нем неизменно присутствует.
И теперь, пытаясь найти связь между электрическими токами и магнитами, он сознавал, что должен сосредоточиться на том, что все пропускали мимо глаз, — на видимой «пустоте», разделявшей в его лаборатории различные объекты. А для того, чтобы проникнуть в нее, он воспользовался очень простым ключом.
Весьма популярный салонный фокус того времени выглядел так: вы насыпали вокруг магнита железные опилки и следили за тем, как они образуют кривые линии, которые тянутся от одного полюса магнита к другому. Фарадей видел в этом не просто трюк, способный позабавить детей. Ибо откуда на самом-то деле берутся эти дуги? Они, подобно той радуге, представляют собой знаки, оставленные незримой связующей тканью, которую он искал.
Майкл Фарадей
Весь 1830-й и в особенности 1831-й Фарадей описывал круги над нужной ему добычей. Он был словно загипнотизирован силами, которые, казалось, совершают прыжки из одного места в другое. К примеру, когда поджигается облако газа, обычно говорят, что при этом мгновенно возникает огненный шар. Но Фарадей в это не верил. И, присмотревшись повнимательнее, понял, что можно увидеть, как пламя очень быстро распространяется из одной части занятого газом пространства в другую. Когда же он отправился на берег моря, в Гастингс — чтобы доехать туда экипажем, требовался целый день, — его жена увидела, как он опустился на колени и вгляделся в рябь на песке, пытаясь понять, как она распространяется. Эдисон на такого рода занятия времени не находил.
