Анатолий Томилин - Мир электричества
По аналогии с гипотезами, высказанными в теории электричества, Эпинус строил и теорию магнетизма. Он предполагал существование магнитной жидкости, частицы которой взаимно отталкиваются. Все тела он делил на безразличные к частицам магнитной жидкости и притягивающие магнитную жидкость.
Правда, закон Ньютона утверждал, что все тела природы связаны друг с другом силами притяжения. По теории же Эпинуса частицы должны отталкиваться друг от друга. Это обстоятельство смущало всех, включая и самого автора теории.
Работы Эпинуса сразу же стали широко известны и оказали влияние как на взгляды физиков его времени, так и на дальнейшее развитие науки об электричестве. Эпинус едва ли не первым применил математику для описания электрических и магнитных явлений. И это позволило ему сделать много очень интересных предположений, предвосхитивших будущие открытия. На его выводы ссылались Кавендиш и Кулон, о его теории писали французские академики Лаплас, Кузен и Лежандр. О нем упоминали Вольта и Фарадей.
До появления работы Эпинуса физики были уверены, что взаимодействие наэлектризованных тел с ненаэлектризованными вполне возможно. Эпинус же утверждал, что лишь после того, как заряд одного тела вызовет появление заряда на другом, они приходят во взаимодействие. Это было совершенно новым представлением, которое пришлось весьма кстати впоследствии, когда были открыты явления электрической и магнитной индукции и поляризации тел.
Интересно и его утверждение о том, что электрическая материя существует только в телах и отсутствует в пространстве, где действуют электрические силы. Здесь Эпинус довольно близко подходит к понятию электрического и магнитного поля, которое возникло и получило развитие в физике следующего столетия в работах Максвелла.
Сам Эпинус недолго занимался в России научной деятельностью. По желанию Екатерины II он в 1765 году принял на себя заботу о воспитании великого князя Павла Петровича. И с тех пор занимался государственной деятельностью в столичном бюрократическом аппарате.
Занятый придворными интригами, участник множества начинаний, Эпинус мало внимания уделял своей должности профессора физики в академии. Это приводило его к частым столкновениям с Ломоносовым. Взаимоотношения обоих ученых оставляли желать лучшего на протяжении всего их совместного существования в академии.
Когда люди знают мало, они придумывают гипотезы. А если впереди гипотезы шествует еще и теория, то, значит, люди об этом вопросе знают еще меньше. Справедливости ради нужно рассказать о возникновении еще одной теории электричества, очень сходной с теорией Дюфе, но родившейся независимо и не во Франции, а в Англии. Эта теория сыграла немаловажную роль в установлении взглядов на природу электричества.
Случилось это так. Во время одного из заседаний Лондонского королевского общества сэр Роберт Симмер показал коллегам вовсе не значительный опыт: электрической искрой он пробил бумагу. Края отверстия оказались загнутыми в обе стороны. Почему?
Джентльмены пожали плечами. Что же, по-видимому, это еще одна загадка таинственного электричества. Многие явления пока что не находят толкований, а если и объясняются как-то существующими теориями, то настолько туманно, что даже сами авторы теорий пишут эти объяснения неохотно.
– Я могу вполне ясно объяснить любое из указанных явлений, джентльмены, – спокойно ответил сэр Роберт, поднимаясь со своего места и подходя к столу. – Но сначала еще один опыт…
Он взял стул и поставил его на стол. После этого естествоиспытатель с великим кряхтением, ибо был он человеком уже немолодым, взобрался туда же, утвердился на стуле и попросил погасить свечи.
Заинтересованные члены общества столпились вокруг. Сэр Роберт снял башмаки. А когда он начал стягивать с ног чулки, кое-кто из присутствующих подался назад. Странное чудачество? Впрочем, англичане уважают чудаков. Даже считают, что чудаки движут прогресс.
Сэр Роберт носил две пары шелковых чулок. На одной ноге у него было два белых чулка, а на второй под белым скрывался черный. Присутствующие не без удивления заметили, что при стаскивании одного чулка с другого между ними пробегали электрические искорки. Впрочем, что же удивительного? Ведь сэр Роберт трением наэлектризовал свою одежду. Но вот чулки сняты!…
– Прошу свет!
Свечи были зажжены и поставлены на стол. И все увидели, что снятые чулки надулись, как бычьи пузыри, так что их можно было поставить стоймя. Но главное было не в этом. Симмер поднес два белых чулка друг к другу. Они оттолкнулись и стремительно разошлись в разные стороны.
– Точно так же отталкиваются друг от друга и черные чулки, – лаконично поведал он присутствующим.
Однако стоило ему поднести белый чулок к черному, как тот к нему немедленно притянулся.
– В чем причина различного поведения чулок, отличающихся только цветом, джентльмены?
Ошеломленные джентльмены молчали. Тогда сэр Роберт продолжил:
– По-видимому, в составе краски?.. Но кто не знает, что черную краску получают красильщики из чернильных орешков и железного купороса? Где же здесь причина притяжения и отталкивания?.. А вот не означает ли продемонстрированный опыт, что в своем естественном (ненаэлектризованном) состоянии все тела содержат в себе два рода электричества – положительное и отрицательное, которые и переходят при трении с тела на тело. И если на теле скопился избыток одного из видов электричества, оно проявляет действия наэлектризованного.
– Браво, сэр Роберт! Это предположение действительно объясняет причины притяжения и отталкивания наэлектризованных разными родами электричества тел.
Так возникла еще одна теория о существовании двух противоположных и нейтрализующих друг друга видах электричества – положительном и отрицательном. Ведь Роберт Симмер не знал, что за двадцать лет до него французский естествоиспытатель Жан Дюфе уже выдвигал подобную гипотезу.
Вначале ученые считали, что унитарная и дуалистическая гипотезы примерно одинаково объясняют наблюдаемые электрические явления. Но скоро обнаружилось, что с помощью взглядов Дюфе-Сим-мера легче объяснить целый ряд явлений, не поддающихся теории единой жидкости. Легче оказалось понять индукцию, то есть электризацию через влияние. А растолковать непонятное до сих пор отталкивание отрицательно заряженных тел с помощью двух видов электричества просто ничего не стоило. Нет, нет, определенно очень многое из того, что являлось непреодолимым для унитарной гипотезы, дуалистическая гипотеза объясняла запросто. Были и другие проблемы, разрешившиеся с введением новых взглядов.
Однако время гипотез закончилось. Все острее ощущали исследователи необходимость научиться измерять и рассчитывать силы, определяющие взаимодействие между наэлектризованными телами. «Современные теории, – писал известный английский ученый Джозеф Пристли в 1767 году в своей ранней работе «История электричества», – не могут дать нам ничего лучшего, как лишь навести нас на новые эксперименты». Для того чтобы двигаться дальше, нужно было открыть количественные законы, которым бы подчинялись электрические силы. Нужно было научиться считать!..
Первый закон о взаимодействии
Шарль Огюстен Кулон был военным инженером. Родился он в 1736 году в Ангулеме. Учился в Париже. Окончив учебу, поступил на военную службу и, прослужив несколько лет в разных гарнизонах, вышел по нездоровью в отставку. Следует отметить, что все годы службы он не оставлял научных занятий, интересуясь исследованиями в области механики, магнетизма и электричества. За свои научные работы, послужившие улучшению устройства компаса, Кулон получил премию Парижской академии наук. А два года спустя – вторую премию за «теорию простых машин». В 1781 году его избрали членом академии. И скоро он стал одним из генерал-инспекторов министерства народного просвещения.
Изучив явление кручения как деформацию упругих тел, Кулон в 1784 году изобрел крутильные весы – необыкновенно чувствительный прибор, с помощью которого можно было измерять совсем слабые взаимодействия. Состояли они из тоненькой не проводящей электричество палочки, подвешенной горизонтально на конце проволочного волоска. Палочка заканчивалась крохотным бузинным шариком. Рядом находился еще один такой же шарик, насаженный на неподвижный вертикальный изолированный стержень. Наэлектризованные одинаково, шарики взаимно отталкивались. При этом подвижный шарик закручивал проволочный волосок. Законы круче ния, найденные Кулоном, позволяли измерять как силу отталкивания, так и силу притяжения заряженных шариков, а потом и магнитов. Проделав множество раз одни и те же измерения, чтобы избавиться от возможной ошибки, Кулон обобщил их и вывел закон, по которому следовало, что электрические заряды взаимодействуют с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
