ЭРСТЕД ОБЪЕДИНЯЕТ
Глава из книги "Магнит за 3 тысячелетия", автор В. Карцев
Когда 43-летний копенгагенский профессор Ганс Христиан
Эрстед (1777...1851) разослал европейским коллегам свой ставший
сразу знаменитым «Памфлет» о действии электрического тока на магнитную
иглу – всего четыре странички на латинском языке – и когда многие
ученые смогли с ним познакомиться, их удивлению не было границ.
Неужели ток действует на магнит столь странно?
Чтобы разобраться в «проблеме Эрстеда», которую
бесспорно следует считать ключевой в учении об электричестве и магнетизме,
нужно вернуться на два столетия назад и представить себе маленький
датский остров Лангеланд, городок на нем под названием Рюдкобинг
и семью бедного аптекаря, в которой родился Ганс Христиан. Нужда
гналась за семьей по пятам, и начальное образование братьям Гансу
Христиану и Андерсу пришлось получать где придется: городской парикмахер
учил их немецкому; его жена – датскому; пастор маленькой церквушки
научил их правилам грамматики, познакомил с историей и литературой;
землемер научил сложению и вычитанию, а заезжий студент впервые
рассказал им удивительные вещи о свойствах минералов, пробудил любознательность
и приучил любить аромат тайны. В двадцать лет Ганс, приобщенный
к науке и познавший столь малую часть ее, уже вынужден был стоять
за стойкой отцовской аптеки и помогать ему. Здесь медицина надолго
пленила его, потеснив химию, историю, литературу, и еще более укрепила
в нем уверенность в его научном предназначении. Он решает поступить
в Копенгагенский университет, но не знает, что изучать. Он берется
за все: за медицину, физику, астрономию, философию, поэзию. Он увлечен
всем сразу и всем серьезно. Как нельзя кстати помогла стипендия,
основанная тем самым доктором медицины Кратценштейном, который родился
в Германии (шестой сын бедного учителя), окончил университет в Галле,
несчастливо служил в Академии Санкт-Петербурга, после чего 42 года
преподавал в университете города Копенгагена.
Вместе с Гансом учился и брат, но юриспруденции.
Держась за руки, братья гуляли по зеленым лужайкам университетских
дворов или сидели на ступенях старинных зданий или в гулких аудиториях,
отрешенные, с горящими глазами. Их начинающееся служение науке было
сродни какому-то мистическому действу, столь подходящему для этих
монастырских стен и холодных келий со стрельчатыми окнами. Ганс
был счастлив в университетских стенах; он писал позднее, что для
того, чтобы юноша был абсолютно свободен, он должен наслаждаться
в великом царстве мысли и воображения, где есть борьба, где есть
свобода, где побежденному дано право восстать и бороться снова.
Он жил, упиваясь трудностями и первыми небольшими победами, познанием
новых истин и устранением предыдущих ошибок. Но чем он занимался?
Золотая медаль университета 1797 г. была присуждена ему за эссе
«Границы поэзии и прозы». Он разбрасывался и, казалось, заранее
ставил крест на своей научной карьере, предпочитая разносторонность
профессионализму. Следующая его работа, также высоко оцененная,
была посвящена свойствам щелочей, а диссертация, за которую он получил
звание доктора философии, – медицине (как и у Кратценштейна).
Наступило новое столетие. В вихре французской революции,
на полях сражений американской войны за независимость рождалось
новое восприятие мира, очищение умов и душ от устоявшихся догм,
ветер свободы манил молодых. Начавшийся промышленный переворот затопил
традиционный мир техники нескончаемым потоком новых практических
изобретений. Век XIX заявил о себе новым образом жизни и мыслей,
новыми социальными и политическими идеями, новой философией, новым
восприятием искусства и литературы. Все это захватывает Ганса, он
стремится попасть туда, где бурлит жизнь, где решаются главные научные
и философские вопросы, – в Германию, Францию, другие европейские
страны. Дания была в этом смысле провинцией Европы, и Эрстед не
мог и не хотел там оставаться. Он искал понимания, он искал новых
друзей.
Его талант, упорство и случайность сплелись в счастливый
клубок, и вот он, блестяще защитив диссертацию, едет по направлению
университета на годичную стажировку во Францию, Германию, Голландию.
В то время он скорее был философом, чем физиком. Его новые друзья
– большей частью философы. Много времени он провел в Германии. Там
он слушал лекции Фихте о возможностях исследований физических явлений
с помощью поэзии, о связи физики с мифологией. Ему нравились лекции
Шлегеля, но Эрстед не мог согласиться с ним в необходимости отказа
от непосредственного, экспериментального исследования физических
явлений. Его поразил Шеллинг, как ранее поразил Гегель. Его увлекла
идея о всеобщей связи явлений, он увидел в ней оправдание и смысл
своей кажущейся разбросанности – все изучавшееся им оказывалось,
по этой философии, взаимосвязанным и взаимообусловленным. Он стал
одержим идеей всеобщей связи. Связи всего со всем. Быстро нашлась
и родственная душа, мыслящая так же, как он, столь же разносторонняя
и романтичная. Это был физик Риттер, изобретатель аккумулятора,
гениальный фантазер, источник сумасброднейших идей. В одном из писем
Эрстеду Риттер, в частности, высказал такую мысль: годы максимальных
наклонений эклиптики, по его мнению, соответствовали годам самых
крупных открытий в области электричества. Так, 1745 г. отмечен изобретением
лейденской банки, в 1746 г. Вильке изобрел электрофор, в 1782 г.
появился конденсатор Вольта, а в 1801 г. – вольтов столб. «Вы можете
теперь вычислить, – писал Риттер, – что эпоха новых открытий наступит
в 1819 или 1820 году, и мы сможем стать ее свидетелями». Иногда
такие предсказания сбываются, хотя и не в полной мере. Это предсказание
сбылось, открытие произошло в 1820 г., сделал его Эрстед, но Риттеру
не пришлось быть свидетелем этого. Он умер в 1810 г.
Идея всеобщей связи не давала Эрстеду покоя. Необычайная
энергия, свойственная ему с детства, вела его к новым и новым поискам.
В 1813 г. во Франции выходит его труд «Исследования идентичности
химических и электрических сил». В нем Эрстед впервые высказывает
идею о связи вольтова электричества и магнетизма. Он пишет: «Следует
испробовать, не производит ли электричество... каких-либо действий
на магнит...» Его соображения были – простыми: электричество рождает
свет – искру, звук – треск, наконец, оно может производить тепло
– проволока, замыкающая зажимы лейденской банки, нагревается. Не
может ли электричество производить магнитных действий? Говорят,
Эрстед не расставался с магнитом. Этот кусочек металла должен был
заставлять его думать.
Идея связи электричества и магнетизма носилась в
воздухе, и многие лучшие умы Европы были ею увлечены. Еще Франц
Ульрих Теодор Эпинус подмечал их сходство, а француз Франсуа Араго
потратил много лет для сбора таинственных, на первый взгляд, историй
о кораблях, сокровищах и необычных небесных явлениях, в которых
он тоже видел эту ускользающую связь.
Однажды на рейде Пальмы, главного порта Майорки,
появилось французское военное судно «Ля-Ралейн». Состояние его было
настолько жалким, что корабль едва дошел до причала. Когда команда
сошла на берег и уступила палубу нескольким именитым французским
ученым, в том числе двадцатидвухлетнему Араго, выяснилось, что корабль
разрушен молнией. Пока члены комиссии осматривали судно, покачивая
головами при виде обгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к
компасам и там увидел примерно то, что ожидал: стрелки компасов
указывали в разные стороны...
Через год, копаясь в том, что еще несколько дней
назад было генуэзским судном (оно разбилось, наскочив на скалы вблизи
берегов Алжира), Араго снова обнаружил, что стрелки компасов размагничены.
В кромешной тьме южной туманной ночи капитан, направив по компасу
судно к северу, подальше от опасных мест, на самом деле неудержимо
двигался к тому, чего так старательно пытался избежать. Корабль
шел к югу, прямо на скалы, обманутый пораженным молнией магнитным
компасом...
Все эти, на первый взгляд, малозначащие и не связанные
между собой факты Араго собирал не зря. Молния – это гигантская
электрическая искра! Сейчас нам трудно почувствовать сенсационность
такого утверждения, но в то время многие простые люди, не то что
ученые, восторженно приветствовали открытие Франклина: оно открывало
путь в область новых «серендипити» – открытий на каждом шагу. Араго,
собравший множество фактов, свидетельствующих о связи молнии с магнетизмом,
чувствовал, что он на пороге нового открытия.
Радость и досада – вот, возможно, те чувства, которые
он испытал, когда узнал решение долго не дававшейся ему задачи,
решение, найденное Эрстедом.
Историки науки, возможно, еще долго будут оставаться
в неведении и недоумении относительно обстоятельств этого странного
открытия, которое стало чуть ли не классическим примером счастливой
случайности.
Не ясна даже дата открытия. Одни исследователи относят
его к 1819 г., другие – к 1820. Кое-кто сомневается даже в авторстве
Эрстеда. Действительно, обстоятельства открытия дают возможность
для кривотолков. 15 февраля 1820 г. Эрстед, уже заслуженный профессор,
читал студентам лекции по физике. На лабораторном столе находились
вольтов столб, провод, замыкающий его, зажимы и компас. В то время,
когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и поворачивалась
по направлению к проводу. Это было первое непосредственное подтверждение
связи электричества и магнетизма. Это было то, что так долго искали
все европейские и американские физики. Решение проблемы было потрясающе
просто.
Казалось бы, все ясно. Эрстед продемонстрировал
студентам еще одно подтверждение своей давнишней идеи о всеобщей
связи разнородных явлений. Но почему же возникают сомнения, почему
вокруг этого события впоследствии разгорелось так много жарких споров?
Дело в том, что студенты, присутствовавшие на лекции, рассказывали
потом совсем другое. По их словам, Эрстед хотел продемонстрировать
на лекции всего лишь интересное свойство электричества нагревать
проволоку, а компас оказался на столе совершенно случайно. И именно
случайностью объявили они то, что компас лежал рядом с этой проволокой,
и совсем случайно, по их мнению, один из зорких студентов обратил
внимание на поворачивающуюся стрелку, а удивление профессора, по
их словам, было неподдельным. Сам Эрстед в своих позднейших работах
писал: «Все присутствующие в аудитории – свидетели того, что я заранее
объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было
случайностью, как бы хотел заключить профессор Гильберт из тех выражений,
которые я использовал при первом оповещении об открытии».
Следует сказать, что отклонение стрелки компаса
в лекционном опыте было весьма незначительным, и поэтому в июле
1820 г. Эрстед снова повторил эксперимент, используя более мощные
батареи. Эффект был значительно сильнее, причем тем сильнее, чем
толще проволока, которой он замыкал контакты батареи. (Чем больше
диаметр проволоки, тем меньше ее сопротивление и, стало быть, больше
ток короткого замыкания.) Кроме того, он выяснил одну странную вещь,
не укладывающуюся в ньютоновские представления о действии и противодействии.
Выражаясь его же словами, «магнитный эффект электрического тока
имеет круговое движение».
Чем же был поражен ученый? Почему в своем четырехстраничном
памфлете он тщательно перечисляет свидетелей, не забывая упомянуть
ни об одной из их заслуг? Среди них «Лауриц Эсмарх – видный ученый;
министр юстиции, достойный человек Влейкель – кавалер ордена Дании;
удостоенный высочайших наград Гаук, чье знакомство с естественными
науками прославлено в стране, Рейнхард, профессор естественной истории;
Якобсон, профессор медицины, человек, обладающий высочайшим мастерством
проведения экспериментов; опытнейший химик Цейзе, доктор философии...»
Дело в том, что Эрстед, трактуя эксперимент, заронил
глубокую мысль, мысль о вихревом характере электромагнитных явлений.
«Вихреобразность» процесса, вызывающего в памяти водоворот, вихрь,
спираль, долго не находила сторонников, и даже Фарадей поначалу
не оценил эту мысль. Он еще долго был убежден в том, что силы, действующие
между проводниками с током и магнитной стрелкой, – это силы притяжения
и отталкивания, подчиняющиеся законам Ньютона.
Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством
и магнетизмом. Не напрасно Эрстед в своем памфлете перечисляет свидетелей.
То, что открылось ему, было новой тайной, не укладывающейся в рамки
ньютоновских законов и прямо нарушающей третий из них: направления
возмущающей силы – электричества (определяемого направлением провода)
и силы реакции – магнетизма (определяемого направлением магнитной
стрелки) были у Эрстеда перпендикулярны. Ученые, сгрудившиеся у
лабораторного стола Эрстеда, впервые видели «противодействие», не
противоположное по направлению «действию».
Памфлет Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 г. Мы
не случайно точно указываем дату. Дальнейшие события развивались
в весьма непривычном для неторопливой тогда науки темпе. Уже через
несколько дней памфлет появился в Женеве, где в то время находился
с визитом Араго. Первое же знакомство с опытом Эрстеда показало
ему, что найдена разгадка задачи, над которой бился и он, и многие
другие. Впечатление от опытов было столь велико, что один из присутствующих
при демонстрации поднялся и с волнением произнес ставшую впоследствии
знаменитой фразу: «Господа, происходит переворот...»
Араго возвращается в Париж потрясенный. На первом
же заседании Академии, на котором он присутствовал сразу по возвращении,
4 сентября 1820 г. он делает устное сообщение об опытах Эрстеда.
Записи, сделанные в академическом журнале рукой протоколиста, свидетельствуют,
что академики просили Араго уже на следующем заседании, 11 сентября,
т.е. через неделю, показать всем присутствующим опыт Эрстеда.
Сообщение Араго слушал и внезапно побледневший академик
Ампер. Он, должно быть, почувствовал в тот момент, что пришла его
пора перед лицом всего мира принять из рук Эрстеда эстафету открытия.
Он долго ждал этого часа, успел состариться, превратиться из юноши
в солидного профессора. И вот час пробил – 4 сентября 1820 г. Ампер
понял, что должен действовать. Через две недели он сообщил о рождении
электродинамики.
После открытия почести посыпались на Эрстеда как
из рога изобилия: он был избран членом многих авторитетнейших научных
обществ, в том числе Лондонского Королевского общества и Академии
Франции, англичане присудили ему медаль Копли, а из Франции он получил
давно заслуженный им приз в 3000 золотых франков, некогда назначенный
Наполеоном для авторов самых крупных открытий в области электричества.
Принимая все эти почести, Эрстед никогда не забывал
о том, что новый век требует нового подхода к обучению. Он основал
в Дании общество для поощрения научных занятий. Польщенный европейской
славой Эрстеда, король Фредерик VI пожаловал ему Большой крест Данеборга
– высшую награду и, кроме того, разрешил основать Политехнический
институт. В те же годы Эрстед организует литературный журнал, читает
просветительные лекции для женщин, покровительствует «маленькому
Гансу Христиану», своему тезке, будущему великому писателю Гансу
Христиану Андерсену. Он совершает десятки заграничных поездок, блестяще
овладевает немецким, французским, английским, латинским языками,
на которых он читает лекции о науке и литературе. Эрстед становится
национальным героем.
Он скончался 9 марта 1851 г. Хоронили его ночью.
Толпа из двухсот тысяч человек, освещая путь факелами, провожала
своего героя в последний путь. Звучали траурные мелодии, специально
сочиненные в его память. Ученые, правительственные чиновники, члены
королевской семьи, дипломаты, студенты, горожане восприняли его
смерть как личную потерю. За многое они были благодарны ему. И не
в последнюю очередь за то, что он подарил миру новые тайны.
Другие страницы из книги "Магнит за 3 тысячелетия". Автор В. Карцев
Геркулесов камень
Рукотворные магниты
Гильберт разъединяет
Франклин, Ломоносов, Араго изучают...
Эрстед объединяет
Железо обзаводится «помощником»
Капица: «краткость – сестра успеха?»
Биттер: «секрет – в охлаждении»
Оннес: «дальше охлаждать некуда!»
Потребители просыпаются
Сортировщики микрочастиц
ЭПР
Пирамиды ядерного века
Плазма в магнитной рубашке
Энергетика 21 века
Послесловие
