Драконоборцы. 100 научных сказок

– Я – настоящий Фарадей! – воскликнула Галатея.

И они начали экспериментировать с новой игрушкой, вернее – с новым научным прибором.

Джерри сказал, глядя на увлечённых детей:

– Фарадей доказал: изменение величины магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводник, заставляет заряды в проводе двигаться, создает в нём электрический ток. Если мы соберём машину, периодически изменяющую магнитное поле, пронизывающее катушку, мы получим электрический генератор – источник тока, во многих отношениях гораздо лучший, чем батарея Вольты. С помощью этих простых предметов учёный создал прототип электрогенератора, который до сих пор служит главным источником получения электрического тока, отодвигая вольтов столб на второй план. Эти электрогенераторы, вращаемые огромными турбинами, стоят на гидроэлектростанциях, а также на тепловых и на атомных станциях по выработке электричества.

– Так вот кто придумал эти электростанции! – обрадовалась Галатея, видимо давно терзавшаяся догадками. – А электромоторы в автомобилях тоже придумал Фарадей?

– Не совсем. Он показал, как можно получать из электричества механическую энергию: в его опыте свободно висящий провод окунался в ванночку со ртутью, в середине которой был установлен магнит. Когда по проводу шёл ток, он начинал вращаться вокруг магнита. От этой конструкции до электродвигателей современного типа было очень далеко.

Многие изобретатели пытались создать практичный электродвигатель. Это удалось российскому учёному немецкого происхождения Борису Якоби. Все остальные изобретатели пытались создать электродвигатель, который был аналогом паровой машины и двигал поршень вперёд и назад. В 1834 году Якоби предложил совершенно иной электродвигатель – с вращающейся внутренней частью. Современные электромоторы устроены именно так, как двигатель Якоби. В 1839 году по Неве отправилась в плавание лодка с 14 пассажирами. Против течения реки лодку двигал мотор Якоби с мощностью в одну лошадиную силу. Впервые в истории электрический дракон послушно нёс людей на своей спине.

Но первым, кто доказал, что дракона можно заставить крутить колеса и винты, был всё-таки Фарадей. Имя Фарадея становится всемирно известным, о нём пишут газеты, академии разных стран выбирают его своим почётным членом.

– Так-так, – с удовольствием покивала головой Галатея. – Из рассыльного книжного магазина – в академики! Здорово!

– Фарадей оставался исключительно скромным человеком. Он отклонил честь быть возведённым в рыцарское достоинство и быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, где размещались могилы английских королей и самого Ньютона. Он дважды отказался от должности председателя Королевского общества – главного научного поста Великобритании. Он был сосредоточен на науке и уклонялся от всего, что мешало ему заниматься ею.

Он тщательно записывал результаты своих опытов. Всего в течение своей жизни он провёл 30 тысяч экспериментов. Все работы по электричеству и магнетизму Фарадей посылал в Лондонское Королевское общество в течение 24 лет – и эта серия работ совершила революцию в электродинамике.

Дэви называл Фарадея своим самым великим открытием, хотя и ревновал своего ученика к его успехам.

Одно из главных достижений Фарадея, имеющее теоретический характер, состоит в том, что он ввёл в науку понятие физического поля, что стало кардинальным отличием электродинамики от теории гравитации Ньютона.

– В чём же они различаются? – удивился Андрей. – Ведь у Ньютона тоже было гравитационное поле.

– Ньютоновская теория была основана на дальнодействии. Это значит, что каждое гравитирующее тело, например Юпитер, действует на другое тело, например Сатурн, мгновенно на любом расстоянии.

– Но ведь это не так! – заёрзал Андрей. – Ничто не может действовать быстрее скорости света, а между Юпитером и Сатурном – расстояние в световые часы.

– Во времена Ньютона о конечной скорости взаимодействия никто не знал. Поэтому Ньютон исходил из бесконечной или мгновенной скорости передачи гравитационного взаимодействия. Так как его теория работала практически всегда хорошо, то такое мнение сохранилось до начала XX века, пока Эйнштейн не построил свою теорию гравитации, где скорость распространения гравитационного поля была ограничена скоростью света.

Для учёных XIX века пространство между гравитирующими телами было пустым. Для Фарадея пространство между зарядами и магнитами было заполнено полем или средой с особыми нитями – силовыми линиями. В электродинамике не было мгновенного взаимодействия между зарядами: один заряд воздействовал на поле, оно менялось – и это изменение чувствовал другой заряд. Электромагнитное поле стало, согласно Фарадею, переносчиком взаимодействия между зарядами – и эта концепция явилась основой современной физики.

С помощью своих опытов Майкл Фарадей открыл основные законы электродинамики и создал первые образцы электрического двигателя, электрогенератора и трансформатора. Тем самым он заложил прочный фундамент нашей современной электрической цивилизации.

Член парламента Гладстоун, будущий премьер-министр Великобритании, спросил Фарадея:

– Чем же так важно это ваше электричество?

– Скоро вы будете обкладывать его налогами, – ответил Фарадей.

Максвелл был великим физиком-теоретиком: он взял законы Фарадея и превратил их в элегантные математические законы электродинамики, которые с тех пор носят его имя. Он послал свою работу Фарадею. Тот сразу откликнулся: «Мой дорогой сэр, я получил Вашу статью и очень благодарен Вам за неё. Не хочу сказать, что благодарю Вас за то, что Вами сказано относительно „силовых линий“, поскольку я знаю, что Вы сделали это в интересах философской правды; но Вы должны также предполагать, что эта работа не только приятна мне, но и даёт мне стимул к дальнейшим размышлениям. Я поначалу испугался, увидев, какая мощная сила математики приложена к предмету, а затем удивился тому, насколько хорошо предмет её выдержал…»

Из-за напряжённых исследований, которые часто были связаны с вредными веществами, например со ртутью, здоровье Фарадея пошатнулось – и он больше не смог работать. Учёный остался практически без средств. Нехотя, лишь под воздействием общественного мнения, премьер-министр выписал небольшую пенсию Фарадею, которая и стала основным источником его существования в старости.

– Безобразие! – возмутилась Галатея. – Учёный, который столько сделал для людей и для своей страны, остался нищим.

Джерри вздохнул:

– Это обычная история жизни великих людей. Для Фарадея она закончилась относительно благополучно: он получил от королевы в подарок дом возле одного из королевских дворцов. В этом доме Майкл Фарадей и прожил свою старость со своей любимой супругой Сарой. Сейчас там музей Фарадея.

Жан-Батист Дюма, французский химик и политик, так отозвался о личности Майкла Фарадея: «Всякий из знавших его – я твердо убеждён – желал бы только приблизиться к тому нравственному совершенству, которое, по-видимому, было дано Фарадею от рождения. Это была какая-то, на него одного сошедшая, благодать, в которой он почерпал силы для своей кипучей деятельности, будучи одновременно горячим проповедником истины, неутомимым художником, человеком, исполненным радушия и весёлости, в высшей степени гуманным и мягким в частной жизни… Я не знал человека, который был бы более достоин любви и уважения, чем он, и утрата которого стоила бы более искреннего сожаления».

Герман Гельмгольц, великий немецкий физик, сказал: «До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея».

Альберт Эйнштейн, самый известный физик XX века, считал: «Со времени обоснования теоретической физики Ньютоном наибольшие изменения в её теоретических основах, другими словами в нашем представлении о структуре реальности, были достигнуты благодаря исследованиям электромагнитных явлений Фарадеем и Максвеллом». В кабинете Эйнштейна всегда висели три портрета этих людей: Ньютона, Фарадея и Максвелла. Эйнштейн писал про Фарадея: «…надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами».

Фарадей входит в десятку, а может быть в пятёрку, самых влиятельных учёных в истории, но он единственный из них, который не получил формального образования, оказался самоучкой. В этом смысле Фарадей уникален.

Андрей спросил:

– XVIII век – век электростатики, XIX век – век электродинамики. А чем стал XX век? Ведь вся электрическая наука уже была создана к его началу.

Джерри ответил:

– Благодаря трудам Франклина и Вольты, Фарадея и Максвелла, а также многих других учёных люди изучили характер электрического дракона, измерили его силу, узнали его слабости. После этого на арену выступили инженеры и изобретатели, которые заставили дракона работать на людей и стали конструировать различные устройства. XX век стал веком электрических машин. Но это уже совсем другая история.

Примечания для любопытных

Майкл Фарадей (1791–1867) – великий английский физик-экспериментатор и химик. Открыл основные законы электродинамики и создал первые образцы электрического двигателя, электрогенератора и трансформатора. Ввёл в науку понятие физического поля. В его честь названы лунный кратер и единица измерения электрической ёмкости – фарад.

Ханс Христиан Эрстед (1777–1851) – выдающийся датский физик, исследователь электромагнетизма. Открыл в 1820 году влияние провода с током на стрелку компаса. В его честь названа единица напряжённости магнитного поля – эрстед.

Андре-Мари Ампер (1775–1836) – выдающийся французский учёный, открывшие важные законы электромагнетизма, в частности взаимное влияние проводников с током. В его честь названа единица силы электрического тока – ампер.

Уильям Волластон (1766–1828) – видный английский физик и химик, открывший новые металлы палладий и родий и впервые получивший в чистом виде платину, что позволило создать платиновую посуду для получения серной кислоты и других едких веществ. Волластон хранил в секрете рецепт получения платины до самой смерти.

Джеймс Максвелл (1831–1879) – великий шотландский учёный, создатель современной теории электродинамики, уравнения которой носят имя Максвелла. Предсказал существование электромагнитных волн.

Жан-Батист Дюма (1800–1884) – видный французский химик и политик.

Герман Гельмгольц (1821–1894) – выдающийся немецкий физик и физиолог. Один из открывателей закона сохранения энергии.

Альберт Эйнштейн (1879–1955) – великий учёный, физик-теоретик, создатель специальной и общей теорий относительности и ряда других теорий. Лауреат Нобелевской премии (1921).

Исаак Ньютон (1643–1727) – великий английский физик, математик и астроном. Один из создателей классической физики.

Борис Семёнович Якоби (1801–1874) – выдающийся российский учёный немецкого происхождения. Создатель первого электродвигателя с вращающимся якорем (1834), а также первого в мире телеграфа, печатающего буквы (1850).

Сказка о телеграфе, телефоне и Александре Белле, чей голос первым «протиснулся» по электрическому проводу

Джерри начал свой новый электрический рассказ необычно:

– Летом 1865 года посреди Атлантического океана плыл огромный пассажирский корабль «Грейт Истерн». Мощный корпус разрезал пологие серо-зелёные волны на белые ломти, огромные дымовые трубы рисовали чёрный шлейф на облаках низкого неба. Чайки сопровождали корабль, громко и сердито обсуждая его странность – на пассажирском корабле не было пассажиров, поэтому никто (возмутительно!) не заботился о том, чтобы покормить голодных птиц.

У этого корабля была удивительная, во многом драматическая судьба. Это был самый большой корабль XIX века – настоящий плавучий город. Он мог перевозить четыре тысячи пассажиров из Англии в Австралию без дозаправки. Он был в пять раз больше обычных кораблей того времени, весил 32 тысячи тонн и мог взять с собой ещё 15 тысяч тонн угля. Длина корабля составляла 211 метров. Экипаж насчитывал 418 человек, среди которых было множество кочегаров, – ведь топки корабля пожирали 380 тонн угля в день.