Текст книги "Десять самых красивых экспериментов в истории науки"
Автор книги: Джордж Джонсон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]
Глава 5
ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ
Животное электричество
Ибо очень легко обмануться в опытах и думать, что ты увидел и открыл то, что хотел увидеть и открыть.
Луиджи Гальвани.Трактат о силах электричества при мышечном сокращении
В середине XVIII века, когда электричество было модной темой, в один прекрасный день некий ученый-любитель предстал перед Королевским научным обществом в Лондоне, дабы сделать доклад о том, что сегодня можно было бы назвать законом Симмера: разноцветные носки притягиваются, а одноцветные – отталкиваются. Чтобы ногам зимой было тепло, докладчик, правительственный чиновник, которого звали Роберт Симмер, носил две пары носков. Утром он надевал белые шелковые поверх черной шерстяной пары, а вечером менял их местами. Во время переодевания носков шерсть и шелк потрескивали и искрились, а Симмер, получивший прозвище Босоногий Философ, сидел в кресле и дивился происходящему.
«Когда при выполнении этого опыта два черных чулка находились в одной руке, а два белых – в другой, – сообщал он, – я становился свидетелем довольно любопытного действа: чулки одного цвета отталкивались, а противоположного – притягивались, при этом они приходили в сильную ажитацию, что, признаться, меня весьма забавляло».
Это был пик романтической эры в изучении электричества, когда ученые обсуждали, является ли электричество парами, жидкостью или, как предложил Бенджамин Франклин, «крохотными частицами». Крутились колеса генераторов статического электричества (большие крутящиеся диски или сферы, которые натирались для получения заряда), ученые-шоумены (они называли себя «электриками») передавали заряды по цепочке стоявших, взявшись за руки, людей. Эффектно выглядели и два других опыта: человека в кресле подвешивали с помощью шелковых канатов (чтобы он не был заземлен), и вокруг его головы появлялась светящаяся аура – словно нимб над головой святого; из числа зрителей выбирали молодую девушку, заряжали ее электричеством, и она, целуя своего кавалера, передавала ему заряд. То был, несомненно, незабываемый поцелуй.
Носки Симмера
Из трактата Жана-Антуана Нолле
«Письма об электричестве». 1767 год
При всей своей эфемерности, электричество было достаточно материальным, чтобы его можно было хранить в колбе. Если колбу изнутри и снаружи выстелить металлической фольгой и подсоединить к противоположным полюсам электростатического генератора, на одной стороне колбы будет собираться положительный заряд, а на другой – отрицательный, причем заряд будет сохраняться еще долго после отсоединения проводов. А если прикоснуться к обеим сторонам этого примитивного конденсатора, названного лейденской банкой, можно было получить удар током, сравнимый с ударом угря.
Машина XVIII века, генерирующая статическое электричество.
Две лейденские банки
Рисунок Бенджамина Франклина. 1750 год
Ученые не стеснялись смешивать эмпирические факты с неуемной фантазией и всерьез говорили о молнии, после удара которой инвалиды начинают ходить, а растения – расти быстрее. Джозеф Пристли, предположив, что электричество возникает в мозге, образуясь из флогистона, пошел дальше и высказал идею о том, что благодаря электричеству приходят в движение мышцы, расцвечен хвост попугая, «исходит сияние от некоторых животных» во время их ночной охоты и даже от некоторых людей «определенного темперамента в некоторых чрезвычайных ситуациях».
Были и те, кто предполагал наличие «нервно-электрической» жидкости, которая возникает в теле в результате трения. Такая идея потрясала умы. Только представьте себе: нервы и кости, как носки Симмера, трутся о мышцы, производя жизненную силу, т. е. электричество.
Однажды апрельским вечером 1780 года, немногим более четверти века после открытия, сделанного Симмером, Луиджи Гальвани, почтенный профессор анатомии, поднялся по террасе на крышу палаццо Замбони, стоявшего недалеко от его дома в Болонье. В его руках были моток проволоки и ножки лягушки, препарированной, как профессор любил говорить, «обычным способом», т. е. ножки эти были отсечены от спинного мозга и был виден выступающий наружу седалищный (или бедренный) нерв.
На юге собирались тучи, но Гальвани, ничего не замечая, разложил на столе обезглавленную лягушку и присоединил ее к проволоке, на которой развешивалось белье. Вскоре разразилась гроза, и Гальвани с увлечением смотрел, как при каждой молнии сокращались мышцы лягушечьей лапки, словно предупреждая о предстоящем раскате грома.
Гальвани много лет добивался в своей лаборатории таких результатов, возбуждая нервы лягушки электричеством, получаемым с помощью генератора или в виде разряда лейденской банки. Эксперимент, проведенный на крыше палаццо Замбони, убедительно показал, что «естественное» электричество приводит к такой же физиологической реакции, что и «искусственное». Каким бы электричество ни было, утверждал ученый, оно заставляет мышцы двигаться.
Однако был некий эксперимент, который Гальвани никак не мог объяснить. Несколько лет назад один из его помощников случайно прикоснулся скальпелем к открытому нерву лягушки как раз в тот момент, когда второй помощник, работавший рядом с генератором, получил электрическую искру. Между генератором и рассеченным животным никаких проводов не было, но мышцы лягушки сократились так сильно, что создалось впечатление, что их свело. С того момента Гальвани не переставал изучать это явление.
Он уже знал, что сокращение мышцы произошло не от раздражения нерва прикосновением скальпеля. Убедившись, что генератор не работает, он надавливал на нерв металлическим лезвием. Независимо от его усилия, мышца оставалась неподвижной. Не было никаких сомнений в том, что причиной движения мышцы было электричество.
Другие эксперименты показали, что железный цилиндр, на который подается искра, заставляет мышцы сокращаться, тогда как стеклянный стержень этого не делает. Иногда, однако, бывали случаи, что мышцы не реагировали и на металлический скальпель. Гальвани быстро понял, что это происходит, когда он держит инструмент за костяную ручку, не касаясь заклепок и лезвия. Получалось, что сам экспериментатор являлся частью происходящего во время эксперимента. Чтобы проверить эту гипотезу, он поместил на столе металлический цилиндр так, чтобы тот касался лягушачьего нерва, и крутанул генератор. Лапка лежала без движения.
Шаг за шагом он удалял из эксперимента все переменные. Когда он подсоединял к мышце не цилиндр, а длинную проволоку, то искра, возникавшая на удалении, заставляла мышцу сокращаться. Ситуация стала проясняться. Ученые уже знали, что электричество может оказывать определенное воздействие на некотором расстоянии. Волосы на затылке человека поднимались, если рядом ударяла молния. Вращение генератора создавало в воздухе некоторое напряжение, которое называлось «электрической атмосферой». И скальпель, и тот, кто держал его в руках, представляли собой определенного рода антенну – громоотвод, разряжавшийся через лягушку.
Но Гальвани не исключал, что могло происходить и что-нибудь более странное. Если лягушка просто реагировала на искусственное электричество, передаваемое по воздуху, то интенсивность сокращений должна была зависеть от расстояния между ней и искрой. Прикрепив металлический крючок к спинному мозгу лягушки, а сам крючок – к отрезку проволоки, Гальвани проделал эксперимент несколько раз, меняя это расстояние. В одном эксперименте лягушка находилась в 50 метрах от генератора. Однако реакция мышцы была, как обычно, резкой даже в тех случаях, когда лягушку помещали в защитный оловянный цилиндр или изолировали в вакуумной камере. Меняя условия опытов, Гальвани пришел к выводу, что электричество, производимое машиной, не было причиной сокращения мышцы. Оно лишь являлось своего рода «запускающим механизмом», возбуждавшим «естественное электричество», которое текло по нервам лягушки.
Гальвани хорошо знал, как легко экспериментатору одурачить себя и увидеть то, что очень хочется увидеть. Он осторожно суживал круги вокруг своей добычи. В конце сентября, т. е. через несколько месяцев после эксперимента в палаццо Замбони, он взял несколько препарированных лягушек и развесил их с помощью металлических крючков на железной балке балкона. На этот раз ни грозы, ни искрящего генератора не было, но лягушачьи мышцы все равно сокращались.
По его мнению, электричество не могло возникать внутри металла. Один проводник, в качестве которого выступали крючок и железная балка, не мог хранить заряд. Для создания потенциала нужно было аккуратно развести отрицательный и положительный полюсы, как в лейденской банке. Труднее было отказаться от мысли, что атмосферное электричество каким-то образом проникло в животное и накопилось в нем, высвобождаясь в тот момент, когда крючок касался железной балки. Небо в тот день было ясное, но Гальвани все равно решил отмести такую возможность.
Одной рукой он поднял лягушку, остававшуюся на крючке, и стал опускать ее так, чтобы лягушачья лапка коснулась серебряной шкатулки. Держа другой рукой кусочек металла, он коснулся им той же блестящей поверхности, и у него возникла электрическая цепь, заставившая лягушку прыгнуть. То же самое произошло, когда он держал лягушку за туловище так, что крючок и одна лапка касались плоского проводника. «В тот момент, когда лапка коснулась поверхности, все ножные мышцы сократились, и лягушка приподнялась». При каждом прикосновении лапки к поверхности ее мышцы сокращались и сокращались, и лягушка подпрыгивала раз за разом до тех пор, пока ее энергия не иссякла. Разве может это быть чем-нибудь иным, кроме животного электричества?
В 1791 году Гальвани опубликовал свои находки в труде под названием «De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius» («О силах электричества при мышечном движении»), высказав предположение, что мышца лягушки ведет себя так же, как лейденская банка, храня и выделяя определенное органическое электричество. Тщательно записав свои эксперименты и проанализировав результаты, он позволил себе поразмышлять. Б людях, думал он, излишек электричества может приводить к беспокойству, приливам крови, а в крайних проявлениях – к эпилептическим припадкам. Выйдя за пределы своей области компетенции, он высказал предположение, что молнии и землетрясения могут иметь общую природу. «Однако предположения не могут быть беспредельны!» Иногда ему хотелось выяснить, участвует ли электричество во всех остальных функциях организма, например в кровообращении и внутренней секреции, но, обещал он, «об этом мы напишем, как только появится такая возможность, в другом комментарии, когда у нас будет немного больше свободного времени».
Поначалу Алессандро Вольта, один из самых выдающихся европейских физиков, когда-либо изучавших электричество, был потрясен открытием Гальвани. Он заявил, что эти эксперименты сделали животное электричество «очевидной истиной». А после этого принялся вежливо и последовательно развенчивать его теорию.
Взяв в качестве подопытного целиком всю лягушку, он пытался касаться спины лягушки кусочком металла, а лапок – монетой или ключом. Затем, сводя вместе металлический электрод и монету до тех пор, пока не возникала электрическая дуга, он в результате получал то же самое – «те же конвульсии, спазмы и судороги», о которых сообщал Гальвани. Но это происходило лишь в том случае, когда использовались два разных металла.
Гальвани, сообщая о своих экспериментах, отмечал, что «биметаллическая дуга», вероятно, приводила к усилению мышечных сокращений, однако расценил этот факт как уводящий в сторону от решения проблемы. Поначалу и Вольта был склонен считать, что определенное сочетание металлов каким-то образом усиливает ток собственного электричества лягушки в тот момент, когда цепь замыкается. Но потом он решил исследовать это явление более внимательно.
Обнажив седалищный нерв, он присоединил к нему два небольших металлических зажима, похожих на хомутки, оставив между ними небольшой зазор. Один хомуток был сделан из олова, а второй – из серебра. В момент замыкания цепи – когда оба хомутка сводились вместе или соединялись куском проволоки – мышцы конечности сокращались. То же происходило с парой олово-латунь. Вольта начинал верить, что проводящая дуга – это не только некоторое соединение, разряжающее или даже ускоряющее животное электричество. Она может сама являться источником энергии. Когда лягушачья лапка дергается, она функционирует как стрелка очень чуткого измерительного прибора, отмечая присутствие нового явления – биметаллического электричества. «Теория Гальвани и его объяснения… по сути своей лишены оснований, – писал Вольта одному из своих коллег, – и имеется что этот эксперимент ничего не доказал, поскольку углерод тоже является проводником.
Тогда другой сторонник Гальвани продемонстрировал, что может создать гальваническую реакцию, просто прикоснувшись к мышце лягушки одной рукой, а к отсеченному нерву – другой. «При каждом моем прикосновении лягушка вздрагивала, подпрыгивала, словно старалась от меня убежать». Вывод напрашивался сам собой: «…металлы не создают электрического движения… В них нет тайных, волшебных свойств».
В своем самом убедительном опыте Гальвани полностью исключил все внешние проводники и с большим изяществом разместил лягушку так, что ее седалищный нерв напрямую касался мышцы, приводившей в движение лапку лягушки. Лапка тут же дернулась. Откуда в этом случае могло взяться электричество, если не из самого животного?
Уверенный в своей правоте, Гальвани высмеял Вольту с помощью его же собственных слов: «Но если дело обстоит именно так, если электричество находится в самом животном, а не является общим свойством вешней среды, то что тогда остается от теорий синьора Вольты?»
Пришлось Вольте изменить свои теории. К этому времени он уже начинал подумывать о том, что, возможно, мышца, нерв, руки экспериментатора и даже сама лягушка являются слабыми проводниками второго рода. Подносился ли нерв к мышце, серебру или латуни, эффект был один и тот же: несхожие проводники производят то, что он назвал контактным электричеством.
Электрическая батарея Вольты
Рисунок из трактата А. Вольты «Об электричестве» 1800 год
В более ранних опытах Гальвани проводники первого рода – металлические скальпели, латунные крючки, серебряные шкатулки, крышки – были отделены влажными проводниками второго рода, т. е. лягушкой. С таким же успехом он мог использовать мокрый картон или, как продемонстрировал Вольта, человеческий язык. Положите серебряную монету сверху и медную снизу и, лизнув, вы можете ощутить привкус электричества. Эксперименты с одинаковым металлом тоже нашли свое объяснение. Один проводник первого рода образовывал дугу между двумя проводниками второго рода – нервом и мышцей. В конце концов, можно создать дугу из двух аморфных проводников второго рода – рукой и лягушкой. Не важно, какими будут проводники – естественными или искусственными, – главное, чтобы они были несхожими.
Сегодня мы знаем, что правы были оба ученых и каждому удалось доказать свою правоту с помощью элегантных опытов.
Начнем с Вольты. Взяв несколько десятков дисков – часть из них из меди, а другие – из цинка, – он, чередуя металлы, сложил все диски столбиком, разделяя их картонными шайбами, смоченными в соленой воде. При достаточной высоте столбика он при прикосновении получал легкий электрический удар. Можно было использовать серебро и олово или заменять картон маленькими чашечками с соленой водой, соединенными между собой биметаллическими электродами.
Так он изобрел электрическую батарею. В названии статьи, опубликованной в 1800 году, уже была сформулирована суть его открытия: «Об электричестве, возбуждаемом простым контактом проводящих веществ различного рода». Лягушка Гальвани оказывалась просто влажным разделителем в «электрической батарейке».
Но не тут-то было. Завершающий опыт Гальвани был не менее элегантным. Он препарировал очередную свою лягушку «обычным способом» – так, что у нее был выделен каждый основной нерв лапки. В предыдущих своих экспериментах он прикасался нервом непосредственно к мышце. На этот раз, используя небольшую стеклянную палочку, он соединил один нерв с другим, т. е. образовались два одинаковых проводника, но результат был тот же: мышца сократилась, чего не могло произойти, если бы второй нерв просто раздражался кусочком стекла.
«Какую теперь нужно призвать неодинаковость, чтобы объяснить мышечные сокращения, – вопрошал он, – ибо контакт создается только между нервами?» Он настаивал на том, что эффект возникает только потому, что «в самом животном имеется электрическая цепь».
И ни одному из этих двоих ученых не приходила в голову мысль, что их опыты просто дополняли друг друга и ходили они кругами вокруг одной и той же истины. Природное, искусственное, животное электричество является прежде всего электричеством. Вольта не мог понять, что наблюдаемое им «контактное» электричество было лишь химической реакцией (ему самому казалось, что его батарея была источником вечного движения), тогда как Гальвани настаивал на том, что его биологическое электричество является чем-то совершенно иным.
Пройдут годы, прежде чем физиологи детально разберутся в том, что удалось наблюдать разозлившемуся на Вольту Гальвани в опытах с лягушками: почему в организме каждая микроскопическая клетка действует как крохотная электрическая батарейка, ее мембраны функционально напоминают картонные прокладки, а заряженные ионы выполняют роль цинковых и медных монет. В результате возникло понимание положительного и отрицательного, а также электродвижущей силы под названием напряжение. Когда мышца приходит в движение или палец чувствует поверхность камня, по нервной системе протекает электрический ток. Эфемерная «жизненная сила» отсутствует. Жизнь – это всего лишь электрохимия.
Глава 6
МАЙКЛ ФАРАДЕЙ
Глубинное
Всякий раз, наблюдая вспышки молний и слыша раскаты грома, я вспоминала, как любил он грозу. Никогда не забуду, как часами стоял он у окна, любуясь яркими всполохами. И мы могли лишь предполагать, какими благородными мыслями полнилась тогда его голова – иногда это были размышления о Боге, а иногда о тех законах, которые Он создал, дабы управлять миром.
Маргарет Рейд, племянница Майкла Фарадея (в письме от 22 апреля 1867 г.)
Искра —это ослепительная звезда, возникающая при разряде батареи Вольты, известная всем как самый прекрасный свет, который только может создать человек.
Майкл Фарадей. Экспериментальные исследования электричества
Все знали, что Ада Лавлейс – далеко не подарок. Дочь поэта Байрона родилась весьма неуравновешенной, и ее мать, стараясь исправить характер ребенка, упорно прививала ей любовь к математике. Однако нельзя сказать, что лечение удалось – однажды Ада попыталась бежать из дома с одним из своих учителей. Ее поймали, укротили и выдали замуж за богатого аристократа, которому она предпочла компанию ученых. Среди ее почитателей был и изобретатель Чарльз Бэббидж. Он называл ее «волшебницей чисел», но она хотела, чтобы ее называли «суженой науки». Ее восхищали все новые научные идеи: френология, месмеризм, «исчисление нервной системы». В 1844 году, когда ей было двадцать восемь, она вступила в весьма фривольную переписку с величайшим английским экспериментатором Майклом Фарадеем, стремясь стать его музой и «феей».
Я буду прекрасным привидением, красочным и красноречивым, – по первому твоему желанию. Но сейчас я хочу быть тихой серенькой птичкой рядом с тобой, которую ты незаметно учишь тому, как познать тебя и помочь тебе. Я с удовольствием передам в твои руки свою волшебную палочку, и можешь совершать с ней все, что пожелаешь.
По осторожным ответам Фарадея трудно сказать, как он относился к ее изобилующим подчеркиваниями излияниям. Ему было пятьдесят три, он был женатым, добропорядочным христианином, только приходящим в себя от болезни, которую сегодня назвали бы нервным срывом. Он уже успел совершить главные из своих опытов, связав электричество и магнетизм. Может быть, именно лесть Ады заставила его сделать еще один шаг вперед и элегантно продемонстрировать, что электромагнетизм самым тесным образом связан со светом.
Леди Ада Лавлейс
Они происходили из абсолютно разных миров. Он – сын кузнеца и ученик переплетчика, убедивший великого английского ученого Гемфри Дэви сделать его своим секретарем и ассистентом. Поначалу Фарадей просто был слугой Дэви, путешествовал с ним по Европе и, кстати, встречался с такими людьми, как Вольта и Андре Мари Ампер. Позже, поступив на службу в лондонский Королевский институт, он не гнушался никакой черновой работы, если только она была связана с наукой: занимался анализом глин для Веджвудского фарфорового завода, исследованием пороха для Вест-Индской компании и изучением промышленных процессов на литейных заводах Уэльса. Когда ему было столько же, сколько исполнилось его юной корреспондентке, страховая компания попросила его составить отчет о горючести китового жира, а Британское Адмиралтейство справлялось у него о лучших способах вяления мяса. Примерно в то же время, т. е. в конце 20-х годов XIX века, Дэви рассказал ему о потрясающих экспериментах датского ученого Ханса Кристиана Эрстеда.
Эрстед изготовил электрическую батарею, наполнив двадцать сосудов разведенной кислотой и соединив их последовательно кусочками меди и цинка. Затем он соединил один полюс установки с длинной проволокой, которую установил над компасом параллельно компасной стрелке. В тот момент, когда он подсоединял второй конец к батарее, стрелка компаса поворачивалась на запад. Когда проволока помещалась под компасом, стрелка начинала показывать на восток.
Дэви и Фарадей, не очень-то доверяя датчанину, поспешили повторить его опыты. Примерно в то же время работавший в Париже Ампер показал, что два параллельных провода, по которым течет ток в одном направлении, притягиваются друг к другу, как магниты. При противоположных направлениях тока проволочки отталкиваются друг от друга.
Эксперимент Эрстеда
Рисунок из книги М. Фарадея «Силы вещества», 1868 год
Такая очевидная связь между электричеством и магнетизмом была довольно неожиданной. Удивляло то, что сила могла действовать по окружности, а не по прямой линии. (Один ученый назвал это «вращающимся электричеством».) В ньютоновской механике ничего не предвещало подобного. Фарадею удалось показать, что, используя несложную установку, состоящую из ртути и пробки, можно заставить наэлектризованную проволоку вращаться вокруг магнита или магнит – вокруг наэлектризованной проволоки. Он изобрел электрический мотор. Если из проволоки сделать рамку и присоединить ее к батарее, то она становится слабым магнитом. Если изогнуть проволоку в форме спирали, магнитная сила увеличивается, концентрируясь в центре обмотки.
Несколько элегантных экспериментов выдвинули Фарадея в лидеры европейской науки. И тут, к сожалению, ему пришлось на время прекратить свои исследования – он вынужден был заниматься тем, что от него потребовала промышленная революция, и на десять лет погрузился в производство стали, меди и стекла. В письме Амперу он жаловался, что «много времени уходит, к сожалению, на повседневные дела», а не на эксперименты, которые он так любил. Но он все равно находил время на необычные исследования – изучал волнистый рисунок, или, как он его назвал, «мурашки», возникающие, когда тонкий слой порошка или песка распределяется по поверхности металлической пластины, которая вибрирует от прикасающегося к ней скрипичного смычка. Размещенная рядом с ней вторая такая пластина с порошком будет вибрировать аналогичным образом. Он также экспериментировал с жидкостями. «Когда ртуть на оловянной пластинке вибрирует в солнечном свете, отраженный свет очень красив, – сообщал он в своем отчете, чем-то напоминая Ньютона. – Чернила и вода, вибрирующие в солнечном свете, тоже выглядят необычайно красиво». Но только в 1831 году ему удалось вновь вернуться к своим экспериментам с обмотками и батареями.
Проволока, вращающаяся вокруг магнита
Рисунок из дневника Фарадея
К тому времени английский естествоиспытатель Уильям Стерджен уже наматывал неизолированную проволоку на покрытый лаком железный сердечник, создавая таким образом электромагнит, достаточно мощный для того, чтобы удерживать груз весом больше его собственного. Используя проволоку с изоляцией, американец Джозеф Генри создал электромагнит, удерживавший груз весом более тонны. Однажды летом Фарадей решил проверить, что произойдет, если рядом поместить две рамки. Он попросил мастерскую при Королевском институте изготовить кольцевую железную рамку толщиной 2 сантиметра и радиусом 15 сантиметров. С одной стороны он намотал 22 метра медной проволоки, изолированной бечевой и ситцем. Это он назвал обмоткой А. С другой стороны кольца он намотал примерно 18 метров проволоки и назвал это обмоткой В.
Обмотки эти не имели контактов, однако, когда он прикасался проводами первой обмотки к полюсам батареи, гальванометр, подсоединенный ко второй обмотке, начинал дергаться, колебаться и только через какое-то время успокаивался в первоначальном положении. Думая, вероятно, о возникновении волн в его акустических экспериментах, он поначалу представлял все так, что «волна электричества», возникшая в первой обмотке, пройдя по кольцу, могла породить ток во второй обмотке. В результате он обнаружил электромагнитную индукцию и распахнул окно в совершенно иной мир.
Катушка индуктивности
Рисунок из дневника Фарадея
Перемещение бруска магнита вперед и назад внутри полой рамки тоже приводило к образованию электрического тока в проволоке. Эрстед преобразовывал электричество в магнетизм, а теперь Фарадей преобразовал магнетизм в электричество, создав некое подобие динамо-машины, т. е. механическую противоположность мотора, который он изобрел за десять лет до этого. «Выходит, за всем тем, что существует в мире, непременно скрывается нечто глубинное, потаенное», – как впоследствии выразится Эйнштейн. И задача ученого – извлечь это на поверхность.
Чем больше Фарадей размышлял, тем больше ему открывалось. Он заметил, что со временем медные электроды в его электрических батареях постепенно покрываются окисью цинка, а цинковые электроды – медью. Перетекание электричества между двумя полюсами батареи, вероятно, сопровождалось движением атомов. Это делало возможным не только новый многообещающий промышленный процесс – покрытие металлов медью или серебром, но и другие, гораздо более сложные технологии. Батарея оказывалась тем тиглем, в котором одна энергия, химическая, превращалась в другую, электрическую. Этот процесс действовал и в обратном направлении. Когда две положительно и отрицательно заряженные проволочки погружались в подсоленный раствор, то на одной из них накапливался водород, а на другой – кислород. Электричество порождало химические реакции, а химические реакции порождали электричество.
По всей Европе ученые сталкивались с этими загадками. Может быть, вода состоит из водорода и кислорода? Или, как предполагал один немецкий ученый, вода является первоосновой, и кислород возникает при взаимодействии с положительным электричеством, а водород – с отрицательным? Этот ученый даже пытался возродить теорию флогистона. Но именно Фарадею удалось покончить с сим заблуждением. В 30-е годы XIX столетия он раз за разом опытным путем показывал взаимосвязь между электричеством, магнетизмом и химией. И вдруг за несколько лет до того, как в его жизнь настойчиво постучалась Ада Лавлейс, он охладел к своим занятиям.
Фардей долгое время жаловался на проблемы с памятью, а потом погрузился в мрачную депрессию, не мог концентрировать свое внимание, жаловался на частое головокружение. Не исключено, что причина была в его умственном переутомлении или медленном отравлении всеми химикатами, которые периодически попадали на его кожу. По совету врача он стал отказываться от выступлений и научных исследований. Почти все время он писал или проводил в размышлениях. Еще более он удалился от людей после разрыва с Церковью – вероятно, из-за каких-то споров сектантского характера. Именно в этот момент в его жизни появилась изысканная лесть из уст Ады Лавлейс, которая подействовала на него столь сильно, что он понял: для него есть только один выход – оборвать все отношения с ней. «Не повергайте меня в отчаяние своими приглашениями, – умолял он ее. – Я не смею и не могу явиться и, в то же время, у меня нет сил отказать вам».
Может, будет слишком большой натяжкой утверждать, что общение с «суженой науки» стало поворотной точкой в его судьбе, но тем не менее именно в это время к Фарадею вновь возвращаются силы. Он приходит в лабораторию, чтобы найти ответ на вопрос, который мучил его многие годы. Уже было совершенно ясно, что магнетизм и электричество тесно взаимосвязаны. Но нет ли такой же связи между электричеством и светом?
Будучи научным консультантом «Тринити-хаус», организации, учрежденной в 1514 году указом Генриха VIII, «дабы упорядочить проводку судов по водным потокам королевства», Фарадей был занят усовершенствованием масляной лампы Арганда, которая использовалась на маяках по всему побережью Англии и Уэльса. В конце августа 1845 года он зажег один из маяков в своей лаборатории и приготовился к эксперименту, ставшему самым красивым в его научной карьере.
Свет, распространяясь, колеблется в двух перпендикулярных направлениях под прямыми углами к вектору движения. Но, отразившись от плоской поверхности или пройдя через обладающий определенными свойствами кристалл, например турмалин, свет становится поляризованным, то есть все его колебания происходят в одном направлении.
Если посмотреть на такой луч через второй поляризующий кристалл, вращая его вокруг оси на 360°, то изображение луча будет периодически темнеть и светлеть в зависимости от того, как синхронизируются фильтры.
Вопрос, на который теперь хотел найти ответ Фарадей, сводился к тому, может ли электрический ток повернуть световой пучок, заставив вращаться его плоскость колебаний. Заполнив длинную ванну слабопроводящим раствором, он поместил платиновые электроды в противоположных концах емкости и подсоединил их к электрической батарее, состоящей из пяти гальванических элементов. Установка была схожа с той, в которой воду разлагают на составляющие ее газы или покрывают медью ложку. Затем он включил лампу Арганда и поставил на пути светового пучка плоскую стеклянную поверхность, чтобы получить отраженный поляризованный пучок. После этого он пропустил его через раствор в ванне, а затем проверил поляризацию, пользуясь приспособлением, известным как призма Николя.
