Текст книги "Страницы истории науки и техники"
Автор книги: Владимир Кириллин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 34 страниц)
Энергичный, обладавший систематизаторским складом ума, Линней предпринял попытку классифицировать животных, растения и минералы мира. Работа Линнея практически была завершением длительного этапа труда большого числа естествоиспытателей разных стран. Наиболее значительный успех был достигнут Линнеем и его многочисленными помощниками в области классификации растений. Было также много сделано по классификации животных. Меньше всего результатов было получено Линнеем в классификации минералов. Во всяком случае, нельзя сказать, что классификация минералов Линнея имеет такое же значение и получила столь широкое признание и распространение, как классификация животных и особенно классификация растений.
В основном произведении Линнея «Система природы», вышедшем при его жизни двенадцатью изданиями, была установлена определенная градация (соподчинение) между разновидностями растений и животных: класс, отряд (порядок), род, вид, вариация. Всех животных Линней разделил на 6 классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви, насекомые. Человек фигурирует в этой классификации животного царства как представитель класса млекопитающих, отряда приматов (от латинского primatus – первое место, старшинство)[190]190
Человек современного вида (Homo sapiens, – человек разумный) появился на Земле не позднее 40 тыс. лет назад, а но некоторым данным – еще раньше.
[Закрыть].
Все растения были разделены Линнеем на 24 класса. В настоящее время известно около 500 тыс. видов живущих в нашу эпоху на Земле растений, которые делятся на низшие и высшие. Сам Линней описал около 1500 новых видов растений.
Большой заслугой Линнея считается введение им так называемой бинарной системы наименований растений и животных, т. е. такой системы, когда название животного или растения состоит из двух слов, одно из которых характеризует род животного (растения), а второе – вид, например Lepas europanes – заяц-русак.
Вероятно, не было и не может быть на свете ученого, даже самого крупного, который в чем-то не ошибался бы, в чем-то не испытывал сомнений. У Линнея были свои заблуждения. Он считал виды животных и растений неизменными, хотя в последний период своей жизни как будто бы начал проявлять в этом вопросе некоторые сомнения. Классификация Линнея кое-где была искусственной. Необходимо было ее дальнейшее совершенствование. Но кто бы мог потребовать от него большего?
Из других биологов XVIII – начала XIX в. мы остановимся кратко только на трудах французского естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка (1744–1829).
Ламарк получил образование в Высшей медицинской школе в Париже, но наибольший интерес он проявлял к вопросам ботаники. Известность Ламарку принес трехтомный труд «Французская флора», вышедший из печати в 1778 г. Ламарк был избран членом Парижской академии наук, стал профессором зоологии. Он был сторонником Великой французской революции. Королевский ботанический сад по его предложению и по решению Конвента был в 1793 г. преобразован в Музей естественной истории, в котором Ламарк длительное время занимал кафедру низших животных. В возрасте около 76 лет Ламарк полностью ослеп. Тем не менее до конца своей жизни он продолжал активную научную деятельность.
Главная научная идея Ламарка была, можно сказать, противоположна взглядам Линнея: если Линней считал виды растений и животных неизменными, то Ламарк утверждал, что в мире растений и животных происходит непрерывная эволюция, причиной которой являются изменения окружающей их среды, в которую он включал климат, пищу и многое другое.
Известный русский естествоиспытатель-дарвинист К. А. Тимирязев так пишет о Ламарке: «Из предшественников Дарвина должно упомянуть о Ламарке, не потому только, что никакая история, не только биологии, но и научной мысли вообще, не была бы полна без упоминания о его заслугах, но потому еще, что это учение за последние годы особенно охотно выдвигается вперед явными и тайными врагами дарвинизма, как нечто более глубокое и упраздняющее за ненадобностью учение Дарвина.
Широкий, свободный от религиозных предрассудков ум Ламарка не остановился перед разрешением указанной нами задачи во всей ее совокупности[191]191
К. А. Тимирязев имеет в виду объяснение и доказательства не только того, что весь растительный и животный мир имеет некоторое сродство, некоторое единство и достиг современного его состояния в результате естественной эволюции, но также объяснение и доказательства того, почему растительный и животный мир достиг именно того состояния (не в точности, конечно), в котором он в данное время находится (т. е. как объяснить естественную гармонию со средой этого состояния). – Примеч. авт.
[Закрыть]. К сожалению, смелость замысла не соответствовала успеху осуществления, и причиной тому был, конечно, не недостаток сведений, так как Ламарк совмещал в себе почти все современные ему знания в области ботаники и зоологии, а именно отсутствие той творческой мысли, которая внезапно озаряет новым лучом света уже известную обширную область накопившихся фактов[192]192
К. А. Тимирязев имеет в виду прежде всего под отсутствующей творческой мыслью важнейший фактор эволюции – естественный отбор. – Примеч. авт.
[Закрыть]. По отношению к факту отсутствия переходов между современными видами и т. д. (тому, что мы называли мозаичностью общей картины органического мира) Ламарк ограничился указанием на искусственность всех классификационных единиц и выражением надежды, что, может быть, переходы найдутся где-нибудь в малоисследованных частях земного шара. Первая мысль, т. е. что все группы: виды, роды, семейства и т. д, – только искусственные создания человеческого ума, плохо вязалась с основной идеей и несомненным фактом естественной системы, выражающей не наилучшее только изобретение ума, а нечто реально существующее, помимо его желания налагаемое на него извне самою действительностью. Что же касается надежды найти связующие формы, затаившиеся где-то в неисследованных уголках земли, то она, конечно, была совершенно голословной. А в итоге частный вопрос о наличности обособленных видовых форм оставался неразрешенным. Не более успешно (хотя в известном, ограниченном смысле и более плодотворно) было воззрение Ламарка на свойство того процесса, результатом которого являлась главная особенность организмов – их изумительное совершенство, их гармония с условиями существования»[193]193
Цит. по: Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе (1300–1900 гг.). М.; Л., 1934, с. 274
[Закрыть].
Пожалуй, несколько более просто приблизительно те же мысли К. А. Тимирязева можно изложить следующим образом.
Ламарк исходил из того, что растительные и животные организмы – весь живой мир на Земле находится в состоянии эволюции. Причиной эволюции является изменение условий жизни, окружающей среды. Изменения, происходящие во внешней среде (в климате, пище, почве, тепле, свете и т. д.), вызывают, по Ламарку, у организмов наследственные изменения. Из поколения в поколение эти изменения накапливаются – образуются новые формы живых существ. Процесс изменения растений и животных под действием окружающей среды, по Ламарку, различен. Растения под действием внешней среды претерпевают непосредственные изменения. Так, например, традесканция – один из сортов многолетних трав – сильно изменяет вид листьев и стебля в зависимости от того, растет ли она на сухом месте или в болоте под слоем воды.
У животных организмов процесс изменения под влиянием окружающей среды происходит, по Ламарку, иным образом. Изменяется поведение, привычки животных. Нагрузка на некоторые органы животных увеличивается, а отдельным органам приходится даже выполнять новые для них функции. Деятельность других органов, наоборот, ослабляется. В результате усиленного действия некоторых органов животного они развиваются и даже изменяются. Малофункционирующие или лишенные деятельности органы, наоборот, уменьшаются и даже могут атрофироваться. Например, у водяных птиц, которые много плавают, между пальцами образуются перепонки. Кроты проводят большую часть жизни под землей, в темноте, и поэтому глаза у них не развиты.
Ламарк считал, как уже сказано, что такие, приобретенные непосредственно под влиянием внешней среды, изменения являются наследственными и служат причиной образования новых видов. Но передача по наследству приобретенных таким образом изменений ни Ламарком, ни кем-либо из его последователей доказана не была. Поэтому взгляды Ламарка о том, как происходит эволюция растительного и животного мира, являются необоснованными.
Кроме того, и это также очень важно, во взглядах Ламарка на эволюцию растительного и животного мира отсутствует понятие естественного отбора, которое по современным научным представлениям является важнейшим. Только изменчивость организмов (наследственная изменчивость – мутации) в сочетании с естественным отбором может привести к эволюции, в результате которой возникают новые виды, приспособленные к условиям их существования. Об этом будет сказано в следующей главе, когда речь пойдет о великом учении Дарвина, о дарвинизме.
Необходимо еще раз отметить, что Ламарк был пионером эволюционного учения. В этом его большая заслуга перед наукой.
Вторая половина XVIII в., когда жил один из основоположников химии, французский ученый Антуан Лоран. Лавуазье (1743–1794), относится ко времени становления химии как самостоятельной теоретической науки и важной области практической деятельности. К началу XVIII в. были накоплены обширные знания свойств и превращений различных веществ. Большое значение имел быстрый рост горнорудной и собственно химической промышленности – красильного производства, гончарного дела, обработки кож, изготовления спиртных напитков и других ее отраслей.
Лавуазье родился в Париже, в семье прокурора парижского парламента и богатого коммерсанта. В 1761 г., в возрасте восемнадцати лет, он окончил колледж Мазарини – среднее учебное заведение, в котором учились дети аристократов. Лавуазье получил высшее образование в Парижском университете, юридический факультет которого окончил в 1763 г. Одновременно он изучал физику, химию и другие естественные науки. Далее жизнь Лавуазье протекала, так сказать, одновременно по двум руслам. С одной стороны, усиленные занятия химией и другими естественными науками, блестящие открытия, увековечившие его имя, избрание в Парижскую академию паук. С другой стороны, участие в Компании откупов[194]194
Откуп – исключительное право, предоставлявшееся феодальным государством за плату откупщикам (компаниям откупщиков) па сбор некоторых налогов, монопольную продажу некоторых товаров.
[Закрыть], что принесло Лавуазье много денег, ко в 1794 г. вместе с другими откупщиками привело на гильотину.
Одним из главных вопросов, занимавших Лавуазье, была проблема горения. Доминирующей точкой зрения на существо процесса горения к тому времени оставалась теория флогистона. Согласно этой теории, все тела, могущие гореть, содержат некоторое вещество или, лучше сказать, субстанцию[195]195
Cубстанция (лат. substantia – сущность, то, что лежит в основе) – объективная реальность, то, что существует само по себе; так называли, например, теплород, флогистон.
[Закрыть], которую они утрачивают при горении. Этой субстанции дали наименование флогистона (греч. phlogistos – воспламеняемый, горючий). По этой теории хорошо горят те тела, которые содержат много флогистона. И наоборот, тела, содержащие мало флогистона, должны гореть плохо. Тела, имеющие много флогистона, могут передавать его телам с малым количеством флогистона, т. е. могут осуществляться процессы дефлогистации и флогистации (которые мы сегодня, с позиций современной теории горения, назвали бы соответственно процессами окисления и восстановления).
Для того чтобы показать, в чем действительно состоит процесс горения, Лавуазье должен был проделать большое число опытов, основанных (это было для него всегда характерно) на точных измерениях. Еще до Лавуазье было проведено немало работ, содействующих правильному пониманию существа процесса горения. Английский химик Джозеф Пристли (1733–1804), шведские химики Карл Шееле (1742–1768) и Торберн Бергман показали, что воздух имеет сложный состав. Тот же Пристли и другой известный английский физик и химик, Генри Кавендиш (1731–1810), именем которого названа научно-исследовательская лаборатория Кембриджского университета, исследовали различные газы, в том числе компоненты воздуха. В 1774 г. великий русский ученый М. В. Ломоносов путем точных опытов, основанных на взвешивании, установил принцип сохранения вещества, имеющий огромное значение, в частности для изучения процесса горения.
Лавуазье не был знаком со многими из ранее проделанных работ, и многое ему пришлось делать самостоятельно, заново. Все его опыты имели количественный, систематический характер. Лавуазье посредством прямого эксперимента доказал, что горение есть не что иное, как соединение сгорающих веществ с кислородом – одним из газов, составляющих воздух. Он произвел сжигание алмаза (С) в среде чистого кислорода (О2) с получением двуокиси углерода (СО2), а также большое число других опытов, раскрывающих сущность процесса горения.
Лавуазье показал, что все химические превращения одних (исходных) веществ в другие (продукты процессов) сводятся к изменению сочетаний элементов, т. е. веществ, далее не разделяемых химическим путем[196]196
Современное определение химического элемента таково: совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
[Закрыть]. К уже известным элементам (углероду, сере, фосфору, металлам) он присоединил новые: кислород, водород и азот.
Следует, пожалуй, заметить, что, говоря о составе сложных химических веществ, предложенном Лавуазье, более точно пользоваться наименованием простые вещества вместо применяемого теперь термина «элементы». Дело заключается в том, что Лавуазье считал (как и другие ученые того времени) химически неделимыми некоторые вещества (например, свободные сложные химические радикалы – сложные частицы, обладающие не-спаренными электронами), которые в дальнейшем удалось химически разделить.
Химические соединения были разделены в своем большинстве на три группы: кислоты, основания и соли[197]197
Современные определения кислот, оснований и солей следующие: кислоты – химические соединения, которым в водном растворе свойственна диссоциация с образованием положительных ионов водорода (Н+, точнее, Н3О+); основания – химические соединения, характеризующиеся диссоциацией в водном растворе с образованием иона ОН-; основания, растворимые в воде, называются щелочами; соли – класс химических соединений, обычно кристаллического строения, ионной структуры.
[Закрыть]. Есть некоторое, вероятно чисто внешнее, сходство между тем, что проделал Лавуазье в химической классификации веществ и терминологии, и тем, что было сделано Линнеем в биологии.
Лавуазье определил сущность процессов дыхания и пищеварения. В результате проведенных им опытов было показано, что в организме происходит процесс, аналогичный обычному процессу горения. При этом «горючим веществом» служит пища, а кислород поступает в организм из воздуха при дыхании. В результате этих опытов и их обобщения был составлен общий химический баланс организма.
Лавуазье вместе с уже упоминавшимся известным французским ученым Лапласом были проделаны опыты по определению скрытых теплот[198]198
Скрытая теплота, или, как теперь чаще говорят, теплота фазового перехода, есть количество тепла, которое необходимо подвести (отвести) для равновесного перехода единицы массы вещества из одной фазы в другую, например при испарении или конденсации, плавлении или замерзании, возгонке или переходе пара непосредственно в твердое тело.
[Закрыть], а также теплот горения различных веществ. Этими опытами были положены начала термохимии – весьма важной для практики науки, изучающей тепловые явления, сопровождающие химические реакции. Лавуазье и Лаплас создали так называемый ледяной калориметр – прибор, позволяющий измерять количество тепла (это назначение калориметра любого типа, любой конструкции) путем измерения количества воды, образовавшейся в результате таяния льда при известной величине его скрытой теплоты таяния.
Совместно с французским инженером Ж. Мёнье Лавуазье установил, что вода представляет собой соединение кислорода и водорода. Со всеми возможными предосторожностями (учитывая взрывной характер реакции) Лавуазье произвел синтез воды из этих двух газов. Одновременно с Лавуазье и независимо от него синтез воды из кислорода и водорода был проведен Кавендишем, Отнюдь не претендуя на то, что нами перечислены все достижения Лавуазье в области химии, мы хотим сделать только одно важное дополнение к сказанному. Лавуазье является автором опубликованного в 1789 г. «Начального учебника химии» – вероятно, первой систематической книги такого рода.
Важный шаг в развитии химии вслед за Лавуазье был сделан известным английским химиком, физиком и метеорологом Джоном Дальтоном (1766–1844). Нам представляется более удобным рассказать о научных исследованиях Дальтона в настоящей главе[199]199
Конечно, нельзя представлять себе дело так, что рядом с Лавуазье и Дальтоном не было других выдающихся ученых. Совсем нет, дело обстояло как раз наоборот, такие ученые были, и мы о них кое-что рассказали и еще расскажем. Но необходимо считаться с объемом книги.
[Закрыть].
Дальтон родился в бедной семье ткача-квакера[200]200
Квакеры – члены религиозной христианской общины, основанной в Англии в середине XVII в.; квакеры отрицают институт
[Закрыть]. Он учился в сельской школе, много занимался самообразованием и уже приблизительно в пятнадцатилетием возрасте стал преподавателем в той же школе, где ранее учился. Знакомство с любителем-метеорологом Робинсоном увлекло Дальтона с ранних лет метеорологией (это увлечение сохранилось у Дальтона на всю жизнь) и пробудило в нем интерес к конструированию различных приборов. Осенью 1781 г. Дальтон – учитель в школе г. Кендала, а через 4 года – директор школы. В Кендале Дальтон проработал около 12 лет. За это время, помимо занятий в школе, он много времени отдавал метеорологии, усиленно изучал математику, читал публичные лекции, выступал с научными статьями. Его имя становилось все более известным. В 1793 г. Дальтон переехал в г. Манчестер, стал преподавать в колледже и давать частные уроки. Вскоре его избрали секретарем, а затем председателем Манчестерского литературного и философского общества. Его научные интересы становились все шире. В 1816 г. Дальтона избрали членом-корреспондентом Французской академии наук и только в 1822 г, – членом Королевского общества.
Рис. 11. Схема опыта Дальтона.
Научные заслуги Дальтона очень велики, но предпочтение, наверное, надо отдать его работам в области исследования газов и особенно развитию атомистических представлений в химии.
Дальтона заинтересовал такой вопрос: если в каком-либо сосуде имеется смесь различных, химически не реагирующих между собой газов, то каково будет парциальное давление[201]201
Парциальное давление – это давление одного из газов, составляющих смесь.
[Закрыть] каждого из газов, входящих в смесь? Будет ли давление смеси газов равно сумме парциальных давлений всех газов, входящих в смесь? Такой вопрос проще всего решить с помощью опыта. Можно, например, произвести такой опыт (рис. 11): взять два равных по объему сосуда, соединенных между собой трубкой с краном. В правом сосуде вместо дна имеется подвижный поршень. В первом (см. рис. 11, а) положении системы сосуды разъединены краном (кран закрыт).
Сосуды заполнены газами А и В (например, кислородом и азотом), давления которых одинаковы (температуры тоже).
Затем с помощью поршня и крана газ В перепускается в левый сосуд, в котором теперь находится смесь двух газов, А и В, при той же температуре (см. рис. И, б). Из опыта следует, что давление смеси газов А +В, рА+В, оказалось равным сумме давлений газов А и В, рА и рВ до начала опыта, т. е. в данном случае, удвоилось:
Ра+в = Ра + Рв.
Подобного рода очень простые по смыслу опыты дали возможность Дальтону открыть закон, носящий теперь его имя: давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений. Эти же опыты позволили дать более простое определение парциального давления – как давления, которое имел бы входящий в смесь газ, если бы один занимал весь объем смеси. Другими словами, поведение газа в объеме, заполненном смесью, пе зависит от присутствия других газов. Все это убеждало Дальтона в корпускулярном строении газа.
Большое значение имеют исследования Дальтона в утверждении атомных представлений в химии. Дальтон исходил из того, что атомы являются мельчайшими, далее неделимыми частицами вещества, но атомы разных элементов имеют различную массу. Он считал также, что атомы разных элементов могут соединяться между собой только в простых соотношениях. Поэтому если условно принять массу атома легчайшего из элементов (водорода) за единицу, то можно определить относительные массы (относительно водорода) атомов других элементов. Дальтон полагал, что один элемент может соединяться с другим в различных весовых соотношениях. Но и в этом случае соотношения весов элементов, образующих соединения, также будут выражаться отношением целых чисел. Сложное тело, по Дальтону, состоит из молекул, в состав каждой из которых входит определенное число атомов соответствующих элементов. Таким образом, Дальтон ввел понятие атомный вес, установил один из основных законов химии – закон кратных отношений[202]202
Закон кратных отношений утверждает, что если два элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа, обычно небольшие.
[Закрыть].
Следует иметь в виду, что в этот период, когда устанавливались основные атомные представления в химии, было немало различных точек зрения по некоторым вопросам, немало споров, в результате которых образовывалось общее мнение. Поэтому (как и в большинстве случаев в науке), создание атомных представлений в химии нельзя приписать одному лицу. Огромная роль в этом деле принадлежит также итальянскому физику и химику Амедео Аеогадро (1776–1856), установившему, что в равных объемах разных (идеальных) газов при одинаковых давлениях и температурах находится равное число молекул (это положение именуется законом Лвогадро); французскому химику, основателю учения о химическом равновесии Клоду Луи Бертолле (1748–1822); шведскому химику и минералогу, иностранному почетному члену Петербургской Академии наук, составившему таблицу атомных масс (весов) элементов, Йёнсу Якобу Берцелиусу (1779–1848); французскому химику и физику, иностранному почетному члену Петербургской Академии наук, открывшему новые химические элементы (хлор, йод, калий, натрий) и новые газовые законы, носящие его имя, Жозефу Луи Гей-Люссаку (1778–1850) и многим другим ученым. В результате утверждения атомных представлений в химии была разработана стехиометрия (от греч. stoicheion – первоначало) – учение о количественных соотношениях между массами веществ, участвующих в реакции, основа для написания химических уравнений. В наше время со стехиометрией знакомы ученики старших классов средних школ (умеют «считать атомы» в уравнениях химических реакций).
Рассказ о научных работах Дальтона мы закончим ссылкой на исследование им одного дефекта зрения, заключающегося в том, что люди, обладающие этой болезнью глаз, плохо различают некоторые цвета, чаще всего красный и зеленый, и чаще этим дефектом страдают мужчины. Дальтон способствовал установлению причины этой болезни, названной позднее дальтонизмом. Причина как будто бы состоит в отсутствии в сетчатке глаза колбочек одного или нескольких типов. Дальтон и особенно его брат Джонатан страдали этой болезнью.
XVIII в, – век проявления большого интереса к электричеству. Под электричеством теперь понимается совокупность явлений, в которых проявляется взаимодействие заряженных частиц. Электричество является в настоящее время одним из главных разделов физики и основой важной отрасли производства – электротехники. По этим вопросам ниже будет сказано достаточно полно.
В учении об электричестве особенно выделяются два имени: Майкла Фарадея и Джеймса Максвелла, деятельность которых относится к XIX в., ей в следующей главе будет уделено должное внимание.
Как известно, учение об электричестве имеет длительную историю. Уже в Древней Греции знали, что если натереть поверхность янтаря мехом или шерстью, то он будет притягивать к себе легкие предметы, например небольшие кусочки соломы и сена, перья и т. п. Собственно говоря, из этого опыта возникло само слово электричество: electron – по гречески янтарь. Было установлено также, что янтарь можно заменить сургучом – ничто не изменится, эффект сохранится. Было также замечено, что если натертую шерстяной тканью сургучную палочку сблизить со стеклянной палочкой, натертой шелковой тканью, то между ними возникнет сила притяжения и проскочит искра. Наоборот, если сблизить между собой две одинаковые палочки (сургучные, натертые шерстяной тканью, или стеклянные, натертые шелковой тканью), то возникнут силы отталкивания (рис. 12). Было даже высказано предположение, что существует два вида электричества: смоляное электричество, собирающееся на сургучной палочке, и стеклянное электричество, накапливающееся на стеклянной палочке.
XVIII век является временем подъема работ в области электричества. Известный американский просветитель, ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин (1706–1790), будучи человеком образованным и деятельным, заинтересовался электричеством. Он дал объяснение действия лейденской банки[203]203
Лейденская банка – первый тип электрического конденсатора; представляет собой стеклянную банку, оклеенную внутри и снаружи металлической (оловянной) лентой; для ее зарядки нужно металлическую ленту, размещенную внутри банки, соединить с одним из полюсов электрической батареи (машины), а внешнюю металлическую ленту и другой полюс батареи – с землей.
[Закрыть] и изобрел громоотвод, который испытал в 1753 г.
Рис. 12. Опыты, показывающие притяжение электрических зарядов с разными знаками и отталкивание зарядов одного и того же знака.
Французский физик, член Парижской академии наук Шарль Огюстен Кулон (1736–1806) родился на юго-западе Франции в г. Ангулеме. Военный инженер, он около 9 лет работал на острове Мартиника в инженерных войсках. После возвращения во Францию Кулон занялся наукой. Вероятно, главным его изобретением были крутильные весы – высокочувствительный прибор, весьма подходящий для измерения малых сил. Основной. принцип крутильных весов заключается в том, чтобы заставить измеряемую силу скручивать тонкую упругую нить (струну) и по фиксируемой величине скручивания нити определять силу. Этот принцип и теперь используется во многих точных приборах. Его важное преимущество – отсутствие внешнего трения.
С помощью крутильных весов Кулон установил один из основных законов электростатики, названный его именем:
где – сила взаимодействия в вакууме между точечными зарядами е1 и е2, r – расстояние между зарядами, к – коэффициент пропорциональности, зависящий от размерности величин, входящих в уравнение закона. Когда знаки зарядов e1 и е2 одинаковы (т. е. мы имеем дело, так сказать, с электрическими зарядами одного типа), сила F будет силой отталкивания. В случае же разных знаков зарядов, сила F – сила притяжения. Не трудно заметить, что уравнение закона Кулона по внешнему виду похоже на уравнение закона всемирного тяготения Ньютона, с той, однако, разницей по существу дела, что природа сил различна, массы тел в противоположность электрическим зарядам всегда имеют одинаковый, положительный, знак, а сила – всегда сила притяжения.
В честь Кулона единица количества электричества (электрического заряда), названа его именем – заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в течение 1 с при силе тока, равной 1 А.
Кулоном было доказано, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника; он показал, что открытый им закон справедлив не только для электрических зарядов, но и для магнитных полюсов. Работы Кулона явились, можно сказать, теоретической основой последующего развития электро– и магнитостатики.
Известны также работы Кулона в области механики, трения (преимущественно сухого, т. е. без смазки) и по ряду других направлений.
В конце XVIII – первой половине XIX в. работала целая группа выдающихся ученых, которые достигли многого в дальнейшем изучении электромагнитных явлений и создали основу для глубокого прорыва в этой области, совершенного Фарадеем и Максвеллом.
Итальянский ученый-физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) также является одним из основателей учения об электричестве. Он родился в г. Болонье, в университете этого города получил образование. Преподавал в том же университете медицинские дисциплины. Много внимания уделял сравнительной анатомии и так называемому животному электричеству. Конец жизни Гальвани был омрачен преследованиями со стороны Наполеона (Бонапарта). Дело заключалось в том, что Бонапарт захотел образовать в Северной Италии Цизальпинскую республику, в которую должен был войти и г. Болонья. Гальвани был уважаемым человеком в Болонье. Он отказался принести присягу новому правительству. Это было причиной последовавших для него трудностей, в частности он был отстранен от руководства кафедрой университета, которой ведал тридцать семь лет.
Главное событие в научной жизни Гальвани произошло в 1790 г., когда он производил свои ставшие знаменитыми опыты с лягушками. Дело, судя но всему, произошло так. Гальвани коснулся металлической пластинкой нерва только что убитой лягушки. В то же время пластинкой, сделанной из другого металла, он коснулся бедра этой лягушки. Когда две пластинки были приведены в соприкосновение между собой, было замечено конвульсивное сокращение мускулов лягушки.
Описанный опыт, проведенный Гальвани, имел большое значение. Но ни самому Гальвани, ни его современнику Вольте правильного объяснения опыта дать не удалось.
Так как научная деятельность Гальвани и Вольты часто соприкасалась (главным образом в форме дискуссий), то описание их творческого пути удобнее вести совместно.
Итальянский физик и физиолог Алессандро Вольта (1745–1827) родился на севере Италии, в Ломбардии, в небольшом городке Комо. Его родители хотели, чтобы Алессандро стал священником, и определили его в школу ордена иезуитов. Но, учась в этой школе, Вольта много внимания проявлял к естественным наукам. В 1774–1779 гг. он преподаватель физики в школе г. Комо, а с 1779 г. началась его профессорская деятельность в университетах Павии и Падуи. Больше всего Вольту интересовали электричество, химия и физиология. Вольта обладал даром первоклассного лектора. Как свидетельствуют исторические данные, на многие его лекции приезжали студенты не только из других городов Италии, но и из других стран.
Когда Вольта узнал об описанном выше опыте Гальвани, это его очень заинтересовало. Он немедленно повторил опыт, с тем же, что и у Гальвани, результатом: лапки умерщвленной лягушки двигались. Первоначально Гальвани п Вольта дали опыту одинаковое объяснение – рассматривали его как проявление «животного электричества».
Точка зрения Гальвани на существо «животного электричества» была приблизительно такой. Он считал, что существует особая, невесомая нервная жидкость. Электричество, или нервная жидкость, по Гальвани, вырабатывается в мозге и затем по нервам передается в волокна мускулов, подобных лейденским банкам. Металлические пластины всего лишь играют роль электрических проводников.
Однако, проделав многочисленные эксперименты, Вольта вскоре пришел к совершенно другой точке зрения по поводу опыта Гальвани. Вольта пришел к заключению, что возникновение электричества вовсе не было связано с организмом животного, в данном случае лягушки, а полностью определялось наличием в цепи двух различных металлов. В 1795 г. Вольта показал, что если взять две пластинки, сделанные из разных металлов (например, из меди и цинка), и разделить их слоем серной кислоты (или поместить между ними кусок картона, пропитанного серной кислотой), то такое простейшее устройство будет представлять собой источник тока, названный по настоянию Вольты в честь Гальвани гальваническим элементом. Следовательно, как это и присуще любому источнику тока, если к каждой из пластинок прикрепить металлические проволочки и соединить эти проволочки между собой (т. е. замкнуть внешнюю цепь), то возникнет электрический ток. Гальванические элементы вскоре нашли широкое распространение в лабораториях, будучи недорогими и более удобными, чем лейденские банки, требующие зарядки практически после каждого применения.
Ну, а как же решился спор между Гальвани и Вольтой, каково правильное объяснение опыта Гальвани?
Как уже выше сказано, ни один из этих двух замечательных ученых не дал правильного объяснения опыту Гальвани. Действительно, в опыте Гальвани организм животного отношения к делу не имеет. Но и объяснение Вольты является также неправильным (во всяком случае, далеко не полным). Дело в том, что гальванический элемент есть устройство, преобразующее химическую энергию в энергию электрическую, и для его функционирования требуются два электрода (положительный и отрицательный, две металлические или угольные пластинки) и электролит (в данном случае серная кислота). Процесс же собственно возникновения электричества (электрических зарядов) протекает вовсе не в месте стыка металлов, а на поверхностях разделов электродов с электролитом.
Кроме того, Вольта отрицал существование животного электричества. Но еще Гальвани, поставив новую серию опытов, показал в 1794 г., что мышцы препарированной лягушки сокращаются без прикосновения металла. Он сумел доказать, что в организме имеется электричество. Сегодня это ни у кого не вызывает сомнения, это широко используется в медицинской практике.
