Текст книги "Приключения великих уравнений"

Автор книги: Владимир Карцев

Новый и страшный опыт Мушенбрека

Гильберт открыл довольно много веществ, которые, как и янтарь, могут притягивать мелкие пылинки.

Испробуя эти вещества, десятипудовый любознательный бургомистр немецкого города Магдебурга Отто фон Герике изготовил странную машину: шар из серы, приводимый во вращение. Если шар при вращении придерживать ладонями, на нем скапливается электрический варяд. С помощью шара можно было делать много занятных экспериментов с наэлектризованными предметами. Один из опытов наиболее известен: Герике, пораженный, наблюдает пушинку, притягивающуюся к его носу, а затем отлетающую от него, затем снова притягивающуюся и т. д. Эксперимент забавен, но и чрезвычайно, принципиально важен: раньше считалось, что легкие тела могут только притягиваться наэлектризованными предметами, это даже считалось основным различием электрических и магнитных явлений – ведь известно, что магниты отталкиваются одноименными полюсами.

Другое интересное открытие – электрическая сила обнаружила способность распространяться по «льняной нитке на один локоть» (сравните это первое наблюдение с современными сверхмощными линиями передач!). Еще одно открытие – Герике слышал при разряде своих шаров слабый треск и иногда наблюдал слабое свечение.

Ему было в то время уже больше 60, знаменитому магдебургскому бургомистру. Родился он в семье дебургского патриция в 1602 году, за год до смерти Вильяма Гильберта. Учился в Лейпциге, потом в Вене занимался юриспруденцией. Потом отправился в Голландию, в Лейден, где увлекся физикой, математикой, фортификацией и другими точными науками. Потом – в Англию. Потом – во Францию. Вернулся на родину в 25 лет, женился, родил трех сыновей, был назначен охранителем и военачальником Магдебурга. Время было бурное, Магдебург переходил из рук в руки. Приходилось иной раз и улепетывать от противника, оставляя на разграбление дом, на верную смерть – слуг. Пришлось однажды и самому попасть в руки неприятеля, но… откупился, жизнь Отто фон Герике была оценена в 300 талеров.

Был он генерал-квартирмейстером, и строителем, и дипломатом. 44 лет избран бургомистром родного Магдебурга и на досуге занялся науками. Ему было около 50, когда он прославился своими «магдебургскими полушариями» (пустые полусферы, которые не могли растащить десять лошадей).

60 лет он окончил книгу, посвященную физическим опытам. Книга эта печаталась 10 лет и вышла как раз к семидесятилетию автора. Через шесть лет он добивается отставки, а еще через три года умирает от чумы.

Книга и «шары Герике» получили очень широкое распространение по всей Европе. Используя его открытие, другие исследователи смогли заметить новые, ранее никогда не наблюдавшиеся свойства электричества.

Один из ярких случаев произошел в 1745 году в Лейдене. Богач Кюнеус, ученик Питера ван Мушенбрека, использовал машину Герике для того, чтобы «зарядить электричеством» воду в стеклянной колбе, которую держал в ладонях. Зарядка осуществлялась при помощи цепочки, подсоединенной к машине. Цепочка спускалась через горлышко колбы в воду. Когда, по мнению Кюнеуса, зарядка была окончена, он решил убрать цепочку – вынуть ее рукой из сосуда. И тут он получил такой страшный электрический удар, что чуть не скончался.

Лейденский профессор Мушенбрек (Мушенброк, Мушенброек, Мушенбрюк, Мушенбрук), который оспаривает честь открытия лейденской банки у своего студента, пишет об аналогичном ощущении так: «Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять. Я делал некоторые исследования над электрической силой и для этой цели повесил на двух шнурах из голубого шелка железный ствол, получавший через сообщение электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновениями рук. На другом конце свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пробовал извлечь искры из наэлектризованного ствола.

* * *

Немецкий ученый Клейст в 1745 году доложил Берлинской академии наук о своих опытах с «медицинской банкой». Несправедливость Клейста все забыли, и открывателями «лейденской банки» считаются Кюнеус и Мушенбрек.

* * *

Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. Сосуд, хотя и из тонкого стекла, обыкновенно сотрясением этим не разбивается, но рука и все тело поражаются столь страшным образом, что и сказать не могу, одним словом, я думал, что пришел конец…»

Выяснилось, что в сосудах того типа, о котором пишет Мушенбрек, электричество может накапливаться в весьма значительных количествах. Так была открыта прославленная впоследствии «лейденская банка» – простейший конденсатор.

Новость о лейденской банке с большой скоростью распространилась по Европе. Мушенбрек, и до того известный, стал лейденской достопримечательностью. С ним, в частности, познакомился Петр Великий, когда работал на верфях в Голландии. Позже Петр приказал для новой Академии наук различные приборы именно Мушенбреку «сделать повелеть». Однако Мушенбрек не был ученым высокого класса. Его представления о мире можно проследить по его курсу физики. Курс был составлен из 42 разделов, самых разнокалиберных: О фонтанах. О зрении. О метеорах. О ветрах. Ему не хватало широты взглядов, способности к обобщению. Может быть, этим можно объяснить, что он вошел в историю не как великий физик, а как человек, один из первых испытавший на себе электрический удар лейденской банки: «…ради французской короны я не согласился бы еще раз подвергнуться столь жуткому сотрясению…»

Итак, новость о лейденской банке с быстротой электрического удара начала распространяться по Европе и не слишком просвещенной тогда Америке. В лабораториях, аристократических салонах, на ярмарках ставились удивительные опыты, неприятные, забавные и волнующие одновременно.

Французская столица, разумеется, не могла остаться в стороне от «лейденского поветрия». 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, вскрикнули с ужасом.

180 королевских мушкетеров тоже провели перед королем подобный опыт в Версале. Даже гвардейская дисциплина оказалась бессильной перед ударом лейденской банки: «Первый держал в свободной руке банку, а последний извлекал искру; удар почувствовался всеми в один момент. Было очень курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик, исторгаемый неожиданностью у большей части получающих удар».

Провел этот эксперимент придворный «электрик» короля, специально ведавший различными электрическими увеселениями, аббат Нолле.

Несмотря на неприятное ощущение, тысячи и тысячи людей хотели подвергнуться эксперименту.

Изготавливались новые банки, все более мощные.

Лейденская банка стала непременным атрибутом электрических исследований. С ее помощью получали крупные электрические искры – иной раз до нескольких сантиметров.

Электрические опыты приобрели необыкновенную популярность. Они стали одним из изысканнейших развлечений.

Целые представления, занимательные, чуть не театральные зрелища разыгрывались перед восторженными зрителями.

Лекторы, а может быть, вовсе не лекторы, а послы новой эпохи, искусители душ, воспламенители сердец глашатаями новых открытий разъезжали по свету, оставляя повсюду яркие воспоминания о необычных опытах и, как модно теперь говорить, «ощущение интеллектуального дискомфорта».

Зрители уходили с представлений взволнованные.

Несомненно, рано или поздно среди них должен был оказаться человек, на которого опыты произведут более глубокое впечатление, чьи скрытые дотоле силы будут разбужены вдруг неприятным ударом лейденской банки, кому суждено увидеть больше, чем другим…

Этого не произошло ни в Лейдене, ни в Санкт-Петербурге, ни в Париже, ни в Женеве, ни в Лондоне. Это произошло в далекой Америке.

Eripit coelo fulmen scemprumgue turannis [5]5
  Он отнял молнию у небес и власть у тиранов(лат.). Надпись, вырезанная на бюсте Б. Франклина работы скульптора А. Гудона.


[Закрыть]

Итак, шел 1747 год… По городам и селениям Европы и Нового Света разъезжали предприимчивые экспериментаторы, совершающие «электрические чудеса». Они воспламеняли спирт, убивали цыплят, вызывали странный свет в темноте.

Особенно кстати пришлись эти представления в Америке, где до тех пор основными развлечениями были распродажи да скачки. Колонисты валом валили на представления некоего доктора Спенсера, проделавшего долгий путь из Глазго до Бостона для того, чтобы показать американцам новые электрические опыты и немало заработать на этом.

Шел 1747 год… На лекцию по электричеству в Бостоне попал средних лет джентльмен, высокий, импозантный, прекрасно сложенный, окруженный друзьями и почитателями.

Завороженный, смотрел он на синие электрические искры, со смешанным чувством прикасался к оголенным кондукторам большой лейденской банки, жадно вдыхал пахнущий озоном воздух.

Этим человеком был Бенджамен Франклин. Трудно себе представить более выдающуюся и популярную личность своего времени. Он, пятнадцатый ребенок мелкого ремесленника, родился в 1706 году в Бостоне, жил 84 года и занимался физикой всего лишь семь лет – с 1747 по 1753 год.

Франклин ввел в науку понятие положительного и отрицательного электричества. Когда мы пользуемся словами «батарея», «конденсатор», «проводник», «заряд», «разряд», «обмотка», мы вряд ли помним о том, что Франклин первым дал названия всем этим вещам.

В последние свои годы Франклин стал одной из выдающихся фигур политической жизни Америки, активным борцом за освобождение Америки от английского колониального ига.

В 27 лет он, помимо всего прочего, был популярнейшим писателем Америки. Его «Бедный Ричард» выдержал бессчетное количество изданий. «Я мог бы попытаться вызвать к себе добрые чувства, провозгласив, что я пишу эти выпуски не для чего иного, как для блага общества; но это было бы неискренне, и кроме того, современники мои слишком умны для того, чтобы быть обманутыми таким образом… Истина же в том, что я крайне беден, а издатель обещал мне значительную часть выручки…» – не без юмора писал Франклин по поводу своей литературной деятельности.

«Альманах Бедного Ричарда» был чем-то вроде календаря, содержащего практические советы, изречения (типа «нельзя заставить пустой мешок держаться прямо», «своим можешь назвать лишь то, что съел») и занимательные рассказы. Образ Бедного Ричарда – «полуголодного ученого старикана, допекаемого сварливой женой, рассуждающего о пользе бережливости, подмигивающего молоденьким женщинам», – оказался необычайно популярным и жизнеспособным. «Альманах» издавался около 30 лет. Для нас во всем этом, помимо иллюстрации разносторонней одаренности Франклина, важно и то, что «Альманах», так же как и издававшаяся им же «Пенсильванская газета», дали ему возможность разбогатеть и к 40 годам «отдалиться от дел». Наличие свободного времени и свободных денег немало способствовали успехам Франклина в области электричества.

Франклин был обаятельнейшим, образованнейшим человеком своего времени. Веселый и жизнерадостный, атлетически сложенный, Франклин всегда окружен интересными и влиятельными людьми – дипломатами, принцами, учеными и очаровательными женщинами.

Но вернемся к семи «электрическим» годам из жизни Франклина, точнее, к тем из них, которые были связаны с доказательством электрической природы молнии.

После случайно прослушанной популярной лекции Франклин, решив систематизировать все, что он узнал от других и понял сам, развил довольно простую, но стройную и, как впоследствии оказалось, правильную теорию статического электричества и его передачи от одного тела к другому – ту самую теорию, которую мы проходим в школе, впервые знакомясь с электричеством.

Сейчас мы сделали бы лишь одну поправку к этому учению – Франклин наугад принял, что то тело, которое накапливает электричество («электрическую жидкость» – по терминологии Франклина), заряжается положительно. Мы знаем сейчас, что носителем электричества в проводниках является отрицательно заряженный электрон. Поэтому заряд наэлектризованного тела, на наш взгляд, должен быть отрицательным. Естественно, что Франклин не мог предугадать этого, и для того, чтобы не ломать установившиеся со времени Франклина представления, сейчас направление тока (от плюса к минусу) принимают обратным направлению происходящего реального процесса – движения электронов.

Франклин вдохновенно творил новую теорию. Идеи вытекали друг из друга, обретали мелодию, гармонию, изящно модулировали и образовали, наконец, блестящую симфонию статического электричества. Атмосферу необыкновенной легкости, игры, но игры, в тайных закоулках которой могут скрываться великие открытия, атмосферу, в которой творил он свою теорию, передал Бенджамен Франклин в одном из писем к английскому другу:

«Ввиду того, что наступает жаркая погода, когда электрические опыты доставляют мало удовольствия, мы думаем покончить с ними на этот сезон, завершив все довольно веселым пикником.

Искра, переданная с одного берега реки Скулкилл на другой без какого-либо проводника, кроме воды, зажжет одновременно на обоих берегах спиртовки (этот опыт, к изумлению многих видевших его, мы уже проделывали некоторое время тому назад)… Индейка к нашему ужину будет умерщвлена электрическим ударом и зажарена на электрическом вертеле огнем, зажженным наэлектризованной банкой; мы выпьем за здоровье всех известных физиков… из наэлектризованных бокалов под салют орудий, стреляющих от электрической батареи». [6]6
  Трудно было, конечно, потомкам Франклина провести его юбилей во «франклиновом ключе». Однако проведенное в 1967 году в Филадельфии празднование 261-й годовщины со дня рождения Франклина явно удовлетворило этому условию. Во-первых, был испечен грандиозный юбилейный торт, в который, как положено, была воткнута 261 свеча, по числу истекших лет. Свечи были электрические, причем зажжены они были при помощи особого электронного устройства, срабатывавшего от пойманного им луча. Луч был совсем не прост – он шел от далекой звезды Гамма Андромеды, располагающейся от нас на чудовищном расстоянии – 261 световой год!
  Луч, зажегший свечи на юбилейном торте, покинул свою звезду как раз во время рождения Франклина, 261 год назад!


[Закрыть]

Теория статического электричества помогла Франклину сделать сенсационное открытие – он первым доказал, что молния, с грохотом прорезающая небо, и искра, полученная с помощью лейденской банки, это одно и то же явление, только в разных масштабах.

Нельзя сказать, что такая аналогия была очень уж новой. Еще великий Ньютон писал в одном из своих писем в 1716 году:

« Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как и всякий землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать чистым воздухом.

В один из таких промежутков я и пишу вам… Я много занимался замечательными явлениями, происходящими, когда приводишь в соприкосновение иголку с кусочком янтаря или смолы, потертой о шелковую ткань. Искра напомнила мне молнию в малых размерах…»

Но «напомнила» – это еще не доказательство. Нужно было очень ясно представить себе электрические процессы, происходящие в атмосфере, чтобы сделать решающий шаг – поставить ясный эксперимент, со справедливостью доказывающий, что молния и искра – одно и то же.

…О нежные воспоминания детства! Призрачный и светлый мир, населенный умными, добрыми существами, большими яркими цветами, бабочками и стрекозами!

Мир, где наслаждаются самым обычным: небом, облаками, запахами с такой остротой, которая, быть может, придет во всей последующей жизни лишь несколько раз.

О как прекрасен и ярок мир, который мы в спешке взрослых будней не успеваем заметить.

В один из незабываемых дней своего детства великий Франклин, тогда еще мальчик Бен, смастерил с помощью взрослых белоснежное трепещущее чудо, стремящееся при малейшем ветре выпорхнуть из тонких детских рук на свободу, в высокие голубые глубины, где хозяин лишь ветер, теплым потокам которого должен повиноваться новый воздушный змей. Тонкая, но прочная веревка с палкой (чтобы крепко держать вырывающийся змей) – все, что связывает маленького Бена с большим белым парусником – или птицей? – неслышно несущимся где-то высоко впереди. Бен бежит за ним по улочкам, выбегает на зеленый луг, полный травы, цветов и пчел; но корабль несется выше и дальше, и некогда Бену отдохнуть, перевести дух. Он бежит по колено в траве, обнаженное тело омывается теплым летним воздухом, а впереди препятствие – пруд. Безрассудность детства?

Бен в пруду, в руках – крепко зажатая палка с веревкой. Бен переворачивается на спину, и вдруг начинает плавно скользить по поверхности воды, влекомый воздушным парусником; опасный и невыразимо приятный для Бена эксперимент, к счастью, благополучно окончился на другом берегу пруда…

Это детское воспоминание Франклина, «отнявшего молнию у небес и власть у тиранов», по выражению его биографа Тюрго, конечно же, сыграло свою роль в осуществлении знаменитых франклиновских экспериментов с воздушным змеем.

«Когда змей и веревка намокнут от дождя и вследствие этого станут проводить электричество, – писал Франклин, – то поток его обильно исходит из ключа при приближении суставов пальцев. От него можно зарядить банку. Электрическим огнем, полученным таким образом, можно зажечь спирт и сделать все опыты, совершаемые обычно с натираемым шаром или трубкой.

Этим полностью доказывается тождество электрического вещества с веществом молнии».

Здесь уже не ньютоновское «напоминает». Франклин определенно указывает, что «вещество молнии» и «вещество электричества» «тождественны». Интересно заглянуть, так сказать, в «творческую лабораторию» Франклина, пришедшего к этому выводу. Вот что писал он 1 ноября 1749 года:

« Электрическая жидкость имеет с молнией следующее сходство: 1. Дает свет. 2. Тот же цвет света. 3. Ломаное направление. 4. Быстрота движения. 5. Проводится металлами. 6. Создает треск или шум при взрыве. 7. Встречается в воде или во льду. 8. Разрывает предметы, через которые проходит. 9. Убивает животных. 10. Плавит металлы. 11. Зажигает легко воспламеняющиеся вещества. 12. Серный запах».

Открытие Франклина было высоко оценено М. В. Ломоносовым, а один из видных тогдашних русских поэтов несколько позже, уже после опытов Гальвани и Вольта, откликнулся на открытие связи между электрической искрой и молнией следующим шутливым стихотворением:

 
Итак, узнал я наконец,
Тебя, Зевес самодержавный!
Узнал, что мир – большой глупец,
А ты – проказник презабавный!
Два металлических кружка
Да два телятины куска
С цепочкой медной за ушами —
Вот тайна молний и громов,
Которыми, как чудесами,
Ты нас стращал из облаков,
Гальвани с мертвою лягушкой
В лаборатории своей
Нам доказал, что ты людей
Всегда считал одной игрушкой!
Сын праха, слабый и глухой,
Под руководством гальванизма,
Едва ль, Зевес почтенный мой,
Я не дойду до атеизма!
К чему мне ты? Я сам Зевес!
Перуны, молнии и громы
Мне без обманов и чудес
Теперь торжественно знакомы!
Огонь и блеск в моих очах,
И гром и треск в моих ушах!..
 

Когда стала ясна электрическая природа молнии, Франклин смог осуществить главное изобретение своей жизни – громоотвод.

Громоотвод, по словам Франклина, «…либо предотвращает удар молнии из облака, либо уже при ударе отводит его в землю без ущерба для здания.

Нижний конец прутка должен уходить в землю настолько, чтобы достичь влажного грунта, возможно, на глубину в два или три фута. А если пруток изогнут так, чтобы он отходил под землей в горизонтальном направлении на расстояние в шесть – восемь футов наружу от фундамента и затем снова изгибался вниз на три-четыре фута, то он предохранит от повреждения любую часть кладки фундамента.

Лицо, опасающееся молнии и находящееся во время грозы в не совсем надежном доме, поступит хорошо, избегая садиться около камина, зеркала или любой позолоченной картины и панели. Безопаснее всего сесть в кресло посреди комнаты, положив свои ноги на другое (только не под металлической люстрой, спускающейся с потолка на цепи). Еще безопаснее положить два-три матраца или перины на середине комнаты, сложить их вдвое и водрузить на них кресло, и поскольку те проводят хуже стен, молния не может пойти по ломаному пути через воздух комнаты и матрацы, если она имеет лучший и сплошной проводник в стене.

Там, где это возможно, следует подвесить на шелковых шнурах на равном расстоянии от стен, пола и потолка гамак или подвесную кровать, что даст самое надежное укрытие, которое только можно создать в комнате и которое действительно может считаться совершенно безопасным от удара «молнии».

* * *

Опыты Бенджамена Франклина с громоотводом состоялись в 1760 году. Но еще в 1754 году чешский священник Прокопий Дивиш, проживавший в Прендице (Богемия), установил на своем доме десятиметровый железный шест, основательно заземленный. Соседи взбудоражили окрестных крестьян, и те разрушили громоотвод, полагая, что именно он виновник неурожая 1754 года. Возможно, что Прокопий Дивиш использовал идеи Франклина о природе электричества, возможно, он дошел до них самостоятельно, но факт остается фактом – он построил громоотвод раньше Франклина.

* * *

Эти предостережения, которые сегодня могут показаться забавными, во времена Франклина были вполне злободневны.

После того как Франклин в 1760 году установил первый громоотвод на доме купца Веста в Филадельфии, Европа и Америка разделились на два лагеря – ярых приверженцев громоотвода и столь же ярых противников его. В Париже в те годы даже женские шляпы изготовлялись с громоотводами.

В то же время буржуа де Визери, поставивший на своем доме в Сент-Омере громоотвод, подвергся яростным нападкам соседей, которые в конце концов подали на него в суд. Это было уже в 1780 году. Процесс длился четыре года. Защитником громоотвода на процессе выступал никому еще не известный адвокат Максимилиан Робеспьер. Именно этот процесс стал началом его большой популярности. На стороне противников громоотвода экспертом выступал Жан-Поль Марат. (Кстати, Марат был известным писателем-популяризатором: его перу принадлежат три книги по электричеству – одни из первых.)

В конце концов де Визери был оправдан.

В Филадельфии в 1782 году было установлено 400 громоотводов. Крыши всех общественных зданий, за исключением гостиницы французского посольства (Франция громоотвод официально не признавала), были увенчаны металлическими штырями. Во время сильной грозы 27 марта 1782 года именно в дом-исключение ударила молния. Гостиница была частично разрушена, а живший в ней французский офицер убит. После этого случая, имевшего широкий общественный резонанс, громоотводы были установлены уже на всех филадельфийских зданиях.

* * *

На вопрос «Ставить ли громоотвод на здание храма?» Эдисон ответил: «Непременно. Провидение бывает иной раз очень рассеянным».

* * *

Франклин не мог пройти мимо важных общественных событий своего времени. Граждане города Филадельфии неоднократно избирали его на важные посты. Так, в 1754 году Франклин был избран делегатом Пенсильвании на съезд представителей английских колоний в Америке. Дело в том, что отношения Англии и Франции в то время обострились; в любой момент можно было ожидать нападения французов на английские колонии в Америке. Для защиты от возможного нападения Франклин предложил на съезде свой план объединения английских колоний в Америке, план, который впоследствии лег в основу создания государства Соединенных Штатов.

Однако Англия, видя опасность, связанную с объединением ее американских колоний, возражала против плана создания федерации. Отношения между Англией и ее американскими колониями неуклонно ухудшались.

В 1757 году Франклин отправляется в Англию представителем Пенсильвании и затем – всех английских колоний в Америке. Его миссия была трудной. Англия не могла сдержать стремление ее американских колоний к объединению и независимости. В 1770 году – первое вооруженное столкновение между колонистами и английскими солдатами. В 1775 году – открытые военные действия и отъезд Франклина в Америку, где он участвует в составлении Декларации независимости. Благодаря дипломатическим способностям Франклина Америке удалось в борьбе против Англии привлечь на свою сторону Францию. Затем – подписание мирного договора с Англией, в котором она признала полную независимость американских колоний. Немалое значение для победы колоний имела позиция России, по инициативе которой (декларация 1780 года) ряд европейских государств объявил «вооруженный нейтралитет», направленный против Англии.

Франклин боролся против «рабства в свободном государстве», выступал за освобождение негров.

Естественно, что столь бурные события оторвали Франклина от его электрических экспериментов. Но, быть может, не следует жалеть об этом. Еще не пришло время новых открытий, еще не дернулась лапка лягушки на столе у физиолога Гальвани, еще не начался новый этап развития электричества. А первую эпоху – эпоху статического электричества уже пора было закрывать.

Эта роль и выпала на долю великого Франклина.