2
В. Карцев
Тайны
не разгадывают,
их дарят…
[к 200-летию со дня рождения
Ганса Христина Эрстеда]
Когда сорокатрехлетий копенгагенский профессор Ганс Христин Эрстед разослал коллегам свой «памфлет» — четыре невесты странички на латинском языке — и учены Франции, Швейцарии, Англии и России смогли с ним ознакомиться, передними кроме научных проблем вставли и также, общечеловеческие. Как отнести к автору этих страничек, как оценить его труд? Кем показался им этот человек: трудолюбивым ученым, фантазером, романтиком, счастливиком? И вообше — кем он был? Физиком, химиком, фармацевтом, философом или позтом?
Чтоы ответить на эти нелегкие вопросы, безусловно, интересные и для нас, вернемся на два столетя назад и представим себе далекий датский островок Ланггеланд и городок на нем под названем Рюdkобинг, и семью бедного аптекаря, в которой родился — Ганс Христин. Нужда глалась за семьей по пятам, так что начальное образование браться Гансу Христину и Андерсу пришлось получать где придется: городской парикмахер учил их немецкому, его жена — датскому, pastor маленькой
4
1813 году во Франции выходит его труд «Исследования идентиности химических и электрических сил». В нем он впервые высказывает идею о связи электричесва и магнетизма. Он пишет: «Следует испробать, не производит ли электричесво … каких-либо действий на магнит…». Его сообщения были простыми: электричесво рождает свет — искру, звук — треск, наконец, оно может производить тепло — проволока, замыкающий зажимы источника тока, нагревается. Не может ли электричесво производить магнитных действия? Говорят, Эрстед не расставался с магнитом. Этот кусочек железа должен был непрерывно заставлять его думать в этом направлении. Магнит совершил, видимо, немало миль в эрстедовом сюртуке, пока… Нет, магнит Эрстеду так и не пригодился.
Идея связки электричесва и магнетизма, восходящая к простейшем сходству прияженияpushnок антарем и железных опилок магнитом, носилась в воздухе, и многие лучшие умы Европы были его увлечены. Еще в 1747 году ее подметил петербургский академик Эпиниус, а француз Араго потратил немало лет для сбора тиннстевных, на перый взгляд, ис-
торий о кораблях, сокровищах и необычных небесных явлениях, в которых он тоже видел этуускользаюшую связь.
Однажды на рейде Пальмы, главного портта Майорки, появилось французское военное судно «Ля-Ралейн». Состояние его было настолько жалким, что корабль едва дошел своим ходом до причала. Когда команда сошла на берег и уступила пальбу нескольким именитым французским ученым, в том числе и Араго, выяснилось, что корабль был разрушен молнийей. Пока комиссия осматривал судно, показивая головами при виде сгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к компасам и там увидел примерно то, что ожидал: стрелки компасов, перемагниченных молнийей, указывали в разные стороны.
Через год, копаясь в том, что еще несколько дней назад было генуззским судном (ono разбилось, насочив на скалы в близи алжирских берегов), Араго снова обнаружил, что стрелки компасов были перемагничены. В Кроменой туманной почти капитан, направив по компасу судно к свееру, подальше от опасных мест, на самом деле неудержимо движался к тому, чего так упорно старался избежать. Корабль щелк к югу, прямо к скалам, обманутый пораженным молнийей магнитным компасом.
А вот и обещанные сокровища. Они лежали в суддуке у эркфильдского купца и состояли из весы ценных, по тем временам, столовых принадлежностей, а предназначаены были для отпавки в новую англійскую колонию — Америку. После удара молнии часть предметов расплавилась, а часть очень сильно намагнитилась.
Все эти, на первый взгляд, малозначащие и не связанные между собой факты Араго собирал не зря. Только отгремели эксперименты с молнийей, проводимые Франклином в Америке и Ломоносовым и Рихманом в России. Молния — это гигантская электричесная искра! Сейчас нам трудно почувствовать сенсционность такого утверждения, но в то время многое простые люди, не то что уче-
5
ные, восторженно приветствовали это открытие. Араго, собраший множество фактов, свидетельствующих о связи молнии с магнетизмом, чувствовал, что он на пороге нового открытия. Радость и досада — вот,возможно, те чувства, которые он испытыл,увиведревшие долго не дававшейся ему задачи. Решение, найденное Эрстедом.
Историки науки, наверно, еще долго будет оставаться в неведении и недоумении относительно обстоятельств открытия, которое стало сейчас часть ли не классической примером счастливой случайности. Не известна точно дата этого открытия: некоторые исследователи относят его к 1819, некоторые — к 1820 году. Кое- кто сомневается даже в авторстве Эрстеда. Однако не будем забегать вперед.
15-го февраля 1820 года Эрстед, уже заслуженный профессор химики Копенгагенского университета, читал своим студентам лекцию. Лекция сопровождалась демонстрациями. На лабораторном столе находились источник тока, провод, замыкающий его зажимы, и компас. В то время, когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компас вздрагивала и поворачивалась. При размыкании цепи стрелка возврашалась обратно. Это было первое экспериментальное подтверждение связи электричесма и магнетизма, того, что так долго искали многоные учены.
Казалось бы, все ясно. Эрстед продомонстрировал студентам еще одно подтверждение давишней идеи о всеобщей связи явленей. Но почему же возникают сомнения? Почему вокруг обстоятельств этого события впоследствии разгорелось так много способов? Дело в том, что студенты, присутствовавшие на лекции, рассказывали потом совсем другое. По их словам, Эрстед хотел продомонстрировать на лекции всего лишь интересное свойство электричесма нагревать проволоку, а компас оказался на столе совершенного случая. И именно случайность объясняли они то, что компас лежал рядом с этой проволокой, и совсем случая, по их мнению, один из зорких студентов обратил внимание на поворачивающую стрелку, а удивление и восторг профессора, по их словам, были неподдельными. Сам же Эрстед, в своих позднейших работах, писал: «Все присустствовавшие в аудитории свидетельели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью, как бы хотел заключить профессор Гильберт из тех выражений, которые я использовал при первом оповещении об открытии». Так ли это важно в действительности — случайным или нет было открытие Эрстеда? И вообще, что это значит — «случайное открытие»? Слушано ли, например, что химик Эрстед читал лекции об электричесве? Разумеется, нет. Электричесво было открыто сравнительно недавно *), багаж знаний по электричесву в ту пору был неевелик, занятия им не требовали какой-нибудь особой подготовки. Так что им могли заниматься и физики, и химики, и механики. Оборудование тоже было несложным, его могли сделать в любой мастерской. Поэтому в лекции Эрстеда, да и в ее основании ничего случаяного в общем не было. Набор для электрических и магнитных исследований был в то время веса неприятазателен — волтов столь, проводнички, лягушачьи лапки, маг-
*) Имеется в виду, прежде всего, изобретение в 1800 году италянским физиком Алексаандро Волгата первого непрерывно действующего источника электрического тока — так называемого волтова столь.
6
нит да компас. Как писал Брэгг (разработавшийRENTгеноструктурный анализ кристаллов), приходиту удивляться не тому, что Эрстед случайно открыл действие электрического тока на магнитную стрелку, а тому, что открытия нужно было ждать целых двадцать лет, с момента изобретения волтова столбца. В десятих лабораториями имелись и волтовы столбцы, и проводнички, и компасы, и в течение двадцати лет эти предметы тысячи раз оказались рядом. Неминуем должно было однажды создаться такое положение, когда магнитная стрелка оказется, наконец, по соседству с проволочкой, замыкающей концы волтова столбца, повернется, и исследовать это заметит. И такого события пришлось ждать целых двадцать лет! Незвестный студент на лекции Эрстед выполнил, в известном смысле, свою историческую роль, взглянув на компас в подходящей момент. Его роль можно сравнить, в чем-то, с ролью матроса, крикнувшего Христофору Колумбу о новой земле — Америке. И еще. Слушайно ли то, что именно Эрстед сделал открытие? Ведь счастливое сочетание нужных приборов, их взаимного расположения и «режимов работы» могло получить в любой лаборатории? Да, это так. Но в данном случае случайность закономерна — Эрстед был в числе тогда еще немногих исследователей, изучающих связи между явлениями.
Вернемся, однako, к сути открытия Эрстеда. Нужно сказать, что отклонение стрелки компас в лекционном опите было весма небольшим. В июле 1820 года Эрстед снова повторил эксперимент, использую более мощные батареи источников тока. Теперь эффициент стал значительно сильнее, причем — тем сильнее, чем только probeoka, который он заказал контакты батарей *). Кроме того, он выясил одну страницу ее, не укладывающегося в ньютоновске
*) Сейчас нам это качество само собой разумениюся: чем больше диаметр проводки, тем меньше ее сопротивление и, стало быть, больше ток.
Рисунок Эрстеда из его лабораторных записей: при перемене поляриости источника тока стрелка компас (пунктирная стрелка) меняет направление.
представления о действии и противодействии. Сила, действующая между магнитом и проводокой, была направлена не по соединяющей их прямой, а перpendикулярно к ней. Выражаясь словами Эрстеда, «магнитный эффициент электрического тока имеет круговое движение вокруг него». Магнитная стрелка никогда не указывала на проводоку, но всегда была направлена по касательной к окружности, эту проводоку опоясьющим. Как будто бы вокруг проводки визрились невидимые сгустки магнитных сил, влекущих легкую стрелку компаса. Вот чем поражен ученыый. Вот почему в своей четырехстраничном «памфлете» он, опасясь недоверия и насмешек, тщательно перечисляет свидетель, не забывая упомянуть ни об одной из их научных哉ул.
Эрстед, давая в обшем неправильное теоретическое толкование эксперименту, заронил глубокую мысль о внешреом характеристиках электромагнитных явлений. «Вихреобразность» прощеся долго не находила стороны, большинство ученных были убежданы в том, что силы, действующие между проводником с током и магнитной стрелкой, — это общные силы прияжения и отталкивания, подобные ньютоновским силам всемирного тяготения или кулоновским силам взаимодействия между электрическими зарядами. Опыт Эрстед доказывает не только связь между электристом и магнитизмом. То, что открылось Эрстеду, было новой тайной, не укладывающейся в рамках известных законов.
7
Памятная медаль, выпущенная в честь Эрстеда американской ассоциации учительей физики.
Метуар Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 года. Мы не случайно датируем так точно. Дальнейшие события развивались в весме непрерывном для неторопливой тогда науки темпе. Уже через несколько дней метуар появился в Женеве, где в то время был с визитом Араго. Первое же знакомство с опытом Эрстеда доказало ему, что найдена разгадка задачи, над которой былся и он, и многие другие. Впечатление от опытов было столь велико, что один из присутствующих при демонстрации поднялся и с волнеением произнес, ставшую впоследствии знаменной, фразу: «Господа, проискодит переворот!».
Араго возврашается в Париж потрясенный. На первом же заседании Академии, на котором он присутствовал сразу же по возврашении, 4 сентября 1820 года он делает устное сообщение об опытах Эрстеда. Залиси, сделанные в академическом журнале ленинвой рукой протоколиста, свидетельствует, что академики просили Араго уже на следующем заседании, 22 сентября, показать всем присутствующим опит Эрстеда, что называется, «в натуральную величины».
Сообщение Араго с особым внимание слушал академик Амперар. Он, может быть, почувствовал в тот момент, что пришла егоopa перед лицом всего мира принять из рук Эрстеда естефету открытия. Он долго жждал этого часа — около двадцати лет — как Араго и как Эрстед. И вот час пробил — 4 сентября 1820 года
Амперар понял, что должен действовать. Всего через неедели он сообщил миру о результатах своих исследований. Он высказал генiallyю идею и сумел подтвердить ее экспериментально — все магнитные явления можно свести к электрическим. Так зародилась новая наука — электродинамика, теоретически связывающая электрические и магнитные явления. А еще через сорок лет электродинамика выпалась составной частью в теории электромагнитного поля Максвелла, до сих пор являлся нашим компасом в мире всех электромагнитных явлений.
После открытия почетки посыпались на Эрстеда, как из рога изобилия. Он был избран членом многоих авторитетнейших научных обществ, в том числе Лондонского Королевского общества и Французской Академии. Англиане присудили ему медаль за научные заслуги, а из Франции он получил приз в 3000 золотых франков, некоторые назначенный Наполеоном для авторов самых крупных открытий в области электричества.
Принимая все эти почетки, Эрстед не забывает о том, что новый век требует нового подхода к обучению наукке. Он основывает в Дании общество для поощрения научных занятий и литературный журнал, читает просветительские лекции дляженщин, поддерживает «маленького Ганса Христина», своевого тезку, будущего Великого писателя Ганса Христина Андерсена. Эрстед становится национальным гером.
К сожалению, Эрстеду не пришлось долго быть свидетельом своего триумфа. Девятого марта 1851 года Эрстед скончался. Хоронили его почью. Толпа из двухсот тысяч человек, освещая путь факелами, провожала его в последний путь. Звучали траурные медодии, специально сочиненные в его память. Учены, правильныественные чиновники, члены королевской семьи, дипломаты, студенты, простые датачане ощущали его смерть, как личную потери. За многое они были благодарны ему. И не в последнюю очередь за то, что он подарил миру новые тайны.