Страница 13 из 30
Одержимый научной работой, он попросил у жены разрешения вместо свадебного путешествия посвятить время, которое они должны были провести вместе, написанию статьи по истории электричества и магнетизма. Его жена, терпеливая и хозяйственная, как все женщины в общине сандеманианцев, не возражала против этой необычной просьбы.
Тогда Фарадей принялся читать все книги из библиотеки Королевского института об электричестве и магнетизме, воспроизводя описанные в них эксперименты. К концу августа 1821 года он провел уже более сотни опытов, но один никак не выходил из его головы, даже когда статья была уже сдана в A
* * *
Первый эксперимент по электромагнетизму
Ханс Кристиан Эрстед родился в Дании в 1777 году, изучал физику в Копенгагенском университете, ему принадлежит первое эмпирическое доказательство взаимосвязи магнетизма и электричества. Об этом открытии стало известно в 1820 году, что ознаменовало собой новую научно-техническую революцию, подобную той, которую вызвало изобретение паровой машины. Первые опыты были проведены Эрстедом в 1819 году во время практического объяснения на занятии: он приближал намагниченную стрелку к проволоке, по которой проходил электрический ток. Стрелка разворачивалась перпендикулярно проволоке. При изменении направления тока стрелка поворачивалась на 180°, сохраняя перпендикулярность по отношению к проволоке.
Ханс Кристиан Эрстед
ПРЕВРАТИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В ДВИЖЕНИЕ
Фарадей заметил в опытах Эрстеда одну маленькую деталь, которая, как казалось, содержала ключ к пониманию проблемы.
Он догадался, что магнетизм электрического тока всегда отклоняет стрелку компаса в одну сторону. Например, если положить компас на стол, а электрический ток будет проходить от пола к потолку, стрелка компаса всегда будет вращаться против часовой стрелки и никогда — по часовой. Фарадей был не просто великим экспериментатором: он уделял большое внимание незначительным деталям, а не великим следствиям — возможно, эта привычка к скрупулезности была приобретена за годы работы переплетчиком. Как бы то ни было, ученый непрестанно думал об этой детали: почему стрелка компаса в опыте Эрстеда при определенном направлении тока всегда поворачивается только в одну сторону?
Тогда в голове Фарадея созрел образ, который помог ему сформулировать гипотезу, объясняющую это явление. Он представил себе, что как поток теплого воздуха иногда превращается в вихрь, так и восходящий электрический ток создает спиральные магнитные потоки, вызывающие отклонение стрелки компаса. Для проверки своей догадки Фарадей разработал эксперимент, который показал бы, что магнитные вихри могут двигать любой намагниченный предмет, а не только стрелку, как у Эрстеда.
Через несколько недель Фарадей достиг своей цели. В начале сентября он опустил в сосуд с ртутью намагниченный на одном конце стержень: он плавал вертикально, как маленький поплавок. Затем ученый вертикально поместил в сосуд проволоку, по которой сверху вниз шел электрический ток. Намагниченный поплавок начал двигаться вокруг проволоки против часовой стрелки, как будто влекомый невидимым вихрем (см. схему). Таким образом, его догадки подтверждались, а кроме того, в результате получился первый в мире примитивный электрический двигатель. Фарадей превратил электричество в движение, которое могло выполнять работу. Произошло это 3 сентября 1821 года.
Описание эксперимента Фарадея было опубликовано в октябре 1821 года в Quarterly Journal of Science под ничем не примечательным заголовком, принимая во внимание следствия, которые повлекло за собой это открытие:
«О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма». Статья стала очень популярной и была переведена на более чем десяток языков.
Первый электрический двигатель, созданный Фарадеем в 1821 году.
Довольно скоро ученые всего мира повторяли эксперимент скромного сына кузнеца, поднявшегося до высоты Эрстеда, Ампера, Aparo и других знаменитых экспериментаторов.
МЕРТВАЯ ТОЧКА
Казалось, что Фарадею предназначено судьбой стать революционером в области электромагнетизма. Ему даже удалось избавиться от ограничений брака и полностью посвятить себя науке, но на пути ученого возникло новое препятствие. Разочарование пришло со стороны, откуда Фарадей его ожидал меньше всего, — от наставника и покровителя Гемфри Дэви. По-видимому, за несколько дней до публикации статьи, прославившей Фарадея на весь мир, Дэви в приступе ревности распустил слухи, что идея изобретения электрического двигателя была украдена у одного из членов правления Королевского института, Уильяма Хайда Волластона.
Фарадей сразу же захотел опровергнуть слухи и договорился с Волластоном о встрече, чтобы тот мог осмотреть его оборудование, использованное для эксперимента. Волластон вынужден был признать, что хотя его собственное оборудование было схожим, Фарадей не совершал плагиата: просто обоих ученых озарила одна и та же идея с разницей в несколько дней. В конце концов Волластон сдался перед скромностью и простотой, с которой защищал себя Фарадей, и публично оказал коллеге поддержку. Скромный Фарадей отказывался даже подумать, что распустить слухи мог Дэви, хотя в то же время он чувствовал себя крайне смущенным из-за того, что его покровитель не выразил ему своей поддержки в этом инциденте.
Подозрения подтвердились через два года: после того как Фарадей открыл способ сжижения хлора, он позволил Дэви прочесть его статью до публикации. Дэви не только внес свои исправления, но и изменил работу таким образом, что можно было подумать, будто идеи открытия принадлежали ему. Последние 20 лет Дэви сам пытался найти способ сжижения хлора, и он не хотел, чтобы открытие полностью принадлежало его молодому ученику. Фарадей, частично желая избежать нового скандала, подобного тому, который произошел с Волластоном, частично из-за своей сандеманианской скромности, решил уступить наставнику:
«Хотя я и сожалел, что теряю свои исследования, но я слишком многим был обязан ему за его любезность со мной в прошлом, для того чтобы говорить, что это было моим, в то время как он говорил, что это было его».
Несмотря на все препятствия, карьера Фарадея продолжала развиваться, и он поднялся до вершин, о которых не мог и мечтать: через два месяца он стал кандидатом в члены Королевского общества, старейшего научного общества Соединенного Королевства и одного из старейших в Европе. И снова Дэви поддался чувству ревности к своему ученику и не только не поддержал его кандидатуру, но начал активную кампанию против Фарадея, вытащив старую историю о «плагиате» у Волластона. Для того чтобы очистить свое имя от подозрений, Фарадей опубликовал статью с описанием всех событий, связанных с открытием электродвигателя, и снова получил поддержку Волластона. После этого Дэви прекратил свои нападки. В итоге 8 июля 1824 года Майкл Фарадей практически единогласно был избран членом Королевского общества. Единственный голос против, несмотря на секретность выборов, небезосновательно приписывают Дэви.
В 1825 году Фарадей стал директором Королевского института. Но эти повышения никак не способствовали его работе в области электромагнетизма. Отсутствие новых открытий было связано с нехваткой времени: Дэви решил нагрузить Фарадея рутинной работой, чтобы тот не имел возможности проявить свои прекрасные способности. Например, он попросил Фарадея заняться совершенствованием качества стекла для телескопов и других оптических инструментов. Вместе с астрономом Джоном Гершелем (1792–1871) из Кембриджа и создателем оптических приборов Джорджем Долландом (1774–1852) Фарадей изучал образцы стекла, которые должны были быть отшлифованы в форме линзы.