Страница 1 из 67
Михаил Ивановский
ПОКОРЕННЫЙ ЭЛЕКТРОН
Глава первая. Электрон заявляет о своем существовании
Первое знакомство
В 1663 году священник села Новые Ерги, именовавший себя «поп Иванище», сообщил в ближайший монастырь о некоем непонятном и страшном событии, которое в том селении наблюдалось. Поп Иванище писал: «огнь на землю падал по многим дворам, и на путех, и по хоромам, аки кудели горя и люди от него бегали, а он катается за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облак».
Сравнение с горящей куделью помогает понять, что именно случилось в селе Новые Ерги. Кудель — это пеньковые или льняные очёсы. Их обычно хранят на чердаках или в сараях. Во время пожара восходящие потоки горячего воздуха подхватывают легкие пушистые хлопья загоревшейся кудели, и они летают над пожарищем, как огненные мячики.
Следовательно, таинственный «огнь» был похож на горящую кудель, он катался за людьми, а потом поднялся вверх. Все это позволяет думать, что поп Иванище наблюдал шаровые молнии — редкое и до сих пор плохо изученное электрическое явление.
Старинные книги рассказывают и о так называемых огнях святого Эльма, которые иногда появляются перед грозой на высоких и остроконечных предметах. Эти огни похожи на бледные, светящиеся кисти, колеблющиеся на верхушках корабельных мачт, на крестах и шпилях церквей и даже на остриях копий и пик у ратников в походе.
Издавна наблюдали русские люди полярные сияния или «пазори» — бледнозеленые, розовые или даже багряно-красные столбы света, которые иногда колышутся ясной зимней ночью на северной части неба.
И, конечно, с незапамятных времен людям было известно такое обычное проявление атмосферного электричества как молния.
Рис. 1. С этим проявлением атмосферного электричества люди были знакомы с незапамятных времен.
Но не только атмосферные электрические явления указывали людям на существование этой могучей силы природы. Более двух с половиной тысяч лет назад ремесленники древней Греции познакомились с электрическими свойствами янтаря. Обтачивая и полируя янтарные бусы, серьги, браслеты и другие украшения, греческие камнерезы заметили, что от трения этот материал начинает притягивать к себе соломинки, волоски шерсти, кусочки ниток.
В шестом веке до начала нашего летоисчисления странная особенность янтаря привлекла внимание греческого философа Фалеса Милетского. Фалес натирал янтарь сукном и наблюдал, как янтарь притягивал пушинки. Эти опыты философ показывал своим ученикам, но объяснить их не мог.
Значит, с незапамятных времен люди были знакомы с электризацией трением. Однако серьезного значения этому явлению они не придавали, — его воспринимали как редкостную диковинку. И никому не приходило в голову связать представление о молнии и громе с забавными свойствами янтаря.
О природе электрических явлений ученые древнего мира высказывали разные, не подкрепленные опытом предположения и догадки. Одно из таких объяснений предложил римский философ и поэт Лукреций Кар, живший две тысячи лет назад. О молнии Лукреций писал:
Только сравнительно недавно люди узнали, что в стихах Лукреция о молнии есть доля истины, но эта доля истины была рождена не научным исследованием, а просто догадкой.
Древние ученые ничего не сделали для того, чтобы проникнуть в суть электрических явлений, да они и не могли ничего сделать, так как техника того времени была еще очень слаба.
В течение первых полутора тысяч лет нашей эры, которые известны в истории под названием средневековья, наука почти не развивалась.
Но уже в X и XI веках начинают расти города, происходит разделение труда между городом и деревней, расширяется обмен; в городах развивается ремесленное производство и вслед за этим возникает потребность в научном обобщении накопленных знаний. В следующие столетия естествознание делает заметные успехи. Наряду с богословскими книгами все чаще появляются научные трактаты. Одно из сочинений, вышедших в свет в 1600 году, называлось: «О магните, магнитных силах и о великом магните Земли». Автором его был английский медик Уильям Джильберт.
В этой книге он рассказывал не только о магнетизме, но и описывал свои «электрические опыты с янтарем и другими веществами».
Рождение нового слова
Джильберт повторил опыты Фалеса Милетского и убедился, что не только янтарь, но и алмазы, драгоценные камни, горный хрусталь, сера, смолы, сургуч, стекло и многие другие твердые вещества, когда их натирают сукном, кожей или мехом, приобретают свойство притягивать легкие предметы.
Это уже само по себе было важным открытием. Оно показывало, что таинственная притягательная сила присуща не только одному янтарю. Эта сила, решил Джильберт, является не свойством какого-либо одного вещества, а свойством того, что скрывается во многих веществах, пропитывая их, как вода пропитывает губку.
Это нечто, содержащееся в порах разных веществ, думал Джильберт, — особая невидимая жидкость. При трении она выдавливается из пор и проявляет свои «янтарные» свойства.
Для этой жидкости Джильберт придумал название: «янтарная субстанция». Но, составляя новый термин, Джильберт взял корень греческого названия янтаря — «электрон». Отсюда и получилась «электрическая субстанция» или, короче, «электричество».
Так родилось слово, которым стали обозначать всю совокупность электрических явлений.
После Джильберта в течение полутора столетий исследованиями электрических явлений занимались многие ученые.
Для своих опытов они добывали электричество трением. В одних случаях лисьим мехом натирали сургуч, в других — кожей терли стекло. Ученому Отто Герике пришла в голову мысль соорудить машину для добывания электричества. Он налил в большую круглую колбу расплавленной серы. Когда сера застыла, Герике разбил колбу, извлек серный шар, насадил его на ось и поместил в станок так, чтобы шар можно было вращать.
Рис. 2. Серный шар и станок Отто Герике для добывания электричества.
Помощник крутил шар, а Герике прикладывал к нему различные предметы, желая найти наиболее подходящий материал, чтобы электризовать серу. Он перепробовал множество материалов и наилучшим оказались… собственные ладони ученого. С тех пор Герике и многие его последователи добывали электричество буквально собственными руками.
Рис. 3. Электричество для опытов добывали тогда собственными руками.
Во время своих опытов с наэлектризованным серным шаром Герике заметил, что пушинка, на миг притянувшаяся к шару, затем отрывается от него и больше уже не притягивается, наоборот, она отталкивается. Тогда Герике подбросил наэлектризованную пушинку вверх и, держа серный шар под пушинкой, заставил ее летать в воздухе. Наэлектризованный шар, отталкивая пушинку, мешал ей упасть. И она летала до тех пор, пока Герике не надоедало ее гонять.
Так было открыто свойство наэлектризованных тел не только притягивать другие тела, но и отталкивать их.
Наблюдая отталкивание наэлектризованных тел, Герике встретился с явлением, чрезвычайно изумившим его. Когда ученый вынул из станка наэлектризованный серный шар, маленькое перышко, лежавшее на земле, поднялось, подлетело к шару и, на мгновение коснувшись его; тотчас опустилось на землю. Едва дотронувшись до поверхности земли, перышко снова подскочило к шару. Чуть продержавшись у его поверхности, оно опять совершило путешествие до земли и вернулось затем к шару. Пляска перышка продолжалась до тех пор, пока электризация шара не ослабела.