История опытов Фарадея.

Но книги были не самым главным сокровищем лавки месье Рибо, беглого француза. Лавку посещало большое число образованных людей того времени, а завсегдатаи, естественно, не могли не приметить в лавке молодого (тем временем Фарадею уже исполнилось 19) переплетчика, жадно любившего книги. Один из покупателей, мистер Дэне, член Королевского института в Лондоне, как-то поинтересовался тем, что читает переплетчик, и с удивлением узнал, что тот увлеченно поглощал последний номер серьезного научного журнала «Химическое обозрение».

Дэне был тронут столь незаурядной тягой к знаниям и спросил Майкла, не хочет ли тот прослушать цикл лекции друга Дэнса, сэра Гэмфри Дэви.

Лекции решили судьбу Майкла. Логическая безупречность доказательств, изящные и эффектные опыты Дэви покорили его.

Майкл Фарадей 21 года решил посвятить себя науке. Эта страсть, надо особо подчеркнуть, не имела ни малейших меркантильных аспектов; хозяин лавки, где он работал, хотя и не прочь был время от времени покуражиться над ним, в остальное время был очень к нему расположен и даже обещал по бездетности оставить ему как помощнику наследство, по тем временам немалое.

Но как войти в вожделенный мир науки? Майкл пишет письмо о своем решении и желании самому президенту Лондонского Королевского общества сэру Джозефу Бэнксу. Письмо осталось без ответа.

«Когда я был подмастерьем, мне посчастливилось прослушать четыре последние лекции сэра Г. Дэви... Я сделал краткие записи этих лекций, а затем переписал их целиком, снабдив такими рисунками, какие сумел сделать. Желание заниматься научной работой, хотя бы и самой примитивной, побудило меня, новичка, не знакомого со светскими правилами, написать по душевной простоте сэру Джозефу Бэнксу, в то время президенту Лондонского Королевского общества. Вполне естественно было затем узнать у привратника, что моя просьба оставлена без ответа».

Через несколько месяцев по совету Дэнса Фарадей повторяет тот же эксперимент с письмом, но на сей раз отправляет его сэру Гэмфри Дэви, который сам вышел из средних слоев. Он присовокупляет к письму конспект лекций Дэви, разумеется, отлично переплетенный.

Ответ пришел через 5 дней – большой конверт с золотыми буквами на нем: «Королевский институт Великобритании».

Вот как сам Фарадей пишет об этом:

«Воодушевляемый м-ром Дэнсом (который был членом Королевского института и достал мне билеты на лекции Дэви), я написал сэру Гэмфрн Дэви, послав в качестве доказательства серьезности моих намерений сделанные мною записи его последних четырех лекций. Ответ пришел немедленно, доброжелательный и благоприятный».

Ответ был вежливым, но, в общем, скорее отрицательным – возможности принять Фарадея на работу не было – не было вакансии.

Однако Фарадею снова повезло, на этот раз за счет бедного сэра Гэмфри. Во время одного из опытов в лаборатории произошел взрыв и осколки разорвавшейся колбы попали Дэви в глаза; в результате сэр Гэмфри не мог ни читать, ни писать, потому-то сэр Гэмфри, вспомнив про старательного переплетчика, решил взять его к себе до выздоровления секретарем, а заодно и поближе познакомиться с ним.

«Везение» продолжалось всего несколько дней – глаза Дэви постепенно зажили, и Дэви с сожалением расстался с понравившимся ему своими глубокими знаниями и старательностью юношей.

Расстался всего на несколько недель – в лаборатории Дэви освободилась должность лаборанта. Протокол Королевского института от 1 марта 1813 года сухо сообщает: «Сэр Гэмфри Дэви имеет честь информировать директоров, что нашел человека, которого желательно назначить на должность... Его имя – Майкл Фарадей... Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действий разумный. Решено: Майкл Фарадей займет место, ранее занимавшееся мистером Пейном, на тех же условиях».

Франция и Англия в то время находились в состоянии войны. Тем не менее в 1813 году англичанин сэр Гэмфри Дэви вместе с молодой красавицей женой, со своим подающим надежды лаборантом и помощником англичанином Майклом Фарадеем отправляется путешествовать и отдохнуть прямехонько... во Францию, так сказать, в «логово врага». Как заметил наш современник английский физик Д. Мак-Дональд, «если бы две страны воевали между собой сейчас, то, вероятно, из всех людей, которым каждая из сторон разрешила бы свободно путешествовать по своей территории, ученые оказались бы последними».

Из такого частного примера можно сделать чрезвычайно важный вывод – в те времена наука не вошла еще органично в жизнь государства. Наука фактически была прописана в пресловутой «башне из слоновой кости», не числилась в производственном или военном активе.

Скоро возможности путешествовать по тем странам, с которыми идет война, придет конец, чему в большой степени будет способствовать не кто иной, как сам Фарадей, его открытия.

А пока Фарадей вместе с сэром Гэмфри и его молодой женой путешествуют по Франции, Италии, Германии, Бельгии. «Это утро – начало новой эпохи в моей жизни. До сих пор, насколько мне помнится, я не отъезжал от Лондона на расстояние больше двенадцати миль».

В Париже – знакомство с Ампером, Гей-Люссаком, Гумбольдтом. На глазах Фарадея Дэви делает в Париже одно из своих блестящих открытий – он признает в неизвестном веществе, переданном ему Ампером, новый химический элемент – йод.

Химик Дюма писал, что «Фарадей оставил о себе самые приятные, никогда не увядающие воспоминания, которых не мог бы вызвать его шеф. Мы восхищались Дэви, мы любили Фарадея».

В Генуе – опыты с электрическим скатом, Фарадей помогает Дэви. Задача опытов – выяснить, не вызывает ли электрический разряд ската разложения воды.

Во Флоренции – сжигание алмаза в атмосфере кислорода и окончательное доказательство единой природы алмаза и графита.

Здесь Дэви воспользовался уникальной по величине линзой, принадлежавшей великому герцогу Тосканскому. С ее помощью Дэви вместе с Фарадеем направляют лучи солнца на алмаз, лежащий в платиновой чашечке под стеклянным колпаком, заполненным кислородом. Фарадей вспоминает: «Сегодня мы выполнили великий эксперимент, заставив гореть алмаз, и, несомненно, то, что мы наблюдали, было исключительно интересным и красивым... Сэр Г. Дэви заметил внезапно, что алмаз явно горит. Когда алмаз убрали из фокуса линзы, он продолжал быстро сгорать. Сверкающий алмаз светился багровым светом, переходящим в пурпурный, и, помещенный в темноту, горел еще около четырех минут».

В академии Чименто Фарадей и Дэви с восхищением осматривают уникальные экспонаты – бумажный телескоп самого Галилея и магнитный камень, поднимающий 150 фунтов.

В Риме они наблюдали, но без особого доверия, за опытами Моричини, пытающегося намагнитить стальные иголки с помощью солнечных лучей и считающего, что это ему блестяще удается.

В Милане – следующая запись: «Пятница 17 июня 1814 г. Милан. Видел Вольта, который пришел к сэру Г. Дэви: он бодрый старик, на груди – красная ленточка, очень легок в разговоре».

В Женеве – знакомство с членом правительства республики, врачом и физиком Шарлем де-ля Ривом и его сыном Огюстом, которому было в то время всего 13 лет (через шесть лет Огюст, девятнадцатилетний профессор, покажет Араго, Марсе, Пикте и другим известным лицам опыты Эрстеда, что повлечет за собой цепь великих событий).

Фарадей начинает бегло говорить по-французски и по-немецки.

Наконец, самое главное – во время путешествия Фарадей, несомненно, ощущает аромат несостоявшихся пока, но буквально реющих в воздухе великих открытий в электротехнике.

Трудно себе представить более великолепную школу для Фарадея, глубоко преданного науке, но все же пока еще дилетанта.

В связи с этим несколько удивляют сетования некоторых биографов Фарадея, подчеркивающих «несчастную судьбу» Майкла Фарадея, отправившегося «не по своей воле» в Европу в качестве «слуги» сэра Гэмфри, особо упирая на то, что Фарадей, мол, жестоко страдал, мучимый своенравной супругой Дэви. Тут надо твердо оговорить, что если и были конфликты между Фарадеем и леди Джейн, то не последняя в них обычно одерживала верх.

«...Леди Джейн... любит показать свою власть, и я с самого начала обнаружил с ее стороны серьезные намерения подавить меня. Случайные ссоры между нами, в каждой из которых я оказывался победителем, происходили так часто, что я перестал обращать на них внимание. Ее авторитет ослабевал, и после каждой ссоры она вела себя мягче», – писал впоследствии Фарадей.

Кроме того, «растирание красок для великого художника» является, пожалуй, обязательной и лучшей школой для ученого, тем более что для Фарадея это «растирание красок» вылилось в совместные исследования со всемирно известным ученым и знакомство с наиболее заметными проблемами и людьми науки того времени. Фарадей писал в одном из своих писем из-за границы:

«Я мог бы высказать тысячу жалоб, но, размышляя обо всем трезво и объективно, я думаю, что мне вообще нет никакой нужды жаловаться на кого бы то ни было».

Фарадей вернулся из путешествия зрелым, самостоятельно мыслящим ученым. Как-то из Флоренции пришла посылка с образцами тосканского известняка – герцогиня, во время поездки познакомившаяся с Дэви, просила сделать анализ минерала, видимо, на предмет оценки принадлежащих ей природных богатств.

Дэви, занятый в то время отработкой конструкции знаменитой безопасной шахтерской лампы, предложил выполнить достаточно тривиальную работу Фарадею.

Тот скоро окончил анализы, передал результаты Дэви и был несказанно удивлен, когда последний отдал материал в научный журнал в качестве оригинальной статьи. Первой научной статьи Майкла Фарадея.

До сих пор он считал себя автором только одного произведения. 10 лет назад восемнадцатилетний Фарадей взял пустую тетрадь и вывел на обложке:

«Философский сборник
разных статей, заметок, событий, приключений и т.д., относящихся до наук и искусств и собранных из газет, обозрений, журналов и других сочинений с целью содействовать развлечению, самообучению, а также подтверждению или разрушению теорий, распространенных в ученом мире. Составил Майкл Фарадей в 1809...1810 годах».

Через десять лет – первая настоящая статья, быть может, со стороны и менее интересная, но неизмеримо более глубокая. Уже в первой статье четко прослеживаются основные черты Фарадея-исследователя: глубина, редкое упорство в достижении цели, исчерпывающая полнота, спокойствие, свойственное лишь великим умам. Мы уже говорили об убежденности Фарадея во всеобщей связи явлений – убежденности, разделявшейся тогда далеко не всеми. Восхищает любовь Фарадея к порядку и полной определенности – он не признавал непроверенных фактов, а манера точно составлять отчеты неоднократно приводила в восторг директоров института. Диапазон его работ в то время довольно широк, но в основном это были исследования в области химии.

Перемена в тематике его занятий случилась в августе 1820 года – в это время по Европе рассылался Эрстедом его знаменитый мемуар: «О воздействии электрического конфликта на магнитную стрелку».

В августе Дэви получил по почте только что напечатанный в Англии мемуар – невесомые странички.

Дэви и Фарадей немедленно повторили эксперимент Эрстеда и с восхищением убедились, что Эрстед прав – протекание тока в проводе неизбежно вызывало отклонение размещенной поблизости магнитной стрелки.

И знаменитый Дэви, и еще неопытный Фарадей с внезапной ясностью ощутили, как и все, видевшие опыт, что рушится стена между двумя дотоле никак, казалось, не связанными друг с другом силами природы – электричеством и магнетизмом. Стена начала рушиться, и обнаружились неведомые связи, повеяло свежим воздухом новых открытий.

Был август. Потрясенный Араго уже интенсивно работает, развивая опыты Эрстеда, показанные ему молодым де-ля Ривом; он замечает, что не только стрелки компаса, но и железные опилки легко «чувствуют» наличие электрического тока – они облепляют проволочку с током; при выключении тока опилки опадают черными хлопьями...

Был август. Только в сентябре об опытах Эрстеда узнает Ампер, которому суждено первому понять и истолковать их. Ампер, «этот докучливый умник Ампер», опередил всех, развив свою стройную теорию образования магнетизма за счет электричества и потратив всего две недели (плюс, разумеется, всю предыдущую жизнь).

Фарадею и Дэви это не удалось. Все произошло слишком быстро. В августе они узнали об опытах Эрстеда, а уже в сентябре Ампер предложил стройную теорию, объясняющую непонятные опыты.

Нельзя сказать, что Дэви и Фарадей были в восторге от теории Ампера. Но разрушить изящное здание было трудно: с какой бы стороны к нему ни подобраться, оно оказывалось безупречным. Шли месяцы, а Дэви и Фарадей не могли предложить ничего, что могло бы заменить теорию Ампера.

Кончилась осень, прошла зима, наступила весна 1821 года. Дэви постепенно отдалялся от задач, связанных с электричеством, Фарадей был упорен, но тоже никаких опровержений теории Ампера не находил.

Прошла весна, наступило лето, коллеги Фарадей разъехались кто куда. Дэви, как и его друг Волластон, известный химик и физик (он открыл палладий и родий, а также линии, которые впоследствии несправедливо назовут фраунгоферовыми, а не волластоновыми), уехал на курорт, а Фарадей остался в душном Лондоне и упорно работал над новыми проблемами связи электричества и магнетизма.

В то время произошло важное для Фарадея и его открытий событие. Редактор научного журнала «Философские анналы» доктор Филиппе предложил Фарадею написать обзорный очерк истории электромагнетизма. Предложение было весьма почетным, но в какой-то мере, по-видимому, объяснялось и тем, что Дэви и Волластона в Лондоне в то время не было.

Фарадей с жаром принялся за дело. Будучи, как уже говорилось, человеком пунктуальным, привыкшим все делать с исчерпывающей полнотой, привыкшим проверять всех и вся – «люди склонны ошибаться», – он решает лично проделать все опыты, которые привели к пониманию электромагнетизма. Он стал возвращаться домой еще на два часа позже, чтобы суметь выполнить многочисленные эксперименты. Под занавес (хочется говорить театральным языком: история возвышения Фарадея пока еще напоминает жизнеописания великих актеров и актрис, завоевавших сцену после того, как их случайно выпускали на публику из-за болезни «кумира» или другой неожиданности) Фарадей решил осуществить опыт, о котором как-то месяца 2 назад говорили в его присутствии Дэви и Волластон. Идея опыта была, по-видимому, ими еще недостаточно отработана – речь шла о том, что проволока, через которую пропущен ток, как будто должна под действием магнита вращаться вокруг своей оси.

В самом указании на возможность электромагнитного вращения нового ничего не было – о нем говорил еще Ампер. Но идея эксперимента была новой.

Установка состояла из серебряной чаши с ртутью, посреди которой ставился на торец брусковый магнит. В ртути плавала пробка, проткнутая медной проволокой; другой конец проволоки шарнирно укреплялся над магнитом и подсоединялся к полюсу вольтова столба. Другой полюс столба подсоединялся непосредственно к серебряному сосуду.

Таким образом образовалась электрическая цепь:

• «плюс» вольтова столба;
• серебряная чаша;
• ртуть;
• проволочка;
• «минус» вольтова столба;
• «вольтов столб»;
• «плюс» вольтова столба.

Когда цепь замыкалась и по ней тек электрический ток, появилась возможность изучить взаимодействие тока с магнитным полем брускового магнита.

Поскольку проволочка могла легко передвигаться, можно было надеяться, что те «магнитные» силы, которые отклоняют магнитную стрелку в опытах Эрстеда, заставят вращаться и проволочку.

Перед началом опыта к Фарадею в лабораторию зашел Джордж Бернар.

Его сестра Сара Бернар, 21 года, недавно стала женой Фарадея.

Свадьба Фарадея и дочки серебрянщика была более чем скромной – даже ближайшие друзья с удивлением узнали, что их не пригласили. Это стало началом прекрасной и неизменной преданности, дружбы и любви Сары и Майкла, любви, которую Майкл ценил выше, чем свои научные успехи. Брак был необыкновенно счастливым, хотя и бездетным.

Именно Джорджу Бернару волей случая пришлось стать первым свидетелем того, как при включении тока проволочка начала быстро вращаться вокруг магнита. Поменяв «плюс» с «минусом» или переставив магнитик «с ног на голову» (выставив из ртути наружу, скажем, северный полюс вместо южного), можно было добиться, чтоб направление вращения изменялось.

Джордж Бернар рассказывал, что никогда еще не видел Майкла в столь возбужденном состоянии, как в тот памятный вечер. Это и понятно. Впервые человек увидел движение, причем не судорожное, а равномерное, постоянное, непрерывное движение, созданное неощутимым взаимодействием великих сил природы – электричества и магнетизма.

Думаем ли мы теперь, глядя на впечатляющие махины гидрогенераторов, электродвигателей судов и электровозов, что они с их исполинской мощью суть порождения несложного прибора Фарадея, в котором впервые в мире взаимодействие поля и тока дало вращение легчайшей проволочке!

Итак, очерк по истории электромагнетизма, заказанный Фарадею, определенно «вытанцовывался» да еще столь эффектным образом! Впрочем, была одна заминка: как быть с тем, что Фарадей идею опыта фактически заимствовал из разговора, при котором случайно присутствовал (хотя, как выяснилось впоследствии, Фарадей понял основную роль опыта неправильно!).

Лучше всего было бы показать статью Дэви, но того не было в Лондоне, Волластон тоже уехал к морю, а редактор срочно требовал статью. И Фарадей сдал статью в номер.

Когда Дэви и Волластон вернулись из отпуска, их ожидал уже номер журнала со статьей Фарадея, где ни словом не упоминалось о Волластоне или Дэви... Статья была подписана одной буквой «М», а дополнения с описанием электромагнитного вращения – полным именем Фарадея.

По Королевскому институту поползли слухи...

Под, угрозу стал не только приоритет Фарадея в осуществлении электромагнитного вращения, но и вся его научная карьера – что может быть страшнее для ученого, чем обвинение в научной недобросовестности!

Фарадей решает поговорить с Волластоном начистоту. Он пишет ему обстоятельное и откровенное послание и через некоторое время получает ответ:

«Сэр! Мне кажется, что Вы находитесь в заблуждении, преувеличивая силу моих чувств по поводу тех обстоятельств, о которых Вы пишете.

Что касается мнения, которое другие лица могут иметь о Ваших поступках, то это дело целиком Ваше и меня не касается, но если Вы считаете, что не заслужили упрека в недобросовестном пользовании чужими мыслями, то Вам, как мне кажется, не следует придавать большого значения всему этому происшествию.

Однако, если Вы тем не менее не отказались от желания иметь беседу со мной и если Вам удобно зайти ко мне завтра утром, между десятью и 10,5 часами, то можете быть уверены, что застанете меня дома.

Ваш покорный слуга У.Х. Волластон».

Встреча состоялась, причем, по-видимому, Волластон принял во внимание обстоятельства, из-за которых его имя не было упомянуто в статье, и с высоты своих научных заслуг решил отказаться от каких-либо претензий к Фарадею, молодому, симпатичному ему ученому, не числящему еще за собой каких-либо серьезных научных заслуг. По-видимому, он так и не понял до конца революционности опыта, считая прибор Фарадея малозначащей игрушкой. А это был первый электродвигатель! Знай это Волластон, он, вероятно, не отказался бы от претензий так легко.

Так или иначе, после встречи отношение Волластона к Фарадею стало очень сердечным – он не упускал случая заглянуть в лабораторию молодого исследователя, замолвить о нем доброе слово.

К сожалению, того же нельзя сказать о Дэви – он относился к Фарадею все прохладнее. Он испытывал к бывшему ученику сложные чувства: и бесспорное восхищение способностями Фарадея, и ревность по отношению к более удачливому коллеге, и гордость за него, и обиду за отрицательный отзыв, написанный на одно из изобретений Дэви Фарадеем. Не разобрался Дэви как следует и в случае с открытием электромагнитного вращения.

Положение осложнилось тем, что Дэви был президентом Лондонского Королевского общества. Когда ввиду больших научных заслуг Фарадея встал вопрос об избрании его в Королевское общество (честь, эквивалентная нашему избранию в академики), Дэви не поддержал предложение (кстати сказать, первым подписал предложение Волластон). Потребовалось вмешательство друзей и доброжелателей Фарадея, чтобы сломить сопротивление Дэви и выставить кандидатуру Фарадея на голосование. Протокол общества от 1 мая 1823 года сохраняет для нас заявление тех, кто предложил его кандидатуру:

«Сэр Майкл Фарадей, превосходно знающий основы химии, автор многих сочинений, опубликованных в трудах Королевского общества, изъявляет желание вступить в число членов этого общества, и мы, нижеподписавшиеся, рекомендуем лично нам известного Фарадея как лицо, безусловно, достойное этой чести, и полагаем, что он г будет для нас полезным и ценным членом».

После голосования в урне оказался лишь один «черный шар». Многие исследователи полагают, что его бросил Дэви. Трудно через полтора столетия судить об этом с полной определенностью.

Избрание Фарадея состоялось в 1824 году, через 11 лет после назначения его лаборантом.

Звезда Дэви в те дни начала меркнуть. Уже несколько лет он не публиковал научных статей, в 1826 году он в последний раз провел эксперимент в лаборатории королевского института. Можно предположить, что он ушел на покой, устав от жизни в науке. Видимо, его созидательный гений уже иссяк, он тяжело осознавал это и удалился... Ему было всего лишь 48 лет. 50 лет он, тяжело переживая свой творческий кризис, поехал развеяться за границу, где вскоре скончался.

Он сделал много великих открытий, но, по его собственному признанию, самым великим его открытием было то, что он открыл Фарадея.

А ведь о самых великих открытиях Фарадея Дэви узнать не успел – они еще впереди.

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы, Фарадей безуспешно пытался каким-то образом показать, что раз уж с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, точно так же с помощью магнитов можно создавать электричество.

Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло; наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровозе). Вообще, среди сил природы чаще всего случается следующее соотношение: если А рождает В, то и В рождает А.

Если с помощью электричества получают магнетизм, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставили перед собой Араго и Ампер в Париже, но они вскоре решили, что задача безнадежна.

Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи. Каждому небольшому исследованию он посвящает параграф в лабораторных записях (изданы в Лондоне полностью в 1931 году под названием «Дневник Фарадея»).

В записках Фарадея была найдена «шкала научных заслуг», включающая четыре ступени:

• Открытие нового факта.
• Сведение его к известным принципам.
• Открытие факта, несводимого к известным принципам.
• Сведение всех фактов к еще более общим принципам.

В соответствии с этой шкалой открытия самого Фарадея – высшая ступень. Открытие Герцем электромагнитных волн – это вторая ступень, открытие радиоактивности Беккерелем – третья ступень. Заслуга Эйнштейна – четвертая, высшая ступень.

О работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф «Дневника» помечен номером 16041. Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора и его одержимость дали результат – через 11 лет после Эрстеда, 17 октября 1831 года, он, быстро вдвигая железный сердечник в катушку, убедился в том, что в какой-то момент в цепи катушки возникает ток. Будь прибор Фарадея не на виду у него или у его ассистента в тот самый момент, когда он вставлял сердечник, неизвестно, сколько времени ему пришлось бы биться над своей задачей.

Интересно, что до Фарадея абсолютно такие же опыты проводил Ампер. Чтобы избежать ошибок, связанных с сотрясением приборов, и Фарадей, и Ампер поместили измерительный прибор в отдельную комнату. Разница, казалось бы, была очень небольшой: Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток. Пока Ампер шел из комнаты в комнату, ток, который возникает лишь во время вдвигания, то есть во время изменения магнитного поля во времени, уже успокаивался, и Ампер, придя в соседнюю комнату, убеждался в том, что «никакого эффекта нет». Фарадей же работал с ассистентом.

Об ассистенте следует, быть может, рассказать поподробнее. Артиллерийский сержант Андерсен был помощником Фарадея в течение 40 лет: «Он помогал мне при всех опытах, и я ему много обязан и благодарен за его заботливость, невозмутимость, пунктуальность и добросовестность». Гельмгольц отмечал впоследствии, что Андерсен отличался интересной чертой – он серьезно считал, что сам выдумывает и исполняет фарадеевские опыты, оставляя на долю того «пустые разговоры».

Когда Фарадей вдвигал в катушку сердечник, Андерсен заметил отклонение стрелки прибора...

Можно снова и снова повторять за Гельмгольцем: «И от этих случайных обстоятельств зависело великое открытие!»

Через несколько дней после открытия электромагнитной индукции Фарадей набрасывает пером на бумаге и строит первый в мире электрогенератор. Очень интересно, что Фарадей изобрел униполярный генератор, то есть наиболее сложный по принципу действия из всех генераторов, известных сегодня. Еще интереснее, что точно такой же по принципу действия генератор Фарадей мог получить 9 лет назад. Стоило ему самому начать крутить вокруг магнита проволочку своего первого двигателя, а не ждать, пока она закрутится при пропускании тока, и он имел бы электрогенератор! Ведь сейчас каждому школьнику известно, что электродвигатель и электрогенератор обратимы! Но Фарадей не догадался покрутить проволочку вокруг магнитика...

«И от этой мелочи...» и так далее, по Гельмгольцу.

Итак, Фарадей с интервалом в 9 лет сделал два величайших открытия, которые, можно сказать с уверенностью, произвели революцию в жизни человечества, – он изобрел электродвигатель и электрогенератор.

Интересно теперь более подробно проследить, как пришел Фарадей к своему открытию. Кроме интуитивной убежденности во всеобщей связи явлений, его, собственно, в поисках «электричества из магнетизма» ничто не поддерживало. К тому же он, как и его учитель Дэви, больше полагался на свои опыты, чем на мысленные построения. Дэви учил его:

«Хороший эксперимент имеет большие ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон».

Все лабораторные записи Фарадея, сделанные на протяжении многих десятилетий и собранные в восьмитомном «Дневнике», не содержат ни одной математической формулы, ни одного логического построения, не подтвержденного опытом.

К тому же Фарадей не знал математики, и изящные построения блестящих математиков Ампера, Био, Савара и Лапласа были ему попросту непонятны.

И тем не менее именно Фарадею суждены были великие открытия. Дело в том, что Фарадей порой стихийно рвал путы эмпирики, некогда навязанные ему Дэви, и в такие минуты его осеняло великое прозрение – он приобретал способность к глубочайшим обобщениям.

Сейчас даже из соображений симметрии ясно, что если электрический ток (то есть движущийся электрический заряд) создает магнитное поле, то электрическое поле должно создаваться при движении магнита или магнитного поля. Для того чтобы прийти к этому выводу, Фарадею потребовалось 11 лет.

За многие годы Фарадей перебрал множество комбинаций проводников, спиралей, сердечников и магнитов. Говорят, он в течение всего этого времени таскал в кармане магнит и кусок проволоки, чтобы в любое время исследовать, что произойдет при новом их взаимном расположении.

Нельзя сказать, чтобы искал он совсем уж вслепую. Фарадей опирался на аналогию с электростатической индукцией. (Если к телу поднести заряд, то поверхность тела, близкая к заряду, тоже зарядится, но только электричеством другого знака.) А Фарадей искал индукцию электрического тока (движущихся зарядов), полагая, что она может быть вызвана магнетизмом.

Первый проблеск удачи появился, как уже было сказано, лишь через 11 лет после начала опытов.

29 августа 1831 года он собрал в лаборатории следующую несложную установку: на железное кольцо диаметром около шести дюймов он намотал изолированной проволокой две обмотки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, артиллерийский сержант увидел, как дернулась стрелка гальванометра, подсоединенного к другой обмотке.

Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно просмотрел все детали простой установки – все было в порядке.

Но стрелка гальванометра упрямо стояла па нуле. С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо – во время размыкания цепи стрелка гальванометра, показывающего электрическое напряжение в другой обмотке, опять качнулась и опять застыла на нуле! Вот как описывал сам Фарадей события великого дня:

«Я изготовил железное кольцо из мягкого круглого железа толщиной в ⁷/₈ дюйма. Внешний диаметр кольца был 6 дюймов. Я намотал на одну половину кольца много витков медной проволоки, изолированных шнуром и коленкором. Всего на этой половине было намотано три куска проволоки, каждый длиной около 24 футов. Концы проволоки можно было соединить в одну обмотку или применить раздельно.

Испытание показало, что каждый из кусков проволоки вполне изолирован от двух других. Эту сторону кольца я обозначу буквой А. На другую половину кольца, отступив на некоторый промежуток от стороны А, я намотал еще два куска той же проволоки общей длиной около 60 футов. Направление витков было то же, что и на половине А. Эту сторону кольца я обозначу буквой В.

Я зарядил батарею из десяти пар пластинок, 4 квадратных дюйма каждая. На стороне В я соединил оба конца проволоки в общую цепь и приключил ее к гальванометру, который был удален от моего кольца на 3 фута. Тогда я подключил концы одной из проволок на стороне А к батарее, и тотчас же произошло заметное действие на стрелку гальванометра. Она заколебалась и затем вернулась в свое первоначальное положение. Когда я прервал контакт стороны А с батареей, немедленно же произошел новый бросок стрелки».

Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?

Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера – связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество.

Только две вещи оставались странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?

На следующий день, 30 августа, новая серия экспериментов. Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.

Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.

23 сентября он пишет своему другу Р. Филиппсу: «Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы».

К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал! Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место. Легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз казалось – случайно. Нет, не может того быть! Разгадка где-то рядом. Но где?

Следующий эксперимент – 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу – к двум обмоткам: одной с током, другой – подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом – отсутствие стального кольца – сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее. (Тривиально и ясно для нас, уже знающих, в чем тут дело. Но для Фарадея роль железного сердечника ясна отнюдь не была.)

Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.

Эксперимент триумфальный – 17 октября.

Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.

«Я взял цилиндрический магнитный брусок (³/₄ дюйма в диаметре и 8¹/₄ дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался».

Секрет – в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!

«Это значит, что электрическая волна возникает только при движении* магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».

* В Фарадеевском оригинале – «approximation», т.е. собственно «приближение», но понимаемое, несомненно, в плане именно приближения в движении.

Идея оказалась плодотворной. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! «Электрическая волна» не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!

Здесь – путь к современным электрогенераторам. И поскольку Фарадей правильно оценил принцип действия нового устройства, оно было им быстро построено и испытано.

28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.

Кстати, говоря о том, что фарадеевский генератор вырабатывает электричество, мы никогда не задаемся вопросом: какое? Ответ для нас ясен – на свете есть лишь одно электричество, находящееся обычно в самых различных формах. Это не было ясным во времена Фарадея, и вопрос «какое?» был вполне уместен.

Фарадей сравнил действие различных «электричеств»: получаемого с помощью змея, «янтарного», от электрических рыб. Выяснилось, что все электричества идентичны по свойствам, но различны по количеству. Например, все они могут разлагать воду, только с различной скоростью. Вывод Фарадея о том, что электричество, каким бы путем оно ни было получено, едино по своей природе, – тоже один из важнейших в истории электричества. Открытие Фарадея еще раз подтверждает остроумную мысль, некогда выраженную Исааком Ньютоном: «Природа проста и не роскошествует излишними причинами».

После «электромагнитной эпопеи» Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу – настолько была истощена нервная система непрестанными напряженными раздумьями.

Вообще Фарадей никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно, хотя и не намеренно, проливающаяся на пол, а затем испаряющаяся.

Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея:

«В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков...»

Когда, за несколько лет до смерти, Фарадею предложили квартиру в Хэмптон-Корте, его здоровье было уже сильно подорвано работой.

С годами он отказывался от всего, что могло бы помешать ему работать, от писем, от лекций, от встреч с друзьями.

Последняя лекция – на рождество 1860 года.

Сложил с себя обязанности профессора – октябрь 1861 года.

Последняя работа в лаборатории – 12 марта 1862 года.

Сложил с себя обязанности главы христианской общины в 1864 году.

Сложил с себя обязанности, связанные с электрическим освещением маяков, в 1865 году.

Последний раз интересовался электричеством – его восхитила громадная электрическая машина Хольтца – в 1865 году.

Силы его непрерывно слабели...

Он умер спокойно и без сожаления.

Прах его покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне, недалеко от места захоронения Карла Маркса, столь высоко оценившего революционность идей Фарадея.

В Вестминстерском аббатстве установлена мемориальная доска Фарадею, его имя здесь находится рядом с именами самых великих ученых Англии – Ньютона, Максвелла, Резерфорда.