Вторник. Седьмое мая: Рассказ об одном изобретении[3-е издание]

ИСКРЫ ОТКРЫТИЙ

Человек с грубым, простым лицом и тяжелой копной рано поседевших волос, бывший ученик переплетчика и мелкий препаратор при лаборатории, а теперь один из виднейших ученых, английский академик, член Лондонского Королевского общества, профессор физики и директор главного научного института сэр Майкл Фарадей стоял у себя за экспериментальным столом, осуществляя серию задуманных опытов. Его цель — по-новому осветить природу электричества. А его главный научный метод — проверять свои идеи на опытах и выводить из опытов, развивать идеи дальше.

Он ищет объяснения тому, что называется явлением индукции. Что заставляет одно наэлектризованное тело действовать на другое, один магнит на другой? Какие силы тут играют? Каков же механизм этого действия — действия на расстояние?

Об индукции рассуждали многие. Сложились о ней уже определенные представления, были написаны внушительные трактаты. И все взгляды вращались вокруг одного представления, из которого, как из заколдованного круга, трудно было вырваться. Считалось, что индукция действует мгновенно, что она направлена по прямой между телами, что ее силы как бы перескакивают через пространство и среда между телами не играет при этом никакой роли. Есть два тела, заряженных электричеством, или два проводника, по которым течет ток, а между ними безразличная пустота. Ну все равно как действие земного притяжения.

Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, властвовал над умами, и все явления природы, в том числе и электрические, хотелось объяснить по его подобию.

Только очень сильный, независимый ум мог бы взглянуть на все это иначе. Таким и был Фарадей. Он умел посмотреть на все известные явления как бы заново. И исходил из того, что он видит, сам видит, а не из того, что ему говорят. Он читал в трактатах одно, а у себя, за лабораторным столом, в серии неопровержимых опытов видел другое. Эти замечательно поставленные опыты, простые, наглядные, то дающие ожидаемые результаты, то отвергающие необоснованные предположения, десятки и десятки опытов, удачных и неудачных, последовательно сменяющих друг друга изо дня в день, из года в год, — они-то и привели Фарадея к совершенно новым выводам.

С 1831 года начали печататься серии его работ под названием «Экспериментальные исследования по электричеству». Там было и об индукции, о том, как же происходит электрическое действие на расстояние. Все обернулось под его взглядом иначе. Действие это не мгновенно, как учили раньше, а распространяется с очень большой, но все же конечной скоростью. От точки к точке в пространстве, от одной частицы, находящейся в промежуточной среде, к частице смежной, соседней. И силы этого действия идут не по прямым линиям, а по линиям кривым. Как, например, видим мы узор полукружий, рассыпав железный порошок на листе бумаги над магнитом. Магнитные силовые линии — это и есть копия той картины сил, что возникает невидимо при электрической индукции. Силовые линии! Они стали для Фарадея куда более реально существующими, чем то неясное и расплывчатое, что понималось под общим словом «электричество» или «магнетизм». И силовым линиям из года в год воспевал он все большую хвалу. Силовые линии стояли перед его умственным взором в пространстве как состояния этого пространства, как напряжения, как вихри, как течения, как многое другое, что он сам не смог бы еще точно определить. Но они стояли там, действуя друг на друга, сдвигая и толкая тела туда и сюда, распространяясь и сообщая друг через друга возбуждение от точки к точке.

Это уже не мертвое, безразличное ко всему пространство, а насыщенная передающая среда. На промежуточную среду, на ее важнейшую роль при электромагнитных явлениях и обращал внимание ученого мира Фарадей.

«Таким образом, индукция, — писал он, — по-видимому, является, по существу, действием смежных частиц, через посредство которых электрическая сила, зародившаяся или возникшая в определенном месте, распространяется или поддерживается на расстоянии, появляясь там в виде силы того же рода…»

Вот как далеко шагал Фарадей в своих воззрениях и в своих догадках. Он искал доказательств, ставил опыт за опытом. Но опыты не всегда давали ему нужные ответы. Он снова ставил опыты, допрашивал и так и сяк явления индукции. Опыт за опытом…

Все было так необычно в его утверждениях, настолько шло вразрез с общепринятым, что ученый мир лишь с удивлением взирал на эти попытки лондонского провозвестника. Против его промежуточной среды, против его силовых линий было достаточно возражений. И очень мало согласия с ним. А больше всего было молчания. Серии фарадеевских «Исследований» накапливались из года в год в отдельных оттисках и лежали пока на библиотечных полках, как бы в стороне от повседневной жизни науки.

Их, конечно, читали, но переворота в физике пока что никакого не происходило. Он излагал свои мысли на слишком простом, естественном языке, не заботясь о том, чтобы придать им строгую математическую форму. Стиль, чуждый математическим вкусам эпохи. И большинство физиков относилось все-таки с подозрением к этой вольности научного изложения, к той свободе слова новой, зарождающейся области познания, где успешные эксперименты были перемешаны с неудачными и развитые идеи — с еще незрелыми.

А Фарадей загадывал все дальше. Говорил уже о родстве разных явлений природы. О тесной связи между светом, магнетизмом, электричеством. Мысль о глубоком единстве природы не покидала его. «Все естественные силы связаны между собой и имеют общее происхождение», — писал он в одной из своих позднейших серий.

Однажды, когда вечернее заседание Королевского общества подходило к концу, Фарадей выступил перед собранием именитых ученых мужей и рискнул сказать:

— Нельзя ли предположить, что колебания, которые принимаются за основу всякого излучения, происходят и в силовых линиях? Линии силы являются, возможно, носителями колебаний.

Итак, электрические колебания! Кто еще осмелился бы об этом заикнуться? Фарадей всегда так. Всегда преподнесет вдруг что-нибудь, что способно посеять смуту даже в самых академических умах.

Правда, ради осторожности он добавил:

— Я даю лишь материал для размышления. Это не окончательное мое убеждение и даже не вероятное заключение, а пока всего лишь мое собственное неясное представление.

Но, оставаясь один на один с собой, он думал гораздо смелее и определеннее. Он изложил свои представления в письме, запечатал его в конверт и сдал на хранение в архив Королевского научного общества. Тогда не было еще патентных бюро и не выдавались еще свидетельства о научных открытиях и изобретениях. Но такое письмо могло служить в случае чего доказательством. Автор мог в любой момент потребовать его вскрытия, чтобы весь ученый мир мог убедиться, кто же первый сказал «а». Фарадею при жизни этого не потребовалось. Конверт с письмом пролежал в архиве более ста лет. Но когда уже в наше время этот конверт все же распечатали, то прочли в письме Фарадея следующее:

«…Я намерен предположить, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха, то есть я намерен приложить теорию колебаний к магнитным явлениям, как это сделано по отношению к звуку, которая является наиболее вероятным объяснением световых явлений.

По аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции. Эти воззрения я хочу проверить экспериментально, но так как мое время занято исполнением служебных обязанностей, что может повести к продлению опытов, которые, в свою очередь, могут явиться предметом наблюдения, я хочу, передав это письмо на хранение Королевскому обществу, закрепить за собой открытие определенной датой и, таким образом, иметь право в случае экспериментального подтверждения объявить эту дату датой моего открытия. В настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов».

Закрепить за собой… Фарадей знал, что делает. Несомненно, окружающее его ученое общество состояло из людей образованных, благовоспитанных, вежливых, но борьба идей есть все-таки борьба. И кто знает, какие тут разгораются страсти.

А пока что ученый мир молчал, с осторожностью и недоверием присматриваясь к тому, что провозглашал Фарадей.

Первым, кто действительно понял и оценил идеи Фарадея, был английский физик Джемс Максвелл. Он родился в тот год, когда начали выходить знаменитые фарадеевские «Экспериментальные исследования». И он едва только закончил университет, когда учение Фарадея достигло уже полного объема — огромная глыба новых воззрений, которую все же обходили, как бы не замечая. А всего лишь год спустя Джемс Максвелл, двадцатичетырехлетний юнец науки, публикует уже свою работу «О фарадеевых линиях силы», решительно вставая на его сторону и беря на себя смелость строго обосновать — математически обосновать — его гениальные прозрения. И пишет письмо Фарадею, выражая свое признание и свое восхищение, какое он испытывал при чтении серий «Экспериментальных исследований».

Молодой острый ум, сверкающий лезвием математического анализа, огранивает и оттачивает первоначальную глыбу новой теории в кристально чистую форму. Максвелл сумел взглянуть на природу явлений тем же взором, что и Фарадей. Он шел за ним. Но он ничего себе не присваивал. От него не надо было ничего защищать — «закрепить за собой». С первой же своей работы и до своего знаменитого «Трактата по электричеству и магнетизму», во всех своих докладах и сообщениях Джемс Максвелл неизменно повторял:

«Мои методы в основном подсказаны рассуждениями, которые имеются в исследованиях Фарадея».

«Моей специальной целью будет дать вам возможность самим стать на точку зрения Фарадея».

«Идея Фарадея… Метод Фарадея…» — отдавал он полную дань тому, за кем он шел.

Но Максвелл владел и своим собственным орудием научного познания. «Целью точной науки является сведение проблем, поставленных явлениями природы, к определению величин путем оперирования числами», — писал он в первой же своей юношеской работе. И всю жизнь следовал этому собственному строгому предписанию. Числа! Математические формулы! — были его главным оружием.

Он сумел переложить основные понятия Фарадея на язык математики, на знаки, на числа. И найти между ними математические зависимости. Таким образом, загадочные электромагнитные свойства, перед которыми многие из ученых стояли в растерянности, легли вдруг на бумагу в виде ряда уравнений.

«Дифференциальные уравнения в частных производных» — так это называется на языке математики. Их было всего четыре уравнения, которые вывел Максвелл, но они открыли новые горизонты науки. На основе этих четырех уравнений Максвелл возвел стройное здание своей теории — теории электромагнитного поля.

Все отдельные факты и наблюдения, которые были накоплены за экспериментальным столом Фарадея, получили точное объяснение и математический ключ к их владению. Очень метко было впоследствии сказано: