Владимир Карцев - Максвелл

• Название: Максвелл
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1976

Когда нескольких видных ученых попросили назвать, каковы, по их мнению, три величайших физика всех времен, мнения разделились, но ни один не забыл Максвелла.

И действительно, трудно переоценить значение работ этого поистине гениального человека, чьи исследования не только легли в основу современной радио- и телевизионной техники, но и стали краеугольным камнем современного понимания материи.

---

Он умер после единственной в его жизни болезни на восьмидесятом году. Почувствовав, что умирает, он приказал слугам до вечера не заходить в его комнату. К вечеру слуги нашли его уже при смерти и вызвали врача. Тот прибыл. Умирающий Кавендиш заявил, что продолжение его жизни означало бы продолжение страданий. Врач сэр Эверард Хьюм остался в бездействии. Кавендиш умер, оставив миллионное наследство своему кузену, деду Вильяма Кавендиша, седьмого герцога Девонширского, канцлера Кембриджского университета во времена Максвелла.

У Максвелла было двадцать два источника, по которым он мог работать над наследием Кавендиша, — две его статьи по электричеству, изданные в период 1771-1781 годов, и двадцать пакетов рукописей45. Едва начав разбирать манускрипты, Максвелл поразился, как много открытий было сделано Кавендишем, открытий самого высшего ранга, о которых он не счел необходимым информировать ни общество, ни ученый мир.

«Джеймс Клеркс Максвелл — В.Гарнетту46, эскв.

Гленлейр, 8 июля 1874

...В своих рукописях он [Кавендиш] обнаруживает знакомство с законами параллельного и последовательного соединения проводников, однако для того, чтобы пролить свет на смысл его слов, нужно обратиться к его опубликованной статье (о торпедо). Он провел весьма обширные исследования в области проводимости солевых растворов в трубках, которые можно уподобить проволокам из разных металлов. Создается впечатление, что он достоин еще больших почестей, так как он превзошел Ома задолго до того, как были открыты постоянные токи. Его измерения емкости заставят нас попотеть в Кавендишской лаб., прежде чем мы достигнем точки, где он остановился. Его единственным несчастьем было то, что у него не было электрометра Томсона. Он нашел диэлектрические постоянные для стекла, смолы, воска и т.п.».

Все свои открытия Кавендиш сделал до того, как Вольта изобрел первый источник постоянного электричества — вольтов столб, первую электрическую батарею. Все свои исследования Кавендиш должен был проделывать с электричеством слабым, быстротечным, неуловимым, электричеством, накапливаемым в облаках и прорывающимся молнией — гигантской электрической искрой, электричеством, образующимся при трении, электричеством электростатических машин — статическим электричеством.

И все эти тончайшие быстротечные измерения были проделаны Кавендишем без приборов — они тоже еще не были к тому времени изобретены! У Кавендиша был только «физиологический гальванометр», «шокметр» — он мог оценивать электрический потенциал лишь по силе получаемого им электрического удара. Впрочем, богатейший вельможа Кавендиш вполне мог легко избежать неприятных ощущений, связанных с электрическим ударом. Так он и сделал. Роль «живого гальванометра» выполнял у Кавендиша его слуга Ричард.

Максвелл решил исследовать «живые гальванометры», и долгое время каждому новому посетителю Кавендишской лаборатории предлагали взяться руками за два оголенных конца, к которым подводилось напряжение, с тем чтобы определить, «хорошие» или «плохие» они гальванометры. Исключение было сделано для чемпионов университета по гребле. Их загрубевшие от тренировок руки практически не пропускали тока.

И второе, что интересно в письме, — это признание того, что исследования Кавендиша необходимо повторить, «дойти до точки, где он остановился». Недаром и измерения емкости, и уточнение закона Ома, и определение Хевисайдом плотности Земли, и проверка закона Кулона, раньше подмеченного Эпинусом и Кавендишем, занимали в работах лаборатории достойное место. Максвелл ценил классиков — и в литературе и в науке — и справедливо считал, что никогда не следует пренебрегать их мыслями.

Поражает тщательность, с которой работал Максвелл над рукописями Кавендиша.

«Джеймс Клерк Максвелл -

библиотекарю Королевского общества

Еленлейр, Далбетти, 23 июня 1879

Дорогой сэр, Ваша информация о членах Королевского общества была настолько полезна мне, что я хотел бы еще спросить о д-ре Г.Найте, члене Королевского общества, библиотекаре Британского музея.

1. Как его точно звали: Гован, Говен, Говин или Годвин — встречаются все эти написания?

2. Кто является автором статьи в «Фил. Тр.» за 1776 год (примерно в конце тома), описывающей большие наборы магнитов?

3. Являются ли эти наборы (см. рисунок), собранные в виде больших пушек, все еще собственностью Королевского общества?

4. Имеется ли портрет Говина Найта работы Бенджамена Вильсона в коллекции картин Королевского общества?..»

И т.д., и т.д.

Максвелл изучает все детали кавендишевских опытов, изучает новые для себя названия, стремится точно воспроизвести опыты Кавендиша — для практики стажеров, для проверки, а может быть, и для поиска новых явлений.

«Джеймс Клерк Максвелл — Вильяму Гарнетту

Гленлейр, 23 августа 1877

Последнее время я копировал Кавендиша по сопротивлению электролитов. Если найдется кто-нибудь, кто попробует хотя бы грубо померить сопротивление нескольких электролитов в U-образных трубках, было бы интересно сопоставить эти измерения с результатами Кавендиша.

Если профессор Лайвинг в Кембридже, не могли бы Вы попросить его подобрать для меня книгу по химии образца 1777 года, с тем чтобы можно было найти эквиваленты и названия солей, использованных Кавендишем?..

Кавендиш был первым, кто открыл закон Ома, поскольку он последовательной серией экспериментов нашел, что сопротивление в следующих степенях зависит от скорости: 1,08, 1,03, 0,980, и заключил, что это первая степень. И все это — с помощью физиологического гальванометра...»

И еще одна сенсация поджидала Максвелла при изучении пролежавших сто лет без движения кавендишевских рукописей. Содержалась она в работах Кавендиша по развитию идей русского академика Эпинуса.

Франц Ульрих Теодор Эпинус, «немец», после смерти Рихмана от удара молнии занявший пост заведующего физическим кабинетом Российской академии наук, много натерпелся от заведующего химическим кабинетом Михаила Васильевича Ломоносова. И вполне справедливо: Эпинус был воспитателем Павла, много времени посвящал придворным обязанностям и запустил руководство кабинетом.

Справедливо укорял Ломоносов Эпинуса, не смог тот содержать в должном порядке физический кабинет. Был Эпинус по складу ума своего теоретиком и, быть может, первым применил к исследованию электрических и магнитных явлений высшую математику. В 1759 году он выступил с трактатом «Опыт теории электричества и магнетизма», в котором глубоко и последовательно развивал теорию Франклина, теорию «одного» электричества, теорию электричества одного знака, распространив ее на магнитные явления. Эпинус прозорливо видел внутреннюю связь электрических и магнитных явлений.

Для этого нужна была смелость. Но только смелости было бы недостаточно. Нужны были еще открытия Гальвани и Вольты, нужно было, чтобы под скальпелем затрепыхалась лапка лягушки, чтобы Вольта создал свой вольтов столб, чтобы Эрстед увидел колебания стрелки компаса. Смелость потребовалась тогда, когда она была подкреплена ранними открытиями, и проявить ее пришлось уже представителям иного века — Амперу, Фарадею и Максвеллу.

Математика, впервые примененная Эпинусом к изучению электрических и магнитных явлений, привела его ко многим важнейшим выводам. Он заметил, что частицы как электрической, так и магнитной «жидкостей» взаимодействуют между собой «даже на значительном расстоянии», правда, ограниченном «атмосферой магнита». Эпинус постулирует, что сила взаимодействия пропорциональна электрическим зарядам и, исходя из всеобщей гармонии природы, уменьшается, как и ньютоновское взаимодействие гравитационных масс, пропорционально квадрату расстояния, — то есть предвосхищает закон Кулона!

Однако Эпинус неправильно полагал, что электричество сосредоточено во всем объеме тела, а не на его поверхности, и это помешало ему высказаться более категорично и заявить свои права на открытие. Эпинус строит первый воздушный конденсатор, выясняет роль в конденсаторе стекла не как накопителя электричества, а как сохранителя его, раньше Вольты (Вольта признавал это) изобретает простейший прибор для накопления электричества — электрофор, открывает миру пироэлектричество, образующееся не при трении, а при нагревании у турмалина.

Имя Эпинуса было в большой чести в Кембридже и стояло никак не ниже имени, например, Франклина. Мастер Тринити Вильям Вевелл в своей «Истории индуктивных наук» высоко вознес это имя в Кембридже. А во времена Кавендиша Эпинус вообще был одним из величайших авторитетов в теории электричества. Вевелл возносил Эпинуса даже в противовес Франклину, утверждая, что «та великая слава, какой он (Франклин) пользовался при жизни, зависела от ясности и искусства, с какими он излагал свои открытия, от того, что он занимался электричеством в величественной форме грома и молнии, и отчасти, может быть, оттого, что он был американец и политический человек...»