Сержио Рарра Кастильо - Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция

• Название: Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция
• Автор: Сержио Рарра Кастильо
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Майкл Фарадей родился в XVIII веке в бедной английской семье, и ничто не предвещало того, что именно он воплотит в жизнь мечту об освещенном и движимом электроэнергией мире. Этот человек был, вероятно, величайшим из когда-либо живших гениев экспериментальной физики и химии. Его любопытство и упорство позволили раскрыть множество тайн электричества и магнетизма, а также глубинную связь этих двух явлений. Фарадей изобрел электродвигатель и динамо-машину — два устройства, революционно изменившие промышленность, а также сделал другие фундаментальные открытия. Герой этой книги был самоучкой, он многое постиг экспериментальным путем, поэтому одной из его важнейших задач стало распространение знаний о своих открытиях среди коллег и современников.

---

В 1820 году Эрстед открыл, что под действием электрического тока стрелка компаса немного двигается, как будто бы сам ток ведет себя как магнит. Это открытие не смутило Фарадея, а напротив, подтвердило его убеждение в глубинной связи магнетизма и электричества. Все указывало на то, что обе силы взаимозаменяемы, но пока не было понятно, что в них общего. Если электричество может действовать как магнит, нужно было доказать, что магнетизм действует как электричество. Возможно ли получить электричество с помощью магнита?

Фарадей в те годы был очень живым и веселым юношей, и это подтверждает одна из историй, случившихся с ним в институте. Однажды вечером 1813 года он вместе со своим другом Эбботтом пробрался в лабораторию к запасам директора, чтобы подышать окисью азота — газом, вызывающим смех (или веселящим газом). При всем этом на работе Фарадей был очень серьезен и быстро показал себя как любознательный экспериментатор, трудолюбивый и аккуратный сотрудник, способный пойти ради дела на личные жертвы, что, вероятно, было следствием его религиозных взглядов. Однажды друг Фарадея Ричард Филлипс попросил его написать историческую справку об открытиях в области электричества для журнала Annals of Philosophy. Любой другой ограничился бы изучением нескольких библиографических источников, но Фарадей с невиданным энтузиазмом проштудировал все статьи, опубликованные по теме, а затем воспроизвел все описанные эксперименты. He ставя никаких далекоидущих целей, а лишь в ходе подготовки статьи Фарадей получил исчерпывающую информацию об электричестве, начал осознавать теоретические и экспериментальные границы знаний в этой области и задумался о новых исследованиях.

В ту эпоху было известно, что одинаковые электрические заряды отталкиваются. Также было известно, что электрический ток может создать магнитное поле: проходя по проводнику, он производит магнетическое действие, которое можно отследить с помощью компаса. Ho физики еще ничего не знали о природе электричества. Фарадей со своей незамутненной, как у ребенка, любознательностью предположил, что ближайшие исследования должны выявить связь между магнетизмом и электричеством. Это любопытство, а также сами поставленные цели могли бы возмутить ортодоксального ученого, но Фарадей, в отличие от современников-ученых, не был отягощен ни грузом академического образования, ни излишней привязанностью к математике, в развитие которой внес значительный вклад Исаак Ньютон в конце XVII века. Ньютонова вселенная работала как часы, в ней не было пустого пространства между твердыми телами, не было невидимой паутины связей между предметами.

Кроме того что разум Фарадея не был подвержен влиянию существовавшей научной парадигмы, у него было и другое преимущество перед современниками: Майкл был сандеманианцем, обладавшим безграничной любознательностью и искавшим Бога в законах природы. Он полагал, что законы должны быть понятны, и это стало для него еще одной искрой вдохновения. 

«Меняла — полотно Рембрандта, позволяющее оценить, насколько плохо освещались помещения в XVIII веке. Портрет Майкла Фарадея, появившийся в книге «Британское научное наследие» (Britain’s Herttage of Science), 1917 год. Схема опыта Луиджи Гальвани, использовавшего электричество для оживления трупов лягушек.

В природе творения Бога никогда не могут находиться в противоречии с высшими предметами, относящимися к нашей будущей жизни.

Майкл Фарадей

Читая французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836), Фарадей обнаружил, что тот уже установил связь магнетизма и электричества. Однако Майкл с трудом мог разобраться в работах Ампера из-за использовавшихся в них сложных математических выкладок. Он не понял гипотезы французского ученого о том, что электричество — это поток некоего флюида в проволоке и что поведение этого флюида можно смоделировать математически и раскрыть таким образом происхождение магнетизма. Так что для разгадки поставленной задачи Фарадей отталкивался от другого текста, который, к удивлению его современников, по большому счету не являлся научным, — сан- деманианской Библии.

ХРИСТИАНСКАЯ СЕКТА

Многие ученые, прежде чем сделать открытие, чувствуют себя частью некоего большого механизма, звеном в длинной цепи. Также научные находки часто оказываются не только плодом интеллектуальных усилий, но и случайностью. Например, Алан Ллойд Ходжкин (1914–1998), получивший Нобелевскую премию в области физиологии, ощущал легкое чувство вины за славу, пришедшую к нему после открытий, большая часть которых была сделана случайно. Математик Поль Дирак (1902–1984) считал, что его идеи пролились на него дождем с неба, и он сам не мог сказать, как они пришли ему в голову.

Это ощущение незаслуженности своего успеха было еще более сильным в случае с Фарадеем из-за его религиозного кредо. Подобное происходило с Николаем Коперником (1473–1543), говорившим о науке как о Храме Божием. Родители Фарадея были набожными людьми, членами небольшой протестантской общины сандеманиан, или гласитов. Эта община жила достаточно изолированно от остальных, буквально и строго воспринимала все христианские заповеди Нового Завета. Она была основана выходцем из Шотландии Джоном Гласом (1695–1773) и его зятем Робертом Сандеманом (1718–1771) с целью восстановить дух первых христиан. Основатели избегали интеллектуальных схоластических экзегез Библии, основываясь на детской вере, о которой Иисус просил своих учеников. Для сандеманианцев следование каким-либо другим учениям являлось ошибочным, кодекс поведения требовал не поддаваться никакому влиянию. Если гласит уличался в греховном поведении, его исключали из общины, как и рекомендовал Новый Завет. В число грехов входила и «недостаточная скромность». Фарадей всегда был горячим сторонником своей церкви, как и его будущая жена, и лучшие друзья. Это заставляло ученого вести очень суровый образ жизни и отказываться от почестей и должностей, которые предлагались ему в течение карьеры. В 1857 году Фарадей отказался стать президентом Королевского общества, хотя это один из высших постов, на который может претендовать ученый в Англии.

В качестве извинений Фарадей сказал, что эта должность требует слишком напряженной работы. В послании своему другу он писал: «Я должен оставаться просто Майклом Фарадеем до конца, и точка». Недаром сандеманианцы верили в небходимость телесных наказаний, ведь, согласно заповеди из Книги Притчей Соломоновых, 13:24, «кто жалеет розги своей, тот ненавидит сына; а кто любит, тот с детства наказывает его».

Религиозность Фарадея была, несомненно, весьма выразительным качеством в эпоху, когда многие верили в науку, технику и придерживались крайнего позитивизма. Эксперимент как средство познания мира, провозглашенный в «Новом органоне» (Novum organum, 1620) Фрэнсиса Бэкона (1561–1626), стал базой нового рационализма. Церковь теряла свои позиции в мире, где люди начали пользоваться беспрецедентными научными достижениями, например железной дорогой или Суэцким каналом. Некоторые ученые даже написали, что борьбе науки и веры пришел конец. Религия превратилась в более современную и утонченную систему верований: 31 марта 1848 года появился спиритизм, ставший демократичным способом общения с умершими близкими, что-то вроде мистического варианта телефона или телеграфа для связи с миром иным. Соответственно, полон иронии тот факт, что самый великий физик-экспериментатор XIX века был последователем самого традиционного варианта христианской веры. Более того, Фарадей подчеркивал свое отношение к спиритизму как к обману для несовершенных умов.

Вопреки всему, вера Фарадея не стала препятствием для научного познания, природа для него была написана «перстом Бога». Во время публичных лекций он объяснял свою позицию с помощью цитаты из Нового Завета, из Послания к Римлянам святого Павла (Рим, 1:20–21):

«Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы. He могут быть прощены те, кто познав Бога, не прославили Его, как Бога».

* * * Ученые и вера в бога

Некоторые религиозные секты, такие как методисты или евангелисты, исповедующие дисциплину, упорство и строгость, породили немало талантливых исследователей. К ним относятся создатели паровых машин Ньюкомен (баптист) и Уатт (пресвитерианец), основатель атомной теории и квакер Джон Дальтон (1766–1844). В Великобритании развитие науки и техники происходило также в среде приходских священников, поскольку эти люди получали неплохое жалование за относительно небольшой объем деятельности и располагали большим количеством, свободного времени. Работа на этой церковной должности подразумевала в качестве sine qua non принадлежность к знати или обеспеченному слою населения. В 1851 году в Великобритании насчитывался 17 621 англиканский пастырь. Содержание им выплачивалось не церковью, а составлялось из ренты и десятины. Для того чтобы стать пастырем, необходимо было получить университетское образование.