Miguel Sabadell - Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез

• Название: Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез
• Автор: Miguel Sabadell
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015

Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.

---

Я вполне способен написать фантастическую формулу.

Максвелл о своих ошибках в расчетах

Время от времени Джеймс проводил время с сестрой своей матери, тетей Джейн. Она ясно понимала, в чем состоит ее задача: смягчить излишнюю неординарность своего племянника и научить его быть адекватным членом общества. Когда он застывал неподвижно, наблюдая за игрой света от свечей на стеклянной поверхности, она отвлекала его словами: «Джеймс, ты витаешь в облаках». Религия также присутствовала в юношеской жизни Максвелла; он посещал службы как англиканской, так и пресвитерианской церквей. Тетя посылала его на уроки катехизиса к своему другу Дину Рэмси, хорошему человеку, больше всего обеспокоенному тем, чтобы молодые люди не попадали под влияние новых религиозных организаций, которые возникали в стране. Такой, например, была Свободная пресвитерианская церковь Шотландии — ответвление национальной церкви этой страны, которая называлась Церковью Шотландии.

Но с Максвеллом подобные меры предосторожности были излишни. Вера стала одним из главных принципов, которые вели его по жизни, и она являлась плодом интенсивного личного размышления, практически не оставляя места для доктрины какой-либо секты.

Другим очень важным человеком для Максвелла был старший брат его матери, дядя Джон. Адвокат и судья по профессии, он разделял с отцом Джеймса страсть к технике. Однажды дядя Джон отвез племянника к одному из самых известных физиков-оптиков того времени, Уильяму Николя, который изобрел способ поляризации света с помощью призм, очень осторожно разрезая кристаллы исландского шпата. Его работа была столь удачной, что призмы, сделанные таким образом, носят название «призмы Николя». Джеймс настолько остался впечатлен визитом, что решил сам исследовать поляризацию света. Кроме того, Максвелл часто навещал свою двоюродную сестру Джемиму в Глазго. Она была замужем за Хью Блэкберном, профессором математики в университете, большим другом одного из самых великих физиков того времени, ставшим патриархом английской науки, — Уильямом Томсоном. Профессор натуральной философии разглядел в молодом Джеймсе огромный потенциал, и между ними завязалась дружба, которая длилась всю жизнь. Более того, он и Фарадей более других ученых повлияли на научную жизнь нашего героя.

А пока молодой Максвелл не терял ни минуты: он читал, писал или работал в своей лаборатории. Его единственным «вольным» развлечением была игра с диаболо, в которой он стал экспертом благодаря постоянной практике. Нет сомнений в том, что он стремился стать ученым, хотя отец считал, что ему следует изучать юриспруденцию. О карьере ученого для своего сына Джон не хотел и слышать.

ГЛАВА 2 Теория упругости

XIX век был эпохой промышленной революции, и с ним родились либерализм, марксизм и промышленный капитализм. Во второй половине XVIII века Англия поднялась на вершину своего экономического могущества, в то время как континентальной Европе пришлось ждать индустриализации еще несколько десятилетий. Однако мы говорим о технике, а не о науке, которая считалась скорее времяпрепровождением для дворян и дилетантов. Таковым было общество, в котором Максвелл собирался найти свое место.

Промышленная революция превратила аграрное общество в индустриальное. Паровая машина осушала болота и топи, прокладывала новые маршруты на земле и на море, она начала заменять ручной труд человека, начиная с текстильной промышленности и шахт и заканчивая любой экономической деятельностью. Все это произошло благодаря шотландцу Джеймсу Ватту.

Шел 1765 год. Уже восемь лет как Джеймс Ватт (1736- 1819), меланхоличный и неутомимый инженер, родившийся в маленьком городе Гринок, работал мастером научных инструментов в мастерской при университете Глазго. Он вернулся в родную Шотландию, отказавшись от предыдущей работы в мастерской научных инструментов в Лондоне. В университете он столкнулся с моделью паровой машины, придуманной необразованным кузнецом Томасом Ньюкоменом. Ей ученые пользовались в своих опытах. Ватт много размышлял о том, как можно улучшить такую машину, и после долгих теоретических и практических изысканий ему это удалось.

После разработки следующим шагом стал запуск машины в производство. Ватту был нужен партнер-капиталист, и он нашел его в лице богатого, жизнерадостного и гостеприимного Мэттью Болтона. Он являлся владельцем мануфактуры в Сохо (Бирмингем), выпускающей пуговицы, рукояти для шпаг, пряжки для ботинок, часы, цепи и многое другое. Убежденный в огромном потенциале машины, Болтон одолжил деньги, необходимые для ее производства. Чтобы реализовать свою идею, Ватту пришлось использовать новейшие металлургические технологии своего времени, в частности очень точные сверлильные станки Джона Уилкинсона.

В 1769 году Ватт запатентовал первую действительно эффективную паровую машину. Вместо того чтобы продавать это изобретение, Болтон убедил своего партнера сдавать машины потенциальным клиентам — угольным шахтам. Они были нужны им для выкачивания воды из туннелей. В качестве платы компаньоны просили только треть денег, которые предприятие сэкономило бы на топливе в течение первых трех лет.

Таким оригинальным способом оба шотландца очень быстро стали миллионерами, и их доходы умножились, когда один из помощников Ватта, Уильям Мердок, разработал передачу, превращавшую возвратно-поступательное движение водяного насоса в круговое движение: это была планетарная передача.

С новой передачей то, что было только выкачивающим воду насосом, стало революционной машиной, которая изменила облик планеты. К 1795 году машина Ватта использовалась практически во всех производственных процессах в Англии.

Бирмингемская фабрика оказалась предвестницей новой эры, и не только из-за паровой машины. Там родились два серьезных нововведения: одно от Ватта, а другое от Мердока. Ватт внес удачные изменения в конструкцию своих двигателей с целью максимально увеличить производительность труда. Весь процесс производства был разбит на ряд специфических операций, и появились рабочие, занимавшиеся каждый своей операцией. В свою очередь, Мердок превратил темные английские ночи в светлые дни. Он первым ввел газовое освещение в широкий обиход. В 1802 году он установил газовые горелки на фабрике Ватта.

ДИССИДЕНТЫ

Промышленная революция мало обязана науке, хотя люди, которые руководили ей, были полностью охвачены научным духом. Пользу науки поняли промышленники севера Англии: они открыли, что причина ее неудач в прошлом заключалась в отсутствии у людей, которые ею занимались, практического подхода. Старые университеты с их закосневшими традициями не способствовали развитию новых идей. Единственными местами, пригодными для обучения, были академии-диссиденты и противящиеся норме шотландские университеты. В течение всего XVIII века эти учреждения давали лучшее научное образование в мире.

Технологическая мощь Англии находилась в руках наследников тех, кого преследовало правительство, хотя они комфортно жили, одновременно играя с социальными правилами жесткой и циничной английской морали. Однако на континенте и конкретно во Франции дела шли немного по-другому. Если Англия была колыбелью технической революции, то Франция стала началом нового политического порядка. В последние дни французской монархии, когда революционное воодушевление заполнило Париж, ученые полностью находились под влиянием духа прогресса и приближающихся изменений. Великая «Энциклопедия искусств, наук и ремесел» Дидро и д’Аламбера стала библией нового либерализма, соединенного со свободомыслием, наукой и промышленностью.

Французская революция предоставила ученым возможность, которую они ждали. Это была эпоха разума, и разрушение феодальной науки сыграло в ней главную роль.

В строительстве нового общества ученые взяли на себя изменение устаревшей машины государства и образования. В первую очередь они провели реформу единиц мер и весов с насаждением десятичной метрической системы в 1799 году. Задача была трудоемкой и сложной, как об этом свидетельствует «сопротивление» старых систем мер в тех странах, в которые не проникли идеи революции. Второй большой задачей была реформа образования. Следуя стилю шотландских диссидентских школ и университетов, французы основали Высшую нормальную школу, Медицинскую школу и Политехническую школу. Они станут маяками, которые еще через века будут светить научно-исследовательским институтам, образованным позднее.

ЧУМАЗЫЙ МИР

Каменный уголь был топливом промышленной революции. Ничто не могло работать без него. Он был известен с древности, но его массовая добыча началась в XVIII веке, после изобретения паровой машины. Так, от 30 млн т мирового производства каменного угля в 1820 году перешли к 125 млн в 1860 году и 340 млн в 1880 году.