Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность
- -
- 100%
- +
Вообще, Фарадею на первых порах его научной деятельности пришлось немало вынести столкновений с тогдашними английскими учеными. Его обширный и острый ум быстро делал многочисленные открытия в разных отраслях науки, и тогдашние ученые, с большим трудом додумывавшиеся до того или иного открытия или обобщения, не могли поверить, чтобы вчерашний переплетчик мог самостоятельно додуматься до того, что им стоило таких больших трудов, а тем более пойти дальше их; неудивительно, что почти каждая из первых работ Фарадея задевала амбицию какого-нибудь из тогдашних ученых, заявлявших по опубликовании этих работ, что и они “хотели” то же самое сказать, но что Фарадей воспользовался их мыслями. Особенно характерно в этом отношении столкновение Фарадея с Вульстеном.
Как мы уже говорили во второй главе, впервые внимание Фарадея на электромагнитные явления было обращено соображениями Вульстена, которые он высказал по поводу открытий Эрштеда и Ампера в присутствии Фарадея. Соображения эти состояли в том, что, вероятно, можно превратить замеченное названными учеными отклонение магнитной стрелки под влиянием гальванического тока в непрерывное вращение ее вокруг проводника и что, быть может, удастся получить обратное действие, то есть заставить проводник вращаться вокруг тока. Эти соображения, делающие честь Вульстену как результат исключительной прозорливости его ума, не опирались решительно ни на какие данные и получили ценность именно лишь потому, что обратили внимание Фарадея на область электромагнитных явлений. В сущности, Фарадей обязан Вульстену только интересом к явлениям указанной области; все же то, что он открыл в данной области, добыто им совершенно самостоятельно и, как мы видели, далеко превзошло соображения Вульстена. Тем не менее, когда появились первые работы Фарадея о явлениях электромагнетизма, и сам Вульстен, и в особенности его друзья стали обвинять Фарадея ни более ни менее как в плагиате. Обвинения, предъявлявшиеся Фарадею, были очень странны. Во-первых, говорили, зачем Фарадей стал заниматься предметом, которым уже занимается Вульстен, и, во-вторых, зачем он воспользовался мыслями последнего? Выходило, как будто те или другие области научных исследований могут быть приобретаемы отдельными лицами в свое исключительное ведение и будто мысли и соображения, высказанные ученым, должны составлять его собственность и никто не вправе воспользоваться ими для дальнейших изысканий. Как ни странны были подобные обвинения, Фарадей, по скромности и из уважения к Вульстену, желал объясниться с последним и написал ему письмо, прося личного свидания для следующей цели: “1) Я желал бы оправдаться и уверить, что считаю себя много обязанным Вам; 2) высоко ценя Вас, я хотел бы опровергнуть все неосновательные предположения, говорящие не в мою пользу; и 3) если я поступил несправедливо, желал бы просить у Вас извинения”. Это письмо, весьма характерное для Фарадея, который уже в это время был на целую голову выше Вульстена, вызвало со стороны последнего величественно-пренебрежительный ответ: “Если Вы сами вполне убеждены, что не пользовались случайно откровенностью других, то, я полагаю, Вы не имеете оснований много беспокоиться”. Ответ заканчивался выражением снисходительной готовности выслушать объяснения Фарадея; но понятно, что Фарадей счел уже излишним воспользоваться этой снисходительностью Вульстена.
Надо здесь упомянуть, что с самим Фарадеем бывали случаи, когда он мог с несравненно большим правом, нежели Вульстен, претендовать на похищение у него идей и открытых им фактов, – но он вел себя в подобных случаях совсем иначе, нежели Вульстен. Укажем на один пример. Когда в начале 30-х Фарадей снова возвратился к работам в области электромагнетизма и сделал те блестящие открытия, о которых мы говорили в третьей главе, он, задолго до опубликования своих открытий, сообщил часть их в письме своему другу Гашету, а тот не замедлил прочитать это письмо в Парижской академии наук. Двое итальянских ученых, познакомившихся этим путем с открытиями Фарадея, повторили его опыты, скомбинировали некоторые новые и опубликовали одновременно с Фарадеем свою работу как нечто самостоятельное. Фарадею не только не пришло в голову обвинять итальянских ученых в плагиате, но он счел нужным написать письмо глубокоуважаемому им Гей-Люссаку, в котором защищал себя против возможного подозрения его в заимствовании от итальянцев. Так скромен был “царь физиков”.
Еще сильнее выступало это качество Фарадея в его отношениях к своему лаборанту, представлявших полную противоположность отношению Дэви к самому Фарадею, когда он был лаборантом этого ученого. Лаборантом Фарадея был некто Андерсон – человек добрый, но совершенно бездарный, способный лишь к чисто механическим манипуляциям. Это не мешало ему смотреть на себя очень высоко, и он пренебрежительно говорил о Фарадее: “Опыты-то делаю я, а Фарадей только калякает”. И вот об этом-то господине Фарадей отзывается в своих записках следующим образом: “Он помогал мне во всех опытах, которые я делал, и я ему много обязан и благодарен за его заботливость, невозмутимость, пунктуальность и добросовестность”.
История с Вульстеном доставила Фарадею немало неприятностей в 1823–1824 годах, когда некоторые почитатели ученого предложили его кандидатом в члены Королевского общества. Сам Вульстен к этому времени изменил свое мнение о Фарадее и был в числе подписавших предложение об избрании Фарадея в члены Королевского общества. Но нашлись другие, которые раздували недоразумение, происшедшее между Фарадеем и Вульстеном, и утверждали, что Фарадей не имеет “нравственного права” вступить в святилище, именуемое Королевским обществом. Во главе этих противников Фарадея был, к глубокой печали Фарадея, уважаемый им Дэви, состоявший тогда президентом Королевского общества. Последний унизился даже до попытки заставить Фарадея взять назад свою кандидатуру, и между ними произошел следующий характерный разговор. “Вы должны взять назад предложение о Вашем избрании”, – заявил Дэви Фарадею. “Не я подал это предложение, а члены общества, и я не вправе взять его назад”, – отвечал последний. “Тогда Вы должны побудить к тому Ваших рекомендателей”. – “Я уверен, они этого не сделают”. – “В таком случае я как президент сделаю это”. – “Я убежден, что сэр Дэви сделает только то, что считает благородным”, —закончил разговор Фарадей. Он не придавал значения факту вступления в Королевское общество, но оппозиция Дэви и других пробудила его гордость, и он решил непременно добиться этой чести. Он составил записку, в которой опроверг все возведенные на него обвинения, и представил записку в общее собрание членов Королевского общества. Несмотря на оппозицию Дэви, Фарадей был избран членом Королевского общества.
В то время как в Королевском обществе шли дебаты о том, принимать ли Фарадея в члены, другие тогдашние общества без всяких колебаний и по собственной инициативе увенчивали его ученые заслуги избранием в свою среду. Так, в том же 1823 году Парижская академия наук избрала Фарадея членом-корреспондентом; “Academia dei Georgofili di Firenze” (Флорентийская академия), “Cambridge Philosophical Society” и “British Institution” – почетным членом; “Athenaeum club” – секретарем.
Позднее Фарадей блистательно отомстил оппозиции, желавшей воспрепятствовать его избранию в члены Королевского общества, – показав, как мало ценит он внешние отличия. В это время лорд Вротсли отказался от президентства в названном обществе, и репутация Фарадея как ученого стояла тогда уже на такой высоте, что ни у кого не было сомнения относительно того, кто должен заместить Вротсли. Когда Фарадею было сообщено об общем желании видеть его президентом Королевского общества, он категорически отказался от этой чести. Несколько депутаций от общества не могли поколебать его решения. Своему любимому ученику и другу Тиндалю, который уговаривал его принять предложение, Фарадей ответил: “Я хочу остаться до конца жизни просто Майклом Фарадеем, и позвольте мне вам сказать, что если бы я принял честь, которою удостаивает меня Королевское общество, я не мог бы более года ручаться за непорочность своей души”. Еще позднее, в последние годы жизни Фарадея, ему снова было предложено президентство в Королевском обществе, но он и на этот раз отказался.
С таким же пренебрежением относился Фарадей и к материальным выгодам. В Англии человек таких обширных знаний, каким был Фарадей, весьма легко мог нажить огромное состояние тем, что Фарадей называл “профессиональными делами”. Друзья и старались заставить его сделать что-либо для упрочения своего материального положения. В 1830 году друг Фарадея, Ричард Филипс, убедил его произвести несколько анализов, по поручению некоторых промышленных обществ, уплативших ему за труд более 10 тысяч рублей. В следующем году “профессиональные дела” дали ему еще больший доход. В это время, как рассказывал Фарадей Тиндалю, перед ним встала со всею соблазнительностью перспектива сделаться богачом, отдавшись промышленным занятиям. Доход от этих занятий легко мог бы возрасти до нескольких десятков тысяч рублей в год. Но тогда пришлось бы пожертвовать для этих занятий занятиями наукой; приходилось выбирать между наукой и богатством, и Фарадей не колебался в выборе. С этих пор он совсем оставил промышленные занятия, отдав все свои силы и время науке, и только иногда, по поручению правительства, обращался к работам практического характера, например, исследованию причин взрыва в каменноугольных копях и тому подобному.
В 1835 году тогдашний первый министр Англии, сэр Роберт Пил, умевший ценить людей науки и знавший скромность материальных средств Фарадея, предложил ему государственную пенсию как слабое вознаграждение за его великие открытия. Фарадей ответил письмом, в котором он выражает свое мнение, что “правительство поступает совершенно справедливо, награждая и поддерживая науку”, но вместе с тем категорически отказывается от пенсии, находя, что он “сам еще в состоянии заработать себе средства к жизни”. Пил, однако, настаивал на своем предложении; друзья и родные убеждали Фарадея принять пенсию, и он, наконец, согласился. В это время произошла перемена министерства, и новый министр лорд Мельбурн оказался, как это часто бывает, не имеющим даже понятия о величайшем ученом своей страны. Просматривая списки недавно назначенных пенсионеров, он с удивлением остановился на имени “какого-то Фарадея” и пожелал лично посмотреть на него. Фарадея пригласили в министерство. Фарадей, ничего не подозревая, явился к министру и должен был выслушать от него целый трактат о странности награждать пенсиями ученых и писателей, словно они могут и вправду оказать такие же бесценные услуги отечеству, как бравые генералы или секретари и архивариусы государственных учреждений. Фарадей, конечно, тотчас же отказался от назначенной ему пенсии. Лорд Мельбурн был очень удивлен, что “какой-то химик” также имеет чувство собственного достоинства и почувствовал к Фарадею глубокое уважение. Он написал Фарадею письмо, в котором извинялся за свои слова и просил его не отказываться от пенсии; но Фарадей остался непреклонен в своем решении “самому зарабатывать свой кусок хлеба”.
Так как единственным ресурсом Фарадея было скромное содержание, получаемое им в качестве директора физической и химической лаборатории Королевского института, то он вынужден был продолжать свои занятия, несмотря на то, что здоровье его к концу 30-х годов сильно пошатнулось и требовало продолжительного отдыха. Правда, совет Королевского института давал Фарадею продолжительный отпуск с сохранением содержания, но Фарадей, при своей щепетильности, не считал себя вправе воспользоваться этим предложением. Наконец, дело дошло до того, что Фарадей от физического и умственного переутомления сделался почти неспособным к занятиям, а вместе с тем совершенно апатичным, и только тогда жена и друзья его могли, пользуясь предложением совета Королевского института, отправить больного в Швейцарию.
ГЛАВА V. ПОСЛЕДНИЙ ПЕРИОД НАУЧНЫХ РАБОТ И СМЕРТЬ
Восстановление здоровья. – Новые открытия. – Намагничивание света. – Диамагнетизм и магнитное состояние всякого вещества. – Магнитное трение. – Магнетизм кристаллов. – Магнетизм пламени и газов. – Атмосферный магнетизм. – Приготовление к последним работам. – Последние годы и смерть
В Швейцарии Фарадей пробыл около года. Здесь он, кроме переписки с друзьями и ведения дневника, не имел никаких других занятий. Он, однако, вел деятельный образ жизни, передвигаясь из одного пункта в другой и тщательно наблюдая все попадавшееся ему на пути. Дневник всего менее походил на записки туриста, так как его интересовало совсем не то, что интересует фланеров. Вот, для образчика, маленький отрывок из этого дневника: “Августа 2-го 1841 г. – Изготовление гвоздей здесь довольно значительно; приятно следить за работой. Я люблю кузницу и все относящееся к кузнечному мастерству: отец мой был кузнец”.
Пребывание в Швейцарии отразилось на здоровье Фарадея весьма благотворно, и он, вернувшись в Англию, мог приступить к новым работам. Работы этого последнего периода его жизни были посвящены всецело явлениям магнетизма, и если открытия, сделанные за этот период, не имеют того грандиозного значения, какое справедливо признается за открытиями великого ученого в области индукционного электричества, тем не менее они представляют капитальную научную важность и были весьма неожиданны для современников.
Первым таким открытием, опубликованным по возвращении из Швейцарии, было “намагничивание света”, как выражался Фарадей, или “магнитное вращение плоскости поляризации”, как принято говорить теперь. Над этим предметом Фарадей работал еще с 1834 года, но до поездки в Швейцарию не мог достигнуть положительных результатов. Исследователь перепробовал многие прозрачные вещества, пропуская через них поляризованный луч света, и старался, действуя на вещество магнитом, уловить влияние магнетизма на свет. В том, что такое влияние должно существовать, Фарадей не сомневался. “Давно уже, – писал он в мемуаре “О намагничивании света и освещении линий магнитной силы”, – я вместе с некоторыми друзьями естествознания держался мнения, почти перешедшего в убеждение, что различные физические силы имеют одно общее начало, что силы, говоря иначе, родственны между собою и находятся во взаимной зависимости, что они могут превращаться друг в друга и в отношении своего действия обладают определенными эквивалентами… Это твердое убеждение распространяется также на силу, которую мы называем светом”. Сколько, однако, ни старался Фарадей открыть это взаимодействие магнетизма и света, ничего не получалось. Он произвел множество опытов над всевозможными прозрачными телами – и все безуспешно, пока его не посетила мысль воспользоваться для опытов тем тяжелым стеклом, состав которого, как уже известно читателю, был изобретен им для астрономических надобностей и которое оказалось слишком дорогим. Сделав чечевицу из этого стекла и поместив ее между двумя концами железного подковообразного стержня, Фарадей пропускал в стекло поляризованный луч света от лампы и устанавливал стекло таким образом, чтобы наблюдатель не видел отражения пламени лампы в стекле. Железный стержень был обмотан проволокой, концы которой соединялись с гальванической батареей. И вот, когда пропускался ток по проволоке, железный стержень намагничивался, и в стекле появлялось явственное изображение пламени; прекращался ток, железный стержень переставал быть магнитом, и изображение пламени в стекле пропадало. Таким образом, было установлено, что под действием магнита поляризованный луч света изменяет свое направление.
Это открытие дало толчок целому ряду исследований Фарадея в данной области. Он так обстоятельно обследовал открытое им явление, что после него в этом отношении не сделано почти ничего нового. От магнитов исследователь перешел к электрическим токам и при этом убедился, что и они вызывают изменение направления луча поляризованного света. Фарадей разъяснил, что при употреблении магнитов луч не сразу переходит от состояния темноты к maximum'y ясности, тогда как при употреблении электрических токов он мгновенно достигает своего maximum'a. Попутно с этим великий физик отметил и множество других особенностей данного явления. Затем он остановился на том факте, что некоторые вещества, такие, как терпентинное масло, кварц и другие, обладают способностью поворачивать поляризованный луч без содействия магнетизма, и выяснил существенную разницу между этим, так сказать, натуральным вращением и магнитным. Кто интересуется этими в высшей степени интересными, хотя и слишком специальными открытиями Фарадея, пусть обратится к подробным курсам физики. В том же 1845 году, когда были опубликованы результаты многолетних опытов Фарадея над “намагничиванием света”, он выпустил новый мемуар, посвященный еще более важному предмету – “магнитному состоянию всякого вещества”. Производя всевозможные опыты над действием магнита на различные вещества, Фарадей долго не мог открыть ничего нового, кроме общеизвестного факта, что магнитом одни вещества притягивались, а на другие он вроде бы не оказывал никакого действия. Но вот однажды Фарадей повесил перед полюсом сильного электромагнита кусок своего тяжелого стекла и был поражен, увидев, что магнит отталкивает стекло. Он немедленно обратился к литературе и нашел там факт, открытый раньше его и дотоле остававшийся без внимания со стороны людей науки, – что висмут отталкивается магнитом. Фарадей принялся за исследование этого явления. Он вешал полоску своего стекла или висмута между полюсами электромагнита – полоска удалялась при возбуждении магнита и принимала “экваториальное” положение, то есть перпендикулярное к линии, соединяющей полюсы магнита. Наоборот, тела, притягиваемые магнитом, будучи помещены между полюсами магнита, принимают осевое положение, то есть параллельное линии, соединяющей полюсы. Фарадей повторил эти опыты над множеством самых разнообразных веществ и убедился, что нет вещества, на которое магнит не оказывал бы действия, будет ли это твердое, жидкое или газообразное тело, минеральное, животное или органическое, соль, щелочь или кислота, и так далее. При этом одни вещества располагаются всегда по “экваториальной” линии при помещении их между полюсами магнита, а другие – по “осевой”; первые, как бы отталкиваемые магнитом, Фарадей назвал “диамагнитными”, а для вторых, притягиваемых магнитом, сохранил название “магнитных”.
Во время этих опытов Фарадей сделал новое великое открытие, позднее сделанное самостоятельно также Тиндалем. Речь идет о “магнитном трении”. Кусок металла вешался на нити между полюсами электромагнита и приводился в состояние качания; пока не возбуждался ток и, стало быть, пока в железном стержне не было магнетизма, металл на нити свободно качался; но лишь только возбуждался ток и железный стержень превращался в магнит, качание прекращалось и металл, подвешенный на нити, делался неподвижным. Если ввести кусок металла между полюсами сильного электромагнита и вращать его, то получается впечатление препятствия, встречаемого движениями металла, словно металл погружен в вязкую жидкость или трется о вещество, похожее на масло или сыр. Трение это настолько сильное, что от него металл нагревается. Если металл повесить между полюсами электромагнита на закрученной нити и затем пустить ток, то начавший кружиться на раскручивающейся нити металл замедляет свое вращательное движение и настолько сильно нагревается, что если даже это будет медь, она может расплавиться, а свинец расплавляется весьма быстро.
Это открытие снова дает толчок мыслям и работам Фарадея – и он производит целый ряд специальных исследований над “магнитными растворами” (то есть растворами веществ различной магнитной силы) и погруженными в них телами. Мы не будем излагать здесь этих исследований ввиду их слишком специального интереса; скажем только, что в конечном результате они привели Фарадея к выводу, что явления магнитного притяжения и отталкивания подчиняются общим законам механики.
Затем начинаются исследования Фарадея над магнетизмом кристаллов. Поводом к этим исследованиям послужили его наблюдения над особенностями кристаллов висмута. Висмут, как мы уже упоминали, отталкивается магнитом и, помещенный между полюсами, принимает экваториальное положение. Но последнее бывает всегда только с кусками висмута, не имеющими определенной формы. Что же касается кусков висмута, имеющих форму геометрических тел, и притом удлиненных, то они иногда не принимали экваториального положения, а упорно стояли под острым углом или даже принимали осевое положение, подобно магнитным телам. Заинтересованный этими аномалиями, Фарадей принялся усиленно изучать их и пришел к открытию “новой силы или нового вида силы в частицах материи”; силу эту он назвал “магнитокристаллическою”. Закон ее действия Фарадей определяет следующими словами: “Ось магнитокристаллической силы стремится занять положение, параллельное или касательное к магнитной кривой или к линии магнитной силы, проходящей через место, занимаемое кристаллом”. Исследования Фарадея показали, что эта магнитокристаллическая сила не имеет ничего общего с отталкивающими и притягивающими действиями магнита. Остроумно скомбинированные опыты выяснили, что при соблюдении известных условий магнитокристаллическая сила может удалять от полюсов центр тяжести сильно магнитного тела и приближать к нему центр тяжести диамагнитного тела. Действие магнитокристаллической силы находится в тесной зависимости от строения кристалла и, очевидно, обуславливается расположением его частиц. Действие это не только пассивное, но и активное, и если магнит заставляет кристалл принимать направление, параллельное или касательное к линии, соединяющей полюсы магнита, то и, наоборот, кристалл побуждает магнитную стрелку, свободно висящую, принимать положение, параллельное ему. Вообще, исследования Фарадея в упомянутой области были таковы, что после него здесь, в сущности, нечего было делать, и за 40 с лишним лет, прошедших со времени этих исследований, к ним наука почти ничего не прибавила.
Работы над магнетизмом кристаллов заняли вторую половину 40-х годов. Затем Фарадей обратился к только что открытым тогда Банкаляри магнитным явлениям пламени. Он повторил производившиеся над этими явлениями опыты и обследовал их со значительно большею полнотою, нежели то было сделано Банкаляри. Опыты эти привели его сначала к исследованию магнитных свойств горячего воздуха, затем – других газов и, наконец, атмосферы. Экспериментальная часть была необычайно деликатна и крайне трудноисполнима. Большинство газов невидимо – и, тем не менее, Фарадею нужно было следить за ними. Он ловил газы в трубки, удалял их из магнитного поля и исследовал, погружая один в другой. Таким путем Фарадей определил, что кислород, погруженный в другие газы, сильно притягивается магнитом, тогда как азот отталкивается им. Некоторые из этих явлений были чрезвычайно красивы. Особенный эффект получался, когда действию магнита подвергалась смесь паров хлористого аммония с кислородом: первое вещество, отталкиваемое магнитом, собиралось в чрезвычайно оригинальное облако. Особенную услугу Фарадею оказали мыльные пузыри, которые он наполнял разными газами и помещал между полюсами магнита. Чрезвычайно оригинальное зрелище представляли эти пузыри, наполненные диамагнитными парами, когда они, будучи внесены в магнитное поле, тотчас же выталкивались из него силою магнита; наоборот, пузыри, наполненные магнитными газами, быстро притягивались магнитом.
Из этих опытов, как они ни кажутся скрупулезными, Фарадей умел извлекать крупнейшие обобщения и поучения. Вот что он пишет, между прочим, в своем мемуаре, посвященном магнетизму газов: “Едва ли здесь нужно говорить, что кислород, находящийся в атмосфере, обладая громадною магнитною силою, должен оказывать очень большое влияние на распределение магнетизма нашей планеты, в особенности если припомнить, что магнитное состояние кислорода существенно меняется с изменением плотности и температуры атмосферы. Я склонен видеть в этом настоящую причину многих изменений магнитной силы, которые наблюдались и теперь аккуратно наблюдаются в различных местах земной поверхности. Вероятно, дневные и годовые изменения также находятся в зависимости от этой причины, как и многие постоянные неправильные изменения, тщательно записываемые фотографическим способом. Если бы мои ожидания оправдались и нашли бы, что влияние атмосферы способно произвести подобные результаты, тогда, вероятно, мы бы имели новую зависимость между северным сиянием и земным магнетизмом, а именно: более или менее доказанное соединение магнетизма земли через воздух с магнетизмом надвоздушного пространства. Прибавим к этому, что магнитные отношения и изменения, еще неизвестные, могут сделаться заметными и измеримыми параллельно с изучением того, что я решаюсь назвать атмосферным магнетизмом”. Такие великие идеи возникали в уме Фарадея в то время, когда он выполнял свои многочисленные скрупулезные опыты – по действию теплоты и холода на магнетизм воздуха и магнитную стрелку, по определению размеров магнитной силы воздуха, по выяснению зависимости распределения магнетизма в атмосфере от сходимости и расходимости линий магнитной силы и тому подобному. И если теперь, после открытия зависимости между изменением склонения магнитной стрелки и числом солнечных пятен, нельзя уже признавать за магнетизмом атмосферы исключительного влияния на возникновение годовых и дневных магнитных изменений и магнитных бурь, тем не менее остается несомненным, что содержащийся в атмосфере кислород оказывает огромное влияние на все магнитные явления на Земле. В самом деле, столб воздуха, имеющий в основании квадратный фут, по исследованиям Фарадея, обладает такою же магнитною силою, как 204 пуда кристаллизованной окиси железа: понятно отсюда, какой чудовищный “магнит” представляет собою наша атмосфера и как громадно должно быть ее магнитное действие.