Магнит за три тысячелетия
Владимир КАРЦЕВ
Гильберт разъединяет
В этой главе автор касается очень разобщенных тем. Что случится с магнитом, если положить рядом с ним бриллианты? Почему магнит – магнит? «Дело в душе», – считает Гильберт.
Лев Николаевич Толстой работал и на ниве научно-популярного жанра. Вот что писал он об электричестве:
«Когда придумано было это электричество, стали его прилагать к делу: придумали золотить и серебрить электричеством, придумали свет электрический и придумали электричеством на дальнем расстоянии с места на место передавать знаки. Для этого кладут куски разных металлов в стаканчики, в них наливают жидкости. В стаканчиках набирается электричество, и это электричество проводят по проволочке в то место, куда хотят, а из того места проволоку проводят в землю».
Надо полагать, что великий писатель, написав фразу: «Когда придумано было это электричество», имел в виду сравнительно недавние времена – что-нибудь 100...150 лет до времени Толстого или 150...200 лет до нашего времени.
У современных ученых есть некоторые основания утверждать, что «придумано было это электричество» три-четыре тысячи лет назад и что «придумали золотить и серебрить электричеством» в то же самое время. Доказательством, возможно, могут служить «странные» предметы, найденные археологами в засохшем и отвердевшем иле неподалеку от берегов Тигра, южнее Багдада.
Что представляли собой эти странные предметы? И, собственно, чем они странны? Дело в том, что археологи долгое время не могли понять их назначения. Небольшие сосуды из отожженной глины имели весьма необычную «начинку» – разъеденные медные цилиндрики и железные бруски. Исследовав цилиндрики, археологи пришли к выводу, что разъедание, скорее всего, результат воздействия или уксусной, или лимонной кислот, хорошо известных в то время. Однако самое неожиданное находилось на дне сосудов – это был небольшой и невзрачный на вид слой битума, того самого битума, который и сегодня иногда используют в качестве электрической изоляции.
Ученые рассуждали так: если в сосуд с кислотой помещали медную и железную пластины, разделенные изоляцией (битумом), то это было не что иное, как древнейший химический источник тока. Источник, честь открытия которого отдана нами человеку, жившему на три тысячи лет позже!
По мнению некоторых ученых, золотое покрытие вавилонских украшений сделано настолько тонко, что всякий метод нанесения золота, кроме гальванического, исключается!
Может быть, древние знали об электричестве гораздо больше, чем нам кажется...
Известный египтолог Бругш Паша установил, что в египетских храмах существовали... громоотводы! Они представляли собой высокие деревянные мачты с металлической обшивкой. Такие же шесты, только сделанные из железа, были известны древним индусам...
Высокие медные статуи времен римских деятелей Нумы Помпилия и Туллия Гостилия тоже служили для того, чтобы отводить удары громовержца от грешных голов горожан...
Во время царствования императора Карла Римского крестьяне «для отвода грозы» ставили на полях высокие колья. Но отметим, однако, что сам император сурово карал за это под вполне современным лозунгом борьбы с суевериями.
Неужели и электрическая природа молний была очевидна древним, как она лишь относительно недавно стала ясна Франклину?
Принято считать, что об электричестве человечество узнало в тот момент, когда юная дочь Фалеса из Милета, замечательного наблюдателя и философа-материалиста, пытаясь очистить свое янтарное веретено от приставших к нему мелких пылинок и ниточек, заметила, что, счищенные, они снова спешат прильнуть к нему...
Видимо, свойство янтаря притягивать мелкие тряпочки, нитки, солому было весьма хорошо известно и до Фалеса, и не только в Милете. Этим притяжением объясняются, очевидно, и названия янтаря у разных народов: электрон – притягивающий к себе (Греция), харпакс – грабитель (Рим); кавуба – притягивающий к себе мякину (Персия) и т.п.
И еще одно таинственное свойство было у янтаря и подобных ему предметов: потерев янтарь в темноте, можно было видеть, как весь он взрывается голубоватыми искрами. Искры сопровождает тихий треск, почти неслышимый шорох. Явление это было столь слабо ощутимо, что отождествлять его с грандиозным сверкающим мечом – молнией и громом, которые внушали древним панический страх, было почти немыслимым. Потребовались тысячелетия, чтобы перекинуть мост между этими столь близкими по природе и столь различными по масштабу явлениями.
Можно лишь поражаться тому, что лишь через две тысячи лет после Фалеса таинственные свойства янтаря привлекли внимание исследователя. Им оказался английский врач Вильям Гильберт из Колчестера.
Вильям Гильберт родился в 1540 г. Сразу после школы он поступил в колледж святого Джона в Кембридже, через два года он становится бакалавром, через четыре – магистром, через пять – доктором медицины. Постепенно он достигает вершины медицинской карьеры тех времен и становится лейб-медиком королевы.
Трудно сказать, почему именно медик написал первую научную работу по магнетизму. Может быть, это было связано с тем, что толченый магнит у средневековых лекарей считался сильным слабительным. Сам Гильберт полагал, что магнитное железо «...возвращает красоту и здоровье девушкам, страдающим бледностью и дурным цветом лица, так как оно сильно сушит и стягивает, не причиняя вреда».
Однако горький опыт показал Гильберту, что магниты при приеме внутрь иногда «...вызывают мучительные боли во внутренностях, чесотку рта и языка, ослабление и сухотку членов».
Может быть, экскурсы Гильберта в природу магнетизма и были порождены желанием узнать, где истина: является магнит лекарством или нет. Гильберт приходит к выводу, что «природа магнита двойственная, и больше – зловредная и пагубная». По пути к этому выводу Гильберт делает ряд других, значительно более ценных. Что было известно науке о магните до Гильберта?
В 1269 г. Пьер Перегрин из Марикурта написал книгу «Письма о магните», в которой собрал много сведений о магните, накопившихся до него и открытых им лично. Перегрин впервые говорит о полюсах магнитов, о притяжении («совокуплении») разноименных полюсов и отталкивании одноименных, об изготовлении искусственных магнитов путем натирания железа естественным природным магнитом, о проникновении магнитных сил через стекло и воду, о компасе. Причину притяжения южного и северного полюсов Перегрин и его последователи объясняли довольно туманно: «Южная часть притягивается той, которая имеет свойства и природу севера, хотя они обе имеют одну и ту же специфическую форму. Однако это не исключает некоторых свойств, существующих более полно в южной части. Но эти свойства северная часть имеет лишь в возможности, и поэтому они при этой возможности и проявляются».
Ценность этой точки зрения заключается в том, что она, наталкивая на размышления, привела средневекового арабского мыслителя Ибн-Рушда (Аверроэса) к гениальной догадке. По его мнению, естественный магнит искажал ближайшее к нему пространство в соответствии с его формой. Ближайшие к магниту области среды, в свою очередь, искажали ближайшие к ним и так до тех пор, пока «специи» не достигали железа. В этих рассуждениях снова видится намек на существование магнитного поля – особой формы материи.
До Гильберта было известно и явление «старения магнитов». Так, алхимик Гебер (XII век) писал: «У меня был магнит, поднимавший 100 драхм железа. Я дал ему полежать некоторое время и поднес к нему другой кусок железа. Магнит его не поднял. В куске оказалось 80 драхм. Значит, сила магнита ослабла».
К другим важнейшим догильбертовским событиям можно отнести открытие в XIV веке магнитного склонения, обнаруженные Колумбом в 1492 г. изменения склонения магнитной стрелки на одной и той же параллели, а также открытие магнитного наклонения Георгом Гартманом (Нюрнберг, 1544 г.).
В течение 18 лет Гильберт на собственные деньги ставит бесчисленное количество опытов, которые он описывает в книге «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов», вышедшей в 1600 г. И сам Гильберт, и его современники чрезвычайно высоко оценивали этот труд. Так, Гильберт впервые в истории книгопечатания ставит свое имя впереди названия книги, подчеркивая тем самым свои заслуги.
Заслуги его действительно велики. Самой значительной из них явилось то, что он впервые в истории, задолго до Бэкона, провозгласил опыт критерием истины и все положения проверял в процессе специально поставленных экспериментов.
Изготовив из магнетита шар-терреллу («маленькую Землю»), Гильберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам сильно напоминает Землю. У терреллы так же, как и терры (Земли), оказались северный и южный полюсы, экватор, изолинии, магнитное наклонение. Эти свойства позволили Гильберту провозгласить Землю «большим магнитом». До Гильберта о магнетизме Земли никто не подозревал, и притяжение северного, окрашенного в черный цвет конца магнитной стрелки (Кстати, почему южный конец магнитной стрелки красный, а северный черный? Не исключено, что здесь использованы древнекитайские традиции. Китайцы всегда окрашивали южный конец стрелки в красный цвет. В древнем ассирийском календаре времен Александра Македонского север называется черной страной, юг – красной, восток – зеленой и запад – белой. Городские ворота в Китае окрашивались всегда в соответствии с этим правилом. Вполне вероятно, что такое обозначение стран света было в то время общепринятым и отголоском этого являются названия Черного и Красного морей, лежащих на юг и север от центрального – Средиземного.) к северному полюсу Земли объяснялось в средние века тем, что «железо направляется к северным звездам, так как ему сообщена сила полярных звезд, подобно тому, как Солнцу следуют растения, например подсолнечник».
Гильберт опроверг широко распространенное мнение о влиянии алмазов на магнитные свойства. Он собрал 17 крупных алмазов и в присутствии свидетелей показал, что эти камни никоим образом не влияют на магниты.
Он открыл, что при нагревании магнита выше некоторой температуры его магнитные свойства исчезают; впоследствии эта температура (588°С) была названа точкой Кюри, в честь Пьера Кюри.
Гильберт открыл, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Эта идея была запатентована лишь через 250 лет после смерти Гильберта.
Гильберт открыл, что предметы из мягкого железа, в течение долгого времени лежащие неподвижно, приобретают намагниченность в направлении север – юг. Процесс намагничивания ускоряется, если по железу постукивать молотком. (С этим явлением автору пришлось встретиться в одной из служебных командировок на электростанцию небольшого южного городка. Вызов был странным: «Срочно вылетайте выяснения причин магнитности турбин». Оказалось, что при работе громадные паровые турбины (тогда самые большие в мире) превращаются в гигантские магниты, собирающие со всего машинного зала болты, шпильки, гвозди, гаечные ключи. При исследовании выяснилось, что турбины поступали уже сильно намагниченными. При транспортировке турбины были ориентированы с севера на юг, а перестук колес ускорил намагничивание. При работе турбина, вращаясь в собственном магнитном поле, стала генератором постоянного тока и еще больше намагнитила себя этим током. В конце концов турбина превратилась в очень сильный магнит, о чем можно было судить хотя бы по тому обстоятельству, что для отрыва от турбины ее стальной крышки пришлось использовать пятидесятитонный кран.)
Гильберт открыл экранирующее действие железа. Он первым сказал, что магнит со «шлемом» или «носом», т.е. магнит, вправленный в арматуру из мягкого железа, притягивает гораздо сильнее. Гильберт высказал гениальную мысль о том, что действие магнита распространяется подобно свету.
Гильберт многое сделал и открыл. Но... Гильберт почти ничего не смог объяснить. Все его рассуждения носят схоластический и наивный характер.
Весьма туманно объяснял Гильберт и природу магнетизма. Его ответ, по существу, сводится к тому, что всему причиной душа магнита. Это, в известной мере, шаг назад по сравнению с объяснением Лукреция. Оправданием великому первооткрывателю может, видимо, служить лишь то, что и с позиций современной квантовой физики притяжение магнита не такая уж очевидная вещь... Другим, значительно более серьезным извинением может служить то, что за словом «душа» у Гильберта иногда ясно слышится слово «поле»...
Очень важным в учении Гильберта представляется то, что он, по-видимому, первым отличил электрические явления от магнитных, вскрыв их различную природу. Гильберту удалось разделить магнитные и электрические явления, которые с тех пор стали исследовать раздельно.
Франклин, Ломоносов, Араго изучают...
Оглавление