Владимир Карцев - Приключение великих уравнений
Кабинетом физики заведовал Георг Вильгельм Рихман, один из крупнейших физиков того времени, друг Ломоносова. Рихман сильно интересуется электричеством, проводит многочисленные опыты. В его распоряжении - целое собрание электрических машин (речь идет здесь не о электрических машинах в современном смысле этого слова, а о электростатических машинах, типа машины Герике, а точнее, типа сегодняшней школьной электростатической машины) многие сделаны руками знаменитого первооткрывателя "лейденской банки" Мушенбрека. Когда Петр Первый понял, что России необходима Академия, он сделал следующее указание: "О новых машинах и инструментах, как в физике, так и в математике потребных, ведение взять. О цене и поелику возможно и о употреблении их спросить и сюды прислать... Господину Муссенброку машины и инструменты, к физике экспериментальной принадлежащие, сделать повелеть... Из Англии промыслить такого человека, который бы с экспериментами обходиться и инструменты к тому принадлежащие изготовляти мог". Инструменты Мушенбрека исправно служили в кабинете Рихмана. Однако все эксперименты, производившиеся с этими приборами, нельзя было оценить цифрами - и это очень сдерживает научную деятельность Рихмана. Ведь все явления приходилось описывать лишь качественно. Так, Ломоносов разработал своеобразную шкалу качественной оценки электричества: "синеватые искры", "ясные синеватые", "весьма красные", "вишневые".
Ясно, что для того, чтобы электричество превратить в настоящую, точную науку, такой способ оценки "силы" электричества не годился. Электричеству для его дальнейшего процветания нужно было уже число. Величайшей исторической заслугой Рихмана было то, что был он одним из первых, если не первым, кто превратил электричество в точную науку. К сожалению, в руководствах по физике иной раз Рихман упоминается прежде всего как случайная жертва молнии, а не как один из великих ученых-электриков. Для нас особую ценность имеет еще и тот факт, что Рихман и Ломоносов были первыми русскими учеными-электриками (Рихман, правда, был немец, один из тех, которые были "выписаны" специально для Санкт-Петербургской академии наук за большие деньги; однако он не ставил обогащение своей первой задачей, как иные окопавшиеся в академии немцы, и неоднократно подчеркивал, что все его открытия принадлежат России).
Итак, история русской электротехники может гордиться тем, что у колыбели электрической науки в России стоял такой гений, как Ломоносов. Нужно тут же отметить, что электричеством Ломоносов занимался относительно немного, будучи невероятно занятым как "прочими против физики делами", так и другими в физике отраслями. Но и то, что он сделал, уже ставит Ломоносова в ряд с наиболее видными не просто физиками, но физиками-электриками.
Будучи убежденным материалистом, Ломоносов, естественно, не мог признать какого-то электрического действия на расстоянии "ни через что, просто на расстоянии". Его теория электричества - логическое продолжение его теорий теплоты, справедливых и по сей день. "Все электрические явления, притяжение, искры и т. п. состоят в движении: движение же не может возбуждаться в теле без другого движения. Поэтому должна быть нечувствительная материя вне электризованного тела, которая и производит эти действия...".
Но что это за нечувствительная материя (надо, видимо, иметь в виду, что "нечувствительная" - здесь не та материя, которая не может чувствовать, а та, которую мы не можем чувствовать, то есть воспринимать с помощью своих чувств). Может быть, это воздух, который передает электричество с помощью такого же механизма, которым через воздух передается теплота? Но нет, эксперименты показывают обратное - пушинки прилипают к янтарю, например, и в безвоздушном пространстве. И Ломоносов уверенно пишет: "Так как электрические явления происходят в пространстве, лишенном воздуха, то зависят от эфира, а потому, вероятно, нечувствительная материя и есть эфир".
А что это за новое слово? Не происходит ли здесь всем известный процесс "изгнания Сатаны с помощью Вельзевула", подмена туманного термина другим, еще более неопределенным? Что за таинственный эфир, какие свойства приписываются ему Ломоносовым? Эфир, по его мнению, - "нечувствительная" среда, заполняющая весь мир, все промежутки между телами и их мельчайшими частичками. Эфир служит для передачи тепла и света; он способен двигаться и состоит из мельчайших частичек.
Можно даже попытаться вызвать в сознании образ, видимо, стоявший перед Ломоносовым при писании и произнесении слова "эфир". Это какая-то жидкая волнующаяся среда, движение которой дает электричество. Образ ее - сверкающая, раскаленная, тончайшая жидкость. Ломоносов так и переводит слово "эфир" на латинский (его диссертация "Теория электричества, математически выведенная автором М. Ломоносовым", написана по-латыни) "сжигаю", "сверкаю".
Здесь же перл гениальности: "...вероятнейшей причиной электричества будет движение эфира...". Если учесть, что вкладывал Ломоносов в понятие "эфир", особенно в части электрического воздействия одного тела на другое посредством вполне материальной среды, то ясно, что ломоносовское понимание "эфира" чрезвычайно близко введенному впоследствии Фарадеем понятию "электромагнитного поля". Интуитивно чувствуя, что "эфир" недостаточно полно соответствует свойствам предполагаемой промежуточной среды, Ломоносов сознательно не ограничивается эфиром. Он пишет так:
"...вероятнейшей причиной электричества будет движение эфира... если потом не найдется какая-нибудь другая материя..." (!!!). Вот он, почерк гения!
Здесь, конечно, не следует и упрощать: электричество, известное Ломоносову и Франклину, - статическое электричество. До электричества "гальванического", мощного, движущегося, нужны еще десятки лет, нужны открытия Вольта и Гальвани. Да и "движение" здесь - не совсем то движение, которое имел в виду через десятки лет Фарадей Но Ломоносов, естественно, не мог предусмотреть этих открытий. И тем более достойна удивления его прозорливость. Когда все стало относительно ясным, оказалось, что на скуднейшем материале, имевшемся в то время, Ломоносов смог сделать глубочайшие обобщения, не потерявшие своей справедливости и по сей день, особенно если учесть, что эфир Ломоносова нечто близкое современному понятию "поля". Электричество имеет своей причиной движение поля - пишется и в современных учебниках.
До сего времени не потеряла своего значения и теория атмосферного электричества, разработанная Ломоносовым. Особую роль в ней играют восходящие и нисходящие вертикальные потоки воздуха, электризующиеся от трения при своем движении. Так считают и сейчас, через двести с лишним лет!
Теория эта создавалась Ломоносовым еще до того, как он узнал об экспериментах Франклина. "Франклину в своей теории атмосферического электричества я ничего не должен", - писал он.
Установка Ломоносова для изучения грозовых разрядов. Рисунок М. В. Ломоносова.
Когда Петербурга достигли вести об опытах Франклина, Ломоносов с увлечением принимает близкие ему самому идеи Франклина, причем безоговорочно и решительно - это ценно, если учесть, что Америка считалась тогда научной провинцией, и любая американская теория должна была еще пробивать себе дорогу в воззрениях европейских ученых. В предыдущей главе мы показали, как трудно утверждались а жизни идеи Франклина - вопреки государственным запретам, "протестам общественности" и даже иной раз с помощью судебных процессов. Ломоносов писал по поводу работ Франклина:
"Никто бы не чаял, чтобы из Америки надлежало ожидать новых наставлений об электрической силе, а однако, учинены там наиважнейшие изобретения. В Филадельфии, в Северной Америке, господин Вениамин Франклин столь далеко отважился, чтобы вытягивать из атмосферы тот страшный огонь, который часто целые земли погубляет".
Ломоносов и Рихман решают повторить опыты Франклина и углубить их. Рихману, кроме того, не терпелось приспособить свой электрометр к измерению электрической силы молнии.
В "Петербургских ведомостях" № 50 за 1752 год подробно описывалась созданная Рихманом у себя дома установка (аналогичные установки были построены и Ломоносовым у него дома и в Устье-Рудницах).
"Понеже в разных ведомостях объявлено важнейшее изобретение, а именно: что электрическая материя одинакая с материей грома, то здешний профессор физики, г. Рихман, удостоверил себя о том и некоторых смотрителей следующим образом. Из середины дна бутылочного выбил он иверень, сквозь бутылку продел железный прут длиною от 5 до 6 футов, толщиною в один палец и заткнул горло бутылки коркою. После велел он из верхушки кровли вынуть черепиц и пропустил туда прут, так что он от 4 до 5 футов высунулся, а дно бутылки лежало на кирпичах. К концу прута, который под кровлею из-под дна бутылочного высунулся, укрепил он железную проволоку и вел ее до среднего апартамента все с такою же осторожностью, чтобы проволока не коснулась никакого тела, проводящего электрическую силу. Наконец, к крайнему концу проволоки приложил он железную линейку, так что она перпендикулярно вниз висела, а к верхнему концу привязал шелковую нить, которая с линейкой параллельно, а с широчайшею стороною линейки в одной плоскости висела... и начал уже сначала оного месяца по вся дни следовать, отскочит ли нить от линейки, и произведет ли потому какую электрическую силу, токмо не приметил ни малейшей перемены в нити... Чего ради с превеликою нетерпеливостью ожидал грому, который 18 июля в полдень и случился. Гром, по-видимому, был не близко от строения, однако ж он после первого удара тотчас приметил, что шелковая нить от линейки отскочила..."
