Мир электричества - Анатолий Томилин

Шаровая молния на крестьянской ферме

В этом случае описываемая шаровая молния должна была иметь значительно большую удельную энергоемкость. Масса выкипевшей воды равнялась примерно ста килограммам.

Из чего же должна состоять шаровая молния, чтобы произвести такое действие? Это наверняка не «горючее вещество», потому что тогда оно должно было бы обладать фантастической эффективностью. Напомню, что даже такое «идеальное горючее», как газ ацетилен, имеет энергоемкость во много раз меньше.

Ученые выдвигали множество гипотез о природе шаровой молнии. И каждую из них время и новые факты низводили с пьедестала. «Яков Ильич Френкель был человеком, которого просто оскорбляло существование непонятных физических явлений, – пишут И. Имянитов и Д. Тихий в книге «За гранью законов науки», посвященной шаровой молнии. – Широко эрудированный физик, он обладал удивительной способностью сопоставлять весьма отдаленные области знания и в то же время легко отвлекаться от досадных мелочей, часто заслоняющих основные черты явления».

Он считал шаровую молнию вихрем из смеси твердых частиц дыма и пыли с химически активными газообразными продуктами, которые образуются в результате удара обычной молнии. Такой вихрь из раскаленных частиц ярко светится. А циркуляция ионов в нем приводит к возникновению сильного магнитного поля, которое стягивает весь клубок в шар и способствует сохранению его формы. Многочисленные наблюдатели отмечают «любовь» шаровых молний к печным трубам и дымоходам. Есть даже свидетельства появления огненных шаров зимой, во время метелей и снегопадов. Не значит ли это, что для существования шаровой молнии необходимы твердые частицы дыма и сажи, пыли и снежинок? Кроме того, после взрыва – разряда шаровой молнии – в воздухе остается дымок с острым запахом.

Яков Ильич Френкель (1894–1952)

Но и по расчетам Френкеля энергоемкость шаровой молнии оказывалась весьма незначительной. Так что, скорее всего, теория, основывающаяся на энергии горения газов, для объяснения природы шаровой молнии не годится. Придется вернуться к гипотезе чисто электрической природы этого явления. И такое предположение рассматривалось учеными.

В 1960 году появилась статья Е. Хилла, в которой он сравнивал шаровую молнию с миниатюрным грозовым облаком, электрические заряды в котором разделены ударом обычной линейной молнии. В небольшом объеме собираются сгустки электрических зарядов различных знаков. Представим себе шаровую молнию, состоящую, как матрешка, из вложенных друг в друга разноименно заряженных слоев. Получится сферический многослойный конденсатор. Но его энергоемкость тоже оказывается очень незначительной, в тысячу раз меньше даже рассчитанной Френкелем. Между тем по причиненным разрушениям взрыв шаровой молнии приравнивается к взрыву «от сотен граммов до 20 кг тринитротолуола». Это весьма солидный заряд взрывчатки.

Понятно, что такие свойства шаровой молнии не могли не привлечь к ней внимания тех, кто занят разработкой нового оружия. Еще в декабре 1960 года в американском журнале «Радио. Электроника» появилась статья: «Шаровая молния против ракет». В ней шло популярное объяснение оригинальной гипотезы советского физика Петра Капицы, выдвинутой им в 1955 году. Он писал: «Если в природе не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии».

ВРЕМЯ ЗАКОНОВ

Глава 5. Предположения и доказательства

В поисках природы новой силы

Если в XVII веке большинство необъяснимых явлений природы, наблюдаемых на Земле, пытались отнести на счет воздушного давления, то сто лет спустя место давления заняло электричество. Ведь до Франклина представления большинства исследователей о природе электричества были чрезвычайно смутными.

Действию новой электрической силы пытались приписать, например, землетрясения. «Разве не могут пустоты и полости внутри Земли, заполненные водой, играть роль усилительных лейденских банок?» – спрашивали сторонники этой гипотезы. «Землетрясения происходят при выравнивании электричества между земной корой и атмосферой!» – утверждали другие. Третьи видели в электричестве причины испарения воды и выпадения дождя. Одна за другой возникло несколько теорий электричества, построенных на основе механических представлений.

Электрическое притяжение пытались объяснить истечением особых частиц. Потом вездесущий аббат Нолле изобрел чисто умозрительную теорию одновременного оттока и притока электрической материи. Его измышления не в состоянии были объяснить ни разницы между «смоляным» и «стеклянным» электричеством, ни работы электрической машины и лейденской банки. Англичанин Уильям Уотсон, обнаруживший, что кожаную подушку, натирающую стеклянный диск электрической машины, следует заземлять, заявил, что электричество рождается вовсе не от трения, а получается из земли и переходит с помощью натирающей поверхности на стеклянный диск.

Сам же Франклин предполагал, что «в природе существует особая «электрическая субстанция», отличная от обыкновенной материи в том отношении, что частицы последней взаимно притягиваются, а частицы первой взаимно отталкиваются друг от друга». Он полагал, что субстанция состоит «из чрезвычайно малых частиц, так как они способны проникать в обыкновенную материю, даже в самые плотные металлы, с большой легкостью и свободой, как бы не встречая при этом сколько-нибудь заметного сопротивления».

При этом распределяется электричество только по поверхности тела, как растекающаяся жидкость, образуя в окружающем пространстве «электрическую атмосферу».

Против взглядов Франклина выступили аббат Нолле и многие его сторонники. Французам не нравилось появление в теории американца сил притяжения и отталкивания. Это придавало теории ньютонианский характер. Франция же в те годы воевала с англичанами в Индии, и все английское было на континенте мало популярным. Французские естествоиспытатели предпочитали видеть сущность электричества не в процессах, которые зарождаются и происходят в самих телах, а в том, что делается в окружающем эти тела пространстве.

Неожиданную поддержку теория Франклина получила в работе Франца Ульриха Теодора Эпинуса. В Берлине профессор астрономии и доктор медицины Эпинус вместе со своим учеником Иоганном Вильке исследовал турмалин и открыл его необычные электрические свойства. Так было открыто еще одно проявление загадочных электрических сил.

В начале XVIII века в брошюре с забавным названием «Курьезные спекуляции (или умозрения) любителя, который охотно всегда размышляет в бессонные ночи» появилось сообщение о том, что голландцы привезли с острова Цейлон камень турмалин, который, будучи нагрет, притягивает и отталкивает частички золы. Силу притяжения турмалина считали магнитной.

После серии опытов Эпинусу и Вильке удалось выяснить, что при неравномерном нагреве минерала на его противоположных сторонах возникают разноименные электрические заряды. Это означало, что притяжение турмалина имеет электрическую природу, а не магнитную.

Пройдут годы, и эффект, наблюдавшийся в турмалине, будет открыт еще раз в других веществах и получит название пироэлектричества от греческого слова «пиро» – «огонь».

В 1756 году уже в Петербурге, куда перебрался Эпинус, заняв после гибели Рихмана должность заведующего физическим кабинетом Академии наук, вышел его трактат «Опыт теории электричества и магнетизма». Во введении автор рассказывает, как открытый им эффект в турмалине натолкнул его на мысль о глубоком сходстве электрических и магнитных явлений. Ведь до этого только магнит имел всегда два полюса, а теперь и нагретый турмалин оказался обладателем дипольного эффекта. Вот только почему? В чем причина обнаруженного явления?

Ученый отказывался даже от обсуждения природы сил притяжения и отталкивания. Он ссылался на Ньютона, который также не занимался выяснением причин всемирного тяготения. Однако при более внимательном прочтении из текста «трактата» можно было понять, что силы притяжения и отталкивания, действующие на расстоянии, являются универсальным свойством электрических зарядов, точно так же как притяжение – универсальное свойство тел в механике Ньютона. За субстанцию, обладающую свойствами электрического притяжения и отталкивания, Эпинус принимал некую единую электрическую жидкость, предложенную Франклином.

По аналогии с гипотезами, высказанными в теории электричества, Эпинус строил и теорию магнетизма. Он предполагал существование магнитной жидкости, частицы которой взаимно отталкиваются. Все тела он делил на безразличные к частицам магнитной жидкости и притягивающие магнитную жидкость.