Мир электричества - Анатолий Томилин

Шарль Огюстен Кулон (1736–1806)

Раньше Кулона предположение о том, что сила взаимодействия двух наэлектризованных тел должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними, уже высказывал Джозеф Пристли в «Истории электричества», написанной по настоянию Франклина. В один из своих приездов в Англию Франклин в беседе с Пристли обратил его внимание на то, что пробковые шарики, подвешенные внутри металлического сосуда, не обнаружили никакого воздействия со стороны стенок наэлектризованного сосуда. Сам Франклин не смог объяснить причины наблюдаемого явления. Пристли в конце 1766 года повторил опыт Франклина и высказал предположение: «Нельзя ли заключить из этого опыта, что электрическое притяжение подчиняется такому же закону, как и тяготение, то есть оно изменяется пропорционально квадратам расстояния».

Это предположение не обратило на себя внимания современников. И к тому же оно было только предположением. Доказал же его Кулон!..

В качестве гипотезы о природе электрической материи Кулон принял существование двух электрических жидкостей – положительной и отрицательной. Эту же гипотезу он распространил и на магнитные тела. Его теоретические выводы позволили ученым в дальнейшем вычислять распределение электричества по поверхности тел правильной формы и дали направление применению математического анализа в науке об электричестве.

Так и вошел в науку закон о взаимодействии электрических зарядов под названием закона Кулона.

Крутильные весы Кулона

На первых порах могло показаться, что открытие Кулоном закона взаимодействия электрических зарядов не внесло никаких кардинальных изменений в развитие учения об электричестве. Лишь двадцать пять лет спустя, когда французский ученый Пуассон с помощью этого закона решил математическую задачу о распределении заряда по поверхности проводника, исследователи должным образом смогли оценить его значение. Сегодня, оглядывая путь, пройденный человеческим познанием за два с лишним столетия, мы видим, что именно на период работ Кулона приходится начало новой эпохи в развитии науки об электричестве – эпохи количественных соотношений.

Гений-мизантроп

Спустя более полувека после того, как закон Кулона получил официальное признание, английский физик Джеймс Клерк Максвелл разбирал рукописи Генри Кавендиша. Среди пожелтевших от времени бумаг он случайно наткнулся на прекрасное опытное доказательство выдвинутой Пристли гипотезы. Относились эти опыты примерно к 1773 году, то есть на двенадцать лет опережали работу Кулона. Кем же был Генри Кавендиш, оставивший неопубликованным великое открытие века? Его фигура необычна и примечательна, а его труды достойны того, чтобы о них рассказать подробнее.

В 1731 году в семье лорда Карла Кавендиша, герцога Девонширского, родился второй сын. Ребенок увидел свет в благословенной Ницце, где его молодая мать пыталась вернуть себе здоровье, потерянное на берегах туманного Альбиона. Увы, два года спустя, когда ее маленький сын, получивший имя Генри, только начинал говорить, она умерла. Мальчика ждала незавидная судьба младших детей из английских аристократических фамилий. Генри не мог наследовать герцогский титул. А в связи с тем, что волей судьбы он оказался младшим в роду, ему не приходилось рассчитывать и на фамильное состояние. Усвоив это, юный Кавендиш раз и навсегда отказался от честолюбивых мыслей, сосредоточив весь свой интерес на естествознании.

Генри Кавендиш (1731–1810)

Генри рос нелюдимым, замкнутым ребенком, с недетским взглядом глубоко посаженных глаз. На каждое замечание он реагировал болезненно, подозревая покушение на свою независимость, самостоятельность и гордость.

Он получил хорошее домашнее воспитание. Отец, увлекавшийся вопросами метеорологии, много времени уделял младшему сыну. Привлекая его к своим опытам, учил строить приборы.

Поздно по сравнению с окружающими подростками поступил он в Питерхаус – один из колледжей Кембриджского университета. Но проучился там недолго. Не желая из гордости подвергаться экзаменам, Генри покинул Питерхаус. Он уединился в своем доме, свел до минимума потребности, чтобы прожить на имеющийся небольшой доход, и полностью отдался науке. Примерно с 1764 года он провел серию исследований газов. Однако и здесь, не желая признавать чей-либо авторитет, полный безразличия к окружающему обществу, не публиковал своих результатов.

В эти годы сложился окончательно его характер. Современники рассказывают, что с домашними Кавендиш объяснялся по преимуществу жестами. Так было короче. Он не выносил присутствия женщин и старался не заводить вообще никаких новых знакомств.

В сорок один год он получил огромное наследство от умершего дяди, но это ни на йоту не изменило его привычек. Разве что он стал тратить без оглядки деньги на постановку экспериментов и на пополнение своей библиотеки.

История не оставила нам подлинного портрета этого ученого. Существует только рисунок, являющийся собственностью Британского музея. Он, правда, больше похож на шарж…

В. П. Карцев в биографии Максвелла приводит любопытное описание Генри Кавендиша:

«Странная нелюдимость, паническая боязнь женщин, угрюмый характер, молчаливость. Визгливый голос, с каким-то великим трудом исторгающийся из горла. Друзья злоупотребляли его доверием в пользовании его библиотекой. Незнакомцы не могли и думать о приглашении в дом. Все, что он делал, он, казалось, делал с великим трудом: писал, ходил.

Странной казалась его походка, быстрая, но вместе с тем какая-то болезненная и искусственная, нелегкая. Ходил он, чтобы ни с кем не здороваться, посредине мостовой, между экипажами. Ко всему, что не касалось науки, Кавендиш был холодно-безразличен, никогда не слышали, чтобы он о чем-то отозвался более или менее положительно».

Такова характеристика этого человека – воплощения английской эксцентричности и чудачества. И вместе с тем Кавендиш был блестящим ученым. В его манускриптах Максвелл нашел описание удивительных по тонкости, оригинальности замысла и по выполнению экспериментов. Целый ряд великолепных открытий был сделан им за закрытыми дверями домашней лаборатории. Открытий, о которых он и не подумал оповестить ученый мир.

«В своих рукописях, – пишет Максвелл, который пять лет разбирал рукописный архив Кавендиша, готовя 25 пакетов манускриптов к изданию, – он обнаруживает знакомство с законами параллельного и последовательного соединения проводников, однако, для того чтобы пролить свет на смысл его слов, нужно обратиться к его опубликованной статье (о скате-торпедо). Он провел весьма обширные исследования в области проводимости солевых растворов в трубках, которые можно уподобить проволокам из разных металлов. Создается впечатление, что он достоин еще больших почестей, так как он превзошел Ома задолго до того, как были открыты постоянные токи. Его измерения емкости заставляют нас попотеть в кавендишской лаборатории, прежде чем мы достигнем точки, где он остановился…»

Удивительно, что все его открытия были сделаны до того, как в руках экспериментаторов появился первый электрический элемент – вольтов столб, дающий, хоть и кратковременно, постоянный ток. Источниками электричества Кавендиша были легко бегущие облака, несущие в себе едва уловимые заряды, и ненадежная электрическая машина. «Его единственным несчастьем, – добавляет Максвелл, – было то, что он не имел электрометра Томсона. И тем не менее. Он нашел диэлектрические постоянные для стекла, смолы, воска и т. п.».

Опыт Кавендиша, показывающий, что электричество распределяется только по поверхности проводника

Тончайшие измерения были проделаны Кавендишем фактически без контрольных приборов – их еще просто не изобрели. Единственным регистрирующим прибором ученого был он сам и его столь же молчаливый слуга Ричард – «физиологический гальванометр».

Фактически он предвосхитил открытие закона Кулона и раньше Фарадея нашел влияние диэлектрика на емкость конденсатора. Кроме физических опытов, Кавендиш много занимался химией. В 1766 году он получил водород и углекислый газ и измерил их плотность. В 1789 году определил количество кислорода в воздухе, нашел состав воды. Дитя своего века, он был тем не менее сторонником теории флогистона и именно с этих позиций объяснял результаты многих химических экспериментов.

Закончив одну работу, Кавендиш занимался следующей проблемой, ни словом публично не обмолвившись о сделанных открытиях. Удивительный характер! Впрочем, мизантропия и оригинальность не столь уж уникальные качества гениев – героев истории науки.

Кавендиш никогда не болел. Лишь на восьмидесятом году жизни, впервые почувствовав недомогание, он понял, что умирает. Потребовал, чтобы никто из слуг не входил в его комнату, а врачу, прибывшему к нему, запретил помогать себе.