На кого упало яблоко - Владимир Кессельман

Благодаря популяризаторской деятельности Нолле опыты со столь простым и доступным прибором, как лейденская банка, получили широкое распространение. Их повторяли в аристократических салонах и в ярмарочных балаганах. Голубыми искрами, извлеченными из пальцев наэлектризованного добровольца, поджигали спирт и порох, убивали мышей и цыплят. В газетах писали о чудесных исцелениях паралича благодаря электрическим ударам. Опыты повторяли в Англии и Италии; в России это сделали Рихман и Ломоносов, в Америке — Франклин. Последний доказал, что «сила банки» и ее способность «давать потрясения… заключаются в самом стекле», а с помощью обкладок электричество «сообщается и уводится». Убедившись в том, что «сила банки» — в стекле, Франклин решил создать новый вид банки, состоящей из «больших оконных стекол». По сути, это был плоский конденсатор.

Как возникают теории

Почти анекдотическая история связана с именем академика Роберта Симмера. В 1759 году английский естествоиспытатель Р. Симмер сделал заключение о том, что в обычном состоянии любое тело содержит равное количество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга. При электризации происходит их перераспределение. Биографические сведения о Симмере крайне скудны. Родился предположительно в Шотландии около 1707 года, в 1753 году был избран членом Лондонского королевского общества, умер в Лондоне 10 июня 1763 года. Путь, которым пришел к своим открытиям Симмер, неординарен, что подчеркивается всеми историками физики и обычно вызывает улыбку. Речь идет о прилипающих к ногам мужских чулках.

Симмер носил на ногах две пары шелковых чулок, черную и белую, одну поверх другой. Почему? Может, причина в моде, а может, просто в рассеянности, например. Вот великий английский физик Гемфри Дэви, говорят, однажды явился на прием в пяти парах чулок.

Так это было с Симмером или нет, вряд ли прояснится, но достоверно известно, что, снимая чулок за чулком, он заметил, что они оказываются сильно наэлектризованными. Причем чулки одного и того же цвета взаимно отталкивались, а белый и черный взаимно слипались (притягивались). Когда же черный и белый чулки снимались одновременно парой, таких явлений не наблюдалось. Какой все же был наблюдательный! Вот что важно.

Симмер стал искать причины столь неординарного поведения этих предметов одежды. Для увеличения эффекта он натирал один чулок о другой. Они раздувались, словно надутые воздухом, а сближаясь, слипались, становились плоскими, и требовалось некоторое усилие, чтобы их разъединить. Для уменьшения влияния посторонних факторов он стирал чулки, перекрашивал и даже окуривал серой. Когда же Симмер умудрился вставить один заряженный чулок в другой, то для их разъединения потребовалось усилие в 10 фунтов. Результаты исследований Симмер издал в 1759 году в сборнике Королевского общества «Новые опыты и наблюдения, относящиеся к электричеству…».

Пытаясь разобраться в своих наблюдениях, Р. Симмер выдвинул гипотезу о существовании в порах природных тел двух типов невесомых электрических частиц, заряженных разноименно, но нейтрализующих одна другую. Наэлектризованным тело становится тогда, когда в нем имеется только один вид электрического флюида или по крайней мере избыток одного вида частиц. Гипотеза получила название дуалистической (от лат. dualis — двойственный), а ее автор — прозвище «разутого философа»[9].

Профессор или студент

В июне 1820 года малоизвестный датский физик Эрстед (1777–1851) печатает на латинском языке небольшую работу под заголовком: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». В ней ученый пишет: «Основной вывод из этих опытов состоит в том, что магнитная стрелка отклоняется от своего положения равновесия под действием вольтаического аппарата и что этот эффект проявляется, когда контур замкнут, и он не проявляется, когда контур разомкнут». Существуют два варианта истории открытия, сделанного Эрстедом в 1819–1820 годах. Вот наиболее распространенный.

Эрстед на лекции в университете демонстрировал нагрев проволоки электричеством от «вольтова столба», для чего составил электрическую, или, как тогда говорили, гальваническую, цепь. На демонстрационном столе находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов. Вдруг кто-то из студентов случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону. Правда, существует мнение, что Эрстед заметил отклонение стрелки сам. Эрстед в своих позднейших работах писал: «Все присутствовавшие в аудитории свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью, как хотел бы заключить профессор Гильберт из тех выражений, которые я использовал при первом оповещении об открытии». Но почему же возникают сомнения? Почему вокруг обстоятельств этого события впоследствии разгорелось так много споров? Дело в том, что студенты, присутствовавшие на лекции, рассказывали потом совсем другое, чем поведал Эрстед. По их словам, Эрстед хотел продемонстрировать на лекции всего лишь интересное свойство электричества нагревать проволоку, а компас оказался на столе совершенно случайно. И именно случайностью объясняли они то, что компас лежал рядом с этой проволокой, и совсем случайно, по их мнению, один из зорких студентов обратил внимание на поворачивающуюся стрелку, что вызвало удивление и восторг.

Сразу же после публикации работы Эрстеда ею заинтересовались многие европейские естествоиспытатели. Так, известный французский ученый Д. Араго на заседании Академии наук заявил коллегам: «Господа, профессору в Копенгагене Эрстеду удалось сделать прекрасное открытие… которое чревато такими последствиями, которые сейчас еще не в состоянии предусмотреть пытливый, но ограниченный человеческий ум». Случайно ли то, что именно Эрстед сделал открытие? Ведь счастливое сочетание нужных приборов, их взаимного расположения и «режимов работы» могло получиться в любой лаборатории? Да, это так. Но в данном случае случайность закономерна — Эрстед был в числе тогда еще немногих исследователей, изучавших связи между явлениями. Говорят, что Эрстед не расставался с магнитом. Кусочек железа должен был непрерывно заставлять его думать в этом направлении.

Триумф династии Беккерелей

Пример династии Беккерелей, когда на протяжении четырех поколений продолжалось «семейное» дело, уникален. Родоначальником династии был Антуан Сезар Беккерель (1788–1879). До 27 лет он служил в армии и был участником Испанской войны (1810–1812), развязанной Наполеоном, а затем всецело посвятил себя науке, возглавив кафедру физики в Парижском музее естественной истории. Антуан Сезар был членом Парижской академии наук (1829), а затем и ее президентом (1838).

Его сын Александр Эдмон Беккерель (1820–1891) продолжил дело вначале в качестве ассистента, а затем в должности директора Музея естественной истории. Он проводил исследования в тех же направлениях, что и отец, перед авторитетом которого глубоко преклонялся. Как и отец, он был членом Парижской академии наук (1863) и ее президентом (1880).

Но подлинный триумф династии пришелся на долю Антуана Анри Беккереля (1852–1908), который продолжил дело отца и деда в Музее естественной истории. Наряду с работами по магнитооптике и спектроскопии он также интересовался явлением фосфоресценции.

Антуан Анри Беккерель взялся за проверку высказанной А. Пуанкаре гипотезы, что Х-лучи, открытые в 1895 году В. К. Рентгеном, сопровождают любую фосфоресценцию. В Музее естественной истории были все условия для проверки этого предположения. Среди ряда фосфоресцирующих веществ он использовал гидратированный сульфат уранила и калия. При облучении этой соли солнечным светом А. А. Беккерель ожидал появления Х-лучей. Для их регистрации он размещал кристаллы урановой соли на фотопластинках, завернутых для защиты от света в плотную черную бумагу. Было установлено, что пластинки подвергались засвечиванию.

Казалось, что подтверждается гипотеза о том, что фосфоресценция, вызванная солнечным светом, сопровождается Х-излучением. Однако, проявив пластинки, на которых лежали кристаллы урановой соли, не подвергавшиеся действию света, он получил тот же самый результат. Он проверяет себя еще и еще раз. 26 февраля 1896 года настали пасмурные дни, и Беккерель с сожалением прячет приготовленную к эксперименту фотопластинку с солью в стол. Между лепешкой соли и фотопластинкой на этот раз он положил маленький медный крестик, чтобы проверить, пройдут ли сквозь него рентгеновские лучи. Вероятно, немногие открытия в науке обязаны своим происхождением плохой погоде. Если бы конец февраля 1896 года в Париже был солнечный, не было бы обнаружено одно из самых важных научных явлений, разгадка которого привела к перевороту в современной физике. 1 марта 1896 года Беккерель, так и не дождавшись появления солнца на небе, вынул из ящика ту самую фотопластинку, на которой несколько дней пролежали крестик и соль, и на всякий случай проявил ее. Каково же было его удивление, когда он увидел на проявленной фотопластинке четкое изображение и крестика, и лепешки с солью! Значит, солнце и флуоресценция здесь ни при чем? Как первоклассный исследователь, Беккерель не поколебался подвергнуть серьезному испытанию свою теорию и начал исследовать действие солей урана на пластинку в темноте. Так обнаружилось, и это Беккерель доказал последовательными опытами, что уран и его соединение непрерывно излучают без ослабления лучи, действующие на фотографическую пластинку и, как показал Беккерель, способные также разряжать электроскоп, то есть создавать ионизацию. Открытие это вызвало сенсацию. Особенно поражала способность урана излучать спонтанно, без всякого внешнего воздействия. Рамзай рассказывает, что когда осенью 1896 года он вместе с лордом Кельвином (Томсоном) и Стоксом посетил лабораторию Беккереля, то «эти знаменитые физики недоумевали, откуда мог бы взяться неисчерпаемый запас энергии в солях урана. Но именно Антуан Анри Беккерель после ряда сомнений и колебаний связал засвечивание фотоматериалов с самопроизвольно испускаемыми ураном лучами. Некоторое время они носили название „урановые лучи“ или „лучи Беккереля“».