Майкл Фарадей
Силы материи и их взаимодействия
Вступительная статья и примечания 3. Цейтлина
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АНТИРЕЛИГИОЗНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА — 1940Настоящее издание представляет собой переработку выпущенного в 1865 г. В. Лугининым перевода под неточным названием «Силы природы и их взаимоотношения».
Текст сверен с английским оригиналом, вышедшим в 1861 г. третьим изданием под редакцией известного физико-химика Вильяма Крукса. Большинство примечаний написано 3. А. Цейтлиным, некоторые, принадлежащие Круксу, отмечены буквой "К".
Книга посвящена закону сохранения и превращения энергии, рассчитана на широкого читателя и может быть использована преподавателями средней школы и лекторами на научно-популярные и антирелигиозные
Вторая половина XVIII в. и первая половика XIX в. ознаменовались в экономической истории" Западной Европы промышленной революцией, сущность которой характеризуется переворотом в промышленной технике и переходом к промышленному капитализму.
Еще в период XVII — XVIII вв. ослабление цехов, усиление торгового капитала и рост массового кустарного производства, работающего на вывоз, появление первых крупных капиталистических предприятий — мануфактур — все это вместе взятое обусловило возникновение обширного рынка и широкое применение машин. В этих условиях (массового производства) стремление к снижению издержек производства содействовало появлению новых изобретений. Последние же нуждались в научном прогрессе и, естественно, стимулировали его.
Первой вступила на путь промышленной революции Англия. Среди других стран Западной Европы ома была самой экономически развитой страной, благодаря чему все характерные особенности буржуазной революции получили в ней наиболее полное и четкое выражение. Неудивительно поэтому, что Англия явилась родиной гениального ученого, открытия которого легли в основу Величайших технических достижений. Этим ученым был Фарадей.
Михаил Фарадей родился 22 сентября 1791 г. в окрестностях Лондона, в семье кузнеца. Родители Фарадея, как и он сам, принадлежали к небольшой религиозной секте, возникшей в Шотландии в 1728 г. Представители этой секты назывались сначала глэсситами, по имени ее основателя Джона Глэсса, а затем стали называться зандемяновцами, по имени Роберта Зандемана.
Фарадей при случае не скрывал своей религиозности, но, как это нередко бывает среди ученых, не порвавших с религией, его религиозное мировоззрение находилось в резком противоречии с его научной деятельностью. Биограф Фарадея — Вильгельм Оствальд — справедливо замечает, что своих религиозных воззрений Фарадей абсолютно не вносил в область научного исследования.
Сам Фарадей в одном из своих писем говорит: «Хотя в природе творения бога никогда не могут находиться в противоречии с высшими предметами, относящимися к нашей будущей жизни, и хотя эти творения должны служить подобно всему другому для его возвеличения и восхваления, — я все же не нахожу нужным сочетать изучение естественных наук с религией и всегда считал религию и науку вещами совершенно различными».
Отец Фарадея Джемс отдал своих сыновей Михаила и старшего Роберта в начальную школу. Но уже девяти лет из-за столкновения с учительницей, пожелавшей наказать маленького Фарадея розгами, мальчика пришлось забрать из школы и на этом покончить с его официальным обучением. В школе Фарадей научился лишь чтению, письму и начаткам счета.
Жить семье кузнеца Фарадея становилось все труднее. Был 1801 год, когда Наполеон I сколотил против Англии известный континентальный блок. Рабочее население Англии терпело особенно сильную нужду. Материальная стесненность семьи Фарадеев заставила отдать ставшего брата Фарадея в ученики к кузнецу, а Михаила, по настоянию матери, не трогали до 13 лет. Михаил в детстве обладал слабым здоровьем, и отец, определил его в книжную лавку француза Жоржа Рибо рассыльным. В обязанности мальчика входила разноска газет подписчикам. В те времена газет было мало, и стоили они дорого. Многие подписчики платили только за прочтение газеты, и маленькому Фарадею приходилось часто часами простаивать у подъездов, ожидая возврата газеты.
Фарадей рассказывал, что в часы таких ожиданий он никогда не скучал, а всегда обдумывал различные вопросы, которые он сам себе задавал. Пытливость и любознательность мальчика заставляли искать ответов в книгах, и Фарадей рано пристрастился к чтению.
По воскресеньям в лавке француза Рибо устраивалось нечто вроде клуба. Здесь прочитывались громко газеты, хозяин показывал покупателям книжные новинки, тут же обсуждались различные новости.
Михаил проработал рассыльным год, после чего отец Фарадея заключил с торговцем Рибо контракт, по которому Михаил был отдан в ученики на 7 лет. Рибо обязался выучить мальчика переплетному делу и торговле писчебумажными принадлежностями, за что Михаил должен был беспрекословно подчиняться хозяину и работать с 5 утра до 7 вечера. Дальше в контракте говорилось, что ученик пользуется пищей, одеждой и помещением хозяина безвозмездно. Побег от хозяина грозил ученику тюрьмой.
7 октября 1805 г. участь четырнадцатилетнего Фарадея была решена в камере мирового судьи, который, по английскому закону, утверждал подобного рода контракты.
Работал мальчик хорошо. По вечерам, оставаясь один, он жадно читал книги, которые переплетал. Рибо ценил способного ученика и не мешал этому чтению. Сначала Фарадей увлекался романами, путешествиями, сказками. Однажды ему попались три маленьких томика «Химических бесед» мадам Марсе, написанных ярким и живым языком. Книжка Марсе произвела большое впечатление на Фарадея, и с тех пор он пристрастился к чтению естественнонаучных книг. Явления природы и объяснение этих явлений — вот что занимало ум юноши. Он читает статьи по электричеству в Британской энциклопедии.
Мальчик был резв, имел сильное соображение и вместе с тем строгий критический ум. Он начал проверять прочитанное на опыте. Силы электричества настолько пленили его ум, что он соорудил в переплетной мастерской самодельную электрическую машину и немало удивлял ею окружающих. Еще одна книга оставила в уме Фарадея глубокий след. Это были «Письма о физике к немецкой принцессе» Леонарда Эйлера. Фарадей познакомился также с сочинением «Об уме» Уайта, трактующим модную в то время тему о познавательных способностях человеческого разума.
В 1810 г. умер от туберкулеза Джемс Фарадей. В этом же году Михаил Фарадей в витрине книжного магазина прочел объявление о том, что некий мистер Тетем прочтет ряд вечерних общедоступных лекций по естествознанию у себя на квартире. Плата за вход 1 шиллинг. Шиллинг, который так беспокоил Михаила, дал ему брат Роберт, правда, предупредив Михаила, что все эти лекторы — шарлатаны. Тетем оказался добросовестным и опытным педагогом. На этих лекциях Фарадей познакомился с несколькими молодыми учеными, которые не только помогли ему преодолеть трудности, встречавшиеся при изучении того или иного вопроса, но и дали возможность молодому переплетчику проникнуть в некоторые научные учреждения, в том числе в созданное тем же Тетемом вольное «Философское общество». Новые связи в большой мере содействовали развитию и образованию Фарадея.
Фарадей усердно конспектировал лекции и своим прилежанием обратил на себя внимание жильца своего хозяина, художника-эмигранта Маскерье, который обучил его рисованию и черчению.
Тут же на лекциях Фарадей познакомился с Бенджаменом Абботом, который на всю жизнь остался его другом и в тяжелые минуты поддерживал Фарадея.
В 1812 т. один из клиентов переплетной мастерской — Дэне обратил внимание на любознательного и чрезвычайно способного ученика. С целью поощрить его к дальнейшим занятиям Дэне предоставил ему возможность посетить несколько лекций знаменитого химика Дэви, которые произвели на Фарадея неизгладимое впечатление.
Дэви, несмотря на свою молодость, был самой блестящей фигурой в английском ученом мире и пользовался большой известностью за границей. Свою научную карьеру он сделал с большой быстротой. Дэви много работал над изучением действия разных газов в газовой лечебнице доктора Бэддоса в Клифтоне. Его открытие — соединение азота с кислородом (веселящий газ) создало ему большую известность. Дэви пригласили читать лекции в Королевском институте Великобритании, открытом на средства частных лиц, с прекрасно оборудованными аудиториями и лабораториями. Вначале он был единственным лектором Королевского института и сразу же стал очень популярным среди лондонской публики. На лекциях Дэви состав слушателей был совершенно иной, чем у Тетема. Фарадей чувствовал себя неловко среди нарядных леди и блестящих милордов. В своих лекциях по электрохимии Дэви доказывал научные истины на опыте, разбивая общераспространенные предвзятые мнения. Это производило сильное впечатление на Фарадея, который, несмотря на свою молодость, обладал большой способностью к критическому мышлению. Фарадей восхищался смелостью и новизной утверждений Дэви и прекрасным выполнением опытов.
Фарадей начал упорно думать о том, как бы ему самому заняться наукой. Он решил написать письмо Бэнксу, президенту Лондонского королевского общества естествознания и сам отнес свое письмо. В нем Фарадей просил Бэнкса помочь ему подучить хоть самое ничтожное место, где он постарался бы быть полезным науке и где он смог бы пополнить свое образование.
Ответа на письмо Фарадей не получил. С горечью принял Фарадей это холодное равнодушие. Между тем срок ученичества у Рибо окончился, и 7 ноября 1812 г. Рибо рекомендовал своего ученика новому хозяину, французу Делярошу. Делярош был человек вспыльчивый, часто кричал на рабочих и даже бил их. Опытов больше производить Фарадею не удавалось, и все мысли его были направлены на то, как избавиться от грубости хозяина и от отупляющего беспросветного механического труда. По существу, однако, Делярош был добрым человеком и даже хотел сделать Фарадея, своим наследником, но Фарадей мечтал быть ученым. Мистер Дэне, видя удрученное состояние Фарадея, посоветовал ему обратиться к Дэви, послав ему конспект лекций.
Фарадей на этот раз написал короткое письмо и на ответ не надеялся. Ответ последовал, но, к великому огорчению Фарадея, Дэви ограничился обещанием рекомендовать его своим коллегам в качестве... переплетчика. Лишь случай помог Дэви ближе узнать Фарадея и изменить свое мнение о Нем.
Лишившись временно способности работать вследствие ранения глаза, Дэви пригласил Фарадея для скромной роли писца. Вскоре из отрывочных частных разговоров с ним Дэви пришел к заключению, что молодой человек обладает исключительными способностями и довольно большими знаниями. Удивленный Дэви предложил ему вакантное место лаборанта химической лаборатории Королевского института, директором которой он состоял. Хотя обязанности лаборанта немногим отличались от обязанностей простого служителя, Фарадей принял предложение с радостью. Вознаграждение в размере 25 шиллингов в неделю и квартира из двух комнат вполне удовлетворяли нетребовательного Фарадея, тем более, что он мог теперь целиком отдаться научной работе, которая представляла собой предел его желаний.
Дэви не разделял восторга своего нового сотрудника. «Помогая мне в осуществлении моих стремлений, — рассказывал впоследствии Фарадей, — он вместе с тем предупреждал не бросать прежнего места; он говорил, что наука — особа черствая, что она в денежном отношении скупо вознаграждает тех, кто посвящает себя служению ей. На мое замечание о возвышенных нравственных переживаниях людей науки он улыбнулся и сказал, что предоставит меня опыту нескольких лет, который в этом отношении исправит мои взгляды».
Огромное влияние на развитие Фарадея оказало его путешествие совместно с Дэви на континент. Знакомство с бытом и нравами континентальной Европы, а также с ее выдающимися учеными расширило кругозор Фарадея, обогатило его жизненный опыт и научные знания. Ради этого путешествия он готов был переносить возмутительное отношение к себе высокомерной леди Дэви. Хотя Фарадей был приглашен Дэви в качестве «помощника натуралиста» он, по просьбе Дэви, в некоторой степени заменял камердинера, отказавшегося в последний момент ехать с хозяевами. Неуживчивый характер жены Дэви сделал это двусмысленное положение Фарадея весьма тягостным.
«Я научился понимать свое невежество, — писал Фарадей своему другу, — стыжусь своих разнообразных недостатков и желаю воспользоваться теперь случаем исправить их... Это обстоятельство и побуждает меня сопутствовать сэру Гемфри Дэви до окончания путешествия».
День отъезда из Англии Фарадей пометил в своем дневнике; как день, знаменующий новую эпоху его жизни...
Во время путешествия Фарадей впервые близко соприкоснулся с европейским ученым миром. Дэви посещали крупнейшие европейские естествоиспытатели — знаменитый Ампер, профессор прикладной химии Клемане, выдающийся физико-химик Гей-Люсак, физик и врач Делярив и др.
В Париже Дэви при сотрудничестве Фарадея открыл иод
Фарадей наблюдал водяные смерчи и производил опыты с электрическими рыбами — скатами. Он и раньше читал об этих чудесных рыбах, от прикосновения к которым получался сильный электрический удар.
В Италии, во Флоренции, Дэви проделал опыт, на котором подтвердилось предположение Ньютона, что алмаз — горючее тело. Дэви окончательно доказал, что алмаз — это кристалл чистого углерода.
Италия особенно поразила Фарадея. Вся Флоренция представлялась ему сплошным музеем. Флоренция бережно хранит памятники славного прошлого, оставшиеся от Данте, Микеланджело. Петрарки, Галилея. Во Флорентийском музее естествознания Фарадей увидел телескоп Галилея, с помощью которого Галилей открыл спутников Юпитера. Будучи в Риме, Фарадей долго простаивал перед зданиями, красота которых заключалась в удивительно правильном соотношении частей. От всестороннего познания. природы и культуры Фарадей возвращался к суровым будням, к унизительному положению лакея, что отравляло все радости молодого человека. Жена Дэви, знатная дама, старалась на каждом шагу подчеркнуть Фарадею его зависимое положение слуги. Гостя у Делярива, Фарадей был приглашен к общему столу. Леди Дэви была возмущена этим нарушением этикета, Деляриву пришлось приказать накрыть отдельный столик для Фарадея. Во время обеда он подошел с бокалом к Фарадею и провозгласил тост за науку. «Не огорчайтесь, мой молодой друг, и будьте уверены, что тот, кто хочет унизить другого, унижает только себя».
Фарадей скрывал от своих близких друзей и родных истинное положение, но часто печаль от повседневных унижений его человеческого достоинства прорывалась в нем. Он пишет своему другу Абботу: «Проходя через жизнь, каждый из нас получает двойной ряд уроков: в школе благополучия и в школе лишений. И я думаю, что это относится не только к богатству и к бедности, но и ко всему, что делает нас счастливыми или несчастными. Я прошел еще только первый класс обеих этих школ, но я уже научился видеть, что те вещи, которые представляются нам, как несчастье или крайнее зло, на самом деле оказываются благодетельными для будущего нашего развития».
Путешествие с Дэви открыло перед Фарадеем новый мир. Наблюдая за работой учителя, он научился замечать ошибки, которых следовало избегать. Фарадей придавал самообразованию большое значение. «Что может быть поучительнее для нас, чем наблюдение за действиями других?» — писал он. Фарадей с одинаковой пытливостью рассматривал ландшафты, животных и людей. Его, жителя Лондона, города самых резких социальных контрастов, глубоко поражала ужасная нищета, которую он увидел во Франции, истощенной наполеоновскими войнами.
Свои впечатления Фарадей тщательно заносил в дневник, и никакие, даже малозначащие, подробности не ускользали от его внимания.
15 мая 1815 г., через две недели после возвращения в Лондон, Фарадей опять приступил к работе в Королевском институте, но уже не лаборантом, а ассистентом с окладом 30 шиллингов в месяц. Фарадей расписал все часы своих занятий. Все дни он проводил в Институте, а вечера использовал для самообразования по точно выработанной программе. Работы у Фарадея было много. Кроме лабораторных занятий он присутствовал на лекциях Дэви и профессора химии Брэнда, помогая им во всем. После ухода Дэви из лаборатории Фарадей тщательно перемывал всю посуду и убирал приборы. Потом он был занят подготовкой опытов к очередным лекциям. Эта подготовка целиком лежала на Фарадее. По средам он посещал организованный им кружок самообразования — «Философское общество», а субботы проводил у матери.
В «Философском обществе» Фарадей прочел несколько лекций по химии. К своей первой лекции он готовился целый месяц и написал ее всю. Каждое слово, выражающее его мысли, звучало ясно и просто. Товарищи очень тепло приняли его лекцию и указали на недостатки и неудачные обороты речи, повторения, нечеткость отдельных выражений и неправильное произношение. Эта критика внушила Фарадею мысль брать уроки выразительного чтения.
В 1816 г. Фарадей прочел семь лекций о притяжении, и о химическом сродстве, о хлоре, фторе, йоде, кислороде и азоте. К этому периоду относится появление в печати первой работы Фарадея о химическом составе тосканской извести. Произвести химический анализ этой извести поручила Дэви одна знатная дама — герцогиня Монтрозская, а Дэви передал эту работу Фарадею, который выполнил поручение блестяще и составил о нем прекрасный отчет. Дэви остался очень доволен отчетом и передал его Брэнду для напечатания в журнале Королевского института.
Основным стремлением Фарадея в первый период его научной деятельности было стремление овладеть искусством экспериментирования. Он постиг это искусство в таком совершенстве, что впоследствии в ученом мире пользовался славой «короля экспериментаторов».
Стремление Фарадея стать мастером своего дела было той характерной чертой, которая отличала его от многих исследователей, и все, что он ни делал, делалось чрезвычайно тщательно и поистине мастерски.
Всего в течение первого периода своей научной деятельности (1816 — 1830 гг.) Фарадей опубликовал 60 исследований и вышедшую в 1827 г. книгу «Химические опыты». К числу открытий, сделанных им в это время, относятся и такие значительные, как, например, открытие метода сжижения газов, открытие бензола и бутилена, а также указание метода добывания новой группы веществ — сульфокислот.
Вслед за этим началась эпоха (1830 — 1860 гг.) замечательных открытий Фарадея в области электромагнетизма и электрохимии, о чем подробнее будет сказано ниже.
Особо необходимо отметить популяризаторскую деятельность Фарадея. На запрос комиссии общественных школ относительно целесообразности популяризации науки Фарадей ответил: «Я удивляюсь и понять не могу, почему естественнонаучные знания, сделавшие большие успехи в последние пятьдесят лет, остаются, так сказать, нетронутыми; почему вовсе не делают основательных попыток знакомить с ними подрастающую молодежь и давать ей хотя бы первые понятия в этих науках».
Кроме «Истории свечки» перу Фарадея принадлежит публикуемое ныне в новом издании популярное сочинение «Силы материи и их взаимоотношения».
Как исследователь Фарадей мало считался с ученой традицией и академической рутиной, Этому благоприятствовало то, что он был самоучкой, не получившим систематического школьного образования. Гений Фарадея не испытывал давления традиционных научных взглядов и мог свободно рассматривать вещи с новых точек зрения.
Это обстоятельство, вместе с завистью к возрастающей славе Фарадея, создало много его противников, во главе которых Фарадей с глубоким сожалением увидел своего бывшего покровителя Дэви. Кампания, поднятая ими против Фарадея, едва не помешала его избранию в члены высшей ученой корпорации Англии — Королевского общества, президентом которой Дэви состоял в то время. Когда последний убедился в том, что подавляющее большинство членов Общества поддерживает нежелательную ему кандидатуру, он предложил Фарадею, чтобы тот сам ее снял. «Я возразил, — сообщает об этом эпизоде Фарадей,— что этого сделать не могу, потому что выставил ее не я, а члены Королевского общества. Он заметил, что я должен побудить их взять свое предложение обратно. Я ответил, что заранее знаю, что они этого не сделают. Тогда он заявил, что сделает это как президент. Я ответил, что сэр Г. Дэви сделает наверное то, что он считает полезным для Королевского общества». Агитация Дэви среди членов Общества не увенчалась успехом, и Фарадей был избран в 1823 г. всеми голосами против одного.
Причины оппозиции Дэви против Фарадея недостаточно выяснены. Обычно указывают на обвинение в плагиате, которое было выдвинуто доктором Волластоном по поводу открытия эффекта вращения магнитного полюса относительно тока (*).
(*) Открытие Эрстедом и другими действия тока на магнитную стрелку навело на мысль о возможности получения эффекта более специального характера, именно, взаимообращения тока и магнитного полюса, в частности, вращения тока, или магнита, вокруг оси. Теоретически вопрос был разработан Ампером в 1820 г., экспериментальный эффект был осуществлен Фарадеем в 1821 г.
Это обвинение будто бы поддерживалось Дэви, который считал, что Фарадей не имеет «нравственного права» носить звание члена Королевского общества. Фарадей в специальной записке опроверг возведенное на него обвинение. Возможно, однако, что корни столкновения между Дэви и Фарадеем лежали глубже и заключались в принципиальных разногласиях религиозно-философского характера. Дэви, как это видно из его сочинения «Последние дни философа», относящегося к 1814 — 1815 гг., т. е. ко времени совместного пребывания с Фарадеем в Риме, и окончательно проредактированного перед самой смертью (1829 г.), от первоначального стихийного материализма пришел к ярко "выраженному спиритуализму, фидеизму и даже клерикализму. В заключительных словах книги Дэви выражает уверенность, что исследование природы сделается фундаментом религии: «религия через науку» (стр. 366 французского издания). Фарадей же, как сектант-заидемановец, был не только антиклерикалом, но, как это было указано выше, вообще отделял науку от религии. «Помощник натуралиста» и отчасти камердинер, Фарадей, без сомнения, неодобрительно смотрел на спиритуалистические и клерикальные восторги баронета Дэви, с мистическим трепетом созерцавшего «Вечный город» — центр вселенской христианской церкви (стр. 200). Если к тому же учесть последующую дружбу Фарадея с Тиндалем — представителем наиболее прогрессивного крыла английского ученого мира, то возникает мысль, что конфликт между Дэви и Фарадеем имел совершенно определенную идеологическую подоплеку.
Отношения между Дэви и Фарадеем в конце концов улучшились, и Дэви впоследствии любил повторять своим друзьям: «Я в своей жизни сделал несколько немаловажных для науки открытий, но самое из них большое — это то, что я открыл Фарадея». Настаивая на своей кандидатуре в члены Королевского общества, Фарадей защищал свою честь ученого и отнюдь не руководился тщеславием. Тщеславие было ему совершенно чуждо. Когда много лет спустя ему предложено было занять место президента в Королевском обществе, он решительно отказался от этой высокой чести, объяснив своему ученику и другу Тиндалю, что, приняв предложение, он «не мог бы более года ручаться за непорочность своей души».
Не менее равнодушно относился он и к материальным благам. Имея полную возможность применить свои огромные знания в области промышленности и, таким образом, составить себе значительное состояние, Фарадей без колебаний предпочел целиком отдаться научным занятиям широкого и общего масштаба вместо того, чтобы тратить силы на решение мелких, узкопрактического характера, задач, хотя и весьма выгодных в денежном отношении. Отдельные заданий правительства, имевшие практически-гуманитарный характер, например, исследование причин взрывов в каменноугольных копях, разработка проекта введения электрического освещения на маяках, он выполнял без всякого вознаграждения. Главным источником его существования являлся скромный оклад, который он получал в качестве директора физической и химической лаборатории Королевского института. Жил Фарадей очень скромно, сбережений у него не было. Друзья Фарадея беспокоились о его материальной необеспеченности и возбудили ходатайство перед правительством о предоставлении ему государственной пенсии. Научные заслуги Фарадея были так велики, что ходатайство без спора подлежало удовлетворению.
26 октября 1835 г. Фарадей был вызван к министру лорду Мельбурну. Министр принял Фарадея стоя, не предложив ему сесть, и высказал свою точку зрения, что он, Мельбурн, считает нелепостью всю систему выдачи государственных пенсий литературным и научным деятелям.
Возвратившись домой, Фарадей написал министру вежливое, но решительное письмо, в котором он отказался от пенсии в 300 фунтов стерлингов. Его друзья были очень огорчены этим обстоятельством, но Фарадей категорически настаивал на своем. В конце концов, он все же согласился на получение пенсии, но лишь при условии, что лорд Мельбурн возьмет свои слова обратно и к тому же в письменной форме. Это было требование почти невыполнимое.
Однако результат получился совершенно неожиданный. Ряд весьма влиятельных лиц выступил в защиту Фарадея. Это повлияло на Мельбурна, лишь недавно занявшего не без борьбы пост премьер-министра и обеспокоившегося, что инцидент может быть использован его врагами. Мельбурн написал великому ученому извинительное письмо. Фарадей был удовлетворен. Он говорил своим друзьям: «Я вступился не за свою личную честь, а за достоинство ученого. Надо научить людей, имеющих власть, уважать деятелей науки по их действительным заслугам, а не по их титулам и происхождению».
Скромность Фарадея была так велика, что он не счел возможным воспользоваться отпуском, предоставленным ему Королевским институтом в конце 30-х годов. Между тем в результате чрезмерного напряжения сил его здоровье было сильно расстроено. Лишь после того, как состояние его настолько ухудшилось, что он совершенно лишился способности работать, жене и друзьям удалось настоять на его поездке в Швейцарию. Здесь Фарадей прожил около года.
В Швейцарии, на отдыхе, Фарадей снова получил возможность любоваться и восторгаться красотами природы, как в дни юности. Наблюдая цвета и окраски неба, Фарадей удивлялся художникам, которые не изучают неба, а дают фальшивые эффекты. Очевидно, поэтому Фарадей так любил английского художника Тернера, известного искусством передавать тщетные эффекты неба, и помогал Тернеру в вопросах химического состава красок.
В часы досуга Фарадей увлекался искусством, живописью, музыкой, любил слушать известного певца Гарсиа, посещал театр и особенно любил цирк. Сам Фарадей писал стихи и прекрасно декламировал, читал часто своей жене вслух Шекспира и Байрона с большим чувством и пониманием стиха. В молодости играл на флейте и знал множество песен на память. Будучи очень горячим и вспыльчивым, он в обращении с окружающими был ровен, мягок и очень внимательно прислушивался к их замечаниям. Не терпел сомнительных знаний и не гонялся за титулами и славой.
Глубокая любовь к науке, убежденность и прекрасные качества человека еще более украшали гений Фарадея.
В личных отношениях Фарадей также был кристальной чистоты и необычайной чуткости человеком.
«Я не знаю сердца более верного в дружбе, чем сердце Фарадея», — говорил о нем его друг Аббот. У Фарадея было много друзей, любивших его.
Прожив год в Швейцарии, Фарадей возвратился в Лондон значительно окрепшим и тотчас же приступил к своим обычным занятиям, не щадя сил и здоровья. Неизбежным последствием этого явилось полное изнурение организма. С конца 50-х годов Фарадей отказался от целого ряда своих обязанностей, а в начале 60-х годов он вынужден был из-за болезни прекратить всякую работу.
Хотя в этот период Фарадей очень ограничивал себя в занятиях, он все же провел большую работу по составлению и упорядочению электрохимической терминологии. Ему принадлежат употребляемые ныне термины: электролит, электрод, анод, катод. Вопросы научной терминологии, как известно, и до сих пор занимают внимание ученых всего мира.
После смерти жены, в 1866 г., племянница Фарадея взяла на себя заботы о великом ученом. Окруженный ее вниманием, Фарадей спокойно проводил последний год своей жизни. Почти единственным посетителем его в это время был Тиндаль, сообщавший любимому учителю о важнейших событиях в области науки.
25 августа 1867 г. Михаил Фарадей умер.
Гениальность Фарадея как ученого состоит в том, что он открыл новый метод исследования электромагнитных процессов.
До Фарадея электромагнитные явления изучались на основе следующего представления: в телах находятся невесомые специфические электрические и магнитные жидкости, обладающие свойством притяжения и отталкивания через разделяющее их пространство, рассматриваемое как абсолютно пустое. Это так называемое мгновенное действие на расстоянии было отвергнуто Фарадеем. Он предположил, что в электромагнитных процессах основную роль играет промежуточная среда. Эту среду для случая взаимодействия электрически заряженных тел Фарадей назвал диэлектриком. Для случая взаимодействия магнитных тел Фарадей не дал особого названия, но ныне среду, участвующую в такого рода взаимодействии, называют магнетиком. Простейшим диэлектриком и магнетиком является так называемое пустое пространство, которое рассматривалось Фарадеем как материальная среда особого рода.
Отрицание Фарадеем абсолютной пустоты является характерной чертой его физики. Критикуя распространенную в его время разновидность атомизма, согласно которой материя состоит из атомов и разделяющего их абсолютно пустого пространства, Фарадей подчеркивает, что с его точки зрения материя присутствует везде, атомы же являются прерывными центрами движений в сплошной материальной среде.
Благодаря выдвинутому Фарадеем представлению сделалось, таким образом, возможным объяснение электромагнитных и световых явлений, не прибегая к антиматериалистическому дальнодействию. Однако вопрос о свойствах материи вдали от скопления больших масс — в межзвездном пространстве, а также в промежутках между отдельными составными частями атомов (одни по-прежнему называют ее «эфиром», другие «полем», третьи «пространством» или просто «средой»). Вопрос о взаимодействии этого вида материи с составными частицами вещества еще не решен окончательно. Хотя с разложением атома, с разложением атомного ядра, с изучением космических лучей во много раз увеличилось, употребляя выражение В. И. Ленина, "количество подкопов под эфир", все же мы находимся лишь на подступах к нему.
Кроме этой основной идеи о роли промежуточной среды Фарадей в своих исследованиях руководился другой величайшего значения идеей, именно, принципом сохранения энергии или, как выражался Фарадей, принципом сохранения силы.
К этому принципу Фарадей пришел самостоятельно задолго до опубликования работ Майера, Джоуля, Гельмгольца и других ученых, которые впоследствии дали этому принципу точную количественную и качественную формулировку.
В своей знаменитой работе «Об индукции электрического тока» (1831 г.) Фарадей рассуждает следующим образом:
1) Эрстед и другие открыли, что текущий по проводу ток приводит в движение магнитную стрелку. Согласно принципу сохранения силы (здесь в смысде энергии) движение от провода должно передаваться через промежуточную среду.Этим путем была открыта Фарадеем одна из форм электромагнитной индукции. Дальнейшие опыты Фарадея показали, что при всяком изменении магнитного поля, вызывается ли это изменение меняющимся током или же относительным движением магнитов и проводников, всегда порождаются наведенные электрические токи.2) Следовательно, текущий по проводу ток должен также возбуждать некоторое особое состояние движения в расположенном рядом другом проводе. Фарадей сначала предположил, что указанное состояние, которое он назвал электротоническим, возбуждаемое постоянным током, обнаруживается в виде наведенного тока. Опыт, однако, показал, что лишь меняющийся ток вызывает в соседнем проводе соответствующий наведенный ток.
Фарадей объяснял процесс электромагнитной индукции следующим образом: от всякого заряженного электричеством тела исходят электрические силовые линии, которые указывают на особое состояние движения в диэлектрике. Точно так же от магнита или электромагнита, т.е. провода, по которому течет ток, исходят магнитные силовые линии» пронизывающие окружающую среду и указывающие на особое в ней состояние движения.
Фарадей постоянно подчеркивал, что силовые линии следует рассматривать не как математические линии, а как линии физические. По представлению Фарадея, материя, наполняющая пространство, находится в состоянии непрерывного движения. Центрами этого движения являются атомы. Физические силовые линии, соединяющие атомы и тела, указывают на наличие в среде между атомами и телами различного рода движений (*).
(*)Этот взгляд на природу атомов и силовых линий изложен Фарадеем в статьях «Об электропроводности и природе материи» (1844 г.) и «Мысли о лучевых вибрациях» (1846 г.).
Опыт Эрстеда обнаруживает, что при равномерном движении электрических силовых линий, например, в случае постоянного тока, возникают магнитные силовые линии, иначе говоря, возникает то особое состояние движения окружающей среды, которое мы называем постоянным магнитным полем. Если же электрические силовые линии движутся неравномерно, как в случае меняющихся токов, возбужденное магнитное поле также является переменным. И Фарадей установил, что подобно тому, как движение электрических силовых линий и связанных с ними зарядов, т. е. ток, порождает магнитные силовые линии или магнитное поле, точно так же всякое изменение магнитного поля или же движение магнитных силовых линий порождает электрическое поле в диэлектрике. Если в таком поле находится замкнутый проводник, то в нем образуется электрический ток.
Два открытых Фарадеем закона, имеющих основоположное значение для учения об электромагнетизме и всей электротехники, можно, коротко говоря, сформулировать так:
1) Всякое изменение электрического состояния среды порождает магнитное состояние.Эти законы привели Фарадея к открытию самоиндукции. В самом деле, при всяком замыкании или размыкании электрического тока меняется окружающее магнитное поле. Но по второму закону Фарадея изменение магнитного поля порождает электрическое поле. Последнее, именно, и вызывает ток самоиндукции, или экстраток. Более глубокого анализа форм движения, которые образуют то, что мы называем электрическим и магнитным полем, Фарадей не дал. Это пытались сделать ученик Фарадея Максвелл и ряд других ученых. Но Фарадей на основе своих представлений смог придти к открытию двух большой тонкости и величайшего теоретического значения явлений, а именно: действия магнетизма на свет и так называемого диамагнетизма.
2) Всякое изменение магнитного состояния среды порождает электрическое состояние.Открытие действия магнетизма на свет было непосредственным следствием основного фарадеевского представления о силах природы как различных формах движения материи, взаимно превращающихся друг в друга согласно закону сохранения движения. В отношении света у Фарадея было еще то дополнительное соображение, что световое движение, как и электромагнитное, существует не только в чувственно-ощутимых телах, но и в так называемой пустоте. Фарадей высказал поэтому гениальную мысль, в дальнейшем полностью подтвержденную К. Максвеллом и Г. Герцем, что электромагнетизм и свет — родственные процессы движения.
В 1845 г. Фарадей поставил знаменитый опыт с намагничиванием света. Поместив между полюсами сильного электромагнита кусок стекла особого состава и пропустив через стекло в известном направлении поляризованный луч света, Фарадей показал, что возбуждение электромагнита определенным образом влияет на проходящий через стекло свет. На языке физики говорят: магнитное поле вызывает вращение плоскости поляризации света. Опыт Фарадея был тем опытом, который в конечном счете привел к открытию радиоволн и развитию современной радиотехники. Свои воззрения на природу света Фарадей изложил в статье «Мысли о лучевых вибрациях» (1846 г.). Согласно Фарадею, все тела природы соединены между собой физическими силовыми линиями. Световые волны — это колебания, распространяющиеся вдоль силовых линий. Так как, с точки зрения Фарадея, силовые линии представляют собой прерывные отделенные друг от друга кинетические образования, то теория Фарадея является своеобразной квантовой теорией света. Эту теорию впоследствии разрабатывал Дж. Дж. Томсон, и она известна под названием теории волокнистого эфира.
Открытие действия магнетизма на свет привело Фарадея к убеждению, что магнетизм должен оказывать влияние не только на так называемые магнитные вещества (железо, никель и др.), но и на всякое вещество. Опыт не только подтвердил это предположение Фарадея, но обнаружил также существование веществ, которые не притягиваются стальными магнитами или электромагнитами, а, наоборот, отталкиваются от них. Эти вещества: ряд сортов стекла, кварц, висмут, серебро и др., названы были Фарадеем диамагнитными в отличие от ранее известных парамагнитных .
Основная точка зрения Фарадея на единство сил природы и их взаимопревращаемость заставляла его вести упорную борьбу с теми физиками, которые рассматривали известные в эпоху Фарадея пять видов электричества — от трения, гальваническое, магнитное, термоэлектричество и животное электричество — как различные по существу роды электричества.
Эта борьба привела Фарадея к открытию основных электрохимических законов. Фарадей прежде всего решительно выступил против так называемой контактной теории Вольты, согласно которой простое соприкосновение разнородных веществ, например, различных металлов или металлов и жидкостей, само по себе может явиться источником электрической силы. Исходя из принципа сохранения силы, Фарадей доказывал, что в элементе Вольты имеет место превращение химической силы, или, как мы ныне говорим, энергии, в электрическую силу, или энергию. Отсюда, естественно, возникала мысль об обратном превращении электрической силы в химическую. До Фарадея Дэви и другие экспериментально осуществляли такое превращение, но лишь Фарадей впервые подошел к вопросу с количественной точки зрения. Пропуская электрический ток через раствор какого-нибудь вещества, например, через воду, подкисленную серной кислотой, Фарадей установил, что «разлагающее действие тока постоянно для постоянного количества электричества, несмотря на величайшие различия в происхождении его, в интенсивности, в величине электродов, в природе проводников и т. д.».
Это положение Фарадея формулируется обычно в виде двух основных электрохимических законов:
1) Количества веществ, образующихся в результате разлагающего действия электрического тока, пропорциональны силе этого тока.точнее, так называемым эквивалентным весам, представляющим обычно простые дробные части от атомных весов. Например, пропуская ток через неразветвленную цепь из раствора соляной кислоты, раствора обыкновенной соли и раствора хлористого цинка, получаем на 1 грамм водорода в первом случае 23 грамма натрия во втором и 65 : 2 = 32,5 грамма цинка в третьем, ибо атомный вес натрия равен 23, цинка — 65, при атомном весе водорода — 1.
2) При прохождении через различные растворы (электролиты) тока одной и той же силы количества выделяющихся веществ пропорциональны атомным весам или»,Законы Фарадея имели основоположное значение для развития теории строения материи, так как они указывают на существование атомов электрического заряда, связанных с атомами материи. То обстоятельство, что вещества выделяются в количествах, пропорциональных атомным весам, объясняется действием электрического напряжения на заряженные электричеством атомы или группы атомов. Законы Фарадея дали впоследствии возможность вычислить минимальный электрический заряд атома, называемый электроном.
В настоящее время известно, что все атомы представляют собой комбинации отрицательно и положительно электрически заряженных частиц, электронов и соответствующих им протонов. Простейший атом — атом водорода состоит из одного протона и одного электрона.
Фарадей является, таким образом, основоположником не только современного учения об электромагнитных и световых процессах, но и современного учения о строении атома. Велики заслуги Фарадея в области открытия новых физических закономерностей, но величайшее значение имеет его метод. Этот метод был материалистическим и послужил Фарадею орудием для борьбы с метафизическими воззрениями естествоиспытателей предшествующего периода.
Энгельс заслуженно поэтому называет Фарадея гениальным ученым. Хотя по своему содержанию современная физика далеко шагнула вперед, но с точки зрения метода работы Фарадея сохраняют для нас свое ценное значение и до сих пор являются для каждого физика и инженера несравненной школой правильного физического мышления.
Материал сверстал и разместил в Сети Олег Акимов 3 декабря 2014 года
|
|