Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез
Шрифт:
Иллюстрация аппарата, созданного Генри Кавендишам для измерения гравитационной постоянной.
В трактате он сделал и другое удивительное предположение: свет оказывает давление. По его расчетам, солнечный свет давит на поверхность Земли с силой 7 граммов на гектар. В 1900 году русский физик Петр Лебедев (1866-1912) проверил эту гипотезу и попытался объяснить, почему структура звезды сохраняется, а не разрушается из-за гравитации, или почему хвост кометы всегда находится в направлении, противоположном Солнцу.
Здание, которое должно было стать
Проект Кавендишской лаборатории вскрыл противоречие, которое тогда существовало между любовью к уединенности, традиционной для профессоров, и новым, публичным характером их работы в качестве преподавателей и исследователей. Историк науки Симон Шаффер рассказывает:
«Разделение между работой и престижем было ясным. Швейцарская и помещения профессуры на втором этаже были оформлены должным образом. Лаборатория магнетизма занимала восточный конец первого этажа, почетное место, с мощными полками и относительно большим пространством для дополнительного оборудования».
Максвелл предоставил для лаборатории свои приборы и сконструировал другие. В первые годы существовала традиция, согласно которой новички начинали работать с магнитометром Кью. Очевидно, что самые большие ресурсы были направлены на новые предметы, которые были включены в трайпос: тепло и магнетизм изучались на первом этаже, а электричество — в большом зале на чердаке.
Эта книга — не атлас, а доклад исследователя.
Комментарий инженера-электрика Бэзила Маона о работе Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873)
Программа исследования была согласована с планами Максвелла. Одной из тем, которая волновала его больше всего, было точное измерение основных физических констант, чего требовали такие области, как электричество и магнетизм. Например, вышеупомянутый закон Ома был подтвержден, но не было известно, является сопротивление на участке цепи постоянной величиной или оно зависит от силы тока, как оно зависит от температуры проводника. Корректное определение единицы электрического сопротивления было одной из главных целей Кавендишской лаборатории. Это заслуживало внимания, поскольку развитие телеграфа требовало, чтобы были хорошо определены как единицы измерения электромагнитных явлений, так и их законы.
По сути, Максвелл в Кембридже выполнял две обязанности: преподавал теорию электричества, магнетизма и тепла для подготовки к математическому трайпосу и определял направления исследований лаборатории. Его целью было привлечь студентов-математиков к экспериментальной физике.
Молодым студентам, которые приходили в лабораторию, Максвелл позволял исследовать то, что они хотели. Это была норма, которой он следовал всю жизнь, никогда не предлагая никаких тем, если только его не спрашивали. В результате ученый заслужил высокую оценку тех, кто его знал как внутри, так и вне лаборатории. Если в качестве преподавателя он не особенно блистал, так как публичные выступления давались ему с трудом, то в качестве руководителя в мире экспериментальной науки Джеймс был важной величиной.
Конечно, он совершал ошибки. Одной из них, и самой главной, стало предположение, что присущую ему страсть к знаниям испытывают все, кто с ним работает. Артур Шустер (1851-1934) — физик, который внес важный вклад в спектроскопию и был хорошо знаком с организацией работы как в Кембридже, так и в Берлине, — прокомментировал проблемы, существовавшие, по его мнению, у Кавендишской лаборатории. Например, не было возможности одновременно ставить разные эксперименты первостепенной важности. Кроме того, занятия в аудитории не были связаны с теми, что велись в лаборатории, не контролировалась работа учеников:
«[...] даже знающий человек абсолютно беззащитен в первый раз, когда входит в лабораторию. Он не имеет представления о времени, которое занимает обдумывание и осуществление всех деталей эксперимента, и о том, как непредвиденные сложности могут отложить основное исследование, почти затмить его».
Шустер удачно показал, что существует принципиальная разница между работой в частной лаборатории и в лаборатории в центре, полностью посвященном исследованиям. Проблема в том, что Максвелл провел практически все свои исследования в лабораториях первого типа: в своей мастерской в Гленлэре и в лаборатории Форбса в Эдинбурге он научился необходимым основам; значительные эксперименты по электромагнетизму, теплу и вязкости газов он осуществил в мастерской в подвалах Кингс-колледжа, в чулане в Кенсингтоне и в мастерских, которые помогли устроить в его домах в Лондоне знатоки электромагнетизма...
Чета Максвеллов жила, удобно расположившись в Скуп- Террас. Любой, кто знал Джеймса и приходил к нему домой, мог убедиться, что внутри не хватало чего-то, что присутствовало всегда в его жилище: лаборатории. Она была ему не нужна.
Через некоторое время после прибытия здоровье Кэтрин ухудшилось, и Джеймс посвящал значительную часть своего времени уходу о ней. О ее характере известно очень мало, однако чаще всего встречается утверждение, что она была «сложной» женщиной. Двоюродная сестра Кэтрин, Джемима Блэкберн, говорила, что она «ни красива, ни здорова, ни приятна» и обладает «подозрительным и ревнивым характером». Некоторые биографы сомневаются в том, что эти слова действительно отражают объективную картину. Как бы то ни было, супруги были преданны друг к другу, и Джеймс всегда ставил благополучие своей жены выше собственного.
Из-за своего нового положения директора Кавендиша ученый не покинул Гленлэр; он проводил четыре месяца в году на своих землях, где наслаждался деревенской жизнью, которая так ему нравилась. Максвелл находился на пике зрелости — как человеческой, так и умственной. Но вскоре его самочувствие ухудшилось.
Весной 1877 года он начал страдать хронической изжогой. Питьевая сода смягчала симптомы, и в течение последующих полутора лет Максвелл продолжал обычную работу. Он управлял Кавендишем, давал уроки и писал статьи и книги: среди прочих — еще одно его сокровище под названием «Материя и движение», являющееся прекрасным введением в механику, где с помощью минимального использования математики объясняются понятия и законы этой физической дисциплины.