Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез
Шрифт:
Условия жизни стали очень тяжелыми, что породило волну эмиграции в Америку или Голландию. Тем, кто остался, правительство предложило лишь один свободный путь: посвятить себя торговле и промышленности. Поэтому неудивительно, что в начале XVIII века большая часть промышленности находилась в руках у диссидентов и безжалостное преследование, которому они подвергались, способствовало развитию их свободомыслия. Школы, изначально задуманные для тех, кто хотел носить рясы, превратились в центры изучения инженерного дела и финансов. Именно те, кто обучался в подобных заведениях, развивали английскую технику.
Роза ветров — основа эмблемы англиканской
Значение Максвелла в истории научной мысли сравнимо со значением Эйнштейна (который основывался на нем) и Ньютона (влияние которого он уменьшил).
Иван Толстой, биограф Максвелла, «Джеймс Клерк Максвелл, биография» (1983)
Из-за всего этого в середине XIX века в Великобритании не использовалось слово «ученый». Физики и химики называли себя «философами природы», а биологи — «историками природы». Мало кто работал в науке профессионально, и многие занимавшиеся исследованиями были дилетантами, благородными людьми из обеспеченного класса с достаточными доходами для того, чтобы посвящать время любимому делу. Другие были священнослужителями, врачами, адвокатами и предпринимателями, для которых наука являлась хобби; это был случай отца Джеймса. Возможность зарабатывать себе на жизнь должностью в университете, обсерватории или в таких местах, как Королевский институт, была очень призрачной: мест было очень мало, и они редко оказывались свободны, поскольку их владельцы обычно занимали свои должности всю жизнь. Так что в те редкие случаи, когда место освобождалась, за него велась серьезная борьба, кроме того, подобная работа оплачивалась довольно скромно. В противоположность тому, что происходило во Франции, институционализация профессии ученого не получила большого развития. В максвелловской Англии науку считали интересной, но бесполезной. Возможно, поэтому историк Чарльз Гиллеспи сказал, что модель науки во Франции и в Великобритании можно описать как модель чиновника и модель волонтера.
Одна из причин столь второстепенной роли науки заключается в том, что значительные достижения промышленности и транспорта происходили от инженеров, имеющих небольшую или нулевую подготовку: Джеймс Ватт чинил инструменты, которые ломались в университете Глазго; Джордж Стефенсон, изобретатель паровоза, был неграмотным до 18 лет; и даже важный для морской навигации метод определения долготы был разработан не астрономом, а необразованным часовым мастером по имени Джон Гаррисон. Тогда зачем был нужен университет? Некоторые блестящие ученые смогли создать замечательные приборы: например, Чарльз Уитстон или Уильям Томсон изобрели хитроумные устройства для недавно появившегося телеграфа. Это оказалось экономически рентабельным предприятием благодаря усилиям офицера армии Уильяма Ф. Кука и Уитстона (профессора в Кингс-колледже в Лондоне), приложенным в 1837 году. Но данная история не изменила убежденности общества в том, что наука является отличным хобби для благородного человека, но в целом это несерьезное дело. Никто не понимал, что промышленность начнет по-настоящему пользоваться преимуществами научной специализации, когда университеты станут осуществлять ее. В будущем так и произошло. И Джеймс Клерк Максвелл лидировал в этом новом мире.
К счастью, молодому Джеймсу еще не надо было принимать решения. Он планировал поступление в Эдинбургский университет, чтобы изучать математику под руководством Филипа Келланда (преподавателя, который уже одобрил его первую научную работу), натуральную философию у Джеймса Форбса и логику у метафизика Уильяма Гамильтона. Вклад последнего в философию был скудным, но он неплохо преподавал, стимулируя появление у своих учеников здорового скептицизма. Итак, в 16 лет Максвелл поступил в университет, поскольку его ум был воодушевлен наукой и математикой, но он был готов изучать право, потому что ему не хотелось огорчать отца.
Шотландские университеты гордились тем, что сыграли главную роль в промышленной революции, и объявляли миру: их образование может сделать из любого молодого человека большого предпринимателя. Джеймс особенно интересовался уроками философии (тогда ее называли «ментальной философией») Гамильтона, очень харизматичного преподавателя, которого, как заметил Максвелл, иногда ответ на некоторые вопросы приводил к еще более глубоким вопросам. Влияние Гамильтона было очень сильным. Джеймс разделял позицию своего преподавателя, которая высмеивала все попытки доказать существование Бога: хотя знание и логика — незаменимые инструменты для исследования Вселенной, они бесполезны для нахождения причины, ее породившей. Однако Максвелл пребывал в полной уверенности, что его учитель ошибается, недооценивая математику. Это было так, потому что Гамильтон в значительной степени разделял позицию интеллектуального течения под названием «здравый смысл», которое отказывалось от любого метода, не следующего напрямую из наблюдаемых результатов: для последователей данного течения научный прогресс сводится к простому накоплению экспериментальных данных. С другой стороны, он также разделял идею Канта о том, что любое знание относительно: мы знаем не о «вещах в себе», а лишь об их отношениях с другими людьми. Эта идея проникла в научную мысль Максвелла. Он писал:
«Единственное, что можно воспринять напрямую с помощью чувств, — это сила. Ее мы можем свести к свету, теплу, электричеству, звуку и всем остальным вещам, которые мы способны воспринимать с помощью чувств».
Максвелл придерживался данной позиции всю жизнь, и даже два десятилетия спустя он исправил в черновике книги «Трактат о натуральной философии» своих друзей Томсона и Тэта понятие массы, говоря, что «чувства никогда не воспринимают материю».
Уроки Гамильтона определили форму, в которой Максвелл проводил свои исследования. Например, его электромагнитная теория олицетворяет идею о том, что вещи, которые мы можем измерить напрямую, такие как сила, которую оказывает электрический провод на намагниченную стрелку, — это выражение более глубокого процесса, находящегося за гранью нашей способности к визуализации; в данном случае это интенсивность электромагнитного поля.
Гравюра, изображающая мастерскую Джеймса Ватта. Шотландский инженер способствовал развитию паровой машины.
Памятник Максвеллу на Джордж- стрит, Эдинбург. В возрасте 16 лет он поступил в университет этого города.
Портрет Джеймса Ватта кисти Карла Фредерика фон Бреда, 1792 год.
Джеймс был не только мыслителем; он также любил эксперименты, и ничто не могло лучше противостоять урокам философии Гамильтона, чем занятия с другом его отца, Джеймсом Форбсом (1809-1868). Молодой Максвелл проводил часы в лаборатории своего преподавателя, позволявшего ему ставить любые эксперименты. Так он научился управлять различными приборами и сконструировал необходимые ему. Этот опыт показался ему настолько полезным, что много лет спустя, когда Максвелл возглавил Кавендишскую лабораторию в Кембридже, он всегда разрешал своим студентам ставить собственные эксперименты и никогда никому не диктовал, какое исследование вести, если только его не спрашивали.
Кроме того, Форбс помог Джеймсу отшлифовать свой стиль письма до такой степени, что в итоге его работы нельзя было ни с чем спутать, как и картины Гогена или партитуры Моцарта. Инженер Бэзил Маон Как пишет в биографии Максвелла:
<[...] у него авторитетный, но свежий и неформальный тон; уравнения естественно вытекают из аргументов. Понятия появляются настолько утонченно и оригинально, что ученые до сих пор задаются вопросом, что именно он хотел сказать».
Все, что Форбс делал или говорил, тщательно усваивалось Максвеллом, которого он научил быть дисциплинированным в работе с данными и постановке экспериментов. Когда его учитель умер 21 декабря 1868 года, Максвелл сказал, что он «любил Джеймса Форбса».
Герой этой книги также ходил на уроки математики Филипа Келланда и уроки химии к некоему профессору Грегори, который вел занятия, не ступая в лабораторию: это он поручал во внеурочное время тому, кого называл «Кемп-практик».
В свою очередь господин Кемп был склонен описывать процессы, преподаваемые Грегори на уроках, как «бесполезные и вредные, придуманные химиками, желающими что-нибудь сделать». Из этих разочаровывающих занятий Джеймс вынес урок на всю жизнь: работа в лаборатории не только необходима для получения хорошего научного образования, но и должна быть составной частью самих занятий, а не являться чем-то необычным.