Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность

Абрамов Яков Васильевич

Это открытие снова дает толчок мыслям и работам Фарадея – и он производит целый ряд специальных исследований над “магнитными растворами” (то есть растворами веществ различной магнитной силы) и погруженными в них телами. Мы не будем излагать здесь этих исследований ввиду их слишком специального интереса; скажем только, что в конечном результате они привели Фарадея к выводу, что явления магнитного притяжения и отталкивания подчиняются общим законам механики.

Затем начинаются исследования Фарадея над магнетизмом кристаллов. Поводом к этим исследованиям послужили его наблюдения над особенностями кристаллов висмута. Висмут, как мы уже упоминали, отталкивается магнитом и, помещенный между полюсами, принимает экваториальное положение. Но последнее бывает всегда только с кусками висмута, не имеющими определенной формы. Что же касается кусков висмута, имеющих форму геометрических тел, и притом удлиненных, то они иногда не принимали экваториального положения, а упорно стояли под острым углом или даже принимали осевое положение, подобно магнитным телам. Заинтересованный этими аномалиями, Фарадей принялся усиленно изучать их и пришел к открытию “новой силы или нового вида силы в частицах материи”; силу эту он назвал “магнитокристаллическою”.

Закон ее действия Фарадей определяет следующими словами: “Ось магнитокристаллической силы стремится занять положение, параллельное или касательное к магнитной кривой или к линии магнитной силы, проходящей через место, занимаемое кристаллом”. Исследования Фарадея показали, что эта магнитокристаллическая сила не имеет ничего общего с отталкивающими и притягивающими действиями магнита. Остроумно скомбинированные опыты выяснили, что при соблюдении известных условий магнитокристаллическая сила может удалять от полюсов центр тяжести сильно магнитного тела и приближать к нему центр тяжести диамагнитного тела. Действие магнитокристаллической силы находится в тесной зависимости от строения кристалла и, очевидно, обуславливается расположением его частиц. Действие это не только пассивное, но и активное, и если магнит заставляет кристалл принимать направление, параллельное или касательное к линии, соединяющей полюсы магнита, то и, наоборот, кристалл побуждает магнитную стрелку, свободно висящую, принимать положение, параллельное ему. Вообще, исследования Фарадея в упомянутой области были таковы, что после него здесь, в сущности, нечего было делать, и за 40 с лишним лет, прошедших со времени этих исследований, к ним наука почти ничего не прибавила.

Работы над магнетизмом кристаллов заняли вторую половину 40-х годов. Затем Фарадей обратился к только что открытым тогда Банкаляри магнитным явлениям пламени. Он повторил производившиеся над этими явлениями опыты и обследовал их со значительно большею полнотою, нежели то было сделано Банкаляри. Опыты эти привели его сначала к исследованию магнитных свойств горячего воздуха, затем – других газов и, наконец, атмосферы. Экспериментальная часть была необычайно деликатна и крайне трудноисполнима. Большинство газов невидимо – и, тем не менее, Фарадею нужно было следить за ними. Он ловил газы в трубки, удалял их из магнитного поля и исследовал, погружая один в другой. Таким путем Фарадей определил, что кислород, погруженный в другие газы, сильно притягивается магнитом, тогда как азот отталкивается им. Некоторые из этих явлений были чрезвычайно красивы. Особенный эффект получался, когда действию магнита подвергалась смесь паров хлористого аммония с кислородом: первое вещество, отталкиваемое магнитом, собиралось в чрезвычайно оригинальное облако. Особенную услугу Фарадею оказали мыльные пузыри, которые он наполнял разными газами и помещал между полюсами магнита. Чрезвычайно оригинальное зрелище представляли эти пузыри, наполненные диамагнитными парами, когда они, будучи внесены в магнитное поле, тотчас же выталкивались из него силою магнита; наоборот, пузыри, наполненные магнитными газами, быстро притягивались магнитом.

Из этих опытов, как они ни кажутся скрупулезными, Фарадей умел извлекать крупнейшие обобщения и поучения. Вот что он пишет, между прочим, в своем мемуаре, посвященном магнетизму газов: “Едва ли здесь нужно говорить, что кислород, находящийся в атмосфере, обладая громадною магнитною силою, должен оказывать очень большое влияние на распределение магнетизма нашей планеты, в особенности если припомнить, что магнитное состояние кислорода существенно меняется с изменением плотности и температуры атмосферы. Я склонен видеть в этом настоящую причину многих изменений магнитной силы, которые наблюдались и теперь аккуратно наблюдаются в различных местах земной поверхности. Вероятно, дневные и годовые изменения также находятся в зависимости от этой причины, как и многие постоянные неправильные изменения, тщательно записываемые фотографическим способом. Если бы мои ожидания оправдались и нашли бы, что влияние атмосферы способно произвести подобные результаты, тогда, вероятно, мы бы имели новую зависимость между северным сиянием и земным магнетизмом, а именно: более или менее доказанное соединение магнетизма земли через воздух с магнетизмом надвоздушного пространства. Прибавим к этому, что магнитные отношения и изменения, еще неизвестные, могут сделаться заметными и измеримыми параллельно с изучением того, что я решаюсь назвать атмосферным магнетизмом”. Такие великие идеи возникали в уме Фарадея в то время, когда он выполнял свои многочисленные скрупулезные опыты – по действию теплоты и холода на магнетизм воздуха и магнитную стрелку, по определению размеров магнитной силы воздуха, по выяснению зависимости распределения магнетизма в атмосфере от сходимости и расходимости линий магнитной силы и тому подобному. И если теперь, после открытия зависимости между изменением склонения магнитной стрелки и числом солнечных пятен, нельзя уже признавать за магнетизмом атмосферы исключительного влияния на возникновение годовых и дневных магнитных изменений и магнитных бурь, тем не менее остается несомненным, что содержащийся в атмосфере кислород оказывает огромное влияние на все магнитные явления на Земле. В самом деле, столб воздуха, имеющий в основании квадратный фут, по исследованиям Фарадея, обладает такою же магнитною силою, как 204 пуда кристаллизованной окиси железа: понятно отсюда, какой чудовищный “магнит” представляет собою наша атмосфера и как громадно должно быть ее магнитное действие.

После всех этих обширных работ Фарадей обратился к вопросам чисто философского характера. Он старается выяснить природу вещества, определить отношения между атомом и пространством, между пространством и силами, останавливается на вопросе о гипотетическом эфире как носителе сил и так далее. И здесь он, где и когда только можно, старается помочь работе ума опытами, чтобы обосновать на них и подкрепить этим путем свои выводы. Эту умозрительную работу мы рассмотрим в следующей главе. Теперь же скажем только, что к концу 50-х годов работы, продолжавшиеся четыре десятка лет почти без перерыва и сопровождавшиеся громаднейшим умственным напряжением, не могли не ослабить

сил Фарадея, возраст которого к этому времени становился уже весьма почтенным. Тем не менее, он продолжал работать. Предметом его последних исследований был вопрос: требует ли магнитная сила времени для своего распространения. Усталый Фарадей не смог уже решить этот вопрос, и остается неизвестным, каким именно путем он думал идти к его решению; но он успел сделать обширные подготовительные работы, от которых остались многочисленные своеобразные аппараты – круги, зубчатые колеса, сочетание зеркал и другое. Фарадей долго и упорно боролся с упадком сил, пытаясь не оставлять начатых работ, – но природа оказалась сильнее его воли, и в начале 60-х он вынужден был оставить свои занятия. Некоторое время “царь физиков”, однако, еще продолжал посещать еженедельные заседания в Королевском институте и вообще принимать участие в жизни ученого мира; но скоро старческая слабость и болезнь заставили Фарадея отдаться полному покою. Последние годы его жизни представляли медленную агонию. Он угасал без страданий и совершенно спокойный. Как это случается крайне редко, у него не было ни малейшего проявления обычной раздражительности и нетерпеливости, и потому уход за ним не представлял никакой неприятности. В это время все заботы о нем приняла на себя одна из его племянниц, так как жена сошла в могилу ранее его. Фарадей доживал последние годы совершенно уединенно и принимал почти одного Тиндаля, своего любимого ученика, который, в свою очередь, питал к Фарадею самые нежные чувства. Тиндаль навещал своего учителя весьма часто и сообщал ему наиболее интересные научные новинки; он был единственным звеном, связывавшим Фарадея с научным миром, так как чтение для него было вредно, да к тому же стало почти недоступно ему. Тиндаль не обременял своего учителя и передавал ему только то, что было действительно достойно внимания. Несмотря на полное ослабление всех способностей, и в особенности памяти, Фарадей до последних дней сохранил интерес к науке. В последний год жизни его чрезвычайно заинтересовали электрическая машина Гольца и открытие Пастером удивительного свойства виннокаменной кислоты отклонять поляризованный свет то вправо, то влево, в зависимости от минерального или органического происхождения названного вещества.

Фарадей до такой степени заинтересовался открытием Пастера, что начал было сам работать над этим явлением; способности его, однако, в это время были настолько слабы, что он смешивал действительность с продуктами своей фантазии и вообразил, что сделал какое-то необычайно важное открытие. По свидетельству Тиндаля, которому Фарадей излагал свое “чудесное открытие”, это был уже бред. После этого последнего усилия умственных сил Фарадей стал быстро угасать и умер 25 августа 1867 года, 77 лет от роду.

ГЛАВА VI. ХАРАКТЕР ФАРАДЕЯ И ЕГО ВОЗЗРЕНИЯ

Общий обзор работ Фарадея. – Общий характер жизни. – Общая характеристика. – Черты характера: снисходительность; отношение к противникам; отсутствие зависти; обаяние личности; любовь к порядку; склонность к специализации. – Характер открытий; отсутствие памяти; ошибки Фарадея и Марграт. – Особенности ума. – Опыты, ум и воображение. – Опыты, гипотезы и умозрения. – Сомнительное знание. – Отношение к авторитету и умственная независимость. – Взгляды на науку, ее задачи и ценность; популяризация науки; наука и правительство. – Воззрения Фарадея; единство сил; действие сил на расстоянии; линии силы и эфир; природа вещества; атомы и пространство. – Фарадей и религия

В обзоре научных работ, сделанном нами в предыдущих главах, упомянуты далеко не все открытия Фарадея. Менее важные из них мы опустили совсем, хотя совокупность их одна могла бы дать достаточную известность иному ученому. В биографии же Фарадея о них можно не упоминать, так как они кажутся слишком незначительными сравнительно с более крупными его вкладами в науку. Нарисовать общую картину открытий Фарадея довольно нелегко уже ввиду их чрезвычайной многочисленности и важности; еще затруднительнее составить краткий их конспект, в котором действительно не было бы капитальных пропусков. Тем не менее, приступая к характеристике Фарадея как человека и мыслителя, мы считаем необходимым сделать беглый общий обзор важнейших открытий Фарадея, дабы читатель наглядно мог видеть всю громадность услуг, оказанных человечеству этим великим умом.

Центр исследований Фарадея – явления в области магнетизма и электрической индукции. Он превратил магнетизм в электричество и электричество в магнетизм. Он открыл новый вид электрической энергии, наименее дорогой, наиболее могущественной и легче всего поддающейся управлению, – электрическую индукцию.

Вокруг этих двух важнейших открытий группируется целый ряд других открытий: открытие токов при замыкании и размыкании цепи, открытие линий магнитной силы, употребление электромагнитного тока как меры и пробного камня магнитных действий, открытие отталкивания в магнитной области и так далее.

Затем следует не менее важное открытие магнитного характера всех тел без исключения, установление существования действия магнетизма на все тела – твердые, жидкие и газообразные, органические и неорганические.

Далее следует открытие действия магнетизма на свет и превращение силы магнетизма в теплоту.

Еще более важным является установление того общего закона, что всякое химическое действие есть источник электричества.

Это установление связи, существующей между магнетизмом, электричеством, светом, теплотой и химическими явлениями, и превращение одного из этих видов энергии в другой привели к выработке важнейших из научных законов единства сил природы и невозможности создания силы.

В тесной связи с приведенными открытиями Фарадея находятся его исследования над химическими явлениями тока. Сюда относятся великий закон электрохимических эквивалентов и исследование источника силы в вольтовом столбе. Такую же связь с предыдущими работами имеют исследования над электричеством трения, электричеством угря, источником силы в гидроэлектрической машине, электромагнитным вращением и другие.

Особую группу открытий Фарадея составляют его работы в областях физики и химии, не соприкасающихся с областью электрических и магнитных явлений; важнейшими из этих работ являются превращение газов в жидкости и открытие бензина.