Компас, сыгравший роль «великолепной случайности» в опытах Эрстеда
Не менее удачным было и то, что один из студентов, которого, по-видимому, не слишком интересовали электрические чудеса с нагреванием, заметил, что при замыкании цепи магнитная стрелка почему-то дергается. И надо же было этому студенту задать вопрос о причине «дерганья». Он был, по-видимому, все-таки любознательным молодым человеком, и жаль, что в истории не осталось его имени… Эрстед даже растерялся от неожиданности вопроса.
– Я не понимаю, господин студент, о чем вы говорите.
– Я говорю, герр профессор, о том, что видел собственными глазами. В момент замыкания цепи стрелка компаса отклонилась.
– Вы уверены, что это было так? – медленно переспросил Эрстед, оглядывая демонстрационный стол. Он сразу заметил, что один из проводов, идущий от батареи, образовал петлю и лежал на компасе почти параллельно стрелке.
– Я могу поклясться, что все было именно так! – воскликнул возмущенный недоверием студент и стал продвигаться к столу сквозь группу товарищей.
– Не двигайтесь! – закричал Эрстед. – Сейчас мы повторим опыт, ничего не изменяя. Господа, я прошу всех следить за стрелкой и сказать мне, что вы увидите.
Он снова замкнул цепь и едва не оглох от дружного крика студентов: «Отклонилась!»
Сколько времени Эрстед ждал этого момента! На какие только ухищрения не шел, чтобы обнаружить связь электричества с магнетизмом. А все оказалось так просто…
Эрстед демонстрирует отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока
– Отклонение магнитной стрелки, господа, может быть вызвано единственной причиной, – голос его дрожал от волнения и прерывался, – электрическим конфликтом, то есть воздействием на магнитную стрелку электрической жидкости, которая движется в проводнике.
Пять месяцев спустя из печати вышли небольшие мемуары Эрстеда, озаглавленные «Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку». В них он излагал правило, уже похожее на закон: «Гальваническое электричество, идущее с севера на юг над свободно подвешенной магнитной стрелкой, отклоняет ее северный конец к востоку, а проходя в том же направлении под стрелкой, отклоняет ее на запад». Однако почему все происходило именно так, а не иначе, Эрстед объяснить не мог.
Свой труд, напечатанный на латинском языке, Эрстед разослал во все известные научные общества, в редакции физических журналов и физикам, занимающимся вопросами электричества.
Интересно отметить, что, по мнению Эрстеда, магнитные свойства проводник с током проявлял лишь в том случае, когда находился в нагретом состоянии. Заблуждался он, полагая, что в проводнике происходит встречное движение положительной и отрицательной «электрической материи». Была ли это ошибка или ограниченность мышления, привычка просто следовать букве эксперимента и существующему общему мнению в науке?.. Сам Эрстед писал в своих мемуарах: «Этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки». И сегодня мы понимаем, что этим «вихрем» было не что иное, как магнитное поле вокруг проводника.
Следом за мемуарами Эрстеда появился целый поток сообщений об исследовании нового явления. Условия его опыта изменяли, исследовали со всех сторон. Немецкий физик Иоганн Швейггер предложил использовать открытый эффект отклонения магнитной стрелки электрическим током для создания первого измерительного прибора – индикатора тока. Другие экспериментаторы обнаружили, что холодный проводник, по которому течет электрическая жидкость, так же хорошо отклоняет стрелку, как и нагретый. В разных странах физики стали вспоминать, что о сродстве вольтова столба и магнита уже давно велись разговоры и открытие Эрстеда вовсе не так уж и ново. Потом, как всегда, нашлись ученые, которые утверждали, будто бы они также проделывали аналогичный опыт и не раз получали сходный результат, но не обратили, дескать, на него внимания.
Но в том-то и заключается величие подлинного таланта. Мало поставить удачный опыт и обнаружить неизвестный до того эффект. Нужно еще осознать важность своей находки!
Опыт Араго
Доминик Франсуа Жан Араго был удивительным человеком. На его долю выпало столько приключений, что их хватило бы на толстый роман. И вместе с тем Араго был серьезным ученым.
Он родился в 1786 году в семье скромного адвоката. Уже в поместье отца все удивлялись необычайной одаренности ребенка в точных науках. И поскольку французы всегда умели не мешать, а помогать природе, воспитывая своих детей, Доминик был отправлен в Тулузу, в Политехническую школу. Блестяще закончив ее, молодой человек получил назначение в Испанию, где проводились измерения меридиана. Но там началась война за независимость, и его приняли за шпиона. Раненого ученого бросили в тюрьму, где он беспокоился лишь о том, чтобы спасти под одеждой рукопись с результатами измерений.
Он дважды бежал из плена, но попал в руки пиратов. Однако все несчастья когда-нибудь да кончаются. Добрался Араго и до Парижа. Драгоценные бумаги были переданы в Академию наук, а героя избрали ее членом.
Тангенс-гальванометр, прибор для измерения силы тока, изобретенный Пуйе и усовершенствованный Вебером
Дальше он занимался оптикой и электричеством, астрономией, геофизикой и артиллерией. Став секретарем Парижской академии наук, Араго написал трехтомную монографию о выдающихся геометрах, астрономах и физиках.
В 1820 году в Женеве Араго увидел на собрании натуралистов повторение опытов Эрстеда. И конечно, тут же решил познакомить с ними своих соотечественников, используя новоизобретенные приборы. Вернувшись домой, он собрал нехитрую установку с вольтовым столбом и продумал программу экспериментов.
Чтобы стрелка компаса легче вращалась, понадобилось подпилить железную опорную иглу. Вот цепь была замкнута, и магнитная стрелка послушно отклонилась от проводника, подключенного к вольтову столбу. Но что это? На блестящий проводник налипло столько железных опилок, что они могли исказить картину опыта. Экспериментатор тщательно протер серебряный проводник, однако стоило ему положить его на стол, как опилки вновь налипли. Но ведь серебро – металл немагнитный! Араго выключил ток, и опилки осыпались с проволоки. Включил – и они снова облепили ее, будто серебро стало магнитом. Серебро – магнитом! Чудо!
Араго сразу же осознал важность счастливого открытия. Немагнитный серебряный проводник, подключенный к вольтову столбу, становился магнитом! Очень интересно! Но почему?..
В то время многие физики стремились выяснить природу таинственного электромагнетизма. Что является носителем электрических и магнитных сил? В учении о теплоте в архив были сданы взгляды о теплороде – материальной субстанции, переносящей тепло. В оптике исследователи сошлись на признании наитончайшего всепроникающего эфира – светоносного невесомого вещества, не оказывающего никакого сопротивления движениям планет. А в учении об электричестве все еще господствовали таинственные электрические и магнитные жидкости с их неясными свойствами и противоречивыми ролями…
Большинство ученых старались вообще не задумываться о природе наблюдаемых явлений, уверяя, что нужно заниматься вопросами только количественной оценки результатов, как это делал Ньютон, и не «выдумывать» причин.
В дверь лаборатории постучали. У порога стоял плохо одетый человек. Обвисшие поля шляпы, мятый камзол… Между тем это был академик Андре Мари Ампер – самый гениальный и самый рассеянный из друзей Араго. Пыль на его башмаках – доказательство того, что он уже давно вышел из дома на улице Фоссе де Сен-Виктор и бродил по Парижу или предместьям, не разбирая дороги, как всегда, погруженный в свои мысли.
