Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция
Шрифт:
Так, для углекислого газа критическая температура равна 31oС, критическое давление — 73 атмосферам; для кислорода — 119oC и 50 атмосфер; для азота — 147oC и 34 атмосферы; для аммиака — 132oС и 112 атмосфер.
СЕКРЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСПЕХА ФАРАДЕЯ
Среди характерных черт Фарадея (например, способность к самообучению и влияние религии на мышление) нужно подчеркнуть и его приверженность в исследованиях некоторым интеллектуальным установкам, которые помогли ему добиться признания. Эти установки ученый почерпнул в книге «Совершенствование разума» (1815, The improvement of the mind) Исаака Уоттса (1674–1748), которую он в юности переплетал в книжной лавке Рибо.
Истина
Уоттс говорил, что в первую очередь нужно поддерживать обширную переписку. В течение своей жизни Фарадей обменивался письмами с учеными и экспертами по всем дисциплинам. Также необходимо иметь сотрудников, с которыми можно обсуждать идеи. Фарадей сразу понял, что научная работа — это не борьба героев-одиночек в поисках ускользающей правды, это скорее обмен мнениями, сотрудничество. По мере возможности необходимо избегать деструктивных споров: личные конфликты никаким образом не способствует поиску научного знания.
Интеллектуал, всегда носящий с собой блокнот для записи мыслей и открытий, является традиционным образом, возникшим много веков назад. Эразм Роттердамский (1466–1536), например, обычно делал записи в книгах, которые читал, усваивая их идеи, а также удерживая в памяти информацию, которую удалось почерпнуть.
Он предлагал студентам и профессорам носить с собой блокнот, организованный по темам. Это же советовал и Сенека: «Мы должны подражать пчелам: вычитанное из разных книг разделять, потому что порознь все сохраняется лучше». В эпоху Возрождения студенты, как правило, носили при себе тетрадь, называемую книга общих мест, или просто общие места, в которую записывали все, что было достойно запоминания.
Фрэнсис Бэкон замечал, что «с трудом можно найти что-либо более полезное […], чем хорошее и мудрое обобщение записей из общих мест».
По словам преподавателя лингвистики Американского университета Наоми Барон, в XVIII веке книга общих мест была «средством выражения, хроникой интеллектуального развития». Тетради для записи всегда вел и Чарльз Дарвин, благодаря чему мы можем шаг за шагом проследить, как он пришел к теории об эволюции видов. Джон Локк начал вести такие тетради в 1652 году, на первом курсе Оксфорда.
Также Уоттс настаивал на том, что необходимо проверять все, что говорится и делается без обобщений, а говорить и писать нужно точно и понятно. Как мы видим, Фарадей был прекрасным писателем, способным дать представление о своих открытиях в понятной и четкой форме, не прибегая к математическим уравнениям, будто бы перенося свой ясный ход мыслей на бумагу. Также он стал одним из крупнейших популяризаторов науки своей эпохи, особенно это касалось его участия в публичных лекциях.
Еще одним важным аспектом, который выделял Уоттс, было ведение постоянных записей в блокноте. Фарадей строго следовал этому правилу и даже планировал собственноручно переплести все свои записи, чтобы получить большую книгу обо всех вещах, которые он узнал и не хотел бы забыть. Стремясь к порядку, ученый преобразовывал все данные, полученные в ходе экспериментов, в письменные работы — так он сам следовал собственному лозунгу, который однажды раскрыл английскому химику Уильяму Круксу: «Работай. Заверши. Опубликуй». Кроме 450 статей, его наследие включает следующие публикации: «Химические манипуляции» (изложение в четырех томах исследований Фарадея в области химии, 1827), «Экспериментальные исследования по химии и физике» (дополнение к предыдущей работе, 1859), «Экспериментальные исследования по электричеству» (три тома, опубликованных с 1839 по 1855 год), «Силы материи и их взаимоотношения» и «История свечи» (обе работы основаны на рождественских лекциях для юношества за 1860 и 1861 год соответственно), «Дневник Фарадея» (изложение семи томов
Фарадей записывал различные идеи, которые надеялся однажды рассмотреть подробнее, а также вопросы, требовавшие ответов. Вопросы, на которые ему удавалось найти ответ, вычеркивались из списка, рядом он ставил дату, когда нашел решение. Например, среди ряда его идей, которые планировались для изучения в 1822 году, были переход магнетизма в электричество, состояние электричества внутри и на поверхности проводников, связь отклонения шарика из косточки бузины с изменением электричества в результате индукции.
Шотландский физик Джемс Клерк Максвелл (1831–1879), собравший наследие Фарадея, чтобы расширить его исследования и перевести его идеи на язык математики, так пишет о жизненных установках ученого, противопоставляя его другому гению электричества, французу Андре-Мари Амперу:
«Фарадей, напротив, показывает нам как свои неудавшиеся эксперименты, так и успешные, свои смутные догадки и хорошо разработанные идеи, поэтому читатель вне зависимости от уровня своих мыслительных способностей чувствует интерес, восхищение и думает, что при возможности тоже мог бы быть великим открывателем. Таким образом, каждый студент обязан прочесть работы Ампера, представляющие безукоризненный пример научного стиля при обосновании открытия, но также нужно изучать Фарадея, чтобы культивировать свой научный дух с помощью рассмотрения воздействия и реакции между новыми фактами, раскрытыми и представленными Фарадеем, и процессом рождения идей в его голове».
ГЛАВА 3.
Электрическая искра
Взявшись за вопросы электричества и магнетизма, Фарадей приблизил наступление великой экспериментальной революции. Его открытия, совершенные с использованием собственного метода, подсказанного твердой верой, привели к важным социальным изменениям: благодаря огромной силе, скрывавшейся в электромагнитных явлениях, не только возрос уровень жизни сограждан ученого, но и встал вопрос полного переоборудования производств, созданных в годы промышленной революции.
Как уже говорилось, в начале XIX века электричество больше связывалось с химией, чем с физикой, поэтому исследования Фарадея в области химии привели его к экспериментам с электричеством. В действительности ученый первым начал отделять электричество от химии, подчеркивая его фундаментальную связь с физикой.
Термин электричество происходит от древнегреческого слова «янтарь» — elektron. Этот материал, потертый о шерсть, притягивает волокна соломы. В 1600 году Уильям Гильберт (1544–1603) выяснил, что этим странным свойством обладает не только янтарь, но также стекло, сера, соль и другие материалы, которые мы называем диэлектриками. Век спустя Стивен Грей (1666–1736) провел эксперименты, доказавшие, что электричество переходит с одних тел на другие, если они соединены металлом. В 1773 году Шарль Дюфе (1698–1739) открыл два вида электростатического взаимодействия — смоляное и стеклянное. Разные виды взаимно притягиваются, одинаковые — отталкиваются. Позднее Бенджамин Франклин сделал вывод о том, что каждое тело обладает определенным количеством электрического флюида: при трении одного тела о другое нарушается равновесие, у одного из тел возникает нехватка флюида (-) (эквивалентно смоляному электричеству), а у другого — избыток (+) (эквивалентно стеклянному электричеству). К 1760-м годам Даниил Бернулли, Пристли и Кавендиш пришли к выводу о том, что электростатическое взаимодействие изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, как и в случае с гравитационным взаимодействием. В 1785 году Шарль Кулон измерил данную зависимость, представив ее в виде закона, который сейчас носит его имя.
И все же, несмотря на некоторые достижения, электричество оставалось абсолютной загадкой. По словам нобелевского лауреата по физике Леона Ледермана (р. 1922), в эпоху, когда жил Фарадей, электричество вызывало столько же вопросов, сколько сегодня вызывают кварки — мельчайшие неуловимые частицы, входящие в состав протонов и нейтронов. Ни одна из имевшихся тогда обоснованных научных формул не могла объяснить явление, при котором ток проходит по медной проволоке и притягивает металлические опилки, несмотря на то что между ними только пустое пространство.