100 знаменитых ученых
Шрифт:
С этого времени и начался творческий путь ученого-самоучки, который продолжался более 50 лет в стенах Королевского института, созданного в начале XIX в. Бенджамином Румфордом. Здесь Фарадей сформулировал основной закон электромагнитной индукции, открыл законы электролиза и дискретность электрического заряда, первым изучил свойства диэлектриков и формы газового разряда, открыл пара– и диамагнетизм и магнитную анизотропию, обнаружил вращение плоскости поляризации в магнитном поле, ввел в науку одно из основных физических понятий – понятие поля, создал технологию сжижения газов, сочетая одновременно низкие температуры и высокое давление, изобрел вольтметр, электродвигатель,
Вскоре Майклу пришлось прервать научные занятия: в октябре 1813 г. вместе с Дэви он отправился в длительное путешествие по Европе, которое заняло более полутора лет. В то время на континенте бушевали политические страсти. Англия находилась в состоянии войны с Францией, но для знаменитого химика император Наполеон сделал исключение: два англичанина спокойно путешествовали по охваченным войной городам Европы, ставили опыты, беседовали с единомышленниками. В письмах Фарадея того времени нет почти ничего, кроме личных переживаний, описания впечатлений от стран, ландшафтов и встреч с учеными.
Иностранцы по достоинству оценили скромность и талант начинающего химика. Ж. Дюма писал: «Фарадей навсегда оставил о себе память как о человеке необыкновенно симпатичном, чего не сумел снискать себе его повелитель: Дэви вызывал удивление, но любили Фарадея». Эта поездка ввела в большой мир и большую науку бывшего переплетчика, который до того ни разу не выбирался за пределы Лондона, и предоставила ему возможность приобрести «себе самых преданных друзей в Париже, в Женеве, в Монпелье». Вернувшись в Англию, в январе 1816 г. Фарадей сделал свой первый публичный доклад и в течение года еще 5 раз выступал по частным проблемам химии. В 1817 г. он опубликовал шесть, а в следующие два года – 37 статей и заметок.
В период с 1816 по 1821 г. Майкл в основном занимался химией и сделал в этой области несколько важных открытий, за что был вскоре избран членом Королевского общества. Но до этого он решил задачу «превращения магнетизма в электричество»: заставил двигаться рамку с током внутри подковообразного магнита, что фактически означало создание прототипа электромотора. Предположение, что проводник с током будет двигаться в магнитном поле, высказывалось Дэви и вице-президентом Королевского общества Уильямом Волластоном, который в то время был очень заметной фигурой в науке. Вскоре Фарадей самостоятельно открыл эффект вращения, который в действительности оказался совершенно не похожим на то, что ожидали увидеть маститые ученые. Волластон повел себя как джентльмен и не выдвинул никаких претензий, но Дэви был чрезвычайно недоволен. Этот трудный опыт в области человеческих отношений Фарадей переживал очень тяжело.
К этому же времени относится и другое важное событие в жизни технического смотрителя Королевского института Фарадея: «Среди воспоминаний и событий 1821 г. я выделяю одно, которое более чем все остальные послужило источником чести и счастья. Мы поженились 12 июня 1821 г.». Сарра Бернард, дочь лондонского ювелира, которую он знал еще девочкой, стала верным другом и спутницей Майкла. Они прожили вместе 45 лет. Друг семьи Фарадей, ученый Джон Тиндаль, писал: «Никогда, я думаю, не было более мужественной, более чистой и более постоянной любви…»
С 1821 по 1831 г. в дневниках Фарадея почти нет записей об электромагнитных проблемах, хотя он делал несколько безуспешных попыток вызвать ток с помощью магнитов. В это же время американский ученый Джозеф Генри в Нью-Йорке сконструировал мощные электромагниты, и вскоре было обнаружено явление изменения их полярности при быстром переключении питающих проводов.
С прикладной точки зрения, Фарадей фактически построил модель первой динамо-машины, которая через столетие полностью изменит облик Земли. Но эта сторона вопроса абсолютно его не интересовала. В течение последующих 25 лет он целенаправленно изучал только две вещи: способ, каким электрические и магнитные силы передаются в пространстве, и связь между этими силами и материей. Начиная с первой серии «Экспериментальных исследований по электричеству», представленной Фарадеем Королевскому обществу в ноябре 1831 г., эта работа с перерывами продолжалась вплоть до 1855 г., когда появилась последняя, 30-я серия.
Хотя Фарадей и называл себя «скептиком относительно теорий», на самом деле в своих сериях «Экспериментальных исследований…» он постепенно выстраивал стройную теоретическую концепцию. К сожалению, она воспринималась большинством современников как чудачество великого экспериментатора. Взгляды Фарадея казались слишком наивными, несмотря на то что они вели его сквозь лабиринты разнородных фактов и помогали находить правильные варианты постановки опытов, приводящих к открытиям.
Через 20 лет Джеймс Максвелл первым счел нужным серьезно проанализировать теоретические высказывания Фарадея. Оказалось, что его формулировки просто и естественно переводятся на язык соответствующей математики.
В 1825 г. Майкл Фарадей был назначен директором лаборатории Королевского института, а спустя два года получил здесь же профессорскую кафедру.
В электромагнетизме Фарадей сделал три замечательных открытия, причем любого из них в отдельности было бы достаточно, чтобы его имя осталось в науке. Первое – уже упоминавшееся открытие электромагнитной индукции. Второе – открытие диамагнетизма, т. е. свойства всех без исключения веществ в природе приобретать во внешнем магнитном поле компоненту намагниченности против направления поля. До этого реакция на магнитное поле наблюдалась на протяжении сотен лет, но лишь у ограниченного числа веществ – парамагнетиков, которые относительно сильно намагничиваются по полю. Кстати, слова «парамагнетик», «диамагнетик», а также всевозможные производные от них были введены Фарадеем, который вообще уделял большое внимание адекватной терминологии (им были предложены термины «анод», «катод», «электрод», «электролит», «электромагнетизм», «положительное и отрицательное электричество» и т. д.). И наконец, третье открытие – вращение плоскости поляризации света в магнитном поле.
В каждом случае Фарадей устанавливал факт взаимодействия между сущностями, до того не связанными между собой. Нужно сказать, что ему сильно повезло. Ведь в своих экспериментах он действовал слепо, заранее не зная, на каком уровне, при каких интенсивностях полей можно ожидать появления новых эффектов. Более того, он не имел надежных представлений об их характере. В таких условиях открытия обычно делаются случайно и, в соответствии с законами вероятности, один раз в жизни. Но, как видно, к гению эти соображения не относятся. Теория вероятности – для обычных людей.