Краткая история науки - Уильям Байнум

Вскоре после смерти Роберта Гука Ньютон опубликовал вторую значительную работу, «Оптика» (1704), посвященную исследованиям света. Ньютон и Гук много спорили по поводу того, кто из них что открыл первым и как понимать результаты их экспериментов, что такое свет и как он распространяется.

Большую часть экспериментов и расчетов для «Оптики» Ньютон сделал более сорока лет назад, но он не хотел предавать их огласке, пока Гук был жив. Этот трактат оказал на последующее развитие науки ничуть не меньшее влияние, чем «Начала», и мы встретимся со многими содержащимися в нем теориями в следующих главах, где будет показано, как другие ученые «стояли на плечах» Ньютона.

Он стал первым представителем науки, получившим рыцарское звание, сэром Исааком. Ему нравилось обладать влиянием, иметь власть, но счастья все это Ньютону не принесло.

Никто не назвал бы Исаака Ньютона приятным человеком, но он был, без сомнений, великим человеком, одним из самых выдающихся ученых, когда-либо живших на нашей планете, внесшим удивительный вклад в понимание того, как устроена Вселенная, «Начала» оказались высшей точкой астрономии и физики, активно развивавшейся в трудах Кеплера. Галилея. Декарта и многих других. В этой книге Ньютон соединил небеса и землю в единую систему, к которой приложил одни и те же законы. Он предложил математические и физические объяснения таким феноменам, как движение планет или падение разнообразных объектов на Землю, он обеспечил основания физики, которыми ученые пользовались до двадцатого века, до того момента, пока Эйнштейн и другие не показали, что во Вселенной есть много такого, что даже Ньютон не мог вообразить.

Думали ли вы когда-нибудь, что такое на самом деле вспышка молнии и почему следом за ней всегда раздается удар грома? Грандиозные явления, связанные с грозой, происходят обычно высоко в небе и выглядят очень впечатляюще, даже если вы знаете, что за ними кроется.

Но время от времени молнии ударяют в землю, и ученые в начале восемнадцатого века принялись думать о том, как бы заполучить электричество себе «в дом» и хорошенько изучить, разобраться с его загадками.

Другой большой научной проблемой того времени был магнетизм.

Древние греки знали, что если хорошенько потереть кусочек янтаря (желтоватый полудрагоценный камень), то он начнет притягивать маленькие объекты, расположенные по соседству. Но причину этой силы не могли объяснить ни они, ни люди Средневековья. Казалось, что она отличается от постоянной силы другого камня, магнетита, способного притягивать предметы, сделанные из железа.

Полярная звезда указывала путь, находясь на небе, магнетит помогал путешественникам, пребывая в их собственных руках: небольшой кусочек минерала определенной формы, помещенный так, что он мог свободно вращаться, всегда укажет на магнитный полюс. Магнетит также использовали, чтобы намагничивать иголки, и ко времени Коперника, в середине шестнадцатого века примитивные компасы использовались моряками, чтобы определять курс, поскольку намагниченная игла компаса всегда указывала на север.

Английский врач Уильям Гилберт писал обо всем этом в районе 1600 года, и тогда же появилось слово «магнетизм». И электричество, и магнетизм позволяли показывать разные фокусы, бывшие популярным развлечением не только во время научных лекций, но и на вечеринках в высшем свете.

Довольно быстро научились устраивать более эффективные трюки, вращая сделанный из стекла шар и натирая его в процессе вращения. В этом случае можно было чувствовать покалывание и даже видеть искры, возникавшие на стеклянной поверхности.

Это устройство позволило создать то, что мы именуем «Лейденской банкой»; название пришло от города в Нидерландах, именно там профессор местного университета и придумал ее около 1745 года. Банка была наполовину заполнена водой и с помощью провода присоединена к порождающей электричество машине.

Соединяющий материал был назван «проводником», поскольку он позволял таинственной силе переходить в банку, где она и могла храниться некоторое время. Ассистент профессора, коснувшийся бока сосуда и провода одновременно, получил такой электрический удар, что подумал – весь заряд перешел на него.

Отчет об этом эксперименте вызвал сенсацию, и Лейденская банка стала модной. Однажды десять монахов соединили руки, и когда первый коснулся сосуда и проводника, то разряд прошел через всех одновременно. Электрошок, по всей видимости, мог неким образом передаваться от человека к человеку.

Но что в этом случае происходило на самом деле?

Если отставить в сторону игры с искрами, то на кону стояли серьезные научные вопросы. Существовало множество теорий, объясняющих электричество и магнетизм, но хоть какой-то порядок в эту область исследований внес Бенджамин Франклин (1706–1790). Известен он в первую очередь как политический деятель эпохи образования США, помогавший писать Декларацию независимости (1776) после того, как бывшие колонии освободились от власти Британской империи.

Франклин был остроумен, популярен, обладал большой житейской мудростью, любил изречения типа «время – деньги» и «в этом мире нет ничего определенного, кроме смерти и налогов». В следующий раз, когда увидите человека в кресле-качалке или бифокальных очках, вспомните о Франклине, ведь именно он изобрел и то, и другое.

Он был по большому счету самоучкой, но знал очень много, в том числе и о науке. Чувствовал себя одинаково как дома и во Франции, и в Англии, и в Америке, и находился во Франции, когда провел свой самый знаменитый опыт с молнией.

Подобно множеству людей в середине восемнадцатого века Франклин интересовался Лейденской банкой и тем, что можно показать с ее помощью, и именно в его руках этот прибор раскрыл весь потенциал. Во-первых, он понял, что вещи могут нести либо положительный, либо отрицательный заряд – как это видно по маркировке на батарейках. Внутренности Лейденской банки, соединяющий провод и вода были электрически положительными, – утверждал он, в то время как внешняя поверхность несла отрицательный заряд. Плюс и минус имели одинаковую силу и уравновешивали друг друга.

Дальнейшие эксперименты убедили Франклина, что вся энергия банки сосредоточена в стекле, и он создал первый образец батареи (и изобрел слово), поместив кусок стекла между двумя свинцовыми пластинами. Когда он присоединил это устройство к источнику электричества, то оказалось, что его можно заряжать и разряжать.

К сожалению, дальнейших исследований в этом направлении он не проводил.

Франклин был не первым, кто пытался решить задачу о связи между искрами, созданными с помощью машин на земле, и огромными искрами в небесах, которые мы именуем молниями. Но он стал первым, кто приложил к проблеме знания, полученные при работе с Лейденской банкой, и попытался разобраться, как же связаны два явления.

Франклин замыслил хитроумный, но в то же время опасный эксперимент.