Это было волшебное, похожее на сон время, когда окончился хоровод масок, и все они стали ненужными, когда открытия лежали жемчужинами на океанском берегу, и — хочешь бери! Но трудно порой было протянуть руку, вместо жемчужин попадались гнилые водоросли.

И вот, наконец, уравнения Максвелла, великие уравнения, были написаны строка за строкой, связывающие воедино и электрический и магнитный миры, строка за строкой, буква за буквой, знак за знаком…

 

Аркюэльское созвездие

Наполеон Бонапарт, неистовый корсиканец, генерал, Первый консул, император Франции, мало известен тем несущественным в его жизни обстоятельством, что он вольно или невольно содействовал быстрому исследованию электрических явлений.

Однако важность его вмешательства в «электрические дела» начала прошлого века и степень поддержки переоценить трудно. В послереволюционной Франции действительно наблюдался резкий подъем научной деятельности, и, что важнее всего, именно в то время во Франции впервые в мире возникли ученые-профессионалы, ученые, для которых главным было не преподавание, а занятие наукой. Наполеон ввел в практику широкую поддержку ученых со стороны государства.

Наполеон помог создать организацию, в которую вошло редкое созвездие талантов — Гей-Люссак, Гумбольдт, Араго, Бертоле и Лаплас. В деревянных домах Бертоле и Лапласа происходили горячие словесные баталии между учеными, любой талантливый человек мог найти там не только моральную поддержку, но и возможность, например, поработать в лаборатории. Дома эти были расположены в пригородной парижской деревушке— Аркюэле, и поэтому общество, собиравшееся здесь, стали называть «Аркюэльским».

Покровительство Наполеона наукам имело в известном смысле корни случайные. Началось с того, что одним из преподавателей Наполеона в Военной школе был знаменитый французский астроном, математик, физик Пьер Симон Лаплас. Блестящий математик произвел на будущего императора большое впечатление, и поэтому сразу же после того, как Наполеон стал у кормила власти, Лаплас был назначен министром внутренних дел. Правда, почета на новом посту не имел, поскольку дела шли плохо, и уже через шесть недель Лаплас был заменен.

Наполеон писал впоследствии: «Великий математик не потратил много времени на то, чтобы показать себя никудышным администратором. Он везде умудрялся находить мелочи, а не проблемы, и вносил в администрирование дух бесконечно малых».

Отношение Наполеона к науке и ее деятелям было все же весьма благоприятным. Это дало даже повод французскому поэту, историку и общественному деятелю Ламартину позднее писать, что во времена Наполеона «только цифрам все разрешали, только цифры чествовались, осыпались благами и награждались».

Так было не всегда. Покровительство наукам началось лишь после приезда в Париж в 1801–1802 годах Вольта. (Наполеон не сделал ему официального приглашения, но обещал через главнокомандующего французскими войсками в Италии обеспечить безопасный проезд.)

7, 12 и 22 ноября 1801 года Наполеон посетил лекции (мемуары) Вольта, причем в первый же день выступил с речью, из которой можно было понять, что он считает приезд Вольта крупной вехой в истории французской науки. Далее он сказал, что французские ученые и в дальнейшем будут приглашать к себе виднейших ученых мира, а Вольта как первый в плеяде награждается золотой медалью. В этой речи Первый консул посулил крупные суммы в качестве премии за важные исследования в области электричества.

Слова не разошлись с делом. Примерно через полгода Наполеон написал министру внутренних дел письмо, в котором предлагал учредить ежегодную медаль и премию в 3 тысячи франков за лучшие работы в области «вольтаического электричества». Кроме того, он писал:

«Я желаю для ободрения исследователей учредить премию в 60 тысяч франков тому, кто своими экспериментами и открытиями продвинет электричество и гальванизм до уровня, сравнимого с уровнем исследований Вольта и Франклина. Иностранцы также должны допускаться к конкурсу на равных основаниях». Далее Наполеон писал, что желает объединить усилия ученых, работающих в области электричества, поскольку, как он считает, на этом пути будут сделаны великие открытия.

Обещанным премиям дана была невиданная по тем временам реклама. Сначала о них объявили в Институте, где была образована по такому случаю комиссия, включавшая Лапласа, Кулона, Био. Размеры призов были оглашены под звуки фанфар. Позднее объявления о премиях были опубликованы в газетах и журналах. Поскольку премии по тем временам были колоссальные, большое число ученых, ранее пренебрегавших электричеством, сейчас стали усиленно работать в этой области.

Тотчас же по личному распоряжению Наполеона в Политехнической школе была изготовлена целая батарея вольтовых столбов самых различных размеров, в том числе рекордный по величине столб, состоявший из 600 пар квадратных 20x30 см) цинковых и медных пластин (здесь можно судить о достижении нашего соотечественника профессора Василия Владимировича Петрова, который шестью годами раньше создал батарею, состоящую из 1000 пар элементов, правда, несколько меньших по площади).

Премии, однако, выплачены, по существу, не были.

Комиссия в течение десятка лет не смогла найти ученого, достойного получить большой приз. Что касается малого приза, то он присуждался несколько раз (в том числе Гэмфри Дэви за разложение кислот при помощи электричества), затем несколько лет комиссия не находила достойных, и после отправки Наполеона на Святую Елену премия больше не выплачивалась. Премия была вновь предложена племянником Наполеона Наполеоном III уже в 1852 году, когда пора блестящих французских открытий в области электричества миновала.

Та золотая пора была в 20-х годах, когда Био, Савар, Лаплас, Араго и Ампер создали «закон Био — Савара — Лапласа», «диск Араго» и «правило Ампера». А Ампер получил за свои работы памятник, состоящий всего лишь из пяти букв, — единицу тока, названную его именем. Эта награда, пожалуй, ценнее, чем какие-то несколько тысяч франков.

Старшим из аркюэльского созвездия был Лаплас — старше остальных более чем на 20 лет. Обычно ему приписывают крестьянское происхождение. Однако он получил хорошее образование. Для выпускников бенедиктинской школы, которую окончил Лаплас, уготовано было два пути — церковь и армия. Семья настаивала на церковной карьере, но великолепные успехи Пьера Симона Лапласа в литературе и математике решили проблему — поначалу Пьер Симон занялся искусствами. Позже, однако, он отправился в Париж с рекомендательным письмом к знаменитому математику д'Аламберу, который способствовал его назначению профессором математики в военной школе. Там-то Лаплас впервые и встретился с молодым Наполеоном. Подружившись с ним, а затем женившись на внучке знаменитого французского математика Фурье, Лаплас в дополнение к своему большому математическому таланту приобрел и влияние административное, столь способствовавшее французским успехам в изучении электричества.

Современники писали о нем: «Лаплас был рожден довести все до совершенства, все исчерпать, решить все, что решению поддается. Он бы завершил и небесную механику, если бы наука эта имела конец». Некоторые называли его Ньютоном своего времени. Лаплас умер ровно через 100 лет после Ньютона — 5 марта 1827 года, явившись на склоне лет свидетелем расцвета французских, да и не только французских, исследований.

Другому члену этого славного созвездия — Жану Батисту Био, старшему из остальных, суждена была грустная доля пережить всех своих соратников. Его жизнь была наполнена разнообразной и блестящей деятельностью. Начал он с артиллериста, затем попал в Политехническую школу, откуда вышел первоклассным математиком. Потом — профессор в Центральной школе, чем только не занимавшийся: он обследовал недавно упавшие метеориты, запускал с Гей-Люссаком воздушные шары, мерил вместе с Араго дугу меридиана на Балеарских островах, помогал Ньепсу — одному из изобретателей фотографии; кстати, на одной из самых первых в мире фотографий запечатлен Био.

Савар был моложе Био на 17 лет. В историю он вошел как один из создателей «закона Био — Савара — Лапласа» — математической зависимости, связывающей величину магнитного поля, создаваемого током, с величиной этого тока.

Следующий член общества — Доминик Франсуа Жан Араго был на пять лет старше Савара. Он отличался от прочих членов прежде всего своим огненным темпераментом — уже его фамилия выдает испанское происхождение. Отец его владел плантациями винограда и оливковых деревьев. Учился Араго в Париже и Политехнической школе — там, где как раз сооружались по приказу Наполеона гигантские вольтовы столбы. Покровительство Лапласа дало Араго возможность при его блестящих способностях стать секретарем Парижской обсерватории, где он познакомился с Био. В книге «История моей юности» Араго со вкусом описывал приключения в Северной Африке, свою работу во Франции, свои поразительные успехи в науке. Он стал членом Академии наук 23 лет. Его книги до сих пор не потеряли в большой мере своей ценности. Его наблюдения над грозами на суше и в море легли в основу книги «Гром и молния», из которой мы приводили большое число интересных до сего времени выдержек.

И наконец, последний из созвездия, формально не входивший в «Общество», — Ампер. Последний, разумеется, лишь по порядку, но не по той роли, которую его труды сыграли в истории науки, может быть, стоит даже сказать — человеческой цивилизации.

 

«Этот докучливый умник Ампер»

Известие о его смерти не было воспринято современниками слишком драматически…

А сейчас есть город Ампер, железнодорожная станция Ампер, научно-исследовательский центр имени Ампера, музей Ампера, «Общество друзей Ампера». Наконец, в международной системе единиц среди четырех главных — метра, килограмма, секунды, ампера — лишь одна единица названа в честь ученого.

Только специалисты знают сейчас имя его сына литератора Жан-Жака Ампера, а когда-то отец был совсем мало известен, зато имя сына знал чуть не каждый. Долгое время никто не взялся бы оспаривать слова знаменитого некогда Шатобриана, покровителя Жан-Жака: «Поэт с несколькими стихами уже не умирает для потомства… Ученый же, едва известный в продолжение жизни, уже совершенно забыт на другой день смерти своей…»

Мировая слава Ампера началась с того памятного немногим заседания Международного конгресса электриков в 1893 году, когда термин «ампер» был официально введен в нашу речь в качестве одной из основных единиц электротехники — единицы силы электрического тока.

Бронзовый Ампер, восседающий сейчас на одной из площадей своего родного города Лиона, вряд ли похож на настоящего, живого Ампера — тот был человек из плоти и крови, он «скорее был уродлив, чем некрасив, одевался плохо и был явно неряшлив; всегда ходил «на всякий случай» с большим зонтом, был неуклюж и человок».

Жизнь его с самого начала складывалась неудачно.

Отец, мировой судья в Лионе, во время революции 1789–1793 годов был казнен на гильотине, хотя, казалось, всегда действовал с лучшими намерениями. «Я сомневаюсь, чтобы… нашелся хотя бы» один гражданин, который был бы предан отечеству, как я… я всегда добросовестно относился к моим обязанностям и болел за дело…» — писал он жене перед казнью. В том же письме он описывает и неблагоприятное состояние семейных финансов:

«Самым большим моим расходом была покупка книг и геометрических приборов, без которых мой сын не мог бы обойтись».

Андре-Мари получил от несчастного отца хорошее образование, хотя не посетил ни одного класса школы.

Он увлекался математикой, 13 лет он даже представил в Лионскую академию наук свое решение задачи о квадратуре круга, задачи, как известно, принципиально неразрешимой. Он, как и его отец, увлекался литературой, сохранилось большое число стихотворений Ампера, даже писем в стихах. Увлекался о» механикой, химией, греческим языком, ботаникой, усовершенствованием конструкции воздушных змеев — это уже явно под впечатлением недавних опытов Франклина.

Время юности Ампера — время великих открытий в области электричества. Эксперименты Франклина были проведены, когда Амперу было 16, первая статья Вольта о гальваническом электричестве появилась, когда Амперу 25. В это же время по приказу Наполеона Французская академия наук объявляет конкурс с большими премиями за работы в области вольтанического электричества.

Естественно, что все эти события не могли оставить увлекающегося Ампера невозмутимым, и уже со времен франклиновых опытов Ампер то и дело возвращается к электричеству.

У двадцатисемилетнего Ампера уже намечаются в самом общем виде те идеи, благодаря которым он через много лет приобретет признание, выразив их в неожиданной и яркой форме языком новой науки — электродинамики.

Некоторые исследователи придерживаются эффектного мнения о том, что вся электродинамика Ампера была разработана в течение двух недель, непосредственно следовавших за демонстрацией в Париже опытов Эрстеда. Однако вряд ли это так. Вопросы связи электричества и магнетизма занимали Ампера еще за 20 лет до того дня, когда его посетило озарение. И все эти 20 лет его идея находилась с ним, он думал о ней, может быть, не непрерывно, но достаточно настойчиво. Может быть, такое состояние можно сравнить с хранением пороха в крюйт-камере: там взрыва не будет до тех пор, пока не возникла искра; или еще лучше — с накоплением ядерного горючего, которое взрывается, когда его количество превосходит критическую массу. Материал — мысли и эксперименты, раздумья и беседы до поры до времени спокойно накапливались у Ампера. Быть может, не хватало лишь немногого до создания «критической массы» знаний.

Откуда это известно? Из раздобытых исследователями творчества Ампера документов следует, что однажды, а именно 24 декабря 1801 года, Ампер присутствовал на докладе Вольта в Лионской академии, и не только присутствовал, но и отважился (после невероятно знаменитого тогда Вольта!) в свои 26 лет прочесть собственный мемуар — наброски системы, которая должна была бы объединить самые разрозненные отрасли физической науки в одно стройное знание. В нем электричество и магнетизм сводились к одним и тем же неправильным механическим представлениям. Бесстрастный язык академического протокола фиксирует, что Ампер после Вольта выглядел не очень-то блестяще; кроме того, шепелявость и глухой голос Ампера не способствовали эффекту его выступления.

Таким образом, Ампер интуитивно видел какие-то общие корни, связывающие или, точнее, питающие и электричество и магнетизм.

К такому же выводу можно прийти, просмотрев черновик речи (к ней он долго готовился), которой Ампер начал чтение в Лионе курса физики: «Нам, пожинающим плоды трудов гениев, не разделяя их славы, следует, я полагаю, особенно стараться свести к минимуму число принципов, объясняющих все физические явления».

Мы теперь знаем, что Амперу именно таким путем удалось «разделить славу гениев».

Однако заняться электричеством в те годы Амперу не пришлось, несмотря, в частности, и на желание получить премию имени Вольта. Он увлекся математикой, где выполнил некоторые работы, связанные с такой модной теперь теорией игр, и именно благодаря математическим успехам стал довольно быстро двигаться по академической лестнице славы.

Он стал академиком в 39 лет, причем в избрании его работы по магнетизму и электричеству не играли ни малейшей роли — их, по существу, не было. Избран был Ампер по секции геометрии за исследования в области математики и химии. Удостоившись высокой чести, он стал на один уровень с «бессмертными» — Лапласом, Пуассоном, Фурье, Монжем, Коши, Араго, Био, Гей-Люссаком, Френелем, Саваром. Его влияние и широта взглядов неизмеримо возросли. Его «ядерное топливо» продолжало накапливаться, лишь каких-то граммов не хватало уже для мощной реакции.

Недостающие граммы добавил друг Ампера, много раз уже упоминавшийся Доминик-Франсуа Араго, показавший в Академии ошеломившие Ампера опыты датчанина Эрстеда. Об этом в протоколах академии сохранилась краткая запись: «…г. Араго повторил перед академией опыты г. Эрстеда…» Запись эта датируется 11 сентября 1820 года.

* * *

Ампер славился своей рассеянностью. Про него рассказывали, что однажды он с сосредоточенным видом варил в воде три минуты свои часы, держа яйцо в руке. Другой часто приводимый случай: Ампер шел по улице, производя, как всегда, в уме сложные расчеты. Он ничуть не удивился, когда прямо перед ним возникла прекрасная черкая доска, спокойно достал из сюртука непременный кусок мела и стал записывать результаты; он не удивился и тогда, когда доска начала двигаться вперед, и для того, чтобы поспешить за ней, ему пришлось идти, а затем бежать. Доска оказалась задней стенкой кареты.

* * *

От этого дня отсчитываются две недели, в течение которых цепная реакция в мозгу Ампера все-таки произошла, в течение которых мозг Ампера непрерывно генерировал потоки новых идей — две недели, обеспечившие ему такую славу через многие годы.

Но перед тем как перейти к описанию двух лихорадочных недель, нам нужно вернуться на несколько месяцев назад, с тем чтобы присутствовать на некоей знаменитой лекции, где профессор Эрстед случайно (в том смысле случайно, в каком только и можно говорить о научных открытиях, «созревших» для того, чтобы их сделать) обнаружил родство двух сил, которые раньше столь настойчиво отделялись друг от друга после Гильберта, указавшего, и совершенно справедливо, на принципиальные различия между магнитными и электрическими явлениями. Теперь же логика развития науки привела к тому, что явления вновь объединились, но уже на основе новых представлений — представлений Ампера.

Спираль описала свой виток, поднявшись выше на неизмеримо более высокую ступеньку познания.

Но поспешим же, дорогой читатель, скорее в лаборатории и лекционные залы, на корабли и к ящикам с сокровищами, к растерянным хозяевам и коварным молниям, приведшим и Эрстеда, и многих других к решению загадки.

 

Корабли, компасы, случайности

Однажды Доминик Франсуа Араго, блестящий и необыкновенно темпераментный ученый — вы уже читали о нем, — видел, как на рейде Пальмы, главного порта Майорки, появилось французское военное судно «Ля-Ралейн». Состояние его было настолько жалким, что судно едва дошло своим ходом до причала. Дело происходило в 1808 году, после грандиозного поражения французского флота под Трафальгаром и установления Францией «морской блокады» ненавистной Англии. Слово «англичане» было на устах у всех, наблюдавших печальную картину. Однако когда команда сошла на берег и на борт поднялось несколько именитых французов, в том числе и Араго (Араго в свои 22 года уже мог считаться «именитым» — ведь совсем скоро его за большие научные заслуги изберут академиком!), выяснилось, что англичане в данном случае были ни при чем, а все разрушения на корабле были причинены молнией. Пока комиссия ходила по кораблю, наблюдая сгоревшие мачты и надстройку, Араго поспешил к компасам и там увидел примерно то, что и ожидал: стрелки компасов были перемагничены молнией.

Через год, копаясь в том, что еще несколько дней назад было генуэзским судном (оно разбилось, наскочив на скалы вблизи алжирских берегов), Араго снова обнаружил, что стрелки компасов были перемагничены. В кромешной тьме южной ночи капитан, направив судно по компасу к северу, подальше от опасных мест, на самом деле неудержимо двигался к тем опасностям, которых старался избежать, — он шел к югу, обманутый магнитным компасом, пораженным молнией…

Нужно сказать, что Араго очень упорно искал подобные случаи и в конце концов собрал довольно большое их количество. Вот несколько выдержек из богатой коллекции.

Английское судно «Дувр» 9 января 1748 года на 47 градусах 30 минутах северной широты и 22 градусах 15 минутах западной долготы попало в сильную грозу. Ударом молнии расщепило грот-мачту, обожгло частично палубу, некоторые каюты, борта. Капитан Уэддел, сверив по звездам направление стрелок компасов, убедился, что все они — перемагничены, все четыре; лежавшие невдалеке стальные и железные предметы были также сильно намагничены.

Около 1775 года два английских судна двигались параллельными курсами из Лондона в Барбадос. На широте Бермудских островов корабли разметало штормом — один из них был поражен молнией, она сломала мачту и изодрала в клочья паруса. Другое судно не пострадало.

Капитан его с удовлетворением осматривал после грозы лишь освеженную дождем палубу; он был несказанно удивлен, увидев, что первое судно сменило курс и двинулось обратно в Англию. Однако вскоре оттуда прибыл матрос, спрашивающий, почему второе судно решило идти назад, в Англию? После бурной сцены выяснения отношений компасы обоих судов были подвергнуты тщательной проверке. Оказалось, что у судна, пораженного молнией, полярность стрелки компаса переменилась на обратную, и капитан судна плыл на восток, будучи в полной уверенности, что плывет на запад.

В коллекции Араго — рассказ весьма известного тогда ученого Бойля (помните «закон Бойля — Мариотта»?). В июле 1681 года корабль «Альбермал» находился в шестидесяти милях от мыса Кейп-Код. Когда наступила ночь, по положению на небе звезд удалось обнаружить неисправность компасов, вызванную тем, что корабль накануне был поражен молнией. Из трех компасов два, вместо того чтобы показывать на север, как прежде, указывали на юг, а прежде северный конец третьего компаса направлен был к западу.

Не только компасы повреждались молнией. Так, в ночь с 21 на 22 февраля 1812 года молния поразила корабль «Голимин». В результате все стальные части часов с репетицией, стоявших в головах спящего капитана, сильно намагнитились, а сам капитан был ранен в голову. Шрам на капитанской голове через некоторое время бесследно исчез, чего не скажешь о приобретенном магнетизме часов — они и через 30 лет безбожно врали.

Приводит Араго и примеры «сухопутные». Он рассказывает, что когда-то молния ударила в лавку одного шведского сапожника. Все его немудрящие сапожные инструменты и гвозди так намагнитились, что то и дело в неподходящие моменты прилипали друг к другу. И пришлось сапожнику распрощаться со своими любимыми инструментами.

Все эти на первый взгляд малозначащие факты Араго собирал не зря. Только отгремели франклиновские и русские (Ломоносова и Рихмана) эксперименты с молнией.

Молния — это гигантская электрическая искра! Сейчас нам трудно почувствовать сенсационность такого заявления, но в то время многие простые люди, а не только ученые, восторженно приветствовали открытие Франклина: оно, кроме того, открывало путь в область новых «серендипити» — открытий на каждом шагу. Араго, собравший множество фактов, свидетельствующих о связи молнии с магнетизмом, чувствовал, что он — на пороге какого-то нового открытия. Однако он не видел, как можно соединить молнию с магнетизмом, показать, так сказать, магнитную природу молнии, как Франклин показал ее электрическую природу.

Радость и досада — вот, возможно, те чувства, которые он испытал, увидев решение долго не дававшейся ему задачи. Решение, найденное другим…

 

Тайны не разгадывают, их — дарят

Когда сорокатрехлетний копенгагенский профессор Ганс Христиан Эрстед разослал коллегам свой ставший впоследствии знаменитым «памфлет» — четыре странички на латинском языке, — и множество пораженных ученых во Франции, Швейцарии, Англии и России смогли с ним ознакомиться, перед ними, кроме научных проблем, встала и такая: как отнестись к автору этих страничек, как оценить его труд?

Чтобы ответить на все эти вопросы, безусловно, интересные и для нас, нам нужно вернуться на два столетия назад и представить себе далекий островок Лангеланд, городок на нем под названием Рюдкобинг и семью бедного аптекаря, в которой родился Ганс Христиан. Нужда гналась за семьей по пятам, и начальное образование братьям Гансу Христиану и Андерсу пришлось получать где придется: городской парикмахер учил их немецкому; его жена — датскому; пастор маленькой церквушки научил их правилам грамматики, познакомил с историей и литературой; землемер научил сложению и вычитанию, а заезжий студент впервые рассказал им удивительные вещи о свойствах минералов, пробудил любопытство и приучил любить аромат тайны. В 12 лет Ганс, раздразненный наукой и познавший столь малую ее часть, уже вынужден был стоять за стойкой отцовской аптеки и помогать ему. Здесь медицина надолго пленила его, потеснив химию, историю, литературу, и еще более укрепила в нем уверенность в его научном предназначении. Он решает поступить в Копенгагенский университет, но не знает, что изучать. Он берется за все: за медицину, физику, астрономию, философию, поэзию. Он увлечен всем сразу и всем серьезно.

Его брат, последовавший за ним в Копенгаген и изучавший юриспруденцию, стал там его постоянной, всепонимающей и всечувствующей тенью. Сохранились воспоминания современников о том, как братья, держась за руки, долгими днями гуляли по зеленым лужайкам университетских дворов или сидели на ступенях старинных зданий или в гулких аудиториях, отрешенные, с горящими глазами. Их начинающееся служение науке было сродни какому-то мистическому действию, столь подходящему для этих монастырских стен и холодных келий со стрельчатыми окнами.

Ганс был счастлив в университетских стенах; он писал позднее, что для того, чтобы юноша был абсолютно свободен, он должен наслаждаться в великом царстве мысли и воображения, где есть борьба, где есть свобода высказаться, где побежденному дано право восстать и бороться снова. Он жил, упиваясь трудностями и своими первыми небольшими победами, познанием новых истин и устранением предыдущих ошибок. Но чем он занимался? Золотая медаль университета 1797 года была присуждена ему за эссе «Границы поэзии и прозы». Он разбрасывался и, казалось, заранее ставил крест на своей научной карьере, предпочитая разносторонность профессионализму. Следующая его работа, также высоко оцененная, была посвящена свойствам щелочей, а диссертация, за которую он получил звание доктора философии, была посвящена медицине.

Наступило новое столетие. В вихре французской революции, на полях сражений американской войны за независимость рождалось новое восприятие мира, очищение умов и душ от устоявшихся догм, ветер свободы манил молодых. Начавшийся промышленный переворот затопил традиционный мир техники нескончаемым потоком новых практических изобретений. XIX век заявил о себе новым образом жизни и мыслей, новыми социальными и политическими идеями, новой философией, новым восприятием искусства и литературы. Все это захватывает Ганса, он стремится попасть туда, где бурлит жизнь, где решаются главные научные и философские вопросы, — в Германию, Францию, другие европейские страны. Дания была в этом смысле провинцией Европы, и Эрстед не мог и не хотел там оставаться. Он искал понимания, он искал новых друзей.

Его талант, упорство и случайность сплелись в счастливый клубок, и вот он, блестяще защитив диссертацию, едет по направлению университета на годичную стажировку во Францию, Германию, Голландию. Сейчас он скорее философ, чем физик. Его новые друзья — большей частью философы. Много времени он провел в Германии.

Там он слушал лекции Фихте о возможностях исследований физических явлений с помощью поэзии, о связи физики с мифологией. Ему нравились лекции Шлегеля, но Эрстед не мог согласиться с ним в необходимости отказа от непосредственного, экспериментального исследования физических явлений. Его поразил Шеллинг, как ранее поразил Гегель. Его увлекла идея всеобщей связи явлений, он увидел в ней оправдание и смысл своей кажущейся разбросанности — все изучавшееся им оказывалось, по этой философии, взаимосвязанным и взаимообусловленным. Он стал одержим идеей всеобщей связи. Связи всего со всем.

Быстро нашлась и родственная душа, мыслящая так же, как он, столь же разносторонняя и романтичная. Это был физик Риттер, изобретатель аккумулятора, гениальный фантазер, источник сумасброднейших идей. В одном из писем Эрстеду Риттер, в частности, высказал такую мысль: годы максимальных наклонений эклиптики, по его мнению, соответствовали годам самых крупных открытий в области электричества. Так, 1745 год отмечен изобретением лейденской банки, в 1746 году Вильке изобрел электрофор, в 1782 году появился конденсатор Вольта, а в 1801 году — вольтов столб. «Вы можете теперь вычислить, — писал Риттер, — что эпоха новых открытий наступит в 1819 или 1820 году, и мы сможем стать ее свидетелями».

Иногда такие предсказания сбываются, хотя и не в полной мере. Это предсказание сбылось, открытие произошло в 1820 году, сделал его Эрстед, но Риттеру не пришлось быть свидетелем. Он умер в 1810 году.

Идея всеобщей связи не давала Эрстеду покоя. Необычайная энергия, свойственная ему с детства, вела его к новым и новым поискам. В 1813 году во Франции выходит его труд «Исследования идентичности химических и электрических сил». В нем Эрстед впервые высказывает мысль о связи вольтовского электричества и магнетизма.

Он пишет: «Следует испробовать, не производит ли электричество… каких-либо действий на магнит…» Его соображения были простыми: электричество рождает свет — искру, звук — треск, наконец, оно может производить тепло — проволока, замыкающая зажимы лейденской банки, нагревается. Не может ли электричество производить магнитных действий?

Идея связи электричества и магнетизма носилась в воздухе, и многие лучшие умы Европы были ею увлечены. Еще Франц Ульрих Теодор Эпинус подмечал их сходство, а француз Франсуа Араго потратил множество лет для сбора таинственных на первый взгляд историй о кораблях, сокровищах и необычных небесных явлениях, в которых он тоже видел эту ускользающую связь. Говорят, что Эрстед не расставался с магнитом. Кусочек железа должен был непрерывно заставлять его думать в этом направлении. Магнит пропутешествовал, видимо, немало миль в эрстедовом сюртуке, пока… нет, магнит Эрстеду так и не пригодился.

Открытие произошло случайно.

Историки науки, возможно, еще долго будут оставаться в неведении и недоумении относительно обстоятельств странного открытия Эрстеда, которое стало сейчас чуть ли не классическим примером счастливой случайности. Не ясна даже дата открытия. Некоторые исследователи относят его к 1819 году, другие — к 1820. Кое-кто сомневается даже в авторстве Эрстеда. Действительно, обстоятельства открытия дают возможность для кривотолков.

15 февраля 1820 года Эрстед, уже заслуженный профессор, читал своим студентам лекцию по физике. На лабораторном столе находились вольтов столб, провод, замыкающий его, зажимы и компас. В то время, когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и поворачивалась по направлению к проводу. Это было первое непосредственное подтверждение связи электричества и магнетизма. Это было то, что так долго искали все европейские и американские физики. Решение проблемы было потрясающе просто.

Казалось бы, все ясно. Эрстед продемонстрировал студентам еще одно подтверждение своей давнишней идеи о всеобщей связи разнородных явлений. Но почему же возникают сомнения, почему вокруг обстоятельств этого события впоследствии разгорелось так много жарких споров? Дело в том, что студенты, присутствовавшие на лекции, рассказывали потом совсем другое. По их словам, Эрстед хотел продемонстрировать на лекции всего лишь интересное свойство электричества нагревать проволоку, а компас оказался на столе совершенно случайно. Именно случайностью объяснили они то, что компас лежал рядом с этой проволокой, и совсем случайно, по их мнению, один из зорких студентов обратил внимание на поворачивающуюся стрелку, а удивление профессора, по их словам, было неподдельным. Сам Эрстед в своих позднейших работах писал: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью, как бы хотел заключить профессор Гильберт из тех выражений, которые я использовал при первом оповещении об открытии».

Нужно сказать, что отклонение стрелки компаса в лекционном опыте было незначительным, и поэтому в июле 1820 года Эрстед снова повторил эксперимент, используя более мощные батареи. Сейчас эффект стал значительно сильнее, причем тем сильнее, чем толще была проволока, которой он замыкал контакты батареи. Кроме того, он выяснил одну странную вещь, не укладывавшуюся в ньютоновские представления о действии и противодействии.

Выражаясь его же словами, «магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него».

Чем же был поражен ученый? Почему в своем четырехстраничном «памфлете» он тщательно перечисляет свидетелей, не забывая упомянуть ни об одной из их заслуг; среди них «Лауриц Эсмарх — видный ученый; министр юстиции, достойный человек Влейгель — кавалер ордена Дании; удостоенный высочайших наград Гаук, чье знакомство с естественными науками прославлено в стране… Рейнхард, профессор естественной истории; Якобсон, профессор медицины, человек, обладающий высочайшим мастерством проведения экспериментов; самый опытный химик Цейзе — доктор философии…»

Дело в том, что Эрстед, трактуя эксперимент, заронил глубокую мысль, мысль о вихревом характере электромагнитных явлений. «Вихреобразность» процесса, вызывающего в памяти водоворот, вихрь, спираль, долго не находила сторонников, и даже Фарадей поначалу не оценил эту мысль. Он еще долго был убежден в том, что силы, действующие между проводниками с током и магнитной стрелкой, — это силы притяжения и отталкивания, подчиняющиеся законам Ньютона.

Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством и магнетизмом. Не напрасно Эрстед в своем «памфлете» перечисляет свидетелей. То, что открылось ему, было новой тайной, не укладывающейся в рамки ньютоновских законов и прямо нарушающей третий из них: направления возмущающей силы — электричества (определяемого направлением провода) и силы реакции — магнетизма (определяемого направлением магнитной стрелки) были у Эрстеда перпендикулярны. Ученые, сгрудившиеся у лабораторного стола Эрстеда, впервые видели «противодействие», не противоположное по направлению «действию».

Можно ли назвать открытие Эрстеда случайным? Оно было бы сделано и в том случае, если бы не было лекции 15 февраля, если бы не было случайно положенного компаса, если бы прогулял лекцию востроглазый студент, если бы не существовало даже самого Эрстеда.

Действительно, обстоятельства открытия наводят на мысли о случайности. Химик Эрстед читал лекцию об электричестве. На лабораторном столе оказался не нужный по ходу лекции компас, на него случайно взглядывает неизвестный сейчас студент и т. п.

Попробуем, однако, во всех этих случайностях разобраться: случайно ли, например, то, что Эрстед, хотя и был профессором химии, читал лекцию об электричестве?

Нет. Электричество было недавно открыто, им занимались и химики, и физики, и механики. Да это и естественно, если учесть, что багаж знаний по электричеству был в ту пору невелик, занятия им не требовали какой-то особой подготовки, как скажем, теперь — вряд ли возьмется сейчас профессор химии читать лекцию по какому-нибудь бурно развивающемуся разделу физики! Оборудование тоже было несложным — его могли сделать в любой мастерской.

Поэтому в лекции Эрстеда, да и в ее оснащении ничего случайного, в общем, не было. Набор для электрических и магнитных исследований был в то время весьма невелик — вольтов столб, проводнички, лягушачьи лапки, магнит да компас.

Как писал уже наш современник Брегг, разработавший структурный анализ кристаллов, приходится удивляться не тому, что Эрстед «случайно» окрыл действие электрического тока на магнитную стрелку, а тому, что открытия нужно было ждать целых 20 лет с момента изобретения вольтова столба. В десятках лабораторий находились и вольтовы столбы, и компасы, два предмета тысячи раз оказывались рядом. Неминуемо должно было создаться однажды такое положение, когда магнитная стрелка наконец окажется по соседству с проволочкой, замыкающей концы вольтова столба. И такого сочетания пришлось ждать целых 20 лет! И дождавшись, нужно было не пропустить того момента, когда стрелка качнется! Неизвестный студент на лекции Эрстеда выполнил в известном смысле свою историческую роль, взглянув на компас в подходящий момент.

И еще. Случайно ли то, что именно Эрстед сделал открытие? Ведь случайное сочетание нужных приборов и «режимов их работы» могло получиться в любой лаборатории? Да, это случайно, хотя случайность и в данном случае закономерна. Эрстед был в числе тогда еще немногих последователей философии Гегеля и Шеллинга, которые хотя и в идеалистической форме (природа — порождение абсолютного духа), но выразили справедливую диалектическую идею о всеобщей связи явлений, идею, под влиянием которой находился и Риттер, и его последователь Эрстед. Вот почему именно Эрстед был буквально одержим идеей взаимосвязанности электрических и других явлений — он направленно искал связь электричества с магнетизмом. Но когда нашел, совершил ошибку, опять-таки под влиянием идей Шеллинга о всеобщем законе борьбы противоречий. Объясняя поворот стрелки под действием проходящего по цепи электрического тока, он считал, что поворот этот объясняется «электрическим конфликтом», то есть столкновением двух различных электричеств. Помня о борьбе противоположностей, Эрстед забыл об их единстве. Он и электричество разделил на два, в то время как нужно было электричество и магнетизм свести к единому.

После открытия почести посыпались на Эрстеда как из рога изобилия: он был избран членом многих авторитетнейших научных обществ, в том числе Лондонского королевского общества и Академии Франции, англичане присудили ему медаль Копли, а из Франции он получил давно заслуженный им приз в 3000 золотых франков, некогда назначенный Наполеоном для авторов самых крупных открытий в области электричества.

Принимая все эти почести, Эрстед никогда не забывал о том, что новый век требует нового подхода к обучению науке. Он основал в Дании общество для поощрения научных занятий. Польщенный европейской славой Эрстеда король Фредерик VI пожаловал ему Большой крест Данеборга — высшую награду и, кроме того, разрешил основать Политехнический институт. В те же годы Эрстед основывает литературный журнал, читает просветительные лекции для женщин, покровительствует «маленькому Гансу Христиану», своему тезке, будущему великому писателю Гансу Христиану Андерсену. Он совершает десятки заграничных поездок и блестяще овладевает немецким, французским, английским, латинским языками, на которых он читает лекции о науке и литературе. Эрстед становится национальным героем.

Почести, к сожалению, нередко запаздывают. 9 марта 1851 года Эрстед скончался. Хоронили его ночью.

Толпа из 200 тысяч человек, освещая путь факелами, провожала его в последний путь. Звучали траурные мелодии, специально сочиненные в его память. Ученые, правительственные чиновники, члены королевской семьи, дипломаты, студенты, горожане восприняли его смерть как личную потерю. За многое они были благодарны ему.

И не в последнюю очередь за то, что он подарил миру новые тайны…

«Памфлет» Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 года (мы не случайно датируем здесь так точно — события в дальнейшем будут развиваться в весьма непривычном для неторопливой тогда науки темпе).

Через несколько дней «памфлет» появился в Женеве, где в то время Араго был с визитом. Первое же знакомство с опытом Эрстеда показало Араго, что разгадка, над которой он бился, найдена. Если молния — это электрический ток, то в таком своем качестве она вполне может влиять на компасные стрелки.

Араго, не выезжая из Женевы, повторяет перед де-ля Ривом и Пикте (запомните, читатель, эти имена — нам они еще не раз встретятся) опыты Эрстеда и убеждается в полной его правоте. Затем опыты были показаны в августе 1820 года де-ля Ривом на заседании съезда естествоиспытателей и врачей, ради которого Араго, собственно, и прибыл из Парижа. Опыты произвели на собравшихся ученых столь сильное впечатление, что один из них произнес непроизвольно:

— Господа, происходит переворот!

Араго возвращается из Женевы потрясенным. На первом же заседании Академии, на котором он присутствовал сразу по возвращении, 4 сентября 1820 года Араго делает устное сообщение об опытах Эрстеда. Записи, сделанные в академическом журнале ленивой рукой протоколиста, свидетельствуют, что академики просили Араго уже на следующем заседании, 11 сентября, то есть через неделю, показать всем присутствующим опыты Эрстеда, так сказать», «в натуральную величину». Бледный Ампер слушал с сердцебиением сообщение Араго. Он, может быть, чувствовал, что пришла его пора перед лицом ученых всего мира принять эстафету открытия из рук Эрстеда. Он долго ждал своего часа — около 20 лет, как Араго и как Эрстед. Все трое успели состариться в ожидании, превратиться из пылких юношей в солидных стареющих профессоров. И вот час пробил — 4 сентября 1820 года Ампер понял, что он должен делать.

И с этого дня отсчитываются две недели, благодаря которым есть город Ампер, станция Ампер, лицей Ампера, памятники Амперу, музей Ампера и, наконец, есть самое главное — один ампер.

С этого дня начинаются дни великой работы Ампера…

Мозг Ампера вбирает в себя все новые и новые крупицы знаний об электричестве, и масса имеющегося у него материала близка к критической. Он еще не знает о том, что именно открытия Эрстеда явятся последней крохой расщепляющегося материала, необходимой для взрыва идей. Он даже не знает ничего об открытиях Эрстеда. Летом 1820 года, когда ученый мир в Женеве уже с восторгом приветствовал мемуар Эрстеда, Ампер был в рутинной инспекционной поездке, нужной ему для заработка.

Он прибыл в Париж в конце августа и 4 сентября первый раз пришел на заседание Академии, еще не подозревая о том, какой уготован ему сюрприз.

 

Безумные дни, или открытие электродинамики

До памятного заседания 4 сентября Ампер пребывал в обычном для него состоянии — он был несчастен. Его семейная жизнь сложилась из рук вон плохо — после казни отца она представляла собой цепь неудач. Первая жена его скоро умерла, оставив трехлетнего Жан-Жака на руках Ампера и его сестры, вынужденной отказаться из-за этого от своей личной жизни; второй брак дал основание глубоко интеллигентному отпрыску королевской семьи, знаменитому физику Луи де Бройлю, обычно крайне сдержанному в выражениях, сказать: «Вторая его жена оказалась мегерой, а ее родители не лучше». К Амперу во время их совместной жизни не допускались ученики, его письма вскрывались, родственники его не признавались, и самому ему не раз предлагали «убраться».

Кончилось тем, что Ампер убрался и некоторое время жил под кровом Министерства внутренних дел. Он жестоко страдал, в конце концов Амперу пришлось купить дом и судом (!) требовать переезда к нему жены. Хотя соответствующее решение судом было вынесено, Ампер не воспользовался своими правами, и все оставалось прежнему. В течение нескольких лет лирические треволнения серьезнейшим образом мешали научной работе Ампера. Затем умерла мать, и дом, где Ампер жил ребенком пришел в запустение.

Когда подрос сын, поводов для переживаний прибыло. Как-то Ампер представил своего двадцатилетнего сына знаменитой мадам Рекамье, сорокатрехлетней жене банкира, в салоне которой можно было встретить лучших художников и скульпторов того времени (ее писал Давид, высекал из мрамора Канова), членов семьи Наполеона, министров, ученых, общественных деятелей. Жан-Жак в течение следующих 30 с лишним лет испытывал к ней страстное и нежное чувство, не ослабевавшее до самой смерти мадам Рекамье, оставившей Жан-Жаку наследство. Жан-Жак Ампер так и не создал своей семьи — он умер через 15 лет старым холостяком.

Старый Ампер не одобрял увлечения сына, считая, что оно мешает его научной и литературной работе, и мечтал женить Жан-Жака на дочери своего приятеля, знаменитого французского биолога Кювье — Клементине. На этой почве у отца с сыном возникло отчуждение, вызвавшее у Ампера новые страдания.

В дополнение ко всему Ампера стала мучить стенокардия. Словом, жизнь его отмечена непрерывным потоком неприятностей. Друг Ампера Вреден когда-то писал ему: «Мой бедный друг, не иссякнут ли когда-нибудь силы твоей души для горестей? Восемь лет я имею счастье знать тебя близко. С того времени я всегда был уверен, что ты находишься на вершине страданий. Мне всегда казалось, что несчастья, выпавшие на твою долю, приходят к концу. Но у тебя всегда находятся обстоятельства ухудшать твое состояние. Я тоже несчастен и был несчастен всю жизнь. Но какая, однако, разница!

У меня это всегда шло, ослабляясь…»

Единственным, что у Ампера шло относительно хорошо, была наука. Он занимался уравнениями в частных производных, оптикой, химией. Он удостоен за свои научные заслуги ордена Почетного легиона. Он состоит во 118 множестве комиссий, включая «Комиссию по изданию классиков литературы». Он работает одновременно на нескольких должностях. Единственное, чем, может быть, не занимался Ампер в то время, — это «взаимоотношениями» электричества и магнетизма.

Нетерпеливо ждет Ампер следующего понедельника, 11 сентября, когда Французская академия наук снова соберется на свое очередное заседание. Вот быстрый черноглазый испанец Араго собирает на демонстрационном столе несложную установку — вольтов столб, накоротко замкнутый медным проводником. Рядом — компас и чашка с железными опилками. Вот компас помещается рядом с проводником — стрелка компаса тут же поворачивается так, чтобы стать перпендикулярно к нему. Это — знаменитый опыт Эрстеда. Электричество и магнетизм явно взаимодействуют друг с другом — факт, абсолютно неожиданный для ученых, полагавших, что два явления, как это когда-то показал и доказал Гильберт, ничего общего друг с другом не имеют.

Заседание заканчивается, протоколист выводит под датой «И сентября»: «… г. Араго повторил перед академией опыты г. Эрстеда». Спокойные, нимало не взволнованные академики чинно разошлись по домам. Лишь уже немолодой — 45, по тем временам старик! — Ампер бежит сломя голову к слесарю, чтобы заказать копию инструментов, показанных только что Араго. Нужно скорее установить инструменты дома, в маленькой квартирке на улице Фоссе-де-Сен-Виктор, и все эксперименты проделать собственными неумелыми руками. Ведь Ампер — теоретик, он никогда не ставил сложных опытов, у него не было лаборатории, он не мог израсходовать ни одного казенного франка на покупку приборов. Пока слесарь делает не слишком-то сложные приборы, Ампер сооружает немудрящий лабораторный стол. Два его друга— добровольные помощники Френель и Депрец участвуют в первых экспериментах. Небольшой столб, замкнутый проводом, — основной объект изучения Ампера.

Он подносит компас то к проводу, то к столбу и сразу же убеждается, что стрелка изменяет свое направление и рядом с проводом, и рядом с самим сголбом. Стоит Цепь разомкнуть — и эффект полиостью пропадает. Значит, магнитные явления сопутствуют не всякому электричеству?

Электричеств в то время было два — одно то, которое знал еще Фалес, то, которое получал на громадных шарах из серы бургомистр Отто фон Герике, то, которое знал Франклин, то, которое ответственно за притяжение бумажек и пушинок, статическое электричество. Другое — вольтовское, гальваническое электричество, с помощью которого можно было разлагать воду и кислоты, которое получали с помощью вольтовых столбов.

Магнетизм оказался присущим лишь второму электричеству, он существовал, когда цепь была замкнута, когда по ней от одного полюса вольтова столба к другому шел ток.

Но когда тока в цепи нет, вольтов столб проявляет все свойства «первого» электричества — скопившиеся на его концах заряды могут притягивать пушинки и вообще проявлять действия статического, франклинова электричества. Стоит зарядам прийти в движение, когда цепь замкнута, и электричество номер один превращается в электричество номер два. И только электричество в движении, гальваническое, производит магнитные действия.

Сила, зависящая от движения, — такого еще не было!

Сразу же возникла идея измерить какой-то мерой интенсивность такого движения. И Ампер первым в мире произнес тогда слова «сила тока». Не удивительно, что через много лет «ампером» была названа единица именно силы тока.

К следующему заседанию академии 18 сентября часть приборов еще не была готова, но Ампер решил выступить и рассказать о том, что стало ему ясным, а гакже о тех приборах, которые он намеревался построить. В протоколе сохранились слова Ампера: «Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и среди прочих гальванические (то есть обтекаемые током. — В. К.) спирали и завитки. Я высказал ту мысль, что эти последние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты… я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам».

Пророческие слова Ампера, выношенные в течение всего лишь одной недели, стали основой его электродинамики — науки, сводящей все магнитные явления к явлениям электрическим. Поражает уверенный тон Ампера; он высказывает мнение, что спирали и завитки должны вести себя как магниты. Это говорит о твердой уверенности Ампера в ожидаемом им результате, о том, что основные контуры его учения, сводящего магнетизм именно к круговым токам, были ему уже ясны.

На следующий день, 19 сентября, Ампер хотел было написать письмо сыну о всех тех догадках, которые мелькали в его мозгу, но отложил перо — нужно было как можно скорее проверить, будут ли завитки и спирали обнаруживать те же свойства, что и магниты. Однако слабые вольтовы столбы, имевшиеся в распоряжении Ампера, Френеля и Депреца, не давали желаемого эффекта.

Заявления, сделанные Ампером, грозили остаться неподтвержденными или даже оказаться неверными. Уже завтра нужно было Амперу выступать с докладом, подтверждающим его теории, а результатов, которые нужны были Амперу, все не было. Окончательный опыт — взаимодействие двух токов как магнитов, убедительно говоривший бы о том, что притяжение и отталкивание объясняются только электрическими токами, а магнитные свойства являются лишь следствием протекающих токов, — не удавался.

Итак, было воскресенье 24 сентября. А в 4 следующего дня Ампер должен был подняться на трибуну. Завтрашний день представлялся совсем не в розовом свете, однако надежда все же оставалась — Ампер вспомнил, что для университета только что был изготовлен новый большой вольтов столб. Столб оказался на месте, но начальство, поднятое на ноги в воскресный день по такому поводу, давать столб не желало, видимо боясь, что вещь будет испорчена в процессе сомнительных экспериментов. Пришлось идти за мастерами, делавшими столб, и при университетском начальстве заказать еще один такой же, с тем чтобы он мог быть возвращен университету по изготовлении. Только на таких началах Амперу удалось умыкнуть необходимый столб и доставить его в свою холостяцкую квартиру на Фоссе-де-Сен-Виктор.

Новый столб был превосходен. Ток, струившийся по ожившим спиралькам, завиткам, легко превращал их в магниты, они притягивались одними концами, отталкивались другими, — словом, вели себя неотличимо от кусков магнитного железняка или намагниченного железа — единственных магнитов, известных в то время.

Коронный опыт — две спирали, взаимодействующие друг с другом как магниты. В опыте ничто не могло обладать, как тогда называли, «магнитной жидкостью», а магнитное взаимодействие было налицо и объяснялось только протекавшим по спиралькам током.

Больше того — и два проводника, по которым тек электрический ток, притягивались и отталкивались, как магниты.

Когда в 4 часа дня в понедельник Ампер поднимался на кафедру академии, он уже мог доказать всем, что его взгляды, высказанные неделю назад, были правильны.

Протоколист пишет, передавая слова Ампера: «Я… известил о новом факте притяжения и отталкивания двух электрических токов без участия какого-либо магнита, а также о факте, который я наблюдал со спиралеобразными проводниками. Я повторил опыты во время этого заседания».

Вечером Ампер засел за прерванное письмо к сыну:

«Наконец, вчера получил у Дюлона большой столб…

Опыты, проведенные мною (после этого) прошли с полным успехом, а сегодня в 4 часа я их повторил на заседании академии. Не было сделано никаких возражений: вот новая теория магнита, сводящая все явления к явлениям гальванизма. Это совершенно не похоже на то, что я представлял себе до сих пор…»

Работа Ампера над своей теорией на том не окончилась. Он проводил все новые и новые эксперименты, каждую неделю докладывая их результаты Академии. Он выступал и 2, и 9, и 16, и 30 октября, затем несколько раз в ноябре и декабре. Потом он издал множество трудов, посвященных своим работам по электромагнетизму, в которых сформулировал немало цепных мыслей.

* * *

Петербургский академик Франц Ульрих Теодор Эпинус едва не дошел до концепций электромагнитизма Ампера. Так, в своей речи «О сходстве электрической силы с магнитною», произнесенной в академии 7 сентября 1758 года, он прямо указывает, что «основные начала, порождающие магнитные явления, мало чем отличаются от начал, которыми следует объяснить те явления, которые относятся к телам, электрическим по природе». Тут же он указывает, что «электричество по разнообразию своих явлений должно быть гораздо богаче магнетизма» (эту «несимметричность» в уравнениях Максвелла можно легко заметить). Однако Эпинус работал еще до Гальвани, до Вольта, до открытия «гадьвани-вольтовского» электричества. Поэтому выводы Эпинуса, естественно, не могли быть столь же глубоки и обоснованны, как выводы Ампера и его последователей, творииших на 60 лет позже.

* * *

Однако оригинальность и смелость его электромагнитных серендипити падала с каждой неделей, с каждой новой статьей. Невозможно отделаться от мысли, да так это было и в действительности, что после двух недель 11–25 сентября в его представлении не было добавлено уже ничего существенного.

Период «реакции» кончился, и мозг Ампера постепенно возвращался к своему извечному состоянию — радостные недели творческого счастья прошли, и Ампер опять опустился в пучину своих телесных и душевных страданий. Уже через четыре года мучимый стенокардией Ампер писал: «Я никогда не был таким несчастливым, как теперь, так удрученным невзгодами и настолько перегруженным и удрученным работой. У меня нет ни в чем утешения, и, глядя без удовольствия на мой сад, где я проложил новые тропинки, я не представляю себе, что будет со мной!»

Так все вернулось на круги своя…

Эстафета, принятая Ампером, должна быть передана теперь достойному преемнику.

Он существовал, преемник. В нетерпении ожидая часа своего, он совершал открытия, проводил исследования, но все это было лишь подготовкой к выполнению главной жизненной задачи.

Он ждал сигнала о том, что час его наступил.

Он устал ждать, этот тридцатилетний великий труженик. Он устал ждать, Фарадей.

 

Самое великое открытие сэра Гемфри

Дворец за Темзой, в 10 милях от Лондона; к нему можно попасть на набитой битком электричке, идущей от вокзала Ватерлоо, или проще и приятнее — пароходиком по реке.

Сначала посетителю открывается панорама цветущих террас, подстриженных куполами кустов, живописных лужаек, фонтанов, затем — красных кирпичных стен, увитых вьюнком и жимолостью. Постепенно из зелени появляется сам дворец — средневековый замок с множеством башен, башенок, арок, вимпергов, эркеров, странным образом гармонично сочетающихся со вполне ными окнами. Дворец и его службы состоят из множества причудливо соединенных построек и флигелей.

Один из флигелей, увитый зеленью до крыши, — место паломничества. Здесь провел девять последних лет жизни гениальный Майкл Фарадей, великий физик, член Лондонского Королевского общества, академик Санкт-Петербургской, Флорентийской, Парижской и других славных академий.

Дворец Хэмптон-Корт построен в XVI веке кардиналом Волсеем и оставлен им для короля Генриха VIII; в XVII веке дворец был перестроен для Вильяма III известным архитектором Кристофером Реном (прославившимся строительством лондонского собора святого Павла, дружбой с Ньютоном и песенкой, которую про него распевают:

Еще позже, во времена долгого царствования королевы Виктории, флигели дворца были превращены в «дома благосклонности и благорасположения», где наиболее заслуженные люди Англии могли получить бесплатные квартиры (сейчас там в основном живут теле- и кинозвезды). Нельзя сказать, что щедрость была чрезмерной — королева дворец не любила, ей был больше по душе старый Виндзор, да и слава у Хэмптон-Корта была неважная — считалось, что по нему бродят привидения — две жены Генриха VIII и няня Эдуарда VI, умершие здесь когда-то насильственной смертью.

Для Фарадея, оклад которого ни в коей мере не был соизмерим с его заслугами (Фарадей подрабатывал, будучи «смотрителем маяков» и судебным экспертом по качеству промышленных товаров), предложение бесплатной квартиры было как нельзя более кстати, и он, скрепя сердце, принял его, хотя ранее отказался от предоставления ему королевой дворянского звания и предложенной в недостаточно корректной форме пенсии — 300 фунтов стерлингов в год.

Итак, кабинет Фарадея в Хэмптон-Корте.

Его кресло, придвинутое к окну, из окна видны аккуратно подстриженные зеленые клумбы, ручей. Пустынно и холодно. Апрельское солнце не отогрело еще кирпичных красных стен,

Низкие, несущиеся к океану облака, мелкий, возникающий время от времени дождь помогают преодолеть в воображении один век и представить себе Фарадея, живущего здесь, сидящего перед этим самым окном, в этом самом кресле, ступающего по этому же каменному с пробивающейся травой двору, спешащего от такого же вот скучного дождичка…

В последние, «хэмптонкортские», годы силы его слабели. Он не мог уже выполнять прежние работы и постепенно отказывался от всего того, что мешало ему делать главное — заниматься наукой. Сначала он отказывается от лекций.

«…Настало время уйти из-за потери памяти и усталости мозга. Причины:

1. Колебания и неопределенность в доказательствах, на которых лектор должен настаивать.

2. Неспособность извлечь из памяти ранее накопленные сокровища знаний.

3. Тускнеют и забываются прежние представления о своих правах, чувство собственного достоинства и самоуважения.

4. Сильная потребность поступать справедливо по отношению к другим и неспособность сделать это. Удалиться».

Со временем он отказался даже от писем друзьям:

«Снова и снова рву я свои письма, потому что пишу ерунду. Я не могу уже плавно писать и проводить линии.

Смогу ли я преодолеть этот беспорядок? Не знаю.

Больше писать не буду. Моя любовь с Вами».

Он умер в своем рабочем кресле, в последний раз глядя из окна кабинета на осеннюю зелень и детей, играющих у ручья. Это случилось 25 августа 1867 года…

Фарадей родился 22 сентября 1791 года. Обычно пишут, что Фарадей родился в провинциальной деревушке, называвшейся «Ньюингтонские полигоны». Взгляд так устоялся, что многие биографы не замечают, что «Ньюингтонские полигоны» сейчас находятся «на расстоянии броска камнем от вокзала Ватерлоо, который мы считаем расположенным почти в сердце Лондона».

Он рано узнал нужду. В девять лет, когда цены на продукты резко подскочили, каравай хлеба был ему недельной нормой пищи.

Отец его был кузнецом, мать — горничной. Образование Фарадея? Оно «было самым заурядным и включало в себя начальные навыки чтения, письма и арифметики, полученные в обычной дневной школе. Свободное время я проводил дома и на улице».

Ему повезло. В известной мере только случайностью можно объяснить то, что двенадцатилетний Майкл попал на работу в книжный магазин, а не, скажем, в кузницу к своему отцу, где он мог разве что научиться отменно подковывать лошадей.

Но Фарадею везет — он работает рассыльным, а затем подмастерьем переплетчика в книжном магазине Жоржа Рибо. Он имеет возможность держать в руках тысячи книг, и не только держать, но и читать. Там, в переплетной, познакомился Фарадей с книгами, навсегда поразившими его воображение и изменившими его судьбу: «Британской энциклопедией», «Беседами о химии» — сочинением мадам Марсэ (верность всех опытов собственноручно проверена юным Фарадеем) и «Письмами о разных физических и философских материях, писанных к некоторой немецкой принцессе» русского академика Леонарда Эйлера, возникшими в большей мере под впечатлением долгой и плодотворной переписки автора с Ломоносовым.

Последняя книга оставила особенно глубокий след: Эйлер, как и Ломоносов, считал, что все явления в своей основе едины и взаимосвязанны. Мы увидим потом, как подобная точка зрения помогла Фарадею сделать свои великие открытия.

Фарадей тратил много денег на постановку опытов, описывавшихся в «Энциклопедии». Чувство глубокой симпатии вызывает место из его письма к приятелю: «Первая построенная мною батарея состояла из несметного числа пар пластин!!! из семи пар. Каждая пластина — непомерной величины!!! с полупенсовик. Я, милостивый государь, сам, собственноручно, вырезал эти пластины…»

Но книги были не самым главным сокровищем лавки месье Рибо, беглого француза. Лавку посещало большое число образованных людей того времени, а завсегдатаи, естественно, не могли не приметить в лавке молодого (тем временем Фарадею уже исполнилось 19) переплетчика, жадно любившего книги. Один из покупателей, мистер Дэне, член Королевского института в Лондоне, как-то поинтересовался тем, что читает переплетчик, и с удивлением узнал, что тот увлеченно поглощал последний номер серьезного научного журнала «Химическое обозрение».

Дэне был тронут столь незаурядной тягой к знаниям я спросил Майкла, не хочет ли тот прослушать цикл лекций друга Дэнса, сэра Гэмфри Дэви.

Лекции решили судьбу Майкла. Логическая безупречность доказательств, изящные и эффектные опыты Дэви покорили его.

Майкл Фарадей 21 года решил посвятить себя науке.

Эта страсть, надо особо подчеркнуть, не имела ни малейших меркантильных аспектов; хозяин лавки, где он работал, хотя и не прочь был время от времени покуражиться над ним, в остальное время был очень к нему расположен и даже обещал по бездетности оставить ему как помощнику наследство, по тем временам немалое.

Но как войти в вожделенный мир науки? Майкл пишет письмо о своем решении и желании самому президенту Лондонского Королевского общества сэру Джозефу Бэнксу. Письмо осталось без ответа.

«Когда я был подмастерьем, мне посчастливилось пролушать четыре последние лекции сэра Г. Дэви… Я сделал краткие записи этих лекций, а затем переписал их целиком, снабдив такими рисунками, какие сумел сделать. Желание заниматься научной работой, хотя бы и самой примитивной, побудило меня, новичка, не знакомого со светскими правилами, написать по душевной простоте сэру Джозефу Бэнксу, в то время президенту Лондонского Королевского общества. Вполне естественно было затем узнать у привратника, что моя просьба оставлена без ответа».

Через несколько месяцев по совету Дэнса Фарадей повторяет тот же эксперимент с письмом, но на сей раз отправляет его сэру Гэмфри Дэви, который сам вышел из средних слоев. Он присовокупляет к письму конспект лекций Дэви, разумеется, отлично переплетенный.

Ответ пришел через 5 дней — большой конверт с золотыми буквами на нем: «Королевский институт Великобритании».

Вот как сам Фарадей пишет об этом:

«Воодушевляемый м-ром Дэнсом (который был членом Королевского института и достал мне билеты на лекции Дэви), я написал сэру Гэмфри Дэви, послав в качестве доказательства серьезности моих намерений сделанные мною записи его последних четырех лекций. Ответ пришел немедленно, доброжелательный и благоприятный».

Ответ был вежливым, но, в общем, скорее отрицательным — возможности принять Фарадея на работу не было — не было вакансии.

Однако Фарадею снова повезло, на этот раз за счет бедного сэра Гэмфри. Во время одного из опытов в лаборатории произошел взрыв и осколки разорвавшейся колбы попали Дэви в глаза; в результате сэр Гэмфри не мог ни читать, ни писать, потому-то сэр Гэмфри, вспомнив про старательного переплетчика, решил взять его к себе до выздоровления секретарем, а заодно и поближе познакомиться с ним.

«Везение» продолжалось всего несколько дней — глаза Дэви постепенно зажили, и Дэви с сожалением расстался с понравившимся ему своими глубокими знаниями и старательностью юношей.

Расстался всего на несколько недель — в лаборатории Дэви освободилась должность лаборанта. Протокол Королевского института от 1 марта 1813 года сухо сообщает: «Сэр Гэмфри Дэви имеет честь информировать директоров, что нашел человека, которого желательно назначить на должность… Его имя — Майкл Фарадей…

Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действий разумный. Решено: Майкл Фарадей займет место, ранее занимавшееся мистером Пейном, на тех же условиях».

Франция и Англия в то время находились в состоянии воины. Тем не менее в 1813 году англичанин сэр Гэмфри Дэви вместе с молодой красавицей женой, со своим подающим надежды лаборантом и помощником англичанином Майклом Фарадеем отправляется путешествовать и отдохнуть прямехонько… во Францию, так сказать, в «логово врага». Как заметил наш современник английский физик Д. Мак-Дональд, «если бы две страны воевали между собой сейчас, то, вероятно, из всех людей, которым каждая из сторон разрешила бы свободно путешествовать по своей территории, ученые оказались бы последними».

Из такого частного примера можно сделать чрезвычайно важный вывод — в те времена наука не вошла еще органично в жизнь государства. Наука фактически была прописана в пресловутой «башне из слоновой кости», не числилась в производственном или военном активе.

Скоро возможности путешествовать по тем странам, с которыми идет война, придет конец, чему в большой степени будет способствовать не кто иной, как сам Фарадей, его открытия.

А пока Фарадей вместе с сэром Гэмфри и его молодой женой путешествуют по Франции, Италии, Германии, Бельгии. «Это утро — начало новой эпохи в моей жизни.

До сих пор, насколько мне помнится, я не отъезжал от Лондона на расстояние больше двенадцати миль».

В Париже — знакомство с Ампером, Гей-Люссаком, Гумбольдтом. На глазах Фарадея Дэви делает в Париже одно из своих блестящих открытий — он признает в неизвестном веществе, переданном ему Ампером, новый химический элемент — йод.

Химик Дюма писал, что «Фарадей оставил о себе самые приятные, никогда не увядающие воспоминания, которых не мог бы вызвать его шеф. Мы восхищались Дэви, мы любили Фарадея».

В Генуе — опыты с электрическим скатом, Фарадей помогает Дэви. Задача опытов — выяснить, не вызывает ли электрический разряд ската разложения воды.

Во Флоренции — сжигание алмаза в атмосфере кислорода и окончательное доказательство единой природы алмаза и графита.

Здесь Дэви воспользовался уникальной по величине линзой, принадлежавшей великому герцогу Тосканскому.

С ее помощью Дэви вместе с Фарадеем направляют лучи солнца на алмаз, лежащий в платиновой чашечке под стеклянным колпаком, заполненным кислородом. Фарадей вспоминает: «Сегодня мы выполнили великий эксперимент, заставив гореть алмаз, и, несомненно, то, что мы наблюдали, было исключительно интересным и красивым… Сэр Г. Дэви заметил внезапно, что алмаз явно горит. Когда алмаз убрали из фокуса линзы, он продолжал быстро сгорать. Сверкающий алмаз светился багровым светом, переходящим в пурпурный, и, помещенный в темноту, горел еще около четырех минут».

В академии Чименто Фарадей и Дэви с восхищением осматривают уникальные экспонаты — бумажный телескоп самого Галилея и магнитный камень, поднимающий 150 фунтов.

В Риме они наблюдали, но без особого доверия, за опытами Моричини, пытающегося намагнитить стальные иголки с помощью солнечных лучей и считающего, что это ему блестяще удается.

В Милане — следующая запись: «Пятница 17 июня 1814 г. Милан. Видел Вольта, который пришел к сэру Г. Дэви: он бодрый старик, на груди — красная ленточка, очень легок в разговоре».

В Женеве — знакомство с членом правительства республики, врачом и фргзиком Шарлем де-ля Ривом и его сыном Огюстом, которому было в то время всего 13 лет (через шесть лет Огюст, девятнадцатилетний профессор, покажет Араго, Марсе, Пикте и другим известным лицам опыты Эрстеда, что повлечет за собой цепь великих событий).

Фарадей начинает бегло говорить по-французски и по-немецки.

Наконец, самое главное — во время путешествия Фарадей, несомненно, ощущает аромат несостоявшихся пока, но буквально реющих в воздухе великих открытий в электротехнике.

Трудно себе представить более великолепную школу для Фарадея, глубоко преданного науке, но все же пока еще дилетанта.

В связи с этим несколько удивляют сетования некоторых биографов Фарадея, подчеркивающих «несчастную судьбу» Майкла Фарадея, отправившегося «не по своей воле» в Европу в качестве «слуги» сэра Гэмфри, особо упирая на то, что Фарадей, мол, жестоко страдал, мучимый своенравной супругой Дэви. Тут надо твердо оговорить, что если и были конфликты между Фарадеем и леди Джейн, то не последняя в них обычно одерживала верх.

«…Леди Джейн… любит показать свою власть, и я с самого начала обнаружил с ее стороны серьезные намерения подавить меня. Случайные ссоры между нами, в каждой из которых я оказывался победителем, происходили так часто, что я перестал обращать на них внимание. Ее авторитет ослабевал, и после каждой ссоры она вела себя мягче», — писал впоследствии Фарадей.

Кроме того, «растирание красок для великого художника» является, пожалуй, обязательной и лучшей школой для ученого, тем более что для Фарадея это «растирание красок» вылилось в совместные исследования со всемирно известным ученым и знакомство с наиболее заметными проблемами и людьми науки того времени.

Фарадей писал в одном из своих писем из-за границы:

«Я мог бы высказать тысячу жалоб, но, размышляя обо всем трезво и объективно, я думаю, что мне вообще нет никакой нужды жаловаться на кого бы то ни было».

Фарадей вернулся из путешествия зрелым, самостоятельно мыслящим ученым. Как-то из Флоренции пришла посылка с образцами тосканского известняка — герцогиня, во время поездки познакомившаяся с Дэви, просила сделать анализ минерала, видимо, на предмет оценки принадлежащих ей природных богатств.

Дэви, занятый в то время отработкой конструкции знаменитой безопасной шахтерской лампы, предложил выполнить достаточно тривиальную работу Фарадею.

Тот скоро окончил анализы, передал результаты Дэви и был несказанно удивлен, когда последний отдал материал в научный журнал в качестве оригинальной статьи. Первой научной статьи Майкла Фарадея.

До сих пор он считал себя автором только одного произведения. 10 лет назад восемнадцатилетний Фарадей взял пустую тетрадь и вывел на обложке:

«Философский сборник разных статей, заметок, событий, приключений и т. д., относящихся до наук и искусств и собранных из газет, обозрений, журналов и других сочинений с целью содействовать развлечению, самообучению, а также подтверждению или разрушению теорий, распространенных в ученом мире. Составил Майкл Фарадей в 1809–1810 годах».

Через десять лет — первая настоящая статья, быть может, со стороны и менее интересная, но неизмеримо более глубокая. Уже в первой статье четко прослеживаются основные черты Фарадея-исследователя: глубина, редкое упорство в достижении цели, исчерпывающая полнота, спокойствие, свойственное лишь великим умам.

Мы уже говорили об убежденности Фарадея во всеобщей связи явлений — убежденности, разделявшейся тогда Далеко не всеми. Восхищает любовь Фарадея к порядку и полной определенности — он не признавал непроверенных фактов, а манера точно составлять отчеты неоднократно приводила в восторг директоров института. Диапазон его работ в то время довольно широк, но в основном это были исследования в области химии.

Перемена в тематике его занятий случилась в августе 1820 года — в это время по Европе рассылался Эрстедом его знаменитый мемуар: «О воздействии электрического конфликта на магнитную стрелку».

В августе Дэви получил по почте только что напечатанный в Англии мемуар — невесомые странички.

Дэви и Фарадей немедленно повторили эксперимент Эрстеда и с восхищением убедились, что Эрстед прав — протекание тока в проводе неизбежно вызывало отклонение размещенной поблизости магнитной стрелки.

И знаменитый Дэви, и еще неопытный Фарадей с внезапной ясностью ощутили, как и все, видевшие опыт, что рушится стена между двумя дотоле никак, казалось, не связанными друг с другом силами природы — электричеством и магнетизмом. Стена начала рушиться, и обнаружились неведомые связи, повеяло свежим воздухом новых открытий.

Был август. Потрясенный Араго уже интенсивно работает, развивая опыты Эрстеда, показанные ему молодым де-ля Ривом; он замечает, что не только стрелки компаса, но и железные опилки легко «чувствуют» наличие электрического тока — они облепляют проволочку с током; при выключении тока опилки опадают черными хлопьями…

Был август. Только в сентябре об опытах Эрстеда узнает Ампер, которому суждено первому понять и истолковать их. Ампер, «этот докучливый умник Ампер», опередил всех, развив свою стройную теорию образования магнетизма за счет электричества и потратив всего две недели (плюс, разумеется, всю предыдущую жизнь).

Фарадею и Дэви это не удалось. Все произошло слишком быстро. В августе они узнали об опытах Эрстеда, а уже в сентябре Ампер предложил стройную теорию, объясняющую непонятные опыты.

Нельзя сказать, что Дэви и Фарадей были в восторге от теории Ампера. Но разрушить изящное здание было трудно: с какой бы стороны к нему ни подобраться, оно оказывалось безупречным. Шли месяцы, а Дэви и Фарадей не могли предложить ничего, что могло бы заменить теорию Ампера.

Кончилась осень, прошла зима, наступила весна 1821 года. Дэви постепенно отдалялся от задач, связанных с электричеством, Фарадей был упорен, но тоже никаких опровержений теории Ампера не находил.

Прошла весна, наступило лето, коллеги Фарадея разъехались кто куда. Дэви, как и его друг Водластон, известный химик и физик (он открыл палладий и родий, а также линии, которые впоследствии несправедливо назовут фраунгоферовыми, а не волластоновыми), уехал на курорт, а Фарадей остался в душном Лондоне и упорно работал над новыми проблемами связи электричества и магнетизма.

В то время произошло важное для Фарадея и его открытий событие. Редактор научного журнала «Философские анналы» доктор Филиппе предложил Фарадею написать обзорный очерк истории электромагнетизма.

Предложение было весьма почетным, но в какой-то мере, по-видимому, объяснялось и тем, что Дэви и Волластона в Лондоне в то время не было.

Фарадей с жаром принялся за дело. Будучи, как уже говорилось, человеком пунктуальным, привыкшим все делать с исчерпывающей полнотой, привыкшим проверять всех и вся — «люди склонны ошибаться», — он решает лично проделать все опыты, которые привели к пониманию электромагнетизма. Он стал возвращаться домой еще на два часа позже, чтобы суметь выполнить многочисленные эксперименты. Под занавес (хочется говорить театральным языком: история возвышения Фарадея пока еще напоминает жизнеописания великих актеров и актрис, завоевавших сцену после того, как их случайно выпускали на публику из-за болезни «кумира» или другой неожиданности) Фарадей решил осуществить опыт, о котором как-то месяца 2 назад говорили в его присутствии Дэви и Волластон. Идея опыта была, по-видимому, ими еще недостаточно отработана — речь шла о том, что проволока, через которую пропущен ток, как будто должна под действием магнита вращаться вокруг своей оси.

В самом указании на возможность электромагнитного вращения нового ничего не было — о нем говорил еще Ампер. Но идея эксперимента была новой.

Установка состояла из серебряной чаши с ртутью, посреди которой ставился на торец брусковый магнит.

В ртути плавала пробка, проткнутая медной проволокой; другой конец проволоки шарнирно укреплялся над магнитом и подсоединялся к полюсу вольтова столба. Другой полюс столба подсоединялся непосредственно к серебряному сосуду.

Таким образом образовалась электрическая цепь: «плюс» вольтова столба, серебряная чаша, ртуть, проволочка, «минус» вольтова столба, «вольтов столб», «плюс» вольтова столба.

Когда цепь замыкалась и по ней тек электрический ток, появилась возможность изучить взаимодействие тока с магнитным полем брускового магнита.

Поскольку проволочка могла легко передвигаться, можно было надеяться, что те «магнитные» силы, которые отклоняют магнитную стрелку в опытах Эрстеда, заставят вращаться и проволочку.

Перед началом опыта к Фарадею в лабораторию зашел Джордж Бернар.

Его сестра Сара Бернар, 21 года, недавно стала женой Фарадея.

Свадьба Фарадея и дочки серебрянщика была более чем скромной — даже ближайшие друзья с удивлением узнали, что их не пригласили. Это стало началом прекрасной и неизменной преданности, дружбы и любви Сары и Майкла, любви, которую Майкл ценил выше, чем свои научные успехи. Брак был необыкновенно счастливым, хотя и бездетным.

Именно Джорджу Бернару волей случая пришлось стать первым свидетелем того, как при включений тока проволочка начала быстро вращаться вокруг магнита.

Поменяв «плюс» с «минусом» или переставив магнитик «с ног на голову» (выставив из ртути наружу, скажем, северный полюс вместо южного), можно было добиться, чтоб направление вращения изменялось.

Джордж Бернар рассказывал, что никогда еще не видел Майкла в столь возбужденном состоянии, как в тот памятный вечер. Это и понятно. Впервые человек увидел движение, причем не судорожное, а равномерное, постоянное, непрерывное движение, созданное неощутимым взаимодействием великих сил природы — электричества и магнетизма.

Думаем ли мы теперь, глядя на впечатляющие махины гидрогенераторов, электродвигателей судов и электровозов, что они с их исполинской мощью суть порождения несложного прибора Фарадея, в котором впервые в мире взаимодействие поля и тока дало вращение легчайшей проволочке!

Итак, очерк по истории электромагнетизма, заказанный Фарадею, определенно «вытанцовывался» да еще столь эффектным образом! Впрочем, была одна заминка: как быть с тем, что Фарадей идею опыта фактически заимствовал из разговора, при котором случайно присутствовал (хотя, как выяснилось впоследствии, Фарадей понял основную роль опыта неправильно!).

Лучше всего было бы показать статью Дэви, но того не было в Лондоне, Волластон тоже уехал к морю, а редактор срочно требовал статью. И Фарадей сдал статью в номер.

Когда Дэви и Волластон вернулись из отпуска, их ожидал уже номер журнала со статьей Фарадея, где ни словом не упоминалось о Волластопе или Дэви… Статья была подписана одной буквой «М», а дополнения с описанием электромагнитного вращения — полным именем Фарадея.

По Королевскому институту поползли слухи…

Под угрозу стал не только приоритет Фарадея в осуществлении электромагнитного вращения, но и вся его научная карьера — что может быть страшнее для ученого, чем обвинение в научной недобросовестности!

Фарадей решает поговорить с Волластоном начистоту. Он пишет ему обстоятельное и откровенное послание и через некоторое время получает ответ:

«Сэр! Мне кажется, что Вы находитесь в заблуждении, преувеличивая силу моих чувств по поводу тех обстоятельств, о которых Вы пишете.

Что касается мнения, которое другие лица могут иметь о Ваших поступках, то это дело целиком Ваше и меня не касается, но если Вы считаете, что не заслужили упрека в недобросовестном пользовании чужими мыслями, то Вам, как мне кажется, не следует придавать большого значения всему этому происшествию.

Однако, если Вы тем не менее не отказались от желания иметь беседу со мной и если Вам удобно зайти ко мне завтра утром, между десятью и 10,5 часами, то можете быть уверены, что застанете меня дома.

Ваш покорный слуга У. X. Волластон».

* * *

Фарадей никогда не брал патентов на свои изобретения и совер-

совершенно не предпринимал никаких попыток к доведению их до прак-

практического использования. «Мне скорее хотелось бы отыскать новые

факты и новые соотношения, связанные с магнитоэлектрической ин-

Дукцией, чем увеличивать мощность достигнутых эффектов».

* * *

Встреча состоялась, причем, по-видимому, Волластон принял во внимание обстоятельства, из-за которых его имя не было упомянуто в статье, и с высоты своих научных заслуг решил отказаться от каких-либо претензий к Фарадею, молодому, симпатичному ему ученому, не числящему еще за собой каких-либо серьезных научных заслуг. По-видимому, он так и не понял до конца революционности опыта, считая прибор Фарадея малозначащей игрушкой. А это был первый электродвигатель! Знай это Волластон, он, вероятно, не отказался бы от претензий так легко.

Так или иначе, после встречи отношение Волластона к Фарадею стало очень сердечным — он не упускал слуслучая заглянуть в лабораторию молодого исследователя, замолвить о нем доброе слово.

К сожалению, того же нельзя сказать о Дэви — он относился к Фарадею все прохладнее. Он испытывал к бывшему ученику сложные чувства: и бесспорное восхищение способностями Фарадея, и ревность по отношению к более удачливому коллеге, и гордость за него, и обиду за отрицательный отзыв, написанный на одно из изобретений Дэви Фарадеем. Не разобрался Дэви как следует и в случае с открытием электромагнитного вращения.

Положение осложнилось тем, что Дэви был президентом Лондонского Королевского общества. Когда в виду больших научных заслуг Фарадея встал вопрос об избрании его в Королевское общество (честь, эквивалентная нашему избранию в академики), Дэви не поддержал предложение (кстати сказать, первым подписал предложение Волластон). Потребовалось вмешательство друзей и доброжелателей Фарадея, чтобы сломить сопротивление Дэви и выставить кандидатуру Фарадея на голосование. Протокол общества от 1 мая 1823 года сохраняет для нас заявление тех, кто предложил его кандидатуру:

«Сэр Майкл Фарадей, превосходно знающий основы химии, автор многих сочинений, опубликованных в трудах Королевского общества, изъявляет желание вступить в число членов этого общества, и мы, нижеподписавшиеся, рекомендуем лично нам известного Фарадея как лицо, безусловно, достойное этой чести, и полагаем, что он будет для нас полезным и ценным членом».

После голосования в урне оказался лишь один «черный шар». Многие исследователи полагают, что его бросил Дэви. Трудно через полтора столетия судить об этом с полной определенностью.

Избрание Фарадея состоялось в 1824 году, через 11 лет после назначения его лаборантом.

Звезда Дэви в те дни начала меркнуть. Уже несколько лет он не публиковал научных статей, в 1826 году он в последний раз провел эксперимент в лаборатории королевского института. Можно предположить, что он ушел на покой, устав от жизни в науке. Видимо, его созидательный гений уже иссяк, он тяжело осознавал это и удалился… Ему было всего лишь 48 лет. 50 лет он, тяжело переживая свой творческий кризис, поехал развеяться за границу, где вскоре скончался.

Он сделал много великих открытий, но, по его собственному признанию, самым великим его открытием было то, что он открыл Фарадея.

А ведь о самых великих открытиях Фарадея Дэви узнать не успел — они еще впереди.

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы, Фарадей безуспешно пытался каким-то образом показать, что раз уж с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, точно так же с помощью магнитов можно создавать электричество.

Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло; наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровозе). Вообще, среди сил природы чаще всего случается следующее соотношение: если А рождает В, то и В рождает А.

Если с помощью электричества получают магнетизм, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставили перед собой Араго и Ампер в Париже, но они вскоре решили, что задача безнадежна.

Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи. Каждому небольшому исследованию он посвящает параграф в лабораторных записях (изданы в Лондоне полностью в 1931 году под названием «Дневник Фарадея»). О работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф «Дневника» помечен номером 16041. Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора и его одержимость дали результат — через 11 лет после Эрстеда, 17 октября 1831 года, он, быстро вдвигая железный сердечник в катушку, убедился в том, что в какой-то момент в цепи катушки возникает ток. Будь прибор Фарадея не на виду у него или у его ассистента в тот самый момент, когда он вставлял сердечник, неизвестно» сколько времени ему пришлось бы биться над своей задачей.

Интересно, что до Фарадея абсолютно такие же опыты проводил Ампер. Чтобы избежать ошибок, связанных с сотрясением приборов, и Фарадей, и Ампер поместили измерительный прибор в отдельную комнату. Разница, казалось бы, была очень небольшой: Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток. Пока Ампер шел из комнаты в комнату, ток, который возникает лишь во время вдвигания, то есть во время изменения магнитного поля во времени, уже успокаивался, и Ампер, придя в соседнюю комнату, убеждался в том, что «никакого эффекта нет». Фарадей же работал с ассистентом.

Об ассистенте следует, быть может, рассказать поподробнее. Артиллерийский сержант Андерсен был помощником Фарадея в течение 40 лет: «Он помогал мне при всех опытах, и я ему много обязан и благодарен за его заботливость, невозмутимость, пунктуальность и добросовестность». Гельмгольц отмечал впоследствии, что Андерсен отличался интересной чертой — он серьезно считал, что сам выдумывает и исполняет фарадеевские опыты, оставляя на долю того «пустые разговоры».

В записках Фарадея была найдена «шкала научных заслуг», включающая четыре ступени:

Открытие нового факта.

Сведение его к известным принципам.

Открытие факта, несводимого к известным принципам.

Сведение всех фактов к еще более общим принципам.

В соответствии с этой шкалой открытия самого Фарадея — высшая ступень. Открытие Герцем электромагнитных волн — это вторая ступень, открытие радиоактивности Беккерелем — третья ступень.

Заслуга Эйнштейна — четвертая, высшая ступень.

Когда Фарадей вдвигал в катушку сердечник, Андерсен заметил отклонение стрелки прибора…

Можно снова и снова повторять за Гельмгольцем:

«И от этих случайных обстоятельств зависело великое открытие!»

Через несколько дней после открытия электромагнитной индукции Фарадей набрасывает пером на бумаге и строит первый в мире электрогенератор. Очень интересно, что Фарадей изобрел униполярный генератор, то есть наиболее сложный по принципу действия из всех генераторов, известных сегодня. Еще интереснее, что точно такой же по принципу действия генератор Фарадей мог получить 9 лет назад. Стоило ему самому начать крутить вокруг магнита проволочку своего первого двигателя, а не ждать, пока она закрутится при пропускании тока, и он имел бы электрогенератор! Ведь сейчас каждому школьнику известно, что электродвигатель и электрогенератор обратимы! Но Фарадей не догадался покрутить проволочку вокруг магнитика…

«И от этой мелочи…» и так далее, по Гельмгольцу.

Итак, Фарадей с интервалом в 9 лет сделал два величайших открытия, которые, можно сказать с уверенностью, произвели революцию в жизни человечества, — он изобрел электродвигатель и электрогенератор.

Интересно теперь более подробно проследить, как пришел Фарадей к своему открытию. Кроме интуитивной убежденности во всеобщей связи явлений, его, собственно, в поисках «электричества из магнетизма» ничто не поддерживало. К тому же он, как и его учитель Дэви, больше полагался на свои опыты, чем на мысленные построения. Дэви учил его:

«Хороший эксперимент имеет большие ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон».

Все лабораторные записи Фарадея, сделанные на протяжении многих десятилетий и собранные в восьмитомном «Дневнике», не содержат ни одной математической формулы, ни одного логического построения, не подтвержденного опытом.

К тому же Фарадей не знал математики, и изящные построения блестящих математиков Ампера, Био, Савара и Лапласа были ему попросту непонятны.

И тем не менее именно Фарадею суждены были великие открытия. Дело в том, что Фарадей порой стихийно рвал путы эмпирики, некогда навязанные ему Дэви, и в такие минуты его осеняло великое прозрение — он приобретал способность к глубочайшим обобщениям.

Сейчас даже из соображений симметрии ясно, что если электрический ток (то есть движущийся электрический заряд) создает магнитное поле, то электрическое поле должно создаваться при движении магнита или магнитного поля. Для того чтобы прийти к этому выводу, Фарадею потребовалось 11 лет.

За многие годы Фарадей перебрал множество комбинаций проводников, спиралей, сердечников и магнитов.

Говорят, он в течение всего этого времени таскал в кармане магнит и кусок проволоки, чтобы в любое время исследовать, что произойдет при новом их взаимном расположении.

Нельзя сказать, чтобы искал он совсем уж вслепую.

Фарадей опирался на аналогию с электростатической индукцией. (Если к телу поднести заряд, то поверхность тела, близкая к заряду, тоже зарядится, но только электричеством другого знака.) А Фарадей искал индукцию электрического тока (движущихся зарядов), полагая, что она может быть вызвана магнетизмом.

Первый проблеск удачи появился, как уже было сказано, лишь через 11 лет после начала опытов.

29 августа 1831 года он собрал в лаборатории следующую несложную установку: на железное кольцо диаметром около шести дюймов он намотал изолированной проволокой две обмотки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, артиллерийский сержант увидел, как дернулась стрелка гальванометра, подсоединенного к другой обмотке.

Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно смотрел все детали простой установки — все было в порядке.

* * *

Фарадей придавал громадное значение искусству чтения лекций.

Он брал уроки ораторского искусства. Его правила при чтении лекции: никогда не повторять фразу; никогда не возвращаться назад, чтобы уточнить что-либо: если не находится подходящего слова, никогда не бормотать: «Э-э-э..», «значит…» и т. п. Нужно остановиться — слова придут сами.

Артиллерийский сержант Андерсен должен был подкладысать читающему лекцию Фарадею на кафедру карточки: «Медленнее» и «Время».

* * *

Но стрелка гальванометра упрямо стояла на нуле.

С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо — во время размыкания цепи стрелка гальванометра, показывающего электрическое напряжение в другой обмотке, опять качнулась и опять застыла на нуле! Вот как описывал сам Фарадей события великого дня:

«Я изготовил железное кольцо из мягкого круглого железа толщиной в 7/8 дюйма. Внешний диаметр кольца был 6 дюймов. Я намотал на одну половину кольца много витков медной проволоки, изолированных шнуром и коленкором. Всего на этой половине было намотано три куска проволоки, каждый длиной около 24 футов. Концы проволоки можно было соединить в одну обмотку или применить раздельно.

Испытание показало, что каждый из кусков проволоки вполне изолирован от двух других. Эту сторону кольца я обозначу буквой А. На другую половину кольца, отступив на некоторый промежуток от стороны А, я намотал еще два куска той же проволоки общей длиной около 60 футов. Направление витков было то же, что и на половине А. Эту сторону кольца я обозначу буквой В.

Я зарядил батарею из десяти пар пластинок, 4 квадратных дюйма каждая. На стороне В я соединил оба конца проволоки в общую цепь и приключил ее к гальванометру, который был удален от моего кольца на 3 фута.

Тогда я подключил концы одной из проволок на стороне А к батарее, и тотчас же произошло заметное действие на стрелку гальванометра. Она заколебалась и затем вернулась в свое первоначальное положение. Когда я прервал контакт стороны А с батареей, немедленно же произошел новый бросок стрелки».

Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?

Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера — связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество.

Только две вещи оставались странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?

На следующий день, 30 августа, новая серия экспериментов. Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.

Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.

23 сентября он пишет своему другу Р. Филиппсу:

«Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы».

К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал!

Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место.

Легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз казалось — случайно. Нет, не может того быть! Разгадка где-то рядом. Но где?

Следующий эксперимент — 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу — к двум обмоткам: одной с током, другой — подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом — отсутствие стального кольца — сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее. (Тривиально и ясно для нас, уже знающих, в чем тут дело. Но для Фарадея роль железного сердечника ясна отнюдь не была.)

Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.

Эксперимент триумфальный— 17 октября.

Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.

«Я взял цилиндрический магнитный брусок?/4 дюйма в диаметре и 874 дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки?20 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался».

Секрет — в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!

«Это значит, что электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».

Идея оказалась плодотворной. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! «Электрическая волна» не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!

Здесь — путь к современным электрогенераторам. И поскольку Фарадей правильно оценил принцип действия нового устройства, оно было им быстро построено и испытано.

28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.

Кстати, говоря о том, что фарадеевский генератор вырабатывает электричество, мы никогда не задаемся вопросом: какое? Ответ для нас ясен — на свете есть лишь одно электричество, находящееся Обычно В самых различных формах. Это не было ясным во времена Фарадея, и вопрос «какое?» был вполне уместен.

* * *

Американский физик Джозеф Генри, единственный американец, которого в 20-х годах прошлого века увлекала проблема взаимоотношения электричества и магнетизма, оказалось, еще в 1830 году наблюдал явление электромагнитной индукции. Однако Генри не оспаривал приоритета Фарадея, руководствуясь мудрым и справедливым правилом: первооткрывателем считается тот, кто раньше обнародовал открытые им явления.

* * *

Фарадей сравнил действие различных «электричеств»: получаемого с помощью змея, «янтарного», от электрических рыб. Выяснилось, что все электричества идентичны по свойствам, но различны по количеству. Например, все они могут разлагать воду, только с различной скоростью. Вывод Фарадея о том, что электричество, каким бы путем оно ни было получено, едино по своей природе, — тоже один из важнейших в истории электричества.

Открытие Фарадея еще раз подтверждает остроумную мысль, некогда выраженную Исааком Ньютоном: «Природа проста и не роскошествует излишними причинами».

После «электромагнитной эпопеи» Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу — настолько была истощена нервная система непрестанными напряженными раздумьями.

Вообще Фарадей никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно, хотя и не намеренно, проливающаяся на пол, а затем испаряющаяся.

Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея:

«В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков…»

* * *

Вот как сообщила санкт-петербургская «Иллюстрированная газета» о смерти Фарадея в 1867 году:

«Лондон. Скончался знаменитый английский физик Фарадей. Он был сыном кузнеца, который определил его учеником к переплетчику. С 1813 года он стал препаратором лаборатории королевского института и любимым учеником и сотрудником химика Г. Дэви Фарадей считался самым проницательным теоретиком. Электричество было главной целью его изысканий. Медицина обязана ему открытием фарадизации, или способа лечения посредством гальванических токов».

Как видно из этой заметки, современники не оценили в полной мере основных заслуг Фарадея.

* * *

Когда, за несколько лет до смерти, Фарадею предложили квартиру в Хэмптон-Корте, его здоровье было уже сильно подорвано работой.

С годами он отказывался от всего, что могло бы помешать ему работать, от писем, от лекций, от встреч с друзьями.

Последняя лекция — на рождество 1860 года.

Сложил с себя обязанности профессора — октябрь 1861 года.

Последняя работа в лаборатории — 12 марта 1862 года.

Сложил с себя обязанности главы христианской общины в 1864 году.

Сложил с себя обязанности, связанные с электрическим освещением маяков, в 1865 году.

Последний раз интересовался электричеством — его восхитила громадная электрическая машина Хольтца — в 1865 году.

Силы его непрерывно слабели…

Он умер спокойно и без сожаления.

Прах его покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне, недалеко от места захоронения Карла Маркса, столь высоко оценившего революционность идей Фарадея.

В Вестминстерском аббатстве установлена мемориальная доска Фарадею, его имя здесь находится рядом с именами самых великих ученых Англии — Ньютона, Максвелла, Резерфорда.

 

Рождение уравнений

Всего несколько месяцев разделяют рождение закона электромагнитной индукции Фарадея и рождение Джейм-Джеймса Клерка Максвелла, гениального dp/dt. Фарадей сделал свое гениальное открытие 4 октября 1831 года, а несколько раньше — 13 июня того же года в семье шотландского лендлорда Джона Клерка Максвелла родился сын Джеймс.

И теория Фарадея, и юный отпрыск знатного старинного шотландского рода должны будут еще пройти рука об руку немало лет, а пока предстоит им прожить первые, самые трудные годы жизни.

Нельзя сказать, что появление на свет фарадеевских идей, прочно связанных с понятием «силовых линий» и «силовых трубок», было встречено с восторгом.

Непричесанное дитя не знающего математики бывшего переплетчика было не под стать стройным, прекрасно математически оформленным созданиям знаменитых французов Кулона, Ампера, Био и Лапласа, разработавших на базе представлений о мгновенном действии на расстоянии блестящие теории и изящные формулы.

Фарадеевская теория силовых линий и трубок, занимающих все пространство, в этой блестящей компании была явной золушкой, хотя и заметной, но слишком уж непрезентабельной, чтобы ее принимать всерьез.

Поэтому-то первые годы жизни новой теории нельзя назвать счастливыми. Некоторые исследователи допускают мысль, что встреча Максвелла с новой теорией вполне могла не состояться — в этом случае развитие физики, возможно, пошло бы совсем иным путем и идеи Фарадея были бы забыты.

Детство Джеймса Клерка Максвелла было счастливым. Двухэтажный каменный дом Максвелла стоял в живописной малонаселенной местности на севере Англии. Его друзья — лошадка пони, собака, осы, лягушки (чтобы лучше слышить их «пение», мастер Джеймс брал их в рот), вообще все живое (через несколько лет он писал: «Как поживают травы, кустарники и деревья? Коровы, овцы, лошади, собаки и люди?»).

Весь мир, существующий вокруг, был для него открытой книгой, страницы которой маленький мальчик перелистывал с жадностью.

«Мастер Джеймс — счастливейший человек, он намного поправился с тех пор, как погода стала умеренной, у него по горло работы с дверями, замками, ключами и т. д., а слова «покажи мне, как это делается» постоянно сопутствуют ему. Он исследует тайные ходы для проволок от колокольчиков и путь, по которому вода течет из пруда через плотину, вниз по канаве, в воду Урра, а затем в море, где плавают корабли.

Что касается колокольчиков, то они у нас не заржавеют; он стоит на часах в кухне… или звонит сам, посылая при этом наблюдать и кричать ему о том, что в это время происходит, потом таскает повсюду отца, заставляя показывать дыры, сквозь которые проходят проволоки…»

Это — строки из письма матери Джеймса, как видно уже по письму, женщины одаренной и тонко чувствующей. В то время «мастеру Джеймсу» было всего около трех лет. Такой интерес к окружающему миру у трехлетнего мальчика — в общем, явление, встречающееся нередко; но каким многозначительным кажется он, когда мы уже знаем, что из пытливого малыша вырос гений!

Отец Максвелла — Джон Клерк Максвелл был человеком явно незаурядным. Будучи адвокатом, он тем не менее больше времени уделял другим, более интересным для него вещам, путешествовал, занимался спортом, мастерил, конструировал машины, ставил физические опыты, увлекался техникой и даже опубликовал несколько научных статей. Когда малыш Максвелл возвращался с прогулки, он нес с собой полные горсти «ценностей»: палочек, камешков, растений и тому подобных вещей.

Дома он хранил свои сокровища до прихода отца, который рассказывал Джеймсу отдельно о каждой находке.

Сам Максвелл не уставал повторять, что добрые и мудрые родители — одна из величайших удач, о которых можно только мечтать.

Наконец, ему повезло в том смысле, что он родился во время промышленного расцвета в Англии — «старик пар» стал уже понемногу сдавать позиции «величайшему революционеру» — электрической искре. Открытия Фарадея привели к широкому распространению электромагнитных устройств.

Делаются первые успехи в области электрического телеграфа. Начинают подумывать о прокладке по дну океана между Америкой и Европой электрического кабеля. Становится жизненно необходимой единая теория электромагнетизма, которая вобрала бы в себя все частные формулы и зависимости, могущие помочь в исследовании не только тех конкретных случаев, решения для которых уже были получены, но и тех, которые встретятся на практике впервые.

Но пока — школа (школа называлась важно — Эдинбургская академия). В ней Максвеллу не понравилось — едва он явился туда первый раз в домотканой одежде и деревенских отцовской модели грубых башмаках, ему была устроена «аборигенами», как сейчас сказали бы, «темная». («Они набросились на меня, как пчелы».) Но и потом, когда отношения нормализовались, академия не смогла пробудить симпатий Джеймса. Учился он плохо, особенно по арифметике (вот он — будущий гениальный математик!), для которой, как считалось, у него не хватало воображения. Да и вообще, в академии его называли «дуралеем», считали нелюдимым и туповатым.

Единственная радость — письма к отцу. «Мой дорогой папа, в тот день, когда ты уехал, мы пошли в зоопарк, и там был слон, и Лиза испугалась его некрасивой морды. А у одного джентльмена был мальчик, который спрашивал, не индийская ли это корова. Собачка Аски думает, что она тоже школьник, хочет идти со мной в школу…

Твой почтительный слуга.

Джеймс Клерк Максвелл».

И вдруг — геометрия, треугольно-прямоугольно-многоугольная геометрия, с четкой логикой, с наглядностью, к которой он так привык в детстве, с волнующими названиями, блестящими чертежными инструментами.

«Я сделал тетраэдр, додекаэдр, — пишет он отцу, — и два других эдра, названия которых еще не знаю».

Геометрия разбудила Джеймса, он начинает заниматься с невиданным увлечением и вскоре становится лучшим учеником академии. Успехи его не просто хороши, они великолепны, блестящи, потрясающи. Его коллеги впоследствии вспоминали, как Максвелл «с помощью одной фигуры и нескольких линий» решил сложнейшую задачу по стереометрии, условие которой было записано на трех досках.

Несколько раз в Эдинбург приезжал из имения отец Джеймса, вместе они осматривали город, иногда заходили на заседания Королевского общества. На одном из заседаний возник вопрос, каким образом древние этруски могли построить, не зная высшей математики, совершенно правильный овал (обсуждался вопрос о форме этрусских погребальных урн). Максвелл был заинтригован проблемой и через некоторое время предложил необычайно остроумный и гениально простой способ вычерчивания овальных кривых и эллипсов с помощью двух иголок и связанной в кольцо нити.

Способ был доложен на заседании Эдинбургского Королевского общества и одобрен самыми известными учеными Шотландии. Доложен, разумеется, не Максвеллом (ему в ту пору не было и 15 лет), а другим, достаточно солидным ученым.

За этой работой — множество других. Он изучает поляризацию света, магнитные явления, доказывает важную теорему теории упругости (впоследствии стала называться «теоремой Максвелла»). В ту пору Джеймсу Клерку Максвеллу было неполных 19 лет.

Его страсть к исследованиям и приобретению новых знаний беспредельна. Отец поощряет его. Когда Максвелл едет погостить к приятелю в Бирмингам, отец намечает для него следующую программу действий:

«Эдинбург, 13 марта 1853 г.

Попроси Гейджа дать тебе инструкцию по бирмингамским заводам, познакомься, если сможешь, с работой оружейников, с производством пушек и их испытаниями, с производством холодного оружия и его испытанием; с папье-маше и лакированием; с серебрением путем цементации и путем накатки; серебрением электролитическим способом — на заводе Элкингтона; с плавкой и штампованием — на заводе Брэзиера; с обточкой и изготовлением чайников из белого металла и т. д.; с производством пуговиц различных сортов, стальных перьев, иголок, булавок и всевозможных мелких предметов, которые очень интересно изготавливаются путем разделения труда и при помощи остроумных инструментов; к местной промышленности относится и производство разных сортов стекла, а также и литейное дело всех видов, производство машин, инструментов и приборов (оптических и научных) как грубых, так и тонких. Если тебе Бирмингам надоест, отправляйся в Кенилворт, Варвик, Стратфорд на Эйвоне…»

Максвелл упорно учится. Из академии он переходит в Эдинбургский университет, быстро исчерпав его, он отправляется в Кембридж, в Тринити-колледж, где некогда учился Ньютон и где математика преподавалась на таком высоком уровне, как нигде больше. К сожалению, к физике отношение там было не слишком радушное — в колледже, как писал английский физик А. Шустер, предполагалось, что «физика как наука давно оформилась, и добавить к ней нечего», «все главнейшие факты в природе уже известны, что шансы сделать большое экспериментальное открытие ничтожно малы и что поэтому задача экспериментатора состоит в разрешении споров между соперничающими теориями или в нахождении незначительных остаточных явлений, которые могут добавить более или менее важные подробности теории».

Несмотря ни на что, Максвелл решил посвятить себя именно физике. Его наставник Гопкинс писал: «Это был самый экстраординарный человек, которого я когда-либо видел. Он органически был неспособен думать о физике неверно. Я растил его как великого гения, со всей его эксцентричностью и пророчеством о том, что он в один прекрасный день будет сиять в физике — пророчеством, с которым убежденно были согласны и его коллеги-студенты».

Особое впечатление произвела на Максвелла книга Фарадея «Экспериментальные исследования по электричеству». Двадцатилетний Максвелл встретился наконец со своей ровесницей — теорией Фарадея, не особенно жалуемой великолепными учеными за свой плебейский наряд, начисто лишенный математической мишуры. Но на проницательного Максвелла, видевшего вещи гораздо глубже своих современников, «Экспериментальные исследования» произвели неизгладимое впечатление. «Я решил, — писал он, — не читать ни одного математического труда в этой области, покуда не изучу достаточно основательно «Экспериментальных исследований по электричеству».

Это была любовь с первого взгляда, любовь на всю жизнь. Многочисленные его увлечения другими отраслями физики были тоже очень плодотворны: он изобрел волчок, поверхность которого, окрашенная в разные цвета, при вращении образовывала самые неожиданные сочетания. При смещении красного и желтого получался оранжевый цвет, синего и желтого — зеленый, при смешении всех цветов спектра получался белый цвет — действие, обратное действию призмы — «диск Максвелла»; он нашел термодинамический парадокс, много лет не дававший покоя физикам — «дьявол Максвелла»; в кинетическую теорию были введены им «распределение Максвелла» и «статистика Максвелла — Больцмана»; есть «число Максвелла». Кроме того, его перу принадлежит изящное исследование об устойчивости колец Сатурна, за которое ему была присуждена академическая медаль и после которого он становится «признанным лидером математических физиков». Кроме того, Максвелл создал множество небольших шедевров в самых разнообразных областях — от осуществления первой в мире цветной фотографии до разработки способа радикального выведения с одежды жировых пятен.

Но главная память о Максвелле, вероятно, единственном в истории науки человеке, в честь которого имеется столько названий, — это «уравнения Максвелла», «электродинамика Максвелла», «правило Максвелла», «ток Максвелла» и, наконец, — максвелл — единица магнитного потока в системе CGS.

Все приведенные названия относятся к области физики, которой Джеймс Клерк Максвелл посвятил жизнь, — электродинамике, теории электромагнитного поля.

Ко времени Максвелла существовали две теории электричества: теория «силовых линий» Фарадея и теория, разработанная великими французами Кулоном, Ампером, Био, Саваром, Араго и Лапласом. Исходная точка французов — представление о так называемом «дальнодействии», мгновенном действии одного тела на другое на расстоянии без помощи какой-либо промежуточной среды.

Эти ученые были в плену авторитета великого Ньютона и в плену созданных им математических формул (закон всемирного тяготения), хотя Ньютон, по существу, не может считаться первым апологетом «действия на расстоянии». Так, он, в частности, писал:

«Непонятно, каким образом неодушевленная косная материя, без посредства чего-либо иного, что нематериально, могла бы действовать на другое тело без взаимного прикосновения.

Что тяготение должно быть врожденным, присущим ы необходимым свойством материи, так что одно тело может взаимодействовать с другим на расстоянии, через пустоту, без участия чего-то постороннего, при посредстве чего и через что их действие и сила могли бы передаваться от одного к другому, это мне кажется столь большим абсурдом, что я не представляю себе, чтобы кто-либо, владеющий способностью компетентно мыслить в области вопросов философского характера, мог к этому прийти».

Таким образом, Ньютон сам не стоял на позициях дальнодействия. Однако последователи его — Роджер Коте и позднее черногорец Бошкович пришли в конце концов к тому, что тяготение — столь же существенное свойство материи, как протяженность, способность к движению и т. п. Другими словами, они пришли к тому, что промежуточная среда для взаимодействия не нужна — они пришли к «дальнодействию».

Шарль Огюстен Кулон в начале своей научной деятельности написал несколько трактатов о скручивании нитей, волос, тонких проволок. Его глубокие знания в этом вопросе позволили создать всем известные «крутильные весы», на которых он изучал силу взаимодействия двух электрических зарядов.

Результат опытов был поразителен: сила взаимодействия зарядов в пустоте, точно так же, как и ньютоновская сила тяготения, зависела лишь от величины зарядов и расстояний между ними. Пустота, находившаяся между зарядами, по мнению Кулона, никаким образом не входила в формулу вполне справедливо, так как «там ничего не было» и никакого механизма передачи от первого заряда к некоторому участку пространства, затем к другому, третьему и так до второго заряда, — механизма, потребовавшего бы неизбежно некоторого времени для передачи усилий, представить себе было невозможно.

Кулон был твердо убежден, что промежуточная среда во взаимодействии участия не принимает, взаимодействие происходит на расстоянии без ее участия и, следовательно, мгновенно.

Открытие закона взаимодействия электрических зарядов, в точности повторяющего «по конструкции» законы Ньютона и Кулона, утвердило французских физиков в справедливости концепции «мгновенного дальнодействия».

* * *

Точка зрения ранних приверженцев близкодействия — тело может придать движение другому только путем соприкосновения с ним.

«Тело, движущееся или покоящееся, должно побуждаться к движению пли покою другим телом, которое, в свою очередь, побуждается к движению или покою третьим телом, это — четвертым и так до бесконечности» (Спиноза). Эта точка зрения была отвергнута признанием дальнодействия, которое, в свою очередь, уступило место близкодействию, но уже не на основе непосредственного контакта тел, а на основе взаимодействия тел с полями.

* * *

Теории великих французов были прекрасно математически обработаны и, в общем, выстраивались в довольно изящную и цельную теорию.

Воззрения Фарадея в корне расходились с такими представлениями. Он, как мы уже упоминали, не знал математики. Это был «ум, который никогда не погрязал в формулах», по выражению Эйнштейна.

Максвелл писал впоследствии: «Может быть, для науки является счастливым обстоятельством то, что Фарадей не был собственно математиком, хотя он был в совершенстве знаком с понятиями пространства, времени и силы. Поэтому он не пытался углубляться в интересные, но чисто математические исследования, которых требовали его открытия. Он был далек от того, чтобы обоблечь свои результаты в математические формулы, либо в те, которые одобрялись современными ему математиками, либо в те, которые могли бы дать начало новым начинаниям. Благодаря этому он получил досуг, необходимый для работы, соответствующей его духовному направлению, смог согласовать идеи с открытыми им фактами и создать если не технический, то естественный язык для выражения своих результатов».

И вот этим-то «если не техническим, то естественным» языком смог выражать Фарадей сложнейшие понятия, которые легли в основу максвелловой теории. Реалистически мыслящий Фарадей, докапывающийся до самых основ, проверяющий всех и вся, органически не мог примириться с теориями великих французов, касающимися мгновенной передачи действия на расстоянии от одного тела к другому без посредства промежуточной среды. Он был абсолютно убежден в том, что «материя не может действовать там, где ее нет». Поэтому Фарадею понадобилась какая-то материальная среда, заполняющая даже «пустое» пространство и через которую от точки к точке передается электрическое и магнитное воздействие.

Среду, через которую передается воздействие, Фарадей назвал «полем». Поле, считал он, пронизано магнитными и электрическими «силовыми линиями».

Увидеть силовые линии, по Фарадею, очень просто.

Например, чтобы увидеть магнитные силовые линии, достаточно насыпать железные опилки на бумагу и поднести снизу магнит.

Электрическое поле можно «увидеть», если продолговатые кристаллики какого-либо диэлектрика (например, кристаллы хинина) взболтать («взмутить») в какой-либо достаточно вязкой жидкости (например, в касторовом масле): кристаллики в электрическом поле образуют картину, напоминающую опилочную.

Силовые линии одновременно определяют направление и величину силы, действующей на заряд.

«Фарадей, — писал Максвелл, — своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство.

Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент.

Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».

Однако сторонники дальнодействия не принимали всерьез теоретические построения Фарадея, хотя, разумеется, восхищались его экспериментальными результатами. Житейская логика Фарадея не могла в их глазах противостоять «высокой науке». Один из противников Фарадея писал: «Я никак не могу себе представить, чтобы кто-нибудь, имеющий понятие о совпадении, которое существует между опытом и результатами вычисления, основанного на допущении закона дальнодействия, мог бы хотя бы один момент колебаться, чему отдать предпочтение: этому ясному и понятному действию или чему-то столь неясному и туманному, как силовые линии».

Ситуация складывалась отнюдь не в пользу Фарадея.

Знаменитый американский физик Роберт Милликеи писал об этом периоде развития Фарадеевских идей:

«Когда Фарадей подтвердил свои гениальные физические идеи гениальнейшими открытиями в области электромагнетизма, он этим не завоевал своим идеям даже минимального признания. Формалисты школы Ампера — Вебера, подобно современным формалистам школы Маха — Авенариуса, с тайным, а иногда и с явным презрением смотрели на «грубые материальные» силовые линии и трубки, порожденные плебейской фантазией переплетчика и лабораторного сторожа Фарадея».

Нужно сказать, что на стороне сторонников дальнодействия была и «моральная сила»—концепция «дальнодействия» лишь относительно недавно в качестве прогрессивной теории обрела права гражданства. А борьба была нелегкой, приходилось, как говорится, насмерть биться со сторонниками старинной, описанной еще Лукрецием, механистической теории «близкодействия», по которой взаимодействующие тела обязательно должны соприкасаться. Отказ от теории привел к ряду важнейших законов и теорий (закон всемирного тяготения Ньютона, закон Кулона, электродинамика Ампера).

Важность победы сторонников дальнодействия на том этапе очевидна. Максвелл писал:

«Хотя хрустальные сферы, к которым прикреплены были планеты, и были уже удалены, но планеты еще плавали в вихрях Декарта. Магниты были окружены истечениями, а наэлектризованные тела — атмосферами, но свойства этих истечений и атмосфер ничуть не были похожи на свойства обыкновенных истечений и атмосфер».

От всех теорий, тормозивших развитие науки, нужно было избавляться. И сторонники дальнодействия отлично справились с задачей.

Но точно так же в середине XIX века «дальнодействие» вновь должно было уступить место «близкодействию» — на сей раз в прогрессивной концепции силовых линий и электромагнитного поля. А пока теория электричества находилась в состоянии идейного разброда.

* * *

Первым физиком, категорически отрицавшим действие на расстоянии, был Генри Кавендиш. Он занимался наукой исключительно из любви к ней и не публиковал своих результатов, считая это делом ненужным. Задолго до Кулона, и гораздо убедительнее, он обосновал «закон Кулона», задолго до Фарадея признал роль промежуточной среды и нашел величину, характеризующую эту роль, — диэлектрическую постоянную. После его смерти остался миллион фунтов стерлингов и несколько пачек неопубликованных рукописей. Разобрав эти рукописи, Максвелл поразился: многие мысли Кавендиша, высказанные сто лет назад, не потеряли своей ценности. Большинство же открытий Кавендиша после него было повторено другими учеными — еще одно доказательство неизбежности открытий, когда приходит их час.

Кавендиш был сказочно богат и столь же оригинален. Он жил в своем родовом замке отшельником. Прислуге было приказано никогда не появляться ему на глаза, распоряжения передавались при помощи записок. Женщин он панически боялся. Он был одержим пунктуальностью. Каждый его новый костюм был точной копией предыдущего с учетом происшедших изменений фигуры. За сорок лет он ни разу не положил в клубе, где он обедал раз в неделю, своей шляпы на другое место. Он почти всегда молчал и открывал рот лишь для того, чтобы сообщить нечто из ряда вон выходящее. Может быть, его нежелание публиковаться объяснялось тем, что он считал свои исследования недостаточно важными и интересными для других? А может быть, он считал всяческую суету с публикацией статей недостойной истинного джентльмена?

* * *

В каком-то смысле можно по-человечески понять «формалистов школы Ампера — Вебера», которые в штыки приняли возродившуюся в ином обличье фарадеевского «поля» гипотезу «близкодействия».

Нам, разумеется, нетрудно было бы их примирить — знание закона отрицания отрицания могло бы обуздать разыгравшиеся страсти. Развитие науки идет по спирали; человечество через определенный срок вновь подходит к, казалось бы, заброшенной в анналах истории теории, но уже овладевшим новыми знаниями, на более высоком уровне понимания процессов. Однако для «великих французов» законы диалектики писаны не были, и они свысока, с язвительной иронией относились к фарадеевскому «нолю» и «силовым линиям».

Именно в это время двадцатипятилетний Максвелл начинает свою борьбу за фарадеевскую теорию. Все глубже изучает он «Экспериментальные исследования по электричеству», уникальное в истории науки сочинение, своеобразный дневник раздумий гениального ученого.

«Фарадей, — писал Максвелл, — показывает нам свои как неудачные, так и удачные эксперименты, как свои не созревшие идеи, так и идеи разработанные, и читатель, сколько бы ни был ниже его по своей способности индуктивного мышления, чувствует скорее симпатию, чем восхищение, и приходит к искушению поверить в то, что при случае и он сделал бы эти открытия…

Фарадей по профессии не был математиком. В его описаниях мы не находим тех дифференциальных и интегральных уравнений, которые многим кажутся непременным атрибутом «настоящей» науки. Откройте труды Пуассона или Ампера, вышедшие до Фарадея, или Вебера и Неймана, которые работали после него, и вы увидите, что каждая страница пестрит формулами, ни одну из которых Фарадей просто не понял бы».

Но внешняя непритязательность фарадеевского труда была обманчивой. Известный немецкий физик Гельмгольц, например, вспоминал, как он «часами высиживал, застряв на описании силовых линий, их числа и напряжения».

Вчитываясь в страницы «Экспериментальных исследований», Максвелл увидел, что упреки «в нематематичности воззрений» Фарадея были несправедливыми.

«Когда я стал углубляться в изучение работ Фарадея, — писал Максвелл, — я заметил, что метод его понимания тоже математичен, хотя и не представлен в условной форме математических символов. Я также нашел, что метод может быть выражен в обычной математической форме и таким образом может быть сопоставлен с методами признанных математиков».

Но не форма волновала Максвелла. Он искал и непрерывно находил в трудах Фарадея прежде всего новые прогрессивные физические воззрения.

К фарадеевской концепции «поля» Максвелл присоединяется безоговорочно. Нравятся ему и силовые линии Фарадея. Максвелл видит, что Фарадей постепенно отходит от силовых линий как геометрических символов ко вполне реальным силовым линиям, обладающим, например, упругостью, стремящимся пойти по кратчайшему пути, отталкивающимся друг от друга.

«…Не следует смотреть на эти линии как на чисто математические абстракции. Это — направления, в которых среда испытывает натяжение, подобное натяжению веревки или, лучше сказать, подобное натяжению собственных наших мускулов», — писал Максвелл.

Максвеллу нравится, что Фарадей признает рациональное зерно, имеющееся в работах чуждых ему по духу и манере исследователей, например Ампера. Так, он принимает целиком идею кругового магнитного поля, окружающего провод с электрическим током.

Максвеллу эта идея кажется правильной. Более того, тезис «каждый электрический ток окружен магнитным полем» легко ложится в рамки сравнительно несложных математических символов и операций. «Легкость» и «несложность», конечно, весьма относительные. Максвелл отдал своей теории электромагнитного поля полжизни.

Математические формулы, о которых идет речь, изучаются современными студентами в курсах высшей математики и теоретической электротехники лишь в последние годы занятий в вузах. Однако гений Максвелла был «легким» — все, знавшие его, не уставали повторять, что он делал свои открытия как бы играя. Такому впечатлению способствовала и манера Максвелла заходить в лабораторию вроде бы между прочим, по пути, проходя мимо, иной раз с собакой.

* * *

Режим Максвелла непостижим: он спал с пяти до половины десятого вечера. Затем — занятия до двух ночи. С двух до половины третьего — гимнастика: беготня по лестницам и коридорам преподавательского общежития (можно представить себе силу возмущения общественности — впрочем, тогда стены делали толще). Затем — сон до семи утра. С семи утра — новый рабочий день.

* * *

Эта манера, повторенная в сотнях экземпляров другими английскими физиками, подражавшими Максвеллу, если читатель помнит, юмористически описана в сборнике «Физики шутят», выпущенном издательством «Мир».

Итак, и Ампер, и Фарадей считали, что каждый электрический ток окружен магнитным полем. Максвелл решает записать этот тезис в форме уравнения

Смысл этого выражения может быть понят относительно легко даже неспециалистом.

Обозначение rot — сокращение от слова rotor — вихрь.

(Максвелл использовал слово curl — завиток); операция rot, грубо говоря, показывает в данном случае, что вектор напряженности магнитного поля вращается вокруг вектора тока плотностью j.

Другой, сразу завоевавшей признание Максвелла идеей стало представление Фарадея о природе электромагнитной индукции — то есть возникновение электричества в контуре, число магнитных силовых линий в котором изменяется то ли вследствие относительного движения контура и магнита, то ли вследствие изменения магнитного поля.

* * *

Максвелл, рассказывают, обладал способностью читать лекцию для трех человек с тем же воодушевлением и подъемом, что и перед огромной аудиторией.

Максвелл писал (и изредка публиковал под псевдонимом dp/dt ) стихи. Большое место в его поэтическом творчестве занимают сатирические стихотворения: «Доказательство нецелесообразности чтения лекций в ноябре», «Проблемы динамики» (юмористическое решение дифференциального уравнения), «Лекция по физике для молодых женщин» (место действия — уютная комнатка, тема лекции — зеркальный гальванометр Томсона, аудитория — один человек), «Кошачья колыбельная», «Парадоксальная ода», посвященная автору книги «Парадоксальная философия».

* * *

Эта зависимость также вполне укладывалась во внешне формальные математические операции. После многолетних трудов Максвелл записал строку:

Формула настолько физически прозрачна, что ей тоже можно, при известном упрощении, придать ясный смысл.

Операция означает, грубо говоря, вращение вектора E -> , охват им некоторого источника, которым в данном случае является изменение магнитного поля В -> .

В контуре, охватывающем источник изменяющегося магнитного поля, наведется электродвижущая сила, а в пространстве возникнет новое электрическое поле. Что означает минус перед правой частью уравнения? Он тоже вполне физически обоснован — на основании закона, открытого русским физиком Э. X. Ленцем, направление тока, возникающего в замкнутом контуре в результате электромагнитной индукции, таково, что ток препятствует изменению магнитного потока (инерция магнитного поля).

Но необходимо учесть еще одно важное свойство торов электрической и магнитной индукций Е -> и В -> , представляющих собой математическое обозначение электрических и магнитных силовых линий: в то время как электрические силовые линии начинаются и кончаются на зарядах, являющихся источниками поля, магнитные силовые линии располагаются кольцеобразно: а у кольца, как известно, «нет ни начала, ни конца», следовательно, силовые линии магнитного поля не могут где-то начинаться, где-то кончаться — они замкнуты сами на себя.

В математике для обозначения ситуации с источниками поля можно применить операцию «дивергенция» (Максвелл использовал слово «конвергенция»).

Дивергенция — мера источника. Например, свеча — источник света — обладает положительной дивергенцией, ночной мрак за окном, где свет рассеивается, поглощается, обладает дивергенцией отрицательной. Что касается оконного стекла, где число «лучей», пришедших из комнаты, равно числу лучей, ушедших в темноту, то там дивергенция равна нулю. В стекле свет не создается, не поглощается (если оно, разумеется, достаточно прозрачное).

Поэтому Максвелл добавляет к двум имеющимся уравнениям еще два:

Физический смысл уравнений прозрачен.

Силовые линии электрического поля кончаются на зарядах, плотность которых р.

Силовые линии магнитного поля не кончаются нигде — они замкнуты сами на себя.

Вот какая система уравнений появилась в результате работ Максвелла:

Входящие в эти уравнения векторы электрической и магнитной индукции (D -> и В -> ) и векторы напряжснностей электрического и магнитного полей (Е -> и H -> ) связаны стыми соотношениями: D -> = εЕ -> и В-> = μН -> ,

где  μ — магнитная проницаемость среды,

ε  — диэлектрическая постоянная среды.

Четыре строчки этих простых уравнений и составляют «уравнения Максвелла», а система взглядов, которая легла в основу уравнений, получила название «максвелловой теории электромагнитного поля».

Уравнения были просты, но чем больше Максвелл и его последователи над ними работали, тем больший внутренний смысл находили в четырех строчках. Генрих 160 Герц, знаменитый немецкий физик, роль которого в истории— доказать полную справедливость представлений Максвелла, писал о неисчерпаемости теории Максвелла:

«Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом — кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время было в них заложено».

Теория Максвелла — триумф идей Фарадея. Максвелл, по выражению Роберта Милликена, «облек плебейски обнаженные представления Фарадея в аристократические одежды математики». А советский физик Т. П. Кравец по этому поводу заметил:

«Если мы теперь освоились с системой воззрений Фарадея, если его электромагнитное поле стало одним из наших основных знаний, если его система превратилась в стройную теорию и получила адекватное математическое выражение, то это заслуга Максвелла и только Максвелла».

Замечание Генриха Герца о «самостоятельной жизни» уравнений Максвелла, о том, что они «умнее самого автора», стало подтверждаться сразу же после того, как Максвелл начал изучать свою систему, опробовать ее при решении различных задач.

Прежде всего нужно было выяснить, что за постоянная «втерлась» в уравнения. Происхождение других постоянных, входящих в систему уравнений, — «четверка», «минус единица», число «пи», было ясно, но…? Что это такое? Применив уравнения к одному конкретному случаю, Максвелл нашел, что неизвестное число с оказалось примерно равно отношению электромагнитной и электростатической единиц заряда — примерно 300 000 километров в секунду!

Совпадение было слишком разительным, чтобы не принять его во внимание. Таинственное с было равно скорости света? Но при чем тут скорость света? Максвелл настолько глубоко верил в свои уравнения, что наличие физически не очевидного коэффициента его беспокоило.

Он непрерывно думал о странном явлении. И уравнения «думали». Рассмотрим первые два из них.

Согласно первому любой ток вызовет возникновение магнитного поля в окружающих областях пространства.

Постоянный ток, например, вызовет возникновение вокруг него постоянного магнитного поля. Такое поле, однако, не сможет вызвать электрического поля в «следующих» областях, поскольку электрическое поле согласно второму уравнению возникает лишь при изменяющемся магнитном поле.

Но картина иная, если первоначальный ток — переменный. Вокруг переменного тока создается переменное магнитное поле, способное уже создать в «следующем» элементе пространства электрическое поле; то, в свою очередь, за счет «тока смещения» создает новое магнитное поле, а оно точно так же создаст еще дальше поле электрическое. И так будет продолжаться до бесконечности.

Другими словами, электромагнитное поле, как с поразительной ясностью понял Максвелл, распространяется в виде волны, причем волны незатухающей — энергия магнитного поля в пустоте полностью переходит в энергию поля электрического, и наоборот.

Но ведь в виде точно таких «поперечных» волн распространяется и свет! И Максвелл делает сразу два далеко идущих вывода.

Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде поперечных волн. Убежденный в универсальности своих уравнений, Максвелл показывает, что «свет есть электромагнитное возмущение». Родство двух явлений предчувствовал еще Ломоносов, предлагавший осуществить соответствующий опыт, а Фарадей прямо доказал единую природу явлений, осуществив эксперименты по «электромагнитному вращению света». Точно так же, как существуют излучения световые, должны существовать и «излучения электромагнитные».

Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света, то есть со скоростью 300 000 километров в секунду. Скорость распространения воли зависит от свойств среды.

Признание конечной, хотя и очень большой, скорости распространения электричества и магнетизма камня на камне не оставляло от теорий сторонников «мгновенного дальнодействия».

* * *

Велика все-таки роль случайности в научных открытиях! Впоследствии оказалось, что величина с, полученная Максвеллом, и скорость света, полученная Физо, были измерены не совсем точно. Их совпадение, столь поразившее Максвелла, было в известной мере случайным!

* * *

В предсказании электромагнитных волн Максвелл значительно обогнал свое время. Но он не мог знать, что Фарадей еще в 1832 году оставил в Королевском обществе для хранения в архивах запечатанный конверт с надписью «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в архивах Королевского общества».

В 1938 году, через 106 лет, конверт этот был вскрыт в присутствии многих английских ученых. Слова, которые записаны были на пожелтевшем листке, запечатанном в конверте, потрясли всех: выяснилось, что уже Фарадей ясно представлял себе, что индуктивные явления распространяются в пространстве с некоторой скоростью, причем в виде волн.

«Я пришел к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, которое, очевидно, окажется весьма незначительным. Я полагаю также, что электрическая индукция распространяется точно таким же образом. Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной поверхности… По аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции», — писал он на основании далеко идущих аналогий между электромагнитной индукцией, светом и звуком. Фарадей, как следует из этого документа, хотел закрепить открытие за собой определенной датой и таким образом иметь право, в случае экспериментального подтверждения, объявить эту дату датой его открытия. «В настоящее время, — продолжал он, — насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов».

И Фарадей, и Максвелл не дожили до полного торжества их воззрений. Оба они умерли до того, как русские ученые Н. Н. Шиллер, П. А. Зилов, С. Я. Терешин, П. Н. Лебедев и немецкие физики Г. Герц и Л. Больцман показали полную справедливость теории электромагнитного поля Максвелла и Фарадея.

После выхода «Трактата об электричестве и магнетизме», в котором сформулирована максвелловская теория электромагнитного поля, Максвелл решает в целях популяризации и распространения своих идей написать книгу «Электричество в элементарном изложении». Максвелл работал над книгой, а самочувствие его лось все хуже и хуже. Эдинбургский доктор профессор Сэндерс, осмотрев ученого, объявил ему, что он болен раком и что жить ему осталось не более месяца…

Максвелл спокойно перенес удар. Он вообще никогда ни на что не жаловался и поспешил в Кембридж, где его ждали рукопись «Электричества» и тяжело больная жена.

В Кембридже царило уныние — «Максвелл уходит».

Эти печальные слова то и дело звучали в гулких коридорах и на пустынных кембриджских ноябрьских улицах.

5 ноября 1879 года его не стало. Доктор Пагет, принявший его последний вздох, писал:

«Во время болезни, лицом к лицу со смертью, он оставался таким же, как прежде. Спокойствие духа никогда не покидало его. Через несколько дней после возвращения в Кембридж его страдания приняли очень острый характер… Но он никогда не жаловался… Даже близость смерти не лишила его самообладания… За несколько дней до смерти он спросил меня, как долго ему осталось жить… Казалось, он беспокоился только о своей жене, здоровье которой за последние несколько лет пошатнулось.

Не было человека, который бы встретил смерть с большим спокойствием и в более ясном сознании».

Сорокавосьмилетний гений угас, так и не став свидетелем торжества своей теории.

А она завоевывала себе позиции с большим трудом.

Число слушателей, записывающихся на лекции по теории электромагнитного поля (в английских университетах студент сам выбирает предметы, которые он хотел бы изучать), было смехотворно мало.

Нужен был толчок, какое-то яркое событие, которое привлекло бы внимание физиков и показало бы во всей полноте мощь новой теории.

 

Открытие вопреки себе

Когда Максвелл создавал свою теорию электромагнитного поля, будущий великий ученый Генрих Рудольф Герц в коротких штанишках посещал первые классы гимназии. Его учитель вспоминал, что Герц учился блестяще и был непревзойденным, когда дело касалось сообразительности и ясности восприятия. В противоположность Максвеллу, он обожал все предметы без исключения — в равной степени физику и арабский язык. Он любил писать стихи и вытачивать фигурки на токарном станке.

Его отец был сенатором, а мать, как сейчас сказали бы, домохозяйкой. Будущий великий физик родился очень слабым — врачи единодушно утверждали, что он — не жилец на белом свете. И действительно, болезни преследовали Герца всю жизнь — у него болели поочередно и все вместе: глаза, зубы, уши…

С 18 лет Генрих Герц учится в технических школах.

Все шло хорошо до тех пор, пока Генриху приходилось изучать разнообразные дисциплины общего характера, например физику и математику. Но когда дело дошло до специализации, то есть до избрания конкретных технических курсов, которые на всю жизнь должны были определить направление деятельности Герца, он внезапно меняет свое решение: «Раньше я часто говорил себе, что быть посредственным инженером для меня предпочтительней, чем посредственным ученым. Но теперь я думаю, что прав Шиллер, сказавший: «Боишься жизнью рисковать — тебе успехов в ней не знать», и что излишняя осторожность была бы с моей стороны безумием».

Какой прекрасный пример для тех, кто сегодня обдумывает свою судьбу!

Герц бросает Мюнхенскую высшую техническую школу и поступает в Берлинский университет, где попадает в очень хорошие руки — его руководителем становится Герман Гельмгольц, едва ли не самый видный немецкий физик того времени. В числе его преподавателей были и другие виднейшие физики, например Кирхгоф.

* * *

Герц проявлял в детстве очень большие способности. За что бы он ни брался, все у него получалось. Говорят, что когда Герц стал знаменитостью, его наставник по токарному делу с сожалением заметил: «Жаль. Из него мог бы получиться отличный токарь».

* * *

Но прежде стоит поговорить о Гельмгольце, поскольку вся короткая научная жизнь Герца прошла под его покровительством, а научные взгляды сформировались в громадной степени под влиянием взглядов Гельмгольца.

С портрета глядит на нас волевое, властное лицо, кончики густых седых усов опущены. Безукоризненный костюм. Пронзительный, несколько тяжеловатый взгляд.

Герц обращался к нему не иначе, как «Ваше превосходительство».

К моменту первого знакомства с Герцем ему было 56 лет. Он был признанным главой немецкой физики.

Еще за 30 лет до этой встречи молодой врач Гельмгольц, ничего не зная о забытых работах Ломоносова, о работах его современников Майера и Джоуля, обосновал закон сохранения и превращения энергии. Он занимался в свое время и физиологией чувств — зрения и слуха.

Но последнее время Гельмгольца занимает электричество, особенно теория англичанина Максвелла. Он первым среди европейских («континентальных») ученых обратил на нее внимание и сразу оценил ее сильные стороны, ее многогранность и универсальность.

И тут проявилось во всей полноте трагическое противоречие научного мировоззрения Гельмгольца: с одной стороны, роль промежуточной среды, подчеркивавшаяся Максвеллом, была для него очевидна, с другой — признать саму промежуточную среду, «ничто», в качестве физической реальности Гельмгольц не мог. Не мог прежде всего потому, что он был последователем знаменитого немецкого философа-идеалиста, агностика И. Канта, отрицавшего возможность познания мира. Отсюда приверженность Гельмгольца к идеям дальнодействия, где в основу без объяснения берутся таинственные непознаваемые свойства материи. Его не смущал, например, факт, что в соответствии с теорией одного из столпов дальнодействия — Вебера, нельзя зарядить электричеством тело, имеющее конечный объем. Это противоречит и здравому смыслу и опыту. Примеров таких неувязок в теориях дальнодействия можно было найти десяток.

Опирающиеся только на факты глубоко реалистические в своей основе взгляды Фарадея, обработанные математически Максвеллом, были ему чужды. И в то же время научная добросовестность Гельмгольца не позволяла ему идти против истины; «В настоящее время Фарадеево воззрение является единственным, согласным со всеми экспериментальными данными и не противоречащим ни в каком из своих выводов основным законам динамики».

Для того чтобы примирить свои философские взгляды с бесспорными научными фактами, Гельмгольц должен был пойти на компромисс: он разработал свою собственную электродинамическую теорию, в которой пытался сочетать несочетаемое — взгляды Максвелла на роль промежуточной среды и теории немецких приверженцев дальнодействия — В. Вебера и Ф. Неймана.

Двадцатилетний Герц, с несформировавшимися еще взглядами, естественно, попал под влияние великого Гельмгольца и в течение всей своей жизни тщетно пытался разделять его научные взгляды.

Тщетно — потому что чем больше экспериментов ставил Герц для проверки теории Гельмгольца, тем радикальней он опровергал ее. Теория Гельмгольца подтверждалась лишь в тех своих частностях, где были использованы идеи Максвелла.

Раз Герцу «повезло»: результат одного из экспериментов можно было истолковать скорее в пользу Гельм-Гельмгольца, чем в пользу Максвелла (скорость электромагнитной волны з проводе оказалась не 300 тысяч километров в секунду, а 220). Но не тут-то было. На заседании Французской академии знаменитый математик Анри Пуанкаре (брат печально известного премьер-министра Франции Раймона Пуанкаре, «Пуанкаре-война», так много сил потратившего на разжигание первой мировой войны и организацию интервенции против Советской России) резко опроверг выводы Герца, язвительно указав на то, что Герц при расчете скорости волны в проводе неверно рассчитал его емкость. Кроме того, как выяснилось впоследствии, результаты были искажены в опыте Герца стоявшей в комнате железной печкой. Таким образом, в единственном заставляющем усомниться в правильности теории эксперименте Герц допустил ошибку и впоследствии сам признал это.

Советские историки А. Т. Григорьян и А. Н. Вяльдев указывают, что при изучении деятельности Герца «невольно рождается представление о каком-то особом, фатальном отношении Герца к теории Максвелла.

* * *

Гельмгольц — автор используемой до сих пор магнитной системы с однородным полем — «колец Гельмгольца». Он изобрел также глазное зеркало, до сих пор применяемое в медицине. Он разделил звук на основной тон и обертон.

* * *

Герцу как бы было предопределено способствовать торжеству этой теории, а он упорно избегал, настойчиво сторонился этой миссии, не желая принимать теорию».

Попав в Берлинский университет, Герц решил сразу же начать заниматься научной работой в физической лаборатории. Однако попасть в лабораторию было не так-то просто. Туда допускались лишь те студенты, которые участвовали в работах «на премию» — руководство факультета назначало студентам премии за скорейшее выполнение предложенных профессорами научных работ.

В качестве такой работы Герц выбрал решение следующей сложной проблемы: обладает ли электрический ток кинетической энергией?

Сейчас нам ясно, что поскольку электрический ток — это движение электронов, а электроны обладают массой, то электрический ток в принципе обладает кинетической энергией. Однако тогда электроны — материальные носители электрического тока известны не были и вопрос о кинетической энергии электрического тока был открытым. Как только Герц начал работу над первой своей самостоятельной темой, сразу же проявились заложенные в нем ценнейшие черты исследователя-экспериментатора, упорство, редкое трудолюбие и столь часто помогавшая ему впоследствии способность делать сложные лабораторные установки своими руками. «Аппарат, который я сделал, работает очень хорошо; лучше мне не надо, даже сделанный на самой главной фабрике из золота и слоновой кости не служил бы мне лучше».

Конкурсная тема объявлена была в августе и рассчитана на 9 месяцев работы. Герц приступил к работе в октябре и окончил ее за три месяца.

Результат, как и ожидалось тогда, был отрицательным — с помощью очень точных методов, разработанных Герцем, не удалось заметить ни малейших признаков кинетической энергии у электрического тока. Это совпадало с точкой зрения Гельмгольца (сейчас можно подсчитать, что для обнаружения имеющегося в действительности эффекта Герцу нужно было бы повысить точность измерений во много тысяч раз). Гельмгольц столько же был удовлетворен результатом, сколько восхищен способностями молодого Герца: «Я увидел, что имел дело с учеником совершенно необычайного дарования». Впоследствии подчеркивая многосторонние дарования Герца, он называл его «баловнем богов».

Работа была удостоена премии, которую вручили Герцу в необыкновенно теплой обстановке с самыми лестными отзывами.

После летних каникул 1879 года встал вопрос, чем заниматься дальше. И Гельмгольц предлагает Герцу новую тему, связанную с электродинамическими свойствами поляризации диэлектриков, — тему, которая неминуемо должна была бы доказать или опровергнуть теорию Максвелла. Тема тоже была конкурсной, но значительно более сложной. Она была рассчитана на два-три года.

Герц как будто предчувствовал ту колоссальную роль, которую разработка темы должна сыграть в его жизни, и всеми способами уклонялся от нее. Впрочем, тут была еще одна причина — студенту Герцу хотелось поскорее стать доктором (вообще складывается впечатление, что во всех случаях, когда перед Герцем вставала дилемма: «карьера или наука», он твердо избирал первое).

Ему удается уклониться от конкурсной темы Гельмгольца и получить другую — теперь для подготовки докторской диссертации. Эту тему Герц надеялся закончить за два-три месяца. Осталось получить разрешение министра защищать диссертацию, не окончив университета, и… написать ее.

И то и другое не заставило себя ждать. Быстро пришел положительный ответ от министра, и быстро продвигалась работа — чисто теоретическое исследование о вращении тел в магнитном поле. Работает Герц с большим подъемом, с наслаждением: «Работа приносит много радости», «я, почти не отрываясь, продолжаю работать над начатой темой, притом с таким успехом и таким радостным чувством, лучше которых не мог бы и пожелать себе».

То, что получилось, — небольшой математический шедевр; защита его прошла с блеском, которого автор заслуживал. Редчайший случай — Герцу присудили докторскую степень «с отличием».

Следующая встреча Герца с теорией Максвелла чуть было не состоялась в провинциальном городишке Киле, куда он перешел из прекрасно оборудованной берлинской лаборатории, чтобы из ассистента поскорее перейти в доценты. В Киле лаборатории не было совсем, и если была нужда в эксперименте, все делалось за счет исследователя.

Поэтому там гораздо удобней было заниматься теорией. Возможно, поэтому наиболее значительной работой, выполненной в Киле, была именно теоретическая работа.

Основанием ее явилась попытка Герца дополнить в одном неясном пункте электродинамику ярого приверженца дальнодействия — Неймана. Уравнения Неймана, как говорят математики, были «несимметричны» — в них электрические и магнитные величины были поставлены в неравное положение. Помимо отсутствия красотыматематической, такая система уравнений обладала тем недостатком, что при пользовании ею не во всех случаях соблюдался закон сохранения энергии.

Это, естественно, нравиться Герцу не могло. Он корректирует систему уравнений Неймана с помощью поправки, учитывающей закон сохранения энергии, и получает свою собственную систему уравнений, частным случаем которой являлись те же уравнения Максвелла, только в несколько иных обозначениях. Герц был разочарован: если теория Максвелла является универсальной, то выходит, все теории великих немецких физиков, в течение десятилетий считавшихся в Европе непревзойденными электродинамиками, необходимо сдать на историческую свалку. Вообще национальное чувство Герца порой сильно мешало ему, по свидетельству Макса Планка, объективно оценить научный вклад иностранных ученых. «Данный вывод, — пишет Герц, — таким образом, нельзя считать точным доказательством Максвелловой системы как единственно возможной».

К «национальному чувству» Герца впоследствии примешается еще одно — через несколько лет окажется, что волны, открытые Герцем, «волны Герца» — это «всего лишь» волны, уже давно предсказанные Максвеллом.

Одним словом, подозревать Герца в горячих симпатиях к Максвеллу и его теории нет никаких оснований.

И тем не менее судьбы науки распорядились так, что имена Максвелла и Герца всегда будут стоять рядом.

Именно благодаря открытию Герцем электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, теория Максвелла утвердилась и в течение уже около 100 лет остается основной физической теорией, поколебать которую не смогла даже теория относительности.

Летом 1886 года двадцатидевятилетний Герц женился. Это событие повлияло на него чрезвычайно плодотворно— глубокая тоска и безысходность, нежелание работать, примерно полгода владевшие Герцем, исчезают без остатка, наоборот, в его творчестве возникает невиданный подъем. Именно на восходящую ветвь творческой волны приходится день 4 октября 1886 года, когда он заносит в дневник первое описание из серии опытов с измерением индукции при разряде старинного исследовательского аппарата — лейденской банки. Долгие поиски темы, которая могла бы его захватить, кажется, окончены.

Записи в дневнике:

25 октября: «Получил искровой микрометр и начал работать с ним».

26 октября: «Сделал опыты с искрами в коротких металлических цепях».

?? ноября, жена Герца — в письме к родителям: «Он установил приборы, произвел измерения и в течение четверти часа закончил прекраснейшие опыты. Прекрасные вещи сыплются у него, как из рога изобилия».

12 ноября: «Установил интересное действие индукции».

13 ноября: «Посчастливилось установить индукционное действие друг на друга двух незамкнутых цепей с током. Длина цепей 3 м, расстояние между ними 1,5 м».

5 декабря — в письме Гельмгольцу: «Мне удалось совершенно определенно установить индукционное действие одной незамкнутой прямолинейной цепи на другую незамкнутую прямолинейную цепь».

Сам Герц объясняет такой большой успех счастьем, везением — это верно лишь отчасти. Впоследствии выяснилось, что эксперименты, о которых идет сейчас речь и которые привели к открытию электромагнитных волн, сходные с экспериментами Герца, проводились чуть ли не за 10 лет до него. Однако ни один исследователь не обладал уникальным экспериментаторским талантом Герца, его глубокими знаниями в области математики и электродинамики. Он один оказался достаточно настойчивым, чтобы в конце концов доказать, что наблюдаемые им явления (к его сожалению) — следствие существования предсказанных Максвеллом электромагнитных волн.

Установка, созданная Герцем, настолько проста, что порой закрадывается сомнение: а можно ли с помощью этих кусков проволоки и шариков открыть волны, давшие потом жизнь таким сложным вещам, как радио и телевидение?

Установка работала так: сначала между двумя шариками создавалась искра. Искра была, по сути дела, кратковременным электрическим током, да еще прерывающимся сотни миллионов раз в секунду.

Недалеко от искры Герц разместил почти замкнутый контур из проволоки. Единственным промежутком в этой цепи был искровой промежуток между небольшими шариками.

Герцу удалось заметить, что даже при полутораметровом расстоянии между искрой и контуром во втором искровом промежутке проскакивали маленькие искорки. Это происходило всякий раз, когда искра возникала в первой цепи. (Как легко пишется! Как трудно делалось!

Эти «искорки» были так слабы — нужно было напрягать глаза, наблюдая их в темной комнате, а продолжительность каждой — всего миллионные доли секунды. А сколько нужно было пробовать, настраивать! Да и неизвестно было: получится ли что-нибудь? Мы увидим впоследствии, какой дорогой ценой заплатил Герц за свою самоотверженную работу.) Получалось, что искра во второй цепи возникала без всякого электрического контакта с первой цепью.

Факт оставался фактом — с помощью какого-то механизма электрический импульс был без проводов передан из одной цепи в другую, да еще на расстояние полтора метра. Осталось разобраться, что же это был за механизм.

Герц, так же как и Гельмгольц, считал, что причина явления — «электрическая индукция»; по Максвеллу же, такое воздействие могло передаться лишь с помощью электромагнитной волны, схожей по своей природе со светом. Историческая заслуга Герца — в доказательстве, вопреки своему желанию, второй точки зрения.

В планах Герца было доказать нечто иное. Через несколько лет он напишет в письме Гельмгольцу: «Мои работы возникли не столько непосредственно из изучения максвелловых трудов, как я сышу со всех сторон, сколько в гораздо большей мере из изучения работ Вашего превосходительства».

Однако эксперимент упрямо наводил Герца на мысль о правильности точки зрения Максвелла. Собственно, вся теория подтверждалась или рушилась в зависимости от того, как будут вести себя вновь открытые волны Герца. Если они будут вести себя как свет, то Максвелл прав, если нет… И Герц осуществляет строгую проверку. Почти сразу же ему удалось обнаружить «тень». Металлический лист не пропускал новых воли, зато двери комнаты были для них прозрачны, как для света — стекло.

С некоторым ужасом наблюдал Герц, как его прибор реагирует на колебания, рождавшиеся за дверью. «Не без удивления, — писал Герц, — я наблюдал искры в закрытой комнате». Новые лучи распространяются прямолинейно: «Тщетно искал явление огибания».

Если бы прав был Гельмгольц, ничего подобного не должно было быть. Волны Герца были вполне подобны световым.

А чему равна скорость новых волн? По Максвеллу, она должна быть равна скорости света. Герц провел большое число остроумных измерений, и в большинстве случаев получил для новых волн значение, очень близкое к скорости света.

Новый вопрос: будут ли новые волны преломляться как световые, например, в призме? Герц изготовляет гигантскую призму, весом чуть не в две тонны (!) из… асфальта. И новые лучи послушно отклонились в призме от своего прямолинейного направления. Отклонились почти точно на столько, на сколько должно было бы это произойти по теории Максвелла.

Герц собрал данные и об отражении новых волн; выяснилось, что они прекрасно отражались, например, цинковыми экранами. Герцу удалось даже сделать параболические зеркала для новых волн.

Точно таким же образом для новых лучей оказались справедливыми и существующими все явления, присущие свету, например, даже такое тонкое, как поляризация.

После этого не осталось практически никаких сомнений в тем, что открытые «волны Герца» — предсказанные Максвеллом электромагнитные волны, причем совпадение было не только качественным, но и количественным — по теории Максвелла можно было заранее рассчитывать практически все характеристики новых волы.

Трудно сейчас представить себе бурю, вызванную открытиями Герца. Для физиков они прежде всего означали полный триумф «уравнений Максвелла» и крах всех других электродинамических теорий. Все неисчислимое бумажное многопудье курсов электродинамики Неймана, Вебера, Гельмгольца и множества других авторов нашло себе вечную гавань в пыльных архивах науки, уступив место нескольким строкам максвглловых уравнений.

Открытия Герца привлекли к себе внимание самых широких слоев общества — ведь суть вновь открытых «волн Герца», «лучей Герца» была довольно легко доступна для понимания. Многие сразу же предложили создать новую систему связи — без столбов, проводов и кабелей. Один из таких энтузиастов написал Герцу. Ответ был пессимистическим:

«Электрические колебания в трансформаторах и телефонах слишком медленные (…). Если бы вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с материк, то вы могли бы поставить намечаемые опыты, но практически сделать ничего нельзя: с обычными зеркалами вы не обнаружите ни малейшего действия. По крайней мере я так думаю».

Более того, от пассивного неприятия идеи о полезности своих волн он скоро перешел к активному — например, он написал в дрезденскую палату коммерции письмо о том, что исследования радиоволн нужно запретить как бесполезные.

Годы напряжения, хотя и творческого, колоссальные перегрузки, особенно во время открытия электромагнитных волн, не прошли для Герца безнаказанно.

Сначала отказали глаза — явное следствие долгого всматривания в искровой промежуток в темной комнате в поисках неуловимых, почти нематериальных искр. Его жене пришлось взять на себя дополнительный труд — читать и писать для Генриха.

Затем заболели зубы. Затем уши и нос. Затем — общее заражение крови, от которого на пороге нового 1893 года умер знаменитый Герц, умер в возрасте всего лишь 37 лет. Предчувствуя мрачную развязку, он за несколько недель до смерти писал матери:

«Если со мной действительно что-то случится, вы не должны огорчаться, но должны мною гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным людям, которые жили хотя и не долго, но вместе с тем жили достаточно. Эту судьбу я не желал и не выбирал, но я доволен ею, и если бы мне предоставили выбор, я, может быть, сам избрал бы ее».

Так ушел из жизни этот великий человек, удостоенный при жизни великих почестей (едва ли существуют в науке такие награды, премии и медали, которые не были ему вручены).

А после смерти, когда он не мог узнать уже о блестящей судьбе своего изобретения, благодарные потомки воздвигли ему еще один памятник: именем Герца названа единица частоты колебаний — одно колебание в секунду.

Герц завершил труд, начатый Фарадеем. Если Максвелл перевел представления Фарадея в образы высокой математики, то Герц превратил эти образы в осязаемые, видимые, слышимые колебания — в реально существующие электромагнитные волны, описываемые все теми же уравнениями Максвелла.

Впрочем, здесь нужно сделать одно серьезное уточнение. Мы уже записали немного ранее уравнения Максвелла и даже сделали попытку их объяснить. Но это было сделано в известном смысле незаконно. Уравнения, которые мы видели, записаны не Максвеллом, а Герцем.

И Оливером Хевисайдом. Но не Максвеллом.

Дело з том, что «Трактат по электричеству и магнетизму» Максвелла — очень сложная книга. В ней более тысячи страниц, из которых лишь десяток (!) непосредственно относится к его системе уравнений. Однако сами уравнения разбросаны по всей книге и их довольно много — 12!

Изучение Герцем и Хевисайдом уравнений Максвелла показало, что некоторые из максвелловых уравнений могут быть выведены друг из друга, некоторые — вообще лишни и не отражают фундаментальных законов природы.

Кроме того, изложение и обозначения Максвелла оставляют большой простор для пожеланий их улучшения.

Как пишут исследователи, «сумбурность изложения… приходится признать типичной чертой его литературного творчества». И еще: «Трактат Максвелла загроможден следами его блестящих линий нападения, его укрепленных лагерей, его битв».

Во всех уравнениях Максвелла необходимо было разобраться, выделить из них лишь основные и привести их к единственному, «исходному» виду. Мы уже писали о том, что Гери, сидя в провинциальном Киле, получил как частный случай своей электродинамической теории уравнения Максвелла. Затем через несколько лет он продолжил работу.

Так вот, именно усилиями Герца уравнения Максвелла получили настоящий, «исходный» вид. Правда, они все равно не были похожи на уравнения, которые мы рассматривали. Герц как «истинный немец» (эту черту его мы тоже отмечали) обозначает все величины буквами старонемецкого готического алфавита. Он получает всего четыре уравнения, очень близкие по существу, по содержанию и форме к тем уравнениям, которыми мы пользуемся до сих пор.

Одновременно с Герцем ту же работу по «расчистке» «Трактата» Максвелла проводил английский ученый Оливер Хевисайд.

Трудно указать точно его научную профессию: некий шутник заметил, что «Хевисайд одно время бывал математиком, другое время — физиком, но во все времена — телеграфистом». Действительно, Хевисайд, казалось, все время думал об усовершенствовании телеграфа — именно его работы позволили неограниченно увеличивать дальность телеграфной и телефонной связи и принесли владельцам компаний миллиардные дивиденды. Сам же Хевисайд умер в нищете.

Именно «телеграфные интересы» привели Хевисайда к теории Максвелла. Переработав в своей гениальной голове (он был гений, это было ясно его современникам.

К сожалению, особых выводов отсюда сделано ими не было. Он был гений. Это доказывается хотя бы тем, что он наткнулся на знаменитую формулу Е = mс2 за 15 (!) лет до Эйнштейна) весь Максвеллов «Трактат», он тоже, как и Герц, пришел к более ограниченной системе четырех уравнений. Единственную добавку, которую он сделал к системе, составляли два простых, поясняющих уравнения, связующих две электрические и две магнитные величины порознь.

Таким образом, Герц и Хевисайд превратили неорганизованные формулы Максвелла в стройную систему, изучаемую, используемую и непоколебимую до сих пор.

Надо сказать, что и Герц и Хевисайд несколько преувеличивали свой вклад по отношению к уравнениям Максвелла, утверждая, что вся система уравнений (Герц) или отдельные уравнения (Хевисайд) принадлежат уже им, а не Максвеллу. Это, конечно, неправильно.

* * *

Редакторы часто «заворачивали» статьи Хевисайда, ссылаясь на то, что они «трудно читаются». — Трудно читаются? Но пишутся еще труднее, господа! — возражал Хевисайд.

* * *

«Я мог бы сказать, — говорил знаменитый немецкий физик Больцман, — что последователи Максвелла ничего не изменили в этих уравнениях, кроме букв. Но это было бы слишком. Однако удивляться надо не тому, что к этим уравнениям вообще что-то могло быть добавлено, но гораздо более тому, как мало к ним добавлено».

Мы ничего не сказали о личности Хевисайда, а это — один из своеобразнейших людей в истории науки.

Он был чудаком, типичным героем Диккенса. Никогда не участвовал в научных заседаниях; когда его избрали в общество инженеров-телеграфистов (большая честь), он не стал платить взносы; его выбрали членом Лондонского Королевского общества (даже у Фарадея, как вы помните, эта операция проходила негладко), он не поехал на заседание. Он не платил денег за газ, семидесятилетним стариком сидел без отопления и освещения. И не по скупости — ведь он не раз отказывался от больших денег. Он был отшельником. Он был убежденным холостяком.

Его метод работы был своеобразен. Считая, что математика — служанка техники, он предложил множество очень полезных формул, математически их не обосновав. За это его не любили и не печатали ценившие приглаженность издатели, и он в течение 20 лет не опубликовал ни одной строки. А идеи, предлагавшиеся им, были блестящи.

Хевисайд разработал без строгого математического доказательства общеупотребительные теперь операторный и символический методы. После открытий Герца он заинтересовался проблемой распространения электромагнитных волн и установил, что в верхних слоях атмосферы должен быть ионизированный слой, отражающий радиоволны (сейчас назван «слоем Хевисайда»). Именно этот слой позволяет нам слышать передачи на коротких волнах за тысячи километров, а не в пределах прямой видимости, как телевизионные передачи.

18 лет, в 1868 году, он поехал в Данию работать телеграфистом. Между Англией и Данией был проложен в то время подводный телеграфный кабель. Молодой Хевисайд с удивлением убедился, что из Англии в Данию можно было передавать сигналы со скоростью, в два раза большей, чем в обратном направлении. Это его заинтересовало, и он долго искал разгадку. Лишь через много лет уравнения Максвелла помогли ему сделать это.

Оказалось, что в Англии и Дании кабели имели разное сечение. Предложенная на основании решения «линия без искажения» обогатила не одного предпринимателя, а великий Хевисайд продолжал жить в бедности и одиночестве в захолустном английском городке.

Многие сравнивают Хевисайда с Эйнштейном. И действительно, между этими двумя людьми много общего: оба они были учеными-одиночками; оба любили музыку (Хевисайд играл на эоловой арфе), оба не оставили учеников, оба не стремились к особой строгости доказательств, оба знали великую E = mс2, оба были исключительно просты и отличались полным отсутствием тщеславия.

Наконец, оба в конце жизни стремились создать теорию, которая обобщила бы электромагнитные и гравитационные силы.

Мы знаем, что теория Максвелла — теория электромагнитного поля. И Эйнштейн и Хевисайд хотели обобщить уравнения на случай гравитационного поля — поля тяжести.

Как мы знаем, Эйнштейну это не удалось. По отношению к Хевисайду ничего определенного утверждать нельзя — после смерти в 1925 году рукописи Хевисайда были похищены…

Он умер 75 лет. 75 лет он заболел, и его отвезли на автомобиле в больницу. Это была его первая встреча с автомобилем и врачом… И последняя.

 

Доказательство последнее — и решающее

В самом центре Москвы, в Армянском переулке, на Маросейке, в доме Торопова жил в 60-х годах прошлого столетия Николай Всеволодович Лебедев — особо доверенное лицо торговой фирмы Боткина, Он был предприимчивым и деловым человеком, самостоятельно совершавшим хитроумные и выгодные сделки, за что ему полагался от Боткина солидный процент. Его капиталы росли, и с годами он стал нетерпеливо ждать появления наследника, который смог бы их преумножить.

8 марта 1866 года родился у Лебедевых сын, нареченный Петром. С самых ранних лет готовит его отец к будущей карьере — он окружает сына детьми крупных московских торговцев; памятуя о важности в их нервном деле отменного здоровья, с детства приобщает к спорту.

Неслучайным образом было выбрано и учебное заведение для сына — «Петер — Пауль шуле» — немецкая Петропавловская школа, где обучались дети богатой московской буржуазии. Немецкий язык, по мысли Н. В. Лебедева, должен серьезно помочь сыну в будущих торговых делах.

Петр учится, осваивает азы наук, приобретает друзей. Среди них Саша Эйхенвальд, впоследствии выдающийся физик. Это и дети хозяина — Боткины; один из них стал известным публицистом, другой — художником, а третий — знаменитым врачом. Лишь одного знакомого не слишком расчетливо ввел отец в круг общения молодого Петра — офицера-электротехника А. Н. Бекнева, под влиянием которого у младшего Лебедева возникла неукротимая тяга к технике. Юношеский дневник его заполняется десятками изобретений, ценность которых тут же комментируется им самим: «ерунда», «абсолютно непрактично», «изобретено ранее».

Сохранившиеся до сего времени дневники и письма П. Н. Лебедева дают поразительную возможность заглянуть не только в его творческую лабораторию, но и в его мятущуюся душу; они — удивительный человеческий документ, облеченный, помимо прочего, в прекрасную литературную форму. В силу этого мы будем стараться в нашем повествовании смолкать там, где о событиях сможет рассказать само их главное действующее лицо.

П. Н. Лебедев. Записи в альбоме «Познай самого себя» (1880–1882 годы).

«Твои любимые писатели.

— Гоголь, Пушкин, Некрасов, Лермонтов, Шиллер.

— Твои любимые композиторы.

— Бетховен, Моцарт, Гайдн, Ромберг.

— Твои любимые художники.

— Эрнст Хютер, Маковский.

— Любимый цвет.

— Красный и розовый.

— Твое призвание.

— Быть исследователем или открывателем».

Я. Я. Лебедев (январь 1882 года). «Могильным холодом обдает меня при одной мысли о карьере, к которой готовят меня, — неизвестное число лет сидеть в душной конторе на высоком табурете, над раскрытыми фолиантами, механически переписывать буквы и цифры с одной бумаги на другую. И так всю жизнь… Меня хотят силой отправить туда, куда я совсем не гожусь. Опасно.

Вправляя, можно связки разорвать».

Видимо, понимая опасность «разрыва связок», отец решил уступить сыну и отдать его в реальное училище, где интерес Петра к технике еще более окреп. Он стал выписывать популярные научно-технические книги и журналы, штудировать журнал «Электричество» и пропадал в физическом кабинете.

На углу Кузнецкого моста и Большой Лубянки помещался тогда магазин лабораторного оборудования Швабе, витрины которого вызывали у молодого Лебедева не меньший восторг, чем любительские и нелюбительские спектакли.

А. Н. Бекнев когда-то показал ему электрические искры, полученные от сооруженной тут же, в гостиной, из стеклянной подставки и офицерских перчаток электрической машины, и поразил его близостью, осязаемостью таинственных явлений, описываемых в учебниках. Магазин Швабе и лаборатории, куда шли приборы от Швабе, стали для Лебедева местами воскресения научных мощей, засушенных в учебниках, превращения их в жизнь, яркие краски самой природы.

Лебедева влечет именно к науке экспериментальной, осязаемой, «приборной». Его влечет к изобретениям, связанным с самой современной областью физики — электромагнетизмом. И страсть его разгорается все сильнее.

Апофеозом технических исканий юности была для Лебедева постройка им совершенно нового типа униполярной динамо-машины.

Я. Я. Лебедев (из неотправленного письма А. Н. Бекневу, 20 ноября 1896 года. Москва). «Я не знаю, знали ли Вы о моих униполярных динамо-машинах, которые я изобретал, будучи учеником реального училища, но не могу не упомянуть одного «дорогого» курьеза: я измыслил на основании существовавших тогда теорий такую — и сейчас скажу — остроумную машину, что директор завода Густава Листа предложил мне без промедления выстроить машину на 40 лошадиных сил; я сделал все чертежи, машину отлили, сделали (штука вышла в 40 пудов) — и ток не пошел. С этого капитального фиаско началась моя экспериментаторская деятельность, но этот злополучный опыт, который почти стер меня з порошок, не давал мне покоя, покуда я не нашел физической причины, его обусловливавшей, — это коренным образом перевернуло мои представления о магнетизме и дало им ту форму, которую я впоследствии за границей узнал у английских авторов».

Неудача вызвала в душе Лебедева страшное смятение и разочарование; изобретательская деятельность как бы повернулась к нему оборотной стороной, показала необходимость обратиться к науке — и все же, может быть, по инерции он поступает в Московское техническое училище, готовящее инженеров.

Эти, казалось бы, невинные занятия тем не менее серьезно тревожат отца, и он как человек практичный и умный решает дать молодому Петру ощутить сладость той роскоши, которую приносят деньги, — преимущество торговой профессии.

К услугам сына была предоставлена верховая лошадь.

Отец купил ему спортивную лодку, дал в его распоряжение большие средства. Петр стал желанным участником балов, праздников и любительских спектаклей. Он посещал их, но каждый раз с нетерпением ждал часа, когда сможет вновь вернуться к своим электрическим опытам и изобретениям.

П. Н. Лебедев. «Мое постоянство по отношению к моему изобретению очень удивляет папу. Очевидно, ему хотелось бы, чтобы я кидался от одного к другому, и тогда, может быть, я изменю свое желание сделаться инженером».

Видя бесплодность своих попыток, отец пускает в ход еще более страшное и коварное оружие, надеясь, что любовь, именно любовь, ее необузданная и неодолимая стихия, сможет отвлечь Петра от техники.

Как-то раз Петр был приглашен на бал к детям Боткина, где его познакомили с красивой француженкой мадемуазель Будьер. Удар оказался точным. Лебедев без памяти влюбился в нее. В мыслях о ней проводил дни и ночи. Но однажды, в трезвом прозрении, понял, что мадемуазель Будьер отвлекает его от изобретений.

Его охватил страх. Он решил изжить в себе неуместное чувство. Молодому Лебедеву пришлось разработать и записать в дневнике свою собственную теорию любви, в иерархии которой первое место занимает любовь к науке, за ней следует любовь к родине и к искусству.

Я. Я. Лебедев (9 марта 1883 года. На следующий день после семнадцатилетия). «Я не буду влюбляться, иначе все пойдет прахом и мне придется идти в контору.

Я буду служителем науки и жрецом электротехники, и буду я трудиться на пользу общественности, не забывая и себя. Да здравствует электричество! И да прославит оно нас во веки веков!»

Отнюдь не простой оказалась борьба юноши с самим собой. В тот же год летом, на балу, он знакомится с другой красавицей и вновь несколько дней и ночей пребывает в думах о ней. Разрешение острой душевной борьбы отражено в дневнике Лебедева знаменательной фразой:

«21 июня 1883 года. Рассудок и воля победили. Ура!»

Нелегко далась Лебедеву очередная победа. В этом ли причина или в чрезмерных занятиях спортом, чтобы отвлечься и укрепить свое здоровье для науки, но он впервые почувствовал перебои сердца. Это было грозным признаком наследственной сердечной болезни, которой страдал его отец.

Изобретательство неутомимо продолжается. Он создал новый тип телефонного магнита, придумал усовершенствование для чиколевских ламп, новый велосипед, питающийся от аккумуляторов, новый тип гальванометра, охладитель газовых машин, указатель телеграмм, снегоочистители, электрические часы, электрическую мухоловку, электроловушку для мышей, сигнализацию против воров. И ученики и преподаватели училища диву давались такой неуемной активности при весьма умеренных, кстати сказать, успехах в учебе.

В Московском техническом училище мысли молодого изобретателя Лебедева приобрели совсем другое направление. Лекции Н. Е. Жуковского, лабораторные эксперименты по физике у профессора В. С. Щегляева пробудили в нем неукротимый интерес к физике.

Занятия в физической лаборатории Московского технического училища уже во многом предопределили разгадку той страшной неудачи, которая постигла Лебедева с униполярной машиной. Он и не предполагал, что тайна этой неудачи окажется впоследствии связанной с самыми основами теории относительности и причины ее — гораздо сложнее тех, которые он мог тогда себе вообразить.

Поиск их неизбежно вел к анализу новейших теорий электричества, к эфирным теориям. Он решил заняться проблемами природы электрического тока.

Вращение намагниченного цилиндра (ротор униполярной машины), которое, по мысли Лебедева, должно было дать ток, вызывало к жизни труднейшую теоретическую задачу, связанную с увлечением силовых линий движущимися телами. Простейший прибор, созданный Фарадеем еще в 1820 году, — диск Фарадея таил в себе множество загадок мироздания.

Опыт, кажущийся столь простым, для своего объяснения нуждался «всего лишь» в разгадке природы электричества. Лебедев бесстрашно кинулся в пучину современных электрических теорий. Недостаток экспериментальных фактов, слабое знание того, что делается в современных физических лабораториях, иной раз компенсировались силой воображения, и он приходит к поразительным, странным выводам.

Одна загадка — вращающегося магнитного цилиндра — влекла за собой другую. Что если цилиндр изначально не будет намагничен? Не намагнитится ли он сам под влиянием собственного вращения? Не в этом ли причина магнетизма Земли и планет?

Вот на какие глубокие мысли навела его первая жизненная неудача, они вполне искупали то печальное обстоятельство, что Лебедев вынужден был возместить фирме Густава Листа все причиненные убытки, для чего некоторое время проработал на заводе техником без жалованья.

Поворот от техники к физике был уже неизбежен.

Лебедев ищет, где осуществить свои намерения в новой области. Он идет в Политехнический музей и там впервые встречается с профессором А. Г. Столетовым. Встреча была неудачной. По-видимому, прекрасно одетый, спортивный Лебедев не произвел на Столетова того впечатления, на которое рассчитывал. Мучеником науки он ему явно не показался.

Неудачная попытка связаться с передовой в России физической лабораторией и ее замечательным лидером вынуждала Лебедева искать источник своего физического образования за границей. Он решает поехать в Страсбург, отъезд намечен на август 1887 года. Однако на время он был отложен. От сердечной болезни и переживаний из-за сына умирает отец Лебедева. Два месяца занимают хлопоты в связи с получением наследства, измеряющегося уже в сотнях тысяч рублей, и дома на углу Маросейки и Петроверигского переулка. Отцу Лебедева не удалось только передать сыну свою мечту — стать во главе крупнейшей чаеторговой фирмы России.

Поездка Лебедева все-таки состоялась.

Здесь, в Страсбурге, профессору Августу Кундту удалось построить на государственные средства образцовый физический институт. Физическая аудитория была с концентрически поднимающимися к небу ярусами и всевозможными приспособлениями для лекционных демонстраций. Демонстрационные кабинеты и лаборатории для начинающих снабжались электричеством, газом, водой и всеми теми мелкими, казалось, удобствами, которые делают жизнь и работу в физической лаборатории необычайно приятной. В институте построили и «Магнитную башню» высотой в 30 метров, где проводили магнитные и оптические исследования. Соорудили подземные бункеры для особо точных экспериментов; там всегда стояла постоянная температура. Создали химические лаборатории, механические мастерские, весовую и ртутную комнаты, фотолаборатории, кладовые.

Поистине физический рай.

Недаром сюда приезжали лучшие физики Европы и России.

Совсем не следует предполагать, что институт Кундта был учреждением благотворительным. За все надо было платить. Вот почему только после внесения некоторой суммы в кассу Лебедев смог предстать перед Августом Кундтом для аудиенции, продолжительность которой была ограничена лишь величиной уплаченной суммы.

П. Н. Лебедев. «С трепетом душевным я отправился в физический институт к Кундту. Сторож очень вежливо пригласил меня присесть в «кабинете профессора» — чисто фаустовской лаборатории. Кундт работал в другой лаборатории, и поэтому я должен был подождать минут пять, покуда, наконец, появился и сам. Он некрасив: каштановые всклокоченные волосы, высокий, «умный» лоб, глубоко сидящие голубые глаза, орлиный нос, энергичный рот и светло-рыжая борода, лицо все изрыто оспой — все это должно было действовать неприятно, но у него, наоборот, проницательный, страшно умный взгляд и вместе с тем выражение полнейшего равнодушия производит сильное противоположное действие; он невысок ростом и довольно широкоплеч. Принял он меня замечательно любезно; я любезности в такой степени никогда не ожидал…»

Август Кундт посоветовал новому ученику послушать лекции по математической физике и спецкурсы по оптике и магнетизму.

В преподавании был избран «критический» метод. Все обсуждаемые произведения «испытывались на прочность» с точки зрения новейших теорий и их соответствия экспериментальным фактам. Эта система требовала не только изучения учебника, но и вскрытия глубокого научного пласта. Проще сказать, нужна была большая любовь к физике и полная погруженность в нее.

Необходимых для изучения тем оказывалось так много, что Лебедев стал всерьез подумывать об уплотнении своего рабочего дня. Вместе со своим новым знакомым князем Б. Б. Голицыным, также прибывшим для учебы, он снял комнату, вместе они ходили на лекции, занимались спортом, а во время обеда пересказывали друг другу прочтенные ими научные труды.

П. Н. Лебедев. «Для меня каждая страница прочитанного заключает больше удовольствия, чем труда, потраченного на усвоение: таким образом, я с утра до вечера занят тем, чем хотел заниматься с 12 лет, и у меня только одно горе — день мал».

Лишь в Страсбурге Лебедев понял причины своих неудач со многими изобретениями, в том числе униполярной машиной. Он глубоко познавал законы Ампера, Фарадея, уравнения Максвелла. Все более и более его завораживал и Кундт, и пестуемая им физика.

Я. Н. Лебедев. «С каждым днем я влюбляюсь в физику все более и более, так что кончится тем, что облачусь во власяницу и буду ходить по городам и весям с книжкой под мышкой и проповедовать законы Ампера и Фарадея… Скоро, мне кажется, я утрачу человеческий образ, я уже теперь перестал понимать, как можно существовать без физики…»

Физика занимает все время Лебедева. Ей посвящено все его существование, все его чувства.

Я. Н. Лебедев — сестре Саше. «Я позволю дать совет не только тебе, но и всем родственникам, даже всему человечеству, занимайтесь физикой, лучшего совета дать ей-ей не могу».

Лебедев активно посещал коллоквиумы Кундта, на которых тоже царит острый, критический настрой.

В яростных спорах молодые физики познают ошибки других и главное — учатся видеть свои. Лебедев по-прежнему одержим множеством идей, и Кундт, искренне полюбивший его, посвятил ему свое стихотворение, начинающееся словами: «Идей имеет Лебедев на дню по двадцать штук…»

Дальше говорилось о том, что, к счастью для его шефа, половина этих идей не доживает до того момента, когда их можно проверить экспериментально.

С известным физиком Фридрихом Кольраушем Лебедев уславливается о теме своей будущей работы — «Исследования диэлектрической постоянной газов». Два года тонких экспериментов понадобилось Лебедеву, чтобы доказать правильность точки зрения Фарадея: молекулы являются телами, электрически проводящими.

Лебедеву удалось показать, что молекулы могут рассматриваться как резонаторы определенных размеров, что согласовывалось с его теорией резонансной природы межмолекулярных сил. Но в случае, если молекула является электрическим резонатором, на нее должно механически воздействовать электромагнитное поле световой волны. Развивая эту идею, Лебедев пишет работу «Об отталкивающей силе лучеиспускательных тел», где именно световое давление признает виновным в своеобразной форме хвостов комет.

Наступила пора сдачи докторских экзаменов.

Я. Н. Лебедев — А. П. Лебедевой 23 июля 1891 года. Страсбург).

«О самом экзамене я цельного и любопытного сказать ничего не могу: я всегда ненавидел экзамены, потому что во время возбуждения у меня прекращается работа мозга, и я буквально чувствую себя как во время кошхмара. Когда я вышел из экзамена и мои приятели меня поздравляли, что я так хорошо сдал экзамен, — у меня было только чувство огорчения, что я не мог высказать экзаменаторам сотой доли того, что я знал, и я бы с удовольствием возвратился в экзаменационный зал и вместо двух часов ещ€ просидел бы пять и выложил им то, что я знал. Во время экзамена был момент, когда я решил, что я постыднейшим образом провалился; чтобы я мог получить Magna cum laude [15] — это мне и в голову прийти не могло.

Экзамен продолжался с 6 час. до 8 вечера, и меня обрабатывали трое экзаменаторов. Как только я вышел, меня поздравили мои приятели (Jost, Heer Wagen, Marburg), и я в цилиндре и во фраке прямо отправился к Шульцу; мгеня приняли еще с большей сердечностью, чем обыкновенно; пили шампанское — и я невольно с грустью прощался с этим домом, где протекли самые светлые, самые счастливые дни моей жизни…»

Через неделю — сообщение на последнем летнем коллоквиуме. Лебедев говорит о сущности молекулярных сил. В этом — истоки последующих его работ о пондеромоторных (электродвижущих за счет механического движения) силах, действующих на резонаторы, о давлении света.

Я. Н. Лебедев — А. П. Лебедевой 30 июля 1891 года. Страсбург).

«Милая мамочка! Посылаю тебе мои новые визитные карточки.

Сегодняшний день — день очень важный в моей жизни: сегодня я в последний раз говорил в Colloquim'e о вопросе, который вот уже три года занимает меня беспрерывно: «О сущности молекулярных сил». Говорил я с эстетизмом (и говорил хорошо — я это знаю) — я держал как бы покаянную исповедь; «тут было все: амуры, страхи и цветы!» — и кометные хвосты, и гармония в природе.

Два часа битых я говорил и при этом показывал опыты, которые произвели фурор и удались мне так, как редко удаются…»

На прощальном коллоквиуме Лебедев изложил, как он пишет, те мысли, которые давно уже им владели. Еще 12 августа 1890 года он записал в дневнике такую фразу:

«Если на зеркало падают лучи и мы будем двигать зеркало против направления луча, то по принципу Допплера отраженные лучи будут выдвинуты к фиолетовому концу. Это соответствует высокой температуре. Таким образом, мы можем теплоту с более холодного тела переносить на более горячее, следовательно, по принципу Клаузиуса, мы должны производить работу давления на передвижение. Значит, давление существует, и его величина пропорциональна скорости света в среде и количеству падающей энергии».

…Пора возвращаться на родину. Полный радужных надежд, Лебедев готовится к отъезду в Москву. Однако его одолевают и сомнения: «Самое счастливое время — было пребывание в Страсбурге, в такой идеальной физической обстановке. Какова будет моя дальнейшая судьба? Я только вижу туманное пятно с большим знаком вопроса. Одно знаю — я буду работать и, пока глаза видят и голова свежа, постараюсь приносить посильную помощь».

…С надеждой и смущением смотрел П. Н. Лебедев на новое свое пристанище в Москве — небольшой двухэтажный домик во дворе старого здания университета.

Запущенный и облупленный ректорский дом, грязный, со стершимися каменными ступенями и выщербленными перилами, с пятнами отвалившейся штукатурки на фасаде.

Но здесь — Физический институт Столетова. Здесь — физический практикум для студентов Московского университета.

Соколов, сопровождавший его, пытался найти для Лебедева место, но не нашел. Наконец, завешивают черной простыней тупик в коридоре, затаскивают туда столы, проводят электричество, и кабинет готов. Кто-то сказал, что наука любит ютиться на чердаках. Имелся в виду, видимо, и лебедевский «чердак», где были выполнены прекрасные работы о пондеромоторном действии волн резонатора, о двойном лучепреломлении электромагнитных волн и, наконец, о давлении света на твердые тела.

К счастью, Столетов не узнал в Лебедеве, приехавшем из Германии, самоуверенного юнца, который просился несколько лет назад в его лабораторию при Политехническом музее. Между ними установились особые отношения двух уважающих друг друга ученых. В одном из писем А. Г. Столетова В. А. Михельсону П. Н. Лебедев назван «весьма деятельным юношей». Несмотря на кажущуюся сдержанность этой оценки, в устах Столетова это был восторженный комплимент.

А. Г. Столетов — В. А. Михельсону (16 октября 1892 года. Москва).

«Лебедев все лето работал в Москве и хвалится, что достиг хороших вещей по части гертцовщины, но пока еще не делал сообщений».

Да, Лебедев упорно занимается именно «гертцовщиной», то есть повторением и усовершенствованием опытов Г. Р. Герца, как будто бы подтверждающих реальное существование электромагнитных волн. Самым мощным агрументом было бы, конечно, доказательство давления света, но на пути к нему лежали еще другие эксперименты. В 1895 году в статье «О двойном преломлении лучей электрической силы» Лебедев описывает проведенные им опыты, в процессе которых удалось создать волны длиной всего 6 миллиметров, то есть в 100 раз более короткие, чем у Герца. С этими волнами Лебедеву удалось продемонстрировать на электромагнитных волнах значительно более тонкие оптические эффекты, чем Герцу. В частности, он осуществил двойное преломление лучей при прохождении их через кристаллы ромбической серы. Эксперименты свидетельствовали о том, что Лебедев поставил своеобразный рекорд сближения электромагнитных и оптических волн по частоте их колебаний и длине.

Работа Лебедева вызвала бурю восторгов. Аугусто Риги, постоянный оппонент Столетова, демонстрировал прибор Лебедева на Международном съезде физиков в Болонье. Получение Лебедевым сверхкоротких электромагнитных волн стало, как классические опыты, помещаться во всех учебниках физики.

Еще в 1891 году Лебедеву удалось с помощью световых лучей разогнать космическую пыль между звездами и отклонить кометные хвосты прочь от Солнца, по крайней мере теоретически. Тогда он писал матери: «Я, кажется, сделал очень важное открытие в теории движения светил, специально комет. Работа теоретическая, я набрасываю конспект, чтобы на днях подать профессору математики… Теперь, когда закон доказан и остается только облечь его в красную форму, я ничуть не волнуюсь, частью, может быть, от того, этого я не скрою, что озадачен, даже ошеломлен его общностью, которую я сначала не почувствовал».

За этой работой, считал Лебедев, неизбежно должна была идти другая, связанная с экспериментальным анализом давления света на твердые тела. Доказательство реального существования этого эффекта могло прояснить природу света и окончательно доказать правильность максвелловой теории.

Что такое свет? Если луч света — это поток частиц, тогда давление пучка понятно и естественно. Если же луч света — это всего лишь направление распространения колебаний, то давления быть не должно, поскольку в этом случае оно пульсирует вокруг нулевой точки и в целом, интегрально, должно равняться нулю. Лишь одна из теорий — теория Максвелла — объясняла существование светового давления, но в нее мало кто тогда верил. Единственным доказательством ее были пока опыты Герца и убедительное их развитие Лебедевым. Только прямое обнаружение следующего из максвелловой теории светового давления могло бы стать последним, решающим доказательством. Интерес к этому решающему доказательству вновь возбудила неожиданная находка В. Крукса.

В 1873 году английский химик Крукс решил определить атомный вес вновь открытого им элемента таллия и взвесить его очень точно. Чтобы случайные воздушные потоки не исказили картины, Крукс решил подвесить коромысла в вакууме. Подвесил и поразился. Его тончайшие весы были чувствительны к теплу. Если источник тепла находился под предметом, он уменьшал его вес, если над — увеличивал.

Усовершенствуя этот свой нечаянный опыт, Крукс придумал забавную игрушку, которую называли то радиометром, то световой мельничкой. И уже в названии сквозило, казалось, объяснение принципа работы этого нехитрого устройства, состоящего из невесомых лопастей, или крылышек, сделанных из фольги и подвешенных на тонкой нити в вакууме, или, точнее сказать, в очень разреженном газе. Одна сторона лопастей была отполирована, другая — зачернена. Если теперь к устройству поднести какой-нибудь теплый предмет или осветить его солнечным светом, мельничка, составленная из лопастей, начинала крутиться вокруг оси. Отсюда и название — радиометр, так сказать, измеритель излучения или, еще конкретней — «световая мельничка», мельничка, движущаяся под действием света.

Прямое подтверждение теории светового давления Максвелла? Триумф?

Радиометр вызвал в научных кругах сенсацию, и прежде всего потому, что, казалось, непосредственно и убедительно доказывал существование предсказанного Максвеллом давления света. И когда в 1873 году радиометр впервые был продемонстрирован на заседании Королевского общества, вряд ли кто-нибудь был иного мнения. Движущей силой радиометра, несомненно, являлось механическое давление света.

Но были и скептики, которые забавлялись доверчивостью членов Королевского общества, еще раз поверивших «этому Круксу», только что оскандалившемуся со своими спиритуалистическими занятиями. Аналогия между демонстрировавшимся во время спиритических сеансов Крукса падением веса предметов при переходе их в «четвертое измерение» и падением веса предметов в вакууме под воздействием излучения была настолько прозрачна, что Круксу и другим членам Королевского общества, по крайней мере в то время, следовало ее иметь в виду.

Максвелл, присутствовавший на демонстрации радиометра в Королевском обществе, был очень взволнован.

Он описывает это событие в письме Вильяму Томсону следующим образом: «…трехдюймовая свеча действует на внутренний диск так же быстро, как магнит действует на стрелку компаса. Нет времени для воздушных потоков, а сила гораздо больше веса всего воздуха, оставшегося в сосуде. Очень живое, сильное притяжение куском льда. Все это — в лучшем доступном вакууме…»

Как все это прекрасно согласуется со строками только что вышедшего его «Трактата»! Там было прямо сказано, что сконцентрированный свет электрической лампы, «падающий на тонкий металлический диск, деликатно подвешенный в вакууме, возможно, сможет произвести ощутимый механический эффект, доступный для наблюдения». Он высчитал даже, что давление солнечных лучей на перпендикулярно расположенную пластину будет в 10 раз слабее горизонтальной составляющей магнитной силы в Англии. Разумеется, Максвелл был весьма подготовлен к положительному восприятию «радиационного» объяснения работы радиометра.

И поэтому, когда редакция «Философских трудов» прислала ему на рецензирование статью Крукса с таким объяснением действия радиометра, он написал на нее 24 февраля 1874 года положительную рецензию. Он, нечно, вполне согласен с тем, что «отталкивание от лоизлучающего тела… обязано своим происхождением излучению».

Но что-то все-таки мучит Максвелла, омрачает его радость, не дает полностью почувствовать вкус победы.

И это — то, что эффект слишком уж велик, слишком уж показателен, он не похож на то слабенькое давление, которого ожидал Максвелл. Поэтому он пишет в рецензии на статью Крукса, что хотя он и предсказал в своем «Трактате» «возможное отталкивающее действие излучения», «эффект, обнаруженный м-ром Круксом, как будто бы обнаруживает силы значительно большей величины». Максвелл рекомендовал статью к опубликованию.

В то лето над Европой видна была большая комета, и ее явное присутствие на небе, характерный вид с отогнутым от Солнца хвостом вызвал в европейских научных салонах новый прилив разговоров о возможной причине отклонения хвоста кометы от Солнца: не объясняется ли это отклонение предсказанным Максвеллом давлением солнечных лучей?

Большие споры происходили и в Кембридже на Скруп-Террас, 11, где жил Максвелл. И гости, и хозяин часто и подчас горячо поминали хвост кометы. Тут-то один из гостей заметил, что любимый терьер Максвелла Тоби вертится на одном месте, пытаясь ухватить себя за одноименный орган. Под всеобщий смех выяснилось, что Максвелл, не подозревая еще о грядущем появлении небесного тела, натаскал терьера по команде «хвост» гоняться за собственным хвостом. Во время бурных споров об отклонении кометного хвоста бедняге Тоби приходилось вертеться, как белка в колесе. Да, бурные были споры, и Максвеллу пришлось в них выступать против гипотезы об отклонении кометного хвоста за счет солнечного света, уже почти общепризнанной. Ему постепенно становилось ясно, что радиометр Крукса никак не подтверждал этой гипотезы. Эффект был слишком велик.

Вместе с Максвеллом, но совсем по другой причине, еще один человек противодействовал теории отклонения кометных хвостов за счет солнечных лучей. Это был О. Рейнольде — резкий тридцатидвухлетний манчестерский профессор со странными манерами и пренеприятной привычкой видеть за всеми действиями других исключительно корыстные мотивы. Он был силен в прикладных, инженерных науках, но его познания в высокой физике были столь же невинны, сколь изощренны были познания Максвелла. Иногда знать меньше полезно, так как именно Рейнольде предложил ключ к решению проблемы радиометра.

Причина, по которой Максвелл противодействовал собственной теории, происходила от безбрежной широты и отдаленности горизонтов, где витала его мысль, от того, что не было для него в науке и природе «святых земель», которые не подлежали исследованию. Не было для него «плохих» фактов. Факты хороши уже потому, что они таковыми являлись.

Рейнольде, стоящий на более практической, приземленной точке зрения, работавший над проблемой осаждения пара из паровоздушных смесей на холодных поверхностях паровых машин, не верил в существование еще неизвестных сил и фактов. Он предположил, что действие радиометра вызывается все тем же: испарением с лопаток вертушки под действием тепла сконденсировавшейся на них смеси газов.

Как раз в это время вернулся из Сиама, где он наблюдал солнечное затмение, молодой сотрудник Рейнольдса А. Шустер. Он свежим взглядом окинул проблему радиометра. Предложил поставить простой, но решающий эксперимент. Вызывается ли вращение вертушки радиометра внешними или внутренними причинами?

Установить это просто. Нужно проверить: не вращается ли одновременно с вращением вертушки и сам сосуд? Если да, и причем в другую сторону, то причина вращения — внутри, если нет — снаружи. Прозрачное стекло сосуда не должно было испытывать никакого механического действия излучения. Если причина в излучении, сосуд должен оставаться в покое. Поскольку Рейнольде не захотел ставить такой эксперимент. Шустер провел его сам, подвесив сосуд на тонкой нити.

Как только к баллону подносили теплый предмет, вертушка начинала вращаться. Но и сосуд тоже начинал вращаться — только в другую сторону. Это можно было легко наблюдать по движению зайчика от зеркальца, прикрепленного к сосуду.

Эксперимент Шустера был, конечно, сокрушительным: причина, как и предполагал О. Рейнольде, находилась «внутри», а не «вне».

К тому времени выяснилось и еще одно обстоятельство, тоже немалой значимости. Никто раньше не заметил этого. Все вертушки вертелись совсем не так, как они должны были бы вертеться под действием излучения — известного или таинственного! Любое излучение должно было бы больше давить на отполированную, светлую сторону крылышек вертушки, чем на зачерненную. А все вертушки крутились в обратном направлении!

Стало ясно, что тепло и свет вносили в сосуд радиометра не столько механический момент, сколько тепловую энергию. Ключ к разгадке, очевидно, заключался во взаимодействии разреженного газа с поверхностью крылышек, проистекающем из разности температур зачерненной и светлой сторон лопаточек.

Если почитать научные журналы 1873–1879 годов, может создаться впечатление, что в лаборатории Крукса, где исследовались радиометры, шла подготовка к экспедиции по меньшей мере на иные планеты — настолько подробно преподносились малейшие новости из лаборатории. Как потом оказалось, не напрасно — уже в год смерти Максвелла (1879) Крукс применил свой радиометр к исследованию катодных лучей, показав, что под их действием крылышки радиометра вращаются. В лаборатории Крукса действительно готовилось оборудование для покорения иных, неизвестных тогда миров — оборудование грядущей атомной физики.

Но прямого доказательства светового давления Крукс получить не смог, как не сделал этого когда-то и О. Ж. Френель. Он не добился какого-либо определенного результата. В этом виновато взаимодействие в радиометре целого клубка сил, возникающих за счет разности температур, тепловых потоков газа и радиометрического эффекта, появляющегося из-за отскакивания остаточных молекул газа от нагретой зеркальной поверхности.

Все эти помехи резко снижались при повышении вакуума. Крукс достиг одной сотой миллиметра ртутного столба. Лебедев понимал, что главное в эксперименте — добиться гораздо более высокого вакуума, возможно, с помощью ртутного вакуум-насоса.

Я. Я. Лебедев — М. К. Голицыной.

«…Чем ближе я к решительному моменту, тем более я начинаю походить на Гамлета: хожу грустным по лаборатории и все чаще и чаще посматриваю на ртутный носос с затаенным сомнением: «быть или не быть?» Но у меня есть то преимущество перед Гамлетом, что я знаю выход из этого, видимому, безвыходного положения: надо закрыть глаза, размахнуть руками — и, вытянув указательные пальцы, поступить по известному правилу. Или, может быть, лучше разложить пасьянс?»

К весне 1899 года Лебедеву удалось обеспечить в 100 раз более высокий вакуум, чем Круксу, и с помощью изящных приемов устранить действие сил, в тысячи раз превышающих искомые.

Я. Я. Лебедев.

«Желая обнаружить на опыте… силы светового давления, я воспользовался расположением Риги в таком виде: между двумя кружками, вырезанными из тонкого листового никеля, была зажата согнутая в виде цилиндра слюдяная пластинка. Цилиндр служил телом радиометра; внутри его находилось неподвижно скрепленное с ним крылышко. Этот радиометр был подвешен на стеклянной нити внутри эвакуированного стеклянного баллона. Когда я направил на крылышко свет лампы, я постоянно наблюдал отклонения, которые были одного порядка, с теми, которые вычисляются по Максвеллу…»

В том же 1899 году Лебедев написал диссертацию на степень магистра «Экспериментальные исследования пондеромоторного действия волн на резонаторы», где содержалось как математическое, так и экспериментальное доказательство электромагнитной природы взаимодействия молекул и атомов. Уже сдав диссертацию на просмотр оппонентам, Лебедев осуществил эксперимент, в котором доказал существование «максвелло-бартолиевых» сил светового давления, и впоследствии включил описание его в свою диссертацию вместе с сообщением, в котором рассматривалась роль лучеиспускания во взаимодействии молекул.

Поехав на летний отдых за границу, Лебедев доложил о своих экспериментах в Швейцарском научном обществе в Лозанне.

Из протокола правления научного общества в Лозанне. «Г-н Лебедев, профессор Московского университета, сообщил Обществу о результатах своих первых исследований, относящихся к давлению света. Существование давления, оказываемого пучком световых лучей на поглощающую и отражающую поверхности, является следствием электромагнитной теории света; на него было указано Максвеллом. Значение этого давления, согласно теории, должно быть весьма малым: около 0,3 мг на метр квадратный черной поверхности. Г-ну Лебедеву удалось осуществить прибор, при помощи которого можно его измерить, и результат первых опытов согласуется с предсказанием теории».

Между тем магистерская диссертация Лебедева обсуждалась на факультете. Н. А. Умов, сам большой почитатель Д. К. Максвелла, первым увидел громадное значение диссертации П. Н. Лебедева. Вместе с профессорами А. П. Соколовым и К. А. Тимирязевым он рекомендовал ректору университета присвоить П. Н. Лебедеву ученую степень не магистра, а сразу доктора наук, минуя магистерскую степень. Так и было сделано.

28 февраля 1900 года Лебедев стал экстраординарным профессором Московского университета. Он не оставляет своих экспериментов, но меняет характер измерений. Вместо метода Шустера и Риги, использовавшегося им ранее, он применяет метод Максвелла, который является более тонким, но и значительно более сложным по исполнению. Уже летом Лебедеву удалось преодолеть все экспериментальные трудности и доказать не только сам факт наличия давления света, но и то, что оно вполне согласуется численно с предсказанными Максвеллом значениями.

Окрыленный, едет Лебедев на Международный конгресс физиков в Париже. Многие видные ученые мира, собравшиеся в августе 1900 года во французской столице, с восторгом приветствовали сообщение Лебедева.

Великий У. Томсон, лорд Кельвин, без которого нельзя было представить физику XIX века, как пьесу о принце датском без Гамлета, подошел к К. А. Тимирязеву, также участвовавшему в работе конгресса, и сказал ему:

«Вы, может быть, знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления! И вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами!»

Один из крупнейших физиков того времени Ф. Пашен также очень тепло отозвался об опытах Лебедева. Ф. Пашен — П. Н. Лебедеву (?? декабря 1900 года. Ганновер).

«Я считаю Ваш результат одним из важнейших достижений физики за последние годы и не знаю, чем восхищаться больше — Вашим экспериментальным искусством и мастерством или выводами Максвелла и Бартоли. Я оцениваю трудности Ваших опытов, тем более что я сам несколько времени назад задался целью доказать световое давление и проделал подобные же опыты, которые, однако, не дали положительного результата, потому что я не сумел исключить радиометрических действий. Ваш искусный прием, заключающийся в том, чтобы бросить свет на металлические диски, является ключом к разрешению вопроса».

Руководство Московского университета, однако, вовсе не считалось с заслугами Лебедева. Так, еще при выдвижении Лебедева на должность экстраординарного профессора в университете разгорелась горячая дискуссия: имеет ли право Лебедев, не обучавшийся в классической гимназии и не знающий латинского языка, занимать столь высокий пост? В результате голосования избирательных шаров оказалось в урне лишь незначительно больше, чем неизбирательных.

Только после громадного резонанса, который позже получила работа Лебедева за границей, она была премирована, но не в университете, а в Академии наук и стала поводом для его избрания членом-корреспондентом академии.

Волнения, связанные с получением докторской степени и с производством экспериментов по выявлению светового давления на твердые тела, сказались в конце концов сильнейшим сердечным приступом, который Лебедев воспринял как первый звонок. Трагические нотки появляются в его личной переписке.

П. Н. Лебедев — М. К. Голицыной (?? апреля 1902 года. Гейдельберг).

«Как Вы знаете, княгиня, в моей личной жизни было так мало радостей, что расстаться с этой жизнью мне не жалко (я говорю это потому, что знаю, что значит умирать: я прошлой весной совершенно «случайно» пережил тяжелый сердечный припадок) — мне жалко только, что со мной погибает полезная людям очень хорошая машина для изучения природы: свои планы я должен унести с собой, так как я никому не могу завещать ни моей большой опытности, ни моего экспериментаторского таланта. Я знаю, что через двадцать лет эти планы будут осуществлены другими, но что стоит науке двадцать лет опоздания? И это сознание, что решение некоторых важных вопросов близко, что я знаю секрет, как их надо решить, но бессилен передать их другим — это сознание более мучительно, чем Вы думаете…»

С осени 1901 года Лебедев находится на лечении. Отчаянная борьба с врачами, которым он доказывал необходимость и «полезность для него» «тихо сидеть в лаборатории» и доделать, наконец, «световое давление», оканчивается его полным поражением. Лебедев с тоской покидает и сбою лабораторию, и своих «физико-подростков». Он оставляет им трогательнейшие, подробнейшие, на многих страницах, инструкции в виде, как он сам шутит, «замогильного гласа». Конечно, он понимает, что давать подобные инструкции еще более нелепо, чем описывать план предстоящего сражения. Он шутит, что только в Венском штабе могли руководить операциями Суворова в Альпах. И тем не менее в приложении к письму Н. П. Кастерину содержатся подробнейшие инструкции его ученикам В. Я. Альтбсргу, В. Д. Зернову, И. Н. Златовратскому и В. И. Романову.

Находясь на лечении в Наугейме, Лебедев испытывает мучительное желание возвратиться в лабораторию и работать там, исследуя световое давление на газы. Он разрабатывает детали экспериментальной установки.

В письмах в Москву Лебедев хочет всячески продемонстрировать, что он «не такая развалина, которая рассыпется», если с ним «начать говорить о физике».

Лебедев все время возвращается к мысли о доказательстве существования светового давления на молекулы газа. На эту тему он сделал сообщение па съезде Немецкого астрономического общества в Геттннгене в августе 1902 года. Доклад его вызвал яростные возражения К. Шварцшильда, который ссылался на проведенные им «точные расчеты». Лебедев, возражая ему, указывал на кое-какие неточности, все-таки вкравшиеся в расчет. И вновь и вновь убеждается он в необходимости прямого экспериментального доказательства существования светового давления на газы.

В Москве его отвлекает болезнь, его отвлекают дела со строительством нового Физического института, или, как он его называет, «Левиафана». Идея создания этого института принадлежала Столетову и вызвана была его горячей белой завистью к физическому институту, построенному и функционирующему уже в Англии — Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

Лебедев, выполняя завет Столетова, вложил массу труда и ума в организацию Физического института. Он обследовал множество физических лабораторий за границей, выписывал оттуда самое необходимое, самое современное оборудование, размещал заказы на оборудование в России. Завел даже специальную папку, которую назвал «Потребности Физического института», в которую складывал все бумаги, относящиеся к таковым. Лебедев задумал сделать институт одним из лучших физических институтов в мире.

В конце концов многочисленные просьбы, доводы и хлопоты принесли успех. На строительство института были отпущены большие деньги. Оно обошлось почти в полмиллиона рублей; 75 тысяч рублей было ассигновано на оборудование.

Лебедев был несказанно рад и появившейся у него во дворе университета лаборатории в новом институте, и всеми правдами и неправдами дополнительно «выбитому» подвалу, где можно было разместить несколько экспериментальных установок. Вскоре, однако, выяснилось, что из отпущенных для покупки оборудования денег Лебедеву было выделено всего 533 рубля. Протесты Лебедева вызвали следующий открыто не высказывающийся ответ: «Зачем вы набираете учеников и тратите на руководство их работами столько врехмени! Университет — не Академия наук!.. Вы защитили диссертацию; мы вас приняли в свою среду. То, что вы сейчас делаете, совершенно излишне: нам этого не нужно. Зачем вы тратите попусту свои силы?» Основная масса университетского окружения не понимала, что новая физика требовала нового подхода, дорогостоящих приборов, исследователей-профессионалов, работающих в научных коллективах.

П. Н. Лебедев глубоко переживает происходящее.

«Роль насадителя наук в дорогом отечестве, — говорил он, — представляется мне какой-то безвкусной канителью, я чувствую, что я как ученый погибаю безвозвратно: окружающая действительность— какой-то беспрерывный одуряющий кошмар, беспросветное отчаяние.

Если в Академии зайдет речь о преуспевании наук в России, то скажите от имени несчастного профессора Московского университета, что ничего нет: нет ни процветания, нет ни наук — ничего нет…»

Свое моральное состояние П. Н. Лебедев описывал следующим образом:

«Если бы нашелся достаточно талантливый художник-символист, который бы брался описывать портрет не человека, а его настроение, то на моей натуре он составил бы себе всемирное имя; рисунок был бы прост: ровно загрунтованное полотно, без каких-либо передних и задних планов или проблесков, но колер… всякий недальтоник, проходя мимо, наверно бы, плюнул: «экая пакость», — а клуб пессимистов в Америке избрал бы этот колер обязательным для форменных брюк своих сочленов…»

Слабой компенсацией за мытарства, претерпеваемые Лебедевым в академии, явилось присуждение ему академической премии имени профессора С. А. Иванова. Раз в два года ею награждали за труды, «которые существенно обогащают науку, внося в нее новые факты, наблюдения и воззрения». Положение о премии было обнародовано, на нее объявили конкурс. Однако конкурсантов не оказалось. В таком случае, согласно Положению, премиальная комиссия могла предложить кандидата сама, и ею был выдвинут Лебедев.

Физико-математическое отделение академии единогласно утвердило это предложение.

И все же премия сделала свое дело. Лебедев воспрял духом.

П. Н. Лебедев — А. Н. Лебедевой (8 июля 1905 года. Москва).

«…Так как ты все равно не скоро попадешь в Pontresina, то я не телеграфирую, а пишу — пишу потому, что обретаюсь в духоподъеме — точно помолодел на 10 лет! Одну очень сложную работу, которая должна дать результаты исключительного значения, оказывается, возможно сделать, хотя и при затрате огромного, усидчивого труда и… большой порции счастья…»

Обычно весной Лебедев ездил на отдых и лечение в Швейцарию, которую ему настоятельно рекомендовали врачи. Вот и весной 1907 года он туда отправился. По дороге на курорт Лебедев остановился в Гейдельбергс, где жил крупный европейский специалист по сердечным болезням профессор В. Эрб. Он признал состояние больного удовлетворительным, но настоятельно рекомендовал ему тут же ехать отдыхать. Лебедев решил воспользоваться случаем и посетить жившего в Гейдельберге и работавшего в астрономической обсерватории на горе Кёнигстул астрофизика М. Вольфа, которому он и рассказал о своих экспериментах по световому давлению на газы.

Вольф высказал крайний интерес и пояснил, что среди астрофизиков по этому вопросу не было единства.

Вольф, не зная о болезни Лебедева, убедил его в том, что только эксперименты его, Лебедева, смогут прояснить эту неопределенную ситуацию и помочь астрофизикам всего мира выбраться из затруднительного критического положения, связанного с невозможностью построить теорию комет и разобраться в строении звезд. Он смог убедить Лебедева в том, что на тот день не существует более важной научной работы. И — более срочной…

Под влиянием беседы у Лебедева возник ряд новых идей о том, как преодолеть препятствия к проведению эксперимента. В частности, можно было использовать более теплопроводные газы, в которых не существует большой разницы температур и, следовательно, перепадов давлений.

С этими мыслями Лебедев и покинул Гейдельберг, но поехал отнюдь не в Швейцарию на лечение, а обратно в Москву. Там он испытал более 20 моделей экспериментальных аппаратов и, наконец, нашел такой, который давал наиболее надежный результат.

Лишь к концу 1907 года оканчивается титаническая серия опытов Лебедева с доказательством существования сил светового давления на газы и, более того, измерением этих сил. Преодолены чудовищные экспериментальные трудности. Ученый докладывает о своей работе Первому Менделеевскому съезду, созванному 27 декабря 1907 года. Собравшиеся единодушно отметили важность этой работы для физики, астрофизики и даже — для физики микромира.

Устройство, использованное Лебедевым, было необычайно остроумным. Идея прибора заключалась в том, что газ в камере, содержащей освещаемое и темное отделения, давлением света приводился в круговое вращение, а движение газа определялось при помощи легкого поршенька, расположенного в темной части. К газу, заполнявшему прибор, добавляли водород, чтобы увеличить теплопроводность и избежать пагубных для измерений перепадов температуры и давления. Изящество и убедительность эксперимента нашли широкий отклик в научных кругах Европы. Лондонский Королевский институт избрал Лебедева своим почетным членом. Его единодушно стали считать лучшим физиком-экспериментатором в мире.

Статья Лебедева «Опытные исследования давления света на газы», опубликованная в 1910 году, содержит всего 10 страниц, включая чертежи прибора. Каждая из них стоила года работы. Ведь с 1901 года Лебедев не опубликовал ни одной статьи.

Но задолго до ее публикации, в момент наивысшего творческого счастья, когда невозможное становилось возможным, когда с легкостью получалось то, на что в другое время ушли бы годы, — именно тогда посетила Лебедева новая научная идея.

П. Н. Лебедев — М. К. Голицыной (8 мая 1909 года. Москва).

«У Вас, княгиня, есть такое шестое чувство…

Право, я опять влюблен в свою науку, влюблен как мальчик, ну совсем как прежде: я сейчас так увлекаюсь, работаю целыми днями, точно я и больным не был — опять я такой же, каким был прежде: я чувствую свою психическую силу и свежесть, я играю трудностями, я чувствую, что я Cyrano de Berqerac в физике, а поэтому я и могу, и хочу, и буду Вам писать: теперь я имею на это нравственное (т. е. мужское) право. И я знаю, что Вы не только простили меня — больше: я чувствую, что Вы рады так, как может и умеет быть рада только женщина — и далеко не всякая… Но позвольте мне быть еще большим эгоистом и начать Вам писать о том, что я выдумал, что я теперь делаю. Конечно, мысль очень проста: по некоторым соображениям, на которых я останавливаться не буду, я пришел к выводу, что все вращающиеся тела должны быть магнитны — та особенность, что наша Земля магнитна и притягивает синий конец магнитной стрелки компаса к северному полюсу, обусловлена именно ее вращением вокруг оси. Но это только идея — нужен опыт, и теперь я его подготовлю: я возьму ось, которая делает более тысячи оборотов в одну секунду—как раз конструкцией этого прибора я сейчас занят, — на эту ось я буду насаживать шарики в три сантиметра диаметра из разных веществ: меди, алюминия, пробки, стекла и т. д. — и буду приводить во вращение; они должны сделаться магнитными так же, как Земля; чтобы в этом убедиться, я возьму крохотную магнитную стрелку — всего в два миллиметра длины, — подвешу ее к тончайшей кварцевой ниточке — тогда ее конец должен притягиваться к полюсу вращающегося шарика.

И вот я теперь, как Фауст в первом действии перед очаровательным видением: как прялка Маргариты, жужжит моя ось, я вижу тончайшие кварцевые нити… для полноты картины недостает только Маргариты…

Но главное тут не оси и не нити, а чувство радости жизни, жажда ловить каждый момент, ощущение своей цели, своей ценности для кого-то и для чего-то, яркий теплый луч, пронизывающий всю душу».

Счастливое время отмечено и важными семейными событиями. Лебедев находит свою избранницу. Это — сестра его старинного друга Саши Эйхенвальда Валентина Александровна. Настроение и работоспособность Лебедева резко повышаются. Как видно из приведенного выше письма, Лебедев в душе уже распрощался с силами светового давления на газы и принимается за новую серию исследований, связанных с природой магнетизма планет.

Да, извечный вопрос о магнитности Земли, о магнитности планет, о магнетизме Солнца занимает теперь Лебедева. Он проводит серию экспериментов, предполагая, что быстрое вращение любого тела должно привести к поляризации вещества и возникновению магнетизма. Лебедев пытается найти во вращающихся телах признаки магнетизма, но ничего не обнаруживает.

Полагая, что все дело в скорости, он увеличивает частоту вращения до 35 тысяч оборотов в минуту. Справедливо считая, что столь высокая скорость может разрушить прибор и повредить все вокруг, он удаляет из лаборатории всех и остается один.

Он изготавливает «мини-земной шар» для исследования природы геомагнетизма. Хочет проверить гипотезу Сузерленда о том, что причиной магнетизма могут служить гравитационные сдвиги. Эксперимент представляет, по словам самого Лебедева, «чудозищную трудность».

Наконец, трудности преодолены, но эффекта нет. Лебедев ищет причины неудач. Он полон решимости довести дело до конца.

И тут, в этот самый ответственный момент работа Лебедева неожиданным образом прерывается, и прерывается навсегда. По причинам, как ни удивительно, политическим. В это почти невозможно было поверить.

Лебедев, поглощенный своими научными изысканиями, был известен своей аполитичностью.

После революции 1905 года студенты завоевали ряд «свобод». Закон об автономности университетов гласил, что высшей властью в них является ректорат. Однако начавшееся в 1911 году в стране широкое политическое движение и возникшие в связи с ним студенческие нения принудили реакционного министра просвещения Л. А. Кассо позволить полиции вмешиваться в жизнь университета, принимать «быстрые и решительные» меры.

Члены ректората Московского университета, в том числе ректор А. А. Мануйлов и проректор М. А. Мензбир, не согласились с этим распоряжением и подали заявления об отставке. Вызов был принят.

Кассо увольняет членов ректората не только с их административных, но и с профессорских постов.

Наглое решение министерства вызвало бурю. Десятки профессоров и преподавателей подали в отставку, и среди них — Н. А. Умов, К. А. Тимирязев, Н. Д. Зелинский, А. А. Эйхенвальд, С. А. Чаплыгин и другие. Встал этот вопрос чести и перед П. Н. Лебедевым.

П. Н. Лебедев жаловался друзьям: историки, юристы и даже медики — те могут сразу уйти, а у меня ведь лаборатория, и главное — более 20 учеников: все они пойдут за мной… Развалить их работу нетрудно, но устроить их где-то очень затруднительно….

А. Н. Лебедева впоследствии рассказывала известному физику и историку науки Т. П. Кравцу о том, что Петр Николаевич мучился несколько дней, прежде чем принять решение уйти. И все-таки поступил так, как подобает настоящему гражданину.

…Вот он и без работы, и практически без средств к существованию. Состояние, оставленное отцом, растаяло.

Он лишился и тех 2 400 рублей, которые ему раньше ежегодно выплачивал университет. Он потерял свою лабораторию, своих учеников, даже возможность вернуться в университет, возможность, которой воспользовались многие из 600 человек, покинувших его в то тревожнее время, поскольку он считался особенно неблагонадежным. Вновь в университет его бы никогда не взяли.

П. Н. Лебедев — М. К. Голицыной (конец февраля — начало марта 1911 года. Москва).

«Пишу Вам, княгиня, — только Вам — несколько строчек. Мне так тяжело, кругом ночь, тишина, и так хочется стиснуть покрепче зубы и застонать. Что случилось? — спросите Вы. Да ничего необычного: здание личной жизни, личного счастья — нет, не счастья, а радости жизни — было построено на песке, теперь дало трещины и, вероятно, скоро рухнет, а силы строить новое, даже силы, чтобы разровнять новое место, — нет, нет веры, нет надежды.

Голова набита научными планами, остроумные работы в ходу; не сказал я еще своего последнего слова — я это понимаю умом, понимаю умом слова «долг», «забота», «свыкнется» — все понимаю, но ужас, ужас постылой, ненавистной жизни меня бьет лихорадкой, старый, больной, одинокий. Я знаю ощущение близости смерти, я пережил его секунду за секундой в абсолютно ясном сознании во время одного сердечного припадка (врач тоже не думал, что я переживу), — знаю это жуткое чувство, знаю, что значит готовиться к этому шагу, знаю, что этим не шутят, — и вот, ее пи бы сейчас, как тогда, вот тут, когда я Вам пишу, ко мне опять подошла бы смерть, я теперь не препятствовал бы, а сам пошел ей навстречу — так ясно мне, что жизнь моя кончена…»

Разумеется, о Лебедеве не забыли… На него тут же посыпался град приглашений. Приглашал Варшавский универсистет, приглашал Харьков, приглашал Киев, приглашал Стокгольм. С. Аррениус писал ему: «Естественно, что для Нобелевского института было бы большой честью, если Вы пожелали бы там устроиться и работать, и мы, без сомнения, предоставили бы Вам все необходимые средства, чтобы Бы могли дальше работать… Вы, разумеется, получили бы совершенно свободное положение, как это соответствует Вашему рангу в науке». Приглашал Лебедева на работу и директор Главной палаты мер и весов в Петербурге Н. Г. Егоров.

Но Лебедев никуда не хотел уезжать из Москвы.

За сохранение жизни созданной им научной школы, за постройку новой физической лаборатории при народпом университете принялось благотворительное «Научное общество имени X. С. Леденцова», богатого купца, поставившего своей целью процветание наук.

Общество выделило Лебедеву 15 000 рублей. Эти средства пошли на аренду подвала в арбатском Мертвом переулке и квартиры для руководителя этой лаборатории — П. Н. Лебедева.

— Что ж, будем делать живое дело в Мертвом переулке, — говаривал Лебедев своим друзьям и ученикам.

Он не принимает повторного приглашения из Нобелевского института, не поддерживает разговоров о возможном присуждении ему Нобелевской премии.

…В это время в газете «Кремль», издававшейся профессором Московского университета историком Д. Иловайским, под псевдонимом «Русский», была опубликована статья о лаборатории в Мертвом переулке. В ее названии содержался открытый вызов: «На еврейские деньги». Говорилось в ней о том, что на деньги «иудо-масонов» некий Лебедев создал в подвале дома, принадлежащего подозрительному поляку, весьма странную лабораторию, куда могут быть приняты или не русский, или же русские, отказывающиеся от своей родной национальности и дающие в том подписку. Чем занимаются в подвале — неизвестно, однако у дверей днем и ночью стоит вооруженная охрана. Полиция же бездействует…

Вступать в дебаты на столь низком уровне было не в правилах Лебедева. Однако ученый понимал, что и молчание в ответ на гнусный пасквиль было не лучшим выходом.

Слабое сердце Лебедева не выдержало всех этих испытаний. 14 марта 1912 года оно остановилось навсегда.

Похоронили Лебедева на Елисеевском кладбище в Лефортове. В «Русских ведомостях» за 8 апреля 1912 года появился гневный некролог Тимирязева: «Успокоили Лебедева. Успокоили Московский университет. Успокоили русскую науку. А кто измерит глубину нравственного растления молодых сил страны, мобилизуемых на борьбу с этой ее главной умственной силой? И это в то время, когда цивилизованные народы уже знают, что залог успеха в мировом состязании лежит не в золоте и железе, даже не в одном труде пахаря в поле, рабочего в мастерской, но и в делающей этот труд плодотворным творческой мысли ученого в лаборатории. Или страна, видевшая одно возрождение, доживет до второго, когда перевес нравственных сил окажется на стороне «невольников чести», каким был Лебедев? Тогда, и только тогда, людям «с умом и сердцем» откроется, наконец, возможность жить в России, а не только родиться в ней, чтобы с разбитым сердцем умирать».