р5

четвер, 6 лютого 2014 р.

ГАНС КРІСТІАН ЕРСТЕД (1777-1851)

Коли сорокалітній копенгагенський професор Ганс Крастіан Ерстед розіслав колегам свій «памфлет» - чотири невагомі сторіночки на латинській мові - і учені Франції, Швейцарії, Англії і Росії змогли з ним ознайомитися, перед ними окрім наукових проблем, встали і загальнолюдські. Як віднестися до автора цих сторіночок, як оцінити його працю? Ким здався він їм, працелюбним ученим, фантазером, романтиком, щасливчиком? І взагалі - ким він був? Фізиком, хіміком, фармацевтом філософом або поетом?

У дванадцять років Ганс, роздражнений наукою і що пізнав лише малу її частину, вже був вимушений стояти за стійкою батьківської аптеки. Тут медицина надовго полонила його, потіснивши хімію, історію, літературу і ще більш укріпила в нім упевненість в його науковому призначенні. Він вирішує поступати в Копенгагенський університет, але, як і раніше, одержимий сумнівами: що вивчати?
Він береться за все - за медицину фізику, астрономію, філософію, поезію. Він захоплений всім відразу і всім - серйозно. Ганс був щасливий в університетських стінах. Він писав пізніше, що для того, щоб хлопець був абсолютно вільний, він повинен насолоджуватися у великому царстві думки і уяви, де є боротьба, де є свобода вислову, де переможеному дано право повстати і боротися знову. Він жив, упиваючись труднощами і своїми першими невеликими перемогами видобутком нових істин і усуненням попередніх помилок. Чим він займався? Золота медаль університету 1797 років була присуджена йому за есе «Кордону поезії і проза». Наступна його робота, також високо оцінена, стосувалася властивостей лугів, а дисертація за яку він отримав звання доктора філософії була присвячена медицині. Він розкидався і, здавалося, заздалегідь ставив хрест на своїй науковій кар'єрі, віддаючи перевагу різносторонності над професіоналізмом. Настало нове століття. У вихорі французькою революції, на полях битв американської війни за незалежність народжувалося нове сприйняття світу відбувалося очищення розумів і душ від сталих догм, вітер свободи маніла молодих. Щойно почався промисловий переворот затопив традиційний світ техніка нескінченним потоком нових практичних винаходів, небачених раніше.
Все це захоплює Ганса. Він прагне попасти туди, де вирує життя, де вирішуються головні наукові і філософські питання - до Німеччини Францію, інші європейські країни. Данія, звичайно була в цьому сенсі європейською провінцією і Ерстед не хотів і не міг там залишатися.
Його талант, завзятість і випадковість сплелися в щасливий клубок і ось він, блискуче захистивши дисертацію, їде по напряму університету на стажування до Франції, Німеччини, Голландії. Там Ерстед слухав лекції про можливості досліджень фізичних явищ за допомогою поезії, про зв'язок фізики з міфологією. Йому подобалися лекції тих, що блищали з трибун філософів, але він ніколи не зміг би погодитися з ними у відмові від експериментального дослідження фізичних явищ. Його уразив Шеллінг (як раніше уразив Гегель) і перш за все шелінговска ідея про загальний зв'язок явищ. Ерстед побачив в ній виправдання і сенс що своєю здається розкиданості - що все вивчалося їм виявлялося по цій філософії взаємозв'язаним і взаємообумовленим. Він став одержимий ідеєю зв'язку всього зі всім. Швидко знайшлася і родинна душа мисляча так само, як і він, настільки ж розкидана і романтична. Це був німецький фізик Ріттер, винахідник акумулятора, геніальний фантазер, генератор навіжених ідей. Він, наприклад, «обчислив » (виходячи з суто астрономічних міркувань), що епоха нових відкриттів в області електрики настане в 1819 або 1820 року. І це передбачення дійсно збулося: відкриття сталося у 1820 році, зробив його Ерстед, але Ріхтеру не довелося бути свідком - він помер за десять років до цього.
Ідея загального зв'язку не давала Ерстеду спокою. Надзвичайна енергія, властива йому з дитинства вела його до нових і нових пошуків. У 1813 році в Франції виходить його праця «Дослідження ідентичності хімічних і електричних сил». У нім він вперше висловлює ідею про зв'язок електрики і магнетизму. Він пише: «Слід випробувати, не чи виробляє електрику... яка-небудь дія на магніт...». Його міркування були простими: електрика народжує світло - іскру, звук - тріск, нарешті воно може виробляти тепло - дріт, що замикає затиски джерела струму, нагрівається. Чи не може електрика виробляти магнітних дій?
Говорять, Ерстед не розлучався з магнітом. Цей шматочок заліза повинен був безперервно заставляти його думати в цьому напрямі. Магніт зробив мабуть, немало миль в ерстедовому сюртуку, поки....
Ідея зв'язку електрики і магнетизму, висхідна до простої схожості тяжіння пушинок янтарем і залізної тирси магнітом, носилася в повітрі, і багато кращих умів Європи були нею захоплені. Ще в 1747 році її помітив петербурзький академік Епінус, а француз Араго витратив немало років для збору таємничих, на перший погляд, історій про кораблі, скарбах і надзвичайних небесних явищах, в яких він теж бачив ту, що цю вислизає зв'язок.
Одного дня на рейді Пальми, головного порту Гальорки з'явилося французьке військове судно «Ля Ра- лейн». Стан його був настільки жалюгідним, що корабель ледве дійшов своїм ходом до причалу. Коли команда зійшла на берег і поступилася палубою декільком іменитим французьким ученим, у тому числі і Араго, з'ясувалося, що корабель був зруйнований блискавкою. Поки комісія оглядала судно, похитуючи головами побачивши згорілих щогл і надбудов, Араго поспішив до компасів і там побачив приблизно те що чекав: стрілки компасів, перемагнічених блискавкою, вказували в різні боки. Через рік, копаючись в тому, що ще недавно було генуезьким судном (воно розбилося, наскочивши на скелі поблизу алжирських берегів), Араго знову виявив що стрілки компасів були перемагнічені. У непроглядній пітьмі південної туманної ночі капітан направивши за компасом судно на північ, подалі від небезпечних місць, насправді неспинно рухався до того, чого так наполегливо прагнув уникнути. Корабель йшов на південь прямо до скель, обдурений ураженим блискавкою магнітним компасом.
А ось і обіцяні скарби. Вони лежали в скрині у уекфильдського купця і складалися з вельми коштовних, на ті часи, столового приладдя а призначені були для відправки в нову англійську колонію - Америку. Після удару блискавки частина предметів розплавилася, а частина дуже сильно намагнітилася. Всі ці на перший погляд малозначні і незв'язані між собою факти Араго збирав не даремно.
Тільки що відгриміли експерименти з блискавкою, що проводяться Франкліном в Америці і Ломоносовим і Ріхманом в Росії. Блискавка - це гігантська електрична іскра! Зараз важко відчути сенсаційність такого твердження, але у той час багато простих людей, не то що учені, захоплено вітали це відкриття. Араго, що зібрав безліч фактів, що свідчать про зв'язок блискавки з магнетизмом, відчував, що він на порозі нового відкриття. Радість і досада - ось, можливо, ті відчуття, які він випробував, побачивши рішення довго завдання, що не давалося йому. Рішення, знайдене Ерстедом. Історики науки, напевно, ще довго залишатимуться у невіданні і подиві відносно обставин відкриття, яке стало зараз ледве чи не класичним прикладом щасливої випадковості. Не відома точно дата цього відкриття: деякі дослідники відносять його до 1819, деякі - до 1820 року. Дехто сумнівається навіть в авторстві Ерстеда.
15 лютого 1820 року Ерстед, вже заслужений професор хімії Копенгагенського університету, читав своїм студентам лекцію. Лекція супроводилася демонстраціями. На лабораторному столі знаходилися джерело струму, дріт, що замикає його затиск і компас. В той час, коли Ерстед замикав ланцюг, стрілка компаса здригалася і оберталася.
При розмиканні ланцюга стрільця поверталася назад. Це було перше експериментальне підтвердження зв'язки електрики і магнетизму, того що так довго шукали багато учених. Здавалося б, все ясно. Ерстед продемонстрував студентам ще одне підтвердження давнішньої ідеї про загальний зв'язок явищ. Але чому ж виникають сумніви? Чому довкола обставин цього події згодом розгорілося так багато суперечок? Річ у тому, що студенти, присутні на лекції розповідали потім зовсім інше. За їх словами Ерстед хотів продемонструвати на лекції всього лише цікаву властивість електрики нагрівати проволікатиму, а компас виявився на столі абсолютно випадково. І саме випадковістю пояснювали вони те, що компас лежав поряд з цим дротом і зовсім випадково, на їх думку, один з гострозорих студентів обернув увагу на ту, що обертається стрілку, а здивування і захват професора, по їх словам, були непідробленими. Сам же Ерстед в своїх пізніших роботах писав: «Всі присутні у аудиторії свідки того, що я заздалегідь оголосив в результаті експерименту. Відкриття, таким чином, не було випадковістю, як хотів би укласти професор Гільберт з тих виразів які я використовував при першому сповіщенні про відкритті». Чи так це поважно насправді  випадковим чи ні було відкриття Ерстеда? І взагалі що це означає - «випадкове відкриття»? Випадково чи, наприклад, що хімік Ерстед читав лекції по електриці? Зрозуміло, немає. Електрика була відкрито порівняно недавно*), багаж знань по електриці в ту пору був невеликий, заняття ним не вимагали якої-небудь особливої підготовки. Їм могли займатися і фізики, і хіміки, і механіки. Устаткування теж було нескладним, його могли зробити у будь-якій майстерні. Тому в лекції Ерстеда, так і в її оснащенні, нічого випадкового загалом не було.
Набір для електричних і магнітних досліджень був у той час вельми невибагливий – вольтів стовп, провідники, жаб'ячі лапки, магніт так компас. Як писав Брег, доводиться дивуватися не тому, що Ерстед випадково відкрив дію електричного струму на магнітну стрілку, а тому що відкриття потрібно було чекати цілих двадцять років, з моменту винаходу вольтова стовпа. У десятках лабораторій були і вольтові стовпи, і провіднички і компаси, і протягом двадцяти років ці предмети тисячі разів виявлялися поруч. І такої події довелося чекати цілих двадцять років! Невідомий студент на лекції Ерстеда виконав у відомому сенсі свою історичну роль, поглянувши на компас у відповідний момент. Його роль можна порівняти в чомусь з роллю матроса. Мається на увазі перш за все винахід в 1800 році італійським фізиком Алессандро Вольта першого безперервно джерела електричного струму, що діє, - так званого вольтова стовпа.
Чудові учені що крикнув Христофору Колумбу про нову землю - Америку. І ще. Чи випадкове те, що саме Ерстед зробив відкриття? Адже щасливе поєднання потрібних приладів, їх взаємного розташування і «режимів роботи» могло вийти в будь-якій лабораторії? Так це так. Але в даному випадку випадковість закономірна- Ерстед був в числі тоді ще небагатьох дослідників що вивчають зв'язки між явищами.
Повернемося, проте, до суті відкриття Ерстеда. Слід але сказати, що відхилення стрілки компаса в лекційному досвіді було вельми невеликим. У липні 1820 роки Ерстед знову повторив експеримент, використовуючи потужніші батареї джерел струму. Тепер ефект став значно сильніше, причому тим сильніше чим товще був дріт, яким він замикав, контакти батареї*). Крім того, він з'ясував одну дивну річ, що не укладається в ньютонівські вистави про дію і протидію. Сила, що діє між магнітом і дротом, була направлена не по сполучаючій їх прямій, а перпендикулярно до неї. Висловлюючись Ерстед, «магнітний ефект електричного струму має круговий рух довкола нього». Ось чому у своєму чотирьохсторінковому «памфлеті» він, побоюючись недовір'я і кепкувань, ретельно перераховує свідків, не забуваючи згадати ні про одну з їх наукових заслуг.
Ерстед, даючи загалом неправильне теоретичне тлумачення експерименту, заронив глибоку думку про вихровий характер електромагнітних явищ. «Вихреподібність» процесу довго не знаходила прибічників, більшість учених були переконані в тому, що сили, що діють між провідником з струмом і магнітною стрілкою, - це звичайні сили тяжіння і відштовхування, подібні ньютонівським силам усесвітнього тяжіння між електричними *) Зараз нам це здається само собою зрозумілим: чим більше діаметр дроту, тим менше її опір і, стало бути, більше струм. зарядами. Досвід Ерстеда доводив не лише зв'язок між електрикою і магнетизмом. Те, що відкрилося Ерстеду, було новою таємницею, що не укладається у рамки відомих законів.
Мемуар Ерстеда вийшов в світ 21 липня 1820 року.
Подальші події розвивалися у вельми незвичному для неквапливої тоді науки темпі. Вже через декілька днів мемуар з'явився в Женеві, де у той час був з візитом Араго. Перше ж знайомство з досвідом Ерстеда довело йому, що знайдена розгадка завдання над якою бився і він, і багато інших. Враження від дослідів було настільки велике, що один з присутніх при демонстрації піднявся і з хвилюванням виголосив ту, що стала згодом знаменитою фразу: «Панове, відбувається переворот!» Араго повертається до Парижа приголомшений. На першому ж засіданні Академії, на якому він був присутній відразу після повернення, 4 вересня 1820 роки він робить усне повідомлення про досліди Ерстеда. Записи, зроблені в академічному журналі ледачою рукою протоколіста, свідчать, що академіки просили Араго вже на наступному засіданні 22 вересня, показати всім присутнім досвід Ерстеда, що називається, «у натуральну величину». Повідомлення Араго з особливою увагою слухав академік Ампер. Він, можливо, відчув в той момент, що прийшла його пора перед лицем всього світу прийняти з рук Ерстеда естафету відкриття. Він довго чекав цієї години - близько двадцяти років, як Араго і як Ерстед. І ось година пробила - 4 вересня 1820 років Ампер зрозумів, що повинен діяти. Всього за два тижні він повідомив світ про результати своїх досліджень. Він висловив геніальну ідею і зумів підтвердити її експериментально - всі магнітні явища можна звести до електричних. Так зародилася нова наука - електродинаміка, що теоретично зв'язує електричні і магнітні явища.
А ще через сорок років електродинаміка влилася значною частиною в теорію електромагнітного поля Максвелла, що до цих пір є нашим компасом в світі всіх електромагнітних явищ. Після відкриття почесті посипалися на Ерстеда як з рогу достатку. Він був вибраний членом багато авторитетних наукових суспільств: Лондонського Королівського суспільства і Паризької Академії. Англійці присудили йому медаль за наукові заслуги а з Франції він отримав премію в 3000 золотих франків, колись призначену Наполеоном для авторів найкрупніших відкриттів в області електрики. Приймаючи всі ці почесті, Ерстед не забуває про тому, що нове століття вимагає нового підходу до навчання науці. Він засновує в Данії суспільство для заохочення наукових занять і літературний журнал читає освітні лекції для жінок, підтримує «маленького Ганса Хрістіана», свого тезка майбутнього великого письменника Ганса Хрістіана Андерсена.

Ерстед стає національним героєм. Ерстед помер 9 березня 1851 року. Ховали його ніччю. Натовп з двохсот тисяч чоловік, освітлюючи дорога факелами, проводжала його в останню дорогу. Звучали траурні мелодії, спеціально вигадані в його пам'ять. Учені, урядовці члени королівської сім'ї, дипломати, студенти, прості данці відчували його смерть як особисту втрату. За багато що вони були вдячні йому. І не в останню черга за те, що він подарував світу нові таємниці.

Немає коментарів:

Дописати коментар

р4