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 двадцать два года уже мог считаться "именитым" - ведь всего через год 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, наскочи! 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-матчу, 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 1781 года корабль "Альбермал" находился в ста километрах от мыса Кейп-Код. Когда наступила ночь, по положению на небе звезд удалось обнаружить неисправность компасов, вызванную тем, что корабль накануне был поражен молнией. Их 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 тридцать 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...

Это был Ганс Христиан Эрстед, профессор химии копенгагенского университета. Нельзя сказать, что имя Эрстеда было Араго неизвестно. Члены Аркюэльского кружка принимали в 1801 году двадцатичетырехлетнего доктора философии, скверно говорившего по-французски, занимавшегося неизвестно чем. В частности, он когда-то получил золотую медаль за исследование "Границы поэзии и прозы", а окончил университет фармацевтом. Особых почестей оказано тогда Эрстеду, разумеется, не было. Он путешествовал по Европе не как Вольта или Гершель, визиты которых поддерживались честолюбивым французским правительством, а просто как молодой странствующий ученый, желающий свести кое-какие знакомства в научных кругах. В Германии он познакомился с довольно известным физиком Иоганном Вильгельмом Риттером, прославившимся, во-первых, изобретением аккумулятора, а, во-вторых, своим редким талантом "наводить тень на плетень" - запутывать относительно ясные вопросы. Французские "трофеи" Эрстеда были так же значительны - это наиболее видные аркюэльцы, в том числе Араго, Лаплас, Бертоле, Био, Савар и многие другие. Для того чтобы сейчас познакомиться с таким количеством светил, не хватило бы, наверное, нескольких жизней.

Особенно большое впечатление произвели на Эрстеда опыты Вольта, а также их повторение и развитие Риттером. Не был совершенно безразличен молодой плохо обеспеченный Эрстед и к наполеоновской "Премии имени Вольта". Но главное - то, что он "чуствовал открытие", как ищейка, идущая по следу, он знал, что открытие - рядом.

Окрытие носилось в воздухе. Риттер в своем письме Эрстеду, осмелев, даже назвал дату предстоящего "великого открытия",- 1820 год. Он был прав, как никогда, и совершил его именно Эрстед.

Эрстед видел цель, он шел к ней напролом. Его соображения не были похожи на соображения Араго. Эрстед увидел сходство электрических и магнитных явлений. Он за несколько лет до своего открытия прямо поставил цель: "Следует испробовать, не производит ли электричество... каких-либо действий на магнит...".Соображение было простым: электричество может производить свет - искру, звук - треск, наконец, оно может производить тепло - проволока, по которой идет ток, нагревается. Спрашивается, не может ли электричество производить магнитных действий, или, как выражался Эрстед, производить действия на магнит "как таковой". Говорят, Эрстед не расставался с магнитом, который должен был непрерывно напоминать ему о необходимости думать в этом направлении. Магнит совершил, видимо, немало километров в Эрстедовом сюртуке, пока... Нет, магнит Эрстеду так и не пригодился.

Открытие произошло почти случайно.

15 февраля 1820 года^* Эрстед, уже возмужавший сорокатрехлетний профессор, читал своим студентам в копенгагенском университете лекцию, по ходу которой он хотел продемонстрировать очень интересное по тем временам (да, впрочем, и сейчас) свойство электрического тока нагревать проволоку, по которой он проходит. Это была великолепная случайность - рядом с проволокой, на которую были устремлены глаза студентов, оказался компас, в общем-то не имевший прямого отношения к теме лекции. И один из зорких студентов обратил внимание, что в то время, как по проволоке проходит ток, стрелка компаса вздрагивает и немного поворачивается. Имени студента мы не знаем, да и вряд ли знать должны. Он лишь указал профессору на непонятное явление в надежде получить ответ. И для профессора явление было столь же неожиданным. Но очень и давно желанным - впервые ясно открылось человеку прямое действие электрического тока на магнит, увидеть которое он уже много лет стремился.

^* (Некоторые исследователи датируют это открытие декабрем 1819 г.)

Можно ли назвать это открытие случайным? Оно, конечно, 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. Но "...история носила бы очень мистический характер, если бы "случайности" не играли никакой роли. Эти случайности входят, конечно, и сами составной частью в общий ход развития, уравновешиваясь другими случайностями. Но ускорение и замедление в сильной степени зависят от этих "случайностей", среди которых фигурирует также и такой "случай", как характер людей, стоящих вначале во главе движения"^*.

^* (К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 33, с. 175.)

Придя домой после лекции, Эрстед тут же принялся за описание и объяснение явления, наблюдавшегося в аудитории. Его "памфлет" на латинском языке, состоящий всего лишь из четырех страничек, содержал в нескольких строках описание наблюдаемого явления, а на остальном пространстве - ошибочное объяснение его.Вышел он 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 тоже 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 двадцати 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...

Открытие Эрстеда часто приводится как типичный образец "случайного открытия", то есть такого открытия, которое, по мнению некоторых, только и возможно.

Действительно, обстоятельства открытия наводят на мысли о случайности. Химик Эрстед читал лекцию об электричестве. На лабораторном столе оказался ненужный 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? Разумеется, 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" открыл действие электрического тока на магнитную стрелку, а тому, что открытия нужно было ждать целых двадцать лет с момента изобретения вольтова столба. В десятках лабораторий находились и вольтовы столбы, и компасы, и в течение двадцати лет 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 двадцать 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. Дело в том, что 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 Рит-тер, и его последователь Эрстед. Вот почему именно Эрстед был буквально одержим идеей взаимосвязанности электрических и других явлений - он направленно искал связь электричества с магнетизмом. И 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.

Но здесь уже новая задача. Решение ее близко.

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.