Электричество и магнетизм

Нам осталось рассмотреть достижения доньютоновской физики в области изучения электричества, магнетизма и света. Младенческая пора в истории электричества и магнетизма заканчивается Портой. Новая эра в изучении электромагнитных явлений открывается знаменитым сочинением Гильберта^* "О магните, магнитных телах и о большом магните. Новая физиология" (1600 г.).

^* (Вильям Гильберт, придворный врач английской королевы Елизаветы, родился в 1540 г., умер в 1603 г.)

Отказавшись от фантастических домыслов и басен, Гильберт в своих исследованиях применяет к электрическим и магнитным явлениям экспериментальный метод. Результаты, полученные им таким путём, поистине замечательны.

Вопреки общепринятому в то время мнению, по которому компас направляется к некоторой небесной точке, Гильберт полагает причиной направляющего действия на магнитную стрелку магнетизм Земли. Для проверки своей теории он изготовляет намагниченный шар и показывает, что магнитная стрелка на этом шаре ведёт себя, как компас наземной поверхности, наклоняясь на разных широтах под разными углами. Значительно труднее Гильберту было объяснить магнитное склонение, так как он полагал, что географические и магнитные полюса совпадают. Ему пришлось допустить, что вода океанов немагнитна, что и обусловливает отклонение стрелки вблизи берегов.

Бойль

Продолжая исследование магнитных явлений, Гильберт открыл магнитную индукцию. Он установил, что стальной якорь усиливает магнитное действие, что железо и сталь намагничиваются влиянием, причём сталь сохраняет магнитные свойства. Ему удалось намагнитить железные проволоки магнитным полем Земли. Наконец, ему же принадлежит открытие факта неотделимости магнитных полюсов.

Обратившись к электрическим явлениям, Гильберт нашёл, что свойством притяжения обладает не только натёртый янтарь, а и ряд других тел (алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сланцы, сера, смолы и др.), которые он назвал электрическими, введя, таким образом, этот термин в науку. Ему удалось наэлектризовать свыше двух десятков тел. Другие же тела, и в первую очередь металлы, как он полагал, не электризуются. Сравнение электрических и магнитных явлений привело Гильберта к убеждению в глубоком их различии. Своё мнение он обосновывал следующими доводами:

1. Электрические свойства возбуждаются (трением), магнитные же присущи намагниченным телам по природе.
2. Магнитные действия бывают двух родов: притягательные и отталкивательные, электрические же - только притягательные (электрических отталкиваний Гильберт не знал).
3. Электрические притяжения слабее магнитных, но зато универсальны.
4. Электрическую силу можно уничтожить влажностью, магнитную - нет.

В соответствии с этим Гильберт полагает, что магнетизм так же, как и тяжесть, есть некоторая изначальная сила, исходящая из тел, в то время как электризация обусловлена выжиманием из пор тела особых истечений, в результате трения. Роль обеих этих сил в природе оказывается, таким образом, глубоко различной. Это подчёркивание Гильбертом различной природы электричества и магнетизма наложило глубокий отпечаток на всю последующую историю электромагнетизма, в которой до Ампера и Фарадея обе группы явлений рассматривались изолированно друг от друга.

Рис. 93. Барометр, изображенный в 'Трудах' Флорентинской академии

Сочинение Гильберта явилось уникумом, и в XVII в. к его результатам было добавлено мало. Галилей в "Диалоге" подтверждает наблюдение Гильберта об усилении действия магнита арматурой и в следующих замечательных выражениях характеризует историческую роль Гильберта:

"Воздаю хвалу, дивлюсь, завидую Гильберту. Он развил достойные удивления идеи о предмете, о котором трактовало столько гениальных людей, но который ни одним из них не был изучен внимательно. Высочайшей похвалы заслуживает он, по мнению моему, за то, что произвёл такое количество новых и точных наблюдений, к посрамлению пустого и лживого автора^*, который не только пишет о том, что сам знает, но передаёт всё, что пришло к нему от невежественных глупцов, не заботясь проверить опытом сообщённое и, повидимому, затем, чтобы книга была толще. Гильберту недостаёт только побольше математики и особенно геометрии. Большое знакомство с нею не позволило бы ему так решительно признавать доказательством те основания, которые он приводит как причину фактов, им правильно наблюдавшихся.

^* (Галилей имеет в виду Порту.)

Я не сомневаюсь, что со временем эта отрасль науки сделает успехи как вследствие новых наблюдений, так и в особенности вследствие строгой методы доказательств. Но это не умаляет славы первого изобретателя. Я первого изобретателя лиры - как ни груб по устройству и звуку был его инструмент - ставлю не только не ниже, а много выше сотни других художников, которые довели эту отрасль до совершенства. Другие основательно, по мнению моему, первых изобретателей благородных инструментов причисляли к богам... От простейших вещей восходить к великим открытиям и под первыми ребяческими очертаниями предчувствовать скрытое удивительное искусство не дело дюжинных людей: такие прозрения и мысли принадлежат гениям сверхчеловеческой силы".

Поразительна прозорливость Галилея, предугадавшего развитие математической теории электромагнитных явлений и правильно оценившего основоположное значение работ Гильберта. Труды "дюжинных людей" XVII в., вроде "Магнитного искусства" Кирхера (1634) и "Магнитной философии" Кабео (1639), представляют шаг назад по сравнению с творением Гильберта. Описание забав и фокусов (вроде "магнитного ежа") сочетаются в них с фантастическими вымыслами, схоластическими теориями и с крупицами действительных наблюдений. Только Герике, построившему прообраз электрической машины (серный шар, вращавшийся на железной оси, электризовался трением об руку), удалось сделать существенные наблюдения: электрическое отталкивание и распространение электрической силы по проводнику, но его открытия остались незамеченными.

Рис. 94. Опыты Герике по электричеству

Значительно больших результатов удалось достичь в области земного магнетизма, представляющих большой практический интерес. В 1625 г. Генри Геллибранд открывает вариацию магнитного склонения и результаты своих наблюдений опубликовывает в 1635 г. С тех пор становится ясной необходимость систематического изучения элементов земного магнетизма. Многолетние наблюдения и экспедиции делают особенно ценными работы Галлея, опубликовавшего первые карты с изотоническими линиями и выдвинувшего теорию вариации склонения. Работы Галлея падают на последние годы века (1683-1702) и завершают первый Круг в развитии учения о земном магнетизме.