magnitik

Вся история магнита и магнетизма связана с тайна­ми. Ничем не примечательный с виду камень притягивал железо. Почему? Нельзя сказать, чтобы люди не пы­тались ответить на этот вопрос. Напротив, ответов было более чем достаточно. Считалось, что магнитный же­лезняк, который в природном виде обладает магнит­ными свойствами, имеет душу. Такое предположение не должно казаться смешным, если встать на точку зрения древних, видевших следствие — железо действи­тельно притягивалось без всякой видимой причины. Имелись и другие точки зрения. Диоген из Аполлонии (не тот, который сидел в бочке), живший около 460 г. до н. э., полагал, что в железе есть влага, которая питает «сухость» магнита. Влага, стало быть, должна «пере­текать» из железа в магнит. Вариации на тему «вла­га — сухость», исходившие от столь крупных мысли­телей древности, как Эмпедокл, Эпикур и Демокрит, основывались на том, что должно существовать «нечто», связывающее постоянный магнит и железо. Это «нечто» получало разные имена, но во всех ипостасях оно «испарялось», «перетекало», «переходило» от железа к магниту, оста­ваясь невидимым и осуществляя ту связь, для объясне­ния которой оно и было придумано.

Вот что говорит римский поэт и философ Лукреций в своей знаменитой книге «О природе вещей»:

Прежде всего, из магнита должны семена выде­ляться

Множеством или же ток истекать, разбивая толч­ками

Воздух, который везде между камнем лежит и железом.

Только что станет пустым пространство меж ними, и много

Места очистится там, как тотчас же, общею кучей,

Первоначала туда стремглав понесутся железа… И далее:

Также бывает порой, что железо отходит от камня

Этого, то возвращаясь к нему, то опять убегая.

Две последние строки прямо указывают на сущест­вование магнитных полюсов, о которых — увы! — не догадывается ни Лукреций, ни Платон

Постоянный магнит и сегодня поражает воображение неиску­шенного человека.

<Чудо … Я приобщился к нему ребенком четырех или пяти лет, когда мой отец показал мне компас. То, что игла вела себя столь определенным образом, со­вершенно не соответствовало неосознанному миру моих представлений (там действия были связаны только с непосредственным «прикосновением»). Я все еще пом­ню (а может, мне кажется, что я помню) — это собы­тие произвело на меня неизгладимое впечатление>, слова Эйнштейна из его автобиографии ярко описывают впечатление, производимое компасом на че­ловека, впервые познакомившегося с его действием.

Именно компас стал первым практическим применением постоянного магнита в деятельности человека. За приоритет этого изобретения идет «серьезная» историческая борьба. Одни пропагандируют местом рождения компаса Китай около 3 тысячелетия до н. э. По другим данным, компас изобрели итальянцы или арабы. Заслуживающая большего доверия версия о распространении компаса, из европейской части который попал на территорию Китай с миграции белого человека.

Догадка древних о существовании неизвестного «вещества», субстанции, ответственной за взаимодействие магнита и железа и называемой Диогеном «сухостью — влагой», а Лукрецием «семенами», или же «током», вовсе не безосновательна, и их попытки объ­яснить явление магнетизма потерпели неудачу совсем не потому, что им не хватало изобретательности. Это качество как раз имелось у них в избытке. Причиной неудачи явился недостаток, присущий античной науке. В древние времена никому не приходило в голову, что все выдвигаемые относи­тельно тех или иных природных явлений утверждения следует подвергать экспериментальной проверке. До­статочно было бы отделить железо от магнита влаго­непроницаемой перегородкой, чтобы убедиться в не­состоятельности концепции Диогена о питании «сухо­сти» магнита «влагой» железа. Подобный эксперимент мог выявить и отсутствие каких-либо «семян», но мето­дология древней науки не требовала доказательств. Правильность рассуждений ценилась выше очевидно­сти фактов, а эксперимент как критерий истины отсут­ствовал. Такой способ познания получил название метафизического. Он был целиком унаследован уче­ными средних веков и фактически не имел ничего обще­го с подлинно научным познанием.

Бреши в «стене» были пробиты учены­ми, имена которых по сей день чтутся человечеством. Майкл Фарадей одним из первых осознал необходи­мость экспериментальной проверки рассуждений и не только осознал, но и осуществил ее. Менее известна деятельность англий­ского ученого XVI в.— Уильяма Гильберта. Врач по профессии, он сделал блестящую карьеру и стал лейб-медиком королевы Елизаветы и президентом Королевского медицинского общества. Наряду с врачеванием у Гильберта было еще одно занятие, которое он рассматривал как не ме­нее важное,— изучение магнита. Под словом «изуче­ние» он имел в виду не рассуждение о магнитных свойст­вах, а самое настоящее экспериментальное исследо­вание.

За триста лет до Гильберта Пьер Перегрин-де Ма-рикур уже проводил эксперименты с шарообразным магнитом, названным им тереллой. Он обнаружил, что железный брусок, приставленный к этому магнитному шару, ориентируется определенным образом. Оказа­лось, что линии, вдоль которых располагался брусок, сходятся в двух точках. Эти точки он назвал полюсами магнита. Гильберт повторил эти эксперименты, но по­шел дальше-де Марикура: он понял, что существует глубокая аналогия между тереллой и Землей и что Земля также является магнитом! Таким образом, таин­ственное постоянство магнитной стрелки получило, наконец, объяснение. Собственные результаты и сведе­ния почерпнутые им у других исследователей, Гиль­берт изложил в книге, о магните, магнит­ных телах и о большом магните — Земле. Книга Гильберта произвела перево­рот во взглядах на свойства магнита. Раньше верили, что «лук и чеснок уничтожают действие магнита», по причине чего рулевым на судах категорически запре­щалось употреблять их в пищу (это не мешало им, впрочем, нарушать запрет), что близость бриллианта вызывает утрату магнитных свойств. Подобные суеве­рия были высмеяны Гильбертом, ибо не выдерживали проверки опытом. Однако, высмеивая суеверия, Гиль­берт сам дает объяснение магнетизму, не вписываю­щееся в научные рамки: он, как и древние, полагал, нес же, что у магнита есть … душа. Поскольку она есть у Земли, говорил Гильберт, должна она быть и у маг­нитного железняка, ведь он «является частью и люби­мейшим плодом своей живой матери Земли».

Французский ученый Рене Декарт, родившийся в 1596 г., за семь лет до смерти Гильберта, погибшего во время эпидемии чумы, был знаком с его трудами и признавал идею Гильберта о магнетизме Земли. Ве­ривший в торжество разума и в его безграничные воз­можности, Декарт не обошел своим вниманием и магне­тизм. Не будучи связанным с какими-либо экспери­ментальными исследованиями, Декарт, тем не менее, предложил свое объяснение магнитных свойств, кото­рому нельзя отказать в остроумии. Хотя Гильберт уже убедительно доказал несостоятельность теории испа­рения ( «влага — сухость»), Декарт высказал предпо­ложение, что невидимое вещество, субстанция, соеди­няющая постоянный магнит и железо, все-таки существует; разу­меется, это не какие-нибудь капли или жидкость, суб­станция имеет форму винтиков. Эти винтики проходят сквозь Землю, входя в один полюс, и выходят из другого, и поскольку есть два полюса, есть и два рода винтиков, движущихся во встречных направле­ниях. Конечно, по выходе из полюса винтики вынуж­дены двигаться по воздуху, что нельзя считать их любимым занятием. И если на их пути попадается маг­нит, они предпочитают остаться в магните, «провин­чиваясь» сквозь него снова и снова. Причина в том, что магнитный железняк, железо и сталь в отличие от других материалов имеют внутри некую «резьбу», по которой винтикам удобно перемещаться. Резьба эта земного проис­хождения: ведь все магниты добываются из недр Земли. Железо само по себе не является магнитом потому, что оно мягкое и при добыче «резьба» разрушается. Труд­но поверить, но рассуждения Декарта пользовались большим успехом, объясняемым отчасти тем высоким авторитетом, которым пользовался Декарт среди своих современников, отчасти отсутствием иной, сколько-ни­будь удовлетворительной теории.

Весь XVII в. и половина следующего не внесли в понимание магнетизма ничего нового, и, как это часто бывает в науке, прогресс в объяснении магнитных явле­ний пришел с другой стороны.

Вне зависимости от изучения магнетизма развива­лись исследования электричества. Если теория, основан­ная на «влажности» и «сухости» магнита, успеха не имела, то электрическая жидкость быстро завоевала многочисленных сторонников. Бенджамин Франклин трактовал электрический заряд как недостаток или утечку этой жидкости (флюида). В 1733 г. управляю­щий французским Королевским ботаническим садом Ш.-Ф.-де Фай установил существование двух видов электричества, которые он назвал «резиновым» и «стеклянным». Таким образом, электричество представ­лялось как бы смесью двух разных жидкостей. Не так ли обстоит дело с магнетизмом? Шведский ученый Джоан Вилке и голландский исследователь Антон Бругманс выдвинули такое предположение независимо друг от друга в 1778 г. Их идея получила широкое рас­пространение. Спустя семь лет Шарль Кулон поставил эксперимент в котором установил, что мельчайшие капельки гипотетических электрической или магнитной жидкостей притягиваются (разноименные) или оттал­киваются (одноименные) с силой, обратно пропор­циональной квадрату расстояния между ними. Поэтому сила магнита увеличивается или уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Теперь это утверждение известно как закон Кулона. Почему же электрическая жидкость может перетекать от одного тела к другому, а магнитная — нет? Кулон ответил и па этот вопрос. Магнитные жидкости, утверждал он, не независимы друг от друга. В отличие от электри­ческих жидкостей они связаны с мельчайшими части­цами вещества — молекулами, как мы сказали бы се­годня. Последнее служит также объяснением существо­вания у магнита двух полюсов. Более глубокое толко­вание во времена Кулона едва ли было возможно, ведь представления об атомной структуре вещества еще не существовало. Однако аналогия между элект­ричеством и магнетизмом носила в это время чисто внешний характер. Никто не предполагал, что они как-то связаны.

Рубеж XVIII и XIX столетий стал переломным для исследований электричества и магнетизма: в 1800 г. появилась гальваническая батарея. Надежный источ­ник электрического тока и стал тем отправным пунктом исходя из которого, ученые начали распутывать клубок, образовавшийся сплетением идей и фактов, относя­щихся к магниту. Через 20 лет после изобретения гальванической батареи датчанин Эр­стед Ханс Кристиан обнаружил, что электрический ток вызывает дви­жение свободно подвешенной иглы. Движение иглы шло вразрез со всеми представлениями об электриче­ских и магнитных жидкостях и прямо указывало на существование связи между электричеством и магне­тизмом. Появилось новое слово — электромагнетизм. Два старых термина объединились, чтобы больше уже не расставаться. Статья Эрстеда с описа­нием эксперимента произвела огромное впечатление на современников. Дальнейшие события развертыва­лись драматически и стремительно, как в кино, кото­рого, правда, тогда еще не существовало.

Французский физик Доминик Франсуа Араго, до­ложивший на заседании Академии об опыте Эрстеда, провел самостоятельные эксперименты. Он обнаружил, что действие тока аналогично действию обычного маг­нита: железные опилки притягивались, иглы намагни­чивались.

Его коллега Андре Мари Ампер, в честь которого названа сила электрического тока, предпо­ложил, что причиной магнетизма служат токи, проходящие внутри магнита перпендикулярно к его оси. Он же обнаружил, что петля, образованная про­водником с током, ведет себя как элементарный магнит.

Новые открытия и факты сыпались, как из рога изобилия, в них не было недостатка. Чего действитель­но не хватало — это новой концепции, которая позво­лила бы свести многочисленные факты воедино, интер­претировать их с одной точки зрения.

Начала новой теории, однако, были заложены чело­веком, не написавшим за всю свою жизнь ни одной формулы. И снова Майкл Фарадей. Искусный экспериментатор, полагавшийся не на сложную аппаратуру, но на выдумку и изобре­тательность, он выдви­нул совершенно новую концепцию, которой суждено было занять господствующее место в большинстве будущих физических теорий. Мифические ненаблю­даемые жидкости, «втекавшие» в магниты и «выте­кавшие» из них, были заменены Фарадеем новым по­нятием — поле, которое, по его мнению, и осу­ществляло взаимодействие магнитных материалов. Фарадей рассматривал поле как совершенно реаль­ный физический объект. Он ввел также понятие о сило­вых линиях, которые придавали полям определенную наглядность.

Появление поля кардинально изменяло взгляды на природу взаимодействий как электрических, так и маг­нитных. Действие на расстоянии, дальнодействие, всегда носившее несколько ирреальный, мифический характер, стало ненужным. Поле стало материальным объектом, осуществляющим конкретное воздействие одного тела на другое.

Фарадей не только ввел новую концепцию, но и совершил фундаментальное открытие, и по сегодняшний день определяющее облик всей земной технологии: он открыл явление электромагнитной индукции. Появились электромагниты.

На этом мы остановимся. Электромагниты и постоянные магниты стали изучаться как разное проявления связанных с магнетизмом. Для желающих самостоятельно провести изучение вопроса, что такое постоянный магнит, магнитные полюса, магнитное поле, достаточно купить постоянный магнит и приступить к экспериментам.