Владимир Кессельман - На кого упало яблоко

• Название: На кого упало яблоко
• Автор: Владимир Кессельман
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-135-9

Каждое открытие в физике — лишь последнее звено в длинной череде исследований, опытов и наблюдений. Ученые часто идут параллельными путями и приходят к одним и тем же выводам одновременно — или почти одновременно. И так уж сложилось, что многие законы носят не имена первооткрывателей, а тех, кто лишь обнародовал то, что прежде открыли другие. Борьба за приоритет сопровождает почти все великие научные достижения, и поэтому, по выражению Роджера Бэкона, «наука смотрит на мир глазами, затуманенными всеми человеческими страстями». Ньютон, Лейбниц, Гук, Гюйгенс, сотни других ученых пылко сражались за публичное признание своего первенства — и эта драматически схватка самолюбий продолжается по сей день…

Владимир Кессельман — популяризатор науки, автор многих книг, живет в Израиле.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Эти опыты полностью подтвердили результаты Гальвани, но Вольта задался целью внести меру в эту новую область науки, то есть провести количественное изучение «животного электричества», измерить электрометрами его величину и величину заряда, необходимого для вызова сокращения мышцы. «Ведь никогда нельзя сделать ничего ценного, если не сводить явлений к градусам и измерениям, особенно в физике», — писал он. Вольта тщательно анализирует опыты и приходит к выводу, что электрический ток в опытах Гальвани вызывает не непосредственно сокращение мышцы, а лишь возбуждение нерва, который далее неизвестным образом действует на мышцу. И кроме того, на основании множества опытов Вольта приходит к убеждению, что обкладки из двух разных металлов являются не простыми проводниками, а «настоящими возбудителями и двигателями электрического флюида»[64].

Первые опыты Вольты очень просты. Он брал две монеты из разных металлов и одну из них клал на язык, а другую — под него; при соединении их проволокой ощущался кислый вкус — такой же, как при «пробовании на язык» проводов от известных в то время источников электричества. Если Гальвани считал, что ткани организма лягушки, которую он препарировал, касаясь их разнородными металлами, являются источником электричества, то Вольта убедился в том, что эти ткани — индикатор электричества, возникающего при контакте разнородных металлов. Так была открыта контактная разность потенциалов.

Вольта доказал, что именно ток, вырабатываемый при контакте двух различных металлов, вызывает сокращение мышц в лягушачьих лапках. Этим он опроверг предположение Гальвани о том, что электричество вырабатывается в мышцах. Для того чтобы доказать свою точку зрения, он наполнил соляным раствором две чаши и соединил их металлическими дугами. Один конец этих дуг был медный, а другой цинковый. Они были установлены так, что в каждой чаше было по одному электроду каждого типа. Эта конструкция и стала первой батареей, вырабатывающей электричество за счет химического взаимодействия двух металлов в растворе. В 1800 году он усовершенствовал ее, создав свой знаменитый «вольтов столб», первый источник постоянного тока. Он представлял собой 20 пар кружочков, изготовленных из двух различных металлов, проложенных кусочками кожи или ткани, смоченными в соляном растворе.

Теперь можно ответить на вопрос — почему Гальвани не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался. Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог, его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал (очень похоже на историю Майера и Джоуля, см. ниже), и он с величайшей тщательностью исследовал этот феномен, меняя самые разные параметры. Гальвани объяснил это явление существованием «животного электричества», благодаря которому мышцы заряжаются подобно лейденской банке. Понять, почему лапки мертвых лягушек дергаются, Гальвани не было суждено. Лишь великий Алессандро Вольта понял, что соединение разных металлических проводников (у Гальвани медная проволока была привязана к железному балкону) само по себе вызывает появление на их концах электрических зарядов. Если замкнуть концы через тело лягушки, образуется электрический ток, который является не кратковременным, как при «страшных опытах» Отто фон Герике, а длительным. То, что два разнородных металла могут быть источником электричества, — для Вольты и других физиков был шокирующий переворот в физических представлениях.

Спор между Гальвани и Вольтой, а также их последователями — это спор о «животном» и «металлическом» электричестве. Весь мир тогда разделился на два лагеря. Одни поддерживали Гальвани, а другие — Вольту. И трудно сказать сегодня, чем бы кончился этот спор, поскольку оба ученых были по-своему правы. Сегодня мы знаем, что в мускулах животных действительно возникает электричество. В то же время электричество может рождаться и без участия животных, из одних лишь разнородных металлов, которые заряжается в результате контакта. Да, Гальвани ошибался в своих взглядах на «животное» электричество, но его ошибки исправил Вольта. И все же Гальвани является основоположником учения об электричестве, его опыты положили начало новому научному направлению — электрофизиологии. Опыты Гальвани стоят в начале долгого пути исследований электрических токов в теле человека. Если, например, сокращается мышца, то в ней постепенно возникает и угасает электрическое напряжение, правда очень слабое и трудноуловимое. Впрочем, врачам и инженерам удалось создать аппарат, который благодаря разности этого электрического напряжения устанавливает, здорово ли сердце, или в нем есть какие-то пороки. Этот аппарат называется «электрокардиограф».

В истории науки имена Гальвани и Вольты стоят рядом. Но они не соратники, а оппоненты в знаменитом споре о животном электричестве. Гальвани, несмотря на ряд выдающихся физических открытий, не был признан как физик, да и вряд ли стремился к этому. Физиком же считается Вольта, повторивший опыты Гальвани и давший им иное толкование. Триумф «вольтова столба» обеспечил безоговорочную победу Вольты над Гальвани. Исключив жизнь — это сложнейшее явление природы — из науки об электричестве, придав физиологическим действиям лишь пассивную роль реагента, Вольта обеспечил быстрое и плодотворное развитие этой науки. Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне приемлемы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока.

Кто открыл закон Кулона

Ну что за вопрос: «Кто открыл закон Кулона?» Естественно, Кулон[65], а то с чего бы этот закон носит его имя. Но все не так просто. Попробуем разобраться.

Закон Кулона знает теперь, наверное, любой школьник. Но вряд ли многим известно, какое искусство и наблюдательность пришлось проявить исследователю. Кулон с помощью изобретенных им крутильных весов измерял силу взаимодействия между электрическими зарядами. О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, можно судить хотя бы по следующему факту: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так чувствительно реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от слабейших воздушных потоков, но даже и от приближения глаза наблюдателя (на стрелке и на теле человека всегда могут оказаться электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на силах взаимодействия).

Кулон установил, во-первых, что сила взаимодействия между точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если заряды разноименные. Во-вторых, Кулон ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине. Закон Кулона является фундаментальным законом природы; он хотя прост по форме, но глубок по содержанию. Для истории физики его эксперименты с крутильными весами имели важнейшее значение еще и потому, что они дали в руки ученых метод определения единицы электрического заряда через величины, использовавшиеся в механике: силу и расстояние, что позволило проводить количественные исследования электрических явлений.

Но вот почти сто лет спустя после работ Кулона, в 1877 году, Максвелл напечатал статью о неопубликованных работах Генри Кавендиша[66] в области электричества. Максвеллу как первому директору Кавендишской лаборатории в Кембридже, построенной на средства потомков Кавендиша, был предоставлен архив Генри Кавендиша. В этом архиве он обнаружил совершенно готовую к публикации рукопись работы Кавендиша, экспериментально доказывающую тот же закон, что и открытый Кулоном. Экспериментальные доказательства в опыте Кавендиша существенно отличались от опыта Кулона, метод был более прост и доказательства более точны, чем у Кулона. В своих работах Кавендиш исходил из того, что на полом металлическом проводнике только тогда весь электрический заряд может распределиться на наружной поверхности, когда эти заряды отталкиваются друг от друга по закону квадрата расстояния.

Даты на рукописи Кавендиша не было, но Максвелл отнес ее, во всяком случае, к годам не позднее 1775 года — следовательно, по крайней мере на десять лет раньше открытия закона Кулоном. Как могло случиться, что работа Кавендиша оставалась в продолжение ста лет никому не известной? Естественно задать вопрос: как могло произойти, что такой крупный ученый, как Кавендиш, которого многие называли «Ньютоном современной химии», мог пренебречь опубликованием работы по электричеству, которую он, конечно, не мог не считать фундаментальной? Вряд ли история когда-либо найдет ответ на этот вопрос, но самое вероятное, что Кавендиш просто позабыл направить ее в печать. Это объяснение сперва кажется невероятным, так как, казалось бы, его товарищи, ученые, должны были знать об этих работах и напомнить ему о них. Но здесь вскрывается особенность характера Кавендиша. Генри Кавендиш был английским лордом и занимался физикой и химией в качестве «хобби», как сказали бы теперь.