Квинтэссенция. Книга первая

Экспериментальные исследования сил, возникающих между ними, обладающими электрическими зарядами или магнитными свойствами, привели к тому же. Эти силы тоже действуют по линиям, направленным между зарядами. Математика и в этом случае приводит к формулам, аналогичным закону тяготения.

Есть, конечно, и различие. Силы тяготения всегда являются силами притяжения. Электрические и магнитные силы могут привести как к притяжению, так и к отталкиванию.

Подтвердилась и особенность магнитных сил: магнитные полюсы невозможно изолировать. Они всегда присутствуют попарно.

Эти факты обнаружены при помощи опытов. В духе Ньютона они поддаются математическому описанию. Все силы действуют вдоль прямых, соединяющих источники силы.

Идиллию разрушил датский физик, профессор Копенгагенского университета Х. Эрстед. Среди других проблем его интересовал вопрос о связи между электрическими и магнитными силами. Существование такой связи предполагали самые первые исследователи электрических и магнитных взаимодействий.

Были и сомневающиеся. Кардан и Гильберт настойчиво искали доказательств того, что подобная связь отсутствует. Они не смогли найти этих доказательств. Напротив, Франклин сумел обнаружить, что железные предметы намагничиваются, если они расположены вблизи проводника, через который проходит электрический заряд от лейденской банки.

21 июня 1820 года Эрстед на четырех страницах описал простой опыт. Электрический ток, протекающий по прямому проводу, идущему вдоль меридиана, отклоняет магнитную стрелку, расположенную вблизи этого проводника, от ее обычного положения, от направления север-юг.

Так впервые была обнаружена новая сила, отличная от известных Ньютону, Кулону и всем остальным ученым того времени. Она действовала не вдоль линий, соединяющих взаимодействующие тела. Она поворачивала магнитную стрелку! Это была «поворачивающая сила».

Статья Эрстеда написана на языке научного общения того времени, на латыни. Но уже существовали и научные журналы на живых языках.

Переводы для них выполняли ученики. Открытие Эрстеда столь сильно отличалось от системы научных взглядов того времени, что переводчики, будучи не уверенными в том, что они правильно понимают Эрстеда, давая буквальный перевод, приводили и оригинальный латинский текст фраз автора, относящихся к «поворачивающей силе».

Удивление и интерес ученых, экспериментаторов и теоретиков быстро распространился и среди людей, далеких от науки. Все хотели увидеть действие таинственной силы, поворачивающей магнитную стрелку.

В том же году знакомый уже нам французский физик Араго обнаружил, что проводник, по которому проходит электрический ток, «облепливается железными опилками так, как если бы это был магнит». Он заключил, что электрический ток вызывает магнетизм в железе, не подвергавшемся предварительному намагничиванию.

В том же 1820 году в это детективное расследование включились французские ученые Ж. Б. Био и Ф. Савар. Био был физиком, а Савар — военным хирургом. Они начали измерения величины силы, с которой электрический ток действует на магнитную стрелку.

Они воспользовались разработанным Кулоном методом колебаний крутильного маятника. Основой их установки был вертикальный проводник и расположенная вблизи него магнитная стрелка. При включении электрического тока магнитная стрелка начинала колебаться. Они изменяли расстояние центра стрелки от проводника. Оказалось, что сила, действующая на стрелку, зависит от расстояния иначе, чем в законах Ньютона и Кулона. Величина силы уменьшалась обратно пропорционально величине расстояния, а не квадрату расстояния. Это казалось странным и непонятным ученым, привыкшим к тому, что сила взаимного притяжения двух тел и сила взаимодействия электрических зарядов во всех случаях была обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Необычная зависимость силы от расстояния заинтересовала знаменитого французского астронома, физика и математика П. С. Лапласа. Он был большим авторитетом в мире науки и его заинтересованность сама по себе говорила о важности проблемы. Обсуждая результат Био и Савара он показал, что странный вид зависимости силы от расстояния объясняется тем, что на магнитную стрелку действует длинный провод. Если мысленно разделить провод на короткие участки и вычислять зависимость силы, действующей на стрелку, от каждого участка, то в формулу войдет обратная пропорциональность квадрата расстояния этого участка от стрелки.

Вспомним, что в математическую формулу закона тяготения и закона Кулона входит квадрат расстояния только потому, что они записаны для точечных масс и зарядов. Они сохраняют свой простой вид только для тел сферической формы и только, если расстояния измеряются между центрами этих сфер. Для тел иной формы формулы усложняются. По-видимому Лаплас был первым, обратившим внимание на это обстоятельство.

Так началось широкое наступление на тайну, связывающую электричество с магнетизмом.