Ломоносов - Лебедев Евгений Николаевич - Страница 92

1

Одним из таких неизвестных чудес Натуры в 1750-е годы, несмотря на выдающиеся опыты и открытия, сделанные физиками к этому времени, продолжало оставаться атмосферное электричество. Ломоносов еще в предыдущее десятилетие заинтересовался этой проблемой. Тогдашний его интерес выразился прежде всего в том, что он начал постоянно «чинить электрические воздушные наблюдения», делая записи в своем журнале, размышляя над ними, штудируя соответствующую литературу. Наблюдения эти касались двух атмосферных явлений: гроз и северных сияний. Сколь сильно в ту пору волновало Ломоносова все связанное с атмосферным электричеством, свидетельствует его «Вечернее размышление» (1743), где он, еще не будучи готовым к изложению своих физических идей в форме диссертации или «специмена», высказал догадку о природе полярных сияний, которую впоследствии развил уже научно, ссылаясь при этом на свое стихотворение: «...ода моя о северном сиянии, которая сочинена 1743 года, а в 1747 году в Риторике напечатана, содержит мое давнейшее мнение, что северное сияние движением Ефира произведено быть может».

Впрочем, академические обстоятельства поначалу стимулировали его занятия в основном грозовым электричеством. В письме от 15 августа 1744 года Л. Эйлер известил Петербургскую Академию наук о том, что Берлинская Академия объявила конкурс на решение задачи о причинах электрических явлений. На ту пору петербургские ученые уже вели самостоятельную работу по этим проблемам. Наиболее активными были Ломоносов и Георг-Вильгельм Рихман (1711–1753), один из ломоносовских наставников по Академическому университету в 1736 году. Начиная с 26 апреля 1744 года Ломоносов вел регулярные записи своих наблюдений над грозами. В том же году занялся электричеством и Рихман. Письмо Л. Эйлера помогло им активизировать свои исследования, в конечном счете и объединить их.

Но не только общность научных интересов подтолкнула Рихмана к Ломоносову. Это произошло во многом еще и благодаря тому обособленному положению, которое занимал Рихман во внутриакадемической расстановке сил: не будучи русским, он и иностранцем не был.

Родился Рихман в лифляндском городе Пернове (ныне эстонский город Пярну), который всего лишь за несколько месяцев до того был взят войсками графа Б. П. Шереметева и присоединен к России. Первоначальное образование Рихман получил в Ревеле (ныне Таллинн), а затем «на собственном иждивении» обучался физике и математике в Германии — в университетах Галле и Йены. Впрочем, в 1735 году, не закончив ни того ни другого университетского курса, не удовлетворенный уровнем преподавания (вспомним конфликт Ломоносова с Генкелем!), он приезжает в Петербург и зачисляется студентом в Академию «для занятий физическими науками» под руководством профессора Крафта. Год спустя у Крафта начал учиться и Ломоносов, приехавший из Москвы: вполне вероятно, что они не однажды встречались в ту пору, но подружиться, конечно же, не могли, так как вскоре Ломоносов был направлен в Германию. В 1740 году Рихман становится адъюнктом, а еще через год — уже профессором физики. Работами по калориметрии, теплообмену и испарению жидкости он завоевал европейский авторитет. Им была выведена формула определения температуры смеси жидкостей («формула Рихмана»), и по сей день одна из основных в теплофизике. Он выполнил целый ряд важных экспериментов по теплоемкости и теплопроводности «твердых тел, окруженных воздухом» и показал, что «наибольшую способность удерживать теплоту имеют латунь и медь, затем идет железо, после чего олово и, наконец, свинец из всех исследованных... тел имеет наименьшую способность удерживать теплоту». Кроме того, Рихман изобрел несколько новых научных приборов: гидравлический испаритель для точного определения количества испаряемой воды, термометр для измерения среднесуточной температуры воздуха, барометр особой конструкции.

Когда Рихман и Ломоносов приступили к изучению электрических явлений, эта область физики была на пороге поистине революционных преобразований.

Вплоть до середины XVIII века европейские ученые имели дело лишь с «кабинетным» электричеством и, по существу, не прибавили ничего качественно нового к представлениям древних греков, открывших само явление электризации, наблюдая за способностью янтаря в результате трения притягивать к себе легкие тела. Впрочем, со временем в недрах неторопливых экспериментов стали вызревать ростки новых представлений об электричестве и на рубеже XVI–XVII веков начали пробиваться на поверхность.

В 1600 году была опубликована книга английского физика Вильяма Гильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земля», в которой на основе проведенных опытов был значительно расширен круг тел, поддающихся электризации при натирании (кроме янтаря, сюда вошли стекло, хрусталь, алмаз, сера и др.), было введено в связи с этим разделение всех физических тел на электрические и неэлектрические, а также была высказана догадка об электрических и магнитных полях. В 1672 году немецкий физик Отто фон Герике описал свои знаменитые опыты с «магдебургскими полушариями» в книге «Новые, так называемые магдебургские опыты, относящиеся к пустому пространству». Этот труд знаменовал собою начало в физике эры электростатических машин. Их прототип образца 1672 года выглядел так: «Желающий пусть возьмет сферический стеклянный сосуд величиной с детскую голову, наполнит его размельченной серой и расплавит ее; после охлаждения разобьет сосуд и вынет шар, который нужно хранить в сухом месте, а если желательно, то можно в шаре пробуравить отверстие, в которое вставить железный стержень, чтобы удобно было вращать шар вокруг него, как вокруг оси». Шар, вращаемый вокруг оси и натираемый ладонью, не только притягивал к себе пушинку, но и отталкивал ее от себя. Кроме того, он светился в темноте и потрескивал (явление, которое три четверти века спустя будет рассматриваться как аналог молнии и грома).

В начале XVIII века англичанин С. Грей открыл явление электропроводимости. В 1733–1737 годах француз Ш. Ф. Дюфе проводил опыты, позволившие ему сделать вывод о неоднородности электричества. Ученый выделял две его разновидности: «Первое электричество получается при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти животных и др.; второе при натирании смолы, янтаря, копаловой камеди». Впоследствии электрический заряд, получаемый в первом случае («стеклянный», по терминологии Дюфе), стал называться положительным, а во втором («смоляной») — отрицательным.

Однако ж все эти исследования носили лабораторный характер и прямо не затрагивали проблем, связанных о электричеством атмосферным. Между тем в глубокой древности люди чисто эмпирически, не предпринимая каких-либо попыток научно объяснить грозовые явления, пришли к пониманию природы этих явлений. В Древнем Египте, как показали раскопки, было известно, что от молний можно защититься высокими столбами, покрытыми листовым металлом и заостренными вверху. Иосиф Флавий свидетельствовал, что храм Соломона в Иерусалиме был снабжен медными водосточными трубами, уходящими в подземные резервуары (за тысячу лет не было ни одного разрушения, вызванного молнией). Плиний Старший в «Естественной истории» поведал о том, что в старину люди защищались от молний посредством высоких металлических столбов, врытых в землю (возможно, в этом предании содержался глухой отзвук молвы об изобретенных египтянами мерах защиты от молнии).

В начале XVIII века мысль о сродстве свечения и треска во время электрических экспериментов с молнией и громом во время гроз все настойчивее овладевала умами ученых. В 1716 году разрозненные догадки в этом направлении поддержал своим авторитетом великий Ньютон. Но были и противники подобного взгляда на природу грозовых явлений, и среди них такой крупный физик, как голландец Питер Мушенбрек, изобретатель прообраза современных электрических конденсаторов — так называемой «лейденской банки». В 1748 году он попытался разбить оппонентов следующими здравомысленными доводами: «Весь удар молнии вибрирует в воздухе, образуя змеевидные линии, а прохождение электричества осуществляется через пустоту и никогда не происходит через воздух... Молния мгновенно расплавляет и пробивает металлы, электричество же не способно расплавить тончайшие листы меди, золота или серебра; молния в воздухе с треском разряжается одна, без наличия какого-либо тела, электричество же, как замечено, одно в воздухе никогда не производило треска».