Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости

ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВ Вся история магнита и магнетизма связана с тайнами. Ничем не примечательный с виду камень притягивал железо. Почему? Нельзя СКЗЗЗТЬ, ЧТОбЫ ЛЮДИ НЮ ПЫТЗЛИСЬ ОТВЕТИТЬ НЗ зтот 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. з., 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 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, 6 для объяснения которой оно и было придумано.

Вот что говорит римский поэт и философ Лукреций в своей знаменитой книге «О природе вещейъ: Прежде всего, из магнита должны семена выдел яться Множеством или же ток истекать, разбивая толчкам и 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 догадывались ни Лукреций, ни Платон, заметившиЙ спОсОбнОсть магнита не тОлькО притягивать железо, но и Отталкивать его. 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». Эти слова Эйнштейна из его автобиографии ярко описывают впечатление, производимое компасом на человека, впервые познакомившегося с его действием. Именно компас стал первым практическим применением магнита в деятельности человека.

За приоритет этого изобретения идет борьба не меньшая, чем за право считаться родиной Гомера. Одни считают местом рождения компаса Китай около 111 — 11 тысячелетия до н. э. По другим данным, компас — изобретение итальянцев или арабов, а в Китай он попал лишь в Х111 в. н. э. Так или иначе с Х11 в. компас известен в Европе. Догадка древних о существовании неизвестного «вещества», субстанции, ответственной за взаимодействие магнита с железом и называемой Диогеном «сухостью — влагой», а Лукрецием «семенами» или же «током», вовсе не безосновательна, и попытки их 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 всей (или, вернее, почти всей) 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 ПОЗКЗ НИЮМ. Бреши в «стене» метафизики были пробиты учеными, имена которых по сей день чтутся человечеством. Галилео Галилей одним из первых осознал необходимость экспериментальной проверки рассуждений и не только осознал, но и осуществил ее. До Галилея господствовало мнение древнегреческого философа Аристотеля — непререкаемого авторитета Средневековья, утверждавшего, что более тяжелые предметы падают на Землю быстрее.

Галилей прямыми наблюдениями установил, что скорость падения не зависит от массы, но пропорциональна одной и той же величине для тел разной массы. Менее известна деятельность английского ученого ХЧ! в.— Уильяма Гиль- берта (не путать со знаменитым математиком нашего столетия — Давидом Гильбертом!). 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 свойст- вах, а самое настоящее экспериментальное исследование. За триста лет до Гильберта Пьер Перегрин де Марикур уже проводил эксперименты с шарообразным магнитом, названным им тереллей. 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 Мари- кура: 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, вышедшей в 1600 г.

(есть перевод на русский язык: Гильберт В. О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле.— М.: Изд-во АН СССР, 1956). 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, Гиль- берт сам дает объяснение магнетизму, не вписывающееся в научные рамки: он, как и древние, полагал все же, что у магнита есть ...

10 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 !596 г., за семь лет до смерти Гиль- берта, погибшего во время чумной эпидемии, 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 магнит и железо, всетаки существует; разумеется, это не какие- нибудь капли или жидкость, субстанция имеет форму винтиков.

Эти винтики «провинчиваются» сквозь Землю, входя в один полюс и выходя 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 резьбу, по которой винтикам удобно двигаться.

Резьба эта земного происхождения: ведь все магниты добываются из недр Земли. Железо само по себе не является магнитом потому, что оно мягкое и прн 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 ХЧ11 в. н 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.