151820 (Английский физик Майкл Фарадей)

I Вступление

Законы естествознания постулируются на основании наблюдаемых опытных фактов. Сначала идет процесс накопления знаний в определенной области. Эти результаты анализируются и делается некоторое предположение. Это предположение не выводится из других законов. Оно возникает само по себе на основании опыта. Сделанное умозаключение, сформулированное в виде математической формулы, становится частью гипотезы. Если последующие опыты подтверждают правильность этого предположения, оно становится законом.

Майкл Фарадей был знаменит при жизни и на многие десятилетия вперед предугадал развитие научной мысли. Он был настолько противоречивой фигурой, что ученики и последователи считали его гениальные открытия следствием недостаточного образования и не доверяли точности проведенных им экспериментом из-за "странностей" характера ученого. Возможно, в этом есть доля истины: идя в науке своим особым путем, в полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, Фарадей нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог видеть...

II. 1 Биография

Майкл Фарадей был знаменит при жизни и на многие десятилетия вперед предугадал развитие научной мысли. Он был настолько противоречивой фигурой, что ученики и последователи считали его гениальные открытия следствием недостаточного образования и не доверяли точности проведенных им экспериментом из-за "странностей" характера ученого. Возможно, в этом есть доля истины: идя в науке своим особым путем, в полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, Фарадей нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог видеть...

Родился Майкл Фарадей в Ньюингтон-Батсе (графство Суррей, Великобритания). Его семья была катастрофически бедна, однако родители предпочитали накапливать духовные блага, а не гоняться за материальным благосостоянием. Существуя почти исключительно за счет пособия для малоимущих (одна буханка хлеба в неделю на человека), и взрослые, и дети не пропускали ни одного воскресного богослужения в пресвитерианской общине. Все остальное время маленький Майкл был предоставлен самому себе и получал "образование" на кривых и узких улочках родного городка.

В 13 лет Фарадей переселился на булыжные мостовые Лондона. Первые деньги он заработал доставкой газет и книг, затем пошел в переплетчики. Переплетая один из томов Британской энциклопедии, любознательный юноша прочитал статью об электричестве. Этот момент перевернул всю его жизнь: Майкл стал искать любые сведения об этом явлении, пытался самостоятельно ставить опыты.

Охваченный горячим желанием приобщиться к науке, Фарадей пишет к ученому сэру Г. Дэви, и вскоре заменяет одного из лаборантов в его лаборатории. В 20 с небольшим лет Майкл становится личным ассистентом сэра Дэви и отправляется вместе со своим патроном в турне по Европе. К этому времени он самозабвенно занимается наукой, ставит все более сложные эксперименты, размышляет, читает, сводит знакомство с ведущими учеными и уделяет много времени самообразованию. При этом он остается тихим и скромным молодым человеком, исправно посещающим радения сандемианцев, одной из крайних пресвитерианских сект. В довершение всего в 1820 году Фарадей женится на дочери одного из служителей церкви.

В то же время в лаборатории Британского королевского института он делает попытку получить электрический ток без батарей, проводит бесчисленные эксперименты с магнитами, пытаясь найти объяснение явлению электричества. И вот в 1831 году это удается. Успех принес опыт, кажущийся сейчас тривиальным: вокруг металлического кольца обвивались два отдельных витка провода. По одному из них, соединенному с батареей, пропускался электрический ток. Идея заключалась в том, чтобы выяснить, не возникнет ли ток в "мертвом" проводе под воздействием "живого". Так было открыто явление магнитной индукции.

Гениальный самоучка, глубоко религиозный человек, верящий в единство "Бога живого" и живой природы, изобрел динамо-машину, впоследствии получившую название генератора постоянного тока. При этом на все деловые предложения (как тут не вспомнить его родителей!), сулившие большие деньги, Фарадей отвечал отказом и продолжал возиться с проводами и магнитами.

В 1833-1834 годах ученый установил законы электролиза. Рядом опытов он доказал, что электростатическая индукция зависит от среды. Он заменил проводящую жидкость в электролитической ванне непроводящей. Металлические пластины, опущенные в нее, образуют конденсатор. Оказалось, что емкость конденсатора изменяется в зависимости того, какая именно жидкость находится между пластинами. С емкостью конденсатора связана какая-то определенная деформация. Понятие деформации среды Фарадей положил в основу учения об электричестве.

Фарадей экспериментально показал, что в зависимости от среды меняется сила взаимодействия между зарядами. Аналогично взаимодействие магнитных полюсов зависит от среды. Доказывая, что полюсы магнитов действуют на любую среду, Фарадей подвешивал немагнитные материалы под полюсами сильных магнитов, причем некоторые из них располагались перпендикулярно оси магнита. Так был открыт пара- и диамагнетизм.

В 1846 году Фарадей установил связь между магнитными и оптическими явлениями, которая позже стала подтверждением электромагнитной теории света, развитой Джеймсом Максвеллом.

В жизни Фарадея по-прежнему царило триединство: наука, семья и церковь. Почти одновременно Оксфордский университет присудил ему докторскую степень, а члены общины избрали его одним из служителей-"пророков". С одинаковым успехом он читал воскресные проповеди (которые часто приходили послушать его коллеги) и научные лекции, на которые члены королевской семьи приводили своих детей.

К 1854 году относится такое высказывание Фарадея: "Я уверен, что истину об этой жизни не получить даже самым беспримерным проявлением человеческой мудрости. Она открывается не посредством собственного разума, а благодаря элементарной вере в данное нам свидетельство". Судя по тому, насколько совершенными и удивительными в своей простоте были его опыты, можно сказать, что Фарадей служил науке в прямом смысле верой и правдой.

В последние годы жизни по высочайшему указу королевы Виктории Фарадею отводится резиденция в величественном дворце Хэмптон-Корт близ Лондона. К моменту смерти в 1867 году его научные открытия получили признание девяноста семи академий наук (в том числе 8 декабря 1830 г. его приняли в почетные члены С.-Петербургской академии наук), он также был носителем целой коллекции научных титулов, однако не счел нужным получить хотя бы одно звание. В своих лучших традициях Фарадей отказался и от дворянского титула.

В 1938 в архивах Королевского общества был найден длинный узкий конверт, подписанный: "Новые воззрения, подлежащие хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества". Письмо было написано Майклом Фарадеем 12 марта 1832 года и содержало в себе суть открытия, сделанного Герцем спустя 55 лет после смерти Фарадея. Речь шла о существовании электромагнитных волн. Фарадей писал: "...Я хочу, передавая это письмо на хранение в Королевское общество, закрепить открытие за собой определенной датой и, таким образом, иметь право, в случае экспериментального подтверждения, объявить эту дату датой моего открытия. В настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов".

Только очень немногие люди столь значительно изменили облик мира, как это сделал Фарадей. Он был одним из величайших экспериментаторов и мыслителей мира, и среди всех его открытий ни одно не имело таких грандиозных последствий как сделанное им в 1831 году. На нем основаны те формы применения электричества, которые составляют мускулы и нервы нашей современной жизни.

1.1) Внук сепаратиста

Жизненный путь Майкла Фарадея начинался весьма скромно. Его отец был деревенским кузнецом. Сначала он жил на севере Англии, а затем переехал в Лондон в поисках заработка. Майкл был третьим ребенком в семье. Он рос в перенаселенной квартире, получил самое скудное образование и большую часть своего детства провел на улице.

Но несмотря на бедность, семья Фарадеев была счастливой семьей, поскольку у них была вера, игравшая в семье очень важную роль. Согласно деревенским записям, прадед Майкла был «каменщиком, черепичным кровельщиком и сепаратистом» (последнее слово означало, что прадед был членом независимой протестантской церкви). Его потомки также усердно и преданно посещали церковь. В юности Майкл ни разу не пропустил воскресное богослужение в церкви на Аллее св. Павла в Лондонском Сити, где маленькая община христиан твердо верила в Библию, как в непогрешимое Слово Божье.

1.2) Увлечение электричеством

Когда Майклу исполнилось тринадцать лет, он начал зарабатывать разноской газет и книг. Вышагивая по лондонским мостовым начала ХIХ столетия, одетый в обносившийся сюртук старшего брата, он решил стать книготорговцем и переплетчиком. Но когда он стал подмастерьем, в его жизнь пришло совершенно другое увлечение. Переплетая изношенный том Британской Энциклопедии, он буквально впитал его содержание, неоднократно перечитывая при этом статью об электричестве. В свободное время он пробовал повторить опыты, описанные в статье. «Когда я был учеником в книжной лавке, — вспоминал Фарадей, — я очень увлекся экспериментами. Так случилось, что один джентльмен, член Королевского Института, взял меня послушать лекции сэра Хамфри Дэви на Альбемарл стрит. Я сделал записи и позже переписал их в книжку. Желание уйти из торговли, которую я считал порочным и эгоистичным занятием, и посвятить себя служению науке, которая, как я представлял себе, делала своих последователей добрыми и свободными, заставило меня, наконец, сделать смелый и прямой шаг: написать письмо сэру Хамфри Дэви».

Ответ был уклончивым, но, тем не менее, не заставил себя долго ждать, потому что сэр Хамфри вскоре уволил своего лаборанта. Здесь он и вспомнил молодого человека по имени Фарадей, а также его письмо. Фарадей был зачислен штатным лаборантом в Королевский Институт.

1. 3) Кризис веры

Благодаря воспитанию Майкл верил, что люди, хотя и могут делать много хорошего, по своей сути порочны и грешны. Он верил в то объяснение, которое давала Библия, что род человеческий возмутился против своего Создателя и находится в разобщении с Ним. Фарадей верил в то, что люди могут примириться с Богом только тогда, когда просят у Него прощения и уверуют в Спасителя, Который заплатил за вину греха Своей смертью на кресте. Эти убеждения составляли основы его веры с самых юных лет. Но к тому времени, когда ему исполнилось двадцать два года, Фарадей мучился многими сомнениями. Находясь под обаянием сэра Хамфри Дэви, его сомнения переросли в открытое неверие. Он стал считать, что сэр Хамфри является живым доказательством того, что человек может быть добрым и великим без веры в Христа. Но Фарадею не пришлось слишком долго сомневаться в библейском учении об испорченности человеческой природы, так как чем ближе он знакомился с этим «идеальным» человеком, тем меньше ему хотелось быть на него похожим. В течение восемнадцати месяцев Фарадею пришлось сопровождать сэра Хамфри в турне по Европе в качестве ассистента.

Вернувшись домой, он все еще питал чувство уважения к сэру Хамфри как к человеку науки, но теперь личные качества его характера не вызывали у него восторга. Во время путешествия великий ученый вел себя очень несдержанно, проявлял тщеславие, нечестность и злость. Фарадей с радостью вернулся в родной семейный круг, а также посетил свою старую церковь, чтобы поучиться мудрости у простых прихожан.

По возвращении в Королевский Институт Фарадей решил продолжить свое научное образование. Шли годы, и передовые ученые начали понимать, что этот незаметный, молодой человек, работавший под покровительством Дэви, был не простым ассистентом. К тридцати годам он сделал много важных открытий (в том числе синтез бензола). Его авторитет быстро поднимался. Без сомнения, самой примечательной чертой Фарадея-ученого являлось то, что он был мыслителем. Он считал себя больше философом, чем просто химиком, и старался, прежде всего, объяснить суть, а не произвести эффект.

1. 4) «Ум с человеком в придачу»

Когда Фарадей просил руки Сарры Бернард, двадцатилетней дочери одного из церковных старейшин, она сказала ему, что смотрит с некоторым опасением на его «ум с человеком в придачу». Тем не менее, их брак оказался одним из самых счастливых союзов среди знаменитых супружеских пар. До самой его смерти, которая наступила спустя сорок семь лет после свадьбы, они были связаны узами редкого взаимопонимания, преданности и любви.

Через месяц после бракосочетания ученый открыто заявил о решении стать членом церкви. Он рассказал собравшимся братьям и сестрам о том, что получил от Господа прощение грехов через молитву покаяния, и посвятил Ему целиком всю жизнь. Еще с детства Фарадей посещал церковь, однако до тридцати лет, пока не преодолел бурную пору сомнений и не испытал на личном опыте реальность Христа, не решался присоединиться к церкви.

Через три года после брака Фарадей приступил к поискам получения электроэнергии без химических батарей. В то время электрический ток получали в лабораториях с помощью простейших устройств с трущимися пластинами, либо с помощью громоздких дорогостоящих химических батарей. И вот в 1831 году Фарадей сделал свое великое открытие. Он начал экспериментировать со стальным кольцом шести дюймов в диаметре, обмотанным двумя изолированными проводами. Он хотел проверить, будет ли влиять провод, подключенный к батарее, на другой провод, оставшийся свободным. Будет ли «живой» проводник производить электрический ток в «мертвом»?

Через десять дней непрерывного поиска он добился полного успеха и изобрел первую в мире действующую динамо-машину. Он нашел способ получения электричества без использования батарей, и таким образом, заложил основу современному веку электричества. Великий мыслитель заметил то, чего не замечали другие: он обратил внимание на пространство около магнита, и таким образом увидел возможность существования магнитного поля и силовых линий.

1846 году Фарадей пришел к пониманию природы света, намного опередив свое время. Позже его идеями воспользовался Джеймс Кларк Максвелл, а затем и Альберт Эйнштейн. Обладая гениальным предвидением, Фарадей писал: «Моя точка зрения, которую я высказываю со всей уверенностью, заключается в том, что световое излучение представляет собой разновидность высокочастотных колебаний силовых линий, связывающих частицы, а также материю, обладающую массой».

1.5) Ученый проповедник