|
Хотя интеллектуальные достижения Фарадея признаны неоспоримыми, а без его наследия невозможно понять последующую научную революцию в физике, ученый никогда не забывал о своем простом происхождении.
Поэтому одной из его главных целей была популяризация науки, особенно среди детей.
Несмотря на приближавшийся закат карьеры Фарадея, первые лучи теоретических и практических следствий его открытий уже загорелись, и это предвещало великие научные открытия в физике, связанные с такими именами, как Эйнштейн, Гейзенберг и Шрёдингер.
Между тем Фарадей решил уйти просто и скромно, как истинный сандеманианец. Он даже умер, сидя в своем любимом кресле, и был погребен в простой могиле, без причудливых узоров и орнаментов на надгробии. Она выглядит так, как и должна выглядеть могила сына кузнеца — бедного, не получившего академического образования, по милости судьбы достигшего высоких должностей в самом главном научном учреждении Англии.
ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ
Фарадей становился все более уверенным в том, что все физические явления в мире связаны между собой. Эта мысль даже привела его к неудавшейся попытке в 1849 году установить связь между электромагнитными силами и ньютоновой гравитацией.
В конце концов он прекратил поиски в этой области, а эстафета оказалась в руках Эйнштейна, который обобщил результаты своих — также неудачных — поисков в так называемой единой теории поля. Фарадей и Эйнштейн умерли, будучи полностью убежденными в своей правоте. Фарадей в очерке *0 возможной связи между гравитацией и электричеством » писал:
«В течение долгого времени я был твердо убежден в том, что силы природы взаимозависимы — из-за их единого происхождения или из-за того, что они являются проявлением одной фундаментальной силы. Эта убежденность часто заставляла меня думать о возможности установить при помощи экспериментов связь, объединяющую гравитацию и электричество. Таким образом, гравитация оказалась бы включенной в группу, и образовалась бы цепочка, объединяющая магнетизм, химические силы, теплоту и другие проявления силы, с помощью взаимных соотношений».
В 1851 году ученый начал рассматривать физическое существование линий силы, догадки о которых он опубликовал впервые в 1831 году. Тогда в отчете он развивал свою концепцию на основе эксперимента, при котором железные опилки, рассыпанные на листе бумаги, расположенном на намагниченном бруске, начинали образовывать кривые, соединяющие полюса магнита.
Лекция «О связи золота (и других материалов) со светом», которую Фарадей прочитал в 1857 году, вдохновила ирландского физика Джона Тиндаля, который через два года после кончины Фарадея описал так называемый эффект Тиндаля, объясняющий голубой цвет неба.
Скоро после этой лекции Фарадей по причине преклонного возраста ушел с поста директора Королевского института, который занимал долгие 36 лет. Впервые в Англии человек, происходящий из низших слоев общества, занимал такой ответственный пост, до сих пор достававшийся людям с хорошим происхождением, для которых научный труд не был способом заработка.
* * * Эффект Тиндаля
Эффект Тиндаля проявляется, когда пучок света проходит через среду, содержащую мелкие взвешенные частицы, рассеивающие свет. Свет без рассеивания был бы виден только наблюдателю, находящемуся перед источником света. При столкновении с частицами свет отклоняется в разных направлениях, достигая наблюдателя, находящегося на некотором расстоянии от источника, и становясь видимым. Мы можем наблюдать эффект Тиндаля, когда, например, зажигаем фары машины в тумане или когда луч света попадает в комнату с большим количеством пыли, висящей в воздухе. Тиндаль, как и Фарадей, был лектором Королевского института и великим экспериментатором. А в 1859 году он открыл парниковый эффект, воссоздав в лабораторных условиях атмосферу Земли для точного расчета того, сколько солнечной энергии достигает нашей планеты и сколько ее излучается в пространство.
Пучок света сначала проходит через стакан воды без взвешенных частиц. Без рассеивании свет не виден стороннему наблюдателю. В следующем сосуде находится вода со взвешенными частицами, которые рассеивают свет, делая пучок света видимым. * * *
В 1858 году королева Виктория предоставила Фарадею в пожизненное пользование дом, в котором 12 марта 1862 года он провел свое последнее исследование — ученый искал экспериментальные доказательства рефракции солнечного луча под воздействием магнитного поля. Инструменты, имевшиеся в ту эпоху, не были достаточно совершенными, поэтому попытки Фарадея не дали результатов, хотя они и заинтересовали нидерландского физика Питера Зеемана (1865–1943). В1896 году Зееман обнаружил явление, которое искал Фарадей. За это открытие в 1902 году он получил Нобелевскую премию по физике. Таким образом, эффект расщепления спектральных линий источника света под воздействием сильного магнитного поля на разные компоненты, каждый из которых поляризован, известен сегодня как эффект Зеемана. В конце XIX века было известно, что вибрация электронов создает электромагнитное излучение, такое как свет, а также что электроны каждого атома испускают волны строго определенной частоты. То есть каждый атом испускает уникальную цветовую комбинацию, спектральные или цветовые линии являются подписью атомов.
Я принимаю их как почетные назначения, отказ от которых подразумевает оскорбление другой стороне.
Майкл Фарадей о полученных наградах и должностях
Королева Виктория была особенно щедра к Фарадею, хотя он никогда не пользовался этим обстоятельством. Для сандеманианцев с их религиозным кредо авторитет королевы не был так уж велик: например, в 1844 году Фарадей был исключен из состава старейшин сандеманианцев, так как отсутствовал на воскресной службе, и это несмотря на то что он предварительно принес извинения, поскольку должен был ужинать с Ее Величеством. Когда в 1850-х правительство Британии пожелало увидеть Фарадея в составе группы ученых, которые должны были разрабатывать токсичный газ для использования в качестве химического оружия в Крымской войне против России, Фарадей отказался, поскольку подобные исследования не согласовывались с его моральными убеждениями. Несмотря на отказ Фарадея от всех излишеств и скептицизм относительно ценности открытий, он получил не менее сотни наград и должностей от всех основных мировых держав.
Ученый работал в течение более чем 40 лет, оставил семь томов детальных лабораторных заметок, отказался от поста президента Королевского общества и даже отклонил предложение королевы посвятить его в рыцари. На самом деле для Фарадея не было большей награды, чем воплотить в жизнь свою мечту: стать натурфилософом и раскрыть тайны электричества. Именно за раскрытие одной из этих тайн, состоящей в том, что переменная магнитная сила создает электричество, он получил наибольшее признание. На первый взгляд простое открытие стало причиной появления генераторов и динамо-машин, способных изменить ход истории.
Но в 1867 году разум Фарадея начал погружаться во тьму, и 25 августа того же года он умер, сидя в любимом кресле. Ровно через шесть лет Джеймс Клерк Максвелл опубликовал полную теорию электромагнетизма, в которой предлагалось окончательное объяснение природы света. Книга была основана на теориях Фарадея о силовых линиях.
В одном из последних писем, отправленных швейцарскому коллеге Опосту де ля Риву, Фарадей писал о своем отношении к смерти:
«Я благодарен, как мне кажется, потому что после того, как мои способности ослабели и многие вещи в жизни стали неинтересны, мне остается надежда, которая превращает созерцание смерти в облегчение, смерть не страшит меня. Этот мир является даром Божьим, и так как Он дает его нам, чего же мы должны бояться? Его невиданный дар, его возлюбленный сын — это основа нашей надежды […]. Я счастлив и доволен».
Королева Виктория намеревалась организовать погребение Майкла Фарадея рядом с Исааком Ньютоном и другими великими деятелями в Вестминстерском аббатстве, но вновь дали о себе знать религиозные воззрения английского ученого, который оставил следующие распоряжения: «Скромные похороны, на которых должны присутствовать только мои родственники, самый простой надгробный памятник в самом обычном месте земли».
Рядом с могилой Исаака Ньютона в Вестминстерском аббатстве есть памятная табличка в честь Фарадея. Но его, как твердого в своей вере сандеманианца, похоронили согласно его пожеланию на сандеманианском участке кладбища Хайгейт в Лондоне.
ПРОСВЕТИТЕЛЬ
Одна из самых выдающихся граней таланта Фарадея выходит за пределы его научных исследований, хотя и дополняет их — мы говорим о работе просветителя. Фарадей не только был автором тысяч страниц с описанием опытов, которые может без труда прочесть любой неофит, так как в них нет математических уравнений и сложных объяснений, но также он прочел множество публичных лекций, чтобы приблизить людей к науке, и особенно много работал с детьми.
В 1825 году Фарадей начал читать Вечерние лекции по пятницам, в 1827-м — Рождественские лекции для юношества. Эти лекции имели большой успех и привлекли новых членов и подписчиков в Королевский институт, что помогло исправить пошатнувшееся финансовое положение этого учреждения. Слава Фарадея распространялась не только на научное сообщество, но и на простых любителей науки. Недаром даже такие крупные газеты, как «Таймс», часто печатали объявления о Вечерних лекциях по пятницам. Но самыми популярными были Рождественские лекции для юношества (Christmas Lectures), которые в середине XIX века собирали до 800 слушателей. Эти циклы лекций продолжались и после смерти Фарадея, и сегодня миллионы людей смотрят их по телевизору: ВВС транслирует их с 1966 года. Самый знаменитый цикл Рождественских лекций — без сомнения, «История свечи». Фарадей прочел ее в 1860 году, и это был последний из 17 циклов с 1827 года. «История свечи» была опубликована и переведена на многие языки. Причина необыкновенного успеха Фарадея в качестве лектора основывалась на том, что он не ограничивался сухим изложением научных знаний, а пытался сделать рассказ как можно более понятным для всех слушателей.
Могила Фарадея, оставившего указания о погребении на сандеманианском кладбище Хайгейт в Лондоне. 
Портрет Фарадея с женой Сарой, 1855 год. 
Литография Александра Блейкли, на которой Фарадей читает одну из своих Рождественских лекций для юношества в Королевском институте, 1856 год.
В начале лекции и с помощью серии хитроумных приемов, незаметных аудитории, нужно держать интерес, пока этого требует тема.
Майкл Фарадей о том, как оратор должен заинтересовать публику
Фарадей был твердо убежден, что наука должна выйти на улицы, а не замыкаться в лабораториях и консервативных учреждениях, поэтому он прилагал усилия для того, чтобы его выступления были как можно более привлекательными, в стиле современного телешоу. Для него были важны и правильная вентиляция лекционного зала, и расположение входов и выходов. Ученый говорил:
«Стол лектора не должен быть загроможден аппаратами: лучше когда эксперименты проводятся по ходу лекции […]. Качество, которое выделяет хорошего лектора, хоть и не является самым важным, — красноречие […]. Лектор должен быть спокоен и уверен, он не должен выглядеть взволнованным, испуганным, невнимательным, чрезвычайно сконцентрированным на рассматривании и описании своей темы. Его жесты не должны быть поспешными и резкими, а медленными, простыми и естественными, состоящими в основном в перемене положения тела для того, чтобы избежать впечатления зажатости или монотонности, неизбежной в противном случае. Поведение лектора должно подчеркивать уважение к аудитории, лектор никогда не должен забывать о присутствии слушателей. Никакие происшествия не должны менять его внешнего вида или поведения, за исключением ситуаций, которые мешают слушателям. Никогда по возможности нельзя поворачиваться к аудитории спиной; если все-таки приходится это делать, необходимо приложить все усилия, чтобы публика думала, что главная цель лектора состоит в ее обучении и развлечении».
Фарадей также настаивал, что лектор всегда должен составлять лекции письменно, но никогда не должен читать их, чтобы избежать монотонности. Он полагал, что в течение часа лекции можно изложить все свои идеи, и вспоминал некоторых излишне самоуверенных лекторов, которые теряли счет времени в длинных рассуждениях, выставляя напоказ свои огромные знания.
При всем этом Фарадей осознавал, что существует тонкая грань между слишком академичной лекцией и слишком научно-популярной, и требуется мастерство эквилибриста, чтобы не оказаться по ту или другую сторону этой грани: «Слишком научно-популярная лекция не может научить, но лекция, которая слишком многому учит, не может быть научно-популярной». Фарадею удалось достигнуть золотой середины и вернуть популярность Королевскому институту, который и сегодня развивается, сохраняя это направление: проводит занятия по математике и технологии, реализует проекты внеклассной деятельности, создает видеофильмы.
Среди европейских ученых, участвовавших в лекциях Королевского института в течение XIX века, можно назвать автора периодической системы элементов Дмитрия Менделеева (1834–1907), специалиста по органической химии Жана-Батиста Андре Дюма (1800–1884), личного друга Фарадея, автора книги «Историческое восхваление Майкла Фарадея» (Èloge historique de Michael Faraday, 1868) и знаменитого итальянского химика Станислао Канниццаро (1826–1910).
* * * Цвет мальвы: синтетический цвет, придуманный Фарадеем
Лекции Майкла Фарадея стали источником вдохновения для многих ученых и обычных людей. Один из необыкновенных случаев — история английского химика Уильяма Генри Перкина (1838–1907). В 1856 году он случайно смешал анилин с дихроматом калия — данная смесь, на первый взгляд, ничего не стоила. Однако Перкин внимательно посмотрел на пурпурную искорку смеси, добавил спирт и растворил им смесь, и получилось вещество пурпурного цвета, которое прекрасно окрашивало ткань. Перкин в 18-летнем возрасте оставил учебу и запатентовал свой продукт. Использовав все сбережения семьи, он создал красильную фабрику и начал производство своего анилинового пурпурного .
Во Франции новый краситель стал массово использоваться и получил название «мальва». Этот период в истории многие исследователи называют десятилетием мальвы, настолько популярным стал цвет. Было открыто множество предприятий по производству синтетических красок, стимулировавших параллельно развитие органической химии. Получив известность и разбогатев, Перкин прочел лекцию о красителях в Лондонском химическом обществе. В аудитории присутствовал и 70-летний Майкл Фарадей.
НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ
Глубокая духовность и способность к самообразованию подталкивали Фарадея к неутомимым поискам взаимосвязи между движением, магнетизмом и электричеством, как будто между частями Троицы — отдельными, но неразделимыми. Благодаря этой концепции природной симметрии Фарадей смог доказать, что возможно повернуть установленный порядок, пропустить электрический ток внутрь магнитного поля, чтобы создать движение, — так появился первый электрический двигатель, обеспечивающий сегодня движение как компьютерного диска, так и гигантского завода.
Вклад Фарадея стал решающим для развития физики, как было в случае с теорией электромагнитного поля, сформулированной Джеймсом Клерком Максвеллом, который понял, что открытые Фарадеем невидимые поля обладают сложной внутренней структурой, и ее можно разделить на два плана — электрический и магнетический. Для Максвелла каждая заряженная частица стала центром силового поля, распространявшегося наружу, как аура. Как правило, положительные и отрицательные заряды вокруг нас уравновешены, поэтому мы не замечаем никаких специфических эффектов. Максвелл достиг очень важных результатов, он смог подтвердить концепцию Фарадея, выкристаллизовавшуюся в лаборатории в подвале Королевского института.
О широте научных исследований Фарадея Уильямс сделал следующее резюме:
«Как Берцелиус, Фарадей был способным химиком-аналитиком; как Гей-Люссак и Дальтон, получил признание научного сообщества за работу с газами; как Эрстед и Ампер, стал создателем новой эпохи в изучении электромагнетизма; как Френель и Янг, внес фундаментальный вклад в теорию света; как Гемфри Дэви, был основателем электрохимии. Однако, в отличие от всех перечисленных личностей, он один одновременно работал во всех этих сферах».
Фарадей разработал полную описательную теорию электричества, открыв электромагнитную индукцию, позволившую создать первый трансформатор и первую динамо-машину. Более современные изобретения, такие как телефон, предусматривают непосредственное применение электромагнитной индукции. Радиотелефония, в свою очередь, происходит от осмысления электромагнитной теории Максвелла. Исследование Фарадеем электролиза заложило основы, на которых позже было выстроено здание электрохимической промышленности. Открытие бензола стало истоком для становления промышленности по производству синтетических красителей.
Наконец, его изучение взаимодействия света и магнетизма легло в основу исследований, из которых позднее выросли квантовая механика и теория относительности Альберта Эйнштейна. Идеи, привнесенные в науку Майклом Фарадеем, словно гигантские щупальца, тянулись ко всему новому и загадочному. Ученый никогда не ограничивал себя каким-то одним вопросом и занимался всеми загадками, попадавшимися ему на пути, каждодневно доказывая этим свою веру в Бога. Множество тайн, осмысленных Фарадеем, можно было бы объединить в одну общую тайну. Он на два века обогнал современных физиков, ставящих цель объединить все силы Вселенной.
* * * Фарад, единица измерения электрической емкости
Фарад (Ф) является единицей измерения электрической емкости в международной системе единиц (СИ) — в честь открытий, совершенных Майклом Фарадеем в области электромагнетизма. Электрическая емкость — свойство тел накапливать электрический заряд при определенной разности потенциалов, а также количество потенциальной электрической энергии, накопленной для заданной разности потенциалов. Типичным устройством для такого накопления энергии считается конденсатор . Таким образом, один фарад — это емкость конденсатора, между пластинами которого имеется разность потенциалов в 1 вольт (В), заряженного количеством электричества (электрическим зарядом) в один кулон (Кл). Такая емкость конденсатора, выраженная в фарадах, огромна, поэтому, как правило, используются кратные единицы: микрофарад (мФ) и пикофарад (пФ). Например, пикофарад — это одна миллионная миллионной фарада. Сфера диаметром 18 мм, расположенная в свободном пространстве, имела бы емкость в один пикофарад, при этом для того, чтобы проводящая сфера имела емкость в один фарад, ее диаметр должен быть 18 миллионов километров.
Средняя емкость
Так, в выражении С = Q/V, где С — емкость, измеряемая в фарадах, Q — накопленный электрический заряд в кулонах, V — разность потенциалов в вольтах, емкость всегда зависит от геометрии конденсатора, а также от диэлектрика, который помещается между двумя поверхностями конденсатора: чем больше электрическая константа материала диэлектрика, тем выше емкость. Нельзя пугать с фарадом старую величину электрического заряда, эквивалентную константе Фарадея и определяемую как количество электрического заряда на один моль (6,02214∙1023) электронов (равно 96 500 Кл).
* * *
В 1750-х годах в Великобритании проживало только восемь миллионов жителей, между тем как более утонченная и развитая Франция обладала 25-миллионным населением. Несмотря на это именно Великобритания в конце XVIII века пережила неслыханный расцвет науки, технологии и изобретательства. С некоторыми оговорками, феноменальная экспансия Великобритании между 1750 и 1850 годами, ставшая результатом механизации и внедрения новых технологий, имеет несомненные параллели с современной Силиконовой долиной — калифорнийской городской территорией, отличающейся высокой концентрацией высокотехнологичных предприятий. В Великобритании тогдашние Стив Джобс, Сергей Брин и Роберт Нойс представлены инженерами, учеными викторианской эпохи, запечатленными на групповом портрете «Люди науки в 1807–8» (Men of Science Living in 1807–8) в год, когда парламент отменил работорговлю, как будто бы они все собрались одновременно в библиотеке Королевского института.
На этом потрете можно увидеть Томаса Телфорда (инженера-строителя каналов), Джеймса Уатта (паровая машина), Джозефа Брама (гидравлический пресс), Эдмунда Картрайта (механический ткацкий станок), Гемфри Дэви (шахтерская лампа), Эдварда Дженнера (вакцина против оспы). В ряду этих исторических личностей выделяется человек, который не был ученым, обладал скромными знаниями по математике, происходил из низшего социального слоя, а также был набожным и преданным членом небольшой религиозной секты. Его нет на групповом портрете, потому что тогда он был еще слишком молод и должен был зарабатывать на хлеб своей семье. Но даже если бы его пригласили присоединиться к позирующим, вероятно, он вежливо отклонил бы это предложение, потому что его скромность и простота не позволяли ему трактовать свои достижения как нечто большее, чем промысел Божий.
Искра Фарадея осветила темный мир, сделав ученого, вероятно, величайшим экспериментатором XIX века, не говоря о его неустанной работе по просвещению и популяризации науки среди бедного класса. Он очень рано осознал, что наука — не башня из слоновой кости и создают ее не отдельные личности, а сотрудничество и взаимопонимание. Необыкновенный и единственный Майкл Фарадей, бесспорно, стал ослепительной искрой во мраке.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Berkwson, W., Las teorias de Ios campos de fuerza. Desde Faraday hasta Einstein, Madrid, Alianza, 1985.
Bodanis, D., El universe electrico, Barcelona, Planeta, 2006.
Brooks, M., Radicales libres, Barcelona, Ariel, 2012.
Bryson, B., En casa, Barcelona, RBA12012.
Cantor, G., Gooding, D., James, F., Faraday, Madrid, Alianza Editorial, 1991.
Carmona G. et al., Michael Faraday: Un genio de la ftsica experimental, Mexico D.F., Fondo de Cultura Economica, 1995.
Diaz-Hellin, J.A., Faraday, Elgran cambio de la ftsica, Madrid, Nivola, 2001.
Gamow, G., Biografta de la ftsica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.
Gribbin, J., Historia de la ciencia, 1543–2001, Barcelona, Critica, 2003.
Guillen, M., Cinco ecuaciones que cambiaron el mundo, Barcelona, De Bolsillo, 2008.
Pérez Izquierdo, A., Nuestra vida en el campo electromagnético, Cordoba, Almuzara, 2009.
Sánchez Ron, J.M., Eljardin de Newton, Barcelona, Critica, 2001. —: Elpoderde la ciencia, Barcelona, Critica, 2007.
VVAA, Historia de la ftsica en el sigjio xix, Madrid, Real Academia de las Ciencias exactas, fisicas у naturales, 1987.
Wood, R., Magnetismo, Aravaca, McGraw Hill, 1991.
* * * 
Достарыңызбен бөлісу: |
