Книга На кого упало яблоко - Владимир Кессельман

Две тысячи лет назад древние греки знали и умели делать многое из того, что — пусть в измененном, усовершенствованном виде — служит и сегодня. Но физики, как науки в современном понимании, в античном мире еще не существовало, то есть экспериментальной физики как таковой в Древней Греции не было. А ученые того времени называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. И такое понимание термина «физика» сохранилось до конца XVII века. Многие взгляды того времени кажутся весьма наивными. «Настанет время, когда потомки наши будут удивляться, что мы не знали таких очевидных вещей», — писал Луций Анней Сенека. Но то, что узнали, просуществовало почти две тысячи лет. Можно утверждать, что европейская цивилизация уходит своими корнями в период Античности. А физика как наука оформилась лишь к началу семнадцатого века. Трудно найти столетие, которое бы дало столь крупное созвездие блестящих имен во всех областях человеческой культуры, как XVII век. То было время великих открытий Галилея, Кеплера, Ньютона, Лейбница, Гюйгенса в математике, астрономии и различных областях физики — замечательных достижений научной мысли, заложивших основы для последующего развития этих отраслей знания. Мы изучаем эти открытия в учебниках, но мало знаем о людях, совершивших эти открытия, и еще меньше об условиях, в которых они работали.

Как же работали физики, сделавшие удивительные открытия, в это время?

«Рабочее место» физиков в XVII–XIX ВЕКАХ

Ничего похожего на современные лаборатории в то время не было. В прошлом физик работал в одиночку. Приборы обычно покупались на собственные деньги или изготовлялись самими учеными. Нередко лабораториями служили частные комнаты. Опыты по разложению белого света Ньютон проделал в своей квартире в Кембридже. Физическим прибором ему служила призма, купленная на собственные деньги. И через сто пятьдесят лет в той же обстановке проводил свои оптические исследования Дж. Стокс.

Франклин для исследования атмосферного электричества соорудил в своем доме в Филадельфии железный изолированный стержень. Джоуль свои эксперименты по определению механического эквивалента теплоты проводил дома в Манчестере. Лабораторией Гей-Люссаку служило сырое полуподвальное помещение. Ученый, предохраняясь от сырости, работал в деревянных башмаках. Френель в селе Матье близ Канна, в доме матери, проводил исследования по дифракции с примитивными приборами и приспособлениями, сделанными для него сельским слесарем. Фуко экспериментировал в своем доме. Лаборатория, где работали Дэви, Фарадей и Тиндаль, открытая в 1803 году, как вспоминал Тиндаль, «плохо вентилировалась, плохо освещалась и была совершенно неподходящей для ежедневной многочасовой работы. Это, вероятно, наихудшая лаборатория во всем Лондоне». И эта лаборатория оставалась почти семьдесят лет в первоначальном состоянии.

Работа в таких условиях была сопряжена с опасностью для жизни и сказывалась на здоровье исследователей. Рихман и Ломоносов исследовали атмосферное электричество с «громовыми машинами», построенными каждым у себя на квартире. При попытке количественно оценить явление электризации при разряде молнии Рихман слишком близко наклонился к стержню своей «громовой машины». Он был поражен молнией в голову и упал мертвый, а находившийся тут же гравер Соколов был повален на пол.

Однажды во время опытов Дэви с неизвестными металлами произошло несчастье: расплавленный калий попал в воду, произошел взрыв, в результате которого Дэви жестоко пострадал. Неосторожность обернулась для него потерей правого глаза и глубокими шрамами на лице.

Сам Фарадей в своих исследованиях обходился мотками проволоки, кусками железа, магнитными стрелками. Он никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно проливавшаяся на пол, а затем испарявшаяся. Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея: «В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков…»[4] Конечно, такие лаборатории не служили целям обучения экспериментальному искусству, а могли лишь использоваться исследователями-одиночками. Упомянутые ученые, а также и такие, как Максвелл или Кельвин, не проходили какого-либо курса обучения практической физике. Его просто еще не было. В тогдашних университетах преподавание велось в классическом духе, основное внимание уделялось гуманитарным и математическим наукам, физике отводилось мало места.

Положение изменилось к середине XIX столетия, когда бурное развитие промышленности, машиностроения, химической промышленности, металлургии и горного дела, электротехники, теплотехники, строительство железных дорог, возникновение пароходства и воздухоплавания стимулировали развитие науки, новых форм ее организации. Все более усиливалась связь науки и техники. К этому времени значительно усложнилась физическая теория. Новые задачи, стоявшие перед физической наукой, требовали для своего решения все большего числа физиков. И с сороковых годов XIX столетия начинают создаваться физические лаборатории как новая форма организации коллективных методов исследования в физике. Первая физическая лаборатория была создана в Геттингенском университете В. Вебером. Вебер привлек студентов к подготовке лекционных опытов. Наиболее способным он предложил небольшие физические исследования. Позднее он ввел практические занятия для желающих. В лаборатории Вебера работали ученые из различных стран мира, в том числе и из России.

В новом Страсбургском университете, основанном в 1872 году, уже заранее было предусмотрено строительство физического института. Его директор, немецкий физик Кундт, создал очень удобный для обучения и исследования институт, который долго служил прототипом для многих институтов, аудиторий, лабораторий различных стран. Здесь под руководством Кундта была подготовлена плеяда тонких экспериментаторов, таких, как Рентген, Лебедев, Пашен, Рубенс, Винер, Голицын и др. Вслед за Страсбургским институтом в 1875 году создаются физические институты в Лейпциге, Мюнхене, Бонне, Бреслау, Фрайбурге и других городах. Вскоре каждый немецкий университет обзавелся хорошо оборудованной физической лабораторией. Создание лабораторий повлекло за собой развитие старых и основание новых мастерских физических приборов.

В 1846 году 22-летний Томсон занял пост профессора натурфилософии в университете Глазго. До 1870 года лабораторией Томсону и его студентам служили старые лекционные комнаты и заброшенный винный подвал, а после переезда университета в новое здание в 1870 году Томсону были предоставлены просторные помещения для экспериментальной работы.

В Оксфорде в 1867 году в небольшой комнате, выделенной университетом, профессор Клифтон начал обучение экспериментальной физике. В 1872 году вступила в строй спланированная Клифтоном Кларендонская лаборатория. Она послужила прототипом для многих лабораторий мира. Д. К. Максвелл посетил ее, когда планировал Кавендишскую лабораторию в Кембридже. В Кембридже обучение экспериментальному искусству начало проводиться с 1874 года в здании знаменитой Кавендишской лаборатории. Каведишская лаборатория была выстроена на частные средства и сыграла огромную роль в развитии физики. В 1868 году профессор Жамен открыл лабораторию в Сорбонне. Под руководством Жамена в лаборатории работало несколько русских и румынских физиков.