Вольта.

Ранние приключения электричества.

В XX веке электромагнетизм девятым валом обрушится на естествознание, технику и медицину, а в годы Вольты эта наука еще лежала в пеленках. В истории электричества только начинался всего лишь третий этап развития.

Начало этапа первого, созерцательного, можно отнести к VI веку до н. э., когда легендарный купец Фалес (624–547) узнал, что к янтарному веретену пряхи льнут соломинки и пылинки. Столь осмысленное притяжение явно вызывалось чем-то из янтаря исходящим, что было естественно назвать душой. Строго говоря, вряд ли первым европейским электриком следует считать именно Фалеса, ибо он всего лишь выполнил функции «живого архива», передатчика знаний от предков к потомкам.

«Все полно демонов, — вещал Фалес, — надо всем царит необходимость», и вот железо потянулось к магниту водяными истечениями. Да, согласился Гилберт (1600), да, подтвердил Гегель (1800 г.: «Понятие души у Фалеса более приемлемо, чем сила, ибо сила как бы со стороны, а душа есть движение себя, одно и то же вместе с материей»).

Живым мостиком связал Фалес знания древних с новой наукой, и немного добавили потомки к древним кладам. Лишь через три века Теофраст приписал «янтарную душу» еще одному камню, линкуриону, и на этом первый этап учения об электричестве завершился.

Собственно, самого слова «электричество» еще не знали. Янтарь казался каменной разновидностью магнетита, довольно редкого минерала. По Аристотелю, Фалес говорил, что «магнетит имеет душу, ибо притягивает железо». Александр Афродисийский пояснял: «Эмпадокл говорит, что железо стремится к магниту вследствие истечений от них обоих…», а Платон как бы устами Сократа учил Иону распознавать «божественную силу… как в том камне, который Эврипид назвал магнезийским, а большинство называет гераклейским».

Вот и янтарь награждался душой магнитоподобной. Древние знали, что угорь может поразить солдата через копье, опущенное в воду (Плиний), что этот удар лечит от подагры (Диоскорид, Скрибоний), но никому и в голову не приходило, что янтарь и угорь порождают одно и то же. Электричество испокон веку жило рядом с человеком, сам человек и весь мир были полны электричеством, но кто ж мог знать об этом? Хваленые огненные стрелы Зевса — молнии, полыхающие на мачтах кораблей и пиках солдат огни святого Эльма, лучи света, да и все магнитное — всего лишь электричество, хотя и проявляющее себя в разных формах.

На первом этапе познания электричества оно еще покоилось в магнитном лоне, но вот полусонная регистрация случайно увиденного сменилась целенаправленной охотой. Электричество проклюнулось из недр магнитных, и родам помогал врач Гильберт, фигура легендарная, современник Галилея и Бэкона. Этап Фалеса уступил место этапу Гильберта, начавшемуся за два века до Вольты с некоего Фракасторо, поэта и философа. В своей книге «О симпатии и антипатии вещей» итальянский монах описал придуманный им приборчик — компас, но не с железной, а с серебряной стрелкой, которая неизменно поворачивалась к натертому янтарю, причем любым концом, бывшим к камню поближе.

С огромным успехом применил Фракасторов «почти компас» к «почти магнитным камням» Гильберт, медик английской королевы, ибо янтарные свойства обнаружились еще у десятков веществ, таких, как алмаз, берилл, сургуч, сапфир, стекло и сера, но жемчуг, мрамор, кость, металлы, как их ни три и как ни нагревай, не удалось наполнить силой притяжения.

Но дело даже не в раздутии списка. Янтарь был странным, но подобием магнита, теперь он стал главой у новых тел, которым дал особое название. По-гречески янтарь зовется «электрон», и тот же Гильберт отыскал четыре различия между магнитами и «электронами».

Но вот и парадокс истории: Фалес и Гильберт достигли столь многого, что становление ими электрических наук затмилось прочим. Их электрическое новаторство словно утонуло в волнах более эффектных открытий. Ведь Гильберт основал науку о магнетизме Земли, серьезно продвинул вперед знания о тяжести и огне. Оп намагнитил железный шар, и тот вел себя как глобус, как магнитная планета. Разве не гениально подобие маленькой и гигантской сфер, реализованное на практике?

…Электрический этап Гильберта продолжался еще чуть больше века, и его участниками стали Кабео, Доджби, Герике, Бойль, Ньютон и его лаборант Хоксби. Они освоили метод Гильберта, узнали чуть больше, осмыслили кое-какие частности. Но что же нового внесли в науку эти люди? Электрическое действие передается не только через воздух, но и пустоту (Бойль). Электризация не утяжеляет тела (Доджби). Трение стекла о ладонь «создает электрический пар, который, выскакивая из стекла, ударяет о палец столь сильно, что чувствуется удар» (Ньютон). Из заряженных тел выходят истечения (Хоксби).

Вот тут-то, на богатом опытном фундаменте, и начался третий этап познания электричества, когда электростатика (учение о неподвижных зарядах и их действиях) в основном завершилась, на что ушел еще один век. Как раз в это время родился Вольта, волею судьбы узнавший главных участников этого спектакля и сам активно присоединившийся к поискам электрических феноменов. Тогда 15-летний подросток еще не мог знать, что через сорок лет завершится тритий этап электрических наук, причем последний могучий аккорд, заодно открывающий новый путь в будущее, извлечет он сам.

К тому времени знания об электричестве настолько возросли, что можно было специализироваться во многих направлениях. Англичанин Грей, например, научился передавать электричество по бечевкам и металлическим нитям, изолируя их от опор шелком или волосом. Потом прославился француз Дюфе. Он все делал блестяще: до своей кончины в возрасте 41 года он успел позаведовать Ботаническим садом академии, который перешел к Бюффону в образцовом состоянии. Дюфе опроверг опытами убеждения многих, что электризация предмета зависит от его цвета. По примеру Грея он научился так электризовать людей, что из одежды сыпались искры, волосы вставали дыбом, а из пальца, приближаемого к носу, выскакивал столь мощный разряд, что присутствовавший при опыте аббат Нолле не на шутку перепугался. У Дюфе дети сидели на качелях и сыпали зерна голубям, а вместе с ними из рук лился искрящийся поток электричества. Даже Бозе, сам очарованный электрическими опытами, разразился упреком-двустишием: «Разрешено ль тебе, безумец, рисковать и с электричеством людей связать?».

Вечную славу Дюфе принесло открытие двух родов электричества — «стеклянного» и «смоляного». И до того о них знали, но впервые во всей своей обнаженности прозвучала простая истина: разнородные заряды притягиваются, однородные — отталкиваются. В нехитром этом факте кроются поразительные сюрпризы: «смоляной» заряд отгоняет такой же, стало быть, от одного к другому передается импульс, точь-в-точь как с брошенным камнем. Зато «стеклянный» заряд не оттолкнется от «смоляного», а притянется к нему! Камни-то из «смоляного» продолжают лететь, но теперь они уже не бьют, а притягивают? Множество чудес, на осознание которых понадобилось немало времени, завещал потомкам Дюфе.

Еще одно незаурядное свойство электричества Дюфе повторно открыл после Герике. К заряженному предмету нейтральные тела льнут, но, коснувшись, отлетают прочь. Сегодня мы объясняем явление двумя процессами: внутри тела заряды разделяются так, чтобы одноименные с предметом были подальше, а после касания предмет делится с телом своим зарядом. Во времена Вольты эти простые механизмы еще не были известны, их еще предстояло выяснить.

В те годы новые электрические сведения осмысливались, появлялись новые термины и новые инструменты. На смену стеклянным шарам пришли палочки, за ними диски, а натирали их уже не тканью, а кожаными подушечками. В университетах, дворцах и балаганах появился мощный конденсатор, изобретенный «на ощупь», без какого-либо понимания сути дела, и Нолле назвал его лейденской банкой по месту изобретения (впрочем, сначала банку, запасавшую электричество, придумали в Берлине).

В итальянских гостиных вошел в моду пикантный номер «дамы и чичисбеи». В полумраке появляется «ночная дива», она движется вдоль стены, волосы и платье чуть светятся, ибо она касается рукой провода. Вот появляется матрос-турок в шароварах и феске, он тоже светится ожиданием, однако его провод заряжен другим электричеством. Вот пара сблизилась, их одежды с хлопаньем рвутся друг к другу, разряд, и сценка гаснет под ахи зрителей.

Тогда же сам собой родился миф о чудо-лечении. Изобретатели лейденской банки Клейст и Мушунбрек первыми испытали удары зарядов, первый не захотел повторить ощущение даже за персидский престол, второй согласился страдать ради науки, а Нолле — тот даже попробовал убивать зарядами птичек. Поскольку в малых дозах и яд лечебен, за лейденские банки взялись медики. В 1744 году уже знакомый нам Кратценштейн из Галле разрядом излечил паралич пальца, потом Жильбер вдохнул жизнь в руку столяра, онемевшую от удара молотка. Публика застонала от ожиданий, все хотели бессмертия, на худой конец продления жизни.

Электрический бум пьянил, мир окрасился яркими красками и наполнился мажорными звуками. Вольта хотел, но не мог заняться всем сразу, однако про электротерапию он вскоре вспомнит, пытаясь замерить силу электрических ударов не телом, а неодушевленными предметами. Впрочем, кроме научных бурь, век просвещения добавлял вихри общежитейские. Свободомыслие, прожекты, либертинаж[7] — в молодости так кружится голова.

Загромыхали громы (то электрические, то политические) в заокеанской английской колонии, когда сначала Франклин потряс мир изобретением громоотвода, а потом колонисты вмешались в высшие материи, оспаривая божественное право короля стричь своих овец. Америка была так далеко, что смелые поселенцы возмутились запретами на производство железа, потом тканей и, наконец, на переселение на пустующие западные территории.

Эти волнения доходили до Комо слабыми газетными отголосками, а чуткий Вольта внимал им, хотя хорошо устроенная, прочная, но не очень богатая жизнь семьи текла своим чередом. К 18 годам юноша уже поучился в гимназии, что чувствовалось окружающими по высокой компетенции, манере говорить, изящному слогу и работоспособности, сменявшейся задумчивостью. Одним из плодов стала латинская рукопись с длинным названием «Трактат о чрезвычайно бурных ураганах, ночном мраке, светящихся кончиках алебард — Случай, записанный автором «Прекрасного африканца».

Юноша решился посвятить поэму знаменитости Парижа, аббату Нолле, доверенному лицу самого короля, великому демонстратору публичных электрических опытов, о которых говорила вся Европа: то содрогание разрядом цепи из 180 монахов, то убиение воробьев, то фейерверк искр из причесок и кринолинов придворных дам. Посылая поэму, Вольта приложил к ней свои рассуждения о лейденских банках, о необходимости разгадки свойств еще таинственной мерцающей электрической субстанции. «Что касается поэмы, — продолжал юноша свое письмо, — мне хотелось бы дополнить ее фактами из бумаг Цезаря и Тита Ливия, ибо они наблюдали свечения огней святого Эльма, про электрическую природу которых стало известно совсем недавно. Мне бы хотелось прочитать что-то новое об электрической основе разных небесных явлений, а кроме того, у меня есть некоторые соображения о сущности Смерти».

Трудно представить себе вельможу, который принял бы всерьез строки, продиктованные экзальтацией и свидетельствующие о намерениях, но не результатах. Вот почему пролетели четыре года, и Вольта еще писал в Париж через туринца-физика Беккариа, но хроники донесли до нас только письмо от Нолле, датированное уже 18 сентября 1767 года. «Будьте для меня, — писал парижанин, — пересылочной базой для книг на почтовом пути между Францией и Италией. На этот раз о том, что такое Смерть, не будем. На подобные темы не повредит поболтать потом, когда дела пойдут похуже. Пока же, слава богу, я еще здоров и совсем не дряхл, хотя и не так молод, как хотелось бы. Про Аврору, то есть утреннюю зарю, неплохо написал месье Раймонди, и притом достаточно сжато, чего Вы и желаете».

Эту книгу Вольта постарался достать, а заодно брошюру Мерана об истории изучения и физике северных сияний (Париж, 1733), где причиной явления называлось проникновение солнечной атмосферы в среды, окружающие земной шар. Того же мнения о северном сиянии, хвостах комет и зодиакальном свете держался Эйлер в трудах Берлинской академии (1746), но кое-кто из ученых уже начал догадываться о связи сияний с магнетизмом Земли.

Но пока следовало довести до конца переписку с Нолле, и Вольта решил открыть сокровенное: о возможной связи электричества и гравитации. Юноша еще не мог знать, что даже по форме законы Ньютона и Кулона тождественны, но он чувствовал, надеялся, предвидел и угадал: «Многого я еще недоделал, — писал Вольта о тождестве казавшихся разными явлений, — мне надо бы подумать про магниты». Циничный аббат отозвался. «Хорошо, любопытно, — одобрил он соображения мальчика, — но могут быть трудности с описанием явлений. Рекомендую работать и желаю успеха».

Намерения Вольты не удались, но насколько ж они смелы. Ведь гравитационное притяжение двух электронов в той же мере слабее их электрического расталкивания, как песчинка легче тысячи Солнц! Поистине Вольта безошибочно повернулся лицом к Главной Силе природы, руководствуясь лишь здоровой интуицией: магнитные силы, работающие в электрических моторах сегодня, много меньше электрических.

Вольта успешно вписался в поток искателей истины, он смело взялся за Ньютонову физику применительно к электрическим телам. Но он был так неопытен, еще так мало знал алчущий знаний юноша, удаленный от центров науки и мыслящих кругов! От замаха до удара далеко. Но и к Нолле (1700–1770) Вольта обратился не совсем по адресу и совсем не в то время. Во-первых, парижанин был всего лишь практиком, которому были никак не по зубам мировоззренческие проблемы. Во-вторых, как ученый Нолле как раз переживал личную драму. До 30-летнего возраста аббат был поглощен религиозными делами, затем выдвинулся чуть ли не в лидеры европейской науки и с 30 до 50 лет процветал, а оставшиеся ему 20 лет жизни залечивал раны, нанесенные его самолюбию светскими учеными, в первую очередь Франклином.

В науку Нолле буквально влетел вместе с духом свободомыслия как раз в тот год, когда секретарь Парижской академии Фонтенель так умно высмеял хрустальные небесные сферы в «Разговорах о множестве миров», которые якобы велись им с некой любознательной маркизой, причем ту же литературную форму не менее удачно повторно использовал через 30 лет Эйлер в «Письмах к одной немецкой принцессе», но уже не только о сферах, а о всех физических вопросах разом. Что касается Нолле, то он заявил о себе весьма весомыми сообщениями.

Особо эффектными показались светской публике опыты академика с электричеством. Нолле публично убил разрядом воробья; все желающие смогли понюхать «особенный запах» электричества (озон). У Нолле электричество стекало с заостренных поверхностей быстрее, чем с плоских. Всхожесть наэлектризованных семян горчицы увеличилась, а подсоединенные к электрической машине собаки мгновенно взмокали от пота. Нолле был всегда первым, даже в Венецию коренастый крепыш примчал мигом, услышав, что Пивати умудрился распылить душистое вещество из наглухо закупоренного сосуда, соединенного с кондуктором электромашины трения, однако сообщение не подтвердилось.

И тут привычный взлет сменился стремительным падением. Аббат принципиально ограничивал себя констатацией фактов, их опытной добычей и простейшим истолкованием. Никаких гипотез человеку предвидеть не дано, ибо божественное много выше людского разума! Вот типичное рассуждение Нолле: «Материя бесконечно делима только в мыслях, но не фактически, а потому и первое утверждение под вопросом».

С Нолле ситуация была тягостной. Франклин взялся за электричество позднее, только в 1746 году он перекупил у прогоревшего доктора Спэнса электрический кабинет, чтоб заняться любопытными опытами. Нолле уж ходил в «звездах», а тут какой-то самоучка из колонистов, 15-й ребенок из бедной семьи, в серии писем к Коллинзу в Лондон спокойно рассказал про электричество столь много «нового», что Европа переметнулась на его сторону! С острия электричество стекает легко, но ведь Нолле давно говорил про это! В опытах Франклина электричество текло по проволоке, воде, воздуху, но французы узнали об этом много раньше!

Причины коварной измены публики былому кумиру заключались в опале иезуитов и еще в том, что американских колонистов можно было освободить из-под власти извечных конкурентов-англичан. Даже король изменил своему верному академику, не желая натолкнуться на оппозицию среди придворных. Франклин легко подарил миру великую мысль о тождестве молнии и электрического разряда, предложив свести заряд из туч на землю по железному шесту. Напрасно Нолле издавал книги о вреде упрощения небесных тонкостей. «Вряд ли верно думать, — писал он, — что электричество бежит, как вода в трубе, а через острие выходит предпочтительнее. Наэлектризованное тело повсюду щетинится вытекающими лучами, и если его уподобить трубке, то вся она будет изрешечена маленькими дырочками».

Нолле протестовал. С тучами надо быть осторожнее, поучал он, публично обличая Франклина в новом двухтомнике «Письма об электричестве» (Париж, 1753). Заряд содержится вовсе не в стекле лейденской банки, совершенно справедливо предвидел Нолле, но эти тонкости могли подождать. Когда из банки сливается вода, заряд ее должен ослабнуть, но и это верное соображение было мелочью, к тому же спорной без тщательного эксперимента. В металлах электричеству удобнее, чем в воздухе, а потому оно не стремится покинуть своего убежища без принуждения — и эта разумная мысль требовала уточнения. Разве не трагедия, когда ты прав, но бесплоден, а другой не прав, но популярен и плодовит?

А невидимые словесные бои продолжались. Зачем сводить электричество на землю, взывали приверженцы Нолле, ведь удары молний убийственны?! Они рекомендовали отгонять электричество вместе с тучами! Но чем? — спрашивали франклинисты. Колокольным звоном? Однако он на тучи не действует; наоборот, высокие шпили словно притягивали молнии, которые изнуряли свои силы на церковных строениях, испепеляя звонарей и оплавляя колокола. Пальба из орудий? Еще Рихман успел проверить бесполезность сотрясений воздуха пушечными выстрелами. Молитвами? По католическому ритуалу колокола вот уж в продолжение тысячи лет освящали, надеясь на отгон туч ветром и отвращение огня небесного от заговоренных церквей. При вводе в строй храмов священники продолжали молиться, а молнии продолжали крушить колокольни, унося жизни служек.

Не могут ли помочь костры? Этим методом Вольта займется, когда будет постарше. Метод предков окажется хорош, но как угадать, где и когда разводить пламя, да и легко ль это сделать под дождем и ветром? Нет, совет Франклина был прост и легко выполним: коль отогнать молнию нечем, пусть она бьет в металлический шест, уходя по нему в землю. Да, страшный удар небес пройдет рядом с человеком, рядом, напугав, но не убив! Разве только повредив плохо устроенное заземление?

А надо ли заземлять шест? — полагал Вильсон из Лондона. Пусть он зарядится тучей, и одноименное электричество шеста оттолкнет тучу. Английского короля Георга III уверили в действенности именно таких незаземленных громоотводов с круглыми наконечниками, и он обязал своего лейб-медика, президента Королевского общества сэра Джона Прингла принять необходимые меры. «И по своему долгу, и по своим склонностям, — ответил дерзкий, — я по мере сил всегда буду исполнять желания его величества, но я не в состоянии ни изменить законов природы, ни изменить действия их сил». Понятно, что король пожелал почтить одного из американских бунтовщиков. Боль от недавней потери колонии была еще так свежа, но ученые лорды честно делали свое дело. В итоге Франклин получил золотую медаль Копли, взамен научив Прингла лечить электричеством паралитиков.

А Нолле? Все против него: колонисты, двор, английские агенты при французском дворе. Но он ожесточился, стоял насмерть, пытаясь отогнать нечестивцев от небесных чертогов. Против ученых разгорелась маленькая «контрреформация», и в 1769 году под ее ударами даже блистательный Бюффон по требованию богословов Сорбонны публично отрекся от идей, высказанных в томе 5 его «Естественной истории» относительно возникновения Земли и ее обитателей, поскольку эти идеи противоречили закону Моисея.

Упорство Нолле критиковалось многими. Из той же самой сутаны глядел уже не объективный ученый, а привередливый поп. Вот американец Колден публично подтвердил правоту Франклина. Его физические доводы не совсем справедливы, но свое дело сделали. Вот туринец Беккариа взял Франклинову сторону, укоряя француза за нетерпимость и слабость доводов, позже Кантон и Болтон в Англии признали правоту «посла колоний в метрополии». Партия Нолле — Франклин шла к концу, игра была сделана.

Свою драму Нолле не выставлял напоказ, только некоторые осколки от нее разлетались по городам и весям. Вольта был далек от тех мест, где гремели неслышные выстрелы и лились невидимые реки научной крови, до Вольты долетали слабые отзвуки сражений, по-молодости казавшиеся юноше безобидным звяканьем великаньих доспехов. Конечно, чуткое подсознание Вольты уж взвесило, что почем, и, быть может, уже продиктовало ему тот слабый заискивающий звук, который вкрадется в гордый, уверенный тон его письма. «Я позволю себе сослаться, — писал Вольта аббату, — на опубликованные Вами работы, из которых следует поразительное заключение: причины и феномены электризации тел логически проистекают из закона тяготения Ньютона. По этой причине, что естественно, изучение электрических явлений весьма затруднено. И все же, как я заметил, другие физики уже пытаются идти по пути этой аналогии, и тем самым они в состоянии обратить на свою пользу те идеи, которые заслуженно составляют вашу славу и честь».

Вольта уже мысленно вписался в научный поток, он жил наукой и ее страстями, он жаждал думать и познавать еще неведомое. Нет, ни в какие драки ему ввязываться не с руки, он будет сотрудничать со всяким, кто идет в ту же сторону, ибо «Nam sine doctrina vita est quasi mortis imago» («Без науки жизнь смерти подобна»). И все же отчего Вольта выбрал именно этот путь, а не другой? Ведь в юности так много светляков, что истину они туманят ложным светом…