Фарадей Майкл
Фарадей Майкл
(род. в 1791 г. – ум. в 1867 г.)
Выдающийся английский ученый, физик и химик, основоположник учения об электромагнитном поле, открывший электромагнитную индукцию – явление, которое легло в основу электротехники, а также законы электролиза, названные его именем.
Майкл Фарадей стал знаменитым при жизни. На многие десятилетия вперед он предугадал развитие научной мысли. Вместе с тем ученый был настолько противоречивой фигурой, что даже последователи считали его гениальные открытия следствием недостаточности образования и подчас сомневались в точности проведенных им экспериментов из-за «странностей» характера ученого. Фарадей, идя в науке своим особым путем, в полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог увидеть…
Фарадей прожил тихую, аскетическую жизнь ученого, который мог сказать: «Я никогда не имел ни студента, ни ученика, которые бы мне помогали, и я всегда готовил и делал свои опыты собственными руками, работая и думая в одно и то же время. Мне кажется, я не смог бы работать в компании или думать вслух, или объяснить мои мысли раньше времени». Он никогда не обсуждал свои идеи с кем бы то ни было, он публиковал их, зная что если они имеют ценность, то войдут в историю, если нет – будут забыты. Квартира при Королевском институте и лаборатория – вот все, что ему было нужно для жизни и счастья.
Будущий гениальный ученый родился на окраине Лондона 22 сентября 1791 г. в бедной, но дружной семье. Его отец, Джеймс Фарадей, был кузнецом, а мать – дочерью земледельца. Эта трудолюбивая, мудрая, хотя и необразованная женщина дожила до времени, когда ее сын добился успехов и признания, и по праву гордилась им. Все Фарадеи были людьми труда – скромными и честными. Они принадлежали к небольшой религиозной секте зандеманов, получившей свое название по имени ее главы Роберта Зандемана, и, таким образом, не были связаны с официальной англиканской церковью. Это в известной мере обуславливало независимость и самостоятельность их убеждений.
Когда маленький Майкл достиг школьного возраста, его отдали в начальную школу. Курс, пройденный ребенком, был очень узок и ограничивался только обучением чтению, письму и началам счета. Уже с 13 лет он начал работать разносчиком книг, а потом стал учеником переплетчика в магазине мистера Джорджа Рибо. Наниматель этот был весьма любопытный: из троих его рабочих один стал великим ученым-экспериментатором, другой – знаменитым комедиантом, а третий – преуспевающим профессиональным певцом. А ведь чтобы выучиться на переплетчика, в то время требовалось семь лет.
Все это время Фарадей упорно занимался самообразованием – прочитал всю доступную ему литературу по физике и химии, повторял в устроенной им домашней лаборатории опыты, описанные в книгах, с 1810 г. посещал по вечерам и воскресеньям частные лекции по физике и астрономии. Деньги (по шиллингу на оплату каждой лекции) он получал от брата Роберта. На этих занятиях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения, кроме того, он также старался овладеть приемами ораторского искусства.
Майкл целенаправленно формировал свою личность и развивал свои способности. В 1812 г. он начал слушать лекции по химии, с которыми в Королевском институте перед широкой публикой выступал сэр Хэмфри Дэви. Чтение подобных лекций крупнейшими английскими учеными было одним из источников доходов института. Дэви в то время уже завоевал мировую известность своими трудами по химии и электричеству. Но, как пошутил однажды Дэвис Гильберт, тогдашний президент Лондонского королевского общества, «из всех открытий, когда-либо сделанных Дэви, самым большим было открытие Майкла Фарадея».
По окончании ученичества, в октябре 1812 г., Майкл поступил в переплетную мастерскую французского иммигранта Де ля Роша. На этот раз с хозяином не повезло – он оказался настоящим самодуром, и юноша чувствовал себя на новом месте крайне неуютно. Пытаясь вырваться на волю, он обратился к Дэви, выразив желание заняться научной работой. Знаменитый химик скептически отнесся к решению сына кузнеца стать ученым и посоветовал ему не бросать выгодное переплетное дело. На замечание Майкла о возвышенных переживаниях людей науки сэр Хэмфри улыбнулся и заметил, что «опыт скоро рассеет его иллюзии».
Однако судьба была благосклонна к Фарадею. Через некоторое время при проведении химического опыта Дэви поранил глаз и ненадолго лишился возможности читать и писать. Тогда он вспомнил о недавнем разговоре и пригласил Майкла на временную должность личного секретаря. Во время совместной работы ученый поразился познаниями юноши и решил все же предоставить ему место в институте. В ответ на ходатайство сэра Хэмфри главный администратор института Пипис ответил: «Пусть он моет посуду. Если он чего-нибудь стоит, то начнет работать. Если же откажется, то значит, никуда не годится».
К счастью, мыть посуду Майклу не пришлось: освободилось место ассистента и Дэви рекомендовал его на эту должность. В начале 1813 г. молодой человек приступил к работе и с головой окунулся в исследовательскую деятельность: то он извлекал сахар из репы, то получал сероуглерод, о чем с восторгом писал своим друзьям. Но в основном Майкл помогал Дэви доводить до конца опасные опыты с соединениями хлора и азота. «Фарадей был смел и вместе осторожен, – писал о нем французский химик Жан Дюма. – Это был истый химик, ничего не боявшийся, но всегда бывший настороже».
С этого времени и начался творческий путь ученого-самоучки, который продолжался более 50 лет в стенах Королевского института, созданного в начале XIX в. Бенджамином Румфордом. Здесь Фарадей сформулировал основной закон электромагнитной индукции, открыл законы электролиза и дискретность электрического заряда, первым изучил свойства диэлектриков и формы газового разряда, открыл пара– и диамагнетизм и магнитную анизотропию, обнаружил вращение плоскости поляризации в магнитном поле, ввел в науку одно из основных физических понятий – понятие поля, создал технологию сжижения газов, сочетая одновременно низкие температуры и высокое давление, изобрел вольтметр, электродвигатель, трансформатор…
Вскоре Майклу пришлось прервать научные занятия: в октябре 1813 г. вместе с Дэви он отправился в длительное путешествие по Европе, которое заняло более полутора лет. В то время на континенте бушевали политические страсти. Англия находилась в состоянии войны с Францией, но для знаменитого химика император Наполеон сделал исключение: два англичанина спокойно путешествовали по охваченным войной городам Европы, ставили опыты, беседовали с единомышленниками. В письмах Фарадея того времени нет почти ничего, кроме личных переживаний, описания впечатлений от стран, ландшафтов и встреч с учеными.
Иностранцы по достоинству оценили скромность и талант начинающего химика. Ж. Дюма писал: «Фарадей навсегда оставил о себе память как о человеке необыкновенно симпатичном, чего не сумел снискать себе его повелитель: Дэви вызывал удивление, но любили Фарадея». Эта поездка ввела в большой мир и большую науку бывшего переплетчика, который до того ни разу не выбирался за пределы Лондона, и предоставила ему возможность приобрести «себе самых преданных друзей в Париже, в Женеве, в Монпелье». Вернувшись в Англию, в январе 1816 г. Фарадей сделал свой первый публичный доклад и в течение года еще 5 раз выступал по частным проблемам химии. В 1817 г. он опубликовал шесть, а в следующие два года – 37 статей и заметок.
В период с 1816 по 1821 г. Майкл в основном занимался химией и сделал в этой области несколько важных открытий, за что был вскоре избран членом Королевского общества. Но до этого он решил задачу «превращения магнетизма в электричество»: заставил двигаться рамку с током внутри подковообразного магнита, что фактически означало создание прототипа электромотора. Предположение, что проводник с током будет двигаться в магнитном поле, высказывалось Дэви и вице-президентом Королевского общества Уильямом Волластоном, который в то время был очень заметной фигурой в науке. Вскоре Фарадей самостоятельно открыл эффект вращения, который в действительности оказался совершенно не похожим на то, что ожидали увидеть маститые ученые. Волластон повел себя как джентльмен и не выдвинул никаких претензий, но Дэви был чрезвычайно недоволен. Этот трудный опыт в области человеческих отношений Фарадей переживал очень тяжело.
К этому же времени относится и другое важное событие в жизни технического смотрителя Королевского института Фарадея: «Среди воспоминаний и событий 1821 г. я выделяю одно, которое более чем все остальные послужило источником чести и счастья. Мы поженились 12 июня 1821 г.». Сарра Бернард, дочь лондонского ювелира, которую он знал еще девочкой, стала верным другом и спутницей Майкла. Они прожили вместе 45 лет. Друг семьи Фарадей, ученый Джон Тиндаль, писал: «Никогда, я думаю, не было более мужественной, более чистой и более постоянной любви…»
С 1821 по 1831 г. в дневниках Фарадея почти нет записей об электромагнитных проблемах, хотя он делал несколько безуспешных попыток вызвать ток с помощью магнитов. В это же время американский ученый Джозеф Генри в Нью-Йорке сконструировал мощные электромагниты, и вскоре было обнаружено явление изменения их полярности при быстром переключении питающих проводов. Используя новую технику и действуя чисто эмпирически, Фарадей смог 17 октября 1831 г. обнаружить явление электромагнитной индукции: возникновение в цепи электрического тока при изменении внешнего магнитного поля. Успех принес опыт, кажущийся сейчас тривиальным: вокруг металлического кольца обвивалось два отдельных витка провода. По одному из них, соединенному с батареей, пропускался электрический ток. Целью ученого было выяснить, не возникнет ли ток в «мертвом» проводе под воздействием «живого».
С прикладной точки зрения, Фарадей фактически построил модель первой динамо-машины, которая через столетие полностью изменит облик Земли. Но эта сторона вопроса абсолютно его не интересовала. В течение последующих 25 лет он целенаправленно изучал только две вещи: способ, каким электрические и магнитные силы передаются в пространстве, и связь между этими силами и материей. Начиная с первой серии «Экспериментальных исследований по электричеству», представленной Фарадеем Королевскому обществу в ноябре 1831 г., эта работа с перерывами продолжалась вплоть до 1855 г., когда появилась последняя, 30-я серия.
Хотя Фарадей и называл себя «скептиком относительно теорий», на самом деле в своих сериях «Экспериментальных исследований…» он постепенно выстраивал стройную теоретическую концепцию. К сожалению, она воспринималась большинством современников как чудачество великого экспериментатора. Взгляды Фарадея казались слишком наивными, несмотря на то что они вели его сквозь лабиринты разнородных фактов и помогали находить правильные варианты постановки опытов, приводящих к открытиям.
Через 20 лет Джеймс Максвелл первым счел нужным серьезно проанализировать теоретические высказывания Фарадея. Оказалось, что его формулировки просто и естественно переводятся на язык соответствующей математики.
В 1825 г. Майкл Фарадей был назначен директором лаборатории Королевского института, а спустя два года получил здесь же профессорскую кафедру.
В электромагнетизме Фарадей сделал три замечательных открытия, причем любого из них в отдельности было бы достаточно, чтобы его имя осталось в науке. Первое – уже упоминавшееся открытие электромагнитной индукции. Второе – открытие диамагнетизма, т. е. свойства всех без исключения веществ в природе приобретать во внешнем магнитном поле компоненту намагниченности против направления поля. До этого реакция на магнитное поле наблюдалась на протяжении сотен лет, но лишь у ограниченного числа веществ – парамагнетиков, которые относительно сильно намагничиваются по полю. Кстати, слова «парамагнетик», «диамагнетик», а также всевозможные производные от них были введены Фарадеем, который вообще уделял большое внимание адекватной терминологии (им были предложены термины «анод», «катод», «электрод», «электролит», «электромагнетизм», «положительное и отрицательное электричество» и т. д.). И наконец, третье открытие – вращение плоскости поляризации света в магнитном поле.
В каждом случае Фарадей устанавливал факт взаимодействия между сущностями, до того не связанными между собой. Нужно сказать, что ему сильно повезло. Ведь в своих экспериментах он действовал слепо, заранее не зная, на каком уровне, при каких интенсивностях полей можно ожидать появления новых эффектов. Более того, он не имел надежных представлений об их характере. В таких условиях открытия обычно делаются случайно и, в соответствии с законами вероятности, один раз в жизни. Но, как видно, к гению эти соображения не относятся. Теория вероятности – для обычных людей.
Удивительно, сколь оригинальны и просты были опыты, с помощью которых Фарадей обнаруживал фундаментальные факты. Например, использовался такой прибор: соленоид, плавающий в воде, и магнитные стрелки, наколотые на пробки, которые, свободно двигаясь на поверхности жидкости, вычерчивали направления линий магнитного поля. При этом пробки спокойно проплывали сквозь соленоид, наглядно демонстрируя непрерывность силовых линий.
Исследование Фарадеем природы магнитных линий – кроме всего прочего, еще и поразительный пример мужества и упорства. К 50 годам ученый стал страдать тяжелым недугом. При отменном физическом здоровье из-за переутомления он терял память. Болезнь прогрессировала, и в 1840 г. Фарадей был вынужден полностью прекратить научные исследования. Только спустя четыре года он снова смог приступить к работе. Ученый постепенно отказывался от различных обязанностей, которые уже не мог выполнять параллельно, он не скрывал и не стыдился своего недуга, а всячески пытался использовать для работы малейшую возможность.
В 1848 г. Фарадей открыл явление вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах вдоль линий напряженности магнитного поля (эффект Фарадея). Сам первооткрыватель (взволнованно написавший, что он «намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию») придавал этому открытию большое значение. И действительно, оно явилось первым указанием на существование связи между оптикой и электромагнетизмом. Убежденность в глубокой взаимосвязи электрических, магнитных, оптических и других физических и химических явлений стала основой всего научного миропонимания гениального ученого.
В 1855 г. болезнь вновь заставила Фарадея прервать работу. Он снова стал катастрофически терять память. Ему приходилось записывать в специальный журнал все, вплоть до того, куда и что он положил перед уходом из лаборатории, что он уже сделал и что собирался делать далее. Чтобы продолжать работать, он должен был отказаться от многого, в том числе и от посещения друзей. Последнее, от чего он отказался, были лекции для детей, которые он читал в Королевском институте с 1826 г. Одна из самых известных его лекций называлась «История свечи с точки зрения химии». Позже она была издана отдельной книгой и стала одним из первых научно-популярных изданий в мире.
Феномен личности Фарадея уникален, поскольку ученый мыслил точно, как математик, не владея формальным математическим аппаратом. Факты, которые он установил, стали фундаментом электромагнитной теории. Открытия Майкла Фарадея завоевали признание во всем научном мире, его именем были впоследствии названы законы, явления, единицы физических величин и т. д. (фарада, фарадей, число Фарадея, цилиндр Фарадея и др.).
Великий физик умирал в одиночестве. Детей у него не было, свою любимую жену и верную спутницу Сарру Бернард он уже похоронил, да и сам превратился в старика, который с трудом мог написать хотя бы строчку. Фарадей сознавал свою беспомощность и очень страдал от этого. Из дома он выходил все реже и реже. И не принимал никого, кроме своего ученика и преемника Д. Тиндаля. Но ученый знал точно: все в жизни, что он должен был сделать, он сделал. К 1867 г. его научные открытия получили признание 97 академий наук, он также был обладателем целой коллекции научных титулов, однако не счел нужным получить хотя бы одно ученое звание. Верный себе Фарадей отказался и от дворянского титула, произнеся при этом следующую фразу: «Благодарю. Но я хочу называться просто: Майкл Фарадей».
Гениальный ученый спокойно и тихо скончался 25 августа 1867 г., сидя за письменным столом в своем лондонском доме. Несмотря на то что у него уже не было сил для серьезных дел, светлое состояние души не оставляло его до конца. Еще в 1861 г. он писал другу: «Я благодарен, что в процессе того, как способности и другие вещи в этой жизни покидают меня, добрая надежда остается со мной. Это позволяет размышлять о смерти спокойно и без страха. Чего же бояться, если среди подарков Бога нам дан свыше еще этот мир в душе? Именно этот, невыразимый словами дар в Его излюбленном сыне, – есть основание для надежды, и в нем опора для тех, кто, как ты и я, влачится здесь, внизу к концу нашего жизненного пути».
Уже в XX в., в 1938 г., в Лондоне был найден документ со следующей надписью: «Новые воззрения, подлежащие хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества». Письмо было написано Майклом Фарадеем и содержало в себе суть открытия, сделанного Герцем спустя 55 лет после смерти великого английского ученого. 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».
Один из биографов гениального естествоиспытателя писал: «Мало людей, кто действительно вполне довольствуется мыслью, что потомки, а не современники должны судить о результатах конкретной жизни, ориентированной на научную работу. Фарадей был таким…»
Похороны великого ученого были незаметными, в соответствии с его желанием присутствовали только ближайшие родственники и друзья. На могиле Фарадея – простой камень. Но нация справедливо определила место его захоронения – Вестминстерское аббатство, рядом с могилами Ньютона и Максвелла.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.