Печи, грозы и катетеры

Даже когда Франклин был совсем молод, разумная любознательность и трепет перед законами вселенной, присущий эпохе Просвещения, влекли его к науке. Во время путешествия домой из Англии в возрасте двадцати лет он изучал дельфинов и высчитывал текущее местонахождение, анализируя лунные затмения, а в Филадельфии использовал свою газету, альманах, Хунту и Философское общество, чтобы обсуждать явления природы. Научные интересы, включая исследование Гольфстрима, метеорологию, геомагнетизм и искусственное охлаждение, сопутствовали ему всю жизнь.

Увлечение Франклина науками пришлось на 1740-е и достигло пика в последующие годы, после того как в 1748-м он отошел от дел. Он не получил ни академического образования, ни хорошей подготовки по основам математики, которые требовались, чтобы стать серьезным теоретиком. Из-за его стремления к так называемым научным развлечениям некоторые люди с пренебрежением называли его всего лишь «самоделкиным». Но при жизни он прославился как признанный ученый, а недавние теоретические исследования восстановили его место в научном пантеоне. Как утверждает гарвардский профессор Дадли Гершбах, «его работы по вопросам электричества были признаны направляющими научную революцию, как написанные Ньютоном в предшествующее столетие или Уотсоном и Криком — в нынешнее»[154].

В научных изысканиях Франклином руководили главным образом чистая любознательность и трепет перед открытиями. И в самом деле, озорное любопытство и явное удовольствие он испытывал и от электрических разрядов, на которых можно готовить индейку, и от времяпрепровождения в Ассамблее в качестве клерка, когда занимался составлением сложных «магических квадратов», где ряды, столбцы и диагонали цифр складывались в одну и ту же сумму.

В отличие от других случаев, на этот раз им не двигали материальные цели; он отказался патентовать свои знаменитые изобретения и с удовольствием бесплатно поделился находками. Помимо прочего, им руководил не один только практицизм. Франклин признал, что магические квадраты «невозможно применять с пользой», но зато его изначальный интерес к электричеству был вызван скорее увлеченностью, нежели стремлением к практическому результату.

Однако он всегда помнил о том, что его целью было сделать науку полезной. Поэтому жена Бедного Ричарда пыталась убедиться, что он со всеми своими старыми «дребезжащими штуковинами» наконец сделал нечто полезное. В общем, Франклин приступил к научным поискам, подогреваемый исключительно разумным любопытством, а затем искал практическое применение результатам.

Исследования Франклина, в результате которых было выяснено, что темные ткани лучше поглощают тепло в сравнении со светлыми, стали ярким примером такого подхода. Во время этих экспериментов (основываясь на теориях Исаака Ньютона и Роберта Бойля, он начал проводить их в 1730-х с коллегой из Хунты Джозефом Брейнтналлом) лоскуты ткани различных цветов раскладывали на снегу. Экспериментаторы определяли, насколько солнце нагревает каждый лоскут, измеряя количество растаявшего под ним снега. Позже, описывая результаты, Франклин обратился к более практичным соображениям, в частности о том, что «черная ткань не очень подходит для носки при жарком солнечном климате», а стены навеса для сушки фруктов должны красить в черный цвет. Озвучивая эти выводы, он сказал знаменитую фразу: «Какой смысл в философствованиях, которые не приносят никакой пользы»?[155]

Намного более значительный пример применения Франклином научных теорий на практике — изобретенная им в начале 1740-х открытая печь, которую можно было встраивать в камины, чтобы обеспечить максимальный обогрев, уменьшив количество дыма и топлива. Применив свои познания в конвекции и теплопередаче, Франклин предложил искусно сделанную (и, должно быть, слишком сложную) конструкцию.

Печь сконструирована таким образом, что дым от пламени вместе с теплом поднимался вверх, достигал там железной пластины, затем с помощью теплоотдачи спускался вниз по каналу, который проводился под стеной печи, и в итоге устремлялся вверх и выходил через дымоход. В процессе пламя нагревало внутреннюю металлическую камеру, которая проводила свежий прохладный воздух из подвала наверх. Там температура повышалась, после чего камера пропускала этот воздух наружу через вентиляционную решетку в комнате. Такова была концепция.

В 1744 году хороший знакомый Франклина и член Хунты, занимавшийся изготовлением металла для новой печи, также привлек двух своих братьев и нескольких друзей к продаже печей по всему северо-востоку. Рекламный проспект, написанный Франклином, изобиловал научными данными. В нем детально пояснялось, как теплый воздух расширяется, чтобы занять больше места, чем холодный, как он становится легче, как выделяется тепло, а дым уходит только вместе с воздухом. Затем Франклин включил хвалебный отзыв о новом дизайне и расхвалил изобретение, утверждая, что оно минимизирует холодные сквозняки и дым, таким образом снижая вероятность простуды с высокой температурой и кашлем. В соответствии с его рекламными высказываниями эта конструкция также должна была способствовать экономному расходу топлива.

Новые пенсильванские камины, как он называл их, были изначально довольно популярны. Стоили они пять фунтов, а газеты во всех колониях были заполнены хвалебными отзывами. «Нужно было назвать ее, из справедливости, равно как и из благодарности, печью мистера Франклина, — заявлял автор одного из писем в Boston Evening Post. — Я полагаю, любой, кто прочувствовал, насколько удобно и выгодно ее применение, разделит мое мнение, что автор этого замечательного изобретения достоин памятника в свою честь».

Губернатор Пенсильвании, бывший в числе энтузиастов, предложил Франклину запатентовать изобретение, что могло принести ему немалую прибыль. «Но я отклонил это предложение, — написал Франклин в автобиографии. — Поскольку мы пользуемся преимуществами, которые дают нам изобретения других людей, следует радоваться возможности послужить людям своими изобретениями и делать это радостно и безвозмездно». Это было великодушное и искреннее мнение.

Исчерпывающее исследование, проведенное одним ученым, показывает, что конструкция Франклина, в конечном счете, оказалась менее практичной и популярной, чем он надеялся. Только при условии очень высоких температур в дымоходе и нижних каналах конвекция оказывалась достаточной, чтобы удерживать дым за пределами комнаты. Это затрудняло начало работы. Продажи сокращались, производство остановилось уже через два десятка лет, а большинство моделей модифицировали уже их владельцы, ликвидируя черный канал и камеру. Всю оставшуюся жизнь Франклин улучшал свои конструкции дымохода и камина. Но то, что сегодня повсеместно известно под названием «печь Франклина», — намного более простое устройство по сравнению с первоначальным замыслом[156].

Франклин также соединил науку и практику, придумав первый мочевой катетер, использованный в Америке. Он стал видоизмененной версией европейского изобретения. Его брат Джон из Бостона страдал от мочевых камней и писал Франклину о своем желании достать гибкую трубку, которая помогла бы ему с мочеиспусканием. Франклин придумал конструкцию, но, вместо того чтобы просто описать ее, отправился к серебряных дел мастеру в Филадельфии и проследил за ее изготовлением. Трубка была достаточно тонкой, чтобы гнуться. Франклин добавил проволоку, которая вставлялась внутрь для придания жесткости на момент ввода. Позже, когда трубка достигала точки, в которой предстояло ее согнуть, можно было убирать проволоку. Помимо прочего, в его катетере имелся винтовой элемент, позволяющий вводить устройство с помощью поворотного движения. Франклин сделал катетер разборным, чтобы облегчить момент извлечения. «Для правильного пользования любыми новыми инструментами требуется опыт, и в связи с этим, возможно, придется сделать некоторые усовершенствования», — сказал Франклин брату.

Франклина также продолжало интересовать исследование природных явлений. Среди самых примечательных — его открытие штормов большого Восточного побережья, известных как норд-ост. Эти ветры дуют с северо-востока, по сути, продвигаясь в противоположном направлении от ветров, которые проделывают путь по побережью с юга. Вечером 21 октября 1743 года Франклин с нетерпением ожидал момента лунного затмения, которое должно было, по его сведениям, произойти в половине девятого. Однако суровый шторм разразился над Филадельфией, и небо затянуло тучами. На протяжении последующих нескольких недель он читал отчеты о том, какой ущерб шторм причинил территориям от Виргинии до Бостона. «Но что удивило меня, — позже сказал он своему другу Джареду Элиоту, — так это то, что в Бостонской газете я обнаружил сведения о наблюдениях за этим затмением». Франклин написал брату в Бостон. Тот подтвердил, что шторм разразился только часом позже после окончания затмения. Дальнейшее расследование, проведенное относительно временных рамок этого и других штормов вверх и вниз по побережью, привело к «весьма своеобразному заключению», как сказал Франклин Элиоту: «Хотя ветер и держит курс от северо-востока к юго-западу, тем не менее шторм движется с юго-запада на северо-восток». Далее он правильно предположил, что поднимающийся вверх воздух, нагретый на юге, создает систему низкого давления, которая обуславливала происхождение сильных северных ветров. Более чем через сто пятьдесят лет великий ученый Уильям Моррис Дэвис объявит: «С этого момента появилась наука прогнозирования погоды»[157].

В вышеописанный период внимание Франклина привлекали и десятки других научных феноменов. К примеру, в переписке с его другом Кедуолладером Колденом шла речь о кометах, циркуляции крови, потоотделении, инерции и вращении Земли. Но именно ловкий трюк 1743 года дал ему то, что, вне всяких сомнений, может считаться его самым значительным научным достижением.