Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность

Примерно в это время окончился, наконец, срок учения Фарадея у переплетного мастера. Теперь он должен был получать за свой труд вознаграждение как взрослый рабочий. Это значительно улучшало положение Фарадея, давая ему недостававшие ранее средства для приобретения книг, на уплату за лекции и на приобретение материалов для производства опытов. Но зато в другом отношении положение Фарадея значительно ухудшилось. Дело в том, что его прежний хозяин не нуждался в оплачиваемом рабочем, и Фарадею пришлось искать новое место. Новый хозяин оказался грубым эксплуататором, до такой степени загружающим рабочих, что у Фарадея совсем не оставалось времени для научных занятий. Будущий ученый начинал понимать, что его мечты о научных занятиях не осуществятся, пока он не будет зарабатывать свой хлеб таким делом, которое оставляло бы ему достаточно свободного времени. И он начинает искать какое-либо другое занятие. Один из друзей нашел было ему место, хорошо оплачиваемое и оставлявшее значительный досуг, но оно оказалось неподходящим для Фарадея, так как требовалось знакомство с металлургией, о которой молодой физик имел только самое смутное понятие.

Все эти обстоятельства привели Фарадея к полному отчаянию. Он не видел никакого выхода из положения и думал, что он навсегда останется рабочим, вынужденным все свое время и весь свой труд тратить исключительно для добывания хлеба. Все мечты о научной деятельности разлетались как дым.

В это время тот самый член Королевского института, который привел Фарадея на лекции Дэви, Дансэ, посоветовал ему написать письмо знаменитому химику и послать, как доказательство серьезности своих стремлений, записки, составленные по лекциям Дэви. Последний отнесся к ученому переплетчику несколько высокомерно, но, тем не менее, принял в нем участие. До какой степени Дэви мало подозревал, что автор присланных к нему письма и рукописи заявит себя в будущем гениальным ученым, ясно видно из того, что он нашел в его первой работе только доказательство “усердия, памяти и внимания”. Даже познакомившись с Фарадеем лично, Дэви утешал его, рвавшегося изо всех сил из положения рабочего, тем, что обещал отдавать ему переплетать свои книги и порекомендовать в качестве переплетчика другим членам Королевского института. Очень может быть, что и от него Фарадей не получил бы никакой действительной поддержки, если бы одно обстоятельство не дало Дэви случая ознакомиться ближе с богато одаренной натурой Фарадея. Дэви в это время занимался опытами с хлористым азотом; при одном из опытов произошел взрыв, и осколки стекла поранили глаз Дэви. Рана не представляла никакой опасности, но лишала Дэви на некоторое время возможности писать и читать. Дэви пригласил к себе Фарадея в качестве чтеца и писца, которому он диктовал, и во время этих-то занятий из случайных разговоров Дэви понял, как щедро одарен Фарадей, а вместе с тем был поражен теми обширными познаниями, которые Фарадей успел приобрести, несмотря на неблагоприятные условия своей жизни. Под влиянием этого знакомства Дэви решил доставить Фарадею возможность заниматься наукою.

Роль главного администратора в Королевском институте в это время принадлежала некоему Пипису. К нему и обратился Дэви с просьбою устроить Фарадея при Королевском институте. Тот предложил очень оригинальный способ для этой цели: “Пусть моет посуду. Если он на что-нибудь годен, сейчас же примется за дело; если же откажется, значит, никуда не годится”. Дэви, однако, не решился предложить Фарадею должность служителя, перемывающего лабораторную посуду, – тем более, что скоро представилось нечто лучшее. Человек, занимавший место ассистента в химической лаборатории Королевского института, оставил эту должность, и Дэви порекомендовал администраторам института для замещения освободившегося места Фарадея как человека “добронравного, деятельного, здорового и толкового”. Таким-то образом Фарадей вошел в 1813 году в Королевский институт в скромной должности ассистента химической лаборатории да так и остался затем в этом институте до самой своей смерти.

Должность, которую занял Фарадей в Королевском институте, только немногим возвышалась над должностью служителя, моющего лабораторную посуду, каковую хотел предложить ему мистер Пипис. Он обязан был наблюдать за порядком в лаборатории, подавать Дэви все необходимые ему при опытах предметы, доставлять в аудиторию для публичных чтений все необходимые вещества и снаряды и затем снова водворять их на свое место. Вознаграждение по должности ассистента было очень скромное – около 30 рублей в месяц и квартира в здании института, состоявшая из двух комнат. Для Фарадея при его скромном образе жизни этого вознаграждения было, однако, вполне достаточно. Да нет сомнения, что он принял бы предложенную должность, если бы она была соединена и с гораздо меньшим вознаграждением, так как для него самым важным было то, что эта должность давала ему возможность проникнуть в самые недра святилища науки и принять пусть самое скромное участие в происходящих там священнодействиях.

Благодаря покровительству Дэви, директора химической лаборатории, Фарадей, помимо исполнения своих обязанностей, получил возможность начать занятия и чисто научного свойства. В первый же день своей службы он писал одному из друзей с величайшим восторгом о том, что он занимался в этот день извлечением сахара из красной репы и приготовлением сероуглерода. В следующие дни Фарадей с разрешения Дэви стал продолжать начатые последним опыты с соединением хлора и азота (опыты, которые Дэви оставил ввиду их опасности). Фарадей не боялся подвергнуться и опасности ради науки и довел опыты до конца, несмотря на то, что во время производства их произошло четыре сильных взрыва. При одном из взрывов серьезно ранило пальцы одной руки Фарадея, а глаза и вообще лицо его уцелели только благодаря тому, что он работал в стеклянной маске, в которую с силой врезались осколки стеклянной трубки.

Вместе с тем Фарадей широко воспользовался представившейся ему теперь возможностью слушать чтения, произносившиеся в Королевском институте как для публики, так и для членов этого учреждения, и буквально не пропускал ни одного чтения. Имея возможность теперь ближе ознакомиться с учеными, произносившими чтения, Фарадей начинал относиться к ним далеко не с прежним благоговением и даже решался критиковать их в письмах к друзьям. Но при этом скромность Фарадея заставляет его самого поставить вопрос: имеет ли он, “человек совершенно не способный к такому делу и вовсе не обладающий необходимыми для того данными, право порицать или хвалить других, одобрять одно или хулить другое, руководясь при этом своим личным взглядом, неосновательность которого он сам хорошо сознает”? На этот вопрос он отвечал следующим оригинальным образом: “При ближайшем рассмотрении поступок этот не кажется мне таким непростительным. Если я теперь не способен на это дело, то могу еще научиться; наблюдая над другими, мы сами легче научаемся. Если мы ничего не обсуждаем, мы никогда не научимся судить верно; гораздо лучше пользоваться своими умственными силами, чем зарывать эти способности, оставляя за собою печальную пустоту”. Слушая лекции тогдашних знаменитостей, Фарадей наблюдал различные привычки, странности, достоинства и недостатки, по мере того как они обнаруживаются во время чтения. “Я не оставлял, – пишет он, – без внимания свойства личностей и, когда чувствовал себя удовлетворенным, старался найти причину, вызвавшую во мне это чувство. Потом я наблюдал впечатление, производимое на слушателей лекциями, и старался объяснить себе, почему эти лекции иногда нравились, а иногда не нравились”. Подобные наблюдения и такое критическое отношение помогли Фарадею выработать для самого себя надлежащие приемы произнесения лекций, и он впоследствии славился как весьма искусный лектор.

Осенью того же 1813 года, в начале которого Фарадей поступил в Королевский институт, Дэви предложил ему сопровождать его в путешествии по разным странам Европы в качестве “помощника натуралиста”. Фарадей принял это предложение. Путешествие продолжалось до весны 1815 года. Для Фарадея путешествие это было не из приятных. Прожив до тех пор безвыездно в Лондоне, привыкнув видеть своих родных и знакомых ежедневно, он страшно тосковал в разлуке с ними. Вот в каких выражениях, достойных этого великого человека, писал он из путешествия о своих чувствах к родным: “Всякую свободную минуту я думаю о своих. Мои воспоминания об оставшихся дома составляют успокоительный и освежающий бальзам для моего сердца, и я не чувствую ни болезни, ни холода, ни усталости. Пусть люди, думающие иначе, считают эти чувства бесполезными, пустыми и жалкими; я не завидую их утонченным и неестественным чувствам. Они, свободные от этих оков и уз сердечных, могут смотреть на мир и смеяться над людьми более естественными и потому преданными еще этим чувствам. Что касается меня, то я назло современному воспитанию дорожу ими как лучшим украшением человеческой жизни”.

Было еще одно обстоятельство, которое делало путешествие очень неприятным для Фарадея, – это отношение к нему Дэви и в особенности его жены. Зная еще так недавно Фарадея учеником переплетного мастера, чета Дэви полагала, что с ним можно не церемониться, и, несмотря на то, что он принял участие в путешествии в качестве помощника Дэви по научным исследованиям, обратила его во что-то вроде камердинера и дворецкого. Дэви так же, как и Фарадей происходил из рабочего класса, но в 1812 году, то есть за год до путешествия, был пожалован английским королем в баронеты, и это обстоятельство сделало его и его жену высокомерными и способными пренебрежительно третировать “ассистента из переплетчиков”. Фарадею приходилось на каждом шагу отстаивать свое достоинство, что, конечно, не могло увеличить приятности путешествия. История эта настолько характерна и так живо рисует тяжелое и зависимое положение будущего великого ученого, составляющего ныне гордость родной страны, в начале его будущей карьеры, а вместе с тем так наглядно обрисовывает личность Фарадея, скромного, но исполненного благородной гордости, что мы приведем здесь отрывок из одного его письма, относящегося к тому времени.

“За несколько дней до нашего отъезда из Англии, – писал Фарадей в начале 1815 года, – камердинер сэра Дэви отказался ехать с ним, и в короткий промежуток времени мы не могли нанять другого слугу. Сэр Дэви сказал мне, что он наймет другого человека по приезде в Париж, но до того времени просит меня, хотя это ему очень неприятно, делать для него самое необходимое. Я согласился, но не без ропота. Однако ни в Париже, ни в Лионе, ни в Монпелье Дэви не мог найти себе слугу, точно так же как и в Генуе, Флоренции, Риме и остальной Италии. Наконец я подумал, что сэр Дэви вовсе не желает никого нанимать, и теперь мы находимся в таком же положении, в каком были, уезжая из Англии. Естественно, это сопряжено с лишними обязанностями, относительно которых мы не заключали никаких условий; обязанности эти неизбежны, если я желаю остаться при сэре Дэви. Правда, их немного; Дэви с детства привык сам себе прислуживать, что делает и теперь, поэтому на долю слуги остается мало работы; кроме того, зная, что прислуживанье доставляет мне неприятность, и не считая его для меня обязательным, Дэви по возможности старается устранять все для меня стеснительное. Не такова леди Дэви. Она любит показать свою власть и старалась вначале как можно более унизить меня. Это послужило причиной несогласий между нами, причем я нередко одерживал верх. Частые повторения несогласий сделали меня равнодушным к ним, а с другой стороны научили ее более деликатному обращению”.

Таково было положение будущего “царя физиков” во время этого путешествия. Неудивительно, что он не раз готов был бросить путешествие и возвратиться в Лондон, хотя это грозило ему обращением снова в положение переплетчика, так как попасть опять в Королевский институт, в случае потери расположения к нему Дэви, он едва ли мог рассчитывать. Его удерживали, однако, вовсе не соображения о том, что с ним будет в случае ссоры с Дэви, а то обстоятельство, что он видел в путешествии могучее средство самообразования. “По зрелом рассуждении, – писал он своему другу Абботу, – я решил ждать лучшего будущего и остаюсь здесь (т. е. при Дэви), побуждаемый единственно жаждою самообразования. Я научился понимать свое невежество, стыжусь своих разнообразных недостатков и желаю воспользоваться теперь случаем исправить их. Малые знания, приобретенные мною в языках, возбуждают во мне охоту основательнее изучить их, а немногие люди и обычаи, виденные мною, возбуждают желание ближе познакомиться с ними; кроме того, мне представляется прекрасный случай постоянно совершенствоваться в химии и других науках; это обстоятельство и побуждает меня сопутствовать сэру Гумфри Дэви до окончания путешествия”.

Во все время путешествия Фарадей вел дневник, в который заносил все впечатления и мысли. Дневник этот дает ясное понятие о том, как много узнал Фарадей во время путешествия. Как человек, никуда не выезжавший из большого города и не получивший даже сносного элементарного образования, Фарадей до путешествия отличался поразительным неведением относительно самых обыденных предметов, которое прекрасно уживалось с его уже тогда недюжинными познаниями по химии и физике. Это неведение курьезным образом выражается во многих местах дневника, в формах, которые порой способны привести читателя в искреннее удивление. Для примера укажем, что, приехав во Францию, Фарадей серьезно занес на первые страницы своего дневника открытие им странного животного, “похожего на гончую собаку”, которое оказалось… свиньею. В этом отношении путешествие было в высшей степени полезным для Фарадея, дав ему возможность ознакомиться с жизнью – обыкновенною жизнью, которой живут люди и природа. Польза, полученная в этом отношении от путешествия, тем более имела значение для него, что последующая жизнь, посвященная всецело лабораторным и кабинетным занятиям, почти не давала Фарадею случая соприкасаться непосредственно с жизнью. Таким образом, все, что знал Фарадей о жизни и ее потребностях, приобретено им преимущественно именно в это продолжительное путешествие.

Как видно из дневника, Фарадей относился в высшей степени внимательно ко всему, что ему встречалось на пути, и обо всем старался приобрести самые обстоятельные сведения. Уже при этом он обнаруживает необычайную способность рассматривать находящийся в пределах его внимания предмет со всех сторон и во всех возможных отношениях, – способность, которая позднее давала такую силу его исследованиям. Неудивительно, что, останавливая свое внимание на предметах самых обыденных, Фарадей черпал из ознакомления с ними множество самых разнообразных и в высшей степени ценных сведений. Таким образом, путешествие действительно принесло громадные услуги самообразованию Фарадея, и если он отправлялся из Лондона почти мальчиком, с самыми ребяческими и наивными понятиями о людях и вещах, то вернулся взрослым человеком с прочно установившимися взглядами. Это был уже не ученик переплетного дела, робко стучащийся в храм науки, а мыслитель, который сознавал, что он нисколько не хуже других, заседающих в храме, и имеет такое же право присутствовать в нем, как проникшие сюда ранее его.

Возвратившись в 1815 году в Англию, Фарадей был снова принят ассистентом химической лаборатории Королевского института. Теперь уже на него не смотрели как на человека, способного только на переноску с одного места на другое аппаратов и веществ. Теперь он принимал деятельное участие в подготовке лекций по химии и физике, а также в производстве разного рода анализов и других работ, выполнявшихся в химической лаборатории. Соответственно этому и содержание его было увеличено до 1000 рублей в год. Вместе с тем он начал и самостоятельные научные исследования, которые стали появляться в печати. Так, уже в 1816 году была напечатана в издававшемся Королевским институтом журнале “Quarterly Journal of Science” первая работа Фарадея о химическом анализе тосканской едкой извести. С 1816 по 1818 год Фарадей напечатал ряд мелких заметок и небольших мемуаров по химии. К 1818 году относится первая работа Фарадея по физике, посвященная исследованию поющего пламени. Вопрос об этом явлении был разработан перед тем известным физиком де ла Ривом, который и дал теорию явления. Фарадей на целом ряде опытов убедился в ошибочности объяснения данного явления, предложенного де ла Ривом, и установил собственную теорию, принятую и доселе в науке. Открытие ошибки в работе такого опытного исследователя, каким был де ла Рив, сразу подняло значение Фарадея в глазах присяжных ученых и заставило ожидать от него серьезных работ. Сам Фарадей получил большую уверенность в своих силах и стал с большею охотой отдавать в печать свои работы. С 1818 по 1820 год Фарадей продолжал печатать заметки и статьи по вопросам химии и физики. В это время его глубокое знание физики и химии было уже настолько очевидно, что в 1819 году ему было поручено редактирование журнала Королевского института. В 1820 году он напечатал мемуар “О двух новых соединениях хлора и углерода и о новом соединении йода, углерода и водорода”. Это уже настолько серьезная работа, что она была допущена к прочтению в заседании Королевского общества и удостоилась помещения в его журнале “Philosophical Transactions”.

Весь период с 1815 по 1820 год был, однако, для Фарадея лишь подготовительною школой. Он не столько работал самостоятельно, сколько учился и готовился к тем блестящим работам, которые начались после 1820 года и составили эпоху в истории физики и химии.

Занятия в лабораториях и на лекциях профессоров далеко не могли вполне поглотить всего Фарадея. Помня те громадные услуги, которые были оказаны его собственному развитию общедоступными лекциями и “Философским обществом” взаимного обучения, Фарадей употреблял немало времени и труда, чтобы теперь самому послужить этому делу. С января 1816 года он начал читать в “Философском обществе” популярный курс по физике и химии, названный им “Изложение свойств, присущих веществу, описание видов вещества и сведения о простых телах”. Таким образом, он прочитал ряд лекций об общих свойствах вещества, силе сцепления, химическом сродстве, излучении, кислороде, хлоре, йоде, фторе, водороде и азоте. В то же время он образовал небольшой кружок из лиц, стремящихся к самообразованию. Кружок этот существовал несколько лет. Собрания его происходили преимущественно на вышке, занимаемой Фарадеем в доме Королевского института. Члены кружка читали вместе, рассуждали по поводу прочитанного, представляли на общее обсуждение рефераты по разным вопросам и так далее. Они были связаны между собой дружескими чувствами, в собраниях их царила полная непринужденность, замечания и указания ошибок делались без всякого стеснения, и благодаря всему этому существование кружка было весьма благодетельно для всех его членов. Фарадей впоследствии вспоминал о собраниях молодежи, заседавшей на его вышке, с особенным удовольствием и приписывал им среди прочего улучшение своего слога, который в его первых работах был действительно очень тяжелым.

Период жизни Фарадея, которому посвящена настоящая глава, закончился женитьбою его на мисс Бернард. Ее семейство было давно и дружески знакомо с Фарадеями; оно принадлежало к той же секте “зандеманов”, в которой членами были Фарадей. Со своею невестой Фарадей был в наилучших отношениях еще с детства. Свадьба их состоялась 12 июня 1821 года. Бракосочетание совершилось без всякой пышности – соответственно характеру “зандеманства”, равно как и характеру самого Фарадея. Обычного в подобных случаях празднества не было, и многие из знакомых Фарадея, не будучи приглашены им присутствовать на торжестве, считали себя обиженными. В одном из писем, написанных перед своим браком, Фарадей говорит: “Происшествие одного дня не должно давать повода к беспокойству, шуму и тревоге. Внешним образом этот день пройдет подобно другим дням; достаточно того, что мы ожидаем и ищем веселья в сердце”.

Брак Фарадея был очень счастлив. Впоследствии Фарадей, переживший свою жену, писал о своей семейной жизни, выражаясь о себе в третьем лице, следующее: “12 июня 1821 года он женился; это обстоятельство более всякого другого содействовало его земному счастью и здоровью его ума. Союз этот продолжался 28 лет, ни в чем не изменившись, разве только взаимная привязанность с течением времени стала глубже и сильнее”. Немногие люди могут дать о себе подобную автобиографическую справку. Тиндаль, бывший в самых близких отношениях с Фарадеем, свидетельствует, что миссис Фарадей действительно заслуживала того отзыва, который дал о ней сам Фарадей…

Вскоре после брака Фарадей сделался главою общины “зандеманов”.

Материальное положение его к этому времени также было упрочено, так как его избрали смотрителем дома Королевского института, а затем директором химической лаборатории, с соответствующим содержанием. Вместе с тем это избрание давало ему теперь полную возможность работать для науки без всяких помех и стеснений.

Таким образом, жизнь Фарадея устроилась теперь крайне благоприятно во всех отношениях. Неудивительно, что с этого момента его могучий гений начал давать знать себя целым рядом первоклассных открытий.

ГЛАВА II. ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ

Значение важнейших работ Фарадея в области электричества. – Первые работы в области электромагнетизма; вращение магнитной стрелки вокруг проводника. – Сплав стали. – Открытие сжижения газов. – Влияние света на стекло. – Открытие бензина. – Работы над пределами испарения. – Фабрикация стекла. – Хромотроп. – Вибрирующие пластинки

Наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции. Строго говоря, важный отдел физики, трактующий о явлениях электромагнетизма и индукционного электричества, имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего, так как до него, можно сказать, человечество даже не подозревало о большей части явлений этого порядка. Услуга, оказанная Фарадеем человечеству открытием и исследованием электромагнитных явлений, принадлежит к числу тех неоценимых благодеяний, которыми мир обязан лишь немногим гениям. Помимо расширения человеческого знания, целую новую область которого создал Фарадей, он дал в руки человечеству неведомую дотоле силу, пользование которой уже и в настоящее время творит настоящие чудеса и расширяет могущество человека до пределов, о которых недавно и мечтать нельзя было, а в будущем обещает увеличить это могущество до бесконечности. Весь колоссальный прогресс современной электротехники покоится всецело на открытиях Фарадея в области электромагнетизма и индуктированного электричества.

Электрическая энергия известна человечеству в трех видах: 1) статическое электричество, известное более или менее всем, так как проявления его встречаются чаще всего: это электричество молнии, электричество, получаемое от трения стекла о кожу в электрических машинах, янтаря о сукно, смолистых веществ о мех или сукно, гуттаперчивого гребня о волосы и так далее; 2) динамическое электричество, получаемое от химического действия одних веществ на другие (гальванизм); 3) индукционное электричество, вызываемое действием электрических токов на замкнутые проводники. До Фарадея были известны только два первых вида проявления электрической энергии, и электричество до тех пор не могло играть значительной роли в технике, а стало быть, и в жизни человеческой, из-за особенностей статического электричества и гальванического тока. Приборы, при помощи которых добывается статическое электричество (со стеклянным кругом), дают энергию, обладающую значительным напряжением, но в малом количестве: даже обыкновенная “электрическая машина”, устраиваемая с учебными целями, в состоянии дать электрическую энергию такого сильного напряжения, что разряд машины может убить крупное животное, но вместе с тем этой энергии получается такое малое количество, что разряд заряженной с великим трудом машины продолжается лишь самое ничтожное мгновение. Очевидно, для практических целей электрическая энергия в такой форме не может иметь никакого значения. Гальванические приборы, основанные на химическом взаимодействии веществ, дают постоянный ток, но столь слабой силы, что для получения энергии такого же напряжения, какое дает обыкновенная электрическая машина со стеклянным диском, необходимо иметь десятки и даже сотни гальванических “пар”. Очевидно, что пользоваться гальваническими токами для практических целей и неудобно, и невыгодно, так как стоимость затрачиваемых веществ, химическое взаимодействие которых вызывает ток, значительно превышает стоимость получаемой работы. Третий вид проявления электрической энергии, открытый Фарадеем, электричество индукционное, отличается тем, что оно соединяет в себе достоинства двух первых видов – статического и гальванического электричества – и свободно от их недостатков. Индукционное электричество, обладая значительным напряжением, проявляется легко в значительных количествах; давая сильный удар, оно в то же время действует постоянно; давая, подобно статическому электричеству, длинные, молниеобразные искры, оно в то же время нагревает тела, раскаляет и расплавляет их; наконец, оно удобно поддается управлению, почему этот вид электрической энергии может, по желанию, проявляться в каких угодно количествах и какого угодно напряжения.