Только две вещи оставались странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?
На следующий день, 30 августа, новая серия экспериментов. Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.
Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.
23 сентября он пишет своему другу Р. Филиппсу:[11]
«Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы».
К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал!
Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место.
Легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз казалось — случайно. Нет, не может того быть! Разгадка где-то рядом. Но где?
Следующий эксперимент — 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу — к двум обмоткам: одной с током, другой — подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом — отсутствие стального кольца — сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее. (Тривиально и ясно для нас, уже знающих, в чем тут дело. Но для Фарадея роль железного сердечника ясна отнюдь не была.)
Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.
Эксперимент триумфальный— 17 октября.
Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.
«Я взял цилиндрический магнитный брусок?/4 дюйма в диаметре и 874 дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки?20 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался».
Секрет — в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!
«Это значит, что электрическая волна возникает только при движении[12] магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».
Идея оказалась плодотворной. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! «Электрическая волна» не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!
Здесь — путь к современным электрогенераторам. И поскольку Фарадей правильно оценил принцип действия нового устройства, оно было им быстро построено и испытано.
28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.
Кстати, говоря о том, что фарадеевский генератор вырабатывает электричество, мы никогда не задаемся вопросом: какое? Ответ для нас ясен — на свете есть лишь одно электричество, находящееся Обычно В самых различных формах. Это не было ясным во времена Фарадея, и вопрос «какое?» был вполне уместен.
* * *
Американский физик Джозеф Генри, единственный американец, которого в 20-х годах прошлого века увлекала проблема взаимоотношения электричества и магнетизма, оказалось, еще в 1830 году наблюдал явление электромагнитной индукции. Однако Генри не оспаривал приоритета Фарадея, руководствуясь мудрым и справедливым правилом: первооткрывателем считается тот, кто раньше обнародовал открытые им явления.
* * *
Фарадей сравнил действие различных «электричеств»: получаемого с помощью змея, «янтарного», от электрических рыб. Выяснилось, что все электричества идентичны по свойствам, но различны по количеству. Например, все они могут разлагать воду, только с различной скоростью. Вывод Фарадея о том, что электричество, каким бы путем оно ни было получено, едино по своей природе, — тоже один из важнейших в истории электричества.
Открытие Фарадея еще раз подтверждает остроумную мысль, некогда выраженную Исааком Ньютоном: «Природа проста и не роскошествует излишними причинами».
После «электромагнитной эпопеи» Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу — настолько была истощена нервная система непрестанными напряженными раздумьями.
Вообще Фарадей никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно, хотя и не намеренно, проливающаяся на пол, а затем испаряющаяся.
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…»
* * *
Вот как сообщила санкт-петербургская «Иллюстрированная газета» о смерти Фарадея в 1867 году:
«Лондон. Скончался знаменитый английский физик Фарадей. Он был сыном кузнеца, который определил его учеником к переплетчику. С 1813 года он стал препаратором лаборатории королевского института и любимым учеником и сотрудником химика Г. Дэви Фарадей считался самым проницательным теоретиком. Электричество было главной целью его изысканий. Медицина обязана ему открытием фарадизации, или способа лечения посредством гальванических токов».
Как видно из этой заметки, современники не оценили в полной мере основных заслуг Фарадея.
* * *
Когда, за несколько лет до смерти, Фарадею предложили квартиру в Хэмптон-Корте, его здоровье было уже сильно подорвано работой.
С годами он отказывался от всего, что могло бы помешать ему работать, от писем, от лекций, от встреч с друзьями.
Последняя лекция — на рождество 1860 года.
Сложил с себя обязанности профессора — октябрь 1861 года.
Последняя работа в лаборатории — 12 марта 1862 года.
Сложил с себя обязанности главы христианской общины в 1864 году.
Сложил с себя обязанности, связанные с электрическим освещением маяков, в 1865 году.
Последний раз интересовался электричеством — его восхитила громадная электрическая машина Хольтца — в 1865 году.
Силы его непрерывно слабели…
Он умер спокойно и без сожаления.
Прах его покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне, недалеко от места захоронения Карла Маркса, столь высоко оценившего революционность идей Фарадея.
В Вестминстерском аббатстве установлена мемориальная доска Фарадею,[13] его имя здесь находится рядом с именами самых великих ученых Англии — Ньютона, Максвелла, Резерфорда.
Рождение уравнений
Всего несколько месяцев разделяют рождение закона электромагнитной индукции Фарадея и рождение Джейм-Джеймса Клерка Максвелла, гениального dp/dt.[14] Фарадей сделал свое гениальное открытие 4 октября 1831 года, а несколько раньше — 13 июня того же года в семье шотландского лендлорда Джона Клерка Максвелла родился сын Джеймс.
И теория Фарадея, и юный отпрыск знатного старинного шотландского рода должны будут еще пройти рука об руку немало лет, а пока предстоит им прожить первые, самые трудные годы жизни.
Нельзя сказать, что появление на свет фарадеевских идей, прочно связанных с понятием «силовых линий» и «силовых трубок», было встречено с восторгом.
Непричесанное дитя не знающего математики бывшего переплетчика было не под стать стройным, прекрасно математически оформленным созданиям знаменитых французов Кулона, Ампера, Био и Лапласа, разработавших на базе представлений о мгновенном действии на расстоянии блестящие теории и изящные формулы.
Фарадеевская теория силовых линий и трубок, занимающих все пространство, в этой блестящей компании была явной золушкой, хотя и заметной, но слишком уж непрезентабельной, чтобы ее принимать всерьез.
