Владимир Кучин - Популярная история — от электричества до телевидения

Земле, как большому магниту, по поверхности которого можно перемещаться с использованием компаса.

Компас предположительно был завезен в Европу из Китая, но имеются сторонники версии о независимом создании компаса в Европе — установить доподлинно этот вопрос невозможно, как неизвестны имена создателей китайского и европейского компасов.

Неаполитанцы считали, что компас изобретен их земляком Флавием Джиои и поставили ему памятник, но исследователи первенство Неаполя не признавали:

«В одной рукописи XI века сообщают, как о вещи давно известной, что китайцы употребляют магнитную стрелку для указания направления на море в при путешествиях на суше. Китайские императоры во время переездов через пустынные азиатские степи издавна имели магнитные стрелки в своих паланкинах. Первые известия об употреблении компаса у арабов относятся к 1242 г. Араб Байлак рассказывает, что в темные ночи сирийские мореплаватели кладут обыкновенно на воду крест из лучинок, а сверху магнит, который своими концами указывает направление. Арабы, впрочем, знали компас еще раньше, судя по одной цитате в сочинениях Альберта Великого, которая заимствована из древней арабской книги и положительно указывает на знание свойств магнитной стрелки. Подобное же указание встречается в одном французском стихотворении Гюйо (1181), где магнитная стрелка, с ясным намеком на ее употребление моряками, называется маринетте. Из всего сказанного очевидна неосновательность притязаний итальянца Флавия Джиои или Джири из Амальфи, которому обыкновенно приписывают изобретение компаса в 1302 г. и которому по этому случаю поставлен в Неаполе бронзовый памятник.» [11].

В 1200 г. первым из европейцев в своем энциклопедическом трактате «De naturis rerum» («О природе вещей») компас описал английский монах Александр Неккам (1157–1217 гг.). Неккам рассказывает о «плавающей» конструкции компаса, он точно описывает явления притяжения и отталкивания и предлагает теорию магнитной силы. [6].

За описанием Неккама последовали описания ряда авторов:

1204 г. — Жак де Витри (1165–1240 гг.);

1205 г. — Гийо де Провинс (1184–1210 гг.);

более подробное описание дал в 1220–44 гг. Винсент де Бове (1190–1264 гг.).

В 1269 г. этапную работу по теории компаса «Epistola de Magnete» написал крестоносец из Пикардии Пьер де Марикурт (умер после 1269 г.). В письменном трактате Пьер де Марикурт изложил эмпирическую теорию по геомагнетизму, и представил изображения «плавающего» и «сухого» компасов (рис. 2) и описание их работы. Кроме того Марикурт предложил первый «вечный» двигатель, в котором магнитная стрелка под действием земного притяжения должна была сдвигать зубчатое колесико, размещенное на внешней окружности компаса. В 14 веке было известно около 30 версий рукописных копий трактата Марикурта, на основе одной из этих версий книга Марикурта «Epistola de Magnete» была напечатана в Аугсбурге только в 1558 г. Пикардиец Марикурт опередил время на 300 лет, но был забыт, т. к. «новое» объяснение принципа работы компаса в магнитном поле Земли в 1600 г. от своего имени представил англичанин Вильгельм Гильберт (1544–1603 гг.), который, безусловно, знал о работе Марикурта. Еще через 400 лет справедливость научного первенства Марикурта была признана, и с 2005 г. Европейский геофизический союз в знак особых заслуг Пьера де Марикурта ежегодно одного ученого естествоиспытателя награждает медалью имени Петра Перегриноса (это латинское имя Пьера де Марикурта).

Рис 2. реконструкция «плавающего» — а и «сухого» — б компасов Марикурта, [7]

С 1269 года по 1600 год новых оригинальных научно-технических работ по магнетизму мы не знаем. В тоже время развитие техники компаса и связанной с ним магнитной картографии шло бурно. Новые земли были открыты с использованием компаса, самые известные его пользователи мореплаватели итальянец Колумб и португалец Васко да Гама нашли путь в Америку и Индию. В практическом применении пользователи столкнулись с двумя явлениями, которые ухудшали точность компаса:

магнитное склонение — отклонение стрелки прибора от истинного направления на север;

магнитное наклонение — отклонение стрелки прибора от истинного горизонта.

Считается, что в 1492 г. Колумб (1451–1506 гг.) при плавании через океан в Америку точное направление на север определял по Полярной звезде, и обнаружил что магнитное склонение, которое считалось величиной постоянной, меняется в разных географических координатах. Его открытие привело к необходимости создания карт магнитных склонений — вероятно первую такую карту составил испанец Алонсо де Санта Крус в 1530 г.

Авторство обнаружения магнитного наклонения, возможно, принадлежит немецкому ученому Георгу Гартману (1489–1564 гг.) [8]. В 1544 г. в письме, которое 4 марта Гартман отправил из Нюрнберга герцогу Альбрехту Прусскому с голубем (!), он написал об обнаружении магнитного наклонения около 0,9 градуса. Письмо Гартмана находилось в Королевском архиве Кенигсберга, но в 1590 г. итальянские физики выразили свой скептицизм относительно открытия Гартмана, высказав версию о влиянии на магнитную стрелку железной оконной решетки.

В 1576 г. выдающийся эксперимент по измерению магнитного наклонения в Лондоне провел английский производитель компасов Роберт Норман. В 1581 г. он опубликовал подробный научный памфлет «The newe attractive:…» — «Новое наблюдение:» [9]. Норман в своем памфлете приводит подробное описание применяемых в компасе магнитов, рассказывает о своем измерении магнитного наклонения в Лондоне. Он пишет «я обнаружил в Сити Лондона наклонение около 71 градуса 50 минут», и приводит поясняющие схемы и условный внешний вид изготовленного для замеров прибора (рис. 3) — стрелка прибора на рисунке показывает реальное магнитное наклонение в Лондоне. В знак признания научных заслуг Нормана один из кратеров на Луне назван его именем.

Рис 3. измеритель наклонения Нормана и схема поясняющая его работу по [9].

Исследований, которые открыли бы новые явления в области электричества с 1000 по 1599 гг. не было. Упоминавшийся мной большой труд итальянца Джамбаттиста делла Порта [2] содержит описательные разделы, относящиеся к электричеству — но это изложение достижений предшественников и описание известных физических эффектов.

1600 г. стал рубежом для научных исследований по магнетизму и электричеству. В этом году вышла содержательная работа англичанина Вильгельма Гильберта.

«Гильберт, Вильгельм (Gilbert, 1540–1603) — врач королевы Елизаветы и Иакова I. Занимался исследованиями над свойствами магнитов и земным магнетизмом. Его сочинение: «De magneto magneticisque corporibus et de magno magnete tellure» издано в Лондоне, в 1600 г. Он в нем высказывает, что для объяснения склонения и наклонения магнитной стрелки необходимо рассматривать землю, как большой магнит. Вообще это сочинение, в котором описаны впервые точные магнитные и электрические опыты, весьма замечательно для своего времени и положило начало настоящей науке о магнетизме и электричестве. Полное собрание его сочинений издано В. Босвелем под заглавием: «De mundi nostri sublunaris philosophia nova» (Амстерд., 1651). Увлеченный изучением магнитных явлений, Г. стремился объяснить и многие другие явления также магнетизмом [2].

Вильгельм Гильберт изобрел электроскоп — прибор для определения наличия заряда на предмете — это была металлическая легкая стрелка, которая могла вращаться на оси, автор назвал этот прибор «версориум». Для демонстрации магнитных свойств Земли Гильберт построил модель из магнитного материала — «терреллу» — «маленькую землю», на этом макете Гильберт с помощью компаса показал что является причиной склонения и наклонения у компаса на реальной Земле. Приборы Гильберта представлены на рис 4.

Рис 4. «Версориум» и «Террелла» Вильгельма Гильберта

Гильберт первым сообщил о наличии двух видов «электричества» (этот термин, происходящий от греческого названия янтаря, возможно первым употребил Гильберт) — натертый мехом янтарь по Гильберту получал «смолистое» электричество, а стеклянная палочка, натертая шелком, получала электричество другого типа, его Гильберт назвал «стеклянным». С помощью электроскопа Гильберт определил, что разноименное электричество у двух тел притягивается, но свойство отталкивания ему было неизвестно. Гильберт также показал, что если магнит расколоть, то у осколков магнита немедленно образуется 2 полюса. По Гильберту свойствами приобретения электрических свойств от трения обладают многие материалы, в частности алмаз, аметист, все виды стекла, сера, каменная соль и другие. Неспособными к получению электрических свойств при трении Гильберт называет кроме прочих агат, жемчуг, слоновую кость и металлы. Гильберт первым определил, что опрыскивание водой и спиртом ослабляет электрическую силу, а опрыскивание маслом не оказывает влияния. Родство электричества и магнетизма Гильберт не обнаружил, магнетизм он считает особым свойством, присущим телу от природы, а электричество — истечениями из тела, происходящими при трении.