Дэвид Боданис - Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества

Часть I

ПРОВОДА

Когда Вселенная была еще молода, в самые первые мгновения после Большого Взрыва из кружащей, как вихрь, печи, которая заполняла собою пустое пространство> начал изливаться мощный поток электронов. Многие из них стали частью простых атомов водорода, которые пронеслись через космос и закончили свой путь внутри огромных звезд.

В ходе долгого их пребывания внутри звезд, а затем, в еще большей степени, когда звезды начали взрываться, многие из этих простых атомов оказались слепленными друг с другом — и с такой силой, что возникли атомы более крупные.

Tax появились металлы — медь, железо и серебро. Миллиарды лет эти металлы также летели через пространство. Со временем некоторые из них притянула к себе молодая Солнечная система, и они стали частью геологических отложений Североамериканского континента.

К ним присоединились и атомы других металлов, созданных взрывами других далеких звезд.

И глубоко внутри каждого атома, скрытого в этих отложениях, сохранился мощный электронный заряд.

Возвышались и рушились горы. В папоротниковых лесах охотились гигантские рептилии; менялись экосистемы, и теперь уже в сосновые и лиственные леса выходили поохотиться гигантские млекопитающие. Из Азии начали перебираться на Американский континент небольшие сообщества людей, вооруженных стрелами и копьями; а еще тысячи лет спустя туда же на огромных судах приплыли из Европы и Африки куда большие количества людей. Происходили жестокие пограничные войны, зарождались новые поселения. Землю перепахивали, чтобы высадить растения, в нее зарывались в поисках металла. Для скрытых электрических зарядов, просуществовавших без перемен миллиарды лет, наступало время высвобождения.

Джозеф Генри был рослым, костлявым американцем, происходившим из удаленных, приграничных мест штата Нью-Йорк и успевшим к своим тридцати годам поработать прислугой (ушел — слишком скучно), строителем (ушел — слишком мало платили), рабочим-металлистом (ушел — слишком жаркая работенка), а затем геодезистом, и это уже был полный кошмар, поскольку его уговорили в течение нескольких зимних месяцев вести по зимним лесам целую команду к канадской границе (холодища стояла жуткая). Вернувшись в 1826 году из экспедиции, во время которой он только чудом и не обморозился, Генри услышал о месте в школе его родного города Олбани. Жалованье там платили небольшое, к тому же Генри как новый в школе человек должен был преподавать наряду с другими предметами и элементарную арифметику. Однако в школе хотя бы топили, и потому Генри немедля ухватился за эту работу.

Ему приходилось поддерживать порядок в классе, состоявшем из дюжины фермерских сынков, мальчишек, отлично владевших искусством метания шариков из жеваной бумаги и фехтования на карандашах, — однако Генри знал, как сделать их счастливыми. Все мальчишки любят что-нибудь строить, и чем постройка больше, тем лучше. Вот он и предложил им построить нечто и вправду очень, очень большое.

Генри решил, что новая, связанная с «электричеством» область знаний вполне подходит для поисков свежей идеи, тем более что он давно уже проявлял к этой области интерес — время от времени, на любительский манер. Это слово охватывало многое множество эффектов, от малых искр статического электричества до гигантских молний, превосходные исследования которых провел прославленный отставной типограф из Филадельфии Бенджамин Франклин. Вообще область была интересная, поскольку работавший в ней человек едва ли не всегда имел дело с той или иной испускающий искры субстанцией- Что представляет собой электричество, никто на самом-то деле толком не знал, однако кое-какие интригующие намеки на этот счет Генри слышать случалось.

До Олбани доходили далеко не многие из европейских научных журналов, однако один все же дошел ~ правда, с опозданием на несколько месяцев: ему пришлось совершить обычное долгое плавание через океан, а затем еще дожидаться, когда на Гудзоне растает лед, — и в нем описывался удивительный опыт, поставленный вышедшим незадолго до того в отставку британским артиллерийским офицером Уильямом Стердженом.

Когда Огерджен взял кусок железа и обвил его проволокой, ничего особенного не произошло. Как тому и быть надлежало. Однако, стоило ему подсоединить проволоку к батарее — так, чтобы по ней потек таинственный «электрический» ток Алессандро Вольта, самая обыкновенная железка словно ожила. Она обратилась в сильный магнит, который притягивал к себе другие куски металла, — как если бы из проволоки в железо вдруг перетекла некая незримая сила. Отключи батарею, и все прекратится, железо станет инертным, а то, что оно к себе притянуло, попадает на стол или на пол. Металл просто-напросто утратит магнитные свойства.

Что ему делать со своим открытием, Стерджен не знал, зато это знал, и очень точно, Генри. Его учеников одолевала обычная в зимнюю пору непоседливость, а придуманная Стердженом удивительная игрушка вполне могла увлечь их воображение. Мальчики хорошо владели навыками ручного труда, любили работать с крепкими основательными материалами, как, собственно, и их родители — большинство стоявших вокруг Олбани деревянных домов было построено совсем недавно, и нередко их строили сами переселенцы. Если ему удастся соорудить по-настоящему огромный электрический магнит, все мальчишки будут у него в кармане.

Изготовление «элементов Вольта» — батарей, которым предстояло питать всю эту штуковину, большого труда не составляло, поскольку железная руда имелась в тех местах в избытке — ее либо добывали в окрестностях Олбани, либо привозили из больших портов Восточного побережья. Работа у Генри шла быстро, и к 1827 году он повторил опыты Стерджена, создав электромагнит, способный поднимать железку весом под два килограмма. Мальчики его класса обмотали проволокой кусок железа еще больших размеров. Когда к проволоке подключили батарею, выяснилось, что этот магнит поднимает уже больше девяти килограммов. Генри стал увеличивать число витков, а когда они оказались в такой близи друг от друга, что начали искрить, он просто попросил свою молодую жену пожертвовать ее нижними юбками, поручил ей разрезать их на полоски, коими и обвил медный провод, заизолировав его так, что витки удалось расположить еще ближе один к другому.

К 1830 году он смог построить здесь, у самой границы Америки, небольшого размера электромагнит, способный поднимать и удерживать 340 кг. Школьники, которым все это страшно нравилось, разумеется, приглашали своих еще не покинувших ферм приятелей полюбоваться на такое чудо из чудес. Да и Генри тоже гордился своим достижением, хоть и по причине более основательной. Человеком он был глубоко религиозным и всегда подозревал, что Бог создал немало чудес, которые обычными глазами увидеть невозможно. А он, проявив достаточную изобретательность, сумел явить людям скрытые Божьи труды.

На достигнутом Генри не остановился. Он взял теперь уже небольшой железный стержень и обвил его проволокой так плотно, что при подключении батареи этот стержень поднимал больше 680 кг — вес нескольких кузнечных наковален. Для пущего эффекта Генри установил этот магнит на крепких, похожих на строительные леса подмостках. При отключении батареи все поднятое железо с грохотом рушилось на землю — «что неизменно порождало великую сенсацию», как писал впоследствии Генри.

Бывают времена, когда всякое дело более чем стоит подкреплять сопутствующими объяснениями — это хорошо окупается, — а бывают и такие, когда для движения вперед лучше всего ограничиться честным ремесленным трудом. Ученым будущего еще предстояло установить, что атомы, из которых мы состоим, вовсе не сплошные маленькие шарики, что некоторая их часть содержит электрический заряд и может быть оторвана от них. Эти «отрывные» кусочки атомов были названы электронами, и к концу 1800-х ученые пришли к убеждению, что они-то и катятся внутри проводов, и именно энергия электронов наделяет электрический ток присущей ему силой. Когда во время бури происходил разрыв электрического кабеля, разлетавшиеся во все стороны искры свидетельствовали о наличии внутри него потока электронов. Электроны катились и в телефонных проводах, а в мощных прожекторах их было еще больше.

Генри и сам в итоге стал видной фигурой в исследованиях, которые привели к этим открытиям: в последующие годы он был признан одним из величайших американских физиков, а жизнь свою закончил на посту директора Смитсоновского института. Однако в то время, будучи довольно молодым еще человеком, да к тому же застрявшим в Олбани, он понимал, что ему не по плечу отыскать какие-либо объяснения всей той подъемной силы и грохота, которые создаются его электромагнитами.