В. СМИРНЯГИН и Е. ЦИТОВИЧ, Рисунки Л. СМЕХОВА
О МОЛНИИ
Гром и молния! Эти величественные явления издавна поражали воображение человека. Связанные с грозой несчастья — пожары и смерть от удара молнии — давали повод первобытному человеку видеть в грозе проявление особой, «божественной» силы. Жрецы и церковники всех времён и религий использовали эти явления для создания легенд, устрашающих человека.
Вот как, например, пытается объяснить грозовые явления древняя индусская религия, запечатлённая в книге Вед. Книга Вед — это один из древнейших литературных памятников. В ней изложены песнопения и сказания, возникшие более чем за тысячу лет до нашей эры.
Среди индийских богов того времени особым почётом пользовался бог Индра, «восседавший на трёхглавом слоне». Гроза представлялась древним индусам, как схватка Индры с его злейшим врагом — богом Вритра. Вритра — это воздушное чудовище, которое стережёт небесные воды и по своей злобе держит их взаперти. «Стоя высоко в воздухе, — говорится в книге Вед, — бросил Индра своё метательное копье в Вритру. Этот, окутавшись туманом, внезапно низвергнулся на него, но Индра острым оружием одолел врага». Битва их так страшна, что вся природа дрожит и небо освещается молниями. В конце концов Индра все же побеждает и заставляет своего врага излить дождём на землю небесные воды.
С молнией связан также один из замечательных мифов древней Греции. Это — миф о Прометее, который похитил у богов огонь в виде молнии и принёс его на землю, на службу людям. Этот миф в художественной форме рассказывает об одной из самых смелых побед, которую одержал человек над природой, овладев огнём.
Миф о Прометее дошёл до наших дней в изложении греческого поэта Гесиода, жившего в VIII в. до нашей эры. В несколько изменённом варианте этот миф повторяется у Эсхила (VI в. до нашей эры). Во времена Эсхила в греческом городе Милете, расположенном на берегу Эгейского моря, жил учёный Фалес Милетский. Этот учёный заметил, что кусок янтаря, натёртый суконкой, приобретает способность притягивать различные лёгкие предметы. При этом возникает треск, а в темноте заметны даже маленькие искры. Возможно, что загадочное свойство янтаря было подмечено и другими людьми, но именно Фалесу приписывают первую попытку исследовать и объяснить это явление.
Неизвестно, знал ли Эсхил об опытах Фалеса, а если и знал, то вряд ли догадывался, что учёный, натиравший сукном кусок янтаря, тоже может быть назван «похитителем молнии». Впрочем, и сам Фалес не догадывался о подлинном значении своего открытия и, по обычаю своего времени, объяснил его тем, что янтарь наделён «душой».
Только спустя два тысячелетия учёные вернулись к опытам Фалеса. В конце XVI в. английский врач Вильям Гильберт выяснил, что не только янтарь обладает свойством при натирании притягивать лёгкие предметы, этой же способностью обладают и многие другие вещества — сера, алмаз, смола и т. д. В своей книге о магнетизме, выпущенной в 1600 г., Гильберт объясняет это загадочное свойство особой силой, которую он назвал электрической (т. е. янтарной, от греческого названия янтаря — «электрон»). Гильберт разделил все тела на электрические и неэлектрические, в зависимости от того, получают они от натирания способность притягивать или нет.
Книга Гильберта побудила многих учёных заняться исследованием электрических явлений. Опыты с янтарём и серой производили Герике, Роберт Бойль, Ньютон и др. Но объяснить загадочные свойства этих веществ они по-прежнему не могли.
В 1700 г. одному английскому исследователю, Уоллу, удалось так сильно наэлектризовать кусок янтаря, что, поднеся к нему палец, он вызвал заметную электрическую искру. Она сопровождалась сильным шумом, напоминавшим Уоллу треск горящего каменного угля. Это явление столь поразило учёного, что он даже сравнил проскочившую искру с молнией, а сопровождавший её треск — с громом.
В XVIII в. электрические опыты получили широкую известность. В кругах, не причастных к науке, на них смотрели как на забавное развлечение. Нашлись даже шарлатаны, которые с помощью электричества демонстрировали различные фокусы. Но наряду с этим все глубже и серьёзнее проводили свои опыты учёные, стремящиеся проникнуть в тайны электрических явлений.
Английский учёный Стефан Грей (1670— 1736 гг.) обнаружил новое интересное явление. Было известно, что такие тела, как пробка, пеньковая бечёвка, медь, от натирания не приобретают электрических свойств. Однако Грей обнаружил, что если соединить их с наэлектризованным телом, то они также начинают притягивать лёгкие предметы. Грей наэлектризовывал стеклянную трубку и отводил от неё электричество по медной проволоке на расстояние в несколько шагов. Электричество распространялось до конца проволоки, на которой был помещён шарик из слоновой кости. Шарик начинал притягивать к себе лёгкие предметы. С помощью пеньковой бечёвки Грею удалось отвести электричество даже на расстояние свыше 200 метров. Учёный подвесил бечёвку на шёлковых нитях, полагая, что по таким тонким нитям электричество не сможет уйти в сторону. Но, когда во время опыта порвавшаяся шелковинка была заменена столь же тонкой проволочкой, электричество потерялось по дороге, не дойдя до конца бечёвки. Это и позволило учёному ввести понятие об электрических проводниках.
Грей установил, что как раз те тела, которые хорошо наэлектризовываются, являются плохими проводниками, и наоборот. Грей нашёл даже объяснение этому явлению. Он доказал, что от трения наэлектризовывается всякое тело, но в хорошем проводнике это свойство обнаружить трудно, так как электричество сразу распространяется по всей его поверхности и переходит в соприкасающиеся с ним предметы.
Постепенно исследователи совершенствовали свои опыты над электрическими явлениями. Утомительный процесс натирания различных тел суконкой был облегчён с помощью особой машины. Эта машина напоминала точильный станок, в котором вместо точильного камня вращался стеклянный шар. Достаточно было приложить к вращающемуся шару руку, чтобы возбудить электричество.
В более усовершенствованных машинах электрические заряды, возбуждаемые на поверхности стеклянного шара, «снимались» с него металлической цепочкой и передавались на так называемый кондуктор. Кондуктор представлял собой трубку, сделанную из хорошего проводника, чаще всего из металла. Трубку изолировали с помощью стекла или шёлковых нитей. Благодаря хорошей проводимости кондуктора можно было получить более сильные разряды. Достаточно было прикоснуться к кондуктору в одной точке, чтобы сразу снять все заряды, накопившиеся на его поверхности.
Много интересных и занимательных опытов с такой усовершенствованной машиной проделал французский академик аббат Нолле. Иногда в его опытах «кондуктором» являлся человек, подвешенный на шёлковых нитях или стоящий на стеклянной пластинке. Из тела такого заряженного электричеством человека можно было извлекать заметные искры, достигавшие 2—3 сантиметров. Однако все эти искры и сопровождавший их треск были слишком слабы, чтобы можно было установить их связь с громом и молнией. Догадка английского исследователя Уолла оставалась недоказанной.
В 1746 г. в Лейдене, в лаборатории голландского профессора Питера Мушенбрука, произошло событие, привлёкшее внимание всего учёного мира. Мушенбрук задался целью сохранить полученное электричество возможно дольше. В кондукторах, хотя бы и хорошо изолированных, электричество сохранялось недолго — оно уходило в воздух. Мушенбрук решил «запереть» собранное электричество в стеклянной банке. Он пытался зарядить электричеством налитую в бутылку воду, опустив в неё проволоку, соединённую с кондуктором. Однажды знакомый Мушенбрука держал в руке заряженную таким образом банку с водой. Прикоснувшись другой рукой к торчащей из банки проволочке, он получил неожиданно сильный электрический удар. Мушенбрук повторил опыт на себе и получил столь сильный удар, что, как он писал позднее, не пожелал бы испытать его вторично за все блага мира.
Известие об опытах, произведённых в Лейдене, облетело весь учёный мир. Бутылка Мушенбрука получила мировую известность под именем «лейденской банки». Вскоре учёные значительно усовершенствовали лейденскую банку. Она стала представлять собой стеклянный сосуд, стенки которого внутри и снаружи оклеивались слоем станиолевой бумаги. Внутренняя обкладка заряжалась электричеством. При этом заряды одноименного электричества на внешней обкладке как бы отталкивались к её наружной поверхности. С помощью проводника эти заряды отводились в землю. Таким образом обкладки, разделённые стеклом, оказывались заряженными разноимённым электричеством. Заряды электричества сохранялись в банке много дней. Соединяя обкладки каким-либо проводником, можно было получать сильные искры. Разряды стали ещё сильнее, когда научились соединять лейденские банки в целые батареи. Теперь уже многие учёные с уверенностью заявляли, что эти искры представляют собой не что иное, как молнию в миниатюре.
Несколько лет спустя эти мысли были блестяще подтверждены знаменитым американским учёным Вениамином Франклином. Опыты Франклина получили широкую известность. Вот как писали о них «Санкт-петербургские ведомости» в 1752 г.:
«В Филадельфии, в Северной Америке, господин Вениамин Франклин столь далеко отважился, что хочет вытягивать из атмосферы тот страшный огонь, который часто целые земли погубляет. А именно, делал он опыты для изведания, не одинакова ли материя молнии и электрической силы, и действие догадку его так подтвердило».
Конечно, прежде чем «столь далеко отважиться», Франклин произвёл множество опытов и исследований над электрическими явлениями. Он первый открыл «действие остроконечий». Франклин поместил заострённую металлическую палочку на заряженный кондуктор и обнаружил, что электричество быстро истекает по этому острию в воздух. От острия при этом идёт воздушный ток, настолько ощутимый, что им можно даже погасить свечу. Франклин обнаружил и обратное явление: если к кондуктору поднести заострённую палочку, то его можно быстро разрядить даже на некотором расстоянии.
Франклин пришёл к мысли, что именно это «свойство остроконечий» поможет ему разгадать природу молнии, и не только разгадать, но и получить надёжное средство для зашиты от её разрушающей силы. В 1750 г. в письме к своему товарищу Франклин заявлял:
«Если грозовые облака действительно наэлектризованы, то нельзя ли в таком случае защитить от удара молнии дома, церкви, корабли и др. устройством высоких заострённых железных шестов? От основания такого железного шеста должна была бы идти по наружной стене дома в землю или по борту корабля в воду металлическая проволока. Эти заострённые железные шесты, вероятно, бесшумно отводили бы электричество из облака, прежде чем последнее приблизилось бы настолько, чтобы можно было опасаться удара молнии».
В июне 1752 г. Франклин запустил навстречу грозовым облакам сделанный из шелка воздушный змей с прикреплённым к нему металлическим острием. Змей был запущен на такой же пеньковой бечёвке, которая в своё время послужила первым проводником в опытах Грея. Бечёвка соединялась с острием змея, а внизу к ней был привязан большой ключ, на который, по догадке Франклина, должно было перейти электричество из грозовых туч. Сначала опыт не удавался: сухая бечёвка была плохим проводником электричества. Но вот бечёвка намокла от дождя, — и ключ наэлектризовался до такой степени, что из него можно было извлекать искры.
Франклин торжествовал свою победу. Совершая этот смелый опыт, он даже не задумывался о том, какой опасности подвергает свою жизнь. Не задумывались об этом и другие учёные, которые вслед за Франклином стали заниматься исследованием атмосферного электричества. Они устанавливали на своих домах заострённые железные шесты, от которых, для удобства наблюдений, проводили железную цепь или проволоку прямо к себе в комнату. Из кондуктора, соединённого с этой цепью, они извлекали во время грозовой погоды искры. Вряд ли учёные представляли себе тогда всю опасность таких смертоносных сооружений. Это были настоящие «громоприводы», которые грозили исследователям гибелью.
Такие «громоприводы» устроили в своих квартирах великий русский учёный Ломоносов и его друг — петербургский профессор Рихман. Они решили повторить опыты Франклина. Исход этих опытов оказался роковым. В 1753 г. во время наблюдений над грозовым электричеством Рихман был убит шаровой молнией, которая была «притянута» в комнату этим сооружением.
Только случайностью можно объяснить, что Ломоносова не постигла та же участь.
Во время этой грозы Ломоносов, живший неподалёку от Рихмана, производил у себя такие же исследования. Вот как описывает Ломоносов события этого дня:
«Выставленную громовую машину посмотрев, не видел я ни малого признаку электрической силы. Однако, пока кушанье на стол ставили, дождался я нарочитых электрических из проволоки искр, и к тому же пришла моя жена и другие, и как я, так и они беспрестанно до проволоки и до привешенного прута дотыкались... Внезапно гром чрезвычайно грянул в самое то время, как я руку держал у железа, и искры трещали. Все от меня прочь бежали...»
Через несколько минут к Ломоносову вбежал слуга Рихмана с сообщением о том, что «профессора громом зашибло».
Ломоносов боялся, чтобы «сей случай не был протолкован противу приращения наук». Эти опасения не были напрасными. Не только в крепостнической России, но и в других странах церковники и мракобесы всех мастей объявили поход против учёных, занимавшихся исследованием атмосферного электричества. Многие из этих мракобесов встретили смерть Рихмана с злорадным торжеством, истолковывая её как «божью кару» за великую «дерзость» учёного.
Совсем иначе встретили это событие передовые люди всего мира. Смерть Рихмана не устрашила их, а заставила ещё более настойчиво проводить свои исследования. Борьба с молнией продолжалась. Одновременно это была борьба научной мысли с косностью и гнетом церковного суеверия.
В 1760 г. Франклин поставил над одним из домов в Филадельфии первый громоотвод. Он представлял собой железный прут длиной в 3 метра, соединённый металлическим проводом с медной пластинкой, зарытой глубоко в землю. Прошло, однако, более двадцати лет, прежде чем первые громоотводы появились в Европе. Они приплыли из Америки на мачтах английских кораблей.
В 1782 г. каждый третий дом в Филадельфии был уже снабжён громоотводом. Они были установлены на всех общественных зданиях города, кроме дворца французского посольства. И как раз в это здание 27 марта 1782 г. ударила молния, убив одного офицера. Только после этого французский посол решился наконец применить эту «безбожную выдумку» учёных. С таким же опозданием был установлен и первый громоотвод в России, на башне Петропавловского собора, — уже после того, как в эту башню ударила молния.
Первые громоотводы Франклина встретили сопротивление не только со стороны церковников. Против этой «дерзкой затеи» выступили и некоторые консервативные представители учёного мира. Так, например, немецкий врач Иоганн Реймарус заявил, что строить громоотводы безрассудно и опасно, так как молния по громоотводу будет уходить в почву и... вызовет взрыв подпочвенных вод! Может возникнуть при этом, как говорил Реймарус, такое землетрясение, которое разрушит здание, «на коем громоотвод установлен».
Работы Франклина, Ломоносова и других учёных второй половины XVIII в. позволили окончательно доказать электрическую сущность грозовых явлений. Ломоносов дал даже свою теорию, которая в основном правильно объясняла, почему и как появляется атмосферное электричество. Он видел причины его в восходящих и нисходящих потоках неравномерно нагретого воздуха. От такого движения больших масс воздуха происходит трение частичек водяных паров, которые и насыщаются электричеством. Удар молнии представляет собой электрический разряд, который происходит между заряженным облаком и землёй или между двумя облаками, заряженными разноимённым электричеством.
Многочисленные последователи Франклина и Ломоносова продолжали изучение молнии. С помощью различных приспособлений они установили, что молния представляет собой электрический разряд мощностью в десятки миллионов киловатт. Этот разряд длится миллионные доли секунды.
Учёные сумели не только разгадать природу и действие молнии, но и получить её лабораторным путём. Так, например, у нас в Харьковском научно-исследовательском институте построен генератор на 5 млн. вольт, который позволяет получать электрические искровые разряды, весьма близкие по своей силе к настоящей молнии.
«Искусственная молния» — очень грозное оружие. Когда в одном американском институте получили разряд мощностью в 30 млн. киловатт, возникшая искра вдребезги разбила бетонную стену и превратила в пар толстые медные провода, по которым шёл ток высокого напряжения.
«Искусственная молния» позволяет изучать действие грозовых разрядов на электротехнические сооружения — подстанции, высоковольтные линии и т. д. Но этим не исчерпывается применение покорённой молнии: электрическое поле высокого напряжения позволяет производить расщепление атомов химических элементов.
Так, молния из орудия разрушения и смерти стала в руках современной науки послушным орудием, позволяющим создавать новые вещества, покорять природу и постигать тайны строения материи.
Комментариев нет:
Отправить комментарий