4
В января этого года исполнили 275 лет со дня рождения выдающегося американского естественнойателя Бенджамина Франклина. В связи с этим юбилеем мы публикуем статью академика Петра Леонидовича Капиць, посвященную ученому. Статья с некоторыми сокращениями перепечатается из брошюры «Жизнь для науки», выпущенной издательством «Знание» в 1965 году.
П. Капица
Научная деятельности Бенджамина Франклина
Франклин родился в Америке, в городе Бостоне, в 1706 году. Он умер, когда ему было 84 года. Его дейтельность охватывает весь XVIII век и тесно связана с произходным тогда быстрым развитием естественных и общественных наук. Это эпоха просветительей, эпоха, предшествующая перiodу коренных общественных переворотов в Европе.
Имя Франклина вошло в историю мировой культуры не только как имя крупнейшего ученого, одного из основателей учения об электричестве, но и как имя крупнейшего програмсивного государственного и общественного деятельности Америки, принимающего живейшее участие в борьбе за ее освобождение от колонального положения.
Современники единодушно описывают Франклина как исключительно обязательного человека, всесторонне образованного, сгущенными и широкими взглядами, интересного и острумного собеседника. Франклин часто путешествовал и много лет прожил за гранией, главным образом в Англия и Франции. Здесь он общался с передовым людьми своего времени и к концу жизни стал популярейшим лицом в Европе. На своей родине, в Америке, Франклин и посядень является одним из наиболее почитаемых людей за все время истории США.
Основные научные открытия Франклина в области электричества были им сделаны в 50-е годы XVIII века, до работ Гальвани и Вольта, то есть до эпохи галванического тока, и относится к начальному периоду завоевания наукой этой могучеей силы природы. За 200 с лишним лет, прошедших со времена работ Франклина, учение об электричестве настоящего продвинулось вперед, что сейчас работы Франклина изучают в средней школе, в тех классах, где только начинают знакомиться с физикой. Всем
5
нам с юности извесны основы учения о статическом электричестве, хотя, возможно, неоторные из нас могли позабыть, что собственно здесь было сделано Франклином. Например, все ли из нас помят, что наименование положительного и отрицательного положов было впервые в научу Франклином?
Подробное описание научных работ Франклина вряд ли сейчас интересно, но сама история развития работ Франклина в области электричества, мне думается, не только интересна, но и полезна для современного ученого. Следует это из того, что путь развития научки, то есть путь познания природы, по которым идет человекство, — единый. В своих исканиях научных истин мы передко сбиваемся с правильного пути и тогда теряется время. Поэтому, чем меньше мы будем отклоняться от правильного пути, тем скорее и экономически будут развивать наши познания и завоевания сил природы. Изучая историю научки, мы находим те факторы, которые способствуют быстрому развитию научки. С этой точки зрения история научных работ Франклина представляет исключительный интерес.
Работы Франклина по электричеству были им сделаны за короткий период времени, всего за 7 лет, с 1747 по 1753 год. За этот короткий срок Франклин был признан ведущим ученым своего времени. Большинство крупных научных обществ или академий отметили научные заслуги Франклина, избрав его своим членом, и ряд университетов присвонил ему почетное звание доктора.
Естественное возникнет вопрос: как могло служиться, что Франклин, равшеникда не занимающийся физикой, в небольшим городе Америки, вдали от центров мировой научки, будучи уже человеком зрелого возраста, смог за несколько лет работы возглавить развитие целой научной дисциплины?
И это произошло в середине XVIII века, когда научка велась людьми на уровне знаний таких ученых, как Ньюотон, Гюйгенс, Эйлер? О диалетантиме здесь говорить не приходится. Как же мог Франклин
доступать таких результатов, которые остались недоступны професссионным ученым?
Мне думается, что надо искать объяснение в том, что Франклин первый правильно понял существое электрических явлений и поэтому открыл правильно путь для дальнейших исследований в этой области.
Do работ Франклина было уже накоплено большое количество материалов, но факты были разознены, и выдвинутая им гипотеза не только обединила эти факты в стройную картину, но и указывала правильно путь для дальнейших исследований.
Свою основную гипотезу Франклин изложил в письме к Питеру Коллинзону в 1749 году. Она дает ясную картину процессов, произходших при электричезации тел. Эта картина до сих пор в основном остается правильно. Вот выдержка из этого письма: «Электрическая materia состоит из частиц крайне малых, так как они могут произвольать общные вещества такие плотные, как металл, с такой легкостью и свободой, что не испытывают заметного сопротивления». В нашей дни называем эти «крайне малые частицы» электронами. Далее Франклин рассматривал любое тел как губку, насыщенную этим частицами электричества. Электризация тела состоит в том, что тело, имеющее избыток электрических частиц, положительное заряжение; если тело имеет недостаток этих частиц, оно заряжено отрицательно.
Конечно, Франклин тогда не имел возможность на опите воспринать материалы новой характера электричества и поэтому не имел возможности определить, кто на самом деле получает электрическую materia и, следовательно, заряжен положительно, и кто ее теряет, то есть заряжен отрицательно. Поэтому он принал научад, что называет заряжен положительно, может быть, думая, что шеerstая materia при трении о стекло втирает в него электричество. Только в конце прошло века, после открытия части электричества —
6
Электронов, стало известно, что неположительный электрод, как думал Франклин, накапливает электрические частицы, но отрицательный. Чтобы не менять привчных обозначений положительного и отрицательной полярности, электону приписали отрицательный заряд.
Свойство взаимного отталкивания одноменное заряженных тел Франклин распространил на заряды, находящиеся на металлических проводниках. Он считал, что заряды, отталкиваясь друг от друга, будут стремиться на нарушенную часть налектизованного металлического тела. Он доказал справедливо своего предположения следующего опытом.
Мetalлический чайник ставился на изолятор и электризовался. Требовалось найти опыт, который доказал бы, что заряд распределяется по нарушенной поверхности чайника. Для этого внутри чайника помещалась цепь, которая посредством изолированной ручки можно было постепенно извлекать из чайника. Степень электризации чайника определялась по отталкиванию двух шариков, подвешенных к нему на ниточках. Опыт заключался в том, чтобы за изолированную руку подымать цепь из чайника и наблюдать, как по мере ее вытягивания степень электризации чайника уменьшается.
Франклин рассуждал так: пока цепь находится внутри чайника, ее поверхности увечивает внутреннюю поверхность чайника; когда цепь вытягивают наружку, то она увечивает наружную поверхность чайника [цепь «на выходе» касается чайника — прим. ped.]. Франклин заключает: если заряд распространяется только по нарушенной поверхности налектизованного поверхности чайника, то только при ее увечинии налектизованность будет уменьшаться. Это и наблюдается на самом деле, когда производится опыт.
Описание всех своих работ Франклин дает в письмах своему другу Колинзону в Англии. В этих письмах описывается большое количество различных опытов, которые стали классически:n получение электрического ветра, свойства стекания зарядов с острия и др. В этих же письмах Франклин с точки зрения своей гипотезы дает правильное объяснение ряда уже известных электрических явлений, например картины накопления электрических зарядов в Лейденской банке, и на этом основании он делает плоский конденсатор. Колинзон докладывает о работах Франклина в Королевском обществе ([англиская Академия наук — прим. ped.]). Потом он издал их отделной книгой, которая и стала основным научным трудом Франклина. Эта книга выдержала ряд изданий и была переведена на многое языки.
Ясность и правильность понимания Франклином является электризации для ему возможность найти опыт, который впервые убедительно докладывает электрическую природу газовых разрядов. Идея опыта Франклина заключалась в следующем.
Положим, между грозовой тучей и землей поставлен длиной вертикальной изолированной от земли металлической стержень. Если грозовая туча имеет электрический заряд, то заряд потивоположного знака находится в верхней части стержня. Если на этом верхнем конце стержня сделать острие, то наведенный заряд стечет и стержень зарядает электрическом того же знака, что и туча.
Франклин считал, что присутствие этого заряда можно будет обнаружить по искре, которая возникнет, если приносится к проводнику свободным концом заземленной проводки. Франклин предполага, как потом выяснилось, ошибочно, что для успена этого опыта стержень надо поставить на возвышенность, чтобы он был ближе к облаку.
Так как влизаи его дома такой возвышенность не было, он думал, что ему не удался сделать этот опыт. Он подробно описал, как его надо делать, и предлагал это выполнить другим. Сам же он решил продолжать аналогичный опит, но несколько других путем, который не требовал возвышенности.
7
Для этого опыта вместе металлического стержня он решил использовать бечевку, поднимая ее вверх змеем. Поскольку во время грозы всегда былает ветер, змей можно запустить, а так как еще идет и дожды, то ввервка, намокая, станет проводящей и может заменить металлический стержень. Чтобы бечевка легче заряжалась, была предусмотрено возможность на верхнем конце бечевки дать стекать наведенным зарядам. Для этого по углам рамки змея Франклин помещил острия. Для того чтобы изолировать бечевку от земли, внизу к ней была привязана шелковая лента, которая была защищена от дждая. К концу бечевки у земли был подвешен металлический ключ, из которого Франклин во время грозы и извлекал искусру. Таким путем в присутствии своих друзей и знакомых он доказал электрическую природу грозового разряда. Опыт со змеем был сделан Франклином 12 апреля 1753 года, тогда же он впервые нашел, что грозовые облака, как правило, былают заряжены отрицательно.
Кроме чисто научных работ, у Франклина есть еще одно общепризнанное достинение: это его изобретение — громоотвод. В истории внедрения в жизнь этого изобретения есть тоже много почительного. Это длинная история,ей посвящены многие исследовательские работы. Поэтому я могу только совсем кратко рассказать, как Франклин изобрет и внедрил громоотвод.
После того как была раскрыта существующее грозовое разряда, естественно, вставл вопрос, как можно рационально бороться с разрушениями и пожарами, причиняемыми молнийей. Стало ясно, что когда молния ударяет в здание, корабль или любой другой возвышающейся объект, то вред причиняется тем, что мощный электрический ток, проходя по плохе проводящей среде, производит разрушения и воспламенения. Поэтому, если при ударе молнии в здание дать возможность электрическому разряду пройти в такой хорошо проводящий среде, как металл, разрушений не будет.
Несоменно, Франклин с его острым практическим умом раныше других увидел возможность найти защиту от молнии путем отвода тока. Но гораздо труднее для него было найти наиболее рациональный форму громоотвода и заставить общественное мнение признать его как действенное средство борбы с разрушениями, вызвываемых грозой. С этой задачей Франклин быстро справился, и его деятельности в этом направлении до сих пор может служить примером, как нужно проводить новые технические идеи в жизни.
Franklin не только не брал паентта на свой громоотвод, но дал возможность пользоваться им безвозмездно всякому, кто этого хотел. Кроме того, он повел большеую и искусную пропагандистскую работу для внедрения его в жизнь. За нейменем времени нельзя расскаазать полностью историю внедрения громоотвода, поэтому я остановилось на наблюдаеме ярких моментах.
Вполне возможно, что ни одно изобретение не вызвало такой бури разнообразных возражений, какую вызывал 200 лет назад тот небольшой металлический стержень, который в наших дни венчает почти каждое сооружение и является стандартным элементом его конструкции.
Против громоотвода возникли как научные возражения, так и политические. Когда Франклин давал описание действия громоотвода, кроме его очередной функции — дать беспрерывательный путь электрическому ток по металлическому стержню в землю, он еще указал на возможность существования и другого процесса.
Franklin считал, что если над сооружением находится грозовая туа и если громоотвод снабжен острем, то с него может произойти медленное стекание электрического заряд. Это явление мы теперь называем тихим разрядом. Он и будет нейтрализовать заряд облака и его разряжать. Поэтому Франклин допускал, что громоотвод не толькоащита здание, но обобщение может предотвращать грозовые разряды. Научные противники
8
Франклина считали, со своей стороны, что стекание заряда с острия не только не будет нейтрализовать заряд тучи, но будет создавать более благоприятные условия для возникновения молний. Поэтому громоотвод скорее вреден, так как дает возможность возникновения грозовых разрядов, которые без него вообще не было бы.
Учены, стоявшие на этой точке зрения, считали в особенности вредным и опасным для здания его соседство с другими, снабженными громоотводом.
Интерес общественного мнения к этим вопросам был очень велик, и это хорошо иллюстрирует известным случаем: когда в Цент-Oмере, во Франции, господин де Виссери поставил громоотвод на своей доме, его соседы были этим так испуганы и возникшие, что подали на него в суд. Процесс произвел много шума и длился несколько лет в период между 1780 и 1784 годами. Интересно, что на стороне защиты громоотвода выступал молодой адво-
карт Максимильян Робеспьер, и это громкое дело положило начало его известности. Любопытно также, что одним из экспертов со стороны истца выступал Марат, который считал громоотвод опасной затемei и был против его установки. После долгой борьбы и апелляции de Виссери выиграл процесс.
Интересна тактика Франклина во всей этой борьбе за громоотвод. Он обычно не выступал публично, но путем бесед и путем своей громадной переписки он непрерывно воздействовал на ведущих ученых и общественных деятельности. Такой пропагандой он создавал себе мощную армию из передовых людей того времени, которая боролась за проведение в жизнь его детща — громоотвода.
В Англинии борьба против громоотвода приобрела резко политический характер. Англяйский ученный Вильсон пытался доказать, что известный вредного действия громоотвода можно, если его конец сделать тупым и этим помещать стеканию заряда. Так как время этого спора совпало с эпохой освобождения Америки от колониального положения и Франклин стал крупной политической фигурой молодой Америки и одним из активнейших борцов за свободу, то всякий граждан Англии, снабжший свой громоотвод острием, а не тупым концом, считался политический неблагодежным.
Король Англии Георг III требовал от Королевского общества, чтобы оно отказалось от своего решения в пользование на Франклиновском громоотводе. На это требование короля резидент Королевского общества ср Джон Пригль,лейб-медик короля и личный друг Франклина, дал следующий известный ответ: «И по своему долгу и по своим склонностям, он по мере сил всегда будет исполнять желания его величества, но он не в состоянии ни изменить законов природы, ни изменить действия их сил». За эти слова его уволили с должности королевского врача и срещали с резидентства Королевского общества.
9
Медаль Коплея, присуденая Франклину за открытия в области электричества.
В процессе борьбы по вопросу о громоотводе были использованы все методы, kleвета, инсинuation и лично против Франклина, и против его друзей. Франклин сохранял большое способствие, не обращая внимание на личные выпады, и неизменно говорил, что в вопросах науки правда выявляется только опитом. Действительно, опыт и решил этот спор, но много десятов лет спустя, когда учение о грозовых разрядах и об электрическом поле достигло современного уровня. Теперь мы видим, что весь этот спор не имел никакого основания, так как для общного громоотвода не имеет значения, чем он завершается, острием или тупым концом. На небольшим расстоянии от земли геометрическая форма конца громоотвода не может заметно влиять на распределение электрического поля над землей.
Но один из ведущих специализов по грозовым разрядам доктор Шонланд указывает, что все же процесс нейтрализии заряда облака путем тихого разряда, предсказанный Франклином, возможно осуществить, но только тогда, когда острие громоотвода находится на таким большом расстоянии от земли, что оно сравним с высотой тучи. Это имеет место для громоотводов, помещенных на самых высоких американских небоскребах, тогда действительно удается наблюдать с острия стержня тихий разряд, не переходящий в молнию. Шонланд добавляет, что это, несомненно, должно быть Франклину чувство справедливо удовлетворения, если бы он мог это знать.
Только кратко скажу о деятельности Франклина в других об-
лactях науки, так как, кроме описанных значений достиней, у него есть еще достинения и в других областях.
Franklin занимается геофизкой, дал карту тестия Гольфстрима, изобрел музыкальный инструмент с трудностями стеклянными шарами, экономического печку, до сих пор распространяется в Америке и Франции, уличные фонари, двойные очки для старческого дальнейского и многое другое. Кроме того, благодаря своему общественного характера и живому уму Franklin много консультировал и способствовал развитие науки. Конечно, сведения о большинстве этих консультаний канули в вечность, но некоторые дошли до нас.
Так, например, Людовик XVІ просил Франклина быть членом комиссии по вопросу о ценностях способа лечения, предложенного доктор Месмером, который использовал так называемый «животный магнетизм». Интересно, что в той же комиссии участвовал доктор Гильотен, изобретатель гильотины. Franklin отрицал существование животного магнетизма, но считал, что это не вредный способ лечения, так как он развлекает состояниеных людей, не приносим в вред, что не всегда можно сказать о других необоснованных лекарственных методах лечения.
Очень одобрительно Франклин относялся к полетам братов Монгольфе.
Franklin считал, что научные достижения есть достояние всего человека и zabota о развитию мировой науки должна стоять вне политических и военных противоре-