Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез

Портрет Уильяма Томсона кисти Губерта фон Геркомера, хранящийся в Музее Глазго.

Однажды в Оксфорде Томсон прослушал доклад молодого ученого по имени Джеймс Джоуль, в котором тот излагал результаты своих исследований природы тепла. Томсон не мог выбросить эти идеи из головы и впоследствии опубликовал статью «О динамической теории тепла». В данной работе он утверждал, что все процессы, в которых участвует тепло, могут быть объяснены, если признать существование двух фундаментальных законов. Один из них недавно сформулировал Джоуль — закон сохранения энергии. Другой, говорил он, показывает фундаментальную асимметрию природы: тепло спонтанно передается от теплого тела к холодному. Эти два закона — ключевые элементы термодинамики. Уильям Томсон, который получил титул барона Кельвина за свои заслуги и был председателем Лондонского королевского общества в течение пяти лет, скончался 17 декабря 1907 года в Ларгсе, Шотландия. Его состояние и достижения в области телеграфной связи оказались преданы забвению, остались только надгробная плита в Вестминстерском аббатстве и память о его интеллектуальном подвиге в науке.

Джеймс наслаждался двумя последними годами в школе, хотя в этот период перенес ряд болезней: несмотря на силу и атлетическое телосложение, он не обладал крепким здоровьем. Читал Джеймс запоем, что было чрезвычайно полезным для него, поскольку он обладал завидной способностью запоминать практически все из прочитанного. И когда Максвелл не был погружен в книжные страницы, он занимался тем, что сочинял стихи, соблюдая правильный размер и ритм. В 1847 году, когда закончилось его школьное обучение, Джеймс был первым в классе по математике и английскому языку, а также обладал призами за знание истории, географии и французского языка. По успеваемости в целом он был вторым в классе. Преподавательский состав академии, желая произвести впечатление на родителей будущих учеников, добавил новый предмет в учебный план: физические науки. Один из его одноклассников через некоторое время вспоминал, что Максвелл и Тэт знали по этому предмету больше, чем преподаватель...

Я вполне способен написать фантастическую формулу.

Максвелл о своих ошибках в расчетах

Время от времени Джеймс проводил время с сестрой своей матери, тетей Джейн. Она ясно понимала, в чем состоит ее задача: смягчить излишнюю неординарность своего племянника и научить его быть адекватным членом общества. Когда он застывал неподвижно, наблюдая за игрой света от свечей на стеклянной поверхности, она отвлекала его словами: «Джеймс, ты витаешь в облаках». Религия также присутствовала в юношеской жизни Максвелла; он посещал службы как англиканской, так и пресвитерианской церквей. Тетя посылала его на уроки катехизиса к своему другу Дину Рэмси, хорошему человеку, больше всего обеспокоенному тем, чтобы молодые люди не попадали под влияние новых религиозных организаций, которые возникали в стране. Такой, например, была Свободная пресвитерианская церковь Шотландии — ответвление национальной церкви этой страны, которая называлась Церковью Шотландии.

Но с Максвеллом подобные меры предосторожности были излишни. Вера стала одним из главных принципов, которые вели его по жизни, и она являлась плодом интенсивного личного размышления, практически не оставляя места для доктрины какой-либо секты.

Другим очень важным человеком для Максвелла был старший брат его матери, дядя Джон. Адвокат и судья по профессии, он разделял с отцом Джеймса страсть к технике. Однажды дядя Джон отвез племянника к одному из самых известных физиков-оптиков того времени, Уильяму Николя, который изобрел способ поляризации света с помощью призм, очень осторожно разрезая кристаллы исландского шпата. Его работа была столь удачной, что призмы, сделанные таким образом, носят название «призмы Николя». Джеймс настолько остался впечатлен визитом, что решил сам исследовать поляризацию света. Кроме того, Максвелл часто навещал свою двоюродную сестру Джемиму в Глазго. Она была замужем за Хью Блэкберном, профессором математики в университете, большим другом одного из самых великих физиков того времени, ставшим патриархом английской науки, — Уильямом Томсоном. Профессор натуральной философии разглядел в молодом Джеймсе огромный потенциал, и между ними завязалась дружба, которая длилась всю жизнь. Более того, он и Фарадей более других ученых повлияли на научную жизнь нашего героя.

А пока молодой Максвелл не терял ни минуты: он читал, писал или работал в своей лаборатории. Его единственным «вольным» развлечением была игра с диаболо, в которой он стал экспертом благодаря постоянной практике. Нет сомнений в том, что он стремился стать ученым, хотя отец считал, что ему следует изучать юриспруденцию. О карьере ученого для своего сына Джон не хотел и слышать.

ГЛАВА 2

Теория упругости

XIX век был эпохой промышленной революции, и с ним родились либерализм, марксизм и промышленный капитализм. Во второй половине XVIII века Англия поднялась на вершину своего экономического могущества, в то время как континентальной Европе пришлось ждать индустриализации еще несколько десятилетий. Однако мы говорим о технике, а не о науке, которая считалась скорее времяпрепровождением для дворян и дилетантов. Таковым было общество, в котором Максвелл собирался найти свое место.

Промышленная революция превратила аграрное общество в индустриальное. Паровая машина осушала болота и топи, прокладывала новые маршруты на земле и на море, она начала заменять ручной труд человека, начиная с текстильной промышленности и шахт и заканчивая любой экономической деятельностью. Все это произошло благодаря шотландцу Джеймсу Ватту.

Шел 1765 год. Уже восемь лет как Джеймс Ватт (1736- 1819), меланхоличный и неутомимый инженер, родившийся в маленьком городе Гринок, работал мастером научных инструментов в мастерской при университете Глазго. Он вернулся в родную Шотландию, отказавшись от предыдущей работы в мастерской научных инструментов в Лондоне. В университете он столкнулся с моделью паровой машины, придуманной необразованным кузнецом Томасом Ньюкоменом. Ей ученые пользовались в своих опытах. Ватт много размышлял о том, как можно улучшить такую машину, и после долгих теоретических и практических изысканий ему это удалось.

После разработки следующим шагом стал запуск машины в производство. Ватту был нужен партнер-капиталист, и он нашел его в лице богатого, жизнерадостного и гостеприимного Мэттью Болтона. Он являлся владельцем мануфактуры в Сохо (Бирмингем), выпускающей пуговицы, рукояти для шпаг, пряжки для ботинок, часы, цепи и многое другое. Убежденный в огромном потенциале машины, Болтон одолжил деньги, необходимые для ее производства. Чтобы реализовать свою идею, Ватту пришлось использовать новейшие металлургические технологии своего времени, в частности очень точные сверлильные станки Джона Уилкинсона.

В 1769 году Ватт запатентовал первую действительно эффективную паровую машину. Вместо того чтобы продавать это изобретение, Болтон убедил своего партнера сдавать машины потенциальным клиентам — угольным шахтам. Они были нужны им для выкачивания воды из туннелей. В качестве платы компаньоны просили только треть денег, которые предприятие сэкономило бы на топливе в течение первых трех лет.

Таким оригинальным способом оба шотландца очень быстро стали миллионерами, и их доходы умножились, когда один из помощников Ватта, Уильям Мердок, разработал передачу, превращавшую возвратно-поступательное движение водяного насоса в круговое движение: это была планетарная передача.

С новой передачей то, что было только выкачивающим воду насосом, стало революционной машиной, которая изменила облик планеты. К 1795 году машина Ватта использовалась практически во всех производственных процессах в Англии.