Мир магнитен. Магнитен от гигантских далеких туманностей до элементарных частиц. Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения.

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно, как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В нашей квартире десятки магнитов: в электробритве, динамиках, магнитофоне, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы – тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живем, – гигантский голубой магнит. Солнце – желтый плазменный шар – магнит еще более грандиозный. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами, – непостижимые по размерам магниты.

В этой главе приводятся древние названия магнита, упоминается о летающей статуе Арсинои и подвергаются сомнению претензии одного итальянского ювелира.

В тенистом уголке одного из самаркандских базаров, пропахших корицей и пловом, еще не так давно можно было встретить древнего старика в белоснежной чалме и тонкой выделки халате, подпоясанном цветастым платком. Все знали его – это был хранитель мечети Шах-и-Занда почтенный Емон Кузи. На базаре он сидел безучастно, разложив перед собой на лотке фигурки фантастических животных, сделанные из рисового теста и раскрашенные лаковыми красками. Иногда на этом же лотке он раскладывал старинные монеты – от медяшек кушанских властителей до царских серебряных рублей – и другие музейные древности. Как-то он показал мне небольшой продолговатый брусок, изрезанный затейливыми узорами.

В этой главе, начинающейся историей флюгера Оксфордского собора, говорится о тех магнитах, которые сделаны людьми с помощью других магнитов.

Из железа изготовляют множество чрезвычайно полезных вещей. Так, англичанин Вильям Гильберт четыре столетия назад писал:

«Иное железо пригодно для панцирей, иное против выстрелов метательных орудий, иное против мечей и против стали кривых сабель (обычно называемой «цементированной сталью»); одно служит для мечей, другое нужно для лошадиных копыт. Из него делаются гвозди, крюки, задвижки, пилы, ключи, решетки, двери, створки, лопаты, палочки, подпорки, рыболовные и прочие крючки, трезубцы, горшки, треножники, наковальни, молоты, клинья, цепи, ручные и ножные оковы, кирки, сечки, серпы, корзинки, заступы, мотыги, струги, грабли, сошники, вилы, чаши, чашечки, ложечки, ложки, вертелы, ножи, кинжалы, мечи, секиры, копья, дротики, пики, обоюдоострые мечи, якори и множество нужных для мореходства предметов; кроме того, ядра, короткие копья, шины, панцири, шлемы, нагрудники, конские подковы, ножи, проволоки, струны для музыкантов, кресла, опускные решетки, луки, баллисты и гибельные для человеческого рода бомбарды, пули и пушечные ядра и бесконечное множество неизвестных латинянам орудий».

В этой главе автор касается очень разобщенных тем. Что случится с магнитом, если положить рядом с ним бриллианты? Почему магнит – магнит? «Дело в душе», – считает Гильберт.

Лев Николаевич Толстой работал и на ниве научно-популярного жанра. Вот что писал он об электричестве:

«Когда придумано было это электричество, стали его прилагать к делу: придумали золотить и серебрить электричеством, придумали свет электрический и придумали электричеством на дальнем расстоянии с места на место передавать знаки. Для этого кладут куски разных металлов в стаканчики, в них наливают жидкости. В стаканчиках набирается электричество, и это электричество проводят по проволочке в то место, куда хотят, а из того места проволоку проводят в землю».

В этой главе рассказывается о янтарном перстне; о тайне дергающихся лапок; о том, как человек узнал, что магнетизм и электричество – близкие родственники; о пользе тесноты в лабораториях.
Гильберт обнаружил довольно много веществ, которые, как и янтарь, могут притягивать мелкие кусочки материи и пылинки. Манипулируя с этими и подобными веществами, любознательный бургомистр немецкого города Магдебурга Отто фон Герике изготовил странную машину – это был шар из серы, приводимый во вращение несложным механизмом. Вращающийся шар касался металлической цепочки, присоединенной к длинному металлическому бруску, подвешенному на веревках. Если шар при вращении придерживали ладонями, то на нем накапливался значительный электрический заряд, отводимый цепочкой к бруску.

Когда 43-летний копенгагенский профессор Ганс Христиан Эрстед (1777...1851) разослал европейским коллегам свой ставший сразу знаменитым «Памфлет» о действии электрического тока на магнитную иглу – всего четыре странички на латинском языке – и когда многие ученые смогли с ним познакомиться, их удивлению не было границ. Неужели ток действует на магнит столь странно?

Чтобы разобраться в «проблеме Эрстеда», которую бесспорно следует считать ключевой в учении об электричестве и магнетизме, нужно вернуться на два столетия назад и представить себе маленький датский остров Лангеланд, городок на нем под названием Рюдкобинг и семью бедного аптекаря, в которой родился Ганс Христиан.

До XVIII века cлова «магнит» и «железо» были синонимами. Затем на авансцену уверенно вышел электрический ток, он стал хозяином положения. А железо? Уже «мягкое», а не «жесткое», оно превратилось в своеобразный усилитель магнитного поля, повышая его в сотни раз!

Мало кому заметный, но поистине радикальный переворот от железа к железу с током совершился в 20-е годы прошлого столетия в лабораториях ученых.

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.

Электромагнит можно перегружать, если увеличить ток, обтекающий обмотку. Форсаж – это последний резерв на пути достижения сверхсильных полей, поэтому магнитные рекорды обычно принадлежат создателям импульсных систем.

Это направление берет начало от Вольта, который, заинтересовавшись электрическими рыбами, попробовал построить что-то подобное живой природе. Нильский сомик оказался слабым, гораздо лучше рыба «Торпедо» – гигантский электрический скат. Создавая разряд напряжением 50...60 В, он может убить зашедшего в воду теленка, электрический угорь Амазонки создает импульс напряжением до 500 В.

В этом рассказе о соленоидах речь пойдет о скульпторе, занявшемся физикой; о «проклятой» формуле, выведенной в 1898 г.; о соленоидах, которые требуют охлаждения воздухом, водой, керосином. Здесь же придется вспомнить о магните – «грейп-фруте» и магните из жидкого серебра.

Когда Ампер согнул проволоку колечком, которое назвал соленоидом, ему достаточно было пропускать по виткам ток в несколько ампер, который нагревал проводник, но выделенное тепло легко отбиралось воздухом комнаты. Почти сто лет воздушный океан сообщал свою температуру проводникам, через которые пропускали электрический ток, но наконец пробил час, когда охлаждающих возможностей атмосферы оказалось недостаточно. И тут в истории магнитов уместно вспомнить имя Френсиса Биттера.

Этот пожилой человек с бледным лицом и уныло торчащими усами не производил впечатления героической личности, хотя он совершил не один научный подвиг. Он ожижил «солнечный» газ – гелий, понизив его температуру почти до абсолютного нуля. Он открыл фантастические материалы – сверхпроводники. Он первым создал столь технически оснащенную лабораторию, что она стала эталоном для грядущих лабораторий XX века!

Его звали Гейке Камерлинг-Оннес (1853...1926). Он учился у знаменитых Кирхгофа (правила Кирхгофа) и Бунзена (горелка Бунзена). На рубеже XIX и XX веков ему удалось создать в Лейденском университете лабораторию с невиданно мощными ожижителями воздуха, азота и водорода, с сильным коллективом стеклодувов, со своим научным журналом.

Про магнитные органы, про «магнитные Биллы» и «магнитные Форды»; как магнитами просеивать зерно, сортировать руду, чистить пляжный песок и ловить преступников; о магнитных поездах без колес, магнитных игрушках и магнитных щупальцах; наконец, о фокусниках, мистификаторах и проходимцах, которые умеют обманывать людей, пользуясь тем, что магнитное поле всесильно, но невидимо.

После открытий Романьози, Эрстеда, Ампера, Стерджена, Генри и Джоуля человечество получило в свои руки магниты неслыханной доселе силы. Куда направить эту мощь? Легкость получения больших усилий с помощью электромагнитов побуждала использовать эти новинки буквально во всех устройствах, где требовалось приложить хоть мало-мальски серьезное усилие. Ученые на несколько лет уподобились мальчику, который, впервые получив магнит в руки, пытается притянуть им все, что попадается на глаза: гвозди, бритвы, кровать, соседскую кошку. Электромагниты в большом числе появились в физических лабораториях, аристократических салонах, кабинетах врачей.

Д. Дальтон и Ч. Вильсон никогда не встречались, они жили с разрывом времени порядка ста лет, но тем не менее именно их труды помогли заметить то, что не видно невооруженному человеческому глазу – движение элементарных частиц. Тут снова придется вспомнить П.Л. Капицу, предложившего совместить первый обнаружитель частиц с магнитом, что породило семейство полезнейших научных приборов...

Эту историю надо начать с Джона Дальтона (1766...1844)., того самого самоучки, который сначала преподавал математику детям в Манчестере, а потом занялся исследованиями воздуха, газовых смесей, составил первую таблицу атомных масс, изучал свойства перегретого пара.

И вновь рассказ про П.Л. Капицу; про «открытого» им физика, в свою очередь сделавшего открытие, связанное с электромагнетизмом электронов.

О применении магнетизма можно рассказывать много, но никак нельзя умолчать об открытии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Дело было так.

После революции магнитная лаборатория Московского университета, которой было присвоено имя Максвелла, вписала яркие главы в теорию магнетизма. Еще в 1913 г. ученик П.И. Лебедева В.К. Аркадьев заметил первый магниторезонансный эффект – поглощение ферромагнетиками высокочастотных электромагнитных колебаний.

Еще Демокрит был уверен, что, разрезая яблоко пополам, половинки – еще пополам, четвертинки – снова пополам и так далее, можно дойти до мельчайших «атомов» материи. Древнегреческий философ был прав; на 90-м раздвоении перед ним «лежало бы» два атома. Но где взять «нож» для столь тонких разрезов? Сегодня нужные инструменты есть, к их созданию причастны великий Лоуренс и не менее великий Векслер, трудами которых вошли в практику ускорители элементарных частиц. Существование последних без магнитов немыслимо.

О людях эпохи, об уровне развития ее науки и искусства мы судим прежде всего по сохранившимся памятникам. Египетские пирамиды, римские акведуки, русские иконы, флорентийские фрески, пещеры Аджанты, средневековые европейские соборы, более близкие к нам по времени плотины и телескопы являются уникальными символами ушедших эпох, подчас точнее воссоздающими те времена, чем пухлые тома хроник.

Среди технологических революций конца XX века одной из самых главных является перевод потребителей на атомное топливо. И снова магнитные поля оказались в центре внимания. Только они смогут обуздать своенравную плазму в «мирной» термоядерной реакции, которая должна прийти на смену реакциям деления радиоактивных ядер урана и тория.

Что бы еще сжечь? – навязчивым рефреном звучит вопрос, вечно мучающий энергетиков. Довольно долго нас выручали дрова, но у них малая энергоемкость, а потому дровяная цивилизация примитивна. Сегодняшнее наше благосостояние основано на сжигании ископаемого топлива, однако легкодоступные запасы нефти, угля и природного газа медленно, но верно иссякают.

Энергетическая Программа в бывшем СССР специально предусматривала создание необходимого научно-технического потенциала для производства электрооборудования на основе эффекта сверхпроводимости. Чем вызвано такое внимание к вопросам сверхпроводникового электрооборудования?

Сверхпроводники часто называют ключом к электротехнике будущего. Это объясняется их поистине удивительными свойствами.

Вообще-то, сверхпроводников как особых материалов не существует. Это обычные материалы из элементов таблицы Менделеева, у которых в определенных условиях появляются необычные свойства. Алюминий, например, считается хорошим проводником, неплохо пропускает тепло и в своей толще чуть усиливает магнитное поле (парамагнетик). При охлаждении ниже 1,2 К электропроводность алюминия возрастает бесконечно (сверхпроводник), теплопроводность так же сильно ухудшается (теплоизолятор), а магнитное поле в него уже не может проникнуть (диамагнетик).

Никогда во всей истории человечества еще не было периода, когда мировоззрение и благосостояние человека в столь сильной степени зависели бы от прогресса науки, как сейчас.

...Маленькой дрожащей стрелке, с одного конца выкрашенной в черный цвет, с другого – в красный, мы обязаны удивительными открытиями. Неизвестные миры, экзотические животные, благоухающие острова, ледяные континенты и не знающие цивилизации народы предстали перед глазами изумленных «водителей фрегатов», сверявших свой путь с маленькой стрелкой компаса...