История выдающихся открытий и изобретений

Обо всем этом мы узнаем из древних летописей и легенд и первых научных трудов по электричеству и магнетизму.
С древних времен человек, наблюдая окружающий мир и явления природы, делал различные открытия и изобретения, многие из которых навечно обогатили человечество. Как писал один из ученых, «из одного открытия вырастал стебелек, из другого – могучее дерево познания». Одним из основополагающих открытий, давших гигантские всходы, были открытия электрических и магнитных явлений.
Один из древних мудрецов Фалес (640-550 до н.э.) впервые описал свойство натертого янтаря притягивать легкие тела – соломинки, кусочки тканей и др. Эти наблюдения делали многие жители Земли, широко использовавшие для украшения блестящие и красивые изделия из янтаря. Греки называли янтарь «электрон» (elektro) – от этого спустя много веков произошло слово «электричество».
Древние народы, жившие на побережье Средиземного моря и в бассейне Нила, наблюдали действия и способности некоторых рыб, например, скатов, угрей и сомов производить парализующее воздействие при соприкосновении с человеком. Греки называли этих рыб «наркэ», что означало «парализующий».
Такие рыбы, как теперь достоверно известно, обладали электрическими органами, при этом напряжение превышало 200 В. И уже в первом веке нашей эры римские врачи использовали «удары» электрических рыб для лечения головных болей, подагры и других болезней. Конечно, врачи ничего не знали об электрических силах и объясняли воздействия рыб особым ядом.
В течение многих тысяч лет древние народы в паническом ужасе наблюдали грозные раскаты грома и яркие вспышки молний, но ни одному из мудрецов тех времен не могла прийти мысль о том, что притяжения натертого янтаря, удары «электрических» рыб и явления грозы в атмосфере имеют одну и ту же природу.
На основании изучения многих источников можно утверждать, что до 1600 г. заметных открытий в области электрических явлений сделано не было.
Что же касается магнитных явлений, то таинственные способности кусочков природного магнитного железняка притягивать легкие железные предметы упоминаются в старинных легендах и письменах, обнаруженных по всему миру – в Азии, Индии, Китае, Центральной Америке, Греции и Риме.
Слово «магнит» объясняется древними естествоиспытателями по-разному. Так известный римский ученый и писатель Плиний (23-79 гг. н. э.) в своей 37-томной «Естественной истории» описывает легенду о пастухе Магнесе, обнаружившем, что железные гвозди его сандалий и железный наконечник посоха притягивались большими черными камнями, разбросанными у подножий горы на острове Крит. Эти камни будто бы в честь Магнеса назвали «магнитами», а само явление притяжения – «магнетизмом».
Но древнегреческий философ Платон (427-347 гг. до н.э.) утверждал, что слово «магнит» происходит от названия древнегреческой провинции Магнезии, жителей которой называли «магнетами», а камни из Магнезии – «магнитами».
Мы узнаем интересные факты практического использования магнита. Древние индийцы еще во втором тысячелетии использовали магнит для извлечения железных наконечников стрел из тел раненых воинов. А в некоторых китайских летописях рассказывается о волшебных воротах из магнитного железняка, установленных близ дворцов императоров, сквозь которые не мог пройти человек, спрятавший под одеждой металлическое оружие (не напоминают ли эти ворота о современных металлоискателях, которые применяют при входе людей в некоторые здания и на массовые мероприятия?).
В одном из музеев Китая хранится компас, относящийся ко второму тысячелетию до н.э. (рис. 2.1). Известно также, что китайцы изготовляли так называемые «югоуказатели», изображавшие фигурку человека, обращенного лицом на юг, и прикрепленному к могущему вращаться магниту (так как большинство торговых путей и военных походов устремлялись из центральных районов Китая к южным морям).
Европейцы в XI в. заимствовали компас у китайцев через арабов, но капитаны-католики пользовались компасом тайно, опасаясь попасть на костер инквизиции, представители которой видели в компасе «дьявольский инструмент, созданный колдунами».
Древние ученые объясняли свойства магнита божественным происхождением, а уже упоминавшийся Фалес, а также Аристотель считали, что магнит обладает «душой», которая притягивала к нему железо.
Римский поэт Лукреций (99-55 гг. до н.э.) в своей знаменитой поэме «О природе вещей», написанной более двух тысяч лет назад, писал, что из магнита должны «семена выделяться» или же «ток истекать», раздвигающие воздух между камнем и железом, и в образовавшиеся «пустые пространства» туда «стремглав понесутся железа». Несмотря на очевидную примитивность представлений Лукреция, «материальные истечения», заполняющие пространство вокруг магнита, напоминают современные понятия магнитных силовых линий и магнитного поля.
 Рис. 2.1. Китайский компас 
Благодаря исследованиям ряда европейских естествоиспытателей уже в XI-XIII вв. было установлено существование у магнита разноименных полюсов и их взаимодействия, а также распространение магнитного действия через различные тела (бумагу, дерево и др.). Итальянец Д.Б. Порта и француз П. Перегрин описали способы изготовления магнитных стрелок, а П. Перегрин впервые снабдил компас градуированной шкалой (около 1270 г.)
В течение многих веков магнитные, тепловые и электрические явления объясняли действием особой жидкости, и только в 20-х гг. XIX в. выдающийся французский физик А.М. Ампер впервые доказал электрическую природу магнетизма.
Заметный удар по мистицизму, вымыслам и предрассудкам был нанесен зарождением и быстрым развитием экспериментального метода научных исследований, обусловленного бурным развитием торговли и ремесел. Одним из основоположников этого метода был Леонардо да Винчи. Это ему принадлежит завещание, обнаруженное в его записной книжке: «Не слушай учения тех мыслителей, доводы которых не подтверждены опытом», ибо «Мудрость – дочь опыта».
Первый фундаментальный научный труд о магнетизме принадлежал видному английскому ученому лейб-медику Королевы Вильяму Гильберту (1554-1603) – «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» (1600 г.). Гильберт произвел более 600 «искусных» опытов, открывших ему тайны «скрытых причин различных явлений».
В отличие от многих своих предшественников Гильберт считал, что причиной действия на магнитную стрелку является магнетизм Земли, которая представляет собой «большой магнит». Это он доказал с помощью оригинального эксперимента: изготовил из магнитного железняка небольшой шар – «маленькую землю», назвав ее «тереллой» и показал, что магнитная стрелка в разных местах поверхности «тереллы» занимает положения, аналогичные тем, которые она принимает в поле земного магнетизма (рис. 2.2). Вот пример выдающегося открытия, которое с помощью эксперимента делают великие ученые.
Гильберт исследовал также электрические явления и установил, что при натирании электрическими свойствами обладают не только уже упоминавшийся янтарь, но и другие тела – сера, смола, горный хрусталь. Эти тела он назвал «электрическими» в соответствии с названием янтаря – «электрон».
Ученый правильно установил, что «степень электрической силы» бывает различна, что влага снижает интенсивность электризации тел при из натирании. Однако Гильберт ошибочно утверждал, что магнитные и электрические явления имеют разную природу: «электрическая сила» возникает только от трения некоторых тел, тогда как магнит постоянно действует на железо. Заметим, что это утверждение продержалось в науке более 200 лет.
 Рис. 2.2. «Терелла» В. Гильберта 
Давно уже установлено, что пути к познанию новых фактов далеко не просты. Так, например, Гильберт пытался наэлектризовать трением металлы, не изолируя их. Ошибку Гильберта установил спустя два столетия выдающийся русский физик В. В. Петров.