Ученые об атмосферном электричестве

Торричелли Эванджелиста (Torricelli) (1608—1647), итальянский физик и математик, ученик Г. Галилея [263]. Он изобрёл ртутный барометр, открыл существование атмосферного давления и вакуума, известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики. Торричелли писал: «Энергия – есть квинтэссенция такой тонкой природы, что она не может содержаться ни в каком другом сосуде, как только в самой сокровенной субстанции материальных вещей». По Менделееву и Торричелли мировой эфир, это самая сокровенная субстанция материальных вещей.

Михаил Василевич Ломоносов (1711 – 1765), первый российский ученый-энциклопедист, серьезно занимавшийся химией, физикой, астрономией, географией, геологией, филологией, поэт, художник, историк, изобретатель. Широту интересов и глубину познаний природы вещей можно сравнить с Леонардо да Винчи. Ломоносов стал автором первой теории электричества и основоположником изучения электрических явлений в России [264]. Летом 1753 года Рихман и Ломоносов поставили уникальный эксперимент, который показал, что электрическая сила может проявляться и без грома, и что гром и молния не являются причиной электрической силы, проявляемой в воздухе, а наоборот, электрическая сила сама есть молнии и грома причина. Ученые устроили публичную пальбу из батареи пушек так, что гром сотрясал небо, однако электрический указатель ничего при этом не показывал. Так и было доказано, что искусственный гром электрической силы точно не создает. Выводы послужили для создания Ломоносовым основы для первой теории атмосферного электричества. И на сентябрь того же года был запланирован доклад Ломоносова, который должен был сопровождаться экспериментами Рихмана, где должна была быть изложена теория и объяснено ее практическое значение. Авторитет Ломоносова и поддержка со стороны именитых ученых того времени, позволили ему выступить с докладом в ноябре 1753 года. Доклад назывался «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михаила Ломоносова». В докладе была впервые изложена теория, научным материалистическим языком объясняющая электрические явления в атмосфере. Как утверждал Ломоносов, электричество в атмосфере возникает от трения частичек пыли и других частичек, взвешенных в воздухе, с мелкими капельками воды, происходящего во время вертикальных движений потоков воздуха. Он отмечал, что вертикальные нисходящие и восходящие потоки являются причиной многих явлений, а не только грома и молнии. Электризация, по мнению Ломоносова, происходит следующим образом: теплый воздух устремляется ввысь, неся с собой «жирные и горючие пары» вместе с иными примесями, содержащимися в воздухе. Частицы паров Ломоносов именует «шаричками». «Шарички», по его словам, обладают свойствами близкими к твердому телу, и поэтому не могут смешиваться с частичками воды (с каплями дождя), которые встречаются им на пути. Результатом трения между «шаричками» и частичками воды является возникновение электрических зарядов на тех и на других. По словам Ломоносова, этот заряд распространяется по облаку и занимает все. Разрабатывая эту теорию, Ломоносов подошел ближе всех своих предшественников к современным грозовым теориям. Ломоносов был очень недоволен теориями статического электричества, предлагаемыми зарубежными исследователями того времени. Он считал, что в них недостаточно исследованы некоторые значимые вещи. Он инициировал конкурс, объявленный Академией наук на наиболее точную теорию электрической силы и объяснение ее подлинной причины. Ломоносов считал, что электричество – форма движения эфира. Он отмечал, что электрическое действие вызывается легким трением и состоит в силах отталкивания и притяжения, а также участвует в процессах, связанных со светом и огнем. Теория электричества Ломоносова, связанная с движением эфира, была передовой для того времени, и получила дальнейшее развитие в трудах Эйлера. Ее придерживался Фарадей, считая электричество именно движением упругой среды, заполняющей все пространство и пронизывающей все тела. Ломоносов изготовил специальный прибор для регистрации силы грозового разряда. После экспериментов с ним он пришел к однозначному выводу о целесообразности использования громоотводов, чтобы молния ударяла именно в них, а не туда, где могут пострадать люди. Вопреки мнению Франклина, Ломоносов отметил важность заземления громоотвода. В своей диссертации «Теория электричества, разработанная математическим способом» Ломоносов, так же, как и Эйлер, отрицает особую «электрическую материю» и объясняет электрические явления, пользуясь эфирной гипотезой. Таким образом, Эйлер приписывал эфиру добавочную потенциальную энергию, обусловленную его упругой деформацией, а Ломоносов – добавочную кинетическую энергию, обусловленную вращением частиц эфира. Но обе теории сводили электрические явления не к специфическим субстанциям, а к специфическим формам движения, что получило своё дальнейшее развитие в XIX в., в частности, в работах Фарадея. При этом Ломоносова можно считать предшественником Фарадея ещё и потому, что он, как в немалой степени и Эйлер, стремился свести электрические, световые и, отчасти, тепловые явления к свойствам одной и той же субстанции – эфира.

Георг Вильгельм Рихман (нем. Georg Wilhelm Richmann) (1711 – 1753) – русский физик немецкого происхождения, действительный член Академии наук и художеств (адъюнкт с 1740, профессор физики с 1741) [265]. Основные работы – по калориметрии и электричеству. Вывел носящую его имя формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей, имеющих разные температуры. Проводил опыты по теплообмену и испарению жидкостей в различных условиях. Предложил первую работающую модель электроскопа со шкалой. Соратник и друг М. В. Ломоносова. 3 июля 1752 года он представил на Конференции Академии доклад, не появившийся в печати. Его опыты над атмосферным электричеством, сведения о которых он постоянно сообщал в «Петербургских Ведомостях», производились регулярно летом 1752 и 1753 годов. От установленного на крыше дома, где жил Рихман, железного изолированного шеста в одну из комнат квартиры была проведена проволока, к концу которой крепились металлическая шкала с квадрантом и шелковая нить, по углу отклонения которой под воздействием атмосферного электричества Рихман делал измерения. Рихман неутомимо работал со своим прибором, который усовершенствовал, соединив его с лейденской банкой [86]. 6 августа 1753 года во время грозы, когда Рихман стоял на расстоянии около 30 см от прибора, от последнего направился к его лбу бледно-синеватый огненный шар. Раздался удар, подобный пушечному выстрелу, и Рихман упал мёртвый. Ломоносов писал: «Рихман умер прекрасной смертью, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет», но в то же время беспокоился, «чтобы сей случай не был истолкован против приращений наук». Трагическая гибель Рихмана от шаровой молнии при исследовании атмосферного электричества «электрическим указателем» (прибором-прообразом электроскопа), который не был заземлён, имела большой резонанс во всем мире, в России временно запретили исследования электричества.

Бенджамин Франклин, 1752 год. Все началось со знаменитого опыта Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком (рис. 2), и экспериментально доказал, что грозовые явления имеют электрическую природу (чудо, что он остался жив!). Он же изобрел громоотвод, конструкция которого практически не изменилась до наших дней, и ряд электростатических моторов.

Рис. 2

Рис. 2. Опыт Бенджамина Франклина, 1752 год (картина того времени). Рядом – его сын [78]

Леонард Эйлер (1707—1783), швейцарский математик и физик [108]. Великий швейцарский математик предположил, что эфир передает не только тепло и свет, но также магнитные и электрические силы и гравитацию. Эйлер был заметным приверженцем теории световых волн, в отличие от корпускулярной версии Ньютона. Воззрения Эйлера были изложены в двух его диссертациях 1753 и 1756 гг., присланных на международный конкурс научных работ. Конкурс был организован Петербургской академией наук по предложению М. В. Ломоносова с целью «сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную её теорию». Основной смысл диссертации заключался в следующем: «Никаких специфических электрических материй в природе не существует. Носителем электричества является исключительно эфир – тот, о котором уже говорилось в связи с гравитацией и о котором далее будет говориться в связи с трактовкой оптических явлений. Свойства самого эфира следует объяснять исходя из механических представлений. Все тела в природе имеют пористую структуру, поры заполнены эфиром. Они могут быть большими (открытыми), малыми (замкнутыми) и средними. Тело электрически нейтрально, если эфир, содержащийся в порах, находится в равновесии с эфиром окружающей среды. Электризация есть случай нарушения указанного равновесия: если упругость эфира в порах больше, чем упругость окружающего эфира, то тело наэлектризовано положительно, если меньше – отрицательно. При трении двух разнородных тел поры сжимаются, и в зависимости от степени этого сжатия «выдавленный» эфир перетекает от одного тела к другому. Тела с открытыми порами есть проводники, с замкнутыми – изоляторы, однако абсолютных изоляторов в природе нет, ибо даже тело с замкнутыми порами в конце концов должно прийти в равновесие с окружающим эфиром, т.е. разрядиться. Особо следует отметить оригинальность эйлеровской идеи электростатического поля, в определённом смысле являющейся предвосхищением идей, выдвинутых в XIX в. Фарадеем. Эйлер рассматривает электростатическое притяжение и отталкивание как следствие изменений давления эфира, возникающих в процессе электризации. В данном случае он использовал закон Бернулли об уменьшении давления жидкости там, где её скорость больше (правда, ошибочно говоря об «упругости» жидкости, хотя закон Бернулли верен только для жидкости несжимаемой). По Эйлеру, избыток или недостаток упругости эфира в порах наэлектризованного тела вызывает поток эфира либо из этого тела, либо внутрь тела. Вследствие движения эфира его «упругость» вокруг тела уменьшается, притом сильнее всего около самого тела. И если какое-то тело (наэлектризованное или нет) попадает в область изменённых «упругостей» (а правильнее сказать, давлений) эфира, то оно должно двигаться в сторону меньшей упругости, т.е. по направлению к наэлектризованному телу. Если же рядом находятся два одноимённо заряженных тела, то «эфирные потоки между телами нейтрализуют друг друга, «упругость» здесь будет почти нормальная, в то время как во всех остальных направлениях, по общему правилу, упругость эфира будет меньше нормальной. Ясно, что такие тела должны будут друг от друга отталкиваться».

Василий Назарович Каразин, 1818 год [94], просветитель и учёный, основатель Харьковского университета и автор различных новаторских проектов, в том числе с применением электричества, силы, в начале XIX века ещё мало изученной. Намного опережая своё время, тогдашнее развитие науки и техники, Каразин задумал использовать в практических целях электричество, рассеянное в атмосфере. В 1818 году в подробном письме царю Александру I он выражал уверенность, что человек, заставив повиноваться себе воду, воздух и огонь, сможет подчинить и электрическую силу, «достигнуть до её хранилища» и «устроить канал», по которому свести её на землю. «Хранилище сие, – писал Каразин, – Уже известно: это высоты атмосферы, природная область громов и лучезарных метеоров. Каналом же может служить всякая металлическая проволока, а воздушные шары, или аэростаты, – якорем для удержания металлической нити постоянно в надлежащей высоте. О, как желал бы я, – продолжал Каразин, – Чтобы судьба именно России предоставила сделать сей важный шаг на поприще наук и пользы рода человеческого!». Василий Назарович подробно описывал план проведения необычных опытов и называл предполагаемые затраты на их осуществление. Проект был передан в Академию наук. Его рассматривали одновременно четыре академика. Учёный комитет главного правления училищ согласился с отрицательным заключением трёх академиков. Об этом доложили царю. На том все и закончилось, и смелая идея на многие годы была забыта.

Измаил Иванович Срезневский, русский филолог-славист, этнограф, палеограф, академик Петербургской академии наук. В 1855—1880 годах – декан историко-филологического факультета Петербургского университета. Составитель «Словаря древнерусского языка» [266]. В 1846 году «О куполах славянских храмов в первой половине 10 века» пишет арабский писатель Масуди [Срезневский., 1846. С. 36.]. Объекты, обозначаемые этим словом, имеют куполообразную форму. Всё это говорит о том, что русская архитектура возникла независимо от византийской и является наследницей славяно-арийской архитектуры, существовавшей до разделения единой славяно-арийской общности в начале 2 тыс. до Р. Х. Возраст её более 4000 лет.

Мелон Лумис использовал атмосферное электричество для питания длинных (400…600 миль) телеграфных линий и для первых опытов по беспроводной связи, кстати, вполне успешных. В Библиотеке Конгресса США сохранились документы и свидетельства о связи телеграфом между холмами Западной Вирджинии на расстоянии 18 миль (1868 г) [78]. Антенны Лумис поднимал воздушными змеями с вершин холмов на высоту около 200 м. Еще интереснее его проект извлечения атмосферного электричества горелками, поднятыми на змеях, аэростатах или высоких мачтах. Комментариев к рисунку, к сожалению, нет. В 19-м столетии довольно много исследователей предпринимали попытки получить электричество из воздуха в достаточных для практики масштабах. В 1850-х …1860-х годах получили патенты Лумис (Mahlon Lumis) и Уард (William H. Ward) в США, Вийон (Hippolyte Charles Vion) во Франции [78]. 1874 год [97].

Андрей Михайлович Павлинов (1852 – 1897) – русский архитектор, археолог, реставратор, историк архитектуры, хранитель Оружейной палаты, академик Императорской Академии художеств [267]. Как отмечает академик А. М. Павлинов, в «Добриловом Евангелии 1164 г. изображён храм, имеющий особое покрытие в виде главы с заострённым подвышением и выпученными боками [66]. Он покрыт чешуёй. Верхняя его часть несколько напоминает луковицу или так называемый куб. Подобное изображение храмов на прямых столбах, напоминающее деревянную конструкцию, встречается и позднее на наших вышивках. В них также мы видим храм такой же конструкции, т.е. на столбах, с возвышающимся над его серединою куполом. Изображения эти приводят на память описание славянских языческих храмов и, вероятно, составляют, так сказать, отголосок дохристианской эпохи». Среди многих подобий в русской и индийской архитектуре выделяется особый тип храма, широко распространённый не только в России и Индостане, но и по всей Европе. Храмы этого типа имеют высокий купол, на котором стоит фонарь или главка-амалака. К этому же типу можно отнести храмы с главками, поставленными одна на другую. Однако, имеющиеся факты говорят о том, что храмы, имеющие купол с фонарём или главкой, появились в глубокой древности у славяно-ариев; на территории расселения славян (и, соответственно, предков русских людей) они существовали издревле, задолго до 16 века, на территории Северной Руси они были уже в начале 15 века. Видно, что точно такие же сооружения были в Индии и Иране в глубокой древности.

Широко бытует мнение, что подобные храмы стали широко распространяться в Западной и Центральной Европе только начиная с 16 в., т.е. с эпохи Возрождения. Их обычно называют «ренессансными» (если они построены в 15 – 16 вв.) и «барочными» (если они построены в 17 – 18 вв.). Считается, что подобный тип храмов зародился в северной части Аппенинского полуострова. Считается так же, что позднее, под влиянием так называемой «итальянской архитектуры» этот тип храмов распространился на территории Южной России, где в 17 – 18 вв. сложился стиль «украинское барокко». В соответствии с этой схемой считается, что в Северной России, на Урале и в Сибири, такие храмы появились только в конце 17 в. как результат «юго-западного влияния».

Рис. 3

Рис. 3. Конструкция аэростата Рудольфа в виде эллипса с решеткой для сбора атмосферного электричества [74]

На рубеже 19-го и 20-го веков появилось немало исследователей атмосферного электричества, предложивших практические конструкции. Это Пеннок (Walter Pennock) и Девей (M. W. Dewey) в США, Паленксар (Andor Palencsar) в Венгрии, Рудольф (Heinrich Rudolph) в Германии [78]. В 1898 г. Рудольф описал интересную конструкцию (рис. 3) аэростата в форме эллипса с малым сопротивлением ветру. Решетка по периметру баллона, металлизированная ткань на баллоне и система проводов-растяжек служат для сбора атмосферного электричества.

Никола Тесла