Кто открыл закон Кулона

Кто открыл закон Кулона

Ну что за вопрос: «Кто открыл закон Кулона?» Естественно, Кулон[65], а то с чего бы этот закон носит его имя. Но все не так просто. Попробуем разобраться.

Закон Кулона знает теперь, наверное, любой школьник. Но вряд ли многим известно, какое искусство и наблюдательность пришлось проявить исследователю. Кулон с помощью изобретенных им крутильных весов измерял силу взаимодействия между электрическими зарядами. О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, можно судить хотя бы по следующему факту: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так чувствительно реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от слабейших воздушных потоков, но даже и от приближения глаза наблюдателя (на стрелке и на теле человека всегда могут оказаться электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на силах взаимодействия).

Кулон установил, во-первых, что сила взаимодействия между точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если заряды разноименные. Во-вторых, Кулон ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине. Закон Кулона является фундаментальным законом природы; он хотя прост по форме, но глубок по содержанию. Для истории физики его эксперименты с крутильными весами имели важнейшее значение еще и потому, что они дали в руки ученых метод определения единицы электрического заряда через величины, использовавшиеся в механике: силу и расстояние, что позволило проводить количественные исследования электрических явлений.

Но вот почти сто лет спустя после работ Кулона, в 1877 году, Максвелл напечатал статью о неопубликованных работах Генри Кавендиша[66] в области электричества. Максвеллу как первому директору Кавендишской лаборатории в Кембридже, построенной на средства потомков Кавендиша, был предоставлен архив Генри Кавендиша. В этом архиве он обнаружил совершенно готовую к публикации рукопись работы Кавендиша, экспериментально доказывающую тот же закон, что и открытый Кулоном. Экспериментальные доказательства в опыте Кавендиша существенно отличались от опыта Кулона, метод был более прост и доказательства более точны, чем у Кулона. В своих работах Кавендиш исходил из того, что на полом металлическом проводнике только тогда весь электрический заряд может распределиться на наружной поверхности, когда эти заряды отталкиваются друг от друга по закону квадрата расстояния.

Даты на рукописи Кавендиша не было, но Максвелл отнес ее, во всяком случае, к годам не позднее 1775 года — следовательно, по крайней мере на десять лет раньше открытия закона Кулоном. Как могло случиться, что работа Кавендиша оставалась в продолжение ста лет никому не известной? Естественно задать вопрос: как могло произойти, что такой крупный ученый, как Кавендиш, которого многие называли «Ньютоном современной химии», мог пренебречь опубликованием работы по электричеству, которую он, конечно, не мог не считать фундаментальной? Вряд ли история когда-либо найдет ответ на этот вопрос, но самое вероятное, что Кавендиш просто позабыл направить ее в печать. Это объяснение сперва кажется невероятным, так как, казалось бы, его товарищи, ученые, должны были знать об этих работах и напомнить ему о них. Но здесь вскрывается особенность характера Кавендиша. Генри Кавендиш был английским лордом и занимался физикой и химией в качестве «хобби», как сказали бы теперь.

Кавендиш был человеком особого склада, с большими странностями. Он был нелюдим, мало говорил и смущался, когда к нему обращались незнакомые люди. Местом для опасных экспериментов с электричеством ему служили конюшни отца. Но потом он превратил в лабораторию большую часть громадного родительского дома. Лишенный прав на отцовское богатство, он вдруг получил огромное состояние от своего дяди. Однако ни мотом, ни дельцом не стал. Ему было тогда уже за сорок, образ жизни и привычки его давно сформировались, а менять их он не хотел. Очень выразительно сказал о нем Дж. Дж. Томсон: «Он всегда делал то, что делал прежде». В течение всей своей жизни он выходил на прогулку в одно и то же время дня. Решив свести к нулю вероятность встречи с кем-нибудь из знакомых лондонцев, Кавендиш усвоил обыкновение ходить только посередине мостовой. Уклоняться от лошадей было легче, чем от человеческого пустословия. Кавендиш вел тихий и уединенный образ жизни. Со своими служанками он общался исключительно записками и не заводил личных отношений вне семьи. Женская прислуга в клефэмском доме Кавендишей не рисковала попадаться ему на глаза: за этим следовал отказ от места. Согласно одному из источников, для того чтобы попасть домой, Кавендиш часто пользовался черным ходом — так он избегал встреч со своей экономкой. Круг его общения ограничивался лишь клубом Королевского общества, члены которого обедали вместе до еженедельных совещаний. Кавендиш редко пропускал эти встречи и был глубоко уважаем своими современниками. Но лишь немногие из завсегдатаев клуба знали, как звучит его голос. Он заговаривал только тогда, когда мог сообщить им нечто из ряда вон выходящее. За сорок лет его шляпа ни разу не переменила своего места на полке в клубном гардеробе. Раз в году, в один и тот же день и час, к нему приходил портной. Молча снимал мерку и исчезал. Никаких вопросов о материале и фасоне нового платья: костюм должен был быть копией прежнего с необходимой поправкой на естественное изменение параметров хозяина. Так был уничтожен еще один повод для вздорных раздумий и отвлекающей болтовни.

Кавендиш был совершенно безразличен к окружающему его миру и никогда не интересовался происходящими в этом мире событиями — даже столь значительными, как французская революция или наполеоновские войны, прокатившиеся по Европе. Он был воплощенной сосредоточенностью. И это сделало его в глазах современников неисправимым чудаком. Только с друзьями по науке он делался разговорчивым и охотно делился своими обширными знаниями.

После того как он стал обладателем состояния, изменился только бюджет его физической лаборатории в старом герцогском доме. Теперь Кавендиш мог позволить себе самые дорогостоящие опыты. И его занятия наукой сделались еще углубленней. В похвальном слове Кавендишу французский физик Жан Био сказал так: «Он был самым богатым из ученых и, вероятно, самым ученым из богачей». Обладая колоссальными средствами, Кавендиш тратил свои доходы не только на научные опыты, но и на поддержку молодых ученых.

Итак, открыв примерно за одиннадцать лет до Кулона закон взаимодействия, Кавендиш, однако, его не опубликовал. Известный электротехник Хевисайд сказал, что это грех — и грех непростительный. Это стоило Кавендишу славы первооткрывателя.

На этом наш рассказ об истории закона Кулона можно было бы закончить, если бы… Если бы не было еще одного исследователя — Дж. Робайсона (1739–1805), который экспериментально доказал, что «действие между сферами в точности пропорционально обратному квадрату расстояния между их центрами». Метод, использованный Робайсоном, основывался на идее о том, что взаимодействующие заряды можно считать точечными, когда размеры сфер, на которых они локализованы, много меньше расстояния между центрами сфер. Установка, с помощью которой англичанин проводил измерения, описана в его фундаментальном труде «Система механической философии»^[67]. Сочинение это было издано уже после его смерти, в 1822 году. Но основной закон электростатики не носит имя Робайсона, как вполне могло бы быть, поскольку в это время уже получили повсеместное распространение труды Кулона.