«Фрагменты науки: серия отдельных эссе, обращений и обзоров»

АНАЛИЗ СЛАНЦА.

Темный сланец, два анализа.

1. Процент железа

5.85

2. Процент железа

6.13

Среднее

5.99

Беловато-зеленый сланец.

1. Процент железа

3.24

2. Процент железа

3.12

Среднее

3.18

Согласно этим анализам, количество железа в темном сланце, непосредственно прилегающем к зеленоватому пятну, почти вдвое превышает количество, содержащееся в самом пятне. Это примерно та пропорция, которую предполагали магнитные эксперименты.

Позвольте мне теперь напомнить вам, что факты, представленные вам, типичны — каждый из них является представителем класса. Мы видели раздавленные раковины; сдавленных трилобитов, смятые пласты, сплющенные конкреции зеленоватого мергеля; и все эти источники независимых свидетельств указывают на один и тот же вывод, а именно, что сланцевые породы подвергались огромному давлению в направлении под прямым углом к плоскостям кливажности.

В отношении смятого пласта мистера Сорби я сказал, что если предположить, что он вытянут и его длина измерена, это дало бы нам представление о величине податливости массы выше и ниже пласта. Такое измерение, однако, не дало бы точной величины податливости. Я держу в руке образец сланца с отмеченным на нем напластованием; нижние части каждого слоя состоят из сравнительно грубого зернистого материала, чем-то похожего на то, из чего, как вы можете предположить, состоит смятый пласт. Теперь при пересечении этих зернистых частей кливажность поворачивается, как будто стремясь пересечь напластование под другим углом. Когда давление начало действовать, промежуточный пласт, который не является полностью неподатливым, испытал продольное давление; по мере того как он сгибался, давление постепенно становилось более поперечным, и направление его кливажности точно такое, какое вы могли бы вывести из действия такого рода — оно не совсем поперек пласта, но и не в том же направлении, что и кливажность сланца выше и ниже него, а промежуточное между обоими. Предполагая, что кливажность находится под прямым углом к давлению, это направление, которое она должна принять через эти более неподатливые пласты.

Таким образом, мы установили совпадение явлений кливажности и давления — что они сопровождают друг друга; но вопрос остается: достаточно ли давления, чтобы объяснить кливажность? Единственный геолог, насколько мне известно, отвечает смело утвердительно. Этот геолог — Сорби, который атаковал вопрос в истинном духе физического исследователя. Вспомните кливажность плит Галифакса и Овер-Дарвена, которая вызвана вставкой слоев слюды между зернистыми пластами. Мистер Сорби находит пластинки слюды также составляющей сланцевой породы. Он спрашивает себя, каков будет эффект давления на массу, содержащую такие пластинки, запутанно смешанные в ней? Это будет, аргументирует он, и он аргументирует правильно, поместить пластинки их плоскими поверхностями более или менее перпендикулярно направлению, в котором оказывается давление. Он берет чешуйки оксида железа, смешивает их с мелким порошком, и при сжатии массы обнаруживает, что тенденция чешуек состоит в том, чтобы установиться под прямым углом к линии давления. Вдоль плоскостей слабости, созданных чешуйками, масса расщепляется.

С помощью тестов иного характера, чем те, что применил мистер Сорби, можно было бы показать, насколько верен его вывод — что эффект давления на удлиненные частицы или пластинки будет таким, как он описывает. Но хотя чешуйки должны рассматриваться как истинная причина, я не приписал бы им большую долю в производстве кливажности. Я верю, что даже если бы пластинки слюды полностью отсутствовали, кливажность сланцевых пород была бы почти такой же, как сейчас.

Вот масса чистого белого воска: она не содержит частиц слюды, чешуек железа или чего-либо аналогичного им. Вот то же самое вещество, подвергнутое давлению. Я хотел бы пригласить выдающихся геологов, присутствующих здесь, обратить внимание на структуру этого воска. Ни один сланец никогда не демонстрировал такой чистой кливажности; он расщепляется на пластины превосходной тонкости и доказывает одним ударом, что давления достаточно для производства кливажности и что эта кливажность не зависит от смешанных пластинок или чешуек. Я намеренно смешал этот воск с удлиненными частицами и не могу сказать в настоящий момент, что кливажность заметно затронута их присутствием — если что-то и есть, я бы сказал, что они скорее ухудшают ее тонкость и чистоту, чем способствуют ей.

Чем тоньше сланец, тем совершеннее будет сходство его кливажности с кливажностью воска. Сравните поверхность воска с поверхностью этого сланца из Борродейла в Камберленде. У вас точно те же черты в обоих: вы видите хлопья, цепляющиеся за поверхности каждого, которые были частично оторваны при расщеплении. Пусть любой внимательный наблюдатель сравнит эти два эффекта, и он, я убежден, придет к выводу, что они являются продуктом общей причины. [Сноска: Я обычно размягчал воск, нагревая его, разминал пальцами и прессовал между толстыми стеклянными пластинами, предварительно смоченными. При обычной летней температуре спрессованный воск мягкий и скорее рвется, чем расщепляется; по этой причине я охлаждаю свои спрессованные образцы в смеси толченого льда и соли, и когда они охлаждены таким образом, они расщепляются чисто.]

Но вы спросите меня, как, согласно моему взгляду, давление производит этот замечательный результат? Это можно выразить очень немногими словами.

В природе не существует тела с идеально однородной структурой. Я ломаю эту глину, которая кажется такой однородной, и обнаруживаю, что излом представляет моим глазам бесчисленные поверхности, вдоль которых она уступила, и она уступила вдоль этих поверхностей, потому что в них сцепление массы меньше, чем в других местах. Я ломаю этот мрамор и даже этот воск и наблюдаю тот же результат; посмотрите на ил на дне высохшего пруда; посмотрите на некоторые негравийные дорожки в Кенсингтонских садах при высыхании после дождя — они потрескались и раскололись, и при прочих равных условиях они трескаются и раскалываются там, где сцепление является минимальным. Возьмите тогда массу частично консолидированного ила. Такая масса разделена и подразделена внутренними поверхностями, вдоль которых сцепление сравнительно мало. Проникните в массу в идее, и вы увидите, что она состоит из бесчисленных неправильных многогранников, ограниченных поверхностями слабого сцепления. Представьте такую массу, подвергнутую давлению, — она уступает и распространяется в направлении наименьшего сопротивления; [Сноска: Едва ли нужно говорить, что если бы масса сжималась одинаково во всех направлениях, никакая ламинированная структура не могла бы быть произведена; она должна иметь пространство для уступки в боковом направлении. Мистер Уоррен Де ла Рю сообщает мне, что однажды хотел получить белила в мелкозернистом состоянии, и для достижения этого он сначала сжал их. Форма была конической и позволяла свинцу немного распространиться в стороны. Ламинация была такой же совершенной, как у сланца, и это полностью победило его в попытке получить зернистый порошок.] маленькие многогранники превращаются в пластины, отделенные друг от друга поверхностями слабого сцепления, и неизбежным результатом будет тенденция расщепляться под прямым углом к линии давления.

Далее, масса высохшего ила полна полостей и трещин. Если вы сломаете высохшую трубную глину, вы увидите их в огромном количестве, и есть множество их настолько малых, что вы не можете их увидеть. Сплющивание этих полостей должно происходить в сжатом иле, и это должно в некоторой степени облегчить кливажность массы в указанном направлении.

Хотя время, имеющееся в моем распоряжении, не позволило мне должным образом развить эти мысли, все же в течение последних двенадцати месяцев предмет представлялся мне почти ежедневно в том или ином аспекте. Я никогда не ел печенье в течение этого периода, не отмечая кливажность, развитую скалкой. Вам нужно только сломать печенье поперек и посмотреть на излом, чтобы увидеть ламинированную структуру. У нас здесь есть средства продвинуть аналогию дальше. Я приглашаю вас сравнить структуру этого сланца, который подвергся высокой температуре во время пожара в помещениях мистера Скотта Рассела, со структурой печенья. Воздух или пар внутри сланца заставили его раздуться, и механическая структура, которую он обнаруживает, точно такая же, как у печенья. Во время этих исследований я получил много инструкций по изготовлению слоеного теста. Вот немного такого теста, испеченного под моим собственным наблюдением. Кливажность наших холмов — это случайная кливажность, но это кливажность с намерением. Воля кондитера вошла в ее формирование. Его целью было сохранить серию поверхностей структурной слабости, вдоль которых тесто делится на слои. Слоеное тесто при приготовлении нельзя слишком много трогать; его следует, кроме того, раскатывать на холодной плите, чтобы предотвратить таяние масла и его диффузию, что делает тесто более однородным и менее склонным к расщеплению. Слоеное тесто, таким образом, является просто преувеличенным случаем сланцевой кливажности.

Принцип, изложенный здесь, настолько прост, что почти тривиален; тем не менее, он охватывает не только упомянутые случаи, но, если бы время позволило, вам можно было бы показать, что принцип имеет гораздо более широкий диапазон применения. Когда железо берется из пудлинговой печи, оно более или менее губчатое, по сути, агрегат мелких узлов: оно находится при сварочном жаре, и при этой температуре подвергается процессу прокатки. Результатом являются яркие гладкие прутья. Но, несмотря на высокий жар, узлы не смешиваются идеально. Процесс прокатки вытягивает их в волокна. Вот масса, на которую подействовала разбавленная серная кислота, которая поразительным образом демонстрирует эту волокнистую структуру. Эксперимент был сделан моим другом доктором Перси, без всякой ссылки на вопрос о кливажности.

Сломайте кусок обычного железа, и вы получите зернистый излом; нагрейте железо, вы удлините эти гранулы и, наконец, сделаете массу волокнистой. Вот куски рельсов, вдоль которых скользили колеса локомотивов; гранулы уступили и стали пластинами. Они отслаиваются или отходят листьями; все эти эффекты принадлежат, я верю, к великому классу явлений, из которых сланцевая кливажность составляет наиболее заметный пример. [Сноска: Для некоторых дальнейших наблюдений по этому предмету мистером Сорби и мной, см. Философский журнал за август 1856 г.]

Мы теперь достигли завершения нашей задачи. Вы были свидетелями явлений кристаллизации и вам были представлены факты, которые обнаруживаются связанными с кливажностью сланцевых пород. Такие факты, как выразил Гельмгольц, являются столькими же телескопами для нашего духовного зрения, с помощью которых мы можем видеть назад сквозь ночь древности и распознавать силы, которые действовали на поверхности земли

Прежде чем лев зарычал, Или орел взлетел.

Из свидетельств самого независимого и заслуживающего доверия характера мы приходим к выводу, что эти сланцевые массы подвергались огромному давлению, и верным методом эксперимента мы показали — и это единственный действительно новый момент, который был представлен вам, — как давление достаточно для производства кливажности. Расширяя наше поле зрения, мы находим тот же самый закон, чьи следы мы прослеживаем среди скал Уэльса и Камберленда, распространяющийся в область кондитера и литейщика; более того, колесо не может проехать по полувысохшему илу наших улиц, не обнаружив нам более или менее черты этого закона. Позвольте мне сказать в заключение, что дух, в котором эта проблема была атакована геологами, указывает на рассвет нового дня для их науки. Великие умы, которые трудились в геологии и которые подняли ее до нынешней высоты величия, были вынуждены иметь дело с предметом в массе; у них не было времени заниматься деталями. Но желание более точного знания возрастает; факты вливаются, которые, оставляя нетронутыми внутренние чудеса геологии, постепенно вытесняют твердыми истинами неопределенные спекуляции, которые осаждали предмет в его младенчестве. Геологи теперь стремятся имитировать, насколько возможно, условия природы и производить ее результаты; они приближаются все больше и больше к области физики, и я верю, что день скоро придет, когда мы переплетем наши дружеские руки через общую границу наших наук и будем преследовать наши соответствующие задачи в духе взаимной помощи, поощрения и доброй воли.

[Я бы теперь придал больше значения боковой податливости, упомянутой в сноске относительно попытки мистера Уоррена Де ла Рю произвести мелкозернистые белила, сопровождаемой, как она есть, тангенциальным скольжением, чем я был готов сделать, когда эта лекция была прочитана. Это скольжение, я думаю, является главной причиной плоскостей слабости, как в спрессованном воске, так и в сланцевой породе. Дж. Т. 1871.]

.

.

.

.

--------------------

.

.

XIII. О ПАРАМАГНИТНЫХ И ДИАМАГНИТНЫХ СИЛАХ.

[Сноска: Реферат лекции, прочитанной в Королевском институте, 1 февраля 1856 г.]

ПОНЯТИЕ об аттрактивной силе, которая притягивает тела к центру земли, было принято Анаксагором и его учениками, Демокритом, Пифагором и Эпикуром; и догадки этих древних были возобновлены Галилеем, Гюйгенсом и другими, которые утверждали, что тела притягивают друг друга, как магнит притягивает железо. Кеплер применил понятие к телам за пределами поверхности земли и подтвердил распространение этой силы на самые далекие звезды. Таким образом, казалось бы, что в притяжении железа магнитом зародилось представление о силе гравитации. Тем не менее, если мы внимательно посмотрим на дело, будет видно, что магнитная сила обладает чертами, поразительно отличными от черт силы, которая удерживает вселенную вместе. Теория гравитации состоит в том, что каждая частица материи притягивает каждую другую частицу; в магнетизме также у нас есть притяжение, но у нас всегда, в то же время, есть отталкивание, причем конечный эффект обусловлен разницей этих двух сил. Тело может интенсивно подвергаться действию магнита, и все же никакого поступательного движения не последует, если отталкивание равно притяжению. До намагничивания наклоняющаяся стрелка, когда ее центр тяжести поддерживается, стоит точно горизонтально; но после намагничивания один ее конец, в нашей широте, тянется к северному полюсу земли. Стрелка, однако, будучи подвешенной к плечу точных весов, оказывается, что ее вес не изменен ее намагничиванием. Подобным образом, когда стрелке позволено плавать на жидкости и, таким образом, следовать притяжению северного магнитного полюса земли, нет никакого движения массы к этому полюсу. Причина, как известно, заключается в том, что хотя отмеченный конец стрелки притягивается северным полюсом, неотмеченный конец отталкивается равной силой, причем две равные и противоположные силы нейтрализуют друг друга.

Когда полюс обычного магнита приводится в действие на плавающую стрелку, последняя притягивается, — причина в том, что притягиваемый конец стрелки находится ближе к полюсу магнита, чем отталкиваемый конец, сила притяжения является более мощной из двух. В случае земли ее полюс настолько далек, что длина стрелки практически равна нулю. Подобным образом, когда кусок железа представляется магниту, более близкие части притягиваются, в то время как более далекие части отталкиваются; и поскольку притягиваемые части ближе к магниту, чем отталкиваемые, у нас есть баланс в пользу притяжения. Здесь, таким образом, есть особая характеристика магнитной силы, которая отличает ее от силы гравитации. Последняя является простой неполярной силой, в то время как первая является дуплексной или полярной. Если бы гравитация была подобна магнетизму, камень не падал бы на землю больше, чем кусок железа к северному магнитному полюсу: и таким образом, насколько богатым последствиями ни было бы предположение Кеплера и других, ясно, что сила, подобная магнетизму, не смогла бы совершать дела вселенной.

Цель этой беседы состоит в том, чтобы исследовать, следует ли силу диамагнетизма, которая проявляется как отталкивание определенных тел полюсами магнита, классифицировать как полярную силу, наряду с магнетизмом; или как неполярную силу, наряду с гравитацией. Когда цилиндр из мягкого железа помещается внутри проволочной спирали и окружается электрическим током, антитеза его двух концов, или, другими словами, его полярное возбуждение, сразу же проявляется его действием на магнитную стрелку; и можно спросить, почему цилиндр из висмута не может быть заменен цилиндром из железа, и его состояние аналогично исследовано. Причина в том, что возбуждение висмута настолько слабое, что оно было бы полностью замаскировано возбуждением спирали, в которой он заключен; и проблема, которая теперь встречается нам, состоит в том, чтобы так возбудить диамагнитное тело, чтобы чистое действие тела на магнитную стрелку могло быть наблюдаемо, не смешанное с действием тела, используемого для возбуждения диамагнитного.

Как это было осуществлено, может быть проиллюстрировано следующим образом:—

Когда через вертикальную спираль из изолированной медной проволоки пропускается вольтаический ток, верх спирали притягивает, в то время как ее низ отталкивает один и тот же полюс магнитной стрелки; ее центральная точка, напротив, нейтральна и не проявляет ни притяжения, ни отталкивания. Такая спираль заставляется стоять между двумя полюсами N's' астатической системы. [Сноска: Реверсирование полюсов двух магнитов, которые были одинаковой силы, полностью аннулировало действие земли как магнита.] Два магнита S N' и S'N соединены жесткой поперечиной в их центрах и подвешены в точке a, так что оба магнита качаются в одной горизонтальной плоскости. Устроено так, что полюса N' s' находятся напротив центральной или нейтральной точки спирали, так что когда ток пропускается через последнюю, магниты, как объяснено ранее, остаются незатронутыми. Здесь, таким образом, у нас есть возбужденная спираль, которая сама по себе не оказывает действия на магниты, и мы, таким образом, можем исследовать действие тела, помещенного внутри спирали и возбужденного ею, не потревоженного влиянием последней. Спираль высотой 12 дюймов, цилиндр из мягкого железа длиной 6 дюймов, подвешенный на нити и проходящий через блок, может быть поднят или опущен внутри спирали. Когда он опущен настолько, что его нижний конец покоится на столе, верхний конец оказывается между полюсами N' S'. Железный цилиндр таким образом превращается в сильный магнит, притягивающий один из полюсов и отталкивающий другой, и, следовательно, отклоняющий всю астатическую систему. Когда цилиндр поднят так, что верхний конец находится на уровне верха спирали, его нижний конец оказывается между полюсами N' S'; и отклонение, противоположное по направлению прежнему, является немедленным следствием. Чтобы сделать эти отклонения более легко видимыми, зеркало m прикреплено к системе магнитов; луч света, брошенный на зеркало, отражается и проецируется как яркий диск на стену. Расстояние этого изображения от зеркала значительно, и его угловое движение вдвое больше движения последнего, очень слабого движения магнита достаточно, чтобы произвести смещение изображения на несколько ярдов.

Это, таким образом, принцип прекрасного аппарата [Сноска: Разработан профессором В. Вебером и сконструирован М. Лейзером из Лейпцига.], с помощью которого проводилось исследование. Очевидно, что если вторая спираль помещена между полюсами SN с цилиндром внутри нее, действие на астатический магнит может быть усилено. Это было расположение, использованное в фактическом исследовании. Таким образом, чтобы усилить слабое действие, которое здесь является нашей целью искать, мы в первую очередь нейтрализовали действие земли на магниты, поместив их астатически. Во-вторых, используя два цилиндра и позволяя им действовать одновременно на четыре полюса магнитов, мы сделали отклоняющую силу в четыре раза больше, чем она была бы, если бы использовался только один полюс. Наконец, весь аппарат был заключен в подходящий корпус, который защищал магниты от воздушных потоков, и отклонения считывались через стеклянную пластину в корпусе с помощью телескопа и шкалы, помещенных на значительном расстоянии от инструмента.

Пара висмутовых цилиндров была исследована первой. Пропуская ток через спирали и наблюдая, что магниты качались совершенно свободно, было сначала устроено, что висмутовые цилиндры внутри спиралей имели свои центральные или нейтральные точки напротив полюсов магнитов. Все находясь в покое, число на шкале, отмеченное перекрестием телескопа, было 572. Цилиндры были затем перемещены, один вверх, другой вниз, так что два их конца были приведены в действие одновременно на магнитные полюса: магнит двинулся быстро, и после некоторых колебаний [Сноска: Чтобы уменьшить их, был использован медный демпфер.] пришел в покой на числе 612; таким образом, двигаясь от меньшего к большему числу. Другие два конца стержней были затем приведены в действие на магнит: быстрое отклонение было следствием, и конечное положение равновесия было 526; движение было от большего к меньшему числу. Мы таким образом наблюдаем явное полярное действие висмутовых цилиндров на магнит; одна пара концов отклоняет его в одном направлении, а другая пара отклоняет его в противоположном направлении.

При замене висмутовых цилиндров тонкими цилиндрами из железа, магнитного сланца, сульфата железа, карбоната железа, протохлорида железа, красной ферроцианистой соли калия и других магнитных тел было обнаружено, что при том же положении магнитных цилиндров, что и у висмутовых, отклонение, вызываемое первыми, всегда было противоположно по направлению отклонению, вызываемому вторыми; следовательно, распределение силы в диамагнитном теле должно было быть в точности противоположным ее распределению в магнитных телах.

Однако против этого вывода будет выдвинуто — и, собственно, уже выдвигалось — возражение, что отклонение, вызываемое висмутовыми цилиндрами, может быть обусловлено индукционными токами, возникающими в металле при его движении внутри катушек. В ответ на это возражение можно прежде всего указать, что отклонение является постоянным и поэтому не может быть вызвано индукционными токами, которые имеют лишь кратковременный характер. Также высказывалось мнение, что подобные эксперименты следует проводить с другими металлами и с лучшими проводниками, чем висмут, поскольку, если эффект обусловлен индукционными токами, то чем лучше проводник, тем сильнее должен быть эффект. Это требование было выполнено.

Цилиндры из сурьмы были использованы вместо висмутовых. Этот металл является лучшим проводником электричества, но менее сильно диамагнитен, чем висмут. Следовательно, если рассматриваемое действие обусловлено индукционными токами, оно должно быть сильнее в случае сурьмы, чем в случае висмута; но если оно проистекает из истинной диамагнитной полярности, действие висмута должно превосходить действие сурьмы. Эксперимент доказывает, что это именно так. Следовательно, отклонение, вызываемое этими металлами, обусловлено их диамагнитной, а не проводящей способностью. Затем были исследованы медные цилиндры: здесь мы имеем металл, который проводит электричество в пятьдесят раз лучше висмута, но его диамагнитная сила почти равна нулю; если бы эффекты были обусловлены индукционными токами, мы должны были бы наблюдать их здесь в чрезвычайно преувеличенной степени, однако два медных цилиндра не вызвали никакого заметного отклонения.

Оппоненты диамагнитной полярности также предлагали покрывать фрагменты висмута каким-либо изолирующим веществом, чтобы сделать невозможным образование индукционных токов, и проверить этот вопрос на цилиндрах из таких фрагментов. Это требование также было выполнено. Достаточно лишь измельчить висмут в порошок и подвергнуть его кратковременному воздействию воздуха, чтобы частицы окислились настолько, что стали совершенно изолирующими. Изолирующая способность порошка была продемонстрирована экспериментально; тем не менее, этот порошок, заключенный в стеклянные трубки, проявлял действие, почти не уступающее действию массивных висмутовых цилиндров.

Но остается привести самое строгое доказательство — доказательство, признанное убедительным даже теми, кто отрицал антитезу магнетизма и диамагнетизма. Призмы из того же тяжелого стекла, с помощью которого была открыта диамагнитная сила, были использованы вместо металлических цилиндров, и их действие на магнит оказалось в точности таким же по своей природе, как и действие висмутовых цилиндров. Исследование было распространено и на другие диэлектрики: фосфор, серу, селитру, известковый шпат, статуарный мрамор — с тем же неизменным результатом: каждое из этих веществ оказалось полярным, причем распределение силы было таким же, как у висмута, и обратным по сравнению с железом. Известно, что когда железный стержень устанавливается вертикально, его нижний конец становится северным полюсом, а верхний — южным вследствие земной индукции. У мраморной статуи, напротив, ступни являются южным полюсом, а голова — северным, и нет сомнений, что то же самое относится и к ее живому прообразу; каждый человек, идущий по поверхности Земли, является истинным диамагнетиком, чьи полюса противоположны полюсам массы магнитного вещества той же формы и положения.

Эксперимент, имеющий практическую ценность как средство быстрой оценки различной электропроводности двух металлов, был продемонстрирован в лекции с целью экспериментального подтверждения некоторых утверждений, сделанных в отношении этого предмета. Куб из висмута был подвешен на скрученной нити между двумя полюсами электромагнита. Куб был присоединен короткой медной проволокой к небольшой квадратной пирамиде, основание которой было горизонтальным, а стороны состояли из четырех маленьких треугольных кусочков зеркала. На этот отражатель направлялся луч света, и по мере того как отражатель следовал за движением куба, изображения, отбрасываемые его сторонами, следовали одно за другим, каждое описывая круг диаметром около тридцати футов. По мере увеличения скорости вращения эти изображения сливались в непрерывное кольцо света. В определенный момент электромагнит приводился в действие, во вращающемся кубе возникали токи, и сила этих токов, которая возрастает с электропроводностью куба, практически оценивалась по времени, необходимому для приведения куба и связанных с ним зеркал в состояние покоя. В случае с висмутом это время составляло двадцать секунд или более: медный куб, напротив, почти мгновенно останавливался при замыкании цепи.

.

.

.

.

--------------------

.

.

XIV. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЛНЕЧНОЙ ХИМИИ.

[Сноска: Из доклада, прочитанного в Королевском институте Великобритании 7 июня 1861 г.]

Опуская всякое предисловие, внимание было прежде всего обращено на экспериментальную установку, призванную доказать, что газообразные тела излучают теплоту в разной степени. Рядом с двойным экраном из полированной жести была помещена обычная кольцевая газовая горелка, а на нее — горячий медный шар, от которого поднимался столб нагретого воздуха. За экраном, но так, чтобы ни один луч от шара не мог достичь прибора, находился превосходный термоэлектрический столбик, соединенный проводами с очень чувствительным гальванометром. Известно, что столбик — это прибор, посредством которого теплота используется для генерации электрических токов; сила тока является точной мерой количества теплоты. Пока обе грани столбика имеют одинаковую температуру, ток не возникает; но малейшая разница в температуре двух граней сразу же проявляется возникновением тока, который, проходя через гальванометр, указывает отклонением стрелки как свою силу, так и направление.

Две грани столбика были вначале приведены к одной температуре; равновесие было показано стрелкой гальванометра, стоящей на нуле. Лучи, испускаемые упомянутым потоком горячего воздуха, были направлены на одну из граней столбика; чрезвычайно слабое движение стрелки показало, что излучение от горячего воздуха, хотя и ощутимо, но крайне слабо. С кольцевой горелкой был соединен держатель, содержащий кислород; поворотом крана поток этого газа был направлен из горелки, ударялся о медный шар и поднимался нагретым столбом перед столбиком. Результат заключался в том, что кислород проявил себя как излучатель теплоты столь же слабый, как и атмосферный воздух.

Затем с кольцевой горелкой был соединен второй держатель, содержащий олефиновый газ. Кислород и воздух уже обтекали шар и в некоторой степени охладили его. Следовательно, олефиновый газ находился в невыгодном положении. Но когда газу позволили подняться от шара, он направил на соседнюю грань столбика такое количество теплоты, которое отклонило стрелку гальванометра почти до 90°. Этот эксперимент доказал огромное различие между двумя одинаково невидимыми газами в отношении их способности испускать лучистую теплоту.

Затем был проведен обратный эксперимент. Термоэлектрический столбик был удален и помещен между двумя кубами, наполненными водой, поддерживаемой в состоянии постоянного кипения; он был расположен так, что количества теплоты, падающие от кубов на противоположные грани столбика, были в точности равны, тем самым нейтрализуя друг друга. Когда стрелка гальванометра была на нуле, из щели между одним из кубов и соседней гранью столбика был выпущен слой кислорода. Если бы этот слой газа обладал какой-либо заметной способностью поглощать тепловые лучи от куба, то одна грань столбика, лишившись поглощенной теплоты, немедленно испытала бы разность температур между двумя своими гранями, и результат был бы объявлен гальванометром. Количество, поглощенное кислородом в этих условиях, было слишком мало, чтобы повлиять на гальванометр; газ, по сути, оказался совершенно прозрачным для тепловых лучей. Он обладал лишь слабой способностью к излучению: он обладал столь же слабой способностью к поглощению.

Столбик оставался на своем месте, и из той же щели, через которую проходил кислород, был выпущен слой олефинового газа. Никто из присутствующих не видел газа; он был совершенно невидим, свет проходил сквозь него так же свободно, как сквозь кислород или воздух; но его воздействие на тепловые лучи, исходящие от куба, было таким, какого можно было ожидать от металлического листа. Было отсечено такое большое количество, что стрелка гальванометра, быстро покинув нулевую отметку, энергично переместилась до упора. Таким образом, олефиновый газ, столь легкий, прозрачный и проницаемый для световых лучей, оказался мощнейшим поглотителем лучей, исходящих из темного источника. Взаимность действия, установленная в случае с кислородом, проявляется здесь: этот эксперимент показывает, что хороший излучатель является и хорошим поглотителем.

Этот результат, впервые продемонстрированный перед публикой, был типичен для того, что было получено с газами в целом. Проходя таким образом через весь список газов и паров, мы обнаруживаем, что излучение и поглощение связаны так же жестко, как положительное и отрицательное в электричестве или как северная и южная полярность в магнетизме. Так что если мы сделаем число, выражающее поглощательную способность, числителем дроби, а число, выражающее излучательную способность, — знаменателем, то результатом будет то, что из-за изменения числителя и знаменателя в одной и той же пропорции значение этой дроби всегда будет оставаться неизменным, независимо от того, с каким газом или паром проводился эксперимент.

Но почему должна существовать эта взаимность? Что означает поглощение? Что означает излучение? Когда вы бросаете камень в стоячую воду, кольца волн окружают место, куда он падает; движение излучается во все стороны от центра возмущения. Когда молот ударяет по колоколу, последний вибрирует; и звук, который есть не что иное, как волнообразное движение воздуха, излучается во всех направлениях. Современная философия сводит свет и теплоту к одной и той же механической категории. Светящееся тело — это тело, атомы которого находятся в состоянии вибрации; горячее тело — это тело, атомы которого также вибрируют, но с частотой, недостаточной для возбуждения чувства зрения; и, как у звучащего тела есть окружающий его воздух, через который оно распространяет свои вибрации, так и у светящегося или нагретого тела есть среда, называемая эфиром, которая принимает его движения и переносит их вперед с невообразимой скоростью. Излучение, таким образом, как в отношении света, так и теплоты, есть перенос движения от вибрирующего тела к эфиру, в котором оно колеблется: и, как в случае со звуком, движение, сообщенное воздуху, вскоре передается окружающим объектам, о которые ударяются воздушные волны, причем звук, говоря техническим языком, поглощается; так и в отношении света и теплоты поглощение состоит в переносе движения от возбужденного эфира к молекулам поглощающего тела.

Простые атомы оказываются плохими излучателями; сложные атомы — хорошими: и чем выше степень сложности в атомной группировке, тем мощнее, как общее правило, излучение и поглощение. Давайте получим здесь определенные представления, пусть даже грубые, а затем очистим их процессом абстракции. Представьте наши простые атомы, качающиеся как отдельные сферы в эфире; они не могут создать ту волну, которую может произвести группа из них, объединенная в систему. Весло свободно проходит ребром сквозь воду и передает воде гораздо меньше своего движения, чем когда его широкая плоская сторона приводится в соприкосновение с ней. На нашем нынешнем языке весло широкой стороной вертикально — хороший излучатель; широкой стороной горизонтально — плохой излучатель. И наоборот, волны воды, ударяющиеся о плоскую поверхность лопасти весла, сообщат ему большее количество движения, чем при ударе о ребро. В положении, в котором весло хорошо излучает, оно также хорошо поглощает. Простые атомы скользят сквозь эфир без особого сопротивления; сложные встречают сопротивление и поэтому быстрее отдают свое движение эфиру. Смешайте кислород и азот механически — они поглощают и излучают определенное количество теплоты. Заставьте эти газы соединиться химически и образовать закись азота — и поглощение, и излучение при этом возрастают в сотни раз!

Таким образом, мы смотрим телескопом интеллекта в атомные системы и получаем представление о процессах, которые никогда не сможет достичь глаз чувств. Но газы и пары обладают способностью выбора в отношении лучей, которые они поглощают. Они выделяют определенные группы лучей для уничтожения, а другие группы позволяют проходить невредимыми. Это лучше всего иллюстрируется знаменитым экспериментом сэра Дэвида Брюстера, измененным в соответствии с текущими требованиями. В стеклянный цилиндр, концы которого закрыты дисками из листового стекла, вводится небольшое количество газа азотной кислоты; присутствие газа определяется его насыщенным коричневым цветом. Луч от электрической лампы, проходя через две призмы из сероуглерода, отбрасывает на экран спектр длиной семь футов и шириной восемнадцать дюймов. При введении цилиндра с азотной кислотой на пути луча, выходящего из лампы, великолепный непрерывный спектр мгновенно покрывается многочисленными темными полосами, лучи, соответствующие которым, перехватываются азотным газом, в то время как свет, падающий на промежуточные пространства, проходит сравнительно беспрепятственно.

Здесь также действует принцип взаимности в отношении излучения и поглощения; и если бы мы могли, не изменяя иным образом физический характер этого азотного газа, сделать его светящимся, мы обнаружили бы, что именно те лучи, которые он поглощает, в точности являются теми, которые он испускал бы. Когда атмосферный воздух и другие газы приводятся в состояние интенсивного накаливания прохождением электрической искры, спектры, которые мы получаем от них, состоят из серии ярких полос. Но такие спектры получаются с наибольшей яркостью, когда вместо обычных газов мы используем металлы, нагретые настолько сильно, что они испаряются. Это легко сделать с помощью вольтаического тока. Угольная капсула, наполненная ртутью, которая образует положительный электрод электрической лампы, имеет опущенный на нее угольный стержень. При их разделении между ними проходит яркая дуга, содержащая ртуть в испаренном состоянии. Спектр этой дуги не является непрерывным, как у твердых угольных стержней, а состоит из серии ярких полос, каждая из которых соответствует по цвету той конкретной части спектра, к которой принадлежат ее лучи. Медь дает свою систему полос; цинк дает свою систему; а латунь, которая является сплавом меди и цинка, дает спектр, состоящий из полос, принадлежащих обоим металлам.

Однако не только когда металлы соединены, как цинк и медь, для образования сплава, возможно получить принадлежащие им полосы. Как бы мы ни маскировали металл — позволяя ему соединиться с кислородом для образования оксида, а тому, в свою очередь, с кислотой для образования соли; если приложенная теплота достаточно интенсивна, полосы, принадлежащие металлу, проявляются с идеальной четкостью. В отверстия, просверленные в цилиндре из ретортного угля, вводится чистая поваренная соль. Когда уголь становится положительным электродом лампы, результирующий спектр показывает яркие желтые линии металла натрия. Подобные эксперименты, проведенные с хлоридами стронция, кальция, лития [Сноска: Яркость цветов спектра лития необычайна; спектр, кроме того, содержал синюю полосу неописуемого великолепия. Многие во время доклада думали, что я принял стронций за литий, так как эту синюю полосу никогда раньше не видели. С тех пор я получал ее много раз; и мой друг д-р Миллер, любезно проанализировав использованное вещество, признал его чистым хлоридом лития. — Дж. Т.] и других металлов, дают полосы, обусловленные соответствующими металлами. Когда различные соли смешиваются вместе и забиваются в отверстия в угле, получается спектр, который содержит полосы их всех.

Положение этих ярких полос никогда не меняется, и каждый металл имеет свою собственную систему. Следовательно, компетентный наблюдатель может по полосам спектра сделать вывод о металлах, которые его производят. Это язык, обращенный к глазу, а не к уху; и уверенность не была бы больше, если бы каждый металл обладал способностью внятно выкрикивать: «Я здесь!». И на этот язык не влияет расстояние. Если мы обнаруживаем, что Солнце или звезды дают нам полосы наших земных металлов, это декларация со стороны этих светил о том, что такие металлы входят в их состав. Дает ли нам Солнце какое-либо подобное указание? Демонстрирует ли солнечный спектр яркие линии, которые мы могли бы сравнить с теми, что производятся нашими земными металлами, и доказать их идентичность или различие? Нет. Солнечный спектр при внимательном рассмотрении дает нам множество тонких темных линий вместо ярких. Впервые они были замечены д-ром Волластоном, но были умножены и исследованы с глубоким мастерством Фраунгофером и названы в его честь линиями Фраунгофера. Они долгое время были постоянной загадкой для философов. Яркие линии, даваемые металлическими парами, также были известны нам годами; но связь между обоими классами явлений была совершенно неизвестна, пока Кирхгоф с удивительной проницательностью не раскрыл секрет и одновременно не дал нам возможность химически анализировать Солнце.

Теперь перед нами сложная работа. До сих пор нас радовали объекты, которые обращались в равной степени к нашему эстетическому вкусу и к нашей научной способности; мы приятно доехали до основания последнего конуса Этны и теперь должны спешиться и маршировать через пепел и лаву, если хотим насладиться видом с вершины. Наша задача — связать темные линии Фраунгофера с яркими линиями металлов. Белый луч лампы преломляется при прохождении через наши две призмы, но его различные компоненты преломляются в разной степени, и таким образом его цвета разделяются.

Теперь цвет зависит исключительно от частоты колебаний атомов светящегося тела; красный свет производится одной частотой, синий свет — гораздо более быстрой частотой, а цвета между красным и синим — промежуточными частотами. Твердые раскаленные угольные стержни дают нам непрерывный спектр; или, другими словами, они испускают лучи всех возможных периодов между двумя крайностями спектра. Цвет, как многие из вас знают, — это для света то же, что высота тона для звука. Когда скрипач прижимает палец к струне, он делает ее короче и туже, и, таким образом, заставляя ее вибрировать быстрее, повышает высоту тона. Представьте, что такой исполнитель медленно перемещает пальцы вдоль струны, постепенно укорачивая ее, пока ведет смычком, — нота повышалась бы по высоте в регулярной градации; между нотами не было бы промежутков. Здесь мы имеем аналог непрерывного спектра, цвета которого незаметно сливаются без разрывов или прерываний, от красного самого низкого тона до фиолетового самого высокого. Но предположим, что исполнитель вместо постепенного укорачивания струны прижимает палец к определенной точке и извлекает соответствующую ноту; затем переходит к другой точке, более или менее удаленной, и извлекает ее ноту; затем к другой и так далее, извлекая таким образом отдельные ноты, отделенные друг от друга промежутками, которые соответствуют интервалам пройденной струны; тогда мы получили бы точный аналог спектра, состоящего из отдельных ярких полос с промежутками темноты между ними. Но это, хотя и совершенно верная и понятная аналогия, недостаточно для нашей цели; мы должны смотреть мысленным взором на колеблющиеся атомы испаренного металла.

Представьте эти атомы соединенными пружинами определенного натяжения, которые, если атомы сжимаются, снова расталкивают их, а если атомы раздвигаются, снова стягивают их вместе, заставляя их перед тем, как прийти в состояние покоя, дрожать в течение определенного времени с определенной частотой, определяемой силой пружины. Теперь испаренный металл, который дает нам одну яркую полосу, следует представлять как имеющий атомы, соединенные пружинами одинакового натяжения; его вибрации все одного рода. Металл, который дает нам две полосы, можно представить как имеющий некоторые атомы, соединенные пружинами одного натяжения, а другие — пружинами другого натяжения. Его вибрации двух различных видов; так же, когда у нас есть три или более полос, мы должны представлять столько же различных наборов пружин, каждый из которых способен вибрировать в свое собственное время и с частотой, отличной от других. Если мы четко уловим эту идею, у нас не будет трудностей с тем, чтобы отбросить метафору пружин и мысленно заменить ее силами, с помощью которых атомы воздействуют друг на друга. Расчистив таким образом путь, давайте сделаем еще одно усилие, чтобы продвинуться вперед.

Тяжелый шар из слоновой кости подвешен здесь на нити. Я дую на этот шар; один выдох моего дыхания немного сдвигает его из положения покоя; он качается обратно ко мне, и когда достигает предела своего качания, я дую снова. Теперь он качается дальше; и таким образом, рассчитывая время выдохов, я могу накопить их действие настолько, чтобы вызвать колебания большой амплитуды. Шар из слоновой кости здесь поглотил движение, которое мое дыхание передало воздуху. Теперь я привожу шар в состояние покоя. Предположим, вместо дыхания на него воздействует воздушная волна, и что за этой волной следует серия других, которые следуют одна за другой в точности с теми же интервалами, что и мои выдохи; очевидно, что эти волны передали бы свое движение шару и заставили бы его качаться так же, как это делали выдохи. И столь же очевидно, что этого не произошло бы, если бы импульсы волн не были правильно рассчитаны по времени; ибо тогда движение, сообщенное маятнику одной волной, было бы нейтрализовано другой, и не могло бы произойти накопления эффекта, получаемого, когда периоды волн соответствуют периодам маятника. Столько о конкретных импульсах, поглощаемых маятником. Но если бы такой маятник, приведенный в колебание в воздухе, мог создавать волны в воздухе, очевидно, что волны, которые он создал бы, были бы того же периода, что и те, чьи движения он воспринял бы или поглотил наиболее полно, если бы они ударялись о него.

Пожалуй, самый любопытный эффект этих синхронизированных импульсов, когда-либо описанный, был замечен часовщиком по имени Элликотт в 1741 году. Он оставил двое часов, прислоненных к одной и той же рейке; одни из них, которые мы можем назвать А, были запущены; другие, В, — нет. Некоторое время спустя он с удивлением обнаружил, что В тоже тикают. Поскольку маятники были одинаковой длины, толчки, передаваемые тиканьем А рейке, на которой покоились обе пары часов, распространялись на В и были рассчитаны по времени так, что привели В в действие. В то же время наблюдались и другие любопытные эффекты. Когда маятники отличались друг от друга на определенную величину, В начинали идти, но реакция В останавливала А. Затем В приводили в действие А, а реакция А останавливала В. Когда периоды колебаний были близки друг к другу, но все же не совсем одинаковы, часы взаимно контролировали друг друга, и благодаря своего рода компромиссу они тикали в идеальном унисоне.

Но какое отношение все это имеет к нашему нынешнему предмету? Разнообразные действия Вселенной — все это виды движения; и вибрация луча претендует на строгое родство с вибрациями нашего маятника. Предположим, эфирные волны ударяются об атомы, которые колеблются с теми же периодами, что и волны, — движение волн будет поглощено атомами; предположим, мы направляем наш луч белого света через пламя натрия, атомы этого пламени будут в основном затронуты теми колебаниями, которые синхронны с их собственными периодами вибрации. Со стороны этих конкретных лучей произойдет перенос движения от возбужденного эфира к атомам испаренного металла, что, как уже было определено, и есть поглощение.

Эксперимент, оправдывающий этот вывод, сейчас впервые будет проведен перед публикой. Я пропускаю луч через наши две призмы, и спектр распространяет свои цвета на экране. Между лампой и призмой я помещаю свет «львиного зева». Спирт и вода здесь смешаны с поваренной солью, и металлическая чашка, в которой они находятся, нагревается спиртовкой. Пары смеси воспламеняются, и мы получаем монохроматическое пламя. Через это пламя сейчас проходит луч от лампы; и наблюдайте результат на спектре. Вы видите темную полосу, вырезанную из желтого цвета, — не очень темную, но достаточно заметную для всех присутствующих.

Но позвольте мне усилить этот эффект. Поместив перед электрической лампой интенсивное пламя большой горелки Бунзена, в пламя погружают платиновую капсулу, содержащую кусочек натрия размером меньше горошины. Натрий вскоре испаряется и горит ярким накалом. Луч пересекает пламя, и в то же время желтая полоса спектра четко и резко вырезается, занимая ее место полосой интенсивной темноты. При удалении натрия яркий желтый цвет спектра занимает свое надлежащее место, в то время как повторное введение пламени заставляет полосу появиться вновь.

Позвольте мне быть точнее: желтый цвет спектра простирается на заметное пространство, смешиваясь с одной стороны с оранжевым, а с другой — с зеленым. Термин «желтая полоса» поэтому несколько неопределенен. Эта расплывчатость может быть полностью устранена. Окунув угольный стержень, используемый в качестве положительного электрода, в раствор поваренной соли и заменив его в лампе, мы получаем яркую желтую полосу, создаваемую парами натрия, которая выделяется из спектра. Когда пламя натрия воздействует на луч, именно эта конкретная желтая полоса уничтожается, занимая ее место интенсивно черной чертой.

Дополнительный шаг рассуждения приводит к выводу, что если бы вместо пламени одного натрия мы ввели на путь луча пламя, в котором литий, стронций, магний, кальций и т. д. находятся в состоянии испарения, каждый металлический пар вырезал бы систему полос, точно соответствующую по положению ярким полосам того же металлического пара. Свет нашей электрической лампы, проходящий через такое композитное пламя, дал бы нам спектр, разрезанный темными линиями, точно так же, как солнечный спектр разрезан линиями Фраунгофера.

Таким образом, сочетанием строжайших рассуждений с самыми убедительными экспериментами мы достигаем решения одной из величайших научных проблем — строения Солнца. Солнце состоит из ядра, окруженного пылающей атмосферой. Свет ядра дал бы нам непрерывный спектр, подобный спектру наших обычных угольных стержней; но поскольку он должен пройти через фотосферу, как наш луч должен был пройти через пламя, те лучи ядра, которые сама фотосфера может испускать, поглощаются, и в спектре возникают затененные пространства, соответствующие конкретным поглощенным лучам. Устраните солнечное ядро, и мы получили бы спектр, показывающий яркую линию на месте каждой темной линии Фраунгофера. Эти линии, следовательно, не абсолютно темные, а темные на величину, соответствующую разнице между светом ядра, перехваченным фотосферой, и светом, который исходит от последней.

Человек, которому мы обязаны этим благородным обобщением, — Кирхгоф, профессор натурфилософии в Гейдельбергском университете [Сноска: Ныне профессор Берлинского университета.]; но, как и любое другое великое открытие, оно состоит из различных элементов. Г-н Тальбот наблюдал яркие линии в спектрах цветных пламен. Шестнадцать лет назад д-р Миллер дал рисунки и описания спектров различных цветных пламен. Уитстон с присущей ему изобретательностью проанализировал свет электрической искры и показал, что металлы, между которыми проходила искра, определяли яркие полосы в спектре искры. Массон опубликовал призовое эссе об этих полосах; Ван дер Виллиген и, более недавно, Плюккер дали нам прекрасные рисунки спектров, полученных от разряда катушки Румкорфа. Но никто из этих выдающихся людей не выказал ни малейшего знания о связи между яркими полосами металлов и темными линиями солнечного спектра. Человеком, который ближе всего подошел к философии предмета, был Ангстрем. В статье, переведенной мной из «Annalen» Поггендорфа и опубликованной в «Philosophical Magazine» за 1855 год, он указывает, что лучи, которые поглощает тело, в точности являются теми, которые оно может испускать, будучи приведенным в состояние свечения. В другом месте он говорит об одном из своих спектров, создающем общее впечатление «обращения» солнечного спектра. Фуко, Стокс и Томсон были очень близки к открытию; и что касается меня, то исследование излучения и поглощения теплоты газами и парами, некоторые результаты которого я представил вам в начале этого доклада, привело бы меня в 1859 году к закону, на котором основаны все спекуляции Кирхгофа, если бы случай не отвлек меня от этого исследования. Но претензии Кирхгофа не затрагиваются этими обстоятельствами. Правда, многое из того, на что я ссылался, составляло необходимую основу его открытия; так же и законы Кеплера дали Ньютону основу теории гравитации. Но то, что сделал Кирхгоф, уводит нас далеко за пределы всего, что было достигнуто ранее. Он внес порядок закона в огромное собрание эмпирических наблюдений и облагородил наши прежние знания, показав их связь с некоторыми из самых возвышенных природных явлений.

.

.

.

.

--------------------

.

.

XV. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ МАГНЕТИЗМ.

ЛЕКЦИЯ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ.

У нас нет оснований полагать, что овца или собака, или вообще какие-либо низшие животные, проявляют интерес к законам, которыми регулируются природные явления. Стадо может быть напугано грозой; птицы могут отправиться на ночлег, а скот вернуться в стойла во время солнечного затмения; но ни птицы, ни скот, насколько нам известно, никогда не задумываются о причинах этих вещей. Иначе обстоит дело с Человеком. Присутствие природных объектов, возникновение природных событий, разнообразные проявления Вселенной, в которой он обитает, проникают глубже его органов чувств и взывают к внутренней силе, для которой чувства являются лишь инструментами и возбудителями. Ни один факт не является для него ни первоначальным, ни окончательным. Он не может ограничиться созерцанием его одного, но стремится установить его положение в ряду, к которому, как уверяет его единообразный опыт, он должен принадлежать. Он рассматривает все, что наблюдает в настоящем, как следствие и продолжение чего-то, что было раньше, и как источник системы событий, которая должна последовать. Понятие спонтанности, которым в своем более грубом состоянии он объяснял природные события, отбрасывается; идея о том, что природа есть совокупность независимых частей, также исчезает по мере того, как связь и взаимная зависимость физических сил становятся все более очевидными: пока он, наконец, не приходит к тому, чтобы рассматривать Природу как органическое целое — как тело, каждый из членов которого сочувствует остальным, меняясь, правда, из века в век, но меняясь без разрыва непрерывности в отношении причины и следствия.

Система вещей, которую мы называем Природой, однако, слишком обширна и разнообразна, чтобы ее мог изучить из первых рук один ум. По мере расширения знаний всегда возникает тенденция к подразделению области исследования. Ее различные части берутся на себя разными умами и, таким образом, получают больше внимания, чем могло бы быть уделено им, если бы каждый исследователь стремился к овладению целым. Центробежная форма, в которой знание в целом продвигается, распространяясь все шире во все стороны, в действительности обязана усилиям отдельных лиц, каждый из которых направляет свои усилия более или менее вдоль одной линии. Принимая во многих отношениях свою культуру от своих собратьев — беря ее из устных слов или из написанных книг — в каком-то одном направлении студент Природы должен фактически прикоснуться к своей работе. Иначе он может быть лишь распространителем знаний, но не творцом, и он не достигает той жизненности мысли и правильности суждения, которые может дать только прямой и привычный контакт с природной истиной.

Одним из больших отделов системы Природы, который составляет главный предмет моих собственных исследований и к которому я обязан привлечь ваше внимание сегодня вечером, является физика, или натурфилософия. Этот термин достаточно широк, чтобы охватить изучение Природы в целом, но обычно он ограничивается отделом, который, возможно, ближе к нашим восприятиям, чем любой другой. Он имеет дело с явлениями и законами света и теплоты — с явлениями и законами магнетизма и электричества — с явлениями звука — с давлениями и движениями жидкостей и газов, будь то в состоянии покоя или в состоянии трансляции или волнообразного движения. Механика — это часть натурфилософии, хотя в настоящее время она настолько обширна, что требует исключительного внимания того, кто хотел бы культивировать ее глубоко. Астрономия — это применение физики к движениям небесных тел, однако обширность поля заставляет рассматривать ее как отдел в себе. В химии физические агенты играют важную роль. С помощью теплоты и света мы заставляем атомы и молекулы соединяться или распадаться. Электричество обладает подобной силой. Благодаря своей способности разделять питательные соединения на их составляющие, солнечные лучи создают весь растительный мир, а через него и животный мир. Прикосновение тех же самых лучей заставляет водород и хлор соединяться с внезапным взрывом и образовывать при их комбинации мощную кислоту. Таким образом, физика и химия переплетаются. Физические агенты, однако, используются химиком как средство для достижения цели; в то время как в собственно физике законы и явления самих агентов, как качественные, так и количественные, являются первичными объектами внимания.

Моя обязанность сегодня вечером — потратить час на то, чтобы рассказать, как следует изучать этот предмет и как следует передавать знания о нем другим. Из области физики, которая была бы неуправляемой как целое, я выбираю в качестве примера предмет магнетизма. Я мог бы легко развлечь вас по нынешнему случаю рассказом о том, чего достигла натурфилософия. Я мог бы указать на те применения науки, о которых мы так много слышим в газетах и которые так часто принимают за саму науку. Я мог бы, конечно, варьировать темы о паровой машине и телеграфе, электротипии и фотографии, медицинских применениях физики и различных других путях, по которым научная мысль просачивается в практическую жизнь. Это было бы легко по сравнению с задачей информировать вас о том, как сделать изучение физики инструментом культуры вашего ученика; как овладеть ее фактами и сделать их живыми семенами, которые пустят корни и вырастут в уме, а не будут лежать как мертвый груз в кладовой памяти. Это задача гораздо более тяжелая, чем простое перечисление научных достижений; и это та задача, которую, чувствуя собственную нехватку времени для ее правильного выполнения, я мог бы вполне колебаться принять.