Тяготение — это чисто притягательная сила, но в электричестве и магнетизме всегда наблюдалось, что притяжение сопровождается отталкиванием. Электричество и магнетизм — это двойные или полярные силы. В случае магнетизма опыт вскоре вывел разум за пределы опыта, заставив его прийти к заключению, что полярность магнита заключена в его молекулах. Я держу намагниченную стальную полоску за середину и обнаруживаю, что одна половина полоски притягивает, а другая отталкивает северный конец магнитной стрелки. Я ломаю полоску посередине и обнаруживаю, что эта половина, которая мгновение назад притягивала всей своей длиной северный полюс магнитной стрелки, теперь разделена на две новые половины, одна из которых полностью притягивает, а другая полностью отталкивает северный полюс стрелки. Половина оказывается таким же совершенным магнитом, как и целое. Вы можете сломать эту половину и продолжать до тех пор, пока дальнейшее дробление не станет невозможным из-за самой малости фрагментов; самый маленький фрагмент оказывается наделенным двумя полюсами и, следовательно, является совершенным магнитом. Но вы не можете остановиться на этом: вы воображаете то, что не можете проверить экспериментально, и приходите к выводу, разделяемому всеми учеными, что магнит, который вы видите и чувствуете, представляет собой совокупность молекулярных магнитов, которые вы не можете видеть и чувствовать, но которые, как было сказано ранее, должны быть интеллектуально постигнуты.
Магнетизм, таким образом, является полярной силой; и опыт подсказывает, что сила такого рода может обладать определенной структурной мощью. Известно, например, что железные опилки, рассыпанные вокруг магнита, располагаются по определенным линиям, называемым одними «магнитными кривыми», а другими — «линиями магнитной силы». Над двумя магнитами, лежащими передо мной, расстелен лист бумаги. При рассыпании железных опилок на бумагу вступает в действие полярная сила, и каждая частица железа реагирует на эту силу. Мы имеем своего рода архитектурное усилие — если я могу использовать этот термин, — совершаемое со стороны железных опилок. Здесь, таким образом, мы имеем факт опыта, который, как вы сейчас увидите, дает дальнейший материал для работы ума, позволяя достичь интеллектуальной ясности и покоя при размышлении о кажущихся отдаленными явлениях.
Магнитная сила здесь воздействовала на частицы, видимые глазу. Но, как уже было сказано, в природе существует множество процессов, которые полностью ускользают от физического зрения и должны быть представлены мысленным взором. Примерами этого являются процессы химии. Долгие размышления и эксперименты привели ученых к выводу, что материя состоит из атомов, из которых, будь то в отдельности или в соединении, построен весь материальный мир. Воздух, которым мы дышим, например, является в основном механической смесью атомов кислорода и азота. Вода, которую мы пьем, также состоит из кислорода и водорода. Но она отличается от воздуха тем, что в воде кислород и водород не механически смешаны, а химически соединены. Атомы кислорода и водорода оказывают друг на друга огромное притяжение, так что при достаточном сближении они с невероятной силой устремляются друг к другу, образуя химическое соединение. Но, несмотря на мощную силу, с которой эти атомы сцепляются друг с другом, у нас есть средства, чтобы разорвать их, и агент, с помощью которого мы это совершаем, может здесь удостоиться нескольких минут внимания.
В сосуд с подкисленной водой я опускаю две металлические полоски, одну цинковую, другую платиновую, не позволяя им соприкасаться в жидкости. Я соединяю два верхних конца полосок медной проволокой. Проволока теперь служит каналом того, что за неимением лучшего названия мы называем «электрическим током». Каково внутреннее изменение проволоки, мы не знаем, но мы знаем, что изменение произошло, по внешним эффектам, производимым проволокой. Позвольте мне показать вам один или два таких эффекта. Перед вами ряд из десяти сосудов, каждый со своей парой металлов, и я хочу получить суммарную силу всех десяти. Это устройство называется вольтовым столбом. Я погружаю кусок медной проволоки в эти железные опилки; они отказываются прилипать к ней. Я использую ту же самую проволоку, чтобы соединить два конца батареи, и подвергаю ее тому же испытанию. Теперь железные опилки теснятся вокруг проволоки и прилипают к ней. Я прерываю ток, и опилки немедленно падают; сила притяжения сохраняется только до тех пор, пока проволока соединяет два конца батареи.
Вот кусок такой же проволоки, обмотанной хлопком, чтобы предотвратить контакт ее различных частей, и свернутой в катушку. Я делаю катушку частью проволоки, соединяющей два конца вольтового столба. Благодаря силе притяжения, которой она внезапно наделилась, она теперь опустошает этот ящик для инструментов от железных гвоздей. Я наматываю изолированную медную проволоку на эту обычную кочергу; соединив проволоку с двумя концами вольтового столба, я мгновенно превращаю кочергу в сильный магнит. Здесь подвешены две плоские спирали, обращенные друг к другу на расстоянии около шести дюймов. При пропускании тока через обе спирали они внезапно сталкиваются; при изменении направления тока в одной из спиралей они разлетаются в стороны. Все эти эффекты обусловлены силой, которую мы называем электрическим током и которую мы представляем себе как поток, текущий по проволоке, когда вольтова цепь замкнута.
С помощью того же агента мы разрываем сцепленные атомы химического соединения. В эту маленькую ячейку, содержащую воду, опустим два тонких провода. Увеличенное изображение ячейки проецируется на экран перед вами, и вы отчетливо видите изображения проводов. От небольшой батареи я посылаю электрический ток с провода на провод. Пузырьки газа немедленно поднимаются от каждого из них, и это два газа, из которых состоит вода. Кислород всегда выделяется на одном проводе, водород — на другом. Газы можно собирать как отдельно, так и в смеси. Я кладу на руку мыльный пузырь, наполненный смесью обоих газов. При поднесении к пузырю зажженной лучины слышится громкий взрыв. Атомы устремились друг к другу с детонацией, не причинив вреда моей руке, а вода, из которой они были извлечены, является результатом их воссоединения.
-----
Одним из следствий устремления атомов друг к другу является выделение тепла. Что такое это тепло? Вот два шарика из слоновой кости, подвешенные к одной точке опоры на двух коротких нитях. Я развожу их в стороны, а затем отпускаю. Они сталкиваются, но благодаря своей упругости быстро отскакивают, и за их столкновением следует резкий вибрирующий дребезг. Этот эксперимент позволит вам представить себе пару сталкивающихся атомов. Мы имеем, во-первых, движение одного атома к другому — движение поступательное, как его обычно называют, — затем отскок, а после него — движение вибрационное. Этому вибрационному движению мы даем название тепла. Таким образом, нужно держать в уме три вещи: во-первых, сами атомы; во-вторых, силу, с которой они притягивают друг друга; и в-третьих, движение, следующее за проявлением этой силы. Это движение нужно представлять сначала как поступательное, а затем как вибрационное, которому мы даем название тепла. Некоторое время после акта соединения это движение настолько бурно, что препятствует сближению молекул, и вода поддерживается в состоянии пара. Но по мере того как пар остывает, или, другими словами, теряет свое движение, молекулы сливаются, образуя жидкость.
А теперь мы подходим к новому и удивительному проявлению силы. Пока вещество остается в жидком или парообразном состоянии, игра этой силы полностью скрыта и замаскирована. Но по мере того как тепло постепенно отнимается, молекулы готовятся к новым расположениям и комбинациям. В конце концов образуются твердые кристаллы воды, которым мы даем привычное название льда. Глядя на эти прекрасные сооружения и их внутреннюю структуру, размышляющий ум не может не задаться вопросом: как они построены? Мы получили ясные представления о полярной силе; и мы делаем вывод из нашего сломанного магнита, что полярная сила может быть присуща молекулам или мельчайшим частицам материи и что благодаря игре этой силы возможно структурное упорядочивание. Каково, в связи с нашим текущим вопросом, естественное действие ума, обладающего этим знанием? Он вынужден выйти за пределы опыта и наделить атомы и молекулы, из которых построены кристаллы, определенными полюсами, из которых исходят притяжения и отталкивания. В силу этих сил одни полюса притягиваются, а другие отталкиваются друг от друга; атом добавляется к атому, а молекула к молекуле не хаотично или случайно, а безмолвно и симметрично, в соответствии с законами, более строгими, чем те, которыми руководствуется человек-строитель, когда складывает свои материалы. Представьте себе кирпичи и камни этого города Данди, наделенные структурной силой.
Представьте, что они притягиваются и отталкиваются, выстраиваясь в улицы, дома и залы Киннэрд — разве это не было бы удивительно? Не менее удивительна игра силы, благодаря которой молекулы воды выстраиваются в ледяные покровы, которые каждую зиму покрывают ваши пруды и озера.
Если бы я мог показать вам реальный ход этой молекулярной архитектуры, ее красота восхитила бы и поразила вас. Обратный процесс кристаллизации может быть продемонстрирован наглядно. Молекулы куска льда могут быть разъединены на ваших глазах; и по тому, как они разделяются, вы можете в некоторой степени судить о том, как они соединяются. Когда луч от нашей электрической лампы проходит через стеклянную пластинку, часть луча задерживается, и стекло нагревается от этой удерживаемой в нем части. Когда луч проходит через пластинку льда, часть луча также поглощается; но вместо того чтобы нагревать лед, задержанное тепло плавит его изнутри. Именно на это тонкое безмолвное действие луча внутри льда я хочу обратить ваше внимание. На экране проецируется увеличенное изображение ледяной пластины: свет луча свободно проходит сквозь лед, не расплавляя его, и позволяет нам сформировать изображение; но тепло в значительной степени задерживается, и это тепло теперь направляет себя на работу внутреннего плавления. Выбирая определенные точки для атаки, луч безмолвно работает вокруг них, разрушая кристаллическую архитектуру и возвращая к свободе текучести молекулы, которые ранее были скованы твердыми объятиями. Разжиженные пространства становятся видимыми благодаря сильному освещению. Посмотрите на эти шестилепестковые цветы, пробивающиеся по белой поверхности и увеличивающиеся в размерах по мере продолжения действия луча. Эти цветы — расплавленный лед. Под действием тепла молекулы кристаллов распадаются, оставляя после себя эти изысканные формы. Мы имеем здесь процесс разрушения, который ясно раскрывает обратный процесс созидания. Таким образом, и в строгом соответствии с этим шестиугольным типом, каждая молекула льда занимает свое место на наших прудах и озерах во время зимних морозов. Говоря словами американского поэта, «атомы маршируют в такт», двигаясь под музыку закона, который превращает самое обычное вещество в природе в чудо красоты.
Функция науки состоит не в том, чтобы, как некоторые думают, лишить эту вселенную ее чуда и тайны, а, как в рассматриваемом нами случае, указать на чудо и тайну обыденных вещей. Те папоротникообразные формы, которые морозным утром покрывают ваши оконные стекла, иллюстрируют действие той же силы. Подышите на такое стекло до того, как зажгутся огни, и переведите твердую кристаллическую пленку в жидкое состояние; затем наблюдайте за ее последующим повторным затвердеванием. Вы увидите это гораздо лучше, если посмотрите через обычную увеличительную лупу. После того как вы перестанете дышать, пленка, предоставленная действию собственных сил, на мгновение кажется живой. Через нее пробегают линии движения; молекула соединяется с молекулой, пока, наконец, вся пленка не переходит из состояния текучести через это состояние движения к своему окончательному кристаллическому покою.
Я могу показать вам нечто подобное. На кусок идеально чистого стекла я наливаю немного воды, в которой растворены определенные кристаллы. Пленка раствора прилипает к стеклу. С помощью микроскопа и лампы изображение стеклянной пластинки проецируется на экран. Луч лампы, помимо освещения стекла, также нагревает его; начинается испарение, и в определенный момент, когда раствор становится пересыщенным, по экрану разрастаются великолепные ветви кристаллов. Дюжина квадратных футов поверхности теперь покрыта этими прекрасными формами. С другим раствором мы получаем кристаллические копья, оперённые справа и слева другими копьями. Из отдаленных ядер в центре поля зрения копья выстреливают с магической быстротой во всех направлениях. Пленка воды на оконном стекле морозным утром демонстрирует эффекты, столь же удивительные, как и эти. Скрытая в этих бесформенных растворах, скрытая в каждой капле воды, лежит эта чудесная структурная сила, которой требуется лишь устранение противодействующих сил, чтобы привести ее в действие.
Прозрачная жидкость, которую я сейчас держу перед вами, — это раствор нитрата серебра, соединения серебра и азотной кислоты. Когда через эту жидкость пропускается электрический ток, серебро отделяется от кислоты, подобно тому как водород отделялся от кислорода в предыдущем эксперименте; и я хотел бы, чтобы вы понаблюдали, как ведет себя металл, когда его молекулы таким образом последовательно высвобождаются. Изображение ячейки и двух проводов, опущенных в жидкость ячейки, теперь отчетливо показаны на экране. Давайте замкнем цепь и пропустим ток через жидкость. От одного из проводов немедленно начинает прорастать прекрасное серебряное дерево. Металлические ветви выбрасываются наружу, и густая листва нагружает ветви. Вы видите здесь рост, по-видимому, столь же удивительный, как и у любого растения, завершенный за минуту на ваших глазах. Заменив нитрат серебра ацетатом свинца, который является соединением свинца и уксусной кислоты, электрический ток отделяет свинец от кислоты, и вы видите, как металл медленно разветвляется в изысканные металлические папоротники, листья которых, становясь слишком тяжелыми, отрываются от корней и падают на дно ячейки.
Эти эксперименты показывают, что обычная материя нашей Земли — «грубая материя», как доктор Юнг в своих «Ночных мыслях» изволит ее называть, — когда ее атомам и молекулам позволяют привести свои силы в свободное действие, располагается под воздействием этих сил в формы, которые соперничают по красоте с формами растительного мира. А чем является сам растительный мир, как не результатом сложной игры этих молекулярных сил? Здесь, как и везде в природе, если материя движется, то именно сила движет ее, и если создается определенная структура, растительная или минеральная, то это происходит благодаря действию сил, проявляемых между атомами и молекулами.
Твердая материя, из которой были сформированы наши свинцовые и серебряные деревья, в первом случае была замаскирована в прозрачной жидкости; твердая материя, из которой состоят наши леса и рощи, также по большей части замаскирована в прозрачном газе, который в небольших количествах смешан с воздухом нашей атмосферы. Этот газ образуется путем соединения углерода и кислорода и называется углекислым газом. Углекислота воздуха, подвергаясь действию, несколько аналогичному действию электрического тока в случае наших растворов свинца и серебра, высвобождает свой углерод, который откладывается в виде древесного волокна. Водяной пар воздуха подвергается аналогичному действию; его водород отделяется от кислорода и ложится бок о бок с углеродом в тканях дерева. Кислород в обоих случаях получает возможность улетучиться в атмосферу. Но что в природе играет роль электрического тока в наших экспериментах, разрывая сцепленные атомы углерода, кислорода и водорода? Солнечные лучи. Листья растений, которые поглощают как углекислый газ, так и водяной пар воздуха, соответствуют ячейкам, в которых происходили наши разложения. И точно так же, как молекулярные притяжения серебра и свинца нашли выражение в тех прекрасных ветвящихся формах, которые мы видели в наших экспериментах, молекулярные притяжения высвобожденных углерода и водорода находят выражение в архитектуре трав, растений и деревьев.
В падении водопада и порывах ветра мы имеем примеры механической силы. В химических соединениях и в образовании кристаллов и растений мы имеем примеры молекулярной силы. Вы узнали, как атомы кислорода и водорода устремляются друг к другу, образуя воду. Я не счел нужным останавливаться на мощной механической энергии их акта соединения; но можно сказать вскользь, что столкновение 1 фунта водорода и 8 фунтов кислорода для образования 9 фунтов водяного пара сильнее, чем удар груза в 1000 тонн, падающего с высоты 20 футов на землю. Теперь, чтобы атомы кислорода и водорода могли подняться благодаря своему взаимному притяжению до скорости, соответствующей этому огромному механическому эффекту, между частицами должно существовать определенное расстояние. Именно при прохождении этого расстояния достигается скорость.
-----
Эта идея расстояния между притягивающимися атомами имеет высочайшее значение в нашем представлении о системе мира. Ибо материю мира можно классифицировать по двум различным категориям: атомы и молекулы, которые уже соединились и тем самым удовлетворили свое взаимное притяжение, и атомы и молекулы, которые еще не соединились и чье взаимное притяжение, следовательно, не удовлетворено. Теперь, что касается движущей силы, мы полностью зависим от атомов и молекул последнего рода. Их притяжение может производить движение, потому что между притягивающимися атомами существует достаточное расстояние, и именно это атомное движение мы используем в наших машинах. Таким образом, мы можем получить энергию из кислорода и водорода в акте их соединения; но как только они соединились и как только вибрационное движение, последовавшее за их соединением, было израсходовано, никакой дальнейшей энергии из их взаимного притяжения получить нельзя. Как динамические агенты они мертвы. Материалы земной коры состоят по большей части из веществ, атомы которых уже замкнулись в химическом союзе — чье взаимное притяжение удовлетворено. Гранит, например, является широко распространенным веществом; но гранит состоит в значительной части из кремния, кислорода, калия, кальция и алюминия, чьи атомы соединились давным-давно и поэтому мертвы. Известняк состоит из углерода, кислорода и металла под названием кальций, атомы которых уже замкнулись в химическом союзе и поэтому окончательно находятся в покое. Таким образом, мы могли бы перебрать почти все материалы земной коры и убедиться, что, хотя они были источниками энергии в прошлые века, задолго до появления на Земле какого-либо существа, способного обратить их силу себе на пользу, они больше не являются источниками энергии. И здесь мы могли бы остановиться на мгновение, чтобы отметить ту склонность, столь распространенную в мире, рассматривать все как созданное для человеческого пользования. Те, кто придерживается этого мнения, имеют, я думаю, чрезмерно высокое мнение о своей собственной важности в системе природы. Цветы цвели до того, как люди увидели их, и количество энергии, потраченной впустую до того, как человек смог ее использовать, почти бесконечно по сравнению с тем, что осталось сейчас. Мы действительно наследники всех веков; но как честные люди мы обязаны знать размер нашего наследства, а как храбрые — не хныкать, если оно окажется меньше, чем мы предполагали. Здоровое отношение к этому предмету — отношение поэта, который, когда его спросили, откуда взялась родора, радостно признал свое братство с цветком.