Ф. ЭНГЕЛЬС (48)

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (*) (*) [В фактической стороне изложения мы опираемся в этой главе преимущественно на работу Видемана «Учение о гальванизме и электромагнетизме», 2 тт. в 3-х кн., 2-е издание, Брауншвейг, 1872—1874[338]. В «Nature» от 15 июня 1882 г. отмечен этот «замечательный трактат, который в выходящем теперь издании, с добавлением об электростатике, будет самым значительным из существующих экспериментальных трактатов по электричеству»[339].] Как и теплота, только в другом роде, электричество некоторым образом вездесуще. На Земле не происходит почти ни одного изменения, не сопровождаемого какими-нибудь электрическими явлениями. При испарении воды, при горении пламени, при соприкосновении двух различных или неодинаково нагретых металлов, при соприкосновении железа и раствора медного купороса и т. д. происходят, наряду с более бросающимися в глаза физическими и химическими явлениями, одновременно и электрические процессы. Чем тщательнее мы изучаем самые различные процессы природы, тем чаще наталкиваемся при этом на следы электричества. Но, несмотря на эту вездесущность электричества, несмотря на тот факт, что за последние полвека его все больше и больше заставляют служить человеку в области промышленности, оно является именно той формой движения, насчет существа которой царит еще величайшая неясность. Открытие гальванического тока произошло приблизительно на 25 лет позже открытия кислорода и имеет для учения об электричестве по меньшей мере такое же значение, как открытие кислорода для химии. И тем не менее, какое огромное различие наблюдается еще и в наше время между этими двумя областями! В химии, особенно благодаря дальтоновскому открытию атомных весов, мы находим порядок, относительную устойчивость однажды достигнутых результатов и систематический, почти планомерный натиск на еще не завоеванные области, сравнимый с правильной осадой какой-нибудь крепости. В учении же об электричестве мы имеем перед собой хаотическую груду старых, ненадежных экспериментов, не получивших ни окончательного подтверждения, ни окончательного опровержения, какое-то неуверенное блуждание во мраке, не связанные друг с другом исследования и опыты многих отдельных ученых, атакующих неизвестную область вразброд, подобно орде кочевых наездников. И в самом деле, в области электричества еще только предстоит сделать открытие, подобное открытию Дальтона, открытие, дающее всей науке средоточие, а исследованию — прочную основу. Вот это-то состояние разброда в современном учении об электричестве, делающее пока невозможным установление какой-нибудь всеобъемлющей теории, главным образом и обусловливает то, что в этой области господствует односторонняя эмпирия, та эмпирия, которая сама, насколько возможно, запрещает себе мышление, которая именно поэтому не только мыслит ошибочно, но и оказывается не в состоянии верно следовать за фактами или хотя бы только верно излагать их и которая, таким образом, превращается в нечто противоположное действительной эмпирии. Если тем господам естествоиспытателям, которые изощряются в злословии по поводу нелепых априористических спекуляций немецкой натурфилософии, следует вообще порекомендовать чтение теоретических работ физиков эмпирической школы, не только современных работам натурфилософов, но даже и более поздних, то особенно это относится к учению об электричестве. Возьмем относящуюся к 1840 г. работу «Очерк наук о теплоте и электричестве» Томаса Томсона. Ведь старик Томсон был в свое время авторитетом; кроме того, в его распоряжении была уже весьма значительная часть трудов величайшего до настоящего времени исследователя в области электричества — Фарадея. И несмотря на это, в его книге содержатся по меньшей мере столь же нелепые вещи, как и в соответствующем отделе гораздо более ранней по времени гегелевской «Философии природы». Так, например, описание электрической искры можно было бы прямо получить путем перевода соответствующего места у Гегеля. Оба они перечисляют все те диковинные вещи, которые находили в электрической искре до познания действительной природы и многообразия различных форм ее и относительно которых теперь доказано, что они по большей части являются частными случаями или же заблуждениями. Мало того, Томсон на стр. 416 самым серьезным образом рассказывает сказки Дессеня, будто в случае повышения барометра и падения термометра стекло, смола, шелк и т. д. заряжаются при погружении в ртуть отрицательным электричеством, в случае же падения барометра и повышения температуры — положительным электричеством; будто золото и некоторые другие металлы становятся летом при согревании электроположительными, а при охлаждении — электроотрицательными, зимою же наоборот; будто при высоком давлении и северном ветре они сильно электризуются — положительно при повышении температуры, отрицательно при падении ее и т. д. Так обстоит дело у Томсона по части изложения фактов. Что же касается априористической спекуляции, то Томсон угощает нас следующей теорией электрической искры, автором которой является не кто иной, как сам Фарадей: «Искра — это разряд, или ослабление поляризованного индукционного состояния многих диэлектрических частиц благодаря своеобразному действию некоторых немногих из этих частиц, занимающих крайне небольшое и ограниченное пространство. Фарадей допускает, что те немногие частицы, в которых происходит разряд, не только отрываются друг от друга, но и принимают временно некоторое особенное, весьма активное (highly exalted) состояние, т. е. что все окружающие их силы одна за другой сосредоточиваются на них и благодаря этому они приводятся в соответствующую интенсивность состояния, которая, быть может, равна интенсивности химически соединяющихся атомов; что затем они разряжают эти силы, — подобно тому как те атомы разряжают свои силы, — неизвестным нам до сих пор способом, и это конец всего (and so the end of the whole). Конечный эффект в точности таков, как если бы мы вместо разряжающейся частицы имели некоторую металлическую частицу, и не невозможно, что принципы действия в обоих случаях окажутся когда-нибудь тождественными»[340]. «Я здесь передал», — прибавляет Томсон, — «это объяснение Фарадея его собственными словами, ибо я его не совсем понимаю». Это могут, несомненно, сказать и другие точно так же, как когда они читают у Гегеля, что в электрической искре «особенная материальность напряженного тела еще не входит в процесс, а только определена в нем элементарно и как проявление души» и что электричество — это «собственный гнев, собственное бушевание тела», его «гневная самость», которая «проявляется в каждом теле, когда его раздражают» («Философия природы», § 324, Добавление)[341]. И все же основная мысль у Гегеля и Фарадея тождественна. Оба восстают против того представления, будто электричество есть не состояние материи, а некоторая особая, отдельная материя. А так как в искре электричество выступает, по-видимому, как нечто самостоятельное, свободное, обособленное от всякого чуждого материального субстрата и тем не менее чувственно воспринимаемое, то при тогдашнем состоянии науки они неизбежно должны были прийти к мысли о том, что искра есть мимолетная форма проявления некоторой «силы», освобождающейся на мгновение от всякой материи. Для нас загадка, конечно, решена с тех пор, как мы знаем, что при искровом разряде между металлическими электродами действительно перескакивают «металлические частицы» и что, следовательно, «особенная материальность напряженного тела» действительно «входит в процесс». Как известно, электричество и магнетизм принимались первоначально, подобно теплоте и свету, за особые невесомые материи. В отношении электричества, как известно, вскоре пришли к представлению о двух противоположных материях, двух «жидкостях» — положительной и отрицательной, которые в нормальном состоянии нейтрализуют друг друга, пока они не отделены друг от друга так называемой «электрической разъединительной силой». В последнем случае можно из двух тел одно зарядить положительным электричеством, другое — отрицательным. Если соединить оба эти тела при помощи третьего, проводящего тела, то происходит выравнивание напряжений, совершающееся в зависимости от обстоятельств или внезапно или же посредством длительного тока. Явление внезапного выравнивания казалось очень простым и понятным, но зато объяснение тока представляло трудности. В противоположность наипростейшей гипотезе, что в токе движется каждый раз либо одно лишь положительное, либо одно лишь отрицательное электричество, Фехнер и, в более развитом виде, Вебер выдвинули тот взгляд, что в замкнутой цепи всегда движутся рядом друг с другом два равных, текущих в противоположных направлениях тока положительного и отрицательного электричеств по каналам, расположенным между весомыми молекулами тел. При подробной математической разработке этой теории Вебер приходит под конец к тому, чтобы помножить некоторую — здесь неважно, какую — функцию на величину 1/r, где это 1/r означает «отношение единицы электричества к миллиграмму» (Видеман, «Учение о гальванизме» и т. д., 2-е изд., кн. III, стр. 569). Но отношение к мере веса может, разумеется, быть только весовым отношением. Таким образом, односторонняя эмпирия, увлекшись математическими выкладками, настолько отучилась от мышления, что невесомое электричество становится у нее здесь уже весомым и вес его вводится в математические выкладки. Выведенные Вебером формулы имели значение только в известных границах; и вот Гельмгольц еще несколько лет тому назад, исходя из этих формул, пришел путем вычислений к результатам, противоречащим закону сохранения энергии. Веберовской гипотезе о двойном, противоположно направленном токе К. Нейман противопоставил в 1871 г. другую гипотезу, а именно: что в токе движется только одно из электричеств, например положительное, а другое — отрицательное — прочно связано с массой тела. В связи с этим мы встречаем у Видемана следующее замечание: «Эту гипотезу можно было бы соединить с гипотезой Вебера, если к предполагаемому Вебером двойному току текущих в противоположных направлениях электрических масс ±72e присоединить еще некоторый, внешне не проявляющийся ток нейтрального электричества,увлекающий с собой в направлении положительного тока электрические массы ±1/2e» (кн. iii, стр. 577). Это утверждение опять-таки характерно для односторонней эмпирии. Для того чтобы электричество могло вообще течь, его разлагают на положительное и отрицательное. Но все попытки объяснить ток, исходя из этих двух материй, наталкиваются на трудности. И это относится одинаково как к гипотезе, что в токе имеется каждый раз лишь одна из этих материй, так и к гипотезе, что обе материи текут одновременно в противоположных направлениях, и, наконец, также и к той третьей гипотезе, что одна материя течет, а другая остается в покое. Если мы станем придерживаться этой последней гипотезы, то как мы объясним себе то необъяснимое представление, что отрицательное электричество, которое ведь достаточно подвижно в электрической машине и в лейденской банке, оказывается в токе прочно связанным с массой тела? Очень просто. Наряду с положительным током +e, который течет по проволоке направо, и отрицательным током —e, который течет налево, мы принимаем еще третий ток нейтрального электричества ±1/2e, текущий направо. Таким образом, мы сперва допускаем, что оба электричества могут вообще течь лишь в том случае, если они отделены друг от друга; а для объяснения явлений, наблюдающихся при течении раздельных электричеств, мы допускаем, что они могут течь и не отделенными друг от друга. Сперва мы делаем некоторое предположение, чтобы объяснить данное явление, а при первой трудности, на которую мы наталкиваемся, делаем другое предположение, которое прямо отменяет первое. Какова должна быть та философия, на которую имели бы хоть какое-нибудь право жаловаться эти господа? Но, наряду с этим взглядом на электричество как на особого рода материю, вскоре появилась и другая точка зрения, согласно которой оно является простым состоянием тел, «силой», или, как мы сказали бы теперь, особой формой движения. Мы выше видели, что Гегель, а впоследствии Фарадей разделяли эту точку зрения. После того как открытие механического эквивалента теплоты окончательно устранило представление о каком-то особом «теплороде» и доказало, что теплота есть некое молекулярное движение, следующим шагом было применение нового метода также и к изучению электричества и попытка определить его механический эквивалент. Это удалось вполне. В особенности опыты Джоуля, Фавра и Рауля не только установили механический и термический эквиваленты так называемой «электродвижущей силы» гальванического тока, но и доказали ее полную эквивалентность энергии, высвобождаемой химическими процессами в гальваническом элементе или потребляемой ими в электролитической ванне. Благодаря этому делалась все более несостоятельной гипотеза о том, будто электричество есть какая-то особая материальная жидкость. Однако аналогия между теплотой и электричеством была все же неполной. Гальванический ток все еще отличался в очень существенных пунктах от теплопроводности. Все еще нельзя было указать, что собственно движется в электрически заряженных телах. Допущение простых молекулярных колебаний, как в случае теплоты, оказалось здесь недостаточным. При колоссальной скорости электричества, превосходящей даже скорость света[342], все еще трудно было отказаться от представления, что между молекулами тела здесь движется нечто вещественное. Здесь-то и выступают новейшие теории Клерка Максвелла (1864 г.), Ханкеля (1865 г.), Ренара (1870 г.) и Эдлунда (1872 г.) в согласии с высказанной уже в 1846 г. впервые Фарадеем гипотезой, что электричество — это движение некоей, заполняющей все пространство, а следовательно, и пронизывающей все тела упругой среды, дискретные частицы которой отталкиваются обратно пропорционально квадрату расстояния; иными словами, что электричество — это движение частиц эфира и что молекулы тел принимают участие в этом движении. Различные теории по-разному изображают характер этого движения; теории Максвелла, Ханкеля и Ренара, опираясь на новейшие исследования о вихревых движениях, видят в нем— каждая по-своему — тоже вихревое движение. И, таким образом, вихри старого Декарта снова находят почетное место во все новых областях знания. Мы здесь не будем вдаваться в рассмотрение подробностей этих теорий. Они сильно отличаются друг от друга и наверное испытают еще много переворотов. Но в лежащей в основе всех их концепции заметен решительный прогресс: представление о том, что электричество есть воздействующее на молекулы тел движение частиц пронизывающего всю весомую материю светового эфира. Это представление примиряет между собой обе прежние концепции. Согласно этому представлению, при электрических явлениях действительно движется нечто вещественное, отличное от весомой материи. Но это вещественное не есть само электричество. Скорее наоборот, электричество оказывается в самом деле некоторой формой движения — хотя и не непосредственного, прямого движения — весомой материи. Эфирная теория указывает, с одной стороны, путь, как преодолеть грубое первоначальное представление о двух противоположных электрических жидкостях; с другой же стороны, она дает надежду выяснить, чтоявляется собственно вещественным субстратом электрического движения, что собственно за вещь вызывает своим движением электрические явления. У эфирной теории можно уже отметить один бесспорный успех. Как известно, существует по крайней мере один пункт, в котором электричество прямо изменяет движение света: оно вращает плоскость поляризации его. Клерк Максвелл, опираясь на свою вышеуказанную теорию, вычислил, что удельная диэлектрическая постоянная какого-нибудь тела равна квадрату его показателя преломления света. Больцман исследовал различные непроводники в отношении их диэлектрической постоянной и нашел, что для серы, канифоли и парафина квадратный корень из этой постоянной равен их показателю преломления света. Наибольшее наблюдавшееся при этом отклонение — для серы — равнялось только 4%. Таким образом, специально максвелловская эфирная теория была подтверждена экспериментально. Но потребуется еще немало времени и труда, пока с помощью новых опытов удастся вылущить твердое ядро из этих противоречащих друг другу гипотез. А до тех пор или же пока и эфирная теория не будет вытеснена какой-нибудь совершенно новой теорией, учение об электричестве находится в том неприятном положении, что оно вынуждено пользоваться терминологией, которую само оно признаёт неверной. Вся его терминология еще основывается на представлении о двух электрических жидкостях. Оно еще говорит совершенно без стеснения об «электрических массах, текущих в телах», о «разделении электричеств в каждой молекуле» и т. д. В значительной мере это зло, как сказано, с неизбежностью вытекает из современного переходного состояния науки; но оно же, при господстве односторонней эмпирии как раз в этой отрасли знания, со своей стороны, немало содействует сохранению той идейной путаницы, которая имела место до сих пор. Что касается противоположности между так называемым статическим электричеством (или электричеством трения) и динамическим электричеством (или гальванизмом), то ее можно считать опосредствованной с тех пор, как научились получать при помощи электрической машины длительные токи и, наоборот, производить при помощи гальванического тока так называемое статическое электричество, заряжать лейденские банки и т. д. Мы оставим здесь в стороне статическое электричество и точно так же магнетизм, рассматриваемый теперь тоже как некоторая разновидность электричества. Теоретического объяснения относящихся сюда явлений придется во всяком случае искать в теории гальванического тока; поэтому мы остановимся преимущественно на последней. Длительный ток можно получить различными способами. Механическое движение масс производит прямо, путем трения, ближайшим образом лишь статическое электричество; для получения таким путем длительного тока нужна огромная непроизводительная затрата энергии; чтобы движение это по крайней мере в большей своей части превратилось в электрическое движение, оно нуждается в посредстве магнетизма, как в известных магнитоэлектрических машинах Грамма, Сименса и т. д. Теплота может превращаться прямо в электрический ток, как, например, в месте спайки двух различных металлов. Высвобождаемая химическим действием энергия, проявляющаяся при обычных обстоятельствах в форме теплоты, превращается при определенных условиях в электрическое движение. Наоборот, последнее превращается при наличии соответствующих условий во всякую другую форму движения: в движение масс (в незначительной мере непосредственно в электродинамическом притяжении и отталкивании; в крупных же размерах, опять-таки посредством магнетизма, в электромагнитных двигателях); в теплоту — повсюду в замкнутой цепи тока, если только не происходит других превращений; в химическую энергию — во включенных в цепь электролитических ваннах и вольтаметрах, где ток разлагает такие соединения, с которыми иным путем ничего нельзя поделать. Во всех этих превращениях имеет силу основной закон о количественной эквивалентности движения при всех его видоизменениях. Или, как выражается Видеман, «согласно закону сохранения силы, механическая работа, употребленная каким-нибудь образом для получения тока, должна быть эквивалентна той работе, которая необходима для порождения всех действий тока» [кн. III, стр. 472]. При переходе движения масс или теплоты в электричество [Я употребляю слово «электричество» в смысле электрического движения с тем самым правом, с каким употребляется слово «теплота» при обозначении той формы движения, которая обнаруживается для наших чувств в качестве теплоты. Это не должно вызвать никаких возражений, тем более что здесь заранее определенно исключена возможность какого бы то ни было смешения с состоянием напряжения электричества.] здесь не представляется никаких трудностей: доказано, что так называемая «электродвижущая сила» равна в первом случае потраченной для указанного движения работе, а во втором случае «в каждом спае термоцепи прямо пропорциональна его абсолютной температуре» (Видеман, кн. III, стр. 482), т. е. опять-таки пропорциональна имеющемуся в каждом спае измеренному в абсолютных единицах количеству теплоты. Закон этот, как доказано, применим и к электричеству, получающемуся из химической энергии. Но здесь дело не так просто, — по крайней мере с точки зрения ходячей в наше время теории. Поэтому присмотримся несколько внимательнее к этому случаю.