Майкл Фарадей
Майкл Фарадей, один из самых выдающихся учёных XIX века, британский физик и химик, чьи открытия заложили фундамент современной электротехники. Сын бедного кузнеца, без систематического университетского образования, он силой любопытства, упорства и гения превратился в ключевую фигуру научной революции. Его открытие электромагнитной индукции сделало возможным существование электрогенераторов, трансформаторов и электродвигателей, без которых немыслима сегодняшняя цивилизация. Альберт Эйнштейн держал портрет Фарадея в своём кабинете рядом с портретами Ньютона и Максвелла.
Происхождение и бедное детство
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюингтон-Баттс, небольшом пригороде к югу от Лондона. Его отец Джеймс Фарадей был кузнецом, приехавшим в столицу из Йоркшира в поисках заработка. Здоровье Джеймса было слабым, работу он находил с трудом, и семья едва сводила концы с концами. Мать Маргарет воспитывала четверых детей: старшего Роберта, Элизабет, Майкла и младшую Маргарет. Деньги в доме считали каждый пенни, и в голодные недели Майкл получал лишь одну буханку хлеба на всю неделю.
Начальная школа дала мальчику лишь самые азы грамоты и счёта. О полноценном образовании в таких обстоятельствах не могло быть и речи. Тем не менее бедность не подавила природного любопытства: уже в детские годы Майкл мастерил самодельные игрушки, а позднее, по свидетельству брата Роберта, засыпал знакомых вопросами о природе вещей. Детские впечатления от отцовской кузницы, возможно, пробудили в нём интерес к материальному устройству мира.
Переплётчик и жажда знаний
В 13 лет Майкл нанялся рассыльным в книжную лавку французского эмигранта Жоржа Рибо на Бландфорд-стрит в Лондоне. Год спустя, в 1805 году, он стал учеником переплётчика у того же хозяина. Семилетнее ученичество обернулось неожиданным подарком судьбы: мальчик получил доступ к тысячам книг, которые ему поручали переплетать.
Особое впечатление произвели на него статья об электричестве в «Британской энциклопедии» и книга Джейн Марсет «Беседы о химии». Фарадей не просто читал, но немедленно проверял прочитанное на практике. На скудные карманные деньги он покупал реактивы и материалы, мастерил примитивные электростатические машины и гальванические элементы, проводил опыты в свободные часы. Брат Роберт поддерживал увлечение финансово, давая небольшие суммы на нехитрое оборудование.
Параллельно молодой человек посещал лекции Городского философского общества, учился ясно излагать мысли и всё отчётливее понимал, что хочет посвятить жизнь науке.
Встреча с Гемфри Дэви и начало научной карьеры
В 1812 году постоянный покупатель лавки, музыкант Уильям Денс, подарил Фарадею билеты на публичные лекции прославленного химика Гемфри Дэви в Королевском институте. Двадцатилетний переплётчик слушал Дэви с карандашом в руке и составил подробные конспекты всех четырёх лекций, тщательно переплетив их в небольшой том. К книге он приложил письмо с просьбой принять его на любую должность в науке и отправил посылку самому Дэви.
Дэви ответил вежливо, но без немедленного предложения работы. Удача пришла несколько месяцев спустя: в начале 1813 года один из лаборантов Королевского института был уволен за драку, и Дэви вспомнил о настойчивом юноше. 1 марта 1813 года Фарадей был принят на должность химического ассистента с жалованьем 25 шиллингов в неделю и комнатой при Институте.
Осенью того же года Дэви отправился в большое научное путешествие по Европе и взял Фарадея с собой. За полтора года молодой учёный побывал во Франции, Италии, Швейцарии и Германии, лично познакомился с Ампером, Вольта и Гей-Люссаком, наблюдал их эксперименты. Это путешествие стало для Фарадея настоящим университетом.
По возвращении в Лондон он постепенно вырос в самостоятельного исследователя. В 1821 году Фарадей создал первую работающую модель электродвигателя, заставив намагниченную иглу вращаться вокруг провода с током. Успех, однако, обернулся конфликтом: химик Волластон обвинил его в плагиате, и Дэви поддержал обвинение. Отношения с учителем до его смерти в 1829 году уже не были прежними.
В 1824 году Фарадей был избран членом Лондонского королевского общества, хотя Дэви проголосовал против. В 1825 году он возглавил лаборатории Королевского института, а в 1833 году стал первым профессором химии этого учреждения по специально учреждённой кафедре.
Электромагнитная индукция: главное открытие
Ещё в 1822 году Фарадей сделал в своём дневнике короткую запись: «Превратить магнетизм в электричество». На протяжении девяти лет он возвращался к этой задаче, каждый раз терпя неудачу. Открытие Эрстеда 1820 года показало, что электрический ток создаёт магнитное поле. Фарадей был убеждён: должен работать и обратный процесс. Но как именно?
29 августа 1831 года опыт наконец дал результат. Фарадей намотал два изолированных провода на железное кольцо и соединил одну обмотку с батареей, а вторую с гальванометром. Когда он замыкал цепь первой обмотки, стрелка гальванометра вздрагивала и тут же возвращалась в нулевое положение. Ток во второй цепи возникал не от постоянного тока, а от его изменения. 28 октября того же года Фарадей построил первый в мире генератор постоянного тока: медный диск, вращавшийся между полюсами подковообразного магнита, давал непрерывный ток. Этот «диск Фарадея» стал прообразом всех будущих электрических генераторов.
Суть явления: переменное магнитное поле порождает электрический ток в проводнике. На этом принципе сегодня работает каждая электростанция и каждый трансформатор на планете. Открытие принесло Фарадею в 1832 году медаль Копли, высшую награду Лондонского королевского общества.
Для объяснения механизма индукции Фарадей разработал концепцию «силовых линий» и «электромагнитного поля», принципиально отличную от господствовавших тогда идей дальнодействия. Эта визуальная картина была математически переосмыслена Джеймсом Клерком Максвеллом в уравнениях 1860-х годов, превратив прозрения Фарадея в строгую теорию электромагнитного поля.
Законы электролиза и другие открытия
В 1832-1833 годах Фарадей сформулировал два закона электролиза: масса вещества на электроде пропорциональна количеству пропущенного электричества, а при равном заряде массы разных веществ пропорциональны их химическим эквивалентам. Эти законы связали химию и электричество количественными отношениями и стали основой электрохимии.
Совместно с Уильямом Уэвеллом Фарадей ввёл в научный обиход термины, которые используются до сих пор: «электрод», «анод», «катод», «ион», «электролит».
В 1836 году Фарадей провёл знаменитый опыт: построил клетку из металлической сетки, вошёл внутрь неё и зарядил снаружи до высокого напряжения. Находясь внутри, он убедился, что электрические заряды действуют лишь на поверхности проводника и никак не влияют на предметы внутри. Этот экранирующий эффект, известный сегодня как «клетка Фарадея», применяется повсеместно: от защиты электронной техники до экранирования кабелей и лифтов.
В 1825 году Фарадей открыл бензол, один из важнейших органических растворителей. Ему же принадлежат открытия изобутилена и нескольких хлорсодержащих соединений, первое получение в жидком виде хлора, аммиака, углекислого газа и этилена. В 1845 году он обнаружил диамагнетизм, намагничивание ряда веществ навстречу внешнему полю, и эффект вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В 1862 году он высказал предположение, что магнитное поле должно смещать спектральные линии: эту гипотезу подтвердил Питер Зееман лишь в 1897 году и получил за это Нобелевскую премию.
Королевский институт и лекции для публики
Королевский институт стал для Фарадея вторым домом: он провёл здесь более пятидесяти лет. Именно здесь он поставил свои тридцать тысяч экспериментов, тщательно занося каждый в пронумерованные дневники (последняя запись по электромагнетизму носит номер 16041).
Но Фарадей был не только исследователем, он был блестящим популяризатором науки. С 1827 года он начал читать «Рождественские лекции» для детей и молодёжи в Королевском институте: живые, наглядные, всегда опирающиеся на поставленный прямо перед аудиторией опыт. Цикл лекций «История свечи» (1848 год) стал классикой научно-популярной литературы и переиздаётся до сих пор. Традиция Рождественских лекций в Королевском институте, начатая Фарадеем, продолжается и в наши дни.
По пятницам он устраивал вечерние встречи для широкой публики, представляя последние научные открытия в доступной форме. Своими лекциями Фарадей сформировал целое поколение любителей науки и сделал её частью культурной жизни викторианской Англии.
Личная жизнь и вера
12 июня 1821 года Фарадей женился на Саре Барнард, сестре своего близкого друга. Ему было 29 лет, Саре 21 год. Детей у них не было, но супруги воспитывали осиротевшую племянницу Джейн. Много лет спустя Фарадей называл этот брак самым большим счастьем в своей жизни. Сара оставалась его опорой в периоды болезней и нервного истощения.
Оба принадлежали к маленькой протестантской общине сандеманиан, насчитывавшей в Лондоне лишь несколько десятков человек. Фарадей стал диаконом, затем старейшиной. В 1844 году он пропустил воскресную службу, вызванный ко двору для консультации с королевой, и конгрегация временно отстранила его от должности.
Веру и науку Фарадей строго разграничивал: природу изучал через наблюдение и опыт, не привлекая религиозных аргументов. Когда правительство в годы Крымской войны предложило ему разработать химическое оружие, он отказался с возмущением. От рыцарского звания он отказался дважды, дважды отклонил предложение стать президентом Королевского общества: предпочитал оставаться просто Майклом Фарадеем.
Последние годы и смерть
С середины 1830-х годов здоровье Фарадея начало подводить. В 1835-1837 годах он пережил тяжёлый нервный срыв с потерей памяти: исследователи предполагают хроническое отравление парами ртути. В 1840 году последовал новый приступ, и Фарадей вынужден был надолго прервать работу.
В 1848 году принц-консорт Альберт предоставил учёному в пожизненное пользование дом в Хэмптон-Корте. В 1858 году Фарадей оставил большинство должностей в Королевском институте.
Последние годы Фарадей провёл в доме в Хэмптон-Корте. Память изменяла ему всё сильнее, но он оставался приветливым и тихим человеком, дорожа обществом жены и немногочисленных близких друзей. 25 августа 1867 года он умер, сидя в кресле за письменным столом. Ему было 75 лет. Королева Виктория предложила похоронить его в Вестминстерском аббатстве рядом с Ньютоном, но была исполнена воля самого учёного: скромные похороны, простой надгробный камень. Майкл Фарадей похоронен на Хайгейтском кладбище в Лондоне. В Вестминстерском аббатстве установлена памятная плита рядом с могилой Ньютона.
Наследие и влияние
Вклад Фарадея в науку трудно переоценить. Его открытие электромагнитной индукции непосредственно привело к изобретению промышленных генераторов электрического тока и трансформаторов. Законы электролиза стали краеугольным камнем электрохимии и до сих пор применяются в металлургии, гальванотехнике и производстве химических веществ. Концепция электромагнитного поля, которую он разработал интуитивно, была переведена на язык математики Максвеллом и в итоге привела к созданию теории относительности Эйнштейна.
В его честь названы: фарад (единица электрической ёмкости в системе СИ), постоянная Фарадея, клетка и эффект Фарадея, кратер на Луне. Портрет Фарадея изображался на британской банкноте в 20 фунтов стерлингов с 1991 по 1999 год.
За всю жизнь Фарадей поставил около тридцати тысяч экспериментов, не имея университетского диплома и не владея высшей математикой. Сочетание скромности, честности и неутолимого любопытства сделало его образцом учёного в глазах современников и потомков. Рождественские лекции, которые он читал с 1827 года, продолжаются в Королевском институте по сей день.