СТАТЬЯ «О ФАРАДЕЕВСКИХ ЛИНИЯХ СИЛЫ» (1855-1856)

И вот, наконец, после долгого плутания по редакциям и рецензентам появилась в 1857 году в «Трудах Кембриджского философского общества», в десятом томе за 1856 год, первая статья Джеймса Клерка Максвелла по электричеству, пятьдесят шесть страниц математики. Называлась она, разумеется, «О фарадеевских линиях силы» и была развитием доклада, который Джеймс сделал в декабре позапрошлого года перед Философским обществом в Кембридже.

По настроению эта статья, если у научной статьи может быть настроение, резко отличается от прежних. В ней ощутима сильная, отчетливая философская струя. Стремление объяснить, «как это делается?», перерастает уже частные формы. Как устроен мир? Из чего он состоит? Пуста ли пустота? Почему происходят притяжение и отталкивание?

«Фарадеевские линии» — это не просто интересная работа одаренного ученого, работающего над важной проблемой электричества и магнетизма. «Фарадеевские линии» — это работа крупного ученого-философа, знающего, что от решения проблемы зависят судьбы не только физики.

В этой первой работе по электричеству — уже вся его программа. Программа его исследований по электричеству на всю жизнь. Программа глубоко продуманная. Многие удивлялись потом, как у него, двадцатичетырехлетнего, могли в столь зрелом и законченном виде появиться такие глубокие идеи.

Реакция Вильяма Томсона и Стокса была сдержанной — видимо, они были заняты своими делами. Проявил интерес к статье Питер — да и тот занялся сейчас гамильтоновыми «кватернионами», бесконечно далекими, казалось тогда, от электричества.

Другие — те, кому Джеймс был известен лишь своими исследованиями по фотоупругости и оптике, пожимали плечами. Этот Максвелл так блестяще владеет математикой, так хорошо знаком с теориями, основанными на дальнодействии, — знай себе работай да выводи полезные формулы. А он все оригинальничает. Видимо, хочет понравиться бывшему переплетчику и лаборанту Фарадею! Списали все на его странности. И про статью забыли. Простили ему эту выходку.

Снова он стал для всех блестящим, тонко чувствующим молодым физиком. Метод фотоупругости. Эксперименты по цвету. Блестящее владение ньютоновскими методами. Прошло подозрение. Максвелл был своим. А то была шалость и баловство. Чего не бывает у молодых?

А Максвеллу не привыкать было к тому, что его считали странным и чудаком. Он давно уже не обижался на это. Еще со школьных времен. Еще с тех пор, когда его звали Дуралеем.

Не надеялся, вероятно, молодой абердинский профессор Клерк Максвелл, рассылая в марте 1857 года свою только что вышедшую статью «О фарадеевских силовых линиях» по списку всем крупным британским физикам, что получит ответ и даже ответную статью от самого Фарадея.

И тем не менее это было так.

В конце марта 1857 года Джеймс, волнуясь, распечатал письмо с гербом Королевского института:

К письму была приложена статья Фарадея — и в ней, как и в письме, увидел Джеймс колебания великого, неуверенность мэтра и корифея в том, что мир, созданный им, верен, ибо понятие силовых линий, как казалось ему, было не общим для природы. Тяготение, например, как будто бы не укладывалось в рамки силовых пиний и, казалось, упрекало их автора в недостаточной предусмотрительности, приводя всегда к притяжению тел, в то время как силовые линии объясняли два эффекта — притяжение и отталкивание.

И в письме и в статье было много такого, о чем стоило подумать: и оброненная как будто вскользь фраза о «времени установления электротонического состояния», которое, «возможно, так же мало, как время прохождения света», и мысли о связи электрического и магнитного притяжения с притяжением гравитации.

Письмо Фарадея стало столь большим событием в спокойной жизни Максвелла, что вытеснило из обихода все другие, и даже через месяц казалось, что это произошло вчера. Он и не заметил, что к тому моменту, как он решился написать ответ, прошло полгода.

Фарадей тут же ответил Максвеллу теплым письмом, в котором нетрудно почувствовать благодарность не балуемого пониманием стареющего человека, мудреца, нашедшего на склоне лет родственную душу, сток душевных и научных излияний.

НОВОЕ УВЛЕЧЕНИЕ — САТУРН

Когда Джеймс приступил к занятиям в Абердине, у него в голове уже созрел новый «проп», новая задачка, которую пока никто не мог решить, новое явление, которое подлежало объяснению. Это были Сатурновы кольца. Определить их физическую природу, определить за миллионы километров, без каких бы то ни было приборов, пользуясь только бумагой и пером, — это была задача, созданная как будто специально для него. Вот где будут использованы, наконец, и опробованы теории вращения, проверявшиеся на динамическом волчке! Вот куда приводила его теперь странная и, казалось, незакономерная цепочка, начавшаяся «дьяволом на двух палочках»! К самому Сатурну!

С той июльской теплой ночи 1610 года, когда Галилей впервые направил свою трубу на Сатурн, многие любовались через телескоп этим чудом вселенной. Сатурн был действительно самым удивительным объектом на небе.

У планеты были уши! Два отростка непонятного происхождения вырастали с боков планеты, причем эти отростки жили, дышали, изменялись по величине — и не было объяснения такому странному явлению. Может быть, это два больших спутника Сатурна? И иногда эти живые отростки Сатурна исчезали — и не было ли это подтверждением мифа о жестокости коварного старика — Времени?

Гюйгенс, пользуясь более совершенным инструментом, утверждал в 1659 году, что Сатурн окружен кольцом, напоминающим нимб серафимов, — и долго не смолкали восторженные клики служителей боговых, видевших в этом если не прямое подтверждение желанного, то полунамек, достаточно откровенный!

Затем выяснилось, что одним кольцом дело не ограничивается.

— Не кольцо, а два, одно внутри другого! — это Кассини в 1675 году.

В 1850 году внутри светлого внутреннего кольца обнаружена темная полоска, и эта темная полоска оказалась прозрачной — через нее можно было видеть поверхность планеты.

Сравнением своих наблюдений с наблюдениями Гюйгенса и Гершеля петербургский астроном Струве заключил, что конфигурация колец изменчива, а ширина их возрастает с удалением от планеты.

Вот что было известно в условии конкурса на соискание премии Адамса. Требовалось определить: из чего состоят кольца Сатурна? Твердые они, жидкие или газообразные? Гершель поддерживал гипотезу сплошного твердого кольца, Лаплас доказывал, что кольца — твердые, но очень узкие. А безвестный Томас Райт из Дурхама, не приводя доказательств, когда-то утверждал, что кольцо Сатурна состоит из множества спутников, не связанных между собой.

Такая проблема не могла не увлечь Джеймса. Он работал с самого начала быстро и уверенно. Быстро был готов первый вариант — изящное эссе.

«Когда мы действительно видим, что гигантская арка вертится над экватором планеты без какой-либо видимой с ней связи, наш мозг не может оставаться в бездействии. Мы не можем просто принять, что это так и есть, и описать этот факт как один из фактов, наблюдаемых в природе, не предполагающий и не требующий объяснения. Мы или должны объяснить ее движение на принципах механики, или принять, что в условиях Сатурна может существовать движение, регулируемое законами, которые мы не в состоянии объяснить».

За каждым словом этой фразы — убежденность в конечной познаваемости мира, в том, что не существует в нашей вселенной предметов и явлений, недоступных для человеческого понимания. Нет, не в страхе божьем лежало у Джеймса Клерка Максвелла начало мудрости!

Начало работы над кольцами Сатурна относится к гленлейрскому, предабердинскому лету. Первое упоминание об этой работе в письме к другу — Р.Б.Литчфильду:

Через год работа с Сатурном еще не окончена.

Несколькими днями раньше в письме Питеру Тэту, профессору.

Работа над Сатурном не окончена и в декабре. Из письма к Льюису Кемпбеллу, только что получившему ранг священника и ставшему «его преподобием».

Зима была суровой, а уже в феврале погода установилась мягкая, по-летнему теплая и солнечная. Когда случалось время, Максвелл гулял вдоль берега моря, среди черных скал Кинкардиншира. Здесь он нашел для себя уютное местечко, совершенно уединенное, с изуродованной морским ветром сосной, на ветках которой можно было хорошо поразмяться. А потом искупаться, спасибо необычно теплому февралю! А потом полежать на теплом песке, глядя на кружевные буруны волн.

Иногда он задерживался здесь до темноты и дожидался того момента, когда в небе загорались первые огоньки. Вот Марс и Меркурий... А вот и Сатурн, к которому устремлены сейчас его мысли... Максвелл чувствовал нежность и теплоту к этой удивительной безразличной планете, летящей где-то в мертвящем холоде пустоты за миллионы километров. Он был сейчас единственным человеком на Земле, который постиг ее тайну, разгадал ее силой математики.

Максвеллу было приятно здесь, на морском берегу, но почему так сладко тревожит его необычность этой теплой весны? Почему таким странным кажется ему расположение планет — никогда не видел он, чтобы Юпитер и Венера так приближались друг к другу? Нет ли тайного смысла в смешных предсказаниях чудаков астрологов?

Таинственно мерцало звездное небо над головой молодого профессора. Бездонность неба вселяла беспокойство. Космос был безмолвен и полон тайн. Все объяснимо в этой бескрайней вселенной, но сложны ее загадки — хватит ли жизни, чтобы разгадать их? Что такое пространство? А время? Как устроены планеты? Сможет ли человек когда-нибудь достигнуть их? Что такое тяготение — и вообще, почему тела притягиваются друг к другу? А что управляет симпатиями и антипатиями людей?

Ночной горной тропинкой, освещаемой звездами, добирался Максвелл до города, до Юнион-стрит. А здесь уже занималась заря, над островерхими церквами древнего города поднимался новый день этого необычного года...

Этот, 1857 год принес несчастье — весть о смерти дорогого друга-кембриджца, молодого юриста Помероя, попавшего сразу после жарких дискуссий в Рэй-клубе на место действия, в Индию, и полностью познавшего на своем горьком опыте цену приобщения индийской нации к британской культуре. Его юношеские иллюзии, видимо, так и не рассеялись до конца, а благородство души заменяло ему порой трезвый голос рассудка. Именно он защищал на памятном заседании Рэй-клуба позицию Британии в Индии, именно он сдал лучше всех экзамены на высокооплачиваемую должность в почтенной Восточно-Индийской компании. Тем более грустно было его разочарование. Он умер от излишнего служебного рвения и лихорадки во время первой вспышки восстания сипаев и, может быть, лишь благодаря болезни избежал смерти от руки индусов, которым, как он был убежден еще во времена рэй-клубовских дискуссий, он нес цивилизацию.

Максвелл очень переживал смерть Роберта, они сдружились во времена жарких споров и дискуссий в клубе. Джеймс, у которого отец и все родственники по мужской линии были юристами, всегда находил темы для бесед с будущим юристом Помероем, поверял ему свои мысли о государстве и праве, как Льюису — студенту богословия — о боге. Максвелл имел особенность жить интересами своих друзей и совершенно не требовал того же от них, да и вряд ли это было возможно.

Видимо, трудно приходилось ему в Абердине в смысле обзаведения новыми друзьями. Его коллеги по колледжу были старше его, общение с коллегами из второго, соперничающего университета, Кингс-колледжа, негласно не одобрялось, а шотландская чопорность исключала случайные знакомства. Максвелл не устает писать своим старым друзьям:

ЖЕНИТЬБА

Как в жизни, так и в смерти... Трудно найти таких друзей. Но нужно — и можно. И вот какие-то новые события и проблемы увлекли его, и уже не кольцами Сатурна занят молодой профессор, а обручальными кольцами и сопутствующими проблемами... Друг нашелся там, где Джеймс никак не ожидал найти его.

В первые абердинские годы Максвелл, страдающий от отдаленности своих друзей, со смешанным чувством принял приглашение Принципала Маришаль-колледжа посещать его дом, сделал это однажды, да и зачастил туда. В доме Дьюара ценили его ум, глубокие знания, там его необычайно разносторонняя осведомленность в литературных, исторических и богословских материях получила благодарных слушателей и ценителей, да и, можно прямо сказать, ценительниц.

У Принципала Дьюара, этого черствого и непопулярного в колледже человека, оказались две дочери, причем одна незамужем, которые за отсутствием иных светских развлечений в этом суровом и неуютном доме знали большой толк в разговоре, умели оценить новые книги и научные открытия, раскрыть безболезненно створки панциря сарказмов, в котором заточен был Джеймс. Да и сам он представал перед ними совсем другим, тем, каким был на самом деле, — быстрым, блестящим, остроумным, великодушным.

Летом 1857 года он получил приглашение Принципала провести с его семьей часть сентября в Ардхаллоу близ Дунуна, где жил зять Принципала, мистер Мак-Кунн, и, не медля ни мгновения, согласился.

Он спешил в Ардхаллоу, и ему казалась черепашьей тридцатимильная скорость железнодорожного экспресса. Чтобы время шло быстрее, он наблюдал на проносящихся мимо скалах (дорога шла по берегу озера Лох-Экк) разрушение и раздвоение геологических слоев. Потом это ему наскучило, и он решил сочинить для своего друга Вильяма Томсона шуточный гимн компании атлантического телеграфа.

Максвелл за последнее время написал Томсону множество «длинных и скучных» писем о кольцах Сатурна, но тот не ответил. Объяснялось это тем, что Томсон участвовал в прокладке первой линии трансатлантического телеграфа. Гений Томсона был инженерным, и в символах своих математических статей Томсон видел не только физические явления. За ними для Томсона явно вставали телеграфные линии, усовершенствованный компас, машина для предсказания приливов... Поначалу свысока отнесшиеся к этому мужу «абстрактной науки» практики вскоре горько пожалели о том, что не воспользовались его советами и порвали первую линию кабеля. После этого Томсон стал признанным научным шефом величайшего научно-технического предприятия века. Казалось, все результаты, еще вчера полученные им за письменным столом, уже сегодня воплощались в конструкции кабеля, в конструкции приемных и передающих устройств этой уникальной телеграфной линии.

(Т) = Там, на дне моря,

и, следовательно, 2(Т) по аналогии представляют собой два повторения указанной фразы. Уговорившись об этом, мы будем иметь следующее:

Слышится песнь телеграфного хора.

Сигналы плывут вперед

Хвостиком — плюх-плюх-плюх!

Игла телеграфа дрожит на опоре,

Сигналы оттуда получим мы вскоре,

Но трудно им: ух-ух-ух!

По тросу бежать вперед.

По тросу бегут не сигналы — а горе.

Время кричать: караул!

Кабелю: крах-крах-крах!

Что за причина — поймем мы не скоро.

Может, кораблик наш шел больно споро,

Жалко как, ах, ах, ах!

А может быть, сильно рванул!

Рыбы все шепчутся в вольном просторе.

— Что там, в тиши ночной,

Длинное столь, столь, столь,

Что не сломаешь ни нынче, ни вскоре,

Что не разъестся ни нынче, ни вскоре?

В море же соль, соль, соль!

Кабелю — хоть бы что.

Оставим мы кабель — лишь рыбам подспорье.

Новый уж кабель корабль ведет.

Будет не прост, прост, прост!

Кабель тройной проложим мы вскоре,

Будем контракт заключать через море,

Через наш трос, трос, трос,

Уж этот не подведет!

Старый друг, — Вильям Томсон становился уже одной из самых популярных личностей в Англии: он стал участником и научным шефом самого грандиозного и эффектного технического события века, и Максвелл не мог не завидовать ему, он не мог не увлечься идеями быстрого проникновения электричества в повседневность, в жизнь.

Необходимость быстро заключать через океан коммерческие сделки привлекла Сайруса Филда — руководителя компании по прокладке трансатлантического телеграфа. Задача осуществления технической идеи привлекла Томсона. Теоретические трудности объяснения электрических явлений увлекли Максвелла, точнее — дали его занятиям электричеством новый импульс. И лишь важные события и отчасти — украшение звездного неба — Сатурн мешали тому, чтобы он тотчас занялся бы им.

Сейчас у Максвелла в голове было совсем другое — они с Кетрин Мери гуляли по осенним открытым холмам, любовались пятнами, созданными высохшим папоротником-орляком, на еще зеленых склонах холмов. Однажды, забравшись очень далеко, набрели они на одинокую хижину. Там жил вдали от мира настоящий отшельник. Отшельник пригласил их к себе. Звали его Дункан Маршалл, хижина была завалена книгами, а письменный стол с открытой чернильницей свидетельствовал о том, что отшельник над чем-то работает. Он оказался ученым!