Но не все опытные данные укладывались в гипотезу Франклина. Поэтому в 1759 г. англичанин Роберт Симмер пришел к мысли, что тела в обычном состоянии содержат два рода электричества в равных количествах, нейтрализующие друг друга, они создают две силы, тоже нейтрализующие друг друга. Как они устроены -не играет роли.
Эти две теории долгое время конкурировали. Франклин пытался обосновать теорию материальными представлениями, для него электричество - форма материи. Симмер отвергал это, избегая гипотез о природе электричества. Но оказалось в дальнейшем, что именно электрические частички Франклина и начали историю электричества.
Опыты не давали информации о физических свойствах электрического флюида. Исследователи наблюдали лишь его силовые действия, которые и были подвергнуты тщательному изучению.
В XVIII в. господствовало убеждение в том, что все физические явления можно свести к механическому взаимодействию частиц материи. Нужно лишь знание законов такого взаимодействия. Примером служила механика Ньютона. Естественно, что физики искали аналогичный закон для взаимодействия частиц электрических флюидов.
Первый шаг к нахождению такого закона сделал Франц Эпинус (1724-1802), астроном и член Академии наук в Берлине, в возрасте 32 лет приглашенный в Россию, где он прожил 45 лет до самой смерти. Основная идея, которую развивал Эпинус, заключалась в том, что поскольку электричество и магнетизм обнаруживают полное сходство, то должен существовать кроме электрического еще и магнитный флюид, и их частицы должны взаимодействовать между собой с силами, обратно пропорциональными квадрату расстояния. Однако он не нашел этому экспериментального подтверждения.
Успеха достиг француз Шарль Кулон (1736-1806). Именно он изобрел крутильные весы, с помощью которых измерил силу взаимодействия электрических зарядов и вывел важнейший закон природы о притяжении электрических зарядов друг к другу.
Зная закон, можно уже было строить математическую теорию электричества, не задумываясь над тем, что представляет собой неощутимый агент, обусловливающий наблюдаемые явления. Постепенно создалась ситуация, следующим образом обрисованная позже Дж.Дж.Томсоном:
«Физики и математики, которые больше всего сделали для развития теории электрических жидкостей, занимались вопросами, связанными только с законами действия сил между наэлектризованными телами... Понятию же о самих электрических жидкостях они придавали все более и более абстрактный характер, так что, в конце концов всякое упоминание об их физических свойствах стало казаться почти что неделикатным».
Однако дальнейшее развитие событий вынудило физику поставить и решить этот «неделикатный» вопрос.
Представление об изолированности электрического флюида от весомой материи держалось вплоть до начала XIX в. Дальнейшие исследования вскрыли неожиданные и глубокие связи электричества с веществом.
3.1. Краткая история становления электромагнетизма
77
В 1800 г. Александро Вольта (1745-1827) в Италии открывает источник постоянного электрического тока - вольтов столб. В следующем году Никольсон и Кардейль в Англии с помощью вольтова столба производят химическую реакцию разложения воды. Затем английский химик и физик Гемфри Дэви производит электролиз солей и щелочей. С помощью тока ему удалось разложить химические соединения на их составные части. С другой стороны, исследования вольтова столба показали, что ток порождается химическими реакциями. Эти открытия резонировали с бурным развитием химической атомистики.
В 1800 г. Дэви высказывает мысль о том, что химические и электрические силы имеют общую природу, химическое сродство является следствием электрического притяжения частиц вещества. Эта идея послужила плодотворным началом для шведского химика Й.Берцеллиуса, сформулировавшего величайшую из гипотез - гипотезу электрически заряженного атома. Согласно Берцеллиусу, атомы всех веществ заряжены положительным и отрицательным электричеством, они имеют соответствующие полюсы, а образование химических соединений является результатом действия электричества.
Гипотеза электрически заряженного атома была в большом ходу у химиков, однако физики долгое время к ней не обращались. Положение дел изменили исследования Фарадея, сыгравшие особо важную роль в истории электрона.
Майкл Фарадей (1791-1867), английский физик, химик и физико-химик показал, что электрический ток определенной величины, протекающий последовательно через различные растворы одновалентных элементов, отлагает на электродах весовые количества этих веществ, в точности пропорциональные их атомным весам. Отсюда берет начало мысль о том, что одно и то же количество электричества связывается в процессе электролиза с одним атомом каждого вещества. При исследованиях электрохимического разложения Фарадей опирался на представление об атоме как частице вещества, имеющей электрические полюсы. Полярные частицы способны разлагаться под действием электрического тока: появляются катионы и анионы.
В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) установил связь между электрическими и магнитными явлениями, сообщение об этих опытах вызвало большое число исследований, которые в итоге привели к созданию электродинамики и электротехники.
Францусский физик Андре Мари Ампер (1775-1836) продолжил эксперименты и разработал теорию электродинамических взаимодействий электрических токов. В 1825 г. он опубликовал результаты исследований и показал, что силы взаимодействия элементов токов убывают обратно пропорционально квадрату расстояния. В физику вошел закон Ампера. По гипотезе Ампера в молекулах вещества циркулируют электрические токи. Электричество и магнетизм объединялись в работе Ампера единым механизмом.
Но в 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. Далее он установил, что распространение электрических и магнитных сил существенно зависит от свойств среды, в которой они распространяются. И наконец, линии сил искривляются, силы не распространяются по прямым, как этого требовала электродинамика Ампера.
