Среди естествоиспытателей, своими экспериментами написавших раннюю историю электричества есть англичанин-самоучка Стивен Грей (1666–1736). Он был первым, кто систематически изучал электропроводность, различая проводники и непроводники. Он также был первым, кто продемонстрировал — в сотрудничестве с Гранвилем Уэллером — передачу электричества на расстояние, в частности около 230 метров, а также открыл электрическую индукцию.
В своем самом известном эксперименте объектом, который он выбрал для подвешивания, был маленький мальчик!
Красильщик тканей из Кента, не получивший формального образования, Стивен Грей посвятил себя науке, одалживая книги у богатых друзей и создавая свои собственные инструменты.
В восемнадцатом веке занятие наукой часто было хобби для богатых людей, а не карьерой. Похоже, Грей был беден и занимался своей наукой на неоплачиваемых должностях, сначала помогая королевскому астроному Джону Флемстиду, а затем Джону Теофилу Дезагюлье — человеку, который ввел термин «электрический проводник».
По словам раннего биографа Ньютона Уильяма Стьюкли, Грей был чем-то вроде профессионального собеседника, поселившись в лондонском пансионе Дезагюлье и развлекая гостей своими речами в обмен на комнату и питание. В 1720 году его друзья-ученые помогли Грею получить место в Чартерхаусе (богадельне для обездоленных джентльменов).
Первое серьезное знакомство Стивена Грея с электричеством произошло 13 ноября 1706 года, когда он присутствовал на демонстрации электрических явлений в Лондонском Королевском обществе.
Фрэнсис Хоксби (1666 - 1713) продемонстрировал здесь эффекты электричества, возбуждаемые трением стержня из кварцевого стекла. Однако наибольший интерес Хоксби, а следовательно, и его вклад в науку, представляли опыты с ртутью и световым излучением, которые происходили в ходе этих опытов.
Позже Стивен Грей также начал экспериментировать с электричеством для собственного развлечения и развлечения окружающих. Он объяснял электрические явления с помощью двойного потока мелких частиц, одна из которых исходит от наэлектризованного тела, а другая — из окружающего воздуха, который «ожижен».
Стивен Грей (1666–1736)
В 1729 году он выступил с идеей (может быть, наивной с сегодняшней точки зрения), основанной на его представлении о природе электрических явлений: он хотел выяснить, изменялась ли природа явлений при закрытии наэлектризованной стеклянной трубки с помощью пробки с обоих концов.
Это привело его к экспериментам, впервые пролившим свет на взаимосвязь между электричеством и материей: он считал, что пробка может изменить энергетические эффекты трубки. Грей с большим удивлением заметил, что перья притягиваются не только к стеклянной трубке, но и к вставленным в нее пробкам. Потом вставил в пробку деревянную палочку и привязал к ней шарик: на шарике тоже появился электрический заряд!
Грей продолжил свои эксперименты, сбрасывая с балкона своего дома шары, связанные из волокон разного материала и толщины. Благодаря этому он открыл способность проводить электричество. С помощью этих экспериментов он также пришел к выводу, что только тип волокнистого материала, через который передается электричество, имеет решающее значение.
После экспериментов с вертикальным наведением (достигнув максимальной высоты 52 фута) он занимался также экспериментами с горизонтальным наведением.
По этому поводу он навестил своего молодого богатого друга Грэнвиля Уэллера, члена Королевского общества, способного ученого-любителя, владевшего большим загородным домом, который как нельзя лучше подходил для намеченных опытов. В течение следующих тридцати месяцев он провел множество экспериментов с Уэллером и другими молодыми энтузиастами.
Во-первых, они использовали подвешенную на шелковых волокнах пеньковую нить, которая шла от натертого стеклянного шара к шару из слоновой кости, — они наблюдали притяжение и отталкивание легких тел. Они произвели доказанную передачу электричества на расстояние 765 футов (т. е. около 230 м).
Они также обнаружили, что некоторые вещества, такие как шелк, волосы, смола и стекло, не проводят электричество, но электричество распространяется через металлическое волокно мгновенно. Грей также обнаружил, что электричество может поддерживаться на изолированном теле в течение нескольких месяцев.
Стивен Грей первым использовал человеческое тело в качестве объекта исследования в своих экспериментах с электричеством: 8 апреля 1730 года он исследовал (на мальчике, подвешенном в воздухе на волосяных волокнах), проходит ли электричество через тело человека.
Эксперимент с летающим мальчиком из книги Уильяма Уотсона «Опыт и наблюдения для объяснения природы и свойств электричества» (1748 г.) (Принстонский университет)
Мальчик подвешен на шелковых шнурах. Приносят натертую стеклянную трубку близко к его ногам. Руки и лицо мальчика притягивают легкие тела.
В своем отчете об эксперименте с «летающим мальчиком», опубликованном в Philosophical Transactions of the Royal Society Грей описывает, как мальчика поддерживали на шелковых шнурах, и статический заряд передавался его ногам, если их растирать стеклянной палочкой или шаром. Затем этот заряд может ощущаться как покалывание другим человеком, находящимся в непосредственной близости.
В затемненной комнате заряд передавался через прикосновение от человека к человеку в виде видимой искры, приводя в восторг публику, пришедшую посмотреть на это явление. Примечательно, что если непроводящий шелк заменить проводящей латунной проволокой, статический эффект пропал, поскольку латунь позволяла заряду вытекать из мальчика.
Так называемый «эксперимент с летающим мальчиком» стал одной из самых популярных демонстраций. Включение человеческого тела в электрические демонстрации увеличило их зрелищность и любопытство.
Благодаря опытам Грея электричество стало повальным увлечением восемнадцатого века. Захватывающие эксперименты очень быстро стали популярной формой развлечения для дам и джентльменов. Популярные лекторы устраивали демонстрации, которые проводились в затемненных салонах, чтобы усилить их зрелищность. Аристократические дамы и господа с удовольствием экспериментировали с открытой Греем силой «электрического огня».
Зажигание духов электрическими искрами, исходящими от наэлектризованного меча. В верхней части изображения юноша и девушка притягивают маленькие кусочки бумага. Из книги Уильяма Уотсона (1748 г.) «Опыты и наблюдения на службе у объяснения природы и свойств электричества», Париж.
Хотя этимология слова «электричество» свидетельствует о том, что притягательные свойства натертого янтаря (по-гречески «электрон») были известны с древности, в то время электричество еще считалось молодой наукой.
В 1767 году, три с половиной десятилетия спустя после опытов Грея, химик Джозеф Пристли назвал ее «младшей дочерью наук». Действительно, именно в эпоху Просвещения электричество приобрело известность как в академическом мире, так и в общественной сфере.
Странствующие лекторы путешествовали по столицам и провинциям со своими портативными электрическими приборами, предлагая драматические демонстрации законов действия «электрического огня» на площадях и в аристократических салонах. Их деятельность сделала электричество одной из самых обсуждаемых тем бесед, а средства массовой информации того времени превозносили приборы и изобретателей.
В течение века от первой демонстарции Грея было предложено несколько вариантов «эксперимента с летающим мальчиком»: наэлектризованные руки мальчика перелистывали страницы книги или передавали «электрический огонь» юной девушке, которая сама притягивала легкие предметы. Иногда привлекали дам из аудитории: когда они приближали пальцы к носу мальчика, можно было увидеть и услышать большую искру.
Как и Френсис Хоксби, Грей экспериментировал с электричеством в вакууме. Дальнейшими попытками он способствовал решению проблемы взаимосвязи между электричеством и магнетизмом (в то время эта связь еще не была известна).
Например, при наэлектризовании металлического ключа Грей обнаружил, что легкие предметы притягиваются ключом независимо от того, притягиваются ли они одновременно магнитом или нет, или экспериментально подтвердил, что магнитные и электрические силы не мешают друг другу.
Также следует отметить открытие Грея о том, что наэлектризованный полый деревянный куб ведет себя точно так же, как цельный куб, из чего можно сделать вывод, что электричество находится только на поверхности тела.
Неясно, сделал ли этот вывод Грей (примерно через двадцать лет Франклин, а затем Кавендиш, Кулон и Фарадей гораздо убедительнее доказали этот факт).
Опыты Грея в принципе послужили разделению известных веществ на проводники и непроводники, диэлектрики. Необходимость и важность такого деления поняли не сразу, и даже сам автор не сделал из своих опытов нужного вывода.
Лишь десять лет спустя Джон Теофил Дезагюлье, которому Стивен Грей ассистировал в лекциях до самой своей смерти, разделил вещества на «электрические вещества как таковые», которые могут быть наэлектризованы трением, и нефрикционные «вещества» (неэлектрические тела или современные проводники), которые нельзя было наэлектризовать, если они не были должным образом подвешены.
Ясно, однако, что он не понимал ни значения проводника и непроводника, ни утечки заряда в землю, однако он провел и описал большое количество опытов с электричеством, что значительно способствовало его популяризации.
Электрические эксперименты Грея принесли ему первую и вторую медали Копли в 1731 и 1732 годах.
Первый обладатель медали Копли Стивен Грей был назван «отцом электричества», так как его эксперименты в 1720-х и 30-х годах, были одними из первых электрических демонстраций в Лондонском королевском обществе.
Медаль Копли
Медаль Копли, впервые отчеканенная в 1731 году, является не только самой ранней наградой Королевского общества, но и старейшей научной премией в мире, предшествовавшей Нобелевским премиям более чем на 150 лет. Первоначально медаль Копли вручалась в знак признания самого значительного научного эксперимента года, который «наиболее понравился» стипендиатам. Теперь она признает общий вклад ученого в свою область.
Смотрите также: Развитие представлений о природе электричества в 18 веке