Закон Кулона. А Кулона ли?

Вероятно, этот вопрос может показаться анекдотичным. «Кто открыл закон Кулона?» Конечно, Кулон! Но мы не зря вспомнили об этом законе именно в связи с законом Стиглера. И вот почему.

Закон Кулона изучал, конечно, каждый школьник. Но вряд ли в школе рассказывали, какое искусство наблюдателя и экспериментатора пришлось проявить исследователю. С помощью изобретенных им крутильных весов французский физик Шарль Огюстен де Кулон измерял силу взаимодействия между электрическими зарядами. О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, вполне однозначно свидетельствует следующий факт: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так тонко реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от самых слабых воздушных потоков, но даже от приближения наблюдателя (на стрелке и на теле человека всегда существуют минимальные электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на ходе эксперимента по исследованию сил взаимодействия).

Итак, вспомним школьную физику: Кулон установил две закономерности. Первая: сила взаимодействия между точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если заряды разноименные. Второе: Кулон ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине. Закон Кулона не зря является фундаментальным законом природы — он прост по форме, но глубок по содержанию. Для истории физики эксперименты Кулона с крутильными весами имели важнейшее значение еще и потому, что они дали в руки ученым метод определения единицы электрического заряда через величины, используемые в механике и достаточно легко подлежащие измерению, а именно: через силу и расстояние. Это позволило проводить количественные измерения электрических явлений.

Однако после работ Кулона проходит почти сто лет, и в 1877 году Джеймс Максвелл, другой великий физик, публикует статью о неизвестных работах Г енри Кавендиша, британского физика и химика, в области электричества. Максвеллу как первому директору Кавендишской лаборатории в Кембридже, построенной на средства потомков Кавендиша, был предоставлен для ознакомления архив покойного ученого. И вот в этом архиве Максвелл и обнаруживает полностью готовую к публикации рукопись Кавендиша, в которой выведен закон, аналогичный закону Кулона. Экспериментальные доказательства в опыте Кавендиша существенно отличаются от опыта Кулона, при этом метод был более прост и доказательства более точны, чем у Кулона. Кавендиш во время выполнения эксперимента исходил из того, что на полом металлическом проводнике только тогда весь электрический заряд может распределиться по наружной поверхности, когда эти заряды отталкиваются друг от друга по закону квадрата расстояния.

Даты на рукописи Кавендиша нет, но Максвелл счел ее выполненной, во всяком случае, не позднее 1775 года. То есть по меньшей мере на десять лет раньше, чем Кулон открыл тот же самый закон. Как же случилось, что работа Кавендиша целых сто лет оставалась никому не известной? Как могло произойти, что такой крупный ученый, как Кавендиш (многие его называли «Ньютоном современной химии»), пренебрег публикацией работы по электричеству, которую, конечно, он не мог не считать весьма значительной?

История, вероятно, никогда не найдет ответа на этот вопрос, но самое правдоподобное, что Кавендиш просто позабыл отправить ее в печать. Это объяснение кажется невероятным: казалось бы, его коллеги-ученые, должны были бы знать об этих экспериментах и напомнить ему о них. Но здесь вскрывается особенность характера Кавендиша. Генри был английским лордом и занимался физикой и химией в качестве хобби, выражаясь современным языком.

А еще он был человеком с большими странностями. Нелюдимый Кавендиш мало говорил и смущался, когда к нему обращались незнакомцы. Лабораторией для опасных экспериментов с электричеством ему служили конюшни отца. Но спустя какое-то время он превращает в лаборатории большую часть громадного родительского дома. Лишенный прав на немалое семейное богатство, он внезапно получает огромное состояние от своего дяди. Однако дельцом Кавендиш не стал, а промотать полученное наследство попросту бы не успел. К тому же ему было тогда уже за сорок — образ жизни и привычки его давно сформировались, и менять их он не хотел. Словно сошедший со страниц учебника о настоящем джентльмене, он был педантичен во всем. В течение всей жизни выходил на прогулку в одно и то же время дня. Решив, что не желает встречаться ни с кем из знакомых лондонцев, он усвоил обыкновение ходить только посередине мостовой: уклоняться от лошадей было легче, чем от навязчивого человеческого общения. Кавендиш вел тихий и уединенный образ жизни. Со служанками общался только записками и не заводил личных отношений вне семьи. Женская прислуга в родительском доме Кавендишей не рисковала попадаться ему на глаза: за этим мог последовать отказ от места. Один из источников утверждает, что Кавендиш, возвращаясь домой, часто пользовался черным ходом — так он избегал встреч со своей экономкой.

Круг его общения ограничивался только клубом Королевского общества, члены которого обедали вместе. Кавендиш редко пропускал эти встречи и пользовался исключительным уважением со стороны современников. Но лишь немногие из завсегдатаев клуба знали, как звучит его голос: заговаривал он только тогда, когда мог сообщить нечто из ряда вон выходящее. За сорок лет его шляпа ни разу не переменила своего места на полке в клубном гардеробе. Раз в году, в один и тот же день и час, к нему приходил портной. Молча снимал мерку и исчезал. Никаких вопросов о материале и фасоне нового платья портной не задавал, да и незачем было: костюм мог быть только копией прежнего с минимальной поправкой на изменение параметров хозяина с возрастом и на сезон. Таким образом Кавендиш просто раз и навсегда уничтожил еще один повод для вздорных раздумий и отвлекающей болтовни.

Ученый был совершенно безразличен к окружающему миру и никогда не интересовался происходящими в нем событиями — даже такими значительными, как французская революция или наполеоновские войны, именно в это время охватившие Европу. Он был воплощением научной сосредоточенности. И в глазах современников это сделало его неисправимым чудаком. Только с друзьями по науке он становился разговорчивым и охотно делился своими обширными познаниями.

После того как он получил в наследство немалое состояние, изменения претерпел только бюджет его физической лаборатории в старом герцогском доме: Кавендиш теперь смог позволить себе самые дорогостоящие опыты. А это, в свою очередь, сделало его занятия наукой еще более углубленными. Французский физик Жан Био в похвальном слове Кавендишу сказал так: «Он был самым богатым из ученых и, вероятно, самым ученым из богачей». Кавендиш владел колоссальными средствами и тратил немалые доходы на научные опыты и поддержку молодых ученых, не забывая, как в свое время нуждался в подобной поддержке.

Итак, примерно за одиннадцать лет до Кулона Кавендиш открыл закон взаимодействия, однако его не опубликовал. Оливер Хевисайд, известный математик, инженер и физик, ученый-самоучка, говорил, что это грех — и грех непростительный, стоивший Кавендишу славы первооткрывателя.

На этом рассказ об истории открытия закона Кулона можно было бы и закончить, если бы не. Если бы не нашелся еще один исследователь — Дж. Робайсон (1739–1805). Учитывая погрешности измерений, Робайсон сделал вывод: «Действие между сферами в точности пропорционально обратному квадрату расстояния между их центрами». Робайсон обосновывал свои эксперименты на идее о том, что взаимодействующие заряды можно считать точечными, когда размеры сфер, на которых они локализованы, много меньше расстояния между центрами сфер. Установка, с помощью которой англичанин проводил измерения, описана в его фундаментальном труде «Система механической философии». Сочинение издано уже после его смерти, в 1822 году.

Но. основной закон электростатики не носит имя Робайсона, как вполне могло бы быть, по простой причине: в это время уже получили повсеместное распространение труды Кулона.