Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.kosmofizika.ru/popular/magnetizm.doc Дата изменения: Thu Dec 10 15:10:05 2015 Дата индексирования: Sun Apr 10 22:46:56 2016 Кодировка: koi8-r

А. А. Гросс

Этапы изучения явления магнетизма с древности до середины ХХ века.

Ни одно явление кроме магнетизма не рассматривалось на протяжении истории
человечества настолько разными социальными группами. Сначала им
интересовались шаманы и колдуны, а магнит считался одушевленным предметом.
В средние века магнитные явления попали в поле зрение философов и врачей, и
только в Новое Время он стал предметом изучения физиков. История знакомства
людей с магнитом и его свойствами тесно связана с эволюцией и развитием
культурных представлений, поэтому рассматривается вместе с историческими
этапами развития человечества от дикости к цивилизации, согласно
классификации Моргана.
Ключевые слова: магнетизм, история науки, этапы развития человечества.

Этапы развития человеческой культуры, от дикости к цивилизации, положенные
в основу используемой классификации, связаны с представлениями людей о
соотношении природных и своих собственных сил. Они отличаются от
распространенной периодизации: доисторический период - Античность - Средние
века - Возрождение - Новое время - Новейшее время. Такое деление на периоды
связано с развитием технологий и устройством государства. Нас же интересует
эволюция восприятия явления магнетизма, которая, несомненно, зависела от
технологий, приносивших с собой новые методы исследований. Но в первую
очередь она зависела от того какую долю метафизических представлений люди
связывали с явлением магнетизма. Деление человеческой истории на
последовательно сменяющие друг друга периоды дикости, варварства и
цивилизации подробно описал Морган Л. Г., хотя принадлежит оно Адаму
Фергюссону, создавшему её в XIX веке [10]. Морган считал доказанным тот
факт, что «история человеческой расы,- писал он,- имеет единое начало,
едина в своём опыте и в своем прогрессе» [10]. На каждом историческом
этапе разные социальные группы оставляли устные или письменные описания
магнита и его свойств, с которыми были знакомы, в соответствии с
собственными нуждами, часто отличными от задач современной физики.
Развитие религиозных представлений, оказавших огромное влияние на
становление естественных наук, накладывается на периодизацию Фергюссона
примерно следующим образом.
Период дикости. До античного периода люди, скорее всего, встречали
магнитный камень, но об этом почти ничего неизвестно. Самые ранние -
анимистические представления характеризуется одухотворением природы, и
соответствуют этапу дикости и варварства. Их название происходит от лат.
Anima - душа и от лат. Animus - дух. Этот термин был введен Г.Э. Шталем в
1708 году. Непосредственных сведений о магнетизме в виде исторических
памятников и письменных источников от этого периода не сохранилось. Но
долгое время сохранялось приписывание «воли» магниту, так как считалось,
что он влияет на железные предметы и меняет их «поведение». Описание
свойств магнитного камня происходило с современной научной точки зрения при
помощи психологических категорий. Об этом периоде известно по пережиткам,
сохранившимся в мифах разных народов, прежде всего связанных с
представлением о происхождении мира, и также по отрывочным и видоизмененным
упоминаниям в более поздних памятниках языческой эпохи.
Период варварства. Анимистические представления, характеризуются
одухотворением природы, панпсихизма, выражаясь современным языком. Притом,
что возникли новые представления, старые продолжали существовать
одновременно с ними, и сохраняются у некоторых народов до настоящего
времени.
Период цивилизации начался языческим периодом. Согласно периодизации
Фергюссона и Моргана конец периода варварства совпадает с изобретением
письменности, то есть с началом исторического периода, а языческий период,
в свою очередь, относится к периоду цивилизации. Представления об
устройстве мира и места человека в нём становятся более сложными.
Господствует представление о существовании множества богов, которые
управляют миром и жизнью людей. Представления об их жизни служат моделью
общества. В ведении каждого бога находится определенная сфера жизни.
Исходя из представлений людей того времени, любые необычные явления
считаются проявлениям воли бессмертных богов. Жертвоприношения в период
язычества часто приурочены к определенному времени года, поэтому развитие
астрономии и изобретение календаря явились необходимыми средствами,
облегчающими задачи организации и отправления культов. Астрономические
явления, связанные с магнетизмом, в силу отсутствия экспериментальных
методов, не относили к нему, однако обращали на них внимание, например, на
северные сияния. В тот период знания, накопленные людьми, служили в
первую очередь для организации и отправления культов. За их проведение
отвечала каста жрецов, которые использовали свои знания, в том числе для
того, чтобы удерживать власть над другими людьми, в тех случаях, когда
они знали объяснения явлениям, неизвестные большинству. То, что с
современной точки зрения называется научным знанием, было привилегией
очень узкого круга посвященных людей и являлось мощным инструментом
политического и социального влияния.
Первое упоминание магнита и его полярных свойств относится к языческому
периоду. В китайских описаниях периода правления императора Хоанг-Ти
упоминается, что до восхождения на трон в 2968 г. до н. э., он использовал
на своей повозке фигуру из камня, которая постоянно показывала направление
на юг [11]. Магнит назывался в Китае, аналогом понятия «любовник» в
европейских языках: «если этот камень не испытывает любви к железу, то
почему он не дает ему уйти от себя» [11]. Наследие языческих представлений
отразилось в научной литературе в 1600 году, когда английский врач
Гильберт Вильям издал труд «О Магните» [2]. В этой книге собраны результаты
его двадцатилетних опытов. Во вступлении к своей книге он называет в
скобках Землю Всеобщей Матерью, несмотря на повсеместное распространение к
тому времени христианства в Европе [2]. Образ Всеобщей Матери Земли
является одним из самых древних у многих народов. По мнению Гильберта,
магнит известен человечеству так же давно, как и железо, то есть около 3
350 лет. Гильберт опирался в своем предположении на тот факт, что во многих
железных рудниках, например в Азии, часто добывался также и магнитит.
Исходя из этого, он считал, что кроме китайцев магнитные явления были
хорошо известны: грекам, евреям и египтянам, хотя конкретных примеров по
этому поводу он не приводит [2].
В центральной Америке человечеству также давно известны необычные свойства
магнетита. В городе Демокрасия в Гватемале, на центральной площади стоят
фигуры упитанных мальчиков, вырубленные из него [11]. Они были обнаружены
при раскопках городища племени индейцев - ольмеков. Возраст этих фигур
составляет около 3 000 лет. Вряд ли является случайностью, что они сделаны
из такого материала. Было установлено, что силовые линии выходят из их
животов. Возможно, что полные фигуры символизируют плодородие. В период
язычества не только фигуры полных женщин символизировали плодородие, но и
упитанные мужские фигуры, так как полнота свидетельствовала о доступе к
пище. Ольмеки умели делать также и фигуры морских черепах с намагниченной
головой [11]. Предположительно это были наглядные пособия, для передачи
потомкам знания о способности черепах ориентироваться по силовым линиям
магнитного поля Земли в открытом океане. В настоящее время этот факт хорошо
известен ученым.
В европейских источниках наиболее объективные сведения о происхождении
названия магнита и его природы передает Плиний в его Естественной Истории
[10]. Он пересказывает легенду, услышанную в 160 г. до н. э. от греческого
врача Никандра из Пергама. Согласно ей, пастух Магнес (Magnes), случайно
наткнулся на место, где железные гвозди на его сандалиях и наконечник
посоха притягивались к земле. Чтобы обнаружить причину он начал копать, и
нашёл камень, названный позже в его честь - магнитом [10]. Поггендорф Й.
Ц. упоминает, что знакомые ему многочисленные источники, переносят
предысторию о магните в Индию. К сожалению, он не приводит их в своем
труде, потому что сомневается в их достоверности, так как было известно,
что магнитит назывался в древности латинским Lithos heraklea, т. е. «камнем
Геркулеса», или «камнем из Гераклеи» - города, расположенного на горе
Сипилус (Sipylus) в Лидии, где находились залежи магнитной руды. Позже
этот город получил имя Магнезия (Magnesia). Поэтому магнитный камень
впоследствии стали называть камнем из Магнезии (Magnesia Lithos, Magnes)
или просто магнитом (Magnetes) [10].
Конец языческого периода совпадает с возникновением и распространением
монотеистических религий: иудаизма, христианства, и ислама, в основе
которых лежит представление о существовании единого Бога - Творца всего
сущего. Во время распространения христианства многие античные памятники
были уничтожены, так как представления о многобожии считались нечестивыми.
Научная значимость их часто не была достаточно оценена. Поэтому сведения,
содержащиеся во многих из них стали известны в Европе только в XII веке.
[11]. В IX веке в правление Карла Великого труды античных авторов были
переведены на латынь с арабского языка, и только в XII веке греческие
оригинальные уцелевшие тексты, начали переводить непосредственно на
латынь.
Таким образом, было две волны переводов греческого научного наследия. Во
многих монастырях Европы манускрипты и книги переводили и переписывали от
руки до середины XV века, что неизбежно порождало неточности.
Первая книга, посвященная непосредственно магнетизму, была написана на
латинском языке 12 августа 1269 года Перегрином Пьером - французским
инженером в виде письма другу [4]. В ней он впервые указал на важность
опыта и наблюдения в познании природы, раньше, чем Бэкон Фрэнсис, что было
несвойственно средневековой литературе. Перегрин впервые дал названия
полюсам магнита, назвав их северным и южным, и критерии отличия их друг от
друга. Он описал отталкивание одноименных полюсов, сохранение
намагниченности иглы, разломленной на меньшие части, образование
индуктивной намагниченности железа при его натирании естественным магнитом
и факт распространения магнитного притяжения через стекло и воду. Эта
книга дошла до нас в 13 экземплярах. Она имела огромную популярность в
эпоху, когда не существовало книгопечатания. Его изобретение последовало в
1450 году и это стало началом заката Средневековья. А окончанием его
принято считать 1517 год - начало Реформации католической церкви. Позже
книга Перегрина была издана в 1558 году в Аугсбурге в Германии [2].
Распространение естественнонаучных знаний до этого периода строго
подавлялось господствующей Католической церковью. Деяния Святой Инквизиции
служат тому примером. В то время только духовенство и аристократия были
образованными людьми, в противоположность античности, когда даже некоторые
рабы были образованы. Это сильно сдерживало развитие естественных наук.
Ситуация изменится только в эпоху Возрождения [9].
В поле зрения физиков магнетизм попал относительно недавно. Даже Гильберт,
автор первой крупной книги, посвященной магнетизму «О магните» («De
Magnete»), называл свой труд «основами новой философии о магните» [2]. Это
было в 1600 году и совпадает по времени с опытами Галилея, которые в
современном представлении дали начало экспериментальной физике. На Кеплера
Иоганна книга Гильберта оказала огромное влияние [1]. В ней впервые
описаны следующие свойства магнита: он размагничивается под действием
температуры; его можно усилить, ударив о другой магнит; Земля ведет себя
как гигантский магнит и если долго держать железный стержень в направлении
север-юг, то он намагничивается [2]. В 1759 году М.В. Ломоносов предложил
создать сеть магнитных обсерваторий и вести систематические наблюдения
земного магнетизма [4]. Эта идея была реализована только 60 лет спустя. В
противоположность Гильберту В., считавшему, что Земной шар представляет
собой огромный магнит, М. В. Ломоносов предполагал что, он состоит из
намагниченных частичек, распределенных неоднородно. В 1785 году
французский учёный Кулон Ш. доказал, что из множества магнитов меньшего
размера можно составить один более сильный с двумя полюсами на концах [4].
Таким образом, в дополнение к утверждению Перегрина, что разломленная
намагниченная игла превращается в два более мелких магнита с собственными
полюсами, Кулон показал, что имеет место и обратный процесс. Так был сделан
важный шаг к численному описанию магнитных явлений и развитию современных
физических представлений об этом.
Говорить о научных исследованиях в современном понимании этого
понятия до Нового Времени не приходится. До этого не существовало строгого
разделения на отдельные дисциплины со своей методологией и своим
понятийным аппаратом. Разделение науки и религии стало возможным только
после Великой Французской революции 1789 года, когда сословный строй
общества был разрушен, и духовенство потеряло свою власть над полным
контролем развития естественных наук, как это было в эпоху Средневековья.
Позднее в XIX веке датский физик Эрстед Х. К. во время одной из своих
лекций оставил компас недалеко от проводника с током. По разным версиям
либо он сам, либо кто-то из присутствующих, заметил, что стрелка компаса
начала двигаться. При отключении тока магнитная стрелка компаса вернулась в
исходное положение. Опыт был неоднократно повторен и связь между
электричеством и магнетизмом подтвердилась. Она заключается в том, что
вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Тогда же в 1820 году
Ампер А. высказал гипотезу о том, что вещества реагируют на внешнее
магнитное поле потому, что внутри вещества существует множество
молекулярных токов, которые, как микроскопические электрические контуры,
соответственно взаимодействуют с внешним магнитным полем [10]. Немецкий
ученый Гаусс К. в 1832 году предложил измерять напряженность магнитного
поля Земли в абсолютных единицах. Его метод применяют до настоящего времени
в магнитных обсерваториях, когда измеряют напряжение магнитного поля Земли
[4].
Гаусс смог вывести уравнение, позволяющее определять напряженность
магнитного поля в любой точке земного шара, но никаких предположений о его
происхождении не делал. Это сделано в 1939 году классиком астрофизиком
Эльзассером Вальтер. Он предложил гипотезу о происхождении магнитного поля
Земли, которую потом продолжили разрабатывать другие отечественные и
зарубежные ученые: Френкель Я. И., Брагинский С. И. и Буллард Е.С. [8]. На
основе представлений о возникновении солнечной системы из газопылевого
облака и анализа данных о составе метеоритов и планет, он предположил, что
на границе твердого железного ядра и полужидкой железоникелевой мантии
Земли создается динамо-ток за счёт её вращения. В пользу того, что причины
возникновения магнитного поля Земли скрыты в глубине, прежде всего,
говорит тот факт, что изменение положения магнитных полюсов не связано с
процессами в земной коре. Происхождение магнитного поля Земли до сих пор
неизвестно. Гипотеза Эльзассера экспериментально не подтверждена. В пользу
того, что магнитное поле существует уже несколько миллионов лет, говорит
наличие жизни, с тех пор, когда зародилась жизнь в океане. Магнитное поле
Земли защищает все живое от радиации из космоса.
Период исследования космоса техническими средствами оказался намного короче
многовековых натурфилософских рассуждений о нём. Первые экспериментальные
исследования начались в 50-60-х годах ХХ века, когда стало возможным
проводить прямые измерения в космосе. В первое десятилетие космической эры
было сделано множество открытий. Первое структурное описание околоземного
пространства было сделано в 1959 году Голд Томасом на основе полученных
представлений о его магнитном поле. Он назвал объем космического
пространства, окружающего Землю, в котором движение заряженных частиц
определяется Земным магнитным полем - магнитосферой («magnetosphere») [12].
Как говорит его определение само за себя, оно состоит из двух частей
связанных: а) с явлением магнетизма; б) с пространственной организацией
области вокруг Земли - в грубом приближении имеющей форму капли, вытянутой
в антисолнечном направлении за счет искажения её сферической формы потоком
солнечного ветра.
В настоящее время исследования магнетизма имеют большое прикладное
значение для медицины, нанотехнологий, навигации, геологии, создания
управляемого термоядерного синтеза и фундаментальных исследований
космического пространства.
Автор благодарит в хронологической последовательности Владимира
Владимировича Темного, который непосредственно руководил этой работой,
сотрудников библиотеки института Астрофизики в Потсдаме, Германия, Регину
фон Берлепш и Людмилу Курт, профессора, доктора физико-математических
наук Олега Леонидовича Вайсберга за объяснения научных понятий, помощь в
доступе к источникам и бесконечное терпение и внимание к моему энтузиазму.
Литература:
1. Бенеш, О. 1973. Искусство Северного Возрождения. М.: Искусство.
2. Гильберт, В. О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле.
Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов. Перевод с
латинского. Доватура А. И., Редакция, статья и комментарии Калашникова А.
Г., Издательство Академии Наук СССР, Москва, 1956,
3. Карцев В.П. Магнит за три тысячелетия // 4-е издание, переработанное и
дополненное, М.: Энергоатомиздат, 1988, .: М.: (научно - популярная
библиотека школьника).
4. Почтарев В. И. Земля - большой магнит // Л., Гидрометеоиздат. 1974,
5. Токарев. С.А. История современной этнографии // Учебное пособие, М.:
Высшая школа, 1978,
6. Физика: Пособие для подготовительных отделений: Учебное Пособие - Белоус
М.В.,Васьковская В. Н., Воронецкая Л.В., Ментковский Ю. Л.; под общей
редакцией Белоуса М.В. // 2-е издание, переработанное и дополненное, К.:
Высшая школа, 1990,
7. Evolution of the Earth // Second edition. Dott Robert H., Rodger L.
Butten Rodger L., by McGraw -Hill Inc., 1976.
8. Dieter B. Herrmann. Faszination Astronomie. эber die phantastischen
ZusammenhДnge von Sonne, Mond und Sternen oder zu Besuch in der Milchstraъe
und in den Galaxien. 1997 Cormoran Verlag in der Verlagshaus Goethestraъe
GmbH & Co. KG, MЭnchen.
9. Felicitas Schmieder, JЭrgen G. Nagel, Eva Ochs, Thomas Sokoll. Grundlage
der Geschichtswissenschaft. Kusreinheit 1:EnfЭhrung. FernUniversitДt in
Hagen. FakultДt fЭr Kultur und Sozialwissenschaften. 2011, P. 2.
10. Geschichte der Physik. Vorlesungen gehalten an der UniversitДt zu
Berlin von J.C. Poggendorff, mit vierzig Holzschnitten, Leipzig, 1879.
Verlag von Johann Ambbrosius Barth,
11. Handbuch der Astronomie Ihrer Geschichte und Literatur von Dr. Rudolf
Wolf, Professor in ZЭrich. Mit zahlreichen in den Text eingedruckten
Holzstichen- In Zwei BДndern. Erster Band- ZЭrich. Druck und Verlag von F.
Schulthess, 1890.
12. Physics of the magnetosphere // Edited by Carovillano Robert L., McClay
John F and Radoski Henry R. D. Reidel publishing company. Dorderecht
-Holland, 1968.