První kroky k objevování supravodivosti

Článek byl napsán speciálně pro 250. výročí OBJEVENÍ zmrazující rtuti.

Já

Petrohradská akademie věd, otevřená v roce 1725. prostě se muselo stát současně vůdcem ve studii fyziky chladu. "Povaha naší lokality je překvapivě příznivá pro provádění experimentů s nachlazením," napsal G.V. Kraft, jeden z prvních petrohradských profesorů. Okamžitě však varoval, že v povaze chladu je spousta neznámých. "Až dosud jsou výše uvedené vlastnosti zahaleny v takové temnotě, že jim trvalo několik let, než se osvětlily, a možná bylo zapotřebí celé století života, nejen jeden, ale mnoho bystrých darů." Měl pravdu. [1.]

Akademie Anglie, Itálie, Francie, Německa, Holandska a dokonce Švédska ležely v pásmu mírného klimatu. Technologicky je snazší získat vysoké teploty pro experimentální potřeby než za studena. Dokonce i ve starověku mohl člověk dostávat vysoké teploty dostatečné pro tavení železných rud. Než se však naučil zkapalňovat plyny, bylo velmi nízké dosáhnout nízkých hodnot. Pouze v roce 1665 fyzik Boyle byl schopen snížit teplotu vodného roztoku pouze o několik stupňů. Toho dosáhl rozpuštěním amoniaku ve vodě.

A proč tedy lidé potřebují nízké teploty? Především pro vědce, aby kalibrovali teploměry používané pro meteorologická měření, kde jsou dosud neznámé teploty pro staré časovače. Právě výrobci teploměrů začali vybírat takové látky a rozpouštědla, která by co nejvíce snižovala teplotu roztoků. Takové složení vynalezl nizozemský mistr vědeckých nástrojů D. Fahrenheit. Doporučil použití drceného ledu, do kterého by byla přidána koncentrovaná kyselina dusičná. V Rusku se takové složení začalo říkat zvědavá záležitost.

Zima 1759-1760 v Petrohradě se ukázala být velmi ledová. Již 14. prosince se „stalo extrémní nachlazení, které na Akademii nikdy nebylo zaznamenáno.“ V tento den si akademik Joseph Adam Brown z čistě vědeckých důvodů položil otázku: „Kolik toho přírodního chladu může být umocněno uměním?“ Pro tento účel použil složení Holanďana, ačkoli namísto drceného ledu použil pouliční sníh s okolní teplotou. Umístil sníh do skleněné nádoby, nalil trochu kyseliny dusičné a do této ušlechtilé hmoty vložil rtuťový teploměr. Po nějaké době vytáhl teploměr a „s radostí zjistil, že nebyl poškozen, ale rtuť byla stále“. [2]

Co se Brown radoval? Že se teploměr nerozmrazil? Ne, právě začal tušit, že rtuť byla zmrzlá v trubici teploměru. A byl to pocit! Ani jediné vědecké pojednání všech dob neukázalo, že rtuť může být pevná. Zde je například to, co lze přečíst v učebnici té doby pro rudné rudy: „Tento minerál se neliší od roztavených kovů, ale mrznou v takovém žáru, z něhož se vznítí mnoho věcí, a rtuť nemůže zamrznout v nejtěžším mrazu“ . Všimněte si, že autor učebnice MV Lomonosov nepovažuje rtuť za kov. [3]

Titulní stránka výtisku zprávy akademika I.A. Browna na veřejném zasedání Petrohradské akademie věd

Přesvědčování vědců té doby v tomto postulátu bylo tak velké, že 18. listopadu 1734, když jezdecký kozák Kozmat Salomatov, pozorovatel meteorologické stanice v Tomsku, nahlásil akademikům Gmelinovi a Millerovi zmrazení rtuti ve svém barometru, tomu prostě nevěří. Měli podezření, že nezkušený kozák jednoduše rozlil rtuť, protože „to opatrně nevyndal a netřásl, jinak by se to nestalo, protože ačkoli byly mrazy nesrovnatelně přísnější, rtuť nezamrzla“. Vědci si byli tak jistí svou nevinností, že místo toho, aby se údajně rozlili, bylo na kozáka posláno dalších šest rtuťových cívek. Z akademiků si vzpomeňte na jméno Miller, stále se s ní setkáme. [4]

Ale zpět k experimentům v Petrohradě. Takže, “napsal později Brown,„ byl jsem si „jistý, že rtuť v teploměru ztuhla a nehybná z chladu, a proto ztuhla“. Bylo to tak neočekávané, že se rozhodl zprávu okamžitě oznámit svým kolegům. Hrozně shromáždění vědci se rozhodli, že při provádění opakovaných experimentů bylo nutné rozbít teploměr a vizuálně ověřit fait úspěch. Za tímto účelem byla v akademické dílně objednána nová šarže teploměrů.

Pokusy mohly zahájit až 25. prosince, „pro požadovaný počet teploměrů bylo brzy nemožné udělat.“ Kromě Browna začaly experimenty akademici M. V. Lomonosov, F.U.T. Epinus, I. E. Zeiger a farmaceut I.G. Model. Každý z účastníků, který opakoval Brownovy triky, obdržel od rozbitých teploměrů sloupce pevné rtuti ve formě drátu „jako stříbro“ a rtuťové „kulky“ na jejím konci. Dráty byly snadno ohnuty a „kulka“ byla snadno vyrovnána úderem sekery sekery, protože „měla tvrdost olova nebo cínu“. Zeiger později řekl, že se zdálo, že slyšel její zvonění. Všechny vlastnosti kovu byly zřejmé, proto byla rtuť kov a prioritou objevu této skutečnosti je Rusko.

Pokusy v Petrohradě vyvolaly senzaci ve vědeckém světě. Noviny a soukromá korespondence vědců byly daleko před oficiálními zprávami Akademie, a proto došlo k vážným zkreslením, zejména pokud jde o roli hlavních postav. Jméno objevitele nebylo správně pojmenováno, což vedlo k velkému skandálu v Akademii. Z podnětu Lomonosova úřad provedl zvláštní šetření. Našli viníka - byl to akademik Miller, který „psal Leipzigu jménem Akademie a bez jejího vědomí, pravděpodobně začátek tohoto experimentu pocházel od profesorů Zeiger a Epinus a Brown, údajně příležitostně, musel najít perlu jako kohouta“. Za to byl Miller ostře kritizován kolegy na schůzce úřadu. Případ vědy je téměř typický. [5]

Následuje reakce jiných vědců. "Objev profesora Browna největšího významu," napsal Leonard Euler, "a bylo mi to obzvlášť potěšením, protože jsem vždy věřil, že teplo je skutečnou příčinou tekutého stavu rtuti."

Výsledky zimních experimentů kancléřství Akademie byly uznány tak důležité, že o jejich výsledcích bylo rozhodnuto, že budou zveřejněny na veřejném zasedání Akademie při slavnostní oslavě jmenovce císařovny Elizabeth Petrovna. Úvodní zprávy byly instruovány, aby byly vyrobeny hlavními postavami zahájení: I.A. Brown v němčině a M. V. Lomonosov v ruštině. První zpráva se jmenovala „O úžasném chladu, vytvořené umění“, druhá - „Zdůvodnění tvrdosti a tekutin těl“. Texty zpráv byly rozhodnuty o vydání v samostatných razítcích, které byly poté vytištěny v množství 412 výtisků a nyní lze nalézt v hlavních knihovnách země.

Brownovy zásluhy v historii fyziky nyní uctívají potomci. Ale co bylo zásluhou Lomonosova, není známo ani krajanům, ani zahraničním vědcům. A o čem se dá číst. Předtím, než o tom budeme hovořit, podáme další přehled objevu ruských vědců z roku 1763: „Nejpozoruhodnější ze všech objevů za poslední tři roky je zjištění skutečnosti, že se tání rtuti.“ [6]. Tato slova patří jednomu ze zakladatelů vědy o elektřině, velkému Američanovi B. Franklinovi. Jeho hlavní práce „Experimenty a pozorování elektřiny“ byla ruským vědcům dobře známa, opakovaně ve svých spisech opakovaně citovali G. V. Rikhmana a M. V. Lomonosova.

III

Franklinova práce je sbírka jeho dopisů adresovaných jiným vědcům. Zde jsou postupně popsány experimenty provedené autorem v Novém světě a teoretické konstrukce autora. Byl jedním z prvních, který začal široce aplikovat na elektrikáře termín dirigent, který zavedl anglický vědec T. Desagulier. V jednom z těchto dopisů, 1751.Můžete si přečíst následující: jediný rozdíl mezi vodiči a nevodiči je „pouze to, že někteří z nich vedou elektrickou látku, zatímco jiní ne.“ A dále: „Ideální vodiče jsou pouze kovy a voda. Ostatní těla provádějí pouze pokud obsahují nečistoty kovů a vody. “ [7]

Později byla k tomuto dopisu, vytištěná ve sbíraných pracích Franklina, učiněna poznámka, že toto pravidlo není vždy dodržováno a autor cituje případ, kdy anglický vědec „Wilson objevil, že vosk a tající pryskyřice získají schopnost chování“. Sám Franklin však narazil na podivnou skutečnost: „Suchý kus ledu nebo rampouch v elektrickém obvodu zabraňuje šokům, které nelze očekávat, protože voda je dokonale přenáší.“ Tady mluvíme o šokovém elektrickém šoku experimentátora, když se přes něj vybije nabitá banka Leiden. Led se choval v řetězci jako izolátor. [7, s. 37.]

Nyní si dobře uvědomujeme, že kovy mají elektronickou vodivost, další látky - iontové, což je velmi závislé na jejich teplotě.

Takže možná tímto způsobem otestujete rtuť? Koneckonců, pokud zmrzlá rtuť bude vést elektřinu, pak je to určitě kov. Pouze velký vědec si mohl položit takovou otázku. A stále nevíme, zda se chystal tuto otázku jen zjistit, ale takový zážitek přinesl náš skvělý krajan M. V. Lomonosov. Stručný popis tohoto experimentu je uveden ve třetím svazku Kompletních děl jeho děl. Je zde také uveden nákres tohoto experimentu. Musím říci, že na obrázku není znázorněn elektrický stroj a elektrický ukazatel (elektroměr), ale jejich přítomnost je naznačena v textu. [8. s.407]

Lomonosovovy vlastní kresby pro experimenty se zmrazením rtuti. Obrázek 5 ukazuje kuličku zmrazené rtuti a její stupeň deformace po kování Obrázek 6 ukazuje zkušenost s elektrickou vodivostí rtuti a horkého železného drátu. 7 ukazuje zmrazenou trubici rtuťového teploměru. Objeví se vzduchové bubliny.

Skleněná trubice ve tvaru písmene U s rtutí byla umístěna do skleněné nádoby s mrazivou hmotou, do které byly na obou stranách zmrazeny železné dráty. Jeden drát byl v kontaktu s dirigentem elektrického stroje, druhý s elektroskopem. Když generátor začal vyrábět elektřinu, elektroměr okamžitě ukázal svou přítomnost na drátu umístěném po zmrazené rtuti. Kapalná a zmrazená rtuť se ukázala jako vodivá, stejně jako všechny kovy známé v té době. Poslední důkaz v tom, že rtuť je kov, dal přesně M. V. Lomonosov. Přesné datum této akce není známo, ale bylo to v lednu 1760. Zaznamenali jsme ještě jednu jemnost experimentu. V části elektrického obvodu mezi pevnou rtutí a elektroměrem experimentátor žhne žhavým železným drátem svíčky. Závěr je jednoznačný: „Elektrická síla působí prostřednictvím zmrzlé rtuti a horkého železa.“

A tento závěr byl pro tehdejší vědu nový. To bylo v této době, kdy světová věda začala chápat závislost elektrické vodivosti všech těl na jejich teplotě. V roce 1762 Franklin popíše zkušenost Charlese Cavendishe (otce známého Henryho Cavendishe), který provedl studii elektrické vodivosti skla v závislosti na jeho teplotě. Ukázalo se, že poměrně silně zahřáté běžné sklo se stává vodivým. Bylo mnohem snazší organizovat tento zážitek než Lomonosovský. Koneckonců, bylo mnohem snazší zahřát skleněnou trubici s elektrodami pájenými do skla, než zmrazit rtuť. Ale tato zkušenost, Franklin, která ji nazývá „velmi vtipnou“, dodává: „Zbývá jen popřát tomuto vznešenému filozofovi, aby informoval lidstvo více o svých zkušenostech.“ Lomonosovův experiment s elektrickou vodivostí zmrazené rtuti byl samozřejmě opakovaně opakován jinými, ale později, protože v západních zemích mohly být experimenty s mrznoucí rtutí prováděny až po desetiletích. [7. s.206]

Pocit otevření v Petrohradě brzy zmizel, nikdo nemohl opakovat experimenty v horkém pronásledování a výsledky elektrického experimentu byly zapomenuté dlouhou dobu nejen na Západě, ale také v Rusku.Lomonosov zřejmě připravil úplný popis tohoto experimentu pro jeho „Teorii elektřiny, matematicky uvedeno“, na které pracoval od roku 1756, ale zůstal neúplný. Po událostech popsaných velkým vědcem v letech 1762 a 1763 nemoc „téměř přivedl do hrobu“ a žil až do roku 1765. Kromě toho velké problémy na akademii nedaly čas na tvůrčí práci v posledních letech života. Jeho práce samozřejmě zůstala v tisku ve výši 412 výtisků. Bohužel, stal se jí nehodný vědecký příběh.

V „Dějinách císařské akademie věd“, napsaného akademikem P. P. Pekarským v roce 1873. Můžete si přečíst následující. „Toto dílo našeho akademika utrpělo zvláštní osud - zapomnělo se na to, že bylo zahrnuto do nejběžnějších vydání sbíraných děl, a proto bylo v edici 1778 znovu vytištěno pouze jednou, což je nyní bibliografická rarita. Není divu, že Lomonosovovo „zdůvodnění“ týkající se tvrdosti a tělesné tekutiny není v žádném přezkumu pozdějších učenců nalezeno. “ [8], [9]. (Kurzíva naše B.Kh.)

Osud je ve skutečnosti víc než divný. Vzhledem k tomu, že M. V. Lomonosov měl mnoho nepřátel, lze předpokládat, že podivnost byla úmyslná. Mezi jeho nejhorší nepřátele patří encyklopedie Brockhaus a Efron také již známého akademika G.F. Millera, který sloužil od roku 1757 do roku 1765 jako stálý tajemník Petrohradské akademie. Pamatujeme si, že nereagoval na zprávu o zmrazení rtuti v roce 1734, pak v zahraničí uvedl nesprávné informace, pro které měl velké potíže. Lze předpokládat, že z důvodů, které nám nejsou známy, to byl on, kdo mohl tuto práci nechat upoutat pozornost vydavatelů. Koneckonců, udržoval korespondenci mezi akademií a zápisy ze všech schůzek a jejich archivy a provádění listiny by mu to nezpůsobilo potíže. Kromě toho tatáž encyklopedie píše o Millerovi, jako by „ve svých vztazích se svými členy nebyl vždy dokonalý“.

Akademik V.I. Vernadsky, popisující Millera, píše, že „nebyl tvůrcem nového v teoretickém a vědeckém myšlení, jako je Euler nebo Lomonosov, ale jako on, byl naplněn hlubokým porozuměním vědecké metodě, zvládl ji odborně.“ Možná to byla jen závist talentu a to je jen náš odhad. Ale co se stalo, se stalo. [10]

IV

Neúspěchy této práce Lomonosova zde nekončí. V období od roku 1768 do roku 1900 bylo vydáno sedm vydání jeho sbíraných děl a toto dílo nebylo v žádném z nich zahrnuto. Teprve v pátém svazku akademické publikace v roce 1902. tato práce vědce byla propuštěna. Text však byl vytištěn pouze v ruštině a kresby a kresby nebyly reprodukovány, bez čehož byl text „Odůvodnění“ nepochopitelný. Jedno z jeho nejzajímavějších děl tak vypadlo z dohledu badatelů Lomonosovovy práce.

Od roku 1940 začíná SSSR Akademie věd vydávat sbírky Lomonosova, které obsahují nově nalezené materiály a články o jeho vědecké činnosti. V některých jsou také chápány kryogenní experimenty Brown a Lomonosova. V nich nejsou žádné nové informace o elektrických zkušenostech. [11, 12] Nakonec, k 250. výročí narození ruských fyziků (byli stejného věku) M. V. Lomonosova a G. V. Rikhmana, byla vydána kniha A. A. Alekseeva „Vznik vědy o elektřině v Rusku“. V této zkušenosti není vůbec zmíněna. Ale vyvstává neúprosně otázka, jaké jsou cíle stanovené výzkumným pracovníkem, začínající kryogenní elektrické experimenty. Existuje něco, co můžete najít v otázce zájmu nás? [13]

Určitě v archivu vědce bylo něco. Ale tento archiv „na nejvyšší příkaz“ zapečetil hrabě G. Orlov a sám nařídil, aby byl tříděn. Není známo, kde a kde, ale nálezy jsou docela možné. Zbývající dokumenty lze nalézt v 11 svazkových úplných dílech vědce.Existuje jen málo ruských vědců, jejichž práce by historiky vědy sledovala stejně široce a vytrvale, jako Lomonosov a všechna jeho díla byla přezkoumána a revidována a neexistovala žádná naděje na nalezení něčeho nového. Ale kdo hledá, najde.

Je známo, že MV Lomonosov přeložil do ruštiny první učebnici pro univerzitu „Wolfian Experimental Physics“. Bylo vydáno v roce 1746. a bylo nutné ji znovu vytisknout - „na prodej je vše se ztrátou“. V březnu 1760 Bylo rozhodnuto jej publikovat druhým razením. Lomonosov pochopil, že mezi vydáními byla učebnice docela zastaralá. Učebnice byla naléhavě potřebná, ale bylo málo času. Proto bylo rozhodnuto o doplnění stávajícího textu. Podle autora „dodatků“ by měli „vysvětlit činnosti a změny, které závisí na nejjemnějších necitlivých částicích, složkách těla“. Podle těchto částic dokáže moderní čtenář rozumět atomům a molekulám, a dokonce i elektronům, ale to vše dohromady by mělo odrážet Lomonosovův systém názorů na fyziku jevů.

Skutečnost, že práce na zprávě na Akademii a psaní „Přírůstků“ byly paralelní současně, je doložena kalendářem. Datum čtení zprávy je 6. září 1760 a text dodatků podepsal Lomonosov dne 15. září téhož roku. [14]

Nyní dáváme fyzický pohled na tuto dobu na elektřinu obecně: „Elektrická látka se skládá z extrémně malých částic, protože je schopna proniknout obyčejnou hmotou, dokonce i nejhustšími kovy, s velkou lehkostí a svobodou.“ [7, s. 53] Skutečnost, že se elektřina pohybuje extrémně vysokou rychlostí, byla známa ihned po vynálezu Leidenovy plechovky, to znamená Franklinovi.

Nyní nastal čas citovat z „Přírůstků“ Lomonosova, bezpochyby souvisejících se zimními experimenty z ledna 1760. Konkrétně je zvýrazňujeme tučně.

"Nově nalezené elektrické experimenty ukazují, že cizí hmota, pohybující se velkou rychlostí v studnách studených těl, je nezasahuje.", to znamená, že se neohřívá. Není tu žádné tajemství, to je jasné a jasné cizí látka Je elektrická látka a studená těla jsou zmrzlá rtuť. Připomeňme si, že Lomonosov byl zastáncem kinetické teorie tepla, a tam si to můžete přečíst "Pohyb částic, tělesa, která jsou součástí těla, je příčinou tepla". [5, s. 436].

To je vše, co bylo nalezeno. Ale stojí to hodně. Nyní je zřejmé, že experimentátor jako stoupenec kinetické teorie tepla očekával zvýšení teploty rtuti. Vzhledem k tomu, že na takové teploty nemohl mít teploměry, očividně čekal na roztavení rtuti. To se nestalo. Proto tento závěr.

Mělo by se říci, že věda té doby neměla představu o pohybu elektrických nábojů (elektrický proud). Lomonosov věří, že během provozu elektrického stroje se elektrická látka neustále pohybuje přes rtuť. To nebylo. Přes zmrzlou rtuť bylo potřeba jen malé množství elektřiny k nabití drátu opouštějícího rtuť. Jinak by Lomonosovův závěr znamenal, že zmrazená rtuť má supravodivost.

Supravodivost rtuti při teplotách mnohem nižších, než byla nalezena Lomonosovem v roce 1911. Leiden profesor Kamerling-Onnes. Stalo se to 150 let po experimentech v Petrohradě a vyvolalo stejný pocit jako tehdy ve vědeckém světě. Nobelova cena správně korunovala práci nizozemského vědce a nastínila vývoj fyziky v následujících letech. Cesta k takovému objevu však začala v Rusku a téměř si to nikdo nepamatuje.

V

Tento rok představuje 250 let experimentů s mrazem rtuti. Nejen tato událost vyžaduje, abychom této skutečnosti věnovali pozornost. V roce 2011 si připomínáme tři sté výročí narození velkého ruského vědce. Výročí Lomonosova jistě slaví vědecká obec, a to je náš příspěvek k této události.Nicméně bych rád poznamenal takový nevzhledný fakt v naší zemi jako zanedbání našich vědců. Téměř každý zná objevitele elektrického oblouku, ruský fyzik V.V. Petrov. Ale ne každý ví, co se o tomto objevu dozvědělo ve své vlasti po téměř sto letech a poté náhodou. Dozvěděli jsme se také o tomto experimentu s Lomonosovem, jen za čtvrt tisíciletí!

Chtěl bych uvést příklad staré a dobré Anglie. Tam v roce 1700. určitá Zeď, mající kus jantaru, zjistila, že jiskra, která z toho plyne, mu připomíná blesk. Byl absolutním amatérem v oblasti elektřiny a nemohl zopakovat své zkušenosti v přítomnosti vědců, ale v učebnicích o historii fyziky ochrany elektřiny a blesku si na něj vždy pamatuje nejen Britové.

Je známo, že práce Lomonosova téměř neovlivnily vývoj světové vědy, protože si nevytvořil vlastní školu. Ale to není chyba, ale potíže Lomonosova. Mezi důvody zde patří pozornost k domácí vědě. A ona si to zaslouží! Například taková slova o velkém ruském vědci citovala V.I. nejsme zvyklí zacházet s daty dějin vědy stejným způsobem jako s jinými jevy a fakty. “ Náš nález pouze potvrzuje tato slova. [10, s. 323]

Musím říci, že mystická kletba vždycky visela nad popisem tohoto zážitku z Lomonosova. Naše pokusy o reportáž redakci časopisů o našem historickém nálezu nenašly ani zdvořilé odpovědi, například tak, že redakční portfolio bylo plné atd. Pouze časopis „Elektřina“ doporučil předat článek fyzickému deníku. Zmiňujeme také zvláštní případ, kdy editorka ruského odboru jednoho z populárních vědeckých časopisů o životě vědy, když se zeptal, zda takový text obdržela, jednoduše odpověděla, že jejich e-mail byl v těchto dnech rozbit. Očividně věří, že mimo Moskevský kruhový objezd žijí pouze Papuané.

Pokud nás nebudeme respektovat, nikdo nás nebude respektovat.