Първите стъпки за откриване на свръхпроводимост

Статията е написана специално за 250-годишнината от ОТКРИВАНЕТО на замразяване на живак.

аз

Санкт Петербургска академия на науките, открита през 1725г. просто трябваше да стане едновременно лидер в изучаването на физиката на студа. „Природата на нашето населено място е изненадващо благоприятна за провеждане на експерименти със студа“, пише Г. В. Крафт, един от първите петербургски професори. Въпреки това той веднага предупреди, че в природата на студа има много неизвестни. „Досега гореспоменатите качества са завити в такава тъмнина, че им бяха нужни няколко години, за да се осветят и може би беше необходим цял век живот, и не само един, но и много проницателни подаръци.“ Той беше прав. [1]

Академиите на Англия, Италия, Франция, Германия, Холандия и дори Швеция лежат в ивица с мек климат. Технологично е по-лесно да се получат високи температури за експериментални нужди, отколкото студени. Още в древността човекът би могъл да получи високи температури, достатъчни за топенето на железни руди. Но преди да се научи да втечнява газовете, да се намали беше много проблематично. Само през 1665г физикът Бойл успя да намали температурата на водния разтвор само с няколко градуса. Той постигна това, като разтвори амоняк във вода.

И защо тогава хората се нуждаеха от ниски температури? На първо място, за учените да калибрират термометри, използвани за метеорологични измервания, където има температури, непознати досега на стари хора. Именно производителите на термометри започнаха да подбират такива вещества и разтворители, които да снижат максимално температурата на разтворите. Такава композиция е изобретена от холандския майстор на научните инструменти Д. Фаренхейт. Той препоръча използването на натрошен лед, към който ще се добави концентрирана азотна киселина. В Русия такъв състав започна да се нарича любопитна материя.

Зимата на 1759-1760 г. в Санкт Петербург се оказа много ледена. Още на 14 декември се случи „изключителен студ, който никога не беше забелязван в Академията досега“. На този ден академик Джоузеф Адам Браун, за чисто научни цели, си зададе въпроса „Колко може да се умножи този природен студ с изкуството“. За тази цел той използва състава на холандеца, макар че вместо натрошен лед използва уличен сняг, с температура на околната среда. Той постави снега в стъклен съд, изсипа малко азотна киселина и вмъкна живачен термометър в тази благородна материя. След известно време той извади термометъра и „с радост установи, че не е повреден, но живакът все още“. [2]

На какво се зарадва Браун? Че термометърът не е размразен? Не, той просто започна да подозира, че живакът е замръзнал в тръбата на термометъра. И това беше сензация! Нито един научен трактат за всички времена и народи не съобщава, че живакът може да бъде твърд. Ето какво може да се прочете например в учебник от онова време за рудодобивите: „Този ​​минерал не се различава на външен вид от разтопените метали, но замръзва в такава топлина, от която много неща се запалват и живакът не може да замръзне в най-силния студ.“ , Обърнете внимание, че авторът на учебника М. В. Ломоносов дори не смята живакът за метал. [3]

Заглавна страница на разпечатка на доклад на академик И. А. Браун на публично заседание на Академията на науките в Санкт Петербург

Убеждението на учените от онова време в този постулат беше толкова голямо, че на 18 ноември 1734 г., когато конният казак Саломатов, наблюдател на метеорологичната станция в Томск, съобщи за замразяването на живак в своя барометър на академиците Гмелин и Милър, те просто не вярват в това. Те имаха подозрение, че неопитен казак просто разля живак, защото „той не го извади внимателно и не го разклати, иначе не можеше да се случи, защото въпреки че мразите бяха несравнимо по-силни, живакът не замръзна“. Учените били толкова сигурни в невинността си, че вместо уж разсипани още шест живачни бобини били изпратени на казака. От академиците, помнете името Милър, пак ще я срещнем. [4]

Но обратно към експериментите в Санкт Петербург. И така - пише Браун по-късно, „бях„ сигурен, че живакът в термометъра е станал твърд и неподвижен от студа и следователно замръзнал “. Всичко беше толкова неочаквано, че той реши незабавно да съобщи новината на колегите си. Набързо събраните учени решиха, че при провеждането на многократни експерименти е необходимо да се счупи термометърът и визуално да се провери действителността. За целта в сервиза на академията беше поръчана нова партида термометри.

Те можеха да започнат експериментите едва на 25 декември, „за необходимия брой термометри скоро беше невъзможно да се направи“. В допълнение към Браун академиците М. В. Ломоносов, F.U.T. Epinus, I.E. Zeiger и фармацевтът I.G. Model започнаха експериментите. Всеки от участниците, повтаряйки триковете на Браун, получи от счупените термометри колони от твърд живак под формата на жица, „като сребро“, и живачен „куршум“ в края му. Проводниците лесно се огъваха, а „куршумът“ лесно се изравняваше от ударите на дупето на брадвата, защото „имаше твърдостта на олово или калай“. По-късно Зейгер каза, че сякаш той чува да звъни. Всички свойства на метала бяха очевидни, следователно живакът беше метал и приоритетът на откриването на този факт принадлежи на Русия.

Експериментите в Санкт Петербург направиха сензация в научния свят. Вестниците и частната кореспонденция на учени бяха далеч пред официалните доклади на Академията и затова бяха направени сериозни изкривявания, особено по отношение на ролята на главните герои. Името на откривателя не е посочено правилно, което доведе до голям скандал в Академията. По инициатива на Ломоносов беше организирано специално разследване от Службата. Те намериха виновника - това беше академик Милър, който „пише в Лайпциг от името на Академията и без нейно знание, уж началото на този експеримент е дошло от професори Зейгер и Епин, а Браун, уж по повод, трябваше да намери перлено зърно като петел“. За това Милър беше остро критикуван от колеги на заседание на Службата. Случаят с науката е почти типичен. [5]

Следват отговорите на други учени. „Откритието на професор Браун от най-голямо значение“, пише Леонард Ойлер, „и ми достави особено удоволствие, защото аз винаги вярвах, че топлината е истинската причина за течното състояние на живак.“

Резултатите от зимните експерименти от канцеларията на Академията бяха признати за толкова важни, че техните резултати бяха решени да бъдат публикувани на публичната среща на Академията на тържественото честване на съименника на императрица Елизабет Петровна. Докладите за откриването бяха инструктирани да бъдат направени от главните герои на откриването: И. А. Браун на немски и М. В. Ломоносов на руски. Първият доклад беше наречен „За невероятния студ, произведено от изкуството“, вторият - „Разсъждение за твърдостта и течността на телата“. Текстовете на докладите бяха решени да бъдат издадени в отделни печати, които след това бяха отпечатани в размер на 412 екземпляра всеки и вече могат да бъдат намерени в основните библиотеки на страната.

Заслугите на Браун в историята на физиката сега се почитат от потомците. Каква е била заслугата на Ломоносов, не е известно нито на сънародници, нито на чуждестранни учени. И има за какво да се чете. Но преди да говорим за това, ще дадем още един преглед на откритието на руските учени, направено през 1763 г.: „Най-забележителното от всички открития през последните три години е установяването на факта на топенето на живак.“ [6]. Тези думи принадлежат на един от основателите на науката за електричеството, великият американец Б. Франклин. Основната му работа „Експерименти и наблюдения на електричество“ е добре известна на руските учени, многократно цитирана от Г. В. Ричман и М. В. Ломоносов в своите трудове.

III

Работата на Франклин е сборник от неговите писма, адресирани до други учени. Тук последователно са описани експериментите, провеждани от автора в Новия свят и теоретичните конструкции на автора. Той беше един от първите, които започнаха широко да прилагат познатия вече на електротехниците термин проводник, въведен от английския учен Т. Десагулие. В едно от тези писма, 1751г.можете да прочетете следното: единствената разлика между проводници и непроводители е „само в това, че някои от тях дирижират електрическо вещество, докато други не“. И още: „Само металите и водата са идеални проводници. Други тела се извършват само доколкото съдържат примеси от метали и вода. " [7]

По-късно бе изпратена бележка под линия към това писмо, публикувано в есето на Франклин, че това правило не винаги се спазва и авторът цитира случая, когато английският учен „Уилсън откри, че восъкът и стопяемата смола придобиват способност за поведение“. Самият Франклин обаче се е натъкнал на странен факт: „Сухо парче лед или ледена букса в електрическа верига предотвратява шок, който не би могъл да се очаква, тъй като водата перфектно го прехвърля.“ Тук говорим за ударния токов удар на експериментатора, когато заредена банка от Лайден се изхвърля през него. Ледът се държеше във верига като изолатор. [7, с. 37.]

Сега вече сме наясно, че металите имат електронна проводимост, други вещества - йонни, което е много зависимо от тяхната температура.

Така че може би по този начин да тестваме живак? В края на краищата, ако замразеният живак ще проведе електричество, то това определено е метал. Само Големият учен можеше да си зададе такъв въпрос. И ние все още не знаем дали той е щял да разбере само този въпрос, но такъв опит направи нашият голям сънародник М. В. Ломоносов. Кратко описание на този експеримент може да се намери в третия том на Пълните произведения на неговите произведения. Там е даден и чертеж на този експеримент. Трябва да кажа, че фигурата не изобразява електрическа машина и електрически показалец (електрометър), но тяхното присъствие се подразбира от текста. [8. стр.407]

Лични рисунки на Ломоносов за експерименти върху замразяване на живак. На фигура 5 е показана топка от замразен живак и степента му на деформация след коване, Фигура 6 показва опита в електрическата проводимост на живак и гореща желязна тел. 7 е показана замръзнала тръба на живачен термометър. Появяват се въздушни мехурчета.

U-образна стъклена тръба с живак беше пусната в стъклен съд със замръзващ материал, в който от двете страни бяха замразени железни жици. Едната жица беше в контакт с проводника на електрическа машина, а другата с електроскоп. Когато електрическият генератор започна да генерира електричество, електрометърът незабавно показа присъствието си върху жица, разположена след замръзнал живак. Течният и замръзнал живак се оказа проводим като всички метали, известни по това време. Последната точка в доказателството, че живакът е метал, е поставен именно от М. В. Ломоносов. Точната дата на това събитие не е известна, но тя е била през януари 1760 година. Отбелязваме още една тънкост на експеримента. В секцията на електрическата верига между твърдия живак и електромера експериментаторът свети желязна тел със свещи. Изводът е недвусмислен: „Електрическата сила действа чрез замръзнал живак и чрез горещо желязо.“

И това заключение беше ново за науката от онова време. Точно по това време световната наука започва да разбира зависимостта на електрическата проводимост на всички тела от тяхната температура. През 1762г Франклин ще опише опита на Чарлз Кавендиш (баща на известния Хенри Кавендиш), който проведе проучване на електрическата проводимост на стъклото в зависимост от неговата температура. Оказа се, че доста силно загрято обикновено стъкло става проводящо. Беше много по-лесно да се организира това преживяване, отколкото на Ломоносовски. В края на краищата беше много по-лесно да се нагрее стъклена тръба с електроди, споени в стъкло, отколкото да се замразява живак. Но този опит Франклин, наричайки го „много остроумен“, добавя: „Остава само да пожелаем на този благороден философ да информира човечеството повече за своите преживявания.“ Разбира се, експериментът на Ломоносов върху електрическата проводимост на замразения живак е многократно повтарян от други, но по-късно, тъй като в западните страни експериментите за замразяване на живак могат да бъдат проведени едва след десетилетия. [7. стр.206]

Усещането за откриването в Санкт Петербург скоро утихна, никой не можеше да повтори експериментите в горещ стремеж и резултатите от електрическия експеримент бяха забравени за дълго време не само на Запад, но и в Русия.Ломоносов очевидно е подготвил пълно описание на този експеримент за своята „Теория на електричеството, математически посочена“, върху която работи от 1756 г., но остава непълна. След събитията, описани от големия учен през 1762 и 1763 г., той „почти довежда до гроба” болестта и той живее само до 1765 година. Освен това големите неприятности в академията не даваха време за творческа работа през последните години от живота. Разбира се, неговото произведение остава в печат в брой от 412 екземпляра. Уви, с нея се случи недостойна научна история.

В „История на Императорската академия на науките“, написана от академик П. П. Пекарски през 1873 г. Можете да прочетете следното. „Тази работа на нашия академик претърпя странна съдба - беше забравено да бъде включено в най-разпространените издания на събраните съчинения, така че е преиздадено само веднъж в изданието от 1778 г. и което вече е библиографска рядкост. Не е изненадващо, че "Разумът" на Ломоносов по отношение на твърдостта и телесната течност не е открит в нито един преглед на по-късни учени. " [8], [9]. (Курсив нашият B.Kh.)

Всъщност съдбата е повече от странна. Като се има предвид, че М. В. Ломоносов е имал много врагове, можем да предположим, че странността е била умишлена. Сред най-лошите му врагове енциклопедията Брокхаус и Ефрон изброява и вече познатия академик Г. Ф. Милър, който служи в периода от 1757 до 1765 г. като постоянен секретар на Петербургската академия. Спомняме си, че той не отговори на съобщението за замразяването на живак през 1734 г., след което дава неверна информация в чужбина, за което имаше големи неприятности. Може да се предположи, че поради непознати за нас причини той можеше да го направи, така че това произведение да не привлече окото на издателите. В крайна сметка той поддържаше кореспонденция с академията и протоколите от всички срещи, с техните архиви и с извършването на делото нямаше да му създаде трудности. Освен това същата енциклопедия пише за Милър, сякаш той „не винаги се оказва безупречен в отношенията си с членовете си“.

Академик В. И. Вернадски, описвайки Милър, пише, че той „не е бил създателят на новото в теоретичната и научната мисъл, като Ейлер или Ломоносов, но подобно на тях, той е бил проникнат в дълбоко разбиране на научния метод, той го овладява експертно“. Може би това беше просто завист на таланта и това е само нашето предположение. Но случилото се се случи. [10]

IV

Нечестията на това дело на Ломоносов не свършват дотук. В периода от 1768 до 1900 г. са публикувани седем издания на неговите събрани творби и това произведение не е включено в нито едно от тях. Едва в петия том на академичната публикация през 1902г. тази работа на учен видя светлината. Текстът обаче е отпечатан само на руски език, а рисунките и рисунките не са възпроизвеждани, без което текстът на „Разсъждението“ е неразбираем. И така, едно от най-интересните му произведения изпадна от полезрението на изследователите на творчеството на Ломоносов.

От 1940 г. Академията на науките на СССР започва да издава сборници Ломоносов, които съдържат новооткрити материали и статии за неговата научна дейност. В някои се разбират и криогенните експерименти на Браун и Ломоносов. Няма нова информация за електрическия опит в тях. [11, 12] И накрая, до 250-годишнината от рождението на руските физици (те бяха на една и съща възраст) на М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман, беше публикувана книгата на А. А. Алексеев „Появата на науката за електричеството в Русия“. В този опит изобщо не се споменава. Но възниква неумолимо въпросът, какви цели си е поставил изследователят, започвайки криогенни електрически експерименти. Има ли нещо, което можете да намерите по въпроса, който ни интересува? [13]

Сигурно имаше нещо в архивите на учения. Но този архив „при най-високо командване“ е запечатан от граф Г. Орлов и той сам нарежда да бъде сортиран. Не е известно къде и къде, но са възможни находки. Останалите документи могат да бъдат намерени в 11-томните пълни трудове на учения.Малко са руските учени, чиято работа ще бъде преследвана от историци на науката толкова широко и упорито, колкото Ломоносов и всичките му трудове бяха преразгледани и ревизирани и имаше малка надежда да открие нещо ново. Но който търси, намира.

Известно е, че М. В. Ломоносов превежда на руски език първия учебник за университета „Волфска експериментална физика”. Публикувана е през 1746г. и се наложи да го препечатате - „за продажба всичко е на загуба“. През март 1760г Решено е да се публикува чрез второ щамповане. Ломоносов разбра, че между изданията учебникът е доста остарял. Учебникът беше спешно необходим, но имаше малко време. Затова беше решено да се направят допълнения към съществуващия текст. Според автора на „допълненията“ те трябва да „обясняват действията и промените в зависимост от най-фините нечувствителни частици - компонентите на тялото“. Под тези частици съвременният читател може да разбере атоми и молекули и дори електрони, но всичко това трябва да отразява системата на възгледите на Ломоносов върху физиката на явленията.

Фактът, че работата по доклада в Академията и писането на „Допълненията“ е била паралелна едновременно, се доказва от календара. Датата на четене на доклада е 6 септември 1760 г., а текстът на „Допълненията“ е подписан от Ломоносов на 15 септември същата година. [14]

Сега даваме физическите възгледи за това време за електричеството като цяло: „Електрическото вещество се състои от изключително малки частици, тъй като е способно да прониква в обикновената материя, дори и най-плътните метали, с голяма лекота и свобода.“ [7, с.53] Фактът, че електричеството се движи с изключително висока скорост, беше добре известен веднага след изобретяването на Лайденската консерва, т.е. до Франклин.

Сега е дошъл моментът да цитирам от „Допълненията“ на Ломоносов, безспорно свързани със зимните експерименти от януари 1760 година. Специално ги подчертаваме с удебелен шрифт.

„Новооткритите електрически експерименти показват, че външната материя, движеща се с голяма скорост в кладенците на студени тела, не ги запалва“, тоест не загрява. Тук няма мистерия, това е ясно и ясно външна материя Е електрическо вещество, а студените тела са замръзнал живак, Спомнете си, че Ломоносов е бил привърженик на кинетичната теория за топлината и там можете да прочетете това „Движението на частици, съставните тела там е причина за топлина, [5, с. 436].

Това е всичко, което беше намерено. Но си струва много. Сега е ясно, че експериментаторът, като привърженик на кинетичната теория за топлината, очаква повишаване на температурата на живак. Поради факта, че не можеше да има термометри за такива температури, той очевидно чакаше топенето на живак. Това не се случи. Оттук и този извод.

Трябва да се каже, че науката от онова време нямаше представа за движението на електрическите заряди (електрически ток). Ломоносов вярва, че по време на работа на електрическа машина електрическото вещество се движи през живак през цялото време. Не беше Чрез замразения живак е необходимо само малко количество електричество, за да се зарежда жицата, напускаща живака. В противен случай заключението на Ломоносов би означавало, че замразеният живак има свръхпроводимост.

Свръхпроводимост на живак при температури, много по-ниски от тези, открити от Ломоносов през 1911г. Лайден професор Камерлинг-Онс. Това се случи 150 години след експериментите в Санкт Петербург и даде същата сензация като тогавашната в научния свят. Нобеловата награда с основание увенча работата на холандския учен и очерта развитието на физиката през следващите години. Но пътят към такова откритие започна в Русия и почти никой не го помни.

V

Тази година се навършват 250 години експерименти със замразяване на живак. Не само това събитие изисква да обърнем внимание на този факт. През 2011 г. се навършват триста години от рождението на големия руски учен. Годишнината на Ломоносов ще бъде отбелязана от научната общност и това е приносът ни към това събитие.Независимо от това, бих искал да отбележа такъв грозен факт у нас като пренебрегване на собствените учени. Почти всички познават откривателя на електрическата дъга, руския физик В. В. Петров. Но не всеки знае какво стана известно за това откритие в родината им след почти сто години, и то случайно. Научаваме и за този експеримент на Ломоносов, само четвърт хилядолетие!

Бих искал да дам пример за стара и добра Англия. Там през 1700г. определена Стена, разтривайки парче кехлибар, установи, че искрата, произтичаща от това, му напомня на мълния. Той беше абсолютен любител в електроенергията и не можеше да повтори опита си в присъствието на учени, но в учебниците по история на физиката на електричеството и мълниезащитата, той винаги се помни не само от британците.

Известно е, че трудовете на Ломоносов почти не са повлияли на развитието на световната наука, защото той не е създал собствена школа. Но това не е вината, а бедата на Ломоносов. Сред причините тук са вниманието към отечествената наука. И тя го заслужава! Например такива думи за големия руски учен били цитирани от V.I. ние не сме свикнали да третираме данните от историята на науката по същия начин, както ние третираме други явления и факти. " Нашата находка само потвърждава тези думи. [10, с. 323]

Трябва да кажа, че мистичното проклятие винаги висеше над описанието на това преживяване на Ломоносов. Опитите ни да докладваме в редакцията на списанията за историческата ни находка не намериха дори учтив отговор, например такъв, че редакционното портфолио беше пълно и т.н. Само списанието "Електричество" съветва да препрати статията във физически журнал. Споменаваме и един любопитен случай, когато редакторът на руския отдел на едно от научно-популярните списания за живота на науката, когато я попитах дали тя получава такъв текст, просто отговори, че имейлът им е нарушен в наши дни. Очевидно смята, че някои папуаси живеят извън Околовръстния път на Москва.

Никой няма да ни уважава, ако ние не уважаваме себе си.