Prvi koraci za otkrivanje supravodljivosti

Članak je napisan posebno za 250. obljetnicu Otkrivanja smrzavanja žive.

ja

Sankt Peterburška akademija znanosti, otvorena 1725. samo je morao postati istodobno vodeći u proučavanju fizike hladnoće. "Priroda našeg lokaliteta iznenađujuće je povoljna za provođenje eksperimenata sa hladnoćom", napisao je G. V. Kraft, jedan od prvih profesora iz Petersburga. Međutim, odmah je upozorio da u prirodi prehlade ima puno nepoznatog. "Do sada su spomenute kvalitete obavijene takvim mrakom da im je trebalo nekoliko godina da osvijetle, a možda je trebalo čitavo životno stoljeće, i to ne samo jedan, već i mnogo pronicavih darova." Bio je u pravu. [1]

Akademije Engleske, Italije, Francuske, Njemačke, Nizozemske, pa čak i Švedske ležale su u obliku blage klime. Tehnološki je lakše dobiti visoke temperature za eksperimentalne potrebe nego hladno. Još u antici čovjek je mogao primiti visoke temperature dovoljne za topljenje željeznih ruda. Ali prije nego što je naučio ukapljivati ​​plinove, snižavanje je bilo vrlo problematično. Tek 1665. god fizičar Boyle uspio je smanjiti temperaturu vodene otopine za samo nekoliko stupnjeva. To je postigao otapanjem amonijaka u vodi.

I zašto su onda ljudi trebali niske temperature? Prije svega, znanstvenicima za kalibraciju termometra koji se koriste za meteorološka mjerenja, pri čemu postoje temperature do sada nepoznate starcima. Proizvođači termometra počeli su birati takve tvari i otapala koji bi snizili temperaturu otopina što je više moguće. Takav je sastav izumio nizozemski majstor znanstvenih instrumenata D. Fahrenheit. Preporučio je korištenje drobljenog leda kojem će se dodati koncentrirana dušična kiselina. U Rusiji se takav sastav počeo nazivati ​​znatiželjnom materijom.

Zima 1759-1760. U Sankt Peterburgu pokazala se vrlo ledenom. Već 14. prosinca "dogodila se ekstremna hladnoća kakva nikad prije nije primijećena na Akademiji." Na ovaj je dan akademik Joseph Adam Brown sa čisto znanstvenim ciljevima zatražio sebi da razjasni pitanje „Koliko se ta prirodna hladnoća može umnožiti umjetnošću“. U tu je svrhu koristio sastav Nizozemca, iako je umjesto zdrobljenog leda koristio ulični snijeg, s temperaturom okoline. Stavio je snijeg u staklenu posudu, natočio malo dušične kiseline i ubacio živin termometar u ovu plemenitu materiju. Nakon nekog vremena izvadio je termometar i "rado utvrdio da nije oštećen, ali živa je još uvijek". [2]

Čemu se Brown radovao? Da se termometar nije odmrzavao? Ne, tek je počeo sumnjati da je živa smrznuta u cijevi termometra. I bila je to senzacija! Niti jedan znanstveni traktat svih vremena i naroda nije objavio da živa može biti čvrsta. Evo što, na primjer, može pročitati u udžbeniku toga vremena za rudare rude: „Ovaj se mineral po izgledu ne razlikuje od rastopljenih metala, ali oni se smrzavaju u takvoj vrućini, od koje se mnoge stvari zapale, a živa se ne može smrznuti u najjačem mrazu“ , Imajte na umu da autor udžbenika, MV Lomonosov, ni živu ne smatra metalom. [3]

Naslovna stranica ispisa izvještaja akademika I. A. Browna na javnom sastanku Akademije znanosti Sankt Peterburga

Uvjerenje tadašnjih znanstvenika u ovaj postulat bilo je toliko veliko da su 18. studenoga 1734., kada je konjički kozak Salomatov, promatrač meteorološke stanice u Tomsku, izvijestio o zamrzavanju žive u svom barometru akademicima Gmelinu i Milleru, u to jednostavno nisu vjerovali. Imali su sumnju da je neiskusni Kozak jednostavno prosuo živu, jer „on ga pažljivo nije izvadio i protreso, jer se u protivnom ne bi moglo dogoditi, jer mrazi su neusporedivo jači, živa se nije smrznula“. Znanstvenici su bili toliko sigurni u svoju nevinost da su umjesto navodno prosutih još šest žile kalega poslali Kozaku. Akademke, zapamtite ime Miller, još ćemo je upoznati. [4]

No, vratimo se eksperimentima u St. Dakle, "pisao je Brown kasnije," bio sam "siguran da je živa u termometru postala čvrsta i nepomična od hladnoće i, dakle, smrznula se". Sve je to bilo tako neočekivano da je odlučio vijest odmah prijaviti svojim kolegama. Užurbano okupljeni znanstvenici odlučili su da je prilikom provođenja ponovljenih eksperimenata potrebno slomiti termometar i vizualno potvrditi činjeničnu činjenicu. U tu je svrhu na akademskoj radionici naručena nova serija termometra.

Eksperimenti su mogli započeti tek 25. prosinca, "za potreban broj termometra uskoro je bilo nemoguće učiniti." Pored Browna, eksperimente su započeli akademici M. V. Lomonosov, F.U.T. Epinus, I.E. Zeiger i farmaceut I.G. Model. Svaki od sudionika, ponavljajući Brownove trikove, dobio je od slomljenih termometra stupove čvrste žive u obliku žice, „poput srebra“, i živog „metka“ na kraju. Žice su se lako savijale, a "metak" je lako spljošten udarcima sjekire, jer je "imao tvrdoću olova ili kalaja". Kasnije je Zeiger rekao da mu se čini kako čuje kako zvoni. Sva svojstva metala bila su evidentna, stoga je živa bila metal, a prioritet otkrivanja ove činjenice pripada Rusiji.

Eksperimenti u Sankt Peterburgu napravili su senzaciju u znanstvenom svijetu. Novine i privatno dopisivanje znanstvenika bili su daleko ispred službenih izvješća Akademije i zbog toga su napravljene ozbiljne iskrivljenosti, posebno u vezi s ulogom glavnih likova. Ime otkrivača nije pravilno imenovano, što je dovelo do velikog skandala na Akademiji. Na inicijativu Lomonosova, Ured je organizirao posebnu istragu. Pronašli su krivca - to je bio akademik Miller, koji je „pisao Leipzigu u ime Akademije i bez njenog znanja, navodno su početak ovog eksperimenta doveli profesori Zeiger i Epinus, a Brown je, navodno, prigodno morao pronaći biserno zrno kao pijetao“. Zbog toga su Millerove oštro kritizirale kolege na sastanku Ureda. Slučaj za znanost gotovo je tipičan. [5]

Uslijedili su odgovori drugih znanstvenika. "Otkriće profesora Browna od najveće važnosti," napisao je Leonard Euler, "i posebno mi je pružalo zadovoljstvo jer sam uvijek vjerovao da je vrućina pravi uzrok tekućeg stanja žive."

Rezultati zimskih eksperimenata kancelarke Akademije prepoznati su toliko važni da su njihovi rezultati odlučeni da budu objavljeni na javnom sastanku Akademije na svečanom slavlju imenjaka carice Elizabete Petrovne. Izvještaje o otvaranju dobili su upute da ga naprave glavni likovi otvorenja: I. A. Brown na njemačkom i M. V. Lomonosov na ruskom. Prvo izvješće zvalo se "O nevjerojatnoj hladnoći, umjetnost je proizvela", drugo - "Obrazovanje o tvrdoći i tekućini tijela". Tekstovi izvještaja odlučeni su da se izdaju u zasebnim markama, koji su tada tiskani u nakladi od 412 primjeraka, a sada se mogu naći u glavnim knjižnicama zemlje.

Brownove zasluge u povijesti fizike sada poštuju potomci. Ali koja je bila zasluga Lomonosova, nije poznato ni sunarodnjacima ni stranim znanstvenicima. I tu se ima što pročitati. Prije nego što razgovaramo o tome, dat ćemo još jedan pregled na otkriće ruskih znanstvenika iz 1763. godine: "Najznačajnije od svih otkrića u posljednje tri godine je utvrđivanje činjenice taljenja žive." [6]. Te riječi pripadaju jednom od utemeljitelja znanosti o elektricitetu, velikom Amerikancu B. Franklinu. Njegovo glavno djelo „Eksperimenti i zapažanja električne energije“ bilo je dobro poznato ruskim znanstvenicima, a opetovano su ih citirali i G. V. Rikhman i M. V. Lomonosov u svojim spisima.

III

Franklinovo djelo zbirka je njegovih pisama upućenih drugim znanstvenicima. Ovdje su eksperimenti koje je autor provodio u Novom svijetu i teorijske konstrukcije autora opisani u slijedu. Bio je jedan od prvih koji je počeo široko primjenjivati ​​već poznati električarima pojam dirigent, koji je uveo engleski znanstvenik T. Desagulier. U jednom od tih pisama, 1751.možete pročitati sljedeće: jedina razlika između vodiča i nevodnika je "samo u tome što neki od njih provode električnu tvar, dok drugi ne." I dalje: "Samo su metali i voda idealni provodnici. Druga tijela vrše samo ako sadrže nečistoće metala i vode. " [7]

Kasnije je u ovo pismo, tiskano u Franklin-ovim prikupljenim radovima, objavljena fusnota da se to pravilo ne poštuje uvijek i autor navodi slučaj kada je engleski znanstvenik „Wilson otkrio da vosak i smola koja se topi dobivaju sposobnost provođenja“. Međutim, i sam Franklin naišao je na neobičnu činjenicu: "Suhi komad leda ili ledenica u električnom krugu sprečavaju šok, što se nije moglo očekivati, jer ga voda savršeno prenosi." Ovdje govorimo o udarnom električnom udaru eksperimentatora kada se na njega napuni napunjena Leiden banka. Led se ponašao u lancu poput izolatora. [7, str. 37.]

Sada smo dobro svjesni da metali imaju elektroničku vodljivost, ostale tvari - ionske, što vrlo ovisi o njihovoj temperaturi.

Pa možda na ovaj način testirati živu? Uostalom, ako će smrznuta živa provoditi struju, onda je to definitivno metal. Samo je Veliki znanstvenik mogao sebi postaviti takvo pitanje. I još uvijek ne znamo hoće li on samo saznati ovo pitanje, ali takvo je iskustvo napravio naš veliki sunarodnjak M. V. Lomonosov. Kratki opis ovog eksperimenta može se naći u trećem svesku Cjelovitih djela njegovih djela. Tamo je dat i crtež ovog eksperimenta. Moram reći da na slici nije prikazan električni stroj i električni pokazivač (elektrometar), već se njihova prisutnost podrazumijeva u tekstu. [8. str.407]

Lomonosov vlastiti crteži za eksperimente smrzavanja žive. Na slici 5 prikazana je kugla smrznute žive i njen stupanj deformacije nakon kovanja, a slika 6 prikazuje električnu vodljivost žive i vruću željeznu žicu. Slika 7 prikazuje smrznutu cijev živog termometra. Pojavljuju se mjehurići zraka.

Staklena cijev u obliku slova U s žive puštena je u staklenu posudu sa smrzavajućim materijalom, u koju su se s obje strane smrznute željezne žice. Jedna žica bila je u kontaktu s vodičem električnog stroja, a druga s elektroskopom. Kad je generator počeo proizvoditi električnu energiju, elektrometar je odmah pokazao svoju prisutnost na žici koja se nalazi nakon smrznute žive. Tečna i smrznuta živa pokazali su se vodljivima, kao i svi metali poznati u to vrijeme. Posljednju točku u dokazu da je živa metal je stavio upravo M. V. Lomonosov. Točan datum ovog događaja nije poznat, ali bio je to u siječnju 1760. godine. Primjećujemo još jednu suptilnost eksperimenta. U odjeljku električnog kruga između čvrste žive i elektrometra, eksperimentator sa svijećama rasplamsava željeznu žicu. Zaključak je nedvosmislen: "Električna sila djeluje kroz smrznutu živu i vruće željezo."

I ovaj je zaključak bio nov za tadašnje nauke. U to je vrijeme svjetska znanost počela shvaćati ovisnost električne vodljivosti svih tijela o njihovoj temperaturi. 1762. god Franklin će opisati iskustvo Charlesa Cavendisha (oca poznatog Henryja Cavendisha), koji je proveo istraživanje o električnoj vodljivosti stakla ovisno o njegovoj temperaturi. Pokazalo se da prilično snažno zagrijano obično staklo postaje provodljivo. Bilo je mnogo lakše organizirati to iskustvo nego Lomonosovskom. Uostalom, bilo je mnogo lakše zagrijati staklenu cijev s elektrodama umočenim u staklo, nego zamrzavati žive. Ali to iskustvo, Franklin, nazivajući ga "vrlo duhovitim", dodaje: "Ostaje samo poželjeti ovom plemenitom filozofu da čovječanstvo više informira o svojim iskustvima." Naravno, Lomonosov eksperiment o električnoj vodljivosti smrznute žive stalno su ponavljali i drugi, ali kasnije, budući da su se u zapadnim zemljama eksperimenti o zamrzavanju žive mogli provesti tek nakon desetljeća. [7. str.206]

Osjećaj oko otvaranja u Sankt Peterburgu ubrzo je utihnuo, nitko nije mogao ponoviti eksperimente u vrućoj potrazi, a rezultati električnog eksperimenta dugo su zaboravljeni ne samo na Zapadu, već i u Rusiji.Lomonosov je očito pripremio potpuni opis ovog eksperimenta za svoju "Teoriju električne energije, matematički rečeno", na kojoj je radio od 1756. godine, ali ostao je nepotpun. Nakon događaja koje je opisao veliki znanstvenik 1762. i 1763. godine, "zamalo je doveo u grob" bolest, a živio je samo do 1765. Osim toga, velike nevolje na akademiji nisu dale vremena za kreativan rad u posljednjim godinama života. Naravno, njegovo je djelo ostalo u tisku u iznosu od 412 primjeraka. Jao, dogodila joj se nedostojna znanstvena priča.

U "Povijesti carske akademije znanosti", koju je 1873. napisao akademik P. P. Pekarsky. Možete pročitati sljedeće. „Ovo je djelo našeg akademika zadesilo neobičnu sudbinu - zaboravljeno je biti uključeno u najobičnija izdanja sabranih djela, pa je ono ponovno tiskano samo jednom u izdanju iz 1778. godine, što je sada bibliografska rijetkost. Nije iznenađujuće da Lomonosovo "Obrazloženje" o tvrdoći i tjelesnoj tekućini nije nađeno u nijednom pregledu kasnijih znanstvenika. " [8], [9]. (Ležeći naš B.Kh.)

Doista, sudbina je više nego čudna. S obzirom da je M. V. Lomonosov imao mnogo neprijatelja, može se pretpostaviti da je neobičnost bila namjerna. Među njegovim najgorim neprijateljima, enciklopedija Brockhaus i Efron navodi i već poznatog akademika G. F. Millera, koji je u razdoblju od 1757. do 1765. godine bio stalni tajnik Sankt Peterburške akademije. Sjećamo se da nije odgovorio na poruku o zamrzavanju žive 1734. godine, tada daje netočne podatke u inozemstvu, zbog čega je imao velikih problema. Može se pretpostaviti da je iz nama nepoznatih razloga, to djelo moglo učiniti da ne upadne u oči izdavača. Napokon, vodio je prepisku između akademije i zapisnika svih sastanaka, te njihove arhive i izvršavanje djela ne bi mu stvorio poteškoće. Štoviše, ista enciklopedija piše o Milleru kao da se "nije uvijek pokazao besprijekornim u odnosima sa svojim članovima".

Akademik V. I. Vernadsky, opisujući Millera, piše da "nije bio tvorac novog u teorijskoj i znanstvenoj misli, poput Eulera ili Lomonosova, ali poput njih, bio je prožet dubokim razumijevanjem znanstvene metode, a to je stručno savladao". Možda je to bila samo zavist zbog talenta i to je samo naša pretpostavka. No, dogodilo se ono što se dogodilo. [10]

IV

Nesporazumi ovog Lomonosovog djela ne prestaju tu. U razdoblju od 1768. do 1900. godine objavljeno je sedam izdanja njegovih sabranih djela i to djelo nije uvršteno ni u jedno od njih. Tek u petom svesku akademske publikacije 1902. godine. ovo je djelo znanstvenika ugledalo svjetlo. Međutim, tekst je tiskan samo na ruskom jeziku, a crteži i crteži nisu reproducirani, a bez kojih je tekst "Obrazloženja" bio nerazumljiv. Jedno je od njegovih najzanimljivijih djela palo na vidjelo istraživačima Lomonosovog djela.

Od 1940. SSSR-ova Akademija znanosti počinje objavljivati ​​Lomonosovske zbirke, koje sadrže novootkrivene materijale i članke o njegovim znanstvenim aktivnostima. U nekima se razumiju i kriogeni eksperimenti Browna i Lomonosova. Nema novih informacija o električnom iskustvu u njima. [11, 12] Napokon, na 250. godišnjicu rođenja ruskih fizičara (bili su iste dobi) M. V. Lomonosov i G. V. Rikhman, knjiga A. A. Aleksejeva objavljena je "Pojava znanosti o električnoj energiji u Rusiji". U tom se iskustvu uopće ne spominje. Ali postavlja se neumoljivo pitanje, koji su ciljevi koje je postavio istraživač, započinjući kriogene električne eksperimente. Možete li pronaći nešto što nas zanima o pitanju? [13]

Sigurno je nešto bilo u arhivima znanstvenika. Ali taj je arhiv "na najvišu zapovijed" zapečatio grof G. Orlov i sam je naredio da se razvrsta. Nije poznato gdje i gdje, ali nalazi su sasvim mogući. Preostali dokumenti mogu se naći u 11 svezaka Zbornika znanstvenika.Malo je ruskih znanstvenika čiji bi rad istoričari nauke pratili jednako široko i uporno kao Lomonosov i sva njegova djela bila su pregledana i revidirana i malo je bilo nade da će pronaći nešto novo. Ali tko traži, pronalazi.

Poznato je da je M. V. Lomonosov na ruski jezik preveo prvi udžbenik za sveučilište "Wolfian Experimental Physics". Objavljeno je 1746. godine. a bilo je potrebno ponovno ga tiskati - "na prodaju je sve u gubitku". U ožujku 1760 Odlučeno je da se objavi drugim tiskanjem. Lomonosov je shvatio da je između izdanja udžbenik prilično zastario. Udžbenik je bio hitno potreban, ali vremena je bilo malo. Stoga je odlučeno dopuniti postojeći tekst. Prema autoru „dodataka“, trebali bi „objasniti radnje i promjene koje ovise o najsuptilnijim neosjetljivim česticama, komponentama tijela“. Pod tim česticama moderni čitatelj može razumjeti atome i molekule, pa čak i elektrone, ali sve bi to zajedno trebalo odražavati Lomonosov sustav pogleda na fiziku pojava.

Činjenica da je rad na izvješću na Akademiji i pisanje dodataka istovremeno bio paralelan dokazuje i kalendar. Datum čitanja izvještaja je 6. rujna 1760., a tekst dodataka Lomonosov je potpisao 15. rujna iste godine. [14]

Sada dajemo fizičke poglede na to vrijeme o elektricitetu općenito: "Električna supstanca sastoji se od izuzetno malih čestica, jer može s velikom lakoćom i slobodom prodrijeti u obične materije, čak i najgušće metale." [7, str.53] Činjenica da se električna energija kreće izrazito velikom brzinom bila je dobro poznata odmah nakon izuma Leiden-ove kante, tj. do Franklina.

Sada je došlo vrijeme da se citira Lomonosovljev „Dodatak“ koji se nesumnjivo odnosi na zimske pokuse iz siječnja 1760. godine. Posebno ih ističemo podebljano.

"Novo pronađeni električni eksperimenti pokazuju da se vanjska tvar, koja se kreće velikom brzinom u jažicama hladnih tijela, ne zapaljuje.", odnosno ne grije. Nema tu nikakve tajne, to je jasno i jasno vanjska tvar Je električna tvar, a hladna su tijela smrznuta živa, Podsjetimo da je Lomonosov bio zagovornik kinetičke teorije topline, a ondje možete to pročitati "Kretanje čestica, sastavnih tijela koja uzrokuju toplinu", [5, str. 436].

To je sve što je pronađeno. Ali vrijedi puno. Sada je jasno da je eksperiment, kao pobornik kinetičke teorije topline, očekivao porast temperature žive. Zbog činjenice da nije mogao imati termometre za takve temperature, očito je čekao topljenje žive. To se nije dogodilo. Otuda i ovaj zaključak.

Treba reći da tadašnja znanost nije imala pojma o kretanju električnih naboja (električne struje). Lomonosov vjeruje da se tijekom rada električnog stroja električna tvar neprekidno kreće živom. Nije bilo Kroz smrznutu živu bila je potrebna samo mala količina električne energije da bi se napunila žica koja je napuštala živu. Inače, zaključak Lomonosova značio bi da smrznuta živa ima supravodljivost.

Superprovodnost žive pri temperaturama znatno nižim od one koju je pronašao Lomonosov 1911. godine. Leiden profesor Kamerling-Onnes. To se dogodilo 150 godina nakon pokusa u Sankt Peterburgu i proizvelo je istu senzaciju kao tadašnji u znanstvenom svijetu. Nobelova nagrada s pravom je okrunila rad nizozemskog znanstvenika i istaknula razvoj fizike u narednim godinama. Ali put do takvog otkrića počeo je u Rusiji, a toga se gotovo nitko ne sjeća.

V

Ove se godine obilježava 250 godina pokusa zamrzavanja žive. Ne samo da ovaj događaj zahtijeva da obratimo pažnju na tu činjenicu. 2011. godine obilježava se tristota obljetnica rođenja velikog ruskog znanstvenika. Obljetnicu Lomonosova sigurno će proslaviti znanstvena zajednica i to je naš doprinos ovom događaju.Ipak, želio bih primijetiti takvu ružnu činjenicu u našoj zemlji kao zanemarivanje naših znanstvenika. Gotovo svi znaju otkrivača električnog luka, ruskog fizičara V. V. Petrov. No, ne znaju svi što je postalo poznato o ovom otkriću u svojoj domovini nakon gotovo stotinu godina, a onda i slučajno. Doznajemo i za ovaj eksperiment Lomonosova, i to samo u četvrtini tisućljeća!

Želio bih dati primjer stare i dobre Engleske. Tamo 1700. određeni zid, trljajući komad jantara, otkrio je da ga iskra koja proizlazi podsjeća na munje. Bio je apsolutni amater u elektricitetu i nije mogao ponoviti svoje iskustvo u prisutnosti znanstvenika, ali u udžbenicima o povijesti fizike električne energije i zaštite od munje, Britanci ga uvijek pamte ne samo.

Poznato je da djela Lomonosova gotovo nisu utjecala na razvoj svjetske znanosti, jer nije stvorio vlastitu školu. Ali nije kriv, nego Lomonosov problem. Među razlozima ovdje je pažnja na domaću znanost. I ona to zaslužuje! Evo, na primjer, takve riječi o velikom ruskom znanstveniku citirao je V. I. Vernadsky: „U njegovim idejama i područjima svog rada susrećemo se izuzetno često i izuzetno mnogo predviđanja, predviđanja, pred kojima se naš um zaustavlja na razmišljanju i čuđenju, budući da nismo navikli da podatke iz povijesti znanosti tretiramo na način na koji obrađujemo druge pojave i činjenice. " Naš nalaz samo potvrđuje ove riječi. [10, str. 323]

Moram reći da je nad opisom ovog iskustva Lomonosova uvijek visjelo mistično prokletstvo. Naši pokušaji da izvijestimo redakciju časopisa o našem povijesnom nalazu nisu pronašli čak ni ljubazan odgovor, na primjer, takav da je urednički portfelj bio prepun itd. Samo je časopis "Električnost" savjetovao da članak preda u fizički časopis. Spominjemo i jedan zanimljiv slučaj kada je urednica ruskog odjela jednog od popularno-znanstvenih časopisa o životu znanosti, na pitanje je li primila takav tekst, jednostavno odgovorila da im je e-pošta ovih dana pokvarena. Navodno, vjeruje da samo Papuci žive izvan obilaznice Moskve.

Nitko nas neće poštovati ako ne poštujemo sebe.