Франклин не относился к разряду тех ученых, которые всем видам научной работы предпочитают затворничество в тиши кабинета. Такие ученые нередко тоже делали открытия мирового значения, но их самоизоляция от коллег и общества нередко мешала внедрению этих открытий в жизнь, зачастую их работы вообще не могли быть преданы гласности. Академик П. Л. Капица в своем очерке о Франклине рассказывает об одном из таких ученых – современнике Франклина Генри Кавендише. Выдающийся английский ученый, которого называли «Ньютоном современной химии», приблизительно в 1775 году открыл закон взаимодействия электрических зарядов. Только через десять лет Кулон сделал то же самое, и этот фундаментальный закон вошел в историю мировой науки под его именем. Характерна судьба открытия Кавендиша. Его работа, совершенно готовая к публикации, пролежала в архиве целое столетие и появилась в свет только в 1877 году.
В отличие от таких ученых-затворников Франклин считал, что наука должна служить интересам всего человечества, и любое научное открытие должно быть предано самой широкой гласности. Когда Франклин начал опыты над электричеством и увидел, какой огромный интерес они вызвали у его друзей и знакомых, первое, что он сделал, – это максимально расширил круг людей, которые могли ознакомиться с ними. Он заказал необходимую аппаратуру и передал ее своим друзьям, с тем чтобы они могли самостоятельно делать такие же опыты.
Один из последователей Франклина, мистер Киннерсли, оказался очень способным экспериментатором. Обратив внимание на его успехи в проведении опытов над электричеством, Франклин предложил Киннерсли, который был тогда без работы, демонстрировать опыты за плату. Он написал для Киннерсли две лекции, в которых в логической последовательности излагались результаты экспериментов и делались обобщающие выводы. Опыты и лекции Киннерсли пользовались большим успехом в Филадельфии, и вскоре он отправился в турне но всем колониям.
Франклин был глубоко убежден, что наука и монополия несовместимы, что результаты научных исследований, в том числе и уникальные научные открытия, должны быть достоянием всех. Характерно, что в лекциях для Киннерсли он изложил свои соображения о тождестве молнии и электричества, не заботясь о том, что его открытие будет популяризировать кто-то другой. Поступая так, Франклин рисковал, что его могли лишить права авторства.
Даже в популярных работах Франклин стремился глубоко, содержательно раскрывать тему исследования. Это требование, в частности, было полностью соблюдено в лекциях, написанных им для Киннерсли. Франклин очень взыскательно относился к своим научным трудам и считал, что лекции для Киннерсли отвечали всем необходимым требованиям. Во всяком случае, он направил их на суд доктора Митчела, своего знакомого, который был членом Лондонского королевского научного общества.
Франклину принадлежит заслуга открытия положительного и отрицательного полюсов в электричестве; он выдвинул и обосновал гипотезу о материальной природе электричества, доказал электрическую природу молнии, изобрел громоотвод и плоский конденсатор; результаты экспериментов Франклина вплотную подводили к пониманию одного из самых основных законов электростатического поля – закона Кулона.
Таков краткий перечень основных достижений Франклина в изучении электричества, которые поставили его в ряд самых выдающихся ученых, занимавшихся этой важной проблемой.
Как показывает история мировой науки, крупнейшие открытия в области точных наук, в отличие от наук гуманитарных, делались, как правило, учеными молодого возраста. Но нет правил без исключения. Франклин начал заниматься научной работой, когда ему был уже сорок один год, и тем не менее всего за пять-семь лет он сделал во много раз больше, чем многие крупные ученые-профессионалы за десятилетия беспрерывных научных исследований.
Идеи и выводы Франклина, как и многие гениальные эксперименты, были исключительно просты. Он, например, обратил внимание на «поразительную способность заостренных предметов извлекать и отдавать электрический огонь» (как он называл электричество) и экспериментально подтвердил свою гипотезу. Эксперимент, проделанный им с целью доказать правильность своего предположения, был поразительно прост.
Франклин клал чугунный шар диаметром в три-четыре дюйма на горлышко сухой стеклянной бутылки. К потолку прикреплялась шелковая нитка, на нижнем конце которой привязывался небольшой пробковый шарик, величиной, с горошину. Длина нитки и ее направление были такими, чтобы пробковая горошина соприкасалась с боком чугунного шара. Как только чугунный шар наэлектризовывался, пробковая горошина отлетала от него на несколько дюймов, в зависимости от силы электрического заряда. Если в этом положении к чугунному шару на расстоянии шести-восьми дюймов подводили острие кинжала, мгновенно прекращалось отталкивание пробковой горошины. Для того чтобы вызвать аналогичное действие с помощью тупого предмета, его надо было приблизить к шару на расстояние до одного дюйма, пока между этим предметом и шаром не проскочит искра.
На основании проведенных экспериментов Франклин направил в Лондон первый, очень краткий отчет. И уже в этом кратком отчете были четко выражены его идеи, которые составили основу унитарной теории электричества, и был сформулирован закон сохранения заряда.
В письме к Питеру Коллинзу в 1749 году Франклин изложил свою основную гипотезу о природе электричества. Он нарисовал яркую картину электризации тел. «Электрическая материя, – писал Франклин, – состоит из частиц крайне малых, так как они могут пронизывать обычные вещества, такие плотные, как металл, с такой легкостью и свободой, что не испытывают заметного сопротивления». Приведя эту выдержку из письма Франклина, П. Л. Капица писал: «Эта картина до сих пор в основном остается правильной… В наши дни мы называем эти „крайне малые частицы“ электронами».
Франклин писал, что любое тело является как бы губкой, насыщенной частицами электричества. Процесс электризации тел он сводил к тому, что тело, получившее избыток электрических частиц, заряжено положительно, тело, имеющее недостаток этих частиц, заряжено отрицательно. Количественно Франклин это доказывал опытом, понятным любому человеку, не имеющему специальной подготовки.
Два человека становятся на восковые подушки, которые являются изоляторами. Один из них трением электризует стеклянную палочку. Если этой палочкой он коснется другого человека, то оба они оказываются наэлектризованными. Определяется это тем, что прикосновение любого из них к заземленному предмету вызывает искру. Если стоящие на изоляторах люди сразу после электризации прикоснутся друг к другу, то между ними проскочит искра, после чего пропадает их наэлектризованность по отношению к земле. Доказательством этому является то, что при прикосновении к заземленному предмету искра больше не появляется.
Результаты своих опытов Франклин изложил в нескольких письмах на имя Коллинза, так как считал нужным хотя бы таким путем отблагодарить его за присланную аппаратуру. Коллинз прочитал эти письма на заседании Королевского общества. Однако ученые мужи Англии не сумели разобраться в большой научной актуальности работы, проделанной Франклином, и не сочли ее достойной публикации. Более того, когда доктор Митчел зачитал присланные ему Франклином лекции, написанные для Киннерели, где доказывалась электрическая природа молнии, члены общества подняли на смех и Франклина и Митчела.
Однако когда с результатами работы Франклина ознакомился серьезный ученый доктор Фозергилл, он посоветовал Коллинзу опубликовать эти работы отдельной книгой и написал к ней предисловие. Эта книга явилась большим вкладом в развитие науки и при жизни Франклина выдержала пять изданий.
Как нередко бывает с крупными научными открытиями, идеи Франклина получили признание сначала за границей и только потом на родине. Лекция Фраклина, где доказывалось тождество молнии и электричества, была переведена на французский язык и напечатана в Париже. И сразу же она привлекла к себе внимание ученых, причем отзывы некоторых из них были отнюдь не восторженными. Например, аббат Нолле, преподаватель натурфилософии в королевской семье, встретил теорию Франклина в штыки. Объяснялось это тем, что аббат сам был автором теории о природе электричества, которая была очень популярна в то время, а выводы Франклина не оставляли камня на камне от его идей.