И тем не менее именно Фарадею суждены были великие открытия. Дело в том, что Фарадей порой стихийно рвал путы эмпирики, некогда навязанные ему Дэви, и в такие минуты его осеняло великое прозрение - он приобретал способность к глубочайшим обобщениям.
Сейчас даже из соображений симметрии ясно, что если электрический ток (то есть движущийся электрический заряд) создает магнитное поле, то электрическое поле должно создаваться при движении магнита или магнитного поля. Для того чтобы прийти к этому выводу, Фарадею потребовалось одиннадцать лет.
За многие годы Фарадей перебрал множество комбинаций проводников, спиралей, сердечников и магнитов. Говорят, он в течение всего этого времени таскал в кармане магнит и кусок проволоки, чтобы в любое время исследовать, что произойдет при новом их взаимном расположении.
Нельзя сказать, чтобы искал он совсем уж вслепую. Фарадей опирался на аналогию с электростатической индукцией. (Если к телу поднести заряд, то поверхность тела, близкая к заряду, тоже зарядится, но только электричеством другого знака). А Фарадей искал индукцию электрического тока (движущихся зарядов), полагая, что она может быть вызвана магнетизмом.
Первый проблеск удачи появился лишь через одиннадцать лет после начала опытов.
29 августа 1831 года он собрал в лаборатории следующую несложную установку: на железное кольцо диаметром около шести дюймов он намотал изолированной проволокой две обмотки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, артиллерийский сержант увидел, как дернулась стрелка гальванометра, подсоединенного к другой обмотке.
Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно просмотрел все детали простой установки - все было в порядке.
Но стрелка гальванометра упрямо стояла на нуле. С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо - во время размыкания цепи стрелка гальванометра, показывающего электрическое напряжение в другой обмотке, опять качнулась и опять застыла на нуле! Вот как описывал сам Фарадей события великого дня:
Оригинальные приборы Фарадея - кольцо и катушка с вдвигаемым в нее магнитом. Трудно поверить, что с помощью именно этих "кусков проволоки и небольшого количества железа" Фарадей сделал поистине гениальное открытие!
"Я изготовил железное кольцо из мягкого круглого железа толщиной в 7/8 дюйма. Внешний диаметр кольца был 6 дюймов. Я намотал на одну половину кольца много витков медной проволоки, изолированных шнуром и коленкором. Всего на этой половине было намотано три куска проволоки, каждый длиной около 24 футов. Концы проволоки можно было соединить в одну обмотку или применять раздельно.
Испытание показало, что каждый из кусков проволоки вполне изолирован от двух других. Эту сторону кольца я обозначу буквой А. На другую половину кольца, отступив на некоторый промежуток от стороны А, я намотал еще два куска той же проволоки общей длиной около 60 футов. Направление витков было то же, что и на половине А. Эту сторону кольца я обозначу буквой В.
Я зарядил батарею из десяти пар пластинок, 4 квадратных дюйма каждая. На стороне В я соединил оба. конца проволоки в общую цепь и приключил ее к гальванометру, который был удален от моего кольца на 3 фута. Тогда я подключил концы одной из проволок на стороне А к батарее, и тотчас же произошло заметное действие на стрелку гальванометра. Она заколебалась и затем вернулась в свое первоначальное положение. Когда я прервал контакт стороны А с батареей, немедленно же произошел новый бросок стрелки".
Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?
Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера - связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество. Только две вещи оставались странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?
На следующий день 30 августа новая серия экспериментов, Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.
Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.
23 сентября он пишет своему другу Р. Филиппсу13: "Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы".
К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал! Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место. Легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз казалось - случайно. Нет, не может того быть! Разгадка где-то рядом. Но где?
Следующий эксперимент - 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу - к двум обмоткам: одной с током, другой - подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом - отсутствие стального кольца сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее. (Тривиально и ясно для нас, уже знающих, в чем тут дело. Но для Фарадея роль железного сердечника ясна отнюдь не была).
Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.
В записках Фарадея была найдена "шкала научных заслуг". Вот она:
Четыре ступени:
Открытие нового факта.
Сведение его к известным принципам.
Открытие факта, не сводимого к известным принципам.
Сведение всех фактов к ещеболее общим принципам.
Если воспользоваться этой шкалой, то можно увидеть, что открытия самого Фарадея - высшая ступень. Открытие Герцем электромагнитных волн - это вторая ступень, открытие радиоактивности Беккерелем - третья ступень. Заслуга Эйнштейна - четвертая, высшая ступень.
Эксперимент триумфальный - 17 октября.
Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.
"Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 1/4 дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался".
Секрет - в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!
"Это значит, что электрическая волна возникает только при движении14 магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое".
Идея оказалась плодотворной. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! "Электрическая волна" не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!
Здесь - путь к современным электрогенераторам. И поскольку Фарадей правильно оценил принцип действия нового устройства, оно было им быстро построено и испытано.
Фарадей придавал громадное значение искусству чтения лекций. Он брал уроки ораторского искусства. Его правила при чтении лекций:
Никогда не повторять фразу.
Никогда не возвращаться назад, чтобы уточнить что-либо.
Если не находится подходящего слова, никогда не бормотать: "Э-э-э...", "значит..." и т. п. Нужно остановиться - слова придут сами.
Артиллерийский сержант Андерсон должен был подкладывать читающему лекцию Фарадею на кафедру карточки: "МЕДЛЕННЕЕ" и "ВРЕМЯ".
28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.
Кстати, говоря о том, что Фарадеевский генератор вырабатывает электричество, мы никогда не задаемся вопросом, какое? Ответ для нас ясен - на свете есть лишь одно электричество, находящееся обычно в самых различных формах. Это не было ясным во времена Фа-радея, и вопрос "какое" был вполне уместен.
Фарадей сравнил действие различных "электричеств": получаемого с помощью змея, "янтарного", от электрических рыб. Выяснилось, что все электричества идентичны по свойствам, но различны по количеству. Например, все они могут разлагать воду, только с различной скоростью. Вывод Фарадея о том, что электричество, каким бы путем оно ни было получено, едино по своей природе, тоже один из важнейших в истории электричества. Открытие Фарадея еще раз подтверждает остроумную мысль, некогда выраженную М. В. Ломоносовым: "Природа проста и не роскошествует излишними причинами".
После "электромагнитной эпопеи" Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу - настолько была истощена нервная система непрестанными напряженными раздумьями.
Американский физик Джозеф Генри, единственный американец, которого в 20-х годах прошлого века увлекала проблема взаимоотношения электричества и магнетизма, оказалось, еще в 1830 году наблюдал явление электромагнитной индукции. Однако Генри не оспаривал приоритета Фарадея, руководствуясь мудрым и справедливым правилом; первооткрывателем считается тот, кто раньше обнародовал открытые им явления.
Вообще Фарадей никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно, хотя и не намеренно, проливающаяся на пол, а затем испаряющаяся.
Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея:
"В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков..."
Когда, за несколько лет до смерти, Фарадею предложили квартиру в Хэмптон-Корте, его здоровье было уже сильно подорвано работой.
С годами он отказывался от всего, что могло бы помешать ему работать, от писем, от лекций, от встреч с друзьями.