Электричество шаг за шагом

Т-12. Мир, в котором мы живём, устроен намного сложней, чем кажется с первого взгляда. Если раздобыть где-нибудь машину времени, проехаться на ней в далёкое прошлое и побеседовать с тамошним жителем, то он нарисует вам картину мира довольно-таки простую. В ней будет плывущий над нами потолок-небосвод, на котором закреплены звёзды, будет небольшой раскалённый шар, который каждый день перекатывается по небосводу от одного его края до другого, будет трение, рождающее огонь, и холод, превращающий воду в лёд. И ещё будут некоторые твёрдо установленные истины, по нынешней терминологии, законы природы. Например, такие: «Дерево, пожираемое огнём, даёт тепло», «В воде дерево не тонет, а камень тонет», «Всякое тело стремится к земле, тянется к ней по своей собственной воле».

Не торопитесь, пожалуйста, выводить своему далёкому предку двойку по природоведению. Таким же, наверное, виделось бы окружающее любому из нас, если бы он вырос где-нибудь на необитаемом острове без квартиры с водопроводом и паровым отоплением, без магазинов «Гастроном» и без школьных учебников, которые вобрали в себя тысячелетия исследований природы и размышлений. Так что запас знаний человека древнего необученного был для того времени не таким уж скудным, у него, единственного из всех земных обитателей, была своя картина мира.

И всё-таки…

И всё-таки это была картина мира, созданная всего лишь первобытным собирателем плодов, охотником, имевшим в своём арсенале палку и камень. Эту картину, конечно же, не сравнишь с тем, что знает современный человек, пассажир реактивного лайнера, владелец сотового телефона, ровесник электрического изобилия и лунных экспедиций.

ВК-11. Возраст нашей Вселенной примерно 13 миллиардов лет, Солнца — около 5 миллиардов и планеты Земля — 4,8 миллиарда лет. Земля довольно долго остывала и бурно формировала свою поверхность. А примерно 3,5 миллиарда лет назад на ней возникли первые живые клетки, и после 2,5 миллиарда лет их эволюции стали появляться простейшие животные. История человека разумного — примерно 200 тысяч лет, а широко использовать электричество люди научились вообще каких-то 200 лет назад.

Р-1. ВОТ ОНО, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, — УБЕДИТЕСЬ САМИ! Для этих опытов мы выбрали два вполне доступных и широко известных материала — оконное стекло и пластмассу, из которой делают гребёнки или корпуса дешёвых шариковых ручек. В обычном своём состоянии стеклянная и пластмассовая палочки никаких особых свойств не имеют (1), и об этих материалах мы пока можем говорить лишь то, что известно человеку уже много лет, к чему он привык: о массе стекла и пластика, о их форме, размерах, цвете, твёрдости и т. п. Но вот мы натёрли стеклянную и пластмассовую палочки обычной тканью (2), и у них появилось какое-то совершенно новое свойство — у палочек как бы появилась новая сила, которая притягивает лёгкие клочки бумаги. Эта сила преодолевает силу тяжести клочков бумаги (пусть немного, но бумага что-то весит!) — в соответствии с известными законами природы кусочкам бумаги следовало бы падать вниз, а они поднимаются вверх, движутся к натёртым стеклянной и пластмассовой палочкам. Эту силу мы теперь называем «электричество», от греческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь»: почти четыре тысячи лет назад, а может быть, и раньше, загадочные электрические силы были обнаружены при натирании янтаря. Силы эти начинают действовать потому, что в натёртых стекле и пластмассе появляются скрытые ранее особые электрические свойства, или иначе — электрический заряд.

Для подготовки к очень важной второй части нашего опыта отметим, что электрические свойства (электрический заряд) с натёртой стеклянной палочки или с натёртой пластмассовой палочки можно простым касанием частично передать другому предмету, например подвешенному на нитке пенопластовому шарику (3)

Т-13. История человека и человечества в семи абзацах. Историю человечества можно отсчитывать от разных событий, в том числе и от Большого взрыва, в результате которого появилась наша Вселенная. Совершенно непонятно, что было до этого, и не очень понятно, что происходило сразу после Взрыва, хотя некоторые следы последующих событий сохранились до наших дней. Первое время Вселенная, скорее всего, представляла собой гигантское и быстро расширяющееся облако атомных частиц, затем простейших атомов — водорода и получающихся из них чуть более сложных атомов гелия. Через какое-то время в этом газовом облаке стали возникать сгустки, из которых в итоге получались звёзды. Менялось и само вещество Вселенной, в звёздных процессах стали появляться всё более сложные атомы — сегодня их уже около 100 разновидностей. А звёзд в нашей Вселенной сейчас, по грубым, разумеется, расчётам, чуть ли не триллион триллионов — это число, у которого после единицы 24 нуля.

Сначала только у одной из всех известных звёзд — у нашего Солнца — были надёжно обнаружены вращающиеся вокруг этой звезды большие космические тела — планеты. Планета — удобное место для возникновения жизни, и на одной из планет Солнечной системы — на той, которую мы сейчас называем Земля, — жизнь действительно возникла. Сначала появились простейшие одноклеточные организмы, потом, спустя примерно 2 миллиарда лет, многоклеточные, всё более сложные, разделившиеся в какой-то момент на мир растений и мир животных.

Биологическая эволюция — процесс медленный и долгий, и лишь через 4 миллиарда лет после образования первых жизнеподобных структур появилось наиболее совершенное творение живой природы — человек разумный. Он выделился из мира животных благодаря тому, что умел ловко работать, придумал замечательное средство общения — разговорный язык, и, главное, благодаря умению мыслить, соображать, что к чему.

Научившись думать, человек, естественно, прежде всего подумал, как улучшить, облегчить свою нелёгкую жизнь. Размышляя об этом, он всматривался в окружающий мир, давал названия предметам и явлениям, образно говоря, наклеивал на них этикетки со словами-названиями. Так со временем появились слова, о значении которых мы уже и не задумываемся, такие, скажем, как «пространство», «время», «вес», «движение», «масса», «сила», «температура». Все эти слова — всего лишь названия того, что мы получили вместе с миром, в котором живём.

ВК-12. Человек не воспринимает электричество, не чувствует его, как, например, тепло и холод, шероховатость, влажность или вес. Убедиться в том, что электричество существует, можно в простейшем эксперименте: натрите тряпкой пластмассовый предмет, например расчёску, и она начнёт притягивать клочки бумаги. Они должны падать вниз, но какие-то новые свойства натёртой расчёски заставляют бумажки двигаться вверх. Эти долго скрытые от людей свойства были в своё время названы электричеством.

Р-2. ДВА ОДИНАКОВЫХ, НО В ЧЁМ-ТО РАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. Натирая тканью стекло и пластмассу, можно выявить скрытые в них до этого особые электрические свойства (заряды), которые туг же начнут действовать — одинаково хорошо притягивать мелкие клочки бумаги. Из этих опытов можно сделать вывод: при натирании стекла и пластмассы в них появляются совершенно одинаковые электрические заряды.

Во второй части опыта мы на всякий случай проверим этот очевидный факт, для чего используем несложную установку — доску, к которой подвешены четыре пары совершенно одинаковых пенопластовых шариков (1). Имея две наэлектризованные натиранием палочки, мы передадим этим четырём парам пенопластовых шариков четыре возможные комбинации двух электрических зарядов — с натёртого стекла и с натёртой пластмассы. И самостоятельно придём к выводу, сделанному почти 300 лет назад: электрический заряд бывает двух разных сортов, один из них появился на натёртом стекле, другой — на натёртой пластмассе. Если бы эти заряды были одинаковыми, то пары пенопластовых шариков во всех случаях вели бы себя одинаково.

Две разновидности электрического заряда были названы положительным (появляется при натирании стекла, обозначение «+») и отрицательным (появляется при натирании пластмассы, обозначение «—»). Вывод из этого нашего эксперимента можно сделать очень простой: предметы с одноимёнными электрическими зарядами («плюс» и «плюс» или «минус» и «минус») отталкивают друг друга (1, 2), а предметы с разноимёнными зарядами («плюс» и «минус» или «минус» и «плюс») притягивают друг друга (3, 4).

История человечества, начиная с самых первых его шагов, это в значительной мере история изучения мира, история открытий и изобретений. Главная движущая сила — природные инстинкты, навеки записанные в наследственную память, их называют безусловными рефлексами. В числе этих безусловных рефлексов есть такие, которые управляют жизненно важными процессами: дыханием, пищеварением, работой сердца, мышц, системой равновесия и движения. К безусловным рефлексам относится и исследовательский инстинкт, он помогает человеку выжить и передать эстафету следующему поколению. Заметив, что при ударе камнем о камень появляются искры, человек придумал, как добывать огонь и, сжигая дрова, согреваться в зимнюю непогоду, освещать жилище, употреблять варёную пищу, огнём отгонять хищников. Присмотревшись к падающему с уступа ручью, человек придумал водяную мельницу, заставил работать силу земного притяжения. Изучая поведение водяного пара, он в итоге создал паровую машину, мощнейший заменитель своих мускулов. Поднявшись на исключительно высокий уровень исследований и экспериментов, человек открыл навсегда, казалось бы, скрытый от него источник энергии — ядерные силы. Невозможно без волнения думать о том, как изменил жизнь вечно голодного и замерзающего пещерного жителя его исследовательский инстинкт — его природная пытливость, потребность изучать и изобретать.

Как учит энциклопедический словарь, история — это процесс развития общества, развития отношений между людьми, между государствами, партиями, нациями. Мировая история сплетена из сложных и очень разных процессов и событий, таких, как освоение новых территорий, новых торговых путей, накопление богатств, жестокие войны, благородные поступки, обман и предательство, противодействие стихиям. Скорее всего, выявленный физиологами безусловный рефлекс экономии сил был первопричиной захватнических войн, позволявших разбогатеть, не утруждая себя работой, а также подвёл какого-нибудь пещерного штурмбанфюрера к идее рабского труда. Но, видимо, этот же рефлекс экономии сил надоумил наших далёких предков переложить часть тяжёлой работы на волов, лошадей и осликов, а позже научил человека придумывать машины, помогающие ему работать.

В сложную ткань истории человечества вплетена история научных открытий и изобретений, которую многие политики считают чем-то второстепенным. Но посмотрите, как изменило мир, как повернуло историю изобретение бензинового двигателя, автомобиля и самолёта, открытие цепной реакции деления урана, за которым вскоре последовали атомная бомба и атомные электростанции. И попробуйте представить себе, каким был бы наш мир, наша история, если бы несколько энтузиастов лет двести назад не взялись за изучение электричества. Вспомните, что успехи разнообразных электрических технологий внесли свой немалый вклад в избавление от рабского труда: сегодня на каждого жителя планеты приходится несколько мускулистых электрических работников, десятки исполнительных электрических секретарей и длинноногих электрических курьеров. А на горизонте истории уже видятся новые победы науки, техники, технологии, в том числе связанные с многообразным применением электричества.

ВК-13. Электрические свойства натёртой пластмассы (такие же примерно свойства появляются у натёртого тканью стекла, ВК-16) научились оценивать количественно.

Как, например, в метрах оценивают длину и в килограммах массу. И название у этих свойств теперь строгое и определённое — «электрический заряд». Тот, кто придумал его, видимо, считал, что при натирании в пластмассу или в стекло вталкивают носители электричества, подобно тому, как, заряжая старинную пушку, в неё вталкивали ядро.

Т-14. Люди не быстро выясняли, как что устроено в природе. Сначала, наверное, лишь одинокие смельчаки решались перейти порог дозволенного и увидеть больше, чем хочет показать природа. Эти безвестные эдисоны сделали немало великих открытий и изобретений, таких как рычаг, колесо, ориентировка по звёздам, земледелие. И ещё одно великое изобретение — школа, система передачи знаний, умение передавать их потомкам, чтобы те не начинали все «с нуля».

Три-четыре тысячи лет назад размышления о том, как устроен мир, стали своего рода профессией, но ещё очень долго пограничная линия, отделяющая знание от неизвестности, продвигалась вперёд очень трудно и медленно. Лишь где-то с середины прошлого тысячелетия процесс этот заметно ускорился, а к концу тысячелетия пошла просто какая-то лавина открытий и изобретений. Ещё двести лет назад, или, вернее, всего двести лет назад, люди в повозках или на санях мощностью в три лошадиные силы неделями преодолевали расстояние, которое современный самолёт с тремя сотнями пассажиров пролетает за несколько часов. Добавьте к этому радио, телевидение, антибиотики, роботов, цветную фотографию, миллионы автомобилей, синтетические волокна и пластмассы, благоустроенные жилища для миллионов, Интернет, световодную связь, тысячи спутников над планетой. И все это появилось за каких-нибудь сто лет — просто за какое-то мгновение в истории человечества.

ВК-14. Электрический заряд имеется у многих микрочастиц, из которых состоят практически все вещества нашего мира. С этим зарядом связано появление особых электрических сил, так же как появление гравитационных сил связано с существованием массы. Судя по всему, электрический заряд, как и масса, появился в нашем мире при его рождении, во времена Большого взрыва. Это даёт повод подумать о других основных силах природы. Сколько их всего? И в каких процессах они себя проявляют?

Т-15. На сжатой в 30 миллионов раз шкале времени открытие Америки произошло примерно 8 минут назад. В нескольких популярных книгах о науке встречается интересный приём — авторы сжимают время в 30 миллионов раз, и один год на такой сжатой шкале времени превращается в секунду. Вот как располагаются на ней известные события.

Примерно 500 лет назад (фактически 15 миллиардов лет назад, но мы сжали время в 30 миллионов раз, и из 15 миллиардов лет получилось 500 лет) произошёл Большой взрыв, из загадочной непостижимо плотной микроскопической пылинки родилась и стала быстро расширяться наша Вселенная. Около 150 лет назад в неприметном уголке Вселенной из гигантского газопылевого облака, окружавшего рядовую звезду, которой потом дали имя Солнце, образовалась цепочка планет, и в их числе — наша Земля. Лет двадцать Земля остывала (не забудьте: весь отсчёт времени идёт по сжатой шкале, где год — это 30 миллионов реальных лет), а ещё через десять на некоторых участках её поверхности в тёплых водах Мирового океана начались сложные химические процессы с образованием больших саморазмножающихся молекул, началась предыстория жизни. Около ста лет назад появились первые живые клетки, а затем много десятилетий они совершенствовались, специализировались, объединялись в многоклеточные организмы. Лет десять-двенадцать назад появились рыбы и папоротники, пять лет назад — динозавры, которые, правда, уже через год исчезли с лица Земли. Немногим более четырёх лет назад в небо поднялись первые птицы, примерно через год начали появляться млекопитающие.

И только месяц прошёл с тех пор, как из царства животных выделился человек.

Ещё пару дней назад (мы продолжаем описание событий всё в том же масштабе — год отображаем секундой, тысячелетие при этом сжимается до 15 минут, а 100 тысяч лет превращаются примерно в (утки) наши предки жили в пещерах, учились добывать огонь и пользовались простейшими каменными инструментами. И лишь два-три часа назад, после многих дней обитания на планете (масштаб все тот же — час отображает примерно 4 тысячи лет) человек сменил каменный топор на металлические орудия, звериные шкуры на тканую одежду, начал строить города, изобрёл письменность. Чуть больше часа назад возникли могучие государства — Греция, Рим, Египет, началось дальнее мореплавание, культурное земледелие, появились философы, астрономы, математики, инженеры, были созданы разнообразные строительные и военные машины, большие корабли, колесницы, водопровод. Менее 10 минут назад Колумб открыл Америку, через 2 минуты после этого заработал паровой насос, ещё через полторы минуты почти одновременно двинулись в путь паровоз и пароход, вслед за ними, меньше, чем через минуту, появилось некоторое подобие электропоезда. Две минуты назад в России отменили крепостное право, полторы минуты назад выехал на дорогу первый автомобиль и почти в то же время взлетел самолёт, заработал телефон, засветились электрические лампочки, появилось кино, родилось радио. Меньше минуты прошло с того момента, как люди научились добывать энергию, спрятанную в атомном ядре, 40 секунд назад первый из землян полетел в космос, ещё через несколько секунд появились персональные компьютеры, а полминуты назад первые люди высадились на Луне.

Большинство открытий и изобретений последнего столетия так или иначе связано с электричеством, хотя его изучение началось с некоторым опозданием. Люди уже умели печатать книги, строить многоэтажные дома, выплавлять металл и отливать пушки, уже были сконструированы пружинные часы и построена паровая машина, а немногочисленные исследователи-энтузиасты всё ещё повторяли и пытались объяснить простейшие опыты с электричеством, впервые описанные более двух тысяч лет назад (это уже обычные, годы — без пересчёта).

Мы с вами, кстати, сейчас обратимся именно к этим опытам — в них проще всего поискать ответ на непростой и в то же время очень простой вопрос: «Что такое электричество?».

ВК-15. Когда-то считали, что есть пять главных сил: гравитационные, электрические, магнитные, а также действующие только в микромире ядерные сильные и ядерные слабые силы. Однако уже давно доказано, что электричество и магнетизм — это два разных проявления единой электромагнитной силы. А недавно обнаружили новую единую силу, союз трёх — электричества, магнетизма и слабых ядерных сил, — эту тройку назвали электрослабой силой. Теоретики полагают, что со временем может быть обнаружено и «Великое объединение» — единая природа всей пятёрки главных сил.

Р-3. СИЛА, РАБОТАЮЩАЯ ВЕЧНО И ЛИШЬ НЕДАВНО ЗАМЕЧЕННАЯ. Любые физические тела, имеющие массу, например m₁ и m₂, притягивают друг друга (1). Этот процесс мы называем гравитацией, а силы F₁, которые пытаются сблизить массы m₁ и m₂, называем гравитационными силами (1). Из пятёрки главных сил природы (см. Р-10) гравитация самая слабая. Но мы с вами живём на довольно большой планете Земля с массой 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, а сила гравитационного притяжения тем сильнее, чем больше масса хотя бы одного из участвующих в этом процессе физических тел. Поэтому даже небольшие и лёгкие предметы вроде яблока или дорожной сумки, не говоря уже о мешке с зерном или о гранитной глыбе, притягиваются к огромной массе Земли с вполне заметной силой. Животные, развиваясь и совершенствуясь

Электрические силы (2), так же как гравитационные, были получены нашим миром как бы в подарок при его рождении. Электричество играет особо важную роль практически во всём, что было дальше, — от создания устойчивых атомов до появления и развития жизни. Но электрические процессы не столь заметны, не столь доступны, как гравитационные, — скрытое от нашего взгляда электричество приходится изучать для того, чтобы получить доступ к его использованию.

Т-16. Наряду с бессчётными вопросами, на которые можно ответить детально и конкретно, есть немного «почему?», допускающих пока только один ответ: «Так устроен наш мир». Вы подняли с земли небольшой камушек, затем отпустили его, и камушек полетел вниз, упал на землю. Почему? Что за странный вопрос? Камушек полетел вниз, потому что Земля его притягивает. А почему она его притягивает? Вы задумались: что ответить? Можно пошутить: «Почему? Потому что кончается на «у». Можно нагрубить: «Притягивает, потому что притягивает». Можно схитрить: «Мы этого ещё не проходили». Но как тут не мудри, как не хитри, а привычного объясняющего ответа вы не найдёте. Камень притягивается к Земле — это факт. И если начать разбираться, то окажется, что падение камня всего лишь частный случай более общего явления: все физические тела, имеющие массу, все предметы притягивают друг друга.

ВК-16. Гравитация известна одного типа — две массы всегда притягиваются. А вот электрический заряд, оказывается, бывает двух разновидностей — одну назвали положительной (обозначается знаком «плюс», «+»), другую отрицательной (обозначается знаком «минус», «—»). Оба заряда часто действуют одинаково, например, одинаково хорошо притягивают клочки бумаги. А вот друг с другом заряды взаимодействуют по-разному: разноимённые (+ и —) притягиваются, а одноимённые (+ и + или — и —) отталкиваются.

Явление это назвали «гравитация», от латинского слова «гравитус» — «тяжесть». Часто с тем же смыслом употребляют и русское слово «тяготение» (скорее всего от слова «тяга»), прекрасно отражающее существо дела: все объекты нашего мира тяготеют друг к другу, испытывают, так сказать, взаимное гравитационное влечение. Именно это Ньютон назвал законом всемирного тяготения. Переместитесь со своим камушком на Луну, и он там тоже будет притягиваться к «земле» — будет падать на лунную поверхность. При этом камушек будет одновременно притягиваться и к Земле — тяготение всемирное, каждый притягивается к каждому, все ко всем. Но только от Земли камушек уже далеко, а к лунной поверхности — близко. Сейчас Луна тянет его несравнимо сильней, чем Земля, — гравитационные силы с расстоянием резко уменьшаются, и чем ближе один к другому два каких-нибудь предмета, тем сильнее они притягиваются.

По закону всемирного тяготения даже два яблока, которые лежат на тарелке, притягивают друг друга. Но сила притяжения у них ничтожно малая, её никак не хватает на то, чтобы сдвинуть яблоки с места. Дело в том, что сила гравитационного притяжения зависит не только от расстояния, но и от массы притягивающихся предметов или, проще говоря, от того, насколько много в них вещества, насколько много атомов и молекул.

Масса Земли огромна — примерно 6 триллионов триллионов килограммов, шестерка и за ней 24 нуля. Поэтому там, где в гравитационном взаимодействии участвует Земля, появляется довольно большая сила, её вполне хватает на то, чтобы энергично перемещать к земной поверхности выпущенный из руки камень, капли дождя или даже оторвавшийся от дерева очень лёгкий засохший жёлтый лист. А масса Луны в 80 раз меньше, и она притягивает к себе значительно слабее Земли. Поэтому астронавты так легко ходили (можно даже сказать прыгали) по Луне, и для того чтобы оторваться от неё, космическому аппарату хватило одного сравнительно небольшого двигателя.

Кстати, мы допускаем неточность, когда утверждаем, что камушек притягивается к Земле. Притяжение у них взаимное, но Земля тяжёлая, ей трудно сдвинуться с места, а камушек лёгкий, гравитационные силы перемещают его без особого труда.

Но, как говорится, к чёрту подробности — мы заговорили о падающем камне для того, чтобы сделать выводы чрезвычайной важности. Опыт демонстрирует нам явление, которое называют гравитационным притяжением или гравитационным взаимодействием, а коротко — просто гравитацией. Откуда она появилась? Какова природа гравитации? Почему разные предметы притягивают друг друга?

Можно написать цепочку химических формул и объяснить, почему горят дрова. Можно нарисовать несколько схем и объяснить, почему взлетает многотонный самолёт. Но сегодня подобным образом нельзя, невозможно достаточно просто объяснить, почему работает гравитация. Мы своими глазами видим, что камень падает на Землю, видим, что гравитационное притяжение есть. И объясняется оно очень просто и понятно: так устроен наш мир.

ВК-17. Все вещества состоят из атомов, и самый простой из них — атом водорода. В его ядре один протон с положительным электрическим зарядом (+), а вокруг ядра вращается электрон — частица с отрицательным зарядом (—). Электрон под действием центробежных сил «бежит от центра», но убежать не может из-за электрического притяжения к ядру. Так электрические силы обеспечивают устойчивость атомов, вплоть до самых сложных, в ядре которых больше сотни протонов, а на орбитах столько же электронов.

Т-17. Электричество — одна из важнейших важностей нашего мира, одна из действующих в нём главных сил. Все живые организмы знают, что такое гравитация, прекрасно чувствуют её — чувствуют собственный вес или вес предмета, который нужно поднять. А человек не только чувствует гравитационные силы, но уже давно сумел приручить гравитацию, заставил её, например, бесплатно перевозить грузы вниз по реке и вращать жернова водяной мельницы. Коротко говоря, мы с вами полностью свыклись с гравитацией, считаем её совершенно естественным и абсолютно понятным явлением.

ВК-18. Ночная гроза — хороший повод для размышлений о нашей истории. Такие же молнии полыхали миллиарды лет назад (история учит, какой огромный срок тысяча лет, а тут тысяча тысяч — миллион и тысяча миллионов — миллиард), когда из бессчётных молекул в океане сложилась химическая цепочка их размножения. Через 3 миллиарда лет по джунглям уже бродили стада динозавров. А ещё через 60 миллионов лет заработал первый в мире радиоприёмник, названный грозоотметчиком.

Р-4. ТРИ САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ МИКРОЧАСТИЦЫ. Все известные нашим химикам миллионы веществ в итоге сделаны из трёх типов микрочастиц: протонов, нейтронов и электронов. Первые две частицы — протон и нейтрон — своего рода тяжеловесы микромира. Каждая из них в триллион триллионов раз легче песчинки, но в то же время почти в две тысячи раз тяжелее электрона. При этом тяжёлый протон и лёгкий электрон в дополнение к массе имеют ещё и электрический заряд, по своей силе одинаковый, но по знаку разный — у протона «плюс» (электричество этого типа появляется при натирании стекла), у электрона «минус» (а он появляется при натирании пластмассы). Нейтрон по своей массе почти такой же, как и протон, но никакого электрического заряда вообще не имеет — об этом говорит само название частицы, которое происходит от латинского слова «нейтрум» — «ни то ни другое».

Около двух с половиной тысяч лет назад древнегреческий философ и исследователь природы Фалес Милетский сообщил своим коллегам, что у гравитации есть соперник, ранее ловко скрывавшийся от людей. Обнаружилось, что если натереть шерстью янтарную палочку (янтарь — окаменевшая прозрачная смола древних деревьев), то палочка притягивает к себе лёгкие предметы, скажем, клочки ткани. Под действием своего веса, то есть под действием гравитационного притяжения к Земле, эти клочки ткани должны были бы падать, двигаться вниз. А они, преодолевая силы гравитации, упрямо поднимаются вверх.

О чём это говорит? Только об одном: кроме гравитационных сил, кроме сил притяжения, которые стремятся сблизить две массы, в мире существуют ещё какие-то силы. И в опыте с натёртой янтарной палочкой они оказались сильнее гравитации. Какова природа этих неизвестных ранее сил? Почему они появляются после натирания янтаря?

Ответить на эти вопросы первые исследователи не могли, они лишь подробно описали, зафиксировали сам факт непонятного притяжения. А название «электричество» новому явлению, судя по всему, было дано лишь через две тысячи лет — оно впервые появилось в трудах Вильяма Джильберта, придворного врача английской королевы. Он, как мы сейчас сказали бы, в свободное от работы время занимался исследованием магнитов, а затем стал повторять опыты греков с электричеством. На русский язык это слово можно было бы перевести так: «янтаричество». Потому что «электричество» происходит от греческого слова «электрон», что означает «янтарь», и электричеством новое явление было названо именно потому, что оно было обнаружено в опытах с янтарной палочкой.

Опыты с натиранием янтаря позволяют сделать очень важный вывод. До этих опытов было известно только одно основное свойство вещества — масса. Именно она была первопричиной гравитационных взаимодействий, заставляла предметы притягиваться друг к другу, двигаться, работать. Натёртый янтарь показал, что наряду с массой у вещества может быть ещё одно работающее основное свойство, в дальнейшем ему дали название «электрический заряд». Почему электрический — понятно. Почему заряд? Трудно сказать. Может быть, тот, кто впервые ввёл это понятие — «электрический заряд», — представлял себе, как, натирая янтарь, в него вталкивают некое невесомое электрическое вещество, заряжают янтарь электричеством. Подобно тому, как заряжали когда-то пушку, вталкивая в неё стальное ядро.

Любопытно, что в английском языке в роли нашего слова «заряд» используют слово charg (произносится: чардж), имеющее много значений, в том числе «цена», «нагрузка», «обязанность». Так что в этом случае «электрический заряд» по смыслу, видимо, означает «электрическая цена», то есть мера электрических свойств.

ВК-19. Показатель степени — это удобный способ записи больших (малых) и очень больших (очень малых) чисел. Показатель — маленькая цифра вверху справа от основной (основания) — говорит о том, сколько раз это основание нужно умножить само на себя. Особо удобно основание «10» — его показатель степени сообщает количество знаков (нулей) у итогового большого числа. Показатель степени с минусом переводит итоговое большое число в знаменатель дроби, превращая результат в маленькое число.

Т-18. При своём рождении наша Вселенная получилась такой, что практически у всех атомных частиц есть масса, а у некоторых к тому же есть ещё и электрический заряд. Атомы состоят из атомных частиц, а все вещества — из атомов. Почти все атомные частицы имеют такое свойство, как масса (исключение — неуловимо малая частица нейтрино, массу которой уже много лет пытаются обнаружить, но пока не обнаружили, по предсказаниям некоторых теоретиков — не обнаружат). Все вещества состоят из атомов, и поэтому у любого физического тела, у любого предмета есть масса. У стального шарика она побольше, у бумажного — поменьше, но ещё никто не видел шарика без массы. А вот электрический заряд есть не всегда — если янтарную палочку не натирать, то у неё вроде бы нет никаких электрических свойств, нет никакого заряда. Оговорка «вроде бы» использована здесь со значением, и вы вскоре в этом убедитесь.

Все эти пояснения, как и предыдущие упоминания о происхождении Вселенной и истории человечества, должны приучить к мысли о том, что электрические силы, как и гравитационные, — это наследство, полученное нами вместе с самим нашим миром, его составная часть. В природе электричество играет очень важную, можно сказать, фундаментальную роль, — без него, без электричества, никакого такого мира не было бы вообще. Достаточно сказать, что все атомы и молекулы существуют благодаря действию электрических сил. Однако подавляющая часть электрической активности, электрических действий как бы скрыта от нас, человек сотни тысяч лет встречал электричество только в виде пугающей его с небес молнии. И весь наш огромный и разнообразный электрический мир, все приборы, аппараты, системы и машины, всё это было «от нуля» придумано человеком, который первый раз, образно говоря, взял в руки электричество в опытах с янтарной палочкой.

ВК-20. Человек и окружающие его предметы по размерам занимают как бы среднее положение в мире. Привычные для нас масштабы, грубо говоря, от миллиметра до километра, а размеры самого человеческого тела один-два метра. Вместе с тем в микромире предметы несравнимо более мелкие, типичный их размер миллиардные доли метра (нанометры) и меньше. А во Вселенной мы видим конструкции, например звёздные системы галактики, которые в триллионы триллионов раз больше метра.