Први кораци за откривање суперпроводљивости

Чланак је написан посебно за 250. обљетницу Откривања смрзавања живе.

Ја

Академија наука у Санкт Петербургу, отворена 1725. само морао постати истовремено лидер у проучавању физике хладноће. „Природа нашег локалитета је изненађујуће повољна за спровођење експеримената са хладноћом“, написао је Г. В. Крафт, један од првих професора из Петерсбурга. Међутим, одмах је упозорио да у природи прехладе постоји много непознатог. "До сада су наведене карактеристике заогрнуте таквим мраком да им је требало неколико година да осветле, а можда је требало читав век живота, и не само један, већ и много проницљивих поклона." Био је у праву. [1.]

Академије Енглеске, Италије, Француске, Немачке, Холандије, па чак и Шведске лежале су у благом поднебљу. Технолошки је лакше добити високе температуре за експерименталне потребе него хладно. Још у антици човек је могао да прими високе температуре довољне за топљење жељезне руде. Али пре него што је научио да утапа гасове, спуштавање било је врло проблематично. Тек 1665. године физичар Боиле је био у стању да смањи температуру воденог раствора за само неколико степени. То је постигао растварањем амонијака у води.

И зашто су онда људима требале ниске температуре? Пре свега, научницима да калибрирају термометре који се користе за метеоролошка мерења, где постоје температуре до сада непознате старцима. Произвођачи термометара започели су са одабиром таквих материја и растварача који би снизили температуру раствора што је више могуће. Такву композицију изумио је холандски мајстор научних инструмената Д. Фахренхеит. Препоручио је употребу дробљеног леда коме ће се додати концентрована азотна киселина. У Русији је такав састав почео да се назива знатижељном материјом.

Зима 1759-1760. У Санкт Петербургу показала се врло леденом. Већ 14. децембра „догодила се екстремна хладноћа каква до сада није примећена на Академији“. На данашњи дан академик Јосепх Адам Бровн са чисто научним циљевима затражио је себи да разјасни питање „Колико се та природна хладноћа може умножити уметношћу“. У ту сврху је користио састав Холанђанина, мада уместо дробљеног леда, користио је улични снег, са околном температуром. Ставио је снег у стаклену посуду, сипао мало азотне киселине и убацио живин термометар у ову племениту материју. Након неког времена извадио је термометар и "радо утврдио да није оштећен, али жива је и даље била". [2]

Чему се Браун радовао? Да се ​​термометар није одмрзавао? Не, тек је почео сумњати да је жива залеђена у цеви термометра. И била је сензација! Ниједан научни трактат свих времена и народа није известио да жива може бити чврста. Ево шта се, на пример, може прочитати у уџбенику тог времена за рударе руде: „Овај минерал се по изгледу не разликује од растопљених метала, али они се смрзавају у таквој врућини, од које се многе ствари запале, а жива се не може смрзнути у најјачем мразу“ . Имајте на уму да аутор уџбеника, МВ Ломоносов, чак не сматра да је жива метал. [3]

Насловна страна исписа извештаја академика И. А. Брауна на јавном састанку Академије наука у Санкт Петербургу

Уверење научника тог времена у овај постулат било је толико велико да су 18. новембра 1734. године, када је коњички козак Саломатов, посматрач на метеоролошкој станици у Томску, Академичарима Гмелину и Миллеру известио о замрзавању живе у свом барометру, у то једноставно нису веровали. Имали су сумњу да је неискусни Козак једноставно просуо живу, јер „није га пажљиво извадио и протресо, јер се у супротном то не би могло догодити, јер мразови су неуспоредиво јачи, жива се није смрзнула“. Научници су били толико сигурни у своју невиност да су уместо наводно просутих још шест животописних калема послали Козаку. Запамтите име Миллера, још ћемо је упознати. [4]

Али вратимо се на експерименте у Ст. Дакле, "писао је Бровн касније," био сам "сигуран да је жива у термометру постала чврста и непокретна од хладноће, и самим тим се смрзнула". Све је било тако неочекивано да је одлучио да вест одмах пријави колегама. Убрзо окупљени научници одлучили су да је приликом спровођења поновљених експеримената потребно сломити термометар и визуелно потврдити чињеничну чињеницу. У ту сврху је на академској радионици наручена нова серија термометра.

Експерименти су могли започети тек 25. децембра, „за потребан број термометра ускоро је било немогуће учинити“. Поред Брауна, експерименте су започели академици М. В. Ломоносов, Ф.У.Т. Епинус, И.Е. Зеигер и фармацеут И.Г. Модел. Сваки од учесника, понављајући Браун-ове трикове, добио је од сломљених термометара ступове чврсте живе у облику жице, „попут сребра“, и живог „метка“ на крају. Жице су се лако савијале, а „метак“ се лако спљоштавао ударцима оштрицом секире, јер „имао је тврдоћу олова или калаја“. Касније је Зеигер рекао да изгледа као да је чуо како звони. Сва својства метала била су евидентна, па је жива метал, а приоритет откривања ове чињенице припада Русији.

Експерименти у Санкт Петербургу направили су сензацију у научном свету. Новине и приватна преписка научника били су далеко испред званичних извештаја Академије и због тога су направљене озбиљне искривљености, посебно у вези са улогом главних ликова. Име проналазача није тачно именовано, што је довело до великог скандала на Академији. На иницијативу Ломоносова, Канцеларија је организовала посебну истрагу. Пронашли су кривца - то је био академик Милер, који је „писао у Лајпцигу у име Академије и без њеног знања је наводно почетак овог експеримента дошао од професора Зеигер-а и Епинуса, а Бровн је, наводно, понекад, морао да нађе бисерно зрно као петао“. Због тога су Милера оштро критиковале колеге на састанку Канцеларије. Случај науке је готово типичан. [5]

Праћени одговорима других научника. „Откривање професора Брауна од највеће важности,“ написао је Леонард Еулер, „и посебно ми је пружало задовољство јер сам увек веровао да је топлота прави узрок течног стања живе.“

Резултати зимских експеримената канцеларке Академије препознати су толико важни да су њихови резултати одлучени да буду објављени на јавном састанку Академије на свечаном слављу имењаке царице Елизабете Петровне. Извештаје о отварању добили су упутства да направе главни ликови отворења: И. А. Бровн на немачком и М. В. Ломоносов на руском. Први извештај назван је „О невероватној хладноћи, уметност је произвела“, други - „Образовање о тврдоћи и течности тела“. Текстови извештаја одлучени су да буду објављени у засебним маркама, које су затим штампане у наклади од 412 примерака и сада се могу наћи у главним библиотекама земље.

Браунове заслуге у историји физике сада поштују потомци. Али која је заслуга Ломоносова није познато ни сународницима ни страним научницима. И има се шта прочитати. Пре него што разговарамо о томе, ми ћемо дати још један преглед открића руских научника, направљеног 1763. године: „Најзначајније од свих открића у последње три године је утврђивање чињенице топљења живе.“ [6]. Ове речи припадају једном од оснивача науке о електрицитету, великом Американцу Б. Франклину. Његово главно дело „Експерименти и запажања електричне енергије“ било је добро познато руским научницима, а опетовано их је цитирао Г. В. Рикхман и М. В. Ломоносов у својим списима.

ИИИ

Франклиново дело је збирка његових писама упућених другим учењацима. Овде су експерименти које је аутор спровео у Новом свету и теоријске конструкције аутора описани у низу. Био је један од првих који је почео широко примењивати сада познати електричарима појам проводник, који је увео енглески научник Т. Десагулиер. У једном од тих писама из 1751. године.можете прочитати следеће: једина разлика између проводника и непроводника је „само што неки од њих воде електричну супстанцу, а други не“. И даље: „Само метали и вода су идеални проводници. Друга тела спроводе само уколико садрже нечистоће метала и воде. " [7]

Касније је овом писму, штампаном у Франклин-овим прикупљеним радовима, објављена фуснота да се то правило не поштује увек и аутор наводи случај када је енглески научник „Вилсон открио да восак и смола која се топи добивају способност понашања“. Међутим, и сам Франклин наишао је на једну чудну чињеницу: „Сув комад леда или леденица у електричном кругу спречавају шок, што се није могло очекивати, јер га вода савршено преноси.“ Овдје говоримо о ударном електричном удару експериментатора када се набијена Леиден банка празни кроз њу. Лед се понашао у ланцу попут изолатора. [7, стр. 37.]

Сада смо добро свесни да метали имају електронску проводљивост, остале супстанце - јонске, што веома зависи од њихове температуре.

Па можда на овај начин тестирати живу? Уосталом, ако ће смрзнута жива водити струју, онда је то дефинитивно метал. Само је Велики научник могао себи да постави такво питање. И још увек не знамо да ли ће он сазнати само ово питање, али такво искуство је направио наш велики сународник М. В. Ломоносов. Кратак опис овог експеримента може се наћи у трећем тому Комплета његових дела. Тамо је дат и цртеж овог експеримента. Морам рећи да на слици није приказан електрични строј и електрични показивач (електрометар), већ се њихово присуство подразумијева у тексту. [8. п.407]

Ломоносов властити цртежи за експерименте замрзавања живе. На слици 5 приказана је кугла смрзнуте живе и њен степен деформације након ковања, а на слици 6 приказана је електрична проводљивост живе и вруће гвожђа. Слика 7 приказује смрзнуту цев живог термометра. Појављују се ваздушни мехурићи.

Стаклена цијев у облику слова У са живом спуштена је у стаклену посуду са материјалом за замрзавање, у коју су се са обе стране смрзнуте гвоздене жице. Једна жица била је у контакту са проводником електричне машине, а друга с електроскопом. Када је генератор почео да производи електричну енергију, електрометар је одмах показао присуство на жици која се налази после смрзнуте живе. Течна и смрзнута жива показали су се проводним, као и сви метали познати у то време. Последњу тачку у доказу да је жива метал је тачно ставио М. В. Ломоносов. Тачан датум овог догађаја није познат, али био је то у јануару 1760. године. Приметили смо још једну суптилност експеримента. У делу електричног круга између чврсте живе и електрометра, експериментатор са свећама упаљује жицу од врућег угрија. Закључак је недвосмислен: "Електрична сила делује преко смрзнуте живе и преко врућег гвожђа."

А овај закључак био је нов за науку тога времена. Управо је у то време светска наука почела да разуме зависност електричне проводљивости свих тела од њихове температуре. 1762. год Франклин ће описати искуство Цхарлеса Цавендисха (оца познатог Хенрија Цавендисх-а) који је спровео истраживање о електричној проводљивости стакла у зависности од његове температуре. Показало се да прилично снажно загрејано обично стакло постаје проводљиво. Било је много лакше организовати то искуство него Ломоносовском. Уосталом, било је много лакше загрејати стаклену цев са електродама улепљеним у стакло него замрзнути живу. Али то искуство, Франклин, називајући га „врло духовитим“, додаје: „Остаје само да пожелимо овог племенитог филозофа да човечанство обавести више о својим искуствима“. Наравно, експеримент Ломоносова о електричној проводљивости смрзнуте живе поновили су и други, али касније, будући да су се у западним земљама експерименти о замрзавању живе могли спровести тек након деценија. [7. стр.206]

Сензација око отварања у Санкт Петербургу убрзо је утихнула, нико није могао поновити експерименте у врућој потрази, а резултати електричног експеримента дуго су заборављени не само на Западу већ и у Русији.Ломоносов је очигледно припремио потпуни опис овог експеримента за своју „Теорију струје, математички речено“, на којој је радио од 1756. године, али је остао непотпун. Након догађаја које је описао велики научник 1762. и 1763. године, „замало је довео у гроб“ болест, а живео је само до 1765. године. Поред тога, велике невоље на академији нису дале времена за креативан рад у последњим годинама живота. Наравно, његово дело остало је у штампаном облику у типу од 412 примерака. Јао, догодила јој се недостојна научна прича.

У „Историји царске академије наука“, коју је написао академик П. П. Пекарски 1873. године. Можете прочитати следеће. „Ово дело нашег академика претрпело је чудну судбину - заборавили су да га укључе у најобичнија издања сабраних дела, тако да је оно поново тискано само једном у издању из 1778. године и које је сада библиографска реткост. Није изненађујуће да Ломоносово „Образложење“ о тврдоћи и телесној течности није пронађено ни у једном прегледу каснијих учењака. “ [8], [9]. (Талијански наш Б.Кх.)

Заиста, судбина је више него чудна. С обзиром да је М. В. Ломоносов имао много непријатеља, може се претпоставити да су необичности биле намерне. Међу његовим најгорим непријатељима, Енциклопедија Броцкхаус и Ефрон наводи и већ познатог академика Г. Ф. Миллера, који је у периоду од 1757. до 1765. године обављао функцију сталног секретара Санкт Петербуршке академије. Сјећамо се да није одговорио на поруку о замрзавању живе 1734. године, тада је дао нетачне податке у иностранству, због чега је имао великих проблема. Може се претпоставити да је из непознатих разлога, он могао то да учини да овај рад не закаже на око издавача. Напокон, водио је преписку између академије и записника свих састанака, њихове архиве и извршавања дела не би му створио потешкоће. Штавише, иста енциклопедија пише о Милеру као да се „није увек показао беспрекорним у односима са члановима“.

Академик В. И. Вернадски, описујући Милера, пише да "није био творац новог у теоријској и научној мисли, попут Еулера или Ломоносова, али попут њих, био је прожет дубоким разумевањем научне методе, а вешто је савладао". Можда је то била само завист због талента и то је само наша претпоставка. Али, десило се оно што се догодило. [10]

ИВ

Неспоразуми овог дела Ломоносова не престају ту. У периоду од 1768. до 1900. године објављено је седам издања његових сабраних дела и то дело није укључено ни у једно од њих. Тек у петом тому академске публикације 1902. године. ово дело научника угледало је светлост. Међутим, текст је штампан само на руском језику, а цртежи и цртежи нису репродуковани, а без којих је текст „Образложења“ био неразумљив. Дакле, једно од његових најзанимљивијих радова пало је из вида истраживача Ломоносовог дела.

Од 1940. године, Академија наука СССР-а почиње да објављује Ломоносове збирке, које садрже ново пронађене материјале и чланке о његовим научним активностима. У неким се разумију и криогени експерименти Брауна и Ломоносова. Нема нових информација о електричном искуству у њима. [11, 12] Коначно, на 250. годишњицу рођења руских физичара (били су истог узраста) М. В. Ломоносов и Г. В. Рикхман, књига А. А. Алексејева објављена је „Појава науке о електричној енергији у Русији“. У овом се искуству уопште не спомиње. Али поставља се неумољиво питање, који су циљеви које је поставио истраживач, започињући криогене електричне експерименте. Постоји ли нешто што можете да пронађете по питању које нас занима? [13]

Сигурно је нешто имало у архивима научника. Али ову архиву "на највишу команду" запечатио је гроф Г. Орлов и сам је наредио да се она разврста. Није познато где и где, али налази су сасвим могући. Преостали документи могу се наћи у 11-том свеобухватном делу научника.Мало је руских научника чији би рад историчари науке бавили тако широко и упорно као што је Ломоносов и сва његова дела била су прегледана и ревидирана, а мало је било наде да ће пронаћи нешто ново. Али онај ко тражи налази.

Познато је да је МВ Ломоносов на руски језик превео први уџбеник за универзитет "Волфиан Екпериментал Пхисицс". Објављено је 1746. године. а било је потребно да се поново штампа - „на продају је све у губитку“. Марта 1760 Одлучено је да се објави другим штампањем. Ломоносов је схватио да је између издања уџбеник прилично застарео. Уџбеник је био хитно потребан, али је било мало времена. Стога је одлучено да се дода постојећи текст. Према аутору „додатака“, они би требало да „објасне акције и промене које зависе од најсуптилнијих неосјетљивих честица, компоненти тела“. Под тим честицама савремени читач може разумети атоме и молекуле, па чак и електроне, али све то заједно требало би да одражава Ломоносов систем погледа на физику феномена.

Чињеница да је рад на извештају на Академији и писање „Додатака“ паралелно истовремено доказује и календар. Датум читања извештаја је 6. септембар 1760. године, а текст додатака Ломоносов је потписао 15. септембра исте године. [14]

Сада дајемо физичке приказе тог времена о електричној енергији уопште: "Електрична супстанца се састоји од изузетно малих честица, јер је у стању да продре у обичну материју, чак и најгушће метале, са великом лакоћом и слободом." [7, стр.53] Чињеница да се електрична енергија креће изузетно великом брзином била је добро позната одмах након проналаска Леиден конзерве, тј. до Франклина.

Сада је дошло време да се цитирају Ломоносови „Додаци“, несумњиво повезани са зимским експериментима из јануара 1760. године. Посебно их истичемо подебљано.

„Ново пронађени електрични експерименти показују да се спољашња материја, која се креће великом брзином у бунарима хладних тела, не запаљује“, односно не греје. Нема ту никакве мистерије, то је јасно и јасно страна материја Је електрична супстанца, а хладна тела су смрзнута жива. Подсетимо се да је Ломоносов био присталица кинетичке теорије топлоте и ту можете да прочитате "Кретање честица, саставна тела тамо узрокују топлоту". [5, стр. 436].

То је све што је пронађено. Али вреди много. Сада је јасно да је експеримент, као присталица кинетичке теорије топлоте, очекивао пораст температуре живе. Због чињенице да није могао имати термометре за такве температуре, очигледно је чекао топљење живе. То се није догодило. Отуда овај закључак.

Треба рећи да тадашња наука није имала појма о кретању електричних наелектрисања (електричне струје). Ломоносов верује да се током рада електричне машине електрична супстанца непрестано креће кроз живу. Није било Кроз смрзнуту живу била је потребна само мала количина електричне енергије да се напуни жица која напушта живу. Иначе, закључак Ломоносова значио би да смрзнута жива има суправодљивост.

Суперпроводност живе при температурама знатно нижим од оних које је пронашао Ломоносов 1911. године. Леиден професор Камерлинг-Оннес. То се догодило 150 година након експеримената у Санкт Петербургу и произвело је исту сензацију као тадашњи у научном свету. Нобелова награда с правом је крунирала рад холандског научника и истакла развој физике у наредним годинама. Али пут до таквог открића почео је у Русији, а тога се готово нико и не сећа.

В

Ове године се обележава 250 година покуса замрзавања живе. Не само да овај догађај захтева да обратимо пажњу на ту чињеницу. 2011. године обележавамо тристоту годишњицу рођења великог руског научника. Годишњицу Ломоносова сигурно ће прославити научна заједница и то је наш допринос овом догађају.Ипак, желео бих да приметим једну тако непристојну чињеницу у нашој земљи као занемаривање наших научника. Скоро сви знају откривача електричног лука, руског физичара В. В. Петров. Али не знају сви шта се о овом открићу у њиховој домовини сазнало након готово стотину година, а онда случајно. Сазнајемо такође о овом експерименту Ломоносова, само у четвртини миленијума!

Желео бих да дам пример старе и добре Енглеске. Тамо 1700. године. одређени Зид, трљајући комад ћилибара, открио је да га искре које потичу подсјећају на муње. Био је апсолутни аматер у електрицитету и није могао поновити своје искуство у присуству научника, али у уџбеницима о историји физике електричне енергије и заштите од грома, Британци га увек памте.

Познато је да Ломоносови радови скоро нису утицали на развој светске науке, јер није створио сопствену школу. Али то није крива, већ Ломоносова невоља. Међу разлозима за ово су пажња домаће науке. И она то заслужује! Ево, на пример, такве речи о великом руском научнику цитирао је В. И. Вернадски: „У његовим идејама и областима свог рада сусрећемо се изузетно често и изузетно много предвиђања, предвиђања, пред којима се наш ум зауставља на мишљењу и чуђењу, од досад нисмо навикли да податке историје науке третирамо на начин на који обрађујемо друге појаве и чињенице. " Наш налаз само потврђује ове речи. [10, стр. 323]

Морам рећи да је над описом овог искуства Ломоносова увек висило мистично проклетство. Наши покушаји да поднесемо извештаје редакције часописа о нашем историјском налазу нису нашли чак ни љубазан одговор, на пример, такав да је редакцијски портфолио био пун, итд. Само је часопис „Електрицитет“ саветовао да чланак проследи физичком часопису. Спомињемо и један занимљив случај када је уредница руског одељења једног од популарно-научних часописа о животу науке, на питање да ли је добила такав текст, једноставно одговорила да је њихов е-маил ових дана покварен. Очигледно је да верује да само Папуанци живе изван обилазнице Москве.

Нико нас неће поштовати ако не поштујемо себе.