МАГНЕТИЗМ

8. КОМПАС

Магнетизм - единственный раздел физики чисто средневекового происхождения. Классическая античность знала о магнитах минимум возможного: кусок магнетита и кусок железа притягиваются друг к другу. Однажды заметив такой минерал, нельзя было, даже нарочно, пройти мимо этого явления, и греки дали волю пылкой фантазии в построении связанных с магнетизмом теорий и легенд, получивших большое распространение в античном мире и встречающихся также в средневековой литературе. Мы можем с полным основанием на них не останавливаться.

И вот вдруг в тумане средневековья, в XI веке появляется магнитный прибор исключительной важности - морской компас.

Откуда он взялся?

Вопрос этот до сих пор не решен. В течение всего XIX века почти единодушно все считали, что китайцы знали о магнитной поляризации начиная с 27 века до н. э. Но теперь многие историки утверждают, что первый подлинный китайский документ, в котором упоминаются свойства ориентации магнитной иглы, датируется 1100 г. н. э., причем там ее применение приписывается иноземным морякам. Это согласуется с западным преданием, приписывающим арабам заслугу открытия свойства ориентации магнитной иглы.

Вращающийся цилиндрик с проходящей сквозь него стрелкой, описанный Пьетро Перегрино. SN - магнитная стрелка; ОЕ - серебряный стерженек, служащий противовесом

Первое упоминание об использовании магнитной иглы в мореплавании мы находим в труде англичанина Александра Неккама, написанном в 1180 г., причем он говорит об этом как о вещи уже известной. Этот примитивный морской прибор был введен на Средиземном море, по-видимому, моряками приморских республик Италии, которые вели интенсивную торговлю с Востоком. Об этом говорит тот факт, что итальянское слово calamita (которое происходит, по-видимому, от слова calamus - стрела) вошло во все романские языки и в языки славянских народов, живущих на побережье Средиземного моря.

Этот простой прибор описан впервые арабским ученым Байлеком Аль-Кабаяки (ум. в 1288 г.), который в 1242 г. по пути из Триполи (Сирия) в Александрию видел, как им пользуется капитан корабля. В сосуд, полный воды, он опускал пробку с воткнутой в него железной иглой и приближал к поверхности воды магнит, сообщая ему рукой вращательное движение. Плавающая стрелка следовала за магнитом. Когда магнит внезапно убирался, стрелка (намагниченная предыдущими операциями) располагалась в направлении север - юг.

Эта грубая техника была усовершенствована в XIII и XIV веках. Прежде всего плавающая игла, намагничивавшаяся каждый раз заново с помощью индукции, была заменена постоянно намагниченной стрелкой, которая легко перемещалась в горизонтальной плоскости. Следующим улучшением, которое произвело переворот в искусстве кораблевождения, была замена розы ветров, неподвижно прикрепленной к описанному прибору, подвижной розой ветров.

Компас XVII века с подвижной картушкой и кардановым подвесом. (L'arcano del mare, 1646.)

Оба усовершенствования были произведены, по-видимому, в Италии, поэтому прибор этот получил название bossola della calamita, позже сокращенное в bossolo, bussola (от лат. buxia - деревянная коробка). Это слово перешло из итальянского языка в романские и в морской жаргон арабов и турок.

Что касается времени введения этих усовершенствований, то с уверенностью можно лишь сказать, что в 1380 г. компас с подвижной розой (картушкой) получил всеобщее распространение и считался уже давно известным, Франческо да Бути в своем известном комментарии к «Божественной комедии» дает впервые его описание, поясняя стихи Данте:

 Раздался голос, взор мой понуждая
 Оборотиться, как иглу звезда.

(Данте, Божественная комедия, Рай, XII, 29-30. Перевод М. Лозинского)

Из того, что мы здесь весьма кратко изложили, следует, что никакого Флавио Джойя, изобретателя компаса с подвижной картушкой, никогда не существовало, хотя ему и воздвигнут памятник в Амальфи. Можно только утверждать, что компас с подвижной картушкой скорее всего был создан в Италии в XIII веке и, возможно, именно в Амальфи.

Так называемый «карданов» подвес, состоящий из двух опор, позволяющих стрелке находиться в почти горизонтальном положении независимо от килевой и бортовой качки судна и известный еще античности (см. гл. 1), никакого отношения к Кардану не имеет и вошел в практику судовождения лишь в первой половине XVI века (Христофор Колумб им не пользовался), хотя на трех рисунках Леонардо да Винчи мы видим его применение в компасе.

9. ПЬЕТРО ПЕРЕГРИНО

Столь же неожиданным, как и создание компаса, было появление первого трактата по магнетизму; судя по дошедшим до нас документам, ему не предшествовали ни отдельные наблюдения, ни опыты, ни какие-либо попытки разобраться в этих явлениях. И хотя автор этого трактата Пьетро Перегрино из Марикура показал себя человеком незаурядного ума и искусным экспериментатором, трудно все же допустить, что трактат его - целиком оригинальный труд.

О Перегрино, получившем это прозвище, по-видимому, благодаря его любви к частым путешествиям, известно очень мало. Он пикардиец, современник Роджера Бэкона, который считал его весьма сведущим, особенно в физике. Перегрино принимал участие в осаде Лючеры (Фоджа) вместе с войсками Карла Анжуйского и во время этой осады написал трактат «De magnete» («О магнитах») в форме письма, датированного 8 августа 1269 г и адресованного пикардийскому дворянину, некоему Сигеру (или Сигерию). Это почти все, что известно о Перегрино.

Карданов подвес (слева) и компас (справа) в рисунках Леонардо

Целью этого трактата, ходившего затем в рукописи и напечатанного в 1558 г., было описание вечно движущейся машины. Это не должно вызывать усмешки: прошли века, прежде чем после долгих усилий наука смогла установить постулат о невозможности вечного движения (Сади Карно, 1824 г.). В средние века задача о вечном двигателе с научной точки зрения была вполне законна. Усилия, затраченные в этом направлении в течение столетий учеными, а также шарлатанами, которых и теперь достаточно, фактически не были совсем бесполезны, ибо именно их несостоятельность обусловила те настроения, которые в труде Карно вылились в научный принцип. По существу содержание принципа невозможности вечного двигателя - чисто историческое: в нем констатируется, что этот двигатель никогда не удавалось построить. Это тем более верно, что первоначальную категоричность этого утверждения пришлось смягчить в нашем веке в связи с изучением броуновского движения (см. гл. 13).

Но вернемся к трактату Перегрино. Он состоит из трех частей. Собственно научное рассмотрение начинается с главы III первой части, в которой указываются четыре характерные отличительные черты хороших магнитов: цвет, вес, способность притяжения и сплошная структура, без пузырей. Все эти характеристики (за исключением удельного веса) и сейчас являются признаками, по которым отличают хорошие магниты.

Магнитный графометр Пьетро Перегрино. В стеклянном сосуде плавает деревянная чаша. Черта на крышке чаши располагается в направлении север - юг, а линейка, находящаяся над чашей, поворачивается так, чтобы два визира на ней указывали на звезду. Тогда угол линейки с линией N - S и будет искомым азимутом

В следующей главе приводятся три экспериментальных метода определения полярности магнита. И здесь нужно подчеркнуть одну интересную особенность, которая оказалась чрезвычайно важной для последующего изучения магнетизма: Перегрино пользуется магнитами сферической формы, а не в виде бруска. Поэтому опытное определение полярности оказывается значительно более трудным, но Перегрино блестяще справляется с этим. Определив направление поляризации, Перегрино показывает, как найти северный и южный полюс, как установить отталкивание одноименных полюсов и притяжение разноименных и как намагнитить железо соприкосновением. Наконец, в главе IX он описывает явление магнитной индукции и опыт со сломанным магнитом в том же виде, как его и сейчас повторяют на уроках физики.

От этого систематического описания опытов Перегрино переходит в главе X, как это сделал бы и современный автор, к теоретическому рассмотрению, задаваясь вопросом о причине магнитного действия. Отвергая теорию того времени, которая приписывала ориентацию стрелки наличию больших залежей магнетита вблизи северного полюса Земли, Перегрино утверждает, что небо влияет на магнит так, что каждая точка неба индуцирует на магнитной сфере аналогичную точку, которая in se gerit similitudinem coeli (рождает в себе подобие неба). Эта теория указывает, по нашему мнению, на астрологическое происхождение изучения магнетизма.

Во второй части трактата речь идет о технических приложениях свойств магнитов. Описаны примитивный магнитный графометр, с помощью которого можно определять азимут Солнца или звезды, находящихся на горизонте, и компас с вращающейся осью, о котором мы уже говорили.