Реквием другу

Это рассказ о долголетней удивительной дружбе двух больших ученых — Михайлы Васильевича Ломоносова и Георга Вильгельма Рихмана.

Рихман был ровесником Ломоносова. Оба они родились в 1711 году. Есть некоторые черты сходства и в судьбе детских лет обоих. Однако пути к знаниям, дорога в науку Ломоносова и Рихмана совершенно несопоставимы. Если русскому мальчику, а затем юноше приходилось сталкиваться с почти непреодолимыми преградами, действовать наперекор желаниям родных и обстоятельствам, то лифляндцу (эстонцу) Рихману особых препятствий в этом отношении не было. Детские годы его прошли в не очень богатой, но достаточно обеспеченной семье в городе Пернове (ныне Пярну), Рихман вовремя и без треволнений получил начальное и среднее образование в Ревеле (ныне Таллин). Затем юный Рихман отправился в Германию, где, по его словам, «учился... на собственном иждивении физическим и математическим наукам» в Галльском и Йенском университетах. Уже в те годы Рихман проявляет твердость характера, упорство в достижении цели. Неудовлетворенный преподаванием в названных университетах, он прерывает учебу в них и переезжает в Петербург. Этот поступок объяснялся и другим обстоятельством. Во-первых, Рихман был большим патриотом России. Его горячим желанием было своими «трудами российскому государству пользу учинить». Во-вторых, к 1735 году Петербургская Академия располагала достаточно авторитетными, известными всей Европе учеными, приобретение знаний у которых, по убеждению Рихмана, много дало бы ему.

13 октября 1735 года его зачислили студентом Петербургской Академии наук «для занятий физическими науками». Повезло Рихману и в отношении научного руководителя. Им стал Крафт. Изучение физики под руководством Крафта много дало юному Рихману. Крафт помог ему овладеть техникой физического эксперимента, приучил тесно увязывать теорию с прикладными наблюдениями. Рихман оказался чрезвычайно способным учеником. Через короткое время юноша стал делать самостоятельные открытия, проводить оригинальные эксперименты. Например, он экспериментально выяснил, «как происходит испарение», написал самостоятельное научное исследование «о сифоне», разрабатывал проекты «особой молотилки» и «водоподъемной машины».

Незаурядными оказались и педагогические способности Рихмана. Это его качество проявилось в первые же месяцы пребывания в Петербургской Академии наук. В начале 1736 года, когда в Петербурге появились бывшие питомцы Московской славяно-греко-латинской академии, в физическом кабинете Крафта с ними занимался Рихман. Так состоялась встреча будущих коллег — Ломоносова и Рихмана. О том, что лекции Рихмана оказались для Ломоносова небесполезными, свидетельствуют слова современника великого русского ученого, отметившего, что Ломоносов уже в то время в особенности любил «заниматься минералогией и физическими экспериментами».

Утверждать, что дружба Рихмана и Ломоносова зародилась в январе — июне 1736 года, невозможно. Для этого нет никаких данных. Думается, до отъезда Ломоносова за границу между ними были отношения учителя и ученика — не больше.

Пока Ломоносов учился в Германии, Рихман успешно продвигался по ступеням академической иерархии.

В 1740 году его избирают адъюнктом физики, а через год он становится вторым профессором (что соответствовало в ту пору званию академика) по кафедре теоретической и экспериментальной физики. Ко времени возвращения Ломоносова Рихман достиг самого высокого научного звания в Петербургской Академии наук.

Скажем несколько слов об исследованиях Рихмана.

Работы Рихмана в области калориметрии базировались на убеждении в атомно-молекулярной природе теплоты. В этом отношении он следовал за Леонардом Эйлером, еще в 1738 году сформулировавшим основной закон калориметрии следующим образом: «Без уменьшения в одном теле в другое теплота перейти не может, так как сколько внутреннего движения, в котором теплота состоит, в другое тело переходит, столько же в первом исчезнуть должно...» В этой формулировке Л. Эйлера нетрудно обнаружить основу для будущего универсального закона Ломоносова о сохранении материи и движения.

Приступая к исследованиям в области калориметрии, Рихман опирался на положение Л. Эйлера и на исследования своего учителя Г. Крафта, обобщенные в труде «Различные опыты с теплом и холодом». В этой работе Крафтом была выведена эмпирическая (опытная) формула, с помощью которой можно было рассчитать температуру смеси двух однородных по составу, но различных по массе и температуре жидкостей. Подвергнув анализу наблюдения Крафта, Рихман пришел к убеждению, что формула его учителя справедлива лишь для случая смешения двух малых объемов воды. Опровергнув выводы Крафта, Рихман не ограничился только их критикой. Он проделал множество безупречных по тогдашним возможностям опытов и на основании их вывел новую формулу определения, температуры смеси жидкостей. Однако это была формула не частная, как у Крафта — для двух порций одной и той же жидкости, а универсальная. С ее помощью можно было определять температуру смеси любого множества порций жидкости, имеющих разные температуры. Полученную формулу Рихман не считал абсолютно точной, указывая, что при производстве экспериментов часть тепла поглощается окружающей средой. Поэтому для всех последователей он описал «все предосторожности, необходимые для правильного проведения подобных опытов». Вместе с тем ученый указал, что чем больше массы жидкости будет использоваться в опытах, тем меньше будет ошибка между расчетной и получаемой в процессе опыта температурой смеси. Это положение Рихмана на долгие годы стало фундаментальной основой теплофизики, а создатель формулы по праву заслужил почетное право считаться основоположником калориметрии, давшим мощный толчок к широким проведениям учеными калориметрических измерений.

Другую работу — изучение «убывания и возрастания теплоты в твердых телах, окруженных воздухом» — Рихман проводил в творческом содружестве с Ломоносовым. Целью исследования было «рассмотреть... большую или меньшую способность тел сохранять теплоту». Еще до начала опытов у Рихмана было представление о теплоемкости тел (количестве теплоты, поглощаемой телом при нагревании) и теплопроводности (свойстве тел передавать тепло, основанном на теплообмене между атомами и молекулами тела). Это теоретическое положение подкрепилось и опытным путем, в частности при исследовании металлов. Изучая их свойства, Рихман выявил следующую градацию: «...наибольшую способность удерживать теплоту имеют латунь и медь, затем идет железо, после чего олово и, наконец, свинец из всех исследованных здесь тел имеет наименьшую способность удерживать теплоту».

Теоретические работы Рихмана по калориметрии, теплообмену и испарению жидкости сочетались с созданием новых точных приборов. Он, в частности, сконструировал гидравлический испаритель, с помощью которого можно было точно фиксировать количество испаряемой воды. Изобрел Рихман также барометр особой конструкции, создал метеорологический термометр для измерения средней температуры за сутки.

Особое значение в научном творчестве Рихмана имели исследования электричества, проводившиеся как самостоятельно, так и совместно с Ломоносовым. Начались эти работы в 1745 году. Чтобы понять, какой вклад в эту область науки сделали петербургские ученые, необходимо коснуться предыстории вопроса.

Как известно, явление электричества было обнаружено древними греками. Натирая янтарь, античные ученые заметили явление электризации. Средневековая наука дальше представлений древних не пошла. Мощным толчком для развития этой области физической науки стал 1600 год, когда вышел из печати труд английского физика Вильяма Гильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земля». Порвав с умозрительными рассуждениями средневековых схоластов, Гильберт базой своих исследований сделал опыт. Экспериментальные наблюдения позволили английскому ученому значительно расширить сведения о телах, приобретающих при натирании электрические свойства. Ему удалось выяснить, что электризации поддаются алмаз, сапфир, хрусталь, стекло, сера, смола и другие вещества. Все эти тела Гильберт назвал «электрическими». Другие тела — яшма, жемчуг, мрамор, кремень, слоновая кость, человеческое тело — электризации у Гильберта не поддались.

В числе этих тел оказались также металлы — серебро, золото, медь, железо. Всем этим телам физик дал название «неэлектрические». Кроме того, Гильберт выдвинул гениальное предположение о существовании вокруг наэлектризованных или намагниченных тел силовых полей.

Следующим шагом на пути изучения электрических явлений было создание электростатических машин. Первая подобная машина была сконструирована Стефаном Герике. Ее описание ученый привел в своем труде «Новые, так называемые магдебургскке опыты, относящиеся к пустому пространству». Этот труд появился в печати в 1672 году. О новом приборе здесь писалось: «Желающий пусть возьмет сферический стеклянный сосуд величиной с детскую голову, наполнит его размельченной серой и расплавит ее; после охлаждения разобьет сосуд и вынет шар, который нужно хранить в сухом месте, а если желательно, то можно в шаре пробуравить отверстие, в которое вставить железный стержень, чтобы удобно было вращать шар вокруг него, как вокруг оси». Шар крепился на деревянном штативе и приводился во вращение с помощью руки. Трение рук о шар возбуждало в шаре электрический заряд.

При проведении опытов Герике обнаружил, что пушинка легко притягивается к наэлектризованному шару. Коснувшись поверхности шара, пушинка отскакивала от него. Обнаружил также ученый и другие явления, в частности — свечение вертящегося шара в темноте.

После Гильберта электрическими явлениями стали интересоваться многие ученые Европы. В их числе можно назвать И. Ньютона, Р. Бойля, С. Грея, Ш. Дюфе. Интересные и важные наблюдения были сделаны двумя последними из названных ученых. Английский физик С. Грей разделял все тела на проводники и непроводники. Французский физик Ш. Дюфе выявил, что тела, поддающиеся электризации, бывают двух родов. Один род, названный Дюфе стеклянным, позднее получил наименование положительного. Другому роду Дюфе дал название «смоляной» (отрицательный. — Г. Л.). Ученый писал: «Первое электричество получается при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти животных и др.; второе при натирании смолы, янтаря, копаловой камеди». Интересно, что несколько ранее этот ученый выявил еще одно важное свойство электрических явлений. Он обнаружил, что тела, наэлектризованные зарядами одноименных знаков, отталкиваются. В противном случае происходит притягивание тел.

Дюфе сконструировал и первый простейший электроскоп. Для этого брались шелковые, бумажные или шерстяные нити и подвешивались в одном месте на изолированной проволоке. Проволоке сообщался электрический заряд, что заставляло нити, получавшие одноименной заряд, расходиться. Чем большим был заряд, тем на большее расстояние расходились нити.

Таково было в общих чертах состояние изучения электрических явлений, когда к их исследованию обратились Рихман и Ломоносов. Непосредственным толчком послужило письмо Леонарда Эйлера от 15 августа 1744 года в Петербургскую Академию наук. В нем сообщалось, что Берлинская Академия объявила конкурс на решение задачи о причине электрических явлений. Л. Эйлер призывал в письме петербургских ученых включиться в решение этой задачи.

Первым откликнулся на обращение Рихман. Поскольку до той поры в Петербурге опыты в этой области физики не производились, Рихман занялся приобретением и изготовлением необходимых материалов и приборов. В сентябре 1744 года он сделал заказ в академической канцелярии на стеклянные трубки разных размеров, стеклянный полый шар, металлический шар и несколько подставок из смолы для изоляции. Изготовлена были также по требованию Рихмана и электрическая машина. В этой машине полый стеклянный шар насаживался на ось, крепившуюся на деревянной подставке. Шар приводился в движение с помощью ремня, натянутого на колесо (подобный тип машины был сконструирован английским физиком Гауксби в начале XVIII века).

Рихман тщательно изучил труды предшественников, обращавшихся к исследованиям электрических явлений. Практическая проверка опытов пробудила его конструкторскую мысль. Новшество, придуманное Рихманом, например, к машине Гауксби, было просто и остроумно. К колесу Гауксби он добавил блок, укрепленный над машиной, быстро истирающиеся веревки заменил ременным приводом. Рихман сумел добиться таким образом значительного увеличения скорости вращения стеклянного шара. Это позволило получать сильные электрические заряды.

Критический подход к научным сообщениям предшественников убедил Рихмана — в исследованиях электрических явлений наблюдается застой. К 50-м годам XVIII века ученые бесконечно повторяли друг друга, ставя опыты и затем описывая их в печати. Опыты, правда, были эффектными, публичная их демонстрация привлекала толпы мало что понимающих людей, смотревших на испытателей как на своего рода фокусников.

Недовольство бесконечным повторением привело к раздумьям. Раздумья привели к идее — а что, если попробовать измерить количество электричества?

За основу Рихман взял электроскоп Дюфе и ввел в конструкцию так называемый «указатель электричества», выглядевший следующим образом. Электрический заряд в приборе Дюфе — Рихмана от электростатической машины подводился к вертикально расположенной линейке длиной около 52 сантиметров и массой приблизительно 615 граммов. На верхнем конце линейки была укреплена льняная нить длиной около 61 сантиметра, массой около 45 миллиграммов. Получая электрический заряд, линейка сообщала его льняной нити. Одноименность зарядов заставляла нить отклоняться на величину, измерявшуюся на деревянном квадранте системы Рихмана. На квадранте была нанесена дуговая шкала, разбитая на градусы.

Прибор Рихмана был новым словом в науке. С его появлением стало возможным измерять, по выражению ученого, «величину электрической силы». Шаг от электроскопа к электрометру был высоко оценен тогдашним научным миром. К слову сказать, физический принцип, заложенный в прибор Рихмана, лежит в основе ряда электроизмерительных приборов, используемых в наши дни.

Сделал попытку Рихман применять и весы для измерения «электрической силы». Правда, с помощью весов ученый получал менее надежные результаты. Однако и этот способ был плодотворным: в конце XIX — начале XX века физики применили весы для измерения малых и больших разностей потенциалов.

Итоги первых опытов Рихмана с электричеством были представлены в Академию наук 29 марта 1745 года. Затем с дополнениями работа была обсуждена в академическом собрании. В печати она появилась в 1751 году в «Трудах Академии», получив таким образом известность далеко за пределами России.

Надо ли говорить, насколько опыты Рихмана живо интересовали Ломоносова? Уже в 1745 году он ввел в свой курс лекций по экспериментальной физике разделы, посвященные наблюдениям и экспериментам коллеги и друга. С появлением собственной химической лаборатории он задумывает серию исследований, связанных с использованием «электрической силы». Среди бумаг 1748 года сохранились записи Ломоносова такого рода: «Содействует ли сколько-нибудь электрическая сила растворению солей?», «Способствует ли электрическая сила кристаллизации или мешает?»

Новый этап в изучении электрических явлений наступил для Рихмана и Ломоносова в 1752 году. Поводом для него послужили следующие события.

Одно из самых величественных явлений природы — молния и грозовые раскаты с седой древности привлекали и захватывали воображение людей. Объяснения этого феномена на протяжении тысячелетий люди не находили.

С грозным явлением природы приходилось считаться и искать от него спасения, ибо удары молний (а в среднем на земном шаре происходит одновременно около 1800 гроз) вызывали либо грандиозные разрушения, либо пожары, дотла уничтожавшие деревянные поселения. Археологи обнаружили, что уже в Древнем Египте были известны средства молниезащиты. Иероглифы поведали, что вокруг храма Эдфу были установлены столбы высотой до 40 метров. Столбы были обиты металлическими листами и сверху заострены. По словам Иосифа Флавия, от золотой крыши храма Соломона в Иерусалиме отходили медные водосточные трубы, соединенные с подземными резервуарами. Подобное устройство позволило храму простоять на возвышенности, где часты были грозы, в течение десяти веков без единого поражения от молний. В сочинении Плиния Старшего «Естественная история» приведено древнее предание, в котором утверждалось, что некогда люди умели переводить молнию в землю, втыкая в нее высокие металлические столбы.

В средние века об этих способах защиты от молний забыли. Отводить «небесную карающую десницу» пытались либо пламенем костров, либо колокольным звоном, либо (с изобретением пороха) пушечной пальбой.

Ученые пытались определить истинную природу молний и грома. В 1708 году английский ученый Уолл нерешительно утверждал, что наблюдаемые в экспериментах искры и сопровождающий их треск чем-то напоминают ему гром и молнию. Через 8 лет подобную догадку высказал и И. Ньютон. Однако в век «рационализма» подобные догадки принимались с изрядной долей скепсиса. Мнение скептиков суммировал и выразил в категорической форме в 1748 году голландский физик П. Мушенбрек. Он писал: «Ведь удар молнии вибрирует в воздухе, образуя змеевидные линии, а прохождение электричества осуществляется через пустоту и никогда не происходит через воздух... молния мгновенно расплавляет и пробивает металлы, электричество же не способно расплавить тончайшие листы меди, золота или серебра; молния в воздухе с треском разряжается одна, без наличия какого-либо тела, электричество же, как замечено, одно в воздухе никогда не производило треска». Доводы Мушенбрека казались убийственно убедительными. И тем не менее погасить пытливую научную мысль они не смогли. Прошло всего два года, и американец Бенджамин Франклин нашел способ, с помощью которого предлагалось буквально руками пощупать молнию и выяснить истинную ее природу. Каким образом?

Нужно, указывал ученый, на высоком месте поставить будку, в которой мог бы разместиться человек. Из будки должен торчать наружу конец вертикального заостренного железного стержня, предназначенный для «уловления молний». Буде молния электрического свойства, заключил Франклин, тогда в верхней части стержня возникнет заряд противоположного знака. Он стечет со стержня, который, таким образом, получит заряд, одноименный с наэлектризованной грозовой тучей. Экспериментатору предлагалось «прощупать», так ли это, с помощью заземленной проволоки. Держа (в целях изоляции) проволоку «за сургучную ручку», он должен подносить конец проволоки к стержню. Если появятся искры, значит, и молнии и «кабинетное» электричество идентичны.

Местность, где жил в то время Франклин, была ровной, поэтому с экспериментальной проверкой ему пришлось повременить. Тем временем, сверяясь с его описанием, французский физик Т. Долибар построил подобную будку и в мае 1752 года получил предсказываемую искру. Между тем сам Франклин нашел-таки способ экспериментально проверить свою гипотезу. Он взял воздушный змей, к которому приладил заостренную проволоку. Запустив на тонкой бечевке змей в небеса, Франклин к концу бечевки привязал шелковую ленту. В месте соединения бечевки с лентой был «пристроен» еще обыкновенный металлический дверной ключ. Эксперимент Франклина блестяще удался. Убедившись, что бечевка хорошо намокла, став, таким образом, проводником, ученый поднес к ключу собственный палец. Искра и чувствительный заряд означали, что предположения подтвердились. Так в 1752 году, всего через четыре года, были окончательно разбиты «неотразимые» доказательства Мушенбрека о разной природе «опытного» электричества и молний. Попутно Франклин сконструировал и громоотвод.

Первое известие о работах Франклина было получено в Петербурге 12 июня 1752 года. Надо ли говорить, с какой жадностью прочитали скупую и путаную газетную заметку Рихман и Ломоносов. Оставалось непонятным, судя по газетной заметке, была ли заземлена установка Франклина, использованная Долибаром, или нет? Если да, то это несколько усложненный громоотвод, сведения о котором достигли Петербурга несколько раньше. Доказать на заземленной установке электрическую природу молний чрезвычайно сложно, рассуждал Рихман. Ибо минимально ничтожные интервалы времени между ударом молнии и прохождением тока по стержню вряд ли позволят естествоиспытателю обстоятельно экспериментировать, чтобы разгадать все тайны атмосферного электричества.

Размышляя по поводу газетной заметки, Рихман решил, что нужно спроектировать оба варианта установки. 26 июня 1752 года он выносит на обсуждение академического собрания свои проекты. Однако просьба ученого обсудить, какой из вариантов использовать в опытах целесообразней, поставила ученых мужей в тупик. Ему было предложено только сделать более обстоятельный доклад с демонстрацией детальных чертежей, конструкций. Это требование Рихманом было выполнено, и 3 июля того же года академическое собрание вновь вернулось к решению вопроса, какой из двух вариантов предпочтительней. На этом собрании присутствовал Ломоносов. На сей раз собрание было более решительным, высказавшись в пользу незаземленной установки, названной Ломоносовым «громовой машиной». Медлить с созданием «громовой машины» Рихман, разумеется, не стал. На крыше собственного двухэтажного дома, на углу 5-й линии и Большого проспекта на Васильевском острове, он установил железный шест длиной около двух метров. Оба конца шеста были тупыми. Шест «пронзал» крышу «в верхушке кровли» через специально сделанное в черепице отверстие и нижним концом упирался в бутылку, установленную на кирпичах. От нижнего конца шеста отходила проволока, кончавшаяся на первом этаже. Протягивая проволоку, ученый тщательно следил за тем, чтобы она «не соприкасалась с другими телами», могущими быть проводниками электричества. Конец проволоки, оказавшийся, таким образом, прямо в домашней лаборатории Рихмана, ученый с помощью шелковой бечевки прикрепил к гвоздю, вбитому в стену. К проволоке была подвешена в вертикальном положении железная линейка. К верхнему концу линейки Рихман привязал льняную нитку той же длины, что и линейка. Здесь же, под льняной нитью, был помещен уже знакомый нам, но только еще более усовершенствованный квадрант с градусной градуировкой. Иными словами, «громовая машина» системы Рихмана была снабжена электрометром.

Построив установку, Рихман незамедлительно приступил к опытам. Июль стоял сухой, жаркий, без единого облачка. Наконец долгожданное свершилось. Вот как рассказал о первом успешном опыте с атмосферным электричеством в России сам Рихман: «...18 июля, после полудня, когда слышны были раскаты грома, я наблюдал то, что до той поры тщетно ждал, не только отталкивание нити от линейки, но и электрический огонь, с шипением вырывавшийся из конца железной линейки; из проволоки также извлекались с треском электрические искры при прикосновении к ней, где бы ее ни касались, — не иначе, как бывает это при искусственной электризации проволоки посредством электрической машины».

Первый опыт, продолжавшийся более полутора часов, привлек в лабораторию ученого любопытствующих соседей. 21 июля 1752 года об опыте Рихмана сообщили «Санкт-Петербургские ведомости». Удача коллеги и друга порадовала Ломоносова. Он также решил «приложить весь труд свой» к изучению атмосферного электричества. Правда, какие именно опыты проводил Ломоносов в 1752 году, неизвестно. Однако сохранившийся научный отчет свидетельствует об этом. В нем сказано: «В 1752 году... в физике: 1) чинил электрические воздушные наблюдения с немалою опасностью...».

Между тем Рихман обобщил данные своих наблюдений и 17 августа доложил о них в академическом собрании. В этом сообщении ученого содержался ряд глубоких и плодотворных идей. Привлекала, в частности, в нем мысль о том, что атмосферное электричество можно изучать и в опытных условиях. Поскольку искусственно получаемые электрические искры и молнии физически однотипны, то свойства молний можно изучать, воссоздавая их в лаборатории, рассуждал ученый. Подчеркнем, что лишь в XX веке эта идея ученого нашла широчайшее применение, получив название метода моделирования. Интересны также мысли Рихмана о неразрывной связи электрических и магнитных явлений. Выдвигая это положение, ученый пришел к убеждению о существовании вокруг наэлектризованных тел электрических силовых полей.

Лета 1753 года Рихман и Ломоносов ожидали с особым нетерпением. Если у первого установка для изучения атмосферного электричества уже была сооружена, то второй лишь начал строить подобную установку в своей химической лаборатории на 2-й линии Васильевского острова. Кроме того, не желая терять драгоценных летних дней, Ломоносов в еще не достроенной Усть-Рудице создает вторую установку. Однажды, когда над Усть-Рудицей неожиданно разразилась гроза, Ломоносов пользовался за неимением подходящего инструмента подвернувшимся под руку топором, касаясь им проволоки. Этот случай еще раз свидетельствовал о темпераменте естествоиспытателя, о его неистребимом стремлении «все испытать и все постичь».

Вопросов перед учеными возникло множество. Один из них, в частности, они решили 25 апреля, в праздник коронации императрицы. Этим случаем воспользовались, чтобы выяснить — влияет ли пушечная пальба на электризацию воздуха? Пока 50 орудий палили изо всех сил, ученые тщательно наблюдали за нитью — не отклонится ли она? Нить никак не реагировала на пальбу. Рихман сделал вывод, что «зажженный порох и возникающее от него пламя» не влияют на электризацию воздуха. Еще более глубокие обобщения сделал в результате этого опыта Ломоносов. Он пришел к заключению, что не «гром и молния» порождают атмосферное электричество. Они лишь следствие того, что в атмосфере есть электрические заряды, есть электрическое поле, вызывающее во время атмосферных возмущений и молнию и гром.

Эксперимент в день коронации открывал целую серию наблюдений ученых над атмосферным электричеством. У Ломоносова и Рихмана была определенная цель: провести как можно больше опытов, обобщить их и выступить с итоговыми речами на годичном собрании Петербургской Академии, которое намечалось на 6 сентября. Оба понимали, насколько важно было сделать свои сообщения действительно новым словом в науке. Ведь традиционное годичное собрание готовилось в особой атмосфере — 1753 год был полустолетним юбилеем существования северной столицы России.

Первая же гроза, пронесшаяся над Петербургом в мае, внесла коррективы в конструкцию установок. В этот день Рихман задался целью выяснить: какой стержень лучше улавливает атмосферное электричество — тупой или заостренный в верхней части. Электрометр беспристрастно зафиксировал: при тупом стержне нить отклонялась на 5 градусов, при заостренном угол отклонения оказался в три раза больше. Это наблюдение заставило обоих внести усовершенствования в конструкцию. На крышах ученых появились металлические заостренные стрелы с несколькими иглами. Эти ощетинившиеся «ежи» были прикреплены к длинному деревянному шесту. Чтобы избежать прикосновения металла к дереву, использовали специально изготовленные стеклянные изоляторы. Провод от стрелы (опять-таки в целях лучшей изоляции) шел сначала к воротам, а уже затем попадал в помещение. Завершив улучшение установок, ученые приступили к опытам.

По мере наблюдений росло число новых неизвестных науке фактов. 15 мая, например, Рихман впервые определил время «между громом и молнией». С помощью часов и электрометра он установил, что при интервале между громом и молнией в 6 секунд стрелка отклоняется на 30 градусов, при 9-секундном интервале — на 25 градусов, при 11-секундном — на 20 градусов, при 14-секундном — на 10 градусов. Иными словами, впервые была выявлена закономерность — чем дальше гремел от наблюдателя гром, тем меньший заряд получала установка. Не менее важное наблюдение удалось сделать чуть позже и Ломоносову: с помощью электрометра он обнаружил электрическое поле в атмосфере при отсутствии грома и молнии. За первыми открытиями последовали другие, пополнявшие тексты речей, готовившихся параллельно с опытами.

Наступило утро 26 июля 1753 года. И Ломоносов, и Рихман пришли в Академию около 10 часов утра. В это время начинались академические заседания.

Прошел час, другой. Незадолго до полудня на севере потемнело — оттуда двигалась грозовая туча. Терять такой благоприятный случай ученые, разумеется, не могли.

Попросив разрешения удалиться, они заспешили по домам. Причем Рихман для зарисовки цвета электрических искр пригласил академического гравера и художника И. А. Соколова.

Ломоносову до дома было рукой подать. Придя домой и проверив установку, он решил, что успеет перекусить. Рихману пришлось проделать более значительный путь. Почти вбежав в сени, где на столе находилась установка, он сразу бросил взгляд на нить. И тут же посоветовал «грыдыровальному мастеру» Соколову не подходить близко к «громовой машине»: может возникнуть опасность.

Эти слова ученого свидетельствовали о том, что он отчетливо понимал: эксперимент рискованный.

Сегодня этот риск можно выразить точными цифрами: сила тока в молнии достигает десяти тысяч ампер, минимальное напряжение — сто миллионов вольт.

Во время сильного порыва ветра ученый приблизился к прибору на расстояние примерно 30 сантиметров. Внезапно с оконечности толстого железного прута соскочил бледно-синеватый огненный шар величиной с кулак. Шар (шаровая молния) — ударил Рихману в левую часть лба. Раздался оглушительный звук, который Соколов позднее определил так: «Будто из малой пушки выпалено было». Рихман, «не издав ни малого голосу», рухнул на стоящий за ним сундук. Упал и оглушенный Соколов.

Об этом трагическом случае Ломоносов писал Ивану Ивановичу Шувалову следующее:

«Что я ныне к Вашему Превосходительству пишу, за чудо почитайте, для того что мертвые не пишут. Я не знаю еще или по последней мере сомневаюсь, жив ли я или мертв.

Я вижу, что г. профессора Рихмана громом убило в тех же точно обстоятельствах, в которых я был в то же самое время. Сего июля в 26 число, в первом часу пополудни, поднялась громовая туча от норда. Гром был нарочито силен, дождя ни капли. Выставленную громовую машину посмотрев, не видел я ни малого признаку электрической силы. Однако, пока кушанье на стол ставили, дождался я нарочитых электрических из проволоки искр, и к тому пришла моя жена и другие, и как я, так и оне беспрестанно до проволоки и до привешенного прута дотыкались, затем что я хотел иметь свидетелей разных цветов огня, против которых покойный профессор Рихман со мной споривал. Внезапно гром чрезвычайно грянул в самое то время, как я руку держал у железа, и искры трещали. Все от меня прочь побежали. И жена просила, чтобы я прочь шел. Любопытство удержало меня еще две или три минуты, пока мне сказали, что шти простынут, а притом и электрическая сила почти перестала. Только я за столом посидел несколько минут, внезапно дверь отворил человек покойного Рихмана, весь в слезах и в страхе запыхавшись. Я думал, что его кто-нибудь на дороге бил, когда он ко мне был послан. Он чуть выговорил: «Профессора громом зашибло». В самой возможной страсти, как сил было много, приехав увидел, что он лежит бездыханен. Бедная вдова и ее мать таковы же, как он, бледны. Мне и минувшая в близости моя смерть, и его бледное тело, и бывшее с ним наше согласие и дружба, и плач его жены, детей и дому столь были чувствительны, что я великому множеству сошедшегося народа не мог ни на что дать слова или ответа, смотря на того лице, с которым я за час сидел в Конференции и рассуждал о нашем будущем публичном акте. Первый удар от привешенной линеи с ниткою пришел ему в голову, где красно-вишневое пятно видно на лбу, а вышла из него громовая электрическая сила из ног в доски. Нога и пальцы сини, и башмак разодран, а не прожжен. Мы старались движение крови в нем возобновить, затем что он еще был тепл, однако голова его повреждена, и больше нет надежды. Итак, он плачевным опытом уверил, что электрическую громовую силу отвратить можно, сднако на шест с железом, который должен стоять на пустом месте, в которое бы гром бил сколько хочет. Между тем умер г. Рихман прекрасною смертию, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет, но бедная его вдова, теща, сын пяти лет, который добрую показывал надежду, и две дочери, одна двух лет, другая около полугода, как об нем, так и о своем крайнем несчастии плачут. Того ради, ваше превосходительство, как истинный наук любитель и покровитель, будьте им милостивый помощник, чтобы бедная вдова лучшего профессора до смерти своей пропитание имела и сына своего, маленького Рихмана, могла воспитать, чтобы он такой же был наук любитель, как его отец. Ему жалованья было 860 руб. Милостивый государь! исходатайствуй бедной вдове его или детям до смерти. За такое благодеяние господь бог вас наградит, и я буду больше почитать, нежели за свое. Между тем, чтобы сей случай не был протолкован противу приращения наук, всепокорнейше прошу миловать науки и вашего превосходительства всепокорнейшего слугу в слезах Михаила Ломоносова.

Санкт-Петербург, 26 июля 1753 года».

«Как хорошо его письмо о семействе несчастного Рихмана», — заметит впоследствии Пушкин. И сегодня без душевного трепета невозможно читать эти строки. В них отражаются высокие качества человека-гуманиста, искренне и глубоко переживающего потерю друга, горячо болеющего за «приращение науке». А «приращение наук» и покойный Рихман, и сам Ломоносов в области изучения «електрической силы» сделали немалое. О некоторых их открытиях уже говорилось. Скажем и о других — наиболее важных.

Еще П. Мушенбрек и Г. Крафт заметили отклонение магнитной стрелки во время молний. Почему это происходит, никто из ученых объяснить не мог. Рихман в результате опытов еще с «кабинетным» электричеством пришел к убеждению о существовании вокруг наэлектризованных тел электрических полей. Перейдя к опытам с атмосферным электричеством, он постепенно пришел к аналогичному умозаключению и по поводу молний. Через несколько лет правдоподобие гипотезы Рихмана подтвердил петербургский физик Ф. Эпинус в работе «О сходстве электрической силы с магнитною» (1758). Оригинальна и глубоко плодотворна была также идея Рихмана о молниезащите без заземления громоотводов. Каким образом? Решение подсказала заметка, опубликованная в «Санкт-Петербургских ведомостях». В ней сообщалось, что во французском городе Плозе на колокольне местного храма установлен железный крест, концы которого увенчаны металлическими линиями. «Когда случается сильная буря, — писал автор заметки, — ...то является всегда на всех концах того креста сияние. Из давних лет уже повествуют, что молниею в Плозе и в окрестных местах весьма редко вред причиняется, когда виден бывает сей феномен». Поскольку громоотвод Франклина с заземлением был только что изобретен, Рихман справедливо заключил, что крест храма не был заземлен. По счастливой случайности, пришел к выводу ученый, конструкция креста имела способность, электризуясь молнией, отталкивать «наэлектризованные лучи» обратно в облака. На современном языке идея Рихмана называется методом превентивной грозозащиты — иначе говоря, способом предупреждения образования молний. Подобная мысль надолго опережала науку того времени.

Ломоносов не напрасно опасался, что гибель друга может отрицательно сказаться на «приращении наук». Закоснелые в невежестве ретрограды подняли голову. Отовсюду в высокопоставленных кругах стали раздаваться требования запретить опыты с атмосферным электричеством. Президент Академии Разумовский не разрешил Ломоносову произносить речь об электрических явлениях на юбилейном заседании Академии. Ученому пришлось выдержать невероятно тяжелую борьбу, чтобы добиться своего — его сообщение слушалось 26 ноября 1753 года.

Изменение своего решения Разумовский мотивировал так: «...дабы господин Ломоносов с новыми своими изобретениями между учеными в Европе людьми не опоздал и через то труд его в учиненных до сего времени электрических опытах не пропал».

В «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» были отмечены заслуги погибшего друга, обобщены собственные раздумья и наблюдения. Речь Ломоносова свидетельствовала, что он внимательно следил и за опытами других зарубежных ученых, знал о многочисленных наблюдениях других естествоиспытателей.

Подходя к объяснению атмосферного электричества комплексно, он обратил внимание на факторы, ускользавшие от внимания ученых. Большое значение придавал Ломоносов в объяснении сложных метеорологических процессов восходящим воздушным потокам. Он объяснил причину их появления, первым обосновал связь между восходящими потоками и грозами. Вместе с потоками воздуха, подчеркнул ученый, от земли поднимается множество магнитных твердых частиц, в частности от продуктов горения. По мнению Ломоносова, трение частиц друг о друга в различных потоках воздуха — восходящих и нисходящих — вызывает их электризацию. От наэлектризованных частиц заряды передаются капельками воды посредством бесчисленных столкновений между собой частиц и влаги. Таким образом, в грозовых облаках возникают сильные электрические поля, порождающие молнию. Ломоносов совершенно точно указал, что заряд распределен по поверхности мельчайших капель по всему объему облака. Это указание ученого более чем на полтора столетия опередило развитие науки. Оценивая в целом речь Ломоносова, отметим, что в ней содержалась первая научная теория грозы. Положения этой теории подтверждались результатами последующих исследований и в общих чертах остаются незыблемыми до наших дней.

Содержался в речи Ломоносова и анализ причины гибели Рихмана. Пояснения сопровождались рисунками — планом, собственноручно выполненным Ломоносовым. Рихман стоял у «окна в сенях», которое, по словам Ломоносова, «было всегда затворено, чтобы привешенной нити не качал ветер». Однако, указал Ломоносов, в день опыта было открыто окно «в ближайшем покое». Через полуоткрытую дверь в этот «покой» могло быть движение воздуха. Заметив, что шаровой молнией был вырван кусок выходящей на север двери, в ее нижней части, ученый сделал вывод, что молния прошла через эту дверь. Подметил Ломоносов и многие другие весьма тонкие детали. Например, «что было у покойного Рихмана в левом кафтанном кармане семьдесят рублев денег, которые целы остались», что «часы... движение свое остановили», что «с печи песок разлетелся», что, наконец, нижний конец металлического стержня электрометра «стоял в опилках для того, чтобы электрическая сила из углов не терялась и указатель бы не шатался». Надо ли говорить, с каким вниманием ученые всех стран изучали обстоятельства гибели Рихмана. Точные и исчерпывающие сведения Ломоносова давали о смерти коллеги полное представление.

Кроме теории грозовых явлений речь Ломоносова содержала новые факты, развивала новые теории и гипотезы, новые идеи в метеорологии, в объяснении природы северных сияний и кометных хвостов. Выступление ученого полностью одобрил Леонард Эйлер, с ним в основном соглашались Г. Крафт и Г. Гейнзиус. Учтя печальный опыт коллеги, Ломоносов в дальнейшем не отказался от опытов с атмосферным электричеством, на новом этапе были внесены лишь коррективы, способствовавшие большей безопасности их проведения.