Джон Тиндаль и уникальные свойства паров воды: физика и метафизика
Профессор Тиндаль vs профессор Магнус
В 1861 году правительство Ее величества выделило профессору Королевского института Джону Тиндалю исследовательский грант размером в 200 фунтов. Насколько велика была эта сумма? Для сравнения отметим, что самый известный английский физик викторианской эпохи Майкл Фарадей работал по совместительству научным консультантом морской компании Тринити Хаус с зарплатой 300 фунтов в год. Такого же размера была и годичная пенсия, назначенная ему правительством.
В тот же день, когда Тиндаль узнал о выделении гранта, он получил письмо от профессора Магнуса – того самого, в лаборатории которого он, свежеиспеченный постдок, исследовал свойства диамагнетиков. Магнус заметил, что некоторые результаты Тиндаля были получены им самим раньше Тиндаля; кроме того, у Магнуса были серьезные сомнения в адекватности полученных Тиндалем результатов. Сразу оговоримся: в начавшемся диалоге его участники были настроены миролюбиво, и обсуждение спорных вопросов не переходило на личности. В этом смысле дискуссия Магнус – Тиндаль отличалась от характерных для Тиндаля противостояний со своими оппонентами.
В «Истории физики» Ф. Розенбергера читаем об этой дискуссии: «оба эти физика одинаково установили, что поглощение тепла простыми газами очень мало и что оно значительно возрастает только у сложных по своему составу газов. К числу разноречий принадлежит случай влажного воздуха: Тиндаль нашел, что последний поглощает тепло в значительной степени; по Магнусу же водяной пар вполне теплопрозрачен».
Обсудив с Фарадеем сложившуюся ситуацию, Тиндаль сообщил в ответном письме Магнусу о своих статьях, которые были опубликованы до того, как Магнус стал интересоваться проблемой. Магнус тему приоритета более не поднимал, продолжая, однако, настаивать на ошибочности выводов Тиндаля о высоком уровне поглощения теплоты парами воды.
Так, измерения Тиндаля показывали, что для водяного пара уровень теплопоглощения по меньшей мере в 60 раз превышал соответствующий показатель для сухого воздуха. Магнус ничего подобного не наблюдал и предположил, что в установке Тиндаля происходит неконтролируемая конденсация водяного пара. Профессор Магнус был выдающимся физиком-экспериментатором, игнорировать его критику было бы неправильно и «политически», и по существу. К тому же Тиндаль помнил о поддержке, которую он получил от Магнуса в самом начале своей научной карьеры.
В ответ на замечания Магнуса Тиндаль устранил возможные узкие места в своей методике измерений… но результат не изменился. В поисках убедительных аргументов в поддержку полученных результатов Тиндаль сравнил показатели теплопрозрачности разных веществ в жидком и газообразном состоянии. Он, в частности, обнаружил, что те из веществ, которые активно поглощали и излучали энергию в одном агрегатном состоянии, проявляли те же качества в другом. Обнаруженную им закономерность Тиндаль считал своим сильным аргументом. Действительно, высокий уровень поглощения теплового излучения водой вроде бы не вызывал сомнения; по этой причине естественно было бы ожидать таких же характеристик и у водяного пара. Этот аргумент Тиндаль приводит в своей статье в июльском выпуске журнала «Philosophical Magazine» за 1863 год; в статье были собраны ответы Тиндаля на критику Магнуса, соответствующая публикация которого была размещена в том же номере журнала.
Воздух из Гайд-парка и с острова Уайт
В одном из своих замечаний Магнус предположил, что параметры воздуха и аномальные свойства водяного пара неправомерно распространять на атмосферу Земли в целом. Тиндаль обратился за помощью к друзьям, и в скором времени в его распоряжении были пробы воздуха из разных регионов, в том числе с острова Уайт и из лондонского Гайд-парка. Водяной пар в этих регионах поглощал теплоту с такой же активностью. Поглощение теплоты во влажном воздухе в 50 раз превышало поглощение теплоты в сухом. Вскоре предметом исследования Тиндаля становятся образцы воздуха, выдыхаемого им самим, а также и его ассистентами, после принятия порции бренди. Со временем анализ воздуха при дыхании стал одним из методов медицинской диагностики.
12 мая 1866 года Тиндаль получает от профессора Магнуса письмо, в котором тот сообщал, что в ближайшем номере «Philosophical Magazine» выходит его статья про образование росы, и что в этой статье он, как и раньше, критически отзывается об аномальных свойствах паров воды. Сообщая о статье до выхода журнала в свет, Магнус уверяет Тиндаля, что ценит дружбу с ним и хочет избежать неожиданностей. Дискуссия Тиндаля с Магнусом закончилась только с уходом последнего из жизни 4 апреля 1870 года. Автором некролога в журнале «Nature» был профессор Королевского института Джон Тиндаль.
Метафизика физика Тиндаля
В сентябре 1860‑го Тиндаль, не раскрывая своего авторства, публикует в «Saturday Review» две статьи, одну из которых он назвал «Физика и метафизика». Что именно было для Тиндаля метафизикой? В первую очередь идеи нескольких почитаемых им мыслителей: американского поэта и философа Ральфа Эмерсона, британского историка и философа Томаса Карлейля и немецкого поэта (и естествоиспытателя!) Иоганна Гёте.
К метафизике можно отнести и обсуждение молекулярных механизмов, которые, по мнению Тиндаля, отвечают за процессы поглощения и излучения «лучистой теплоты». Анонимные статьи в СМИ не являлись тогда чем-то необычным… и, надо полагать, для научного сообщества не было секретом имя автора. Тиндаль явно верен себе: в этой статье (опубликованной, заметим, в издании, не относящемся к категории научных) он схематично описывает молекулярный механизм функционирования органов чувств: цветовые и звуковые ощущения он связывает с воздействием молекул на барабанную перепонку или на сетчатку глаза. И мысли, и чувства он считал зависящими от механических процессов, полагая, что со временем станет возможным, зная «молекулярное состояние» мозга, сделать вывод о связанных с этим состоянием мыслях, и наоборот, зная мысли, установить соответствующее им молекулярное состояние мозга.