1777. Фигуры Лихтерберга

Какое лабораторное оборудование можно считать наиболее важным в наши дни? Оптимисты найдут вспоминать различного рода спектрометры, которые им хотелось бы завести в лаборатории, чтобы ускорить научную работу, пессимисты – вспоминать, какой стеклянный прибор они разбили на прошлой неделе, после чего работа остановилась совсем.

Реалисты же, к которым я имею привычку относить себя, сразу же вспомнят устройство, с которым мы прошли не одну аккредитацию, составили немало заявок на получение грантов и чуть меньшее число отчётов по полученным грантам, благодаря которым и удается оплатить работу спектроскопистов, пополнить количество бьющихся лабораторных стекляшек и организовать работу.

Надеюсь, читатели поняли: самым важным лабораторным оборудованием дня сегодняшнего по праву можно считать компьютер – оборудование, на котором работают даже те мои коллеги, которые давно уже не анализируют «сырые» спектры и тем более не стоят у вытяжного шкафа, собирая приборы из стеклянной посуды.

Говоря точнее, самым важным оборудованием можно считать даже не компьютер, а лабораторный принтер, поскольку электронный документ в наши дни можно составить или выправить даже с помощью телефона (хоть это и неудобно, но возможно – бывало, мне приходилось сидеть в поезде и срочно править на телефоне электронные таблицы, а потом отсылать их своему руководству), а вот чтобы распечатать его в обязательных двух или трех экземплярах, без принтера не обойтись. Самым распространённым типом принтера сейчас является принтер лазерный, мы редко задумываемся о том, как и когда были разработаны принципы лазерной печати, а между тем фигуры Лихтенберга – физические явления, которые легли в основу этих принципов, – впервые удалось наблюдать ещё в XVIII веке.

Георг Кристоф Лихтенберг родился в 1742 году в городке Обер-Рамштадт неподалёку от Дармштадта в семье священника. Возможно, Лихтерберг мог бы пройти кастинг на роль Ричарда III в одноименной трагедии Шекспира, но только после достижения определённого возраста, а так горбатый и непропорционально сложенный мальчик чувствовал себя изгоем и страдал от одиночества, несмотря на то, что у него было пятнадцать братьев и сестёр. Как это нередко бывает у сильных духом людей, Лихтенберг компенсировал свои физические недостатки, развивая интеллект. В 1763 году он отправился преподавать физику в Университет Геттингена, а через шесть лет уже получил должность экстраординарного профессора, хотя и не только за учёные заслуги – администрация надеялась, что умение Лихтенберга общаться и его знание языков благотворно скажется на репутации университета.

В 1770 и 1774 годах Лихтенберг два раза посещал Британию, эти поездки оба раза производили на него большое впечатление, в итоге сделав из него увлечённого англофила. В Британии он встречался со своим тёзкой – королём Георгом III (представителем Ганноверской династии, зародившейся на землях, близких к месту рождения самого Лихтенберга), и, что более важно, с Джеймсом Ваттом и Джозефом Пристли, которые повлияли на его научные взгляды. В Британии Лихтенберг также водил знакомство и с литераторами, например, Джонатаном Свифтом, под влиянием которых решил писать не только научные трактаты, но и афоризмы (временами на грани приличия своего времени), литературную сторону и образность которых высоко оценивали Эммануил Кант и Вольфганг фон Гёте. Лихтенберга можно считать первым блогером своего времени (правда, пишущим «под замок»): он заносил в свои записные книжки каждую мелочь – что-то, что бросилось в глаза, впечатления от прочитанных книг, планы экспериментов, равно как и то, удалось ли или нет реализовать планы. Лихтенберг умел и работать, и веселиться, и был неплохим компаньоном: как-то раз после бурной пирушки, в которой также принимал участие Алессандро Вольта, Лихтенберг заметил, что Вольту можно назвать экспертом по электризации девушек (думаю, что же было на этой пирушке, лучше предоставить воображению). Лекции Лихтенберга по физике привлекали даже тех студентов, у которых физика не входила в учебный план – скорее всего Лихтенберг был первым лектором в Германии (а может и во всём мире), дополнявшим лекции по электричеству демонстрационными экспериментами. Временами послушать и посмотреть его лекции приходили не только студенты, известно, что среди слушателей Лихтенберга был математик Карл Гаусс. Лихтенберг написал учебник по естествознанию, который оставался образцовым учебным пособием несколько десятилетий. Именно за этот труд Петербургская академия наук приняла Лихтенберга в иностранные почётные члены.

Хотя интересы Лихтенберга в естественных науках были разнообразны, да и выходили за пределы естествознания, наибольший научный вклад был сделан им в изучение электрических явлений. Именно ему принадлежит введение обозначения разных полюсов источника электричества знаками «+» и «-» (положительное и отрицательное напряжение). До него эти полюса и само электричество имели другие обозначения – «стеклянное» и «гуттаперчевое», «янтарное» и «шерстяное» и всякое прочее, что, естественно, не облегчало взаимопонимание физиков из разных стран (по версии американских физиков, систему положительного и отрицательного полюсов источника тока предложил один из отцов-основателей Бенджамин Франклин). Для экспериментов Лихтенберг построил большую электростатическую индукционную машину – изолированный металлический диск диаметром около 2 метров, который он заряжал по методу Вольты. Тут-то он и обнаружил фигуры, названные впоследствии его именем. Комната, где планировалось проводить эксперимент, была заполнена пылью, но Лихтенберг так торопился начать эксперимент, что не дал пыли осесть и не стал ждать уборки. В процессе электризации диска было обнаружено, что пыль осаждалась на его поверхность странным образом – «образуя подобие фигур звёзд на ночном небе». Подумав, что причиной формирования таких «пыльных узоров» является электростатика, он зарядил диск электричеством из лейденской банки и увидел образование различных по форме фигур-картин. Заменив пыль угольным порошком, Лихтенберг нашёл способ переносить узоры на бумагу, тем самым став изобретателем принципа электростатической печати. Дальнейшие эксперименты привели к тому, что форму фигур стало возможным контролировать, хотя, честно говоря, сам Лихтенберг делал это только для увеличения зрелищности экспериментов. Он не думал, что обнаруженный эффект когда-то может найти практическое применение.

Лихтенберг продолжил изучение электричества, доказав, что молнии имеют электрическую природу. Для этого он запускал воздушный змей в грозу (помимо него с грозовым электричеством экспериментировали опять же Бенджамин Франклин, которому повезло выжить, и друг Ломоносова Георг Рихман, погибший от удара молнии). Лихтенбергу, как и Франклину, удалось благополучно пережить ловлю молний в грозу, но что интересно – у людей, которым все же не везёт настолько, что в них попадает молния, на коже часто наблюдается разветвлённый рисунок, похожий по структуре на фигуры Лихтенберга.

Идея электростатической печати, о которой впервые сообщалось в 1777 году, не была востребована до 1938 года. В этом году американский изобретатель Честер Карлсон запатентовал метод «электронографии». Метод был основан на том, что металлическая пластинка, покрытая слоем полупроводника, например, серы, антрацена или антрахинона, накапливала электрический заряд при облучении светом, к заряженным областям прилипал порошок-пигмент, который затем можно было перенести на бумагу. Карлсон пытался внедрить изобретение, но у него не получалось, и он перепродал права на «электронографию» фирме Haloid Company которая переименовала принцип печати в «ксерографию». В 1959 был выпущен копировальный аппарат Xerox 914, способный изготавливать 100000 копий в месяц, а в наше время «ксероксом» мы называем любую технику для создания копий, независимо от фирмы производителя, а глаголом «ксерить» обозначаем процесс копирования. В наши дни о Лихтенберге почти никто не помнит, но результаты его открытия есть в любом принтере, копире или многофункциональном устройстве в лабораториях, офисах и даже квартирах.