О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякой материи

Общие соображения

Таковы факты, которые в связи с явлениями света доказывают магнитное действие или состояние материи, неизвестные до сих пор. Под влиянием этого свойства продольная часть такого вещества обычно располагается перпендикулярно к линиям магнитной силы; этот результат может обнаружиться в более простой форме отталкивания вещества обоими магнитными полюсами. Положение продольной части, или отталкивание всей массы, продолжается все время, пока поддерживается магнитная сила, и прекращается с прекращением ее.

При действии этой новой силы движущееся тело может пойти или вдоль магнитных линий или поперек их, и оно может двигаться вдоль или поперек их в обоих или во всяком направлении. Таким образом две части вещества, одновременно подверженные этой силе, можно заставить приближаться друг к другу, как будто они взаимно притягиваются, или удаляться друг от друга, как будто они взаимно отталкиваются. Все явления происходят таким образом, что часть такого вещества под действием магнитной силы стремится двигаться от мест или точек большей силы к местам или точкам меньшей силы. Когда вещество окружено со всех сторон линиями магнитной силы равного напряжения, то оно не стремится двигаться и находится тогда в явной противоположности с линейным электрическим током при тех же условиях.

Это состояние и действие новы не только в отношении проявления магнитом силы над телами, прежде считавшимися безразличными к этому влиянию, но оно ново как магнитное действие, представляющее нам второй способ, каким магнитная сила может проявлять свое влияние. Эти два способа находятся в том же общем отношении противоположности друг к другу, как положительное и отрицательное в электричестве или как север и юг в магнетизме или как линии электрической и магнитной сил в электромагнетизме. При этом диамагнитные явления более важны, так как они широко и в новом направлении простирают то свойство двойственности, которым в известной степени, как уже ранее было известно, обладает магнитная сила.

По-видимому, всякая материя подвержена магнитной силе, столь же всеобщей, как тяготение, электрическая и химическая силы или сила сцепления, ибо то, что не подвержено ей по способу обычного магнитного действия, подвержено по способу, описанному мной ныне, причем материя может находиться в твердом или жидком состоянии. Поэтому вещества, по-видимому, распадаются на два больших класса: магнитный и названный мной диамагнитным; и между этими классами контраст так велик и непосредственен, хотя изменчив по степени, что, когда вещество одного класса притягивается, тело другого класса отталкивается; и когда стержень из вещества одного класса принимает известное положение, стержень из вещества другого класса принимает перпендикулярное положение.

До сих пор я не нашел ни одного простого, твердого или жидкого, тела, не смешанного, которое было бы совершенно нейтрально в отношении к этим двум классам, т. е. не притягивалось бы или не отталкивалось в воздухе. Для исследования магнитной силы было бы важно знать, существует ли в природе простое вещество, обладающее этим свойством в твердом или жидком состоянии.

Таковы многие сложные или смешанные тела; и для успеха опытного исследования важно изложить принципы, по которым такое смешанное вещество было изготовлено, когда оно должно было служить в качестве окружающей среды.

Очевидно, что свойства магнитных и диамагнитных тел противоположны друг другу в отношении их динамических проявлений, и поэтому надлежащим смешением тел обоих классов можно получить вещество, имеющее среднюю степень свойства каждого. Протосульфат железа принадлежит к магнитному классу, а вода к диамагнитному, и с помощью этих веществ мне удалось получить раствор, который в воздухе не притягивался и не отталкивался и не принимал определенного направления. Такой раствор, окруженный водой, располагается по оси. Если раствор содержит меньше железа, то он располагается аксиально в воде, но экваториально в воздухе, и он может все более переходить в магнитный или диамагнитный класс от прибавления сульфата железа или воды.

Таким образом была получена жидкая среда, имевшая, поскольку я мог заметить, все магнитные свойства и действия газа и даже пустоты. А так как есть магнитное и диамагнитное стекло, то, очевидно, возможно изготовить твердое вещество, обладающее тем же нейтральным магнитным характером.

Попытка составить общий список веществ при настоящем несовершенном состоянии наших знаний была бы преждевременна. Поэтому ниже дан список только для представления специфического отношения, в котором тела находятся в магнитной силе, и для справок:

Железо Осмий Ртуть

Никель Воздух при 0° Флинтглас

Кобальт и вакуум Олово

Марганец Мышьяк Тяжелое стекло

Палладий Эфир Сурьма

Кронглас Алкоголь Фосфор

Платина Золото Висмут

Вода

Весьма интересно заметить, что металлы стоят на концах списка, так как из всех тел они наиболее противоположны друг другу по своим магнитным свойствам. Замечательно также, что эти различия и отклонение от среднего состояния оказываются наибольшими в металлах, находящихся в двух концах данного списка, – железе и висмуте, отличающихся малой электропроводностью. В то же время обращает на себя внимание контраст между этими металлами в отношении их волокнистого и зернистого состояния, их ковкости и хрупкости, когда мы представляем себе возможное состояние их молекул, подверженных магнитной силе.

В отношении класса металлов, равно как и диамагнитных тел не этого класса, отрицание взгляда, что все тела магнитны, как железо, должно быть не простым отрицанием того, что утверждается, но заключать в себе доказательство того, что они представляют отличное и противоположное состояние и способны противодействовать значительной степени магнитной силы.

Как уже показано, магнитная сила так поразительно отлична по своему действию на тела магнитного и диамагнитного классов, что когда она вызывает притяжение тел одного класса, она вызывает отталкивание тел другого. Мы не можем объяснить этого иначе, как действием на молекулы или массу веществ, которые приводятся в различные состояния и подвергаются соответствующему влиянию. С этой точки зрения интересно сравнить эти результаты с теми, какие представляет нам поляризованный луч, ибо здесь в отношении действия обнаруживается замечательное различие. Если мы, например, возьмем из обоих классов, прозрачные тела, например, тяжелое стекло или воду из диамагнитного и кусок зеленого стекла или раствор зеленого купороса из магнитного класса, то данная линия магнитной силы вызовет отталкивание одного и притяжение другого. Но эта самая линия силы, которая так различно действует на поляризованный луч, проходящий через нее, совершенно одинакова в обоих случаях, так как оба тела вызывают его вращение в том же направлении.

Это соображение становится еще важнее, когда мы свяжем его с диамагнитными и оптическими свойствами тел, вращающих поляризованный луч. Так, раствор железа и кусок кварца, имея одно и то же свойство вращать луч, устанавливаются под влиянием одной и той же линии магнитной силы один аксиально, а другой – экваториально, но вращение, вызываемое в луче света этими двумя телами, поскольку они находятся под влиянием той же магнитной силы, одинаково в обоих. Затем это вращение совершенно независимо и не похоже на вращение в кварце в самом важном пункте; ибо кварц сам по себе может вращать луч в одном направлении, но под влиянием магнитной силы он может вращать его направо и налево, смотря по ходу луча. Или если взять два куска кварца (или две трубки терпентинного масла), которые вращают луч в разных направлениях, то под влиянием магнетизма они обнаруживают вращение всегда в одном направлении, и это направление может быть сделано правым или левым в каждом кристалле кварца. Между тем контраст между кварцем, как диамагнитным телом, и раствором железа, как магнитным, остается неизменным. Некоторые соображения о характере луча, вытекающие из этих контрастов, я надеюсь представить Обществу, когда буду иметь время подвергнуть их дальнейшему экспериментальному исследованию.

Теоретическое объяснение движений диамагнитных тел и всех динамических явлений, возникающих от действия магнитов на них, можно дать, предположив, что магнитная индукция вызывает в них состояние, противоположное тому, которое она вызывает в магнитных телах. Другими словами, если поместить частицу каждого рода тел в магнитное поле, оба они станут магнитными и установят свои оси параллельно равнодействующей магнитной силы, проходящей через них. Но частица магнитного вещества установит свои полюсы на противоположных концах или обратится к противоположным полюсам индуцирующего магнита, тогда как диамагнитные частицы представляют обратное явление. Отсюда происходит приближение одного вещества и удаление другого.

По теории Ампера это воззрение равносильно предположению, что в железе и магнитных телах возникают токи, параллельные существующим в индуцирующем магните, или проволоке, соединенной с батареей, а в висмуте, тяжелом стекле и диамагнитных телах возникают токи противоположного направления. Таким образом токи в диамагнитных телах будут иметь то же направление, что и токи, индуцируемые в диамагнитных проводниках при возникновении индуцирующего тока, а токи в магнитных телах – направление токов, возникающих при прекращении того же индуцирующего тока. В отношении непроводящих магнитных и диамагнитных веществ не может быть затруднения, так как гипотетические токи проходят не в массе, а вокруг частиц материи.

Поскольку опыт до сих пор подтверждал такого рода представления, мы можем говорить о том, что известные индуктивные действия на массы магнитных и диамагнитных металлов одинаковы. Если прямой железный стержень провести поперек магнитных силовых линий или держать его или же спираль из железных стержней или проволоки вблизи магнита, магнетизм которого возрастает, то индуцируются электрические токи, идущие через стержень или спираль в определенных направлениях. В стержне или спирали из висмута при тех же условиях также индуцируются токи и в том же направлении, как в железе; таким образом, здесь нет различия в направлении индуцированного тока и мало различия в силе, во всяком случае, не такое большое различие, как между током, индуцированным в одном из этих металлов, и в металле вблизи нейтральной точки. Все-таки остается разница между условиями опыта и гипотезы: в первом индукция обнаруживается токами в массах, а в последней, т. е. в собственно магнитных и диамагнитных действиях, токи, если они существуют, идут, вероятно, вокруг частиц материи.

Магнитные свойства газообразных тел крайне замечательны. Кислород или азот находятся посредине между магнитным и диамагнитным классами; они занимают место, которое не может занимать ни одно твердое или жидкое тело; они не обнаруживают перемены в своих свойствах при разрежении до возможной степени или даже, когда занимаемое ими пространство переходит в пустоту; они в отношении магнетизма одинаковы со всяким другим газом или паром; они занимают место не на конце, а в средине всего ряда тел, и все газы или пары одинаковы, начиная от самого разреженного состояния водорода до самого плотного состояния углекислоты, сернистой кислоты или паров эфира. Все эти свойства так поразительны, что могут сразу убедить всякого, что воздух должен играть большую и, может быть, определяющую роль в физическом характере и распределении магнитных сил на земле.

Одно время я считал воздух и газы телами, которые, допуская разрежение своего вещества без прибавления других веществ, дадут возможность наблюдать соответственные изменения магнитных свойств. Ныне как будто оказывается, что эта их способность к разрежению, по-видимому, не оказывает никакого влияния, и хотя легко приготовить жидкую среду, действующую на другие тела, как воздух, все-таки отношение ее к ним неодинаково. Такого рода среда не может быть разрежена без изменения ее магнитных свойств, ибо прибавить воду или иное подобное вещество значит увеличить диамагнитную силу жидкости, а если бы было возможно превратить ее в пари таким образом разредить теплотой, то она перешла бы в класс газов и в отношении к магнетизму была бы неразличима от остальных газов.

Интересно также наблюдать видимое исчезновение магнитных свойств и действий, когда тела принимают парообразное или газообразное состояние, если сравнить это с аналогичным отношением их к свету. Ибо ни один газ или пар до сих пор не обнаруживал магнитного влияния на поляризованный луч даже при наличии сил, более чем достаточных, для проявления такого действия в жидких или твердых телах.

Для теории магнетизма весьма важно, зависят ли отрицательные результаты, полученные при опытах с газами и парами, от меньшего количества материи в данном объеме, или они представляют прямые следствия измененного физического состояния вещества. Для выяснения этого вопроса я придумал опыт с одной из трубок с эфиром Каньяр де ля Тура, но ожидаю встретить большие затруднения при его выполнении, главным образом ввиду прочности и массы трубки, необходимых для сопротивления расширению заключенного в ней нагретого эфира.

Замечательное свойство воздуха и его отношение к телам магнитного и диамагнитного классов обнаруживаются в том, что воздух устанавливается экваториально в телах первого класса и аксиально в телах второго класса. Или если производить опыт в форме притяжения и отталкивания, то воздух движется, как испытывающий отталкивание в среде магнитного класса и притяжение в диамагнитной среде. Поэтому получается так, как будто воздух является магнитным в сравнении с диамагнитными телами и диамагнитным в сравнении с магнитными телами.

Этот результат я объяснял предположением, что висмут и родственные ему тела абсолютно отталкиваются полюсами магнита, и если бы в этом явлении ничего не участвовало кроме магнита и висмута, они испытывали бы равным образом отталкивание. Точно так же в опыте с железом и подобными телами притяжение по гипотезе было прямым результатом взаимодействия их и магнитов; затем эти действия считались достаточными для объяснения установки воздуха как по оси, так и по экватору, равно как для объяснения видимого притяжения и отталкивания. В этих случаях результат считался зависящим от перехода воздуха к тем положениям, которые магнитные и диамагнитные тела стремились оставить.

Но воздух в этих опытах представляет те же самые явления, как и полученные с раствором железа различной крепости, когда все тела принадлежали к магнитному классу и результат, очевидно, зависел от большего или меньшего напряжения магнетизма в растворах, Слабый раствор в более крепком устанавливался экваториально и отталкивался подобно диамагнитному телу не потому, что он под влиянием притяжения не стремился к осевому положению, но потому, что он стремился к этому положению с меньшей силой, чем окружающее его вещество. Таким образом, возникает вопрос, отталкиваются ли диамагнитные тела в воздухе и стремятся ли к экваториальному положению по какой-либо иной причине, чем та, что воздух более магнитное тело, чем они, и стремится занять осевое положение. Легко заметить, что если бы все тела были магнитными в разных степенях, образуя один длинный ряд от одного конца до другого с воздухом по середине, то явления происходили бы так, как они происходят в действительности. Всякое тело из середины этого ряда устанавливается экваториально в телах, показанных выше его, и аксиально в телах ниже его, ибо вещество, которое подобно висмуту идет от точки сильного действия к точке слабого, способно к этому лишь потому, что вещество, находящееся уже на месте слабого действия, стремится к месту сильного, точно так же как в электрической индукции тела, наиболее способные к переносу силы, увлекаются по кратчайшей линии действия. Таким образом воздух в воде или даже под ртутью, по-видимому, увлекается к полюсу магнита.

Но если бы это воззрение было правильно и воздух имел бы такую силу среди других тел, что занимал бы место по середине между ними, то следовало бы ожидать, что разрежение воздуха изменяло бы его место, делая его может быть более диамагнитным, или во всяком случае отражалось бы на его положении в списке тел. Если бы это было так, то тела, которые устанавливаются в нем экваториально при одном состоянии его плотности, при изменении плотности изменяли бы свое положение и, наконец, устанавливались бы аксиально. Но это не наблюдается, и при сравнении разреженного воздуха с магнитным или диамагнитным классом или даже со сгущенным воздухом он всегда остается на своем месте.

Согласно этому воззрению даже чистое пространство было бы магнитным и точно в той же степени, как воздух и газы. Но хотя возможно, что пространство, воздух и газы имеют то же общее отношение к магнетизму, мне представляется большой добавочной гипотезой предположение, что все они абсолютно магнитны и находятся по середине ряда тел сравнительно с допущением, что они находятся в нормальном или нулевом состоянии. Поэтому в настоящее время я склоняюсь к прежнему взгляду и, следовательно, к мнению, что диамагнитные тела имеют особенное действие, противоположное обыкновенному магнитному действию, и таким образом представляют нам новое для нашего познания магнитное свойство.

Количество этой силы в диамагнитных веществах, по-видимому, очень мало, судя по ее динамическому проявлению, но движение, которое она в состоянии вызвать, представляет быть может наиболее поразительную меру ее. Вероятно, когда сущность ее будет нам лучше известна, мы познакомимся с другими проявлениями и другими показателями и мерами ее свойств, чем те несовершенные, которые приведены в этой статье, и быть может даже новые классы явлений послужат к обнаружению ее и к указанию ее действия. Весьма поучительно видеть слабое действие спирали, когда она одна, и поразительную силу, которую она проявляет и воспринимает в соединении с куском мягкого железа. Также и здесь мы можем ожидать аналогичного проявления этой формы силы, столь новой в нашем опыте. Нельзя даже на мгновение предположить, что, будучи присуща естественным телам, она излишня или недостаточна или не необходима. Без сомнения она имеет свое назначение, которое относится ко всей массе земного шара, и вероятно, вследствие этой связи со всем земным, шаром количество ее по необходимости (так сказать) столь мало в частях материи, которую мы употребляем и подвергаем опытам. Но как ни мала эта сила, она, когда проявляется в массах материи равной величины, все же неизмеримо больше, даже в динамических проявлениях, чем, например, мощная сила тяготения, которая связывает весь мир!

В полном убеждении, что роль этой силы в природе будет раскрыта и окажется, как все другие естественные проявления силы, не только важной, но и существенной, я решаюсь высказать несколько беглых замечаний.

Материя не может подвергаться действию магнитных сил, не участвуя сама в явлении и не проявляя в свою очередь известное влияние на магнитную силу. Простое наблюдение показывает, что когда магнит действует на кусок мягкого железа, то само железо благодаря состоянию своих частиц переносит силу в отдаленные пункты, сообщая ей направление и концентрацию самым поразительным образом. Также и здесь состояние, приобретаемое частицами участвующих в явлении диамагнитных тел, может быть состоянием, которое переносит и вызывает перенос силы через них. В прежних статьяхя предложил теорию электрической индукции, основанную на действии смежных частиц, которою я ныне даже более доволен, чем во время ее составления; тогда я высказал мысль, что боковое действие электрических токов, эквивалентное электродинамическому или магнитному действию, также проводится подобным образом. В то время я не мог открыть особенного состояния посредствующей или диамагнитной материи, но теперь, когда мы можем различать такое действие, столь сходное по своей природе в столь различных телах и поэтому столь сходное по характеру со способом, которым магнетизм проникает во все виды тел, будучи в то же время столь же всеобщим по своему присутствию, как по своему действию; теперь, когда диамагнитные тела оказываются не индифферентными телами, я с большей уверенностью повторяю ту же мысль и спрашиваю, не переносится ли магнитная сила действием сложных или близлежащих частиц и не обусловлено ли распространение этой силы особенным состоянием, приобретаемым Диамагнитными телами, подверженными магнитному действию?

Какое бы воззрение мы ни приняли на твердые и жидкие тела, как образующие два ряда или же один большой магнитный класс, это, по моему мнению, не меняет вопроса. Все они подчиняются влиянию магнитных линий сил, проходящих через них, и возможное различие в свойствах и характере любых двух веществ, взятых из разных мест ряда, в обоих случаях одинаково, ибо взаимодействие веществ обусловлено именно дифференциальным отношением этих веществ.

Только группа, включающая воздух, газы, пары и даже вакуум, представляет некоторое затруднение для понимания. Но здесь обнаруживается такое удивительное изменение в физическом состоянии тел, и в некоторых отношениях они сохраняют столь мощные силы и свойства, тогда Как другие, по-видимому, исчезают, что можно почти с уверенностью ожидать появления особенного состояния под действием силы столь всеобщей, как магнетизм. Электрическая индукция, будучи действием на расстоянии, сильно изменяется в ряде твердых и жидких тел, но когда она проявляется в воздухе или газах, где она наиболее очевидна, она одинакова по количеству во всех; она не изменяется в воздухе по степени, как бы редок или плотен он ни был А. Магнитное действие можно считать простой функцией электрической силы, и если оно окажется аналогичным последней в этом своем особенном отношении к воздуху, газам и пр., то это меня нисколько не удивит.

В отношении способа, каким электрическая сила, статическая или динамическая, может переноситься от одной частицы к другой, когда они находятся на расстоянии друг от друга, или через вакуум, я не могу ничего прибавить к тому, что я говорил ранее. Предположение, что такой перенос может иметь место, не представляет ничего удивительного для тех, кто пытался понять теплоизлучение и теплопроводность из единого принципа действия.