О природе магнитокристаллической силы и общие соображения

Магнитокристаллическая сила, по-видимому, ясно отличается как от магнитной, так и от диамагнитной силы, так как она не вызывает ни притяжения, ни отталкивания, но лишь сообщает определенное положение массе, так что данная линия в массе кристалла приводится ею в данное отношение с направлением внешней магнитной силы.

Я считаю необходимым тщательно исследовать и доказать вывод, что эта сила не имеет связи ни с притяжением, ни с отталкиванием. С этой целью я построил крутильные весы с бифилярным подвесом, состоящим из двух пучков шелковых нитей по семи волокон в каждом, в 4 дюйма длины, на расстоянии */12 дюйма; на одном конце рычага я повесил кристалл висмута, так что он мог устанавливаться и держаться в любом положении, Эти весы были защищены стеклянным ящиком, вне которого помещался в горизонтальном положении и перпендикулярно к коромыслу крутильных весов конический конец одного полюса большого электромагнита так, что кристалл висмута был на продолжении оси полюса и на расстоянии около дюйма от ее конца, когда все было в покое. Другой полюс на расстоянии 4 дюймов был широк, так что магнитные силовые линии расходились и быстро уменьшались в интенсивности от конца конического полюса. Целью было наблюдать степень отталкивания магнитом висмута, как диамагнитного тела, по расстоянию, на которое он отталкивался, или по кручению, необходимому для приведения его назад в прежнее положение, а также установить, получится ли какое-нибудь различие, когда магнитокристаллическая ось висмута будет в одном случае расположена аксиально или параллельно магнитным силовым линиям, а в другом случае – экваториально.

Поэтому кристалл помещался своей магнитокристаллической осью сначала параллельно магнитным силовым линиям, а затем поворачивался четыре раза подряд на 90° в горизонтальной плоскости, чтобы наблюдать его во всех положениях магнитокристаллической оси. Однако ни разу не обнаруживалось различия в силе отталкивания. В других опытах ось помещалась наклонно, но всегда с тем же результатом. Поэтому если здесь существует различие, то оно должно быть весьма мало.

Соответствующий опыт был произведен с подвешиванием кристалла, как маятника, бифилярно на шелковых нитях в 30 футов длины с тем же результатом.

Таким образом эта сила отлична по своему характеру и действиям от магнитной и диамагнитной форм ее. С другой стороны, она имеет очевидную связь с кристаллической структурой висмута и других тел и потому с молекулами и силой, благодаря которой они способны образовать кристаллические массы. Мне кажется невозможным представить эти результаты иначе, чем как взаимодействие магнитной силы и силы частиц кристалла друг на друга, а это приводит к другому выводу, а именно, что поскольку они могут действовать друг на друга, они имеют сходную природу. В то же время это способствует, как я думаю, решению великой проблемы теории о молекулярных силах, теории, приписывающей им общее происхождение.

Рассматриваем ли мы кристалл или частицу висмута, полярность его имеет необычайный характер в сравнении с полярностью частицы в обычном магнитном состоянии или с дуализмом какой-нибудь другой физической силы, ибо противоположные полюсы имеют здесь одинаковый характер, как это показывает прежде всего диаметральная установка масс, а также физические свойства и отношения кристаллов вообще. Так как молекулы лежат в массе кристалла, они никоим образом не могут продета влиять состояния или быть представленными через состояние щепотки железных опилок между полюсами магнита или частиц железа в магнитном якоре, ибо последние имеют полюсы разных наименований и свойство примыкать друг к другу и таким образом образовывать своего рода структуру, тогда как в кристалле молекулы полярны сходным образом по отношению друг к другу, так что и здесь можно считать все полюсы, так сказать, одинаковыми.

Как показывают опыты, магнитокристаллическая сила действует на расстоянии, и кристалл может также привести в движение магнит на расстоянии. Чтобы получить последний результат, я намагнитил стальное шило длиной около 3 дюймов и подвесил его вертикально на шелковом волокне длиной в 4 дюйма к небольшому горизонтальному стержню, который в свою очередь был подвешен в центре на шелковом волокне другой длины к неподвижной точке опоры. Таким образом, шило могло свободно вращаться около своей оси и могло также описывать круг около 1/3 дюйма в диаметре; последнему движению не мешало стремление иглы устанавливаться под влиянием земного магнетизма, так как она могла принимать всякое положение на круге и все-таки оставаться параллельной самой себе.

Стойка, совершенно свободная от действия магнетизма, была сделана из стеклянного стержня и медной проволоки, которые, проходя через дно стойки и находясь на продолжении верхней оси движения, были концентричны с кругом, который мог описывать маленький магнит. Высота стойки была такова, что она могла поддерживать кристалл или другое вещество на уровне полюса нижнего конца иглы и в центре малого круга, вдоль которого полюс мог оборачиваться. Перемещая нижний конец стойки, можно было также и верхний конец приближать или удалять от магнита. Все это было покрыто стеклянным колпаком. При сохранении однородной температуры и придя в состояние покоя, магнитная игла принимала постоянное положение под влиянием силы кручения нити подвеса. Далее вращение стеклянной стойки с медной проволокой не вызывало перемены положения магнита, ибо Хотя движение воздуха смещало магнит, он возвращался в конце концов к той же течке. При удалении от этой точки сила кручения шелковой нити вызывала колебание системы; время половины колебания или возвращения к прежнему направлению составляло около 3 мин., а время целого колебания – 6 мин.

Существует общая и, как мне кажется, важная связь между магнитооптическими результатами Плюккера и полученными мной ранее с тяжелым стеклом и другими телами. Если эти тела подвергнуть сильной индукции действием магнитных или электрических сил, то они приобретают особое состояние, в котором могут влиять на поляризованный луч света. Получается вращение луча, если он проходит через вещество параллельно магнитным силовым линиям, или, другими словами, в аксиальном направлении; если луч проходит экваториально, то не обнаруживается никакого действия. Поэтому экваториальная плоскость есть плоскость, в которой состояние молекулярных сил наименее нарушается в отношении их влияния на свет. Таким образом в опытах Плюккера оптическая ось или оси, если их две, входят в эту плоскость под влиянием того же магнетизма, представляя линии, в которых имеет место наименьшее действие или вовсе нет действия на поляризованный свет.

Если кусок тяжелого стекла или известное количество воды привести сначала в такое напряженное состояние, а затем поместить его в магнитное поле, я думаю, не может быть сомнения, что они будут перемещаться, если имеют такую возможность, и располагаться естественно так, что плоскость, где нет действия на свет, будет экваториальной точно так, как это Плюккер показал на кристалле известкового шпата или турмалина. При этом, как в опытах Плюккера, так и в моих опытах магнитный и диамагнитный характер тел не вызывает разницы в общем результате, и оптическое действие проявляется в одном и том же направлении и подвержено одним и тем же законам с обоими классами веществ.

Но хотя в этом решающем вопросе результаты в общем сходны, все-таки есть большая разница в расположении сил в тяжелом стекле и кристалле и еще большая разница в том, что тяжелое стекло принимает свое состояние лишь принудительно и на время под влиянием индукции, а кристалл обладает им свободно, естественно и постоянно. Но в обоих случаях, естественное или индуцированное, это состояние есть состояние частиц, и сравнение принудительного действия на свет стекла со свободным действием кристалла указывает на способность магнита индуцировать некое состояние частиц материи, подобное тому, которое необходимо для кристаллизации, и это даже в частицах жидкостей.

Если эти соображения справедливы и силы, обнаруживающиеся в кристаллах висмута и исландского шпата, те же самые, то это дает новое основание для утверждения, что когда висмут и другие названные металлы подвержены действию магнита, то они обладают как индуцированным состоянием силы, так и предсуществовавшей силой. Последнюю можно различать, как кристаллическую силу, и обнаружить, во-первых, в телах, имеющих оптические оси и силовые линии, когда они не находятся под влиянием индукции, во-вторых, в симметрическом состоянии всей массы при обычных условиях и, наконец, в фиксированном положении линий магнитокристаллической силы в телах, обладающих ею.

Хотя я говорил о магнитокристаллической оси, как о данной линии или направлении, но я не хотел бы быть понятым так, будто я предполагаю, что сила убывает или состояние меняется в равной пропорции вокруг нее. Более вероятно, что изменение различно по степени в разных направлениях, завися от сил, дающих различную форму кристаллам. Поэтому можно точно узнать распределение силы с помощью хороших кристаллов, обыкновенного постоянного магнита или отрегулированного электромагнита, плоских полюсов и кручения.

Я не могу закончить этот ряд исследований, не заметив, как быстро развивается знание молекулярных сил и как поразительно всякое исследование стремится все более обнаруживать их важность и интерес как предмета изучения. Несколько лет тому назад магнетизм представлял для нас тайную силу, действующую лишь на немногие тела; ныне оказалось, что она влияет на все тела и имеет самую тесную связь с электричеством, теплотой, химическим действием, цветом, кристаллизацией и через нее с силами сцепления, и при настоящем положении дел мы должны продолжать наши работы, поощряемые надеждой привести его в связь с самим тяготением.

Королевский институт, 20 октября 1848 г.