1777–1851
«Между Балтийским и Северным морями со времён седой древности лежит лебединое гнездо; зовут его Данией; в нем родились и рождаются лебеди с бессмертными именами». Так начинается сказка Ганса Христиана Андерсена «Лебединое гнездо». В ней повествуется о диво-лебедях, вылетевших из Дании. Один лебедь прорезал своими мощными крыльями нависшие над землёй тучи, и людям открылась неземная красота звёздного неба. Этот лебедь – астроном Тихо Браге. Другой ударил крыльями по мраморному валуну, и из его осколков явились прекрасные создания. Этот лебедь – художник и скульптор Бертель Торвальдсен. А третий лебедь дал крылья мысли, затем сплёл провод, которым опоясали всю Землю, благодаря чему слова бегут по нему со скоростью молнии. Этот лебедь – знаменитый датский физик, тёзка Андерсена, Ганс Христиан Эрстед.
Ганс Христиан Эрстед родился 14 августа 1777 г. (в один год с Карлом Гауссом) в датском городишке Рудкёбинг. Отец Ганса был аптекарем, дела которого шли с переменным успехом: семье регулярно недоставало денег. Поэтому в школу Ганс не ходил, однако учился при любой удобной возможности: немецкий язык он осваивает вместе с братом под началом городского парикмахера, вместе с его женой изучают досконально датский язык, местный пастор знакомит их с историей и литературой, а землемер передаёт азы математики. В общем, классика: «мы все учились понемногу чему-нибудь и как-нибудь». Уже в 12 лет Ганс – помощник отца в аптеке. Работа с растворами, порошками и прочими аптечными атрибутами пробуждает в его душе интерес к естественным наукам, что рождает в нем решение поступить в университет.
Копенгагенский университет – цель заманчивая, но непростая. Для поступления туда, семнадцатилетний Ганс перебирается в столицу и усиленно занимается в течение целого года. Усилия не прошли даром: в 1795 г. новоиспечённый студент приступает к занятиям. Его подход – попробовать всё, не пытаясь исчерпать до дна какую-то определённую науку. Так, будущий физик сначала получает Золотую медаль университета за эссе «Границы поэзии и прозы», а затем пишет работу по химии, посвящённую свойствам щелочей. В итоге он получает степень доктора философии за исследования в области медицины и звание фармацевта высшей ступени. Может показаться, что Эрстед просто движется по пути, похожему на отцовский: сразу после университета он устраивается управляющим в одну из аптек Копенгагена. Однако в душе Ганса зреет желание стать преподавателем. Желание настолько сильное, что он устраивается адъюнктом (помощником профессора) в университете, чтобы читать 2 лекции в неделю на общественных началах (без зарплаты). Аптека же становится для него теперь не только источником средств для существования, но и исследовательской лабораторией.
Университетское начальство, заметив, педагога-энтузиаста, решает его поощрить и отправляет повышать квалификацию за границу. Сначала в Германии, а затем во Франции Ганс встречает знаменитых учёных того времени и, заодно, делает заметки о тамошней системе образования. Вот фраза из его записок тех лет: «Моё твёрдое убеждение, что великое фундаментальное единство пронизывает природу. После того как мы убедились в этом, вдвойне необходимо обратить наше внимание на мир разнообразия, где эта истина найдёт своё единственное подтверждение». Интересно, что идея единства в природе не была «высосана из пальца», а являлась продолжением христианского мировоззрения Эрстеда, который говорил: «Всё бытие есть сплошное творение Бога, всюду отпечатлевшее на себе совершенный Его Разум».
Возвращение в Данию после заграничных путешествий не принесло 27-летнему Эрстеду «автоматического» продвижения по службе. Чтение лекций по физике и химии по-прежнему происходит в формате «хобби», правда зарплату теперь он получает не за дела аптекарские, а за заведование королевской коллекцией физических и химических приборов. Однако лекции талантливого преподавателя не могли остаться без внимания. Сам Эрстед замечает: «Мои лекции по химии привлекают столько слушателей, что не все могут поместиться в аудитории». В конце концов, администрация университета назначила его профессором физики, в задачи которого входила обязанность экзаменовать кандидатов по философии, а также преподавать физику и химию студентам-медикам и фармацевтам. С этого момента физика становится полноправной дисциплиной в Копенгагенском университете. Сто лет спустя один из выпускников этого университета, Нильс Бор, станет одним из создателей современной квантовой физики.
Безусловно, к числу главных заслуг Эрстеда относится открытие взаимосвязи электрических и магнитных явлений. Опыт, достаточно простой, в результате которого стало ясно, что источником магнитного поля является электрический ток, был проведён Эрстедом зимой 1819–1820 гг. Точно сказать, как удалось заметить отклонение стрелки компаса при замыкании Эрстедом цепи и протекании по проводу электрического тока, сейчас сложно. Одни считают, что первым обратил на это внимание один из студентов учёного, другие называют университетского швейцара, третьи утверждают, что Эрстед сам заметил отклонение стрелки. Как бы там ни было, именно с опыта Эрстеда началась эпоха исследования электромагнетизма. Эрстед не ограничился однократным наблюдением и произвёл несколько вариантов своего знаменитого эксперимента: брал различные проводники (из платины, серебра, золота, железа, латуни), пытался экранировать стрелку от провода с помощью различных материалов (дерева, стекла, глины, смолы). Результат оставался неизменным: стрелка отклонялась, независимо от того, по какому проводнику протекал ток и какой экран отделал провод от стрелки. Подводя итог своим изысканиям, в июне 1820 г. учёный издаёт на латинском языке трактат «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку».
Открытие источников магнетизма принесло Эрстеду всемирную славу: его избирают членом Лондонского Королевского общества, Парижской Академии, Петербургской Академии наук. Англичане присуждают ему медаль за научные достижения, а французы жалуют премию в 3000 франков, в своё время завещанную Наполеоном за крупнейшие открытия в области электричества. Словом, в распоряжении учёного оказались все возможности для спокойной научной работы. Последующие годы Эрстед посвящает изучению сжимаемости и упругости жидкостей и газов, занятиям молекулярной физикой, а также изобретает термоэлемент и пьезометр (устройство, служащее для измерения изменения объёма веществ под воздействием гидростатического давления). Особым достижением Эрстеда в химии стало получение в 1825 г. широко используемого ныне алюминия.
Интересно, что Ганс Христиан Эрстед дружил с Гансом Христианом Андерсеном, помогал ему в меру своих сил и даже удостоился вместе со своим братом Андерсом Эрстедом оказаться прототипом героев сказки «Два брата». Наконец отметим, что педагогический талант Эрстеда не угас с годами и не потускнел на фоне научной славы: в 1824 г. он создаёт Общество по распространению естествознания, а пять лет спустя становится директором основанной по его инициативе Политехнической школы в Копенгагене. Здесь же, в столице, он закончит свой земной путь 9 марта 1851 г.