телах и о большом магните — Земля», в которой на основе проведенных опытов был значительно расширен круг тел, поддающихся электризации при натирании (кроме янтаря, сюда вошли стекло, хрусталь, алмаз, сера и др.), было введено в связи с этим разделение всех физических тел на электрические и неэлектрические, а также была высказана догадка об электрических и магнитных полях. В 1672 году немецкий физик Отто фон Герике описал свои знаменитые опыты с «магдебургскими полушариями» в книге «Новые, так называемые магдебургские опыты, относящиеся к пустому пространству». Этот труд знаменовал собою начало в физике эры электростатических машин. Их прототип образца 1672 года выглядел так: «Желающий пусть возьмет сферический стеклянный сосуд величиной с детскую голову, наполнит его размельченной серой и расплавит ее; после охлаждения разобьет сосуд и вынет шар, который нужно хранить в сухом месте, а если желательно, то можно в шаре пробуравить отверстие, в которое вставить железный стержень, чтобы удобно было вращать шар вокруг него, как вокруг оси». Шар, вращаемый вокруг оси и натираемый ладонью, не только притягивал к себе пушинку, но и отталкивал ее от себя. Кроме того, он светился в темноте и потрескивал (явление, которое три четверти века спустя будет рассматриваться как аналог молнии и грома).
В начале XVIII века англичанин С. Грей открыл явление электропроводимости. В 1733–1737 годах француз Ш. Ф. Дюфе проводил опыты, позволившие ему сделать вывод о неоднородности электричества. Ученый выделял две его разновидности: «Первое электричество получается при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти животных и др.; второе при натирании смолы, янтаря, копаловой камеди». Впоследствии электрический заряд, получаемый в первом случае («стеклянный», по терминологии Дюфе), стал называться положительным, а во втором («смоляной») — отрицательным.
Однако ж все эти исследования носили лабораторный характер и прямо не затрагивали проблем, связанных о электричеством атмосферным. Между тем в глубокой древности люди чисто эмпирически, не предпринимая каких-либо попыток научно объяснить грозовые явления, пришли к пониманию природы этих явлений. В Древнем Египте, как показали раскопки, было известно, что от молний можно защититься высокими столбами, покрытыми листовым металлом и заостренными вверху. Иосиф Флавий свидетельствовал, что храм Соломона в Иерусалиме был снабжен медными водосточными трубами, уходящими в подземные резервуары (за тысячу лет не было ни одного разрушения, вызванного молнией). Плиний Старший в «Естественной истории» поведал о том, что в старину люди защищались от молний посредством высоких металлических столбов, врытых в землю (возможно, в этом предании содержался глухой отзвук молвы об изобретенных египтянами мерах защиты от молнии).
В начале XVIII века мысль о сродстве свечения и треска во время электрических экспериментов с молнией и громом во время гроз все настойчивее овладевала умами ученых. В 1716 году разрозненные догадки в этом направлении поддержал своим авторитетом великий Ньютон. Но были и противники подобного взгляда на природу грозовых явлений, и среди них такой крупный физик, как голландец Питер Мушенбрек, изобретатель прообраза современных электрических конденсаторов — так называемой «лейденской банки». В 1748 году он попытался разбить оппонентов следующими здравомысленными доводами: «Весь удар молнии вибрирует в воздухе, образуя змеевидные линии, а прохождение электричества осуществляется через пустоту и никогда не происходит через воздух... Молния мгновенно расплавляет и пробивает металлы, электричество же не способно расплавить тончайшие листы меди, золота или серебра; молния в воздухе с треском разряжается одна, без наличия какого-либо тела, электричество же, как замечено, одно в воздухе никогда не производило треска».
Однако ж в ту самую пору, когда П. Мушенбрек пришел к своему умозаключению, не оставлявшему, казалось бы, никаких шансов сторонникам электрической природы гроз, на другом конце Земли, в Западном полушарии, а точнее — в североамериканском городе Бостоне, великий самоучка Бенджамен Франклин уже два года как плодотворно трудился в своем физическом кабинете над доказательством обратного. Летом 1750 года он попытался опубликовать результаты своих исследований в письмах, направленных в Лондонское королевское общество. В них говорилось, что обкладки изобретенной П. Мушенбреком «лейденской банки» заряжены противоположным электричеством и что заостренный металлический стержень отбирает электричество от заряженного кондуктора. Кроме того, Б. Франклин предлагал экспериментально установить идентичность атмосферного и лабораторного электричества. С этой целью, писал он, надо поставить на высоком месте будку, из которой должен был идти наружу высокий (двадцать футов) заостренный железный стержень. Человек, сидящий в будке на скамейке со стеклянными ножками, держа «за сургучную ручку» конец заземленной проволоки, должен во время грозы прикоснуться им к внутреннему концу железного стержня. Появление искр в точке соприкосновения и будет означать идентичность атмосферного и лабораторного электричества.
Лондонское королевское общество отказалось печатать сообщение Б. Франклина. Впрочем, его знакомый, один из членов этого авторитетного ученого собрания, в конце 1751 года издал его письма в частной типографии, и они стали, таким образом, известны в научных кругах Европы. Первая же экспериментальная проверка идей Б. Франклина, осуществленная в мае 1752 года французским физиком Т. Далибаром (да простится неизбежный здесь каламбур), с блеском и треском подтвердила их правоту: железный шест в сорок футов вышины дал в Марли, под Версалем, во время случившейся там сильной грозы изумительно яркие и крупные искры. А немного погодя и сам Б. Франклин добился успеха, запустив во время грозы воздушный змей с прикрепленным к нему металлическим острием (это отступление от своих же рекомендаций было вызвано тем, что Б. Франклин жил в местности низменной, и будка, им описанная, была бы неэффективна; между тем Т. Далибар проводил свой опыт в точном соответствии с описанием Б. Франклина). Тогда же Б. Франклин сконструировал первый громоотвод. Спустя столетие Александр Гумбольдт так оценивал открытия Б. Франклина: «...с этого периода электрические процессы переходят из области спекулятивной физики в область мировоззрения, из тесноты кабинетов на просторы природы».
Ломоносов и Рихман очень скоро узнали об опытах Т. Далибара и Б. Франклина. Новые данные необходимо было соотнести с направлением собственных исследований. Рихман соорудил у себя на дому модернизированный вариант незаземленной установки Франклина (или «громовой машины», как удачно назвал ее Ломоносов). Уже 21 июля 1752 года в газете «Санктпетербургские ведомости» появилась заметка, в которой рассказывалось и о самой машине и о том, для чего она была сделана Рихманом: «Из середины дна бутылочного выбил он иверень (т. е. кусок. —
Отсюда явствует, что «громовая машина» Рихмана была снабжена простейшим электрометром его же системы. Далее в заметке сообщалось, что Рихман ежедневно с самого начала июля следил за тем, «отскочит ли нить от линейки и произведет ли потому какую электрическую силу, токмо не приметил ни малейшей перемены в нити. Чего ради с великою нетерпеливостию ожидал грому, который 18 июля в полдень и случился. Гром, по-видимому, был не близко от строения, однако ж он после первого удара тотчас приметил, что шелковая нить от линейки тотчас отскочила, а материя с шумом из конца линейки в светлые искры рассыпалась и при каждом осязании причиняла ту же чувствительность, какую обыкновенно производят электрические искры...» Подчеркнув, что «не надобно к тому опыту ни электрической машины, ни электризованного тела» и что «гром совершенно служит вместо электрической машины», газета подводила следующий итог: «Итак, совершенно доказано, что электрическая материя одинакова с громовою матернею, и те раскаиваться станут, которые преждевременными маловероятными основаниями доказывать хотят, что обе материи различны».
Сам Рихман об итогах опыта доложил коллегам в Академии месяц спустя в других, менее патетических выражениях: «18 июля, после полудня, когда слышны были раскаты грома, я наблюдал то, что до той поры тщетно ждал, не только отталкивание нити от линейки, но и электрический огонь, с шипением вырывавшийся из конца железной линейки; из проволоки также извлекались с треском электрические искры при прикосновении к ней, где бы ее ни касались, — не иначе, как бывает это при искусственной
