Stephen Hawking. Wybitny umysł w sparaliżowanym ciele
Zanim stał się współautorem Deklaracji niepodległości i jednym z ojców założycieli USA, Benjamin Franklin (1706-1790), mąż stanu, dyplomata i filozof polityki, pisarz, drukarz i wydawca, naukowiec i wynalazca, był jednym z pionierów badań nad zjawiskami elektrycznymi. 15 czerwca 1752 roku przeprowadził jeden ze swych ikonicznych eksperymentów potwierdzających, że pioruny i elektryczność to rezultaty tego samego fenomenu fizycznego. Przy okazji swoich odkryć Franklin stworzył wynalazek, który na zawsze zmienił życie ludzi na całym świecie.
43:49 Pioruny prof Karol Aniserowicz prof Andrzej Krawczyk Marek Bielski prowadzi Krzysztof Michalski PR 2012.mp3 "Eksperymenty Franklina były intuicyjne. Być może z tego względu nie odnotowano ich w historii powszechnej". O piorunach i historii badań elektryczności w audycji Krzysztofa Michalskiego mówią prof. Karol Aniserowicz, prof. Andrzej Krawczyk oraz Marek Bielski (PR, 2012)
Dwa sznurki, klucz, butelka i deszcz
Po upalnym czerwcowym dniu nad wybrzeżem Pensylwanii skłębiły się ciemne chmury, a grzmoty stawały się coraz głośniejsze. Każdy, kto miał trochę oleju w głowie, zamykał się w domu, by względnie bezpiecznie przeczekać nawałnicę. Istniało wprawdzie ryzyko, że w czyjś dach uderzy piorun i spowoduje pożar, jednak pozostanie na otwartej przestrzeni wiązało się z dużo większym zagrożeniem. Poza tym niektórzy mieli już piorunochrony (o czym za chwilę).
Albert Einstein. Wielki uczony, ekscentryk, samotnik pogrążony w marzeniach
Byli jednak tacy, którzy z radością powitali burzę i uznali, że to najlepsza pogoda, by iść puszczać latawiec nad rzeką Delaware, nieopodal starego miasta w Filadelfii. Było ich dwóch: ojciec i syn, Benjamin Franklin i William Franklin (1730-1813), późniejszy prawnik, żołnierz i polityk. Co ciekawe, na wielu popularnych przedstawieniach eksperymentu widzimy Williama jako niewysokiego chłopca, a przecież w 1752 roku był to już 22-letni mężczyzna.
Syn (lub ojciec), ukryty być może pod daszkiem pobliskiej szopy, trzymał jedwabny sznurek od latawca, dbając, by sznurek ten pozostał możliwie najbardziej suchy, a więc także izolowany, przynajmniej w pobliżu ciała. Do samego latawca - wyposażonego w około 30-centymetrowy naostrzony drut metalowy - przyczepiony został moknący na deszczu sznurek konopny, który miał spełnić rolę przewodnika.
Pomiędzy sznurkami uwiązany był metalowy klucz, który był przymocowany do butelki lejdejskiej, wynalezionego sześć lat wcześniej w Europie pierwszego kondensatora, czyli przyrządu do gromadzenia ładunku elektrycznego. Konopny sznurek zebrał z powietrza naładowane cząsteczki i przekazał je do butelki. Następnie badacze przy użyciu zmagazynowanego ładunku wykonali serię znanych wówczas doświadczeń i tak mogli dowieść, że jasne i głośne zjawiska w czasie burzy to nic innego jak elektryczność.
Maria Skłodowska-Curie i jej lata najmłodsze. "Od początku chciała być najlepsza"
Igranie z elektrycznym ogniem
Eksperyment nie był jednak pierwszym, który dał Franklinowi niezbite dowody na elektryczną naturę wyładowań atmosferycznych. Od 1749 roku naukowiec opracowywał wynaleziony przez siebie piorunochron, który w kolejnych latach zaczął być masowo produkowany i umieszczany na budynkach w Filadelfii (w 1782 roku liczba instalacji odgromowych w tym mieście przekroczyła 400). Podobne konstrukcje w podobnym czasie powstawały również w Europie, ale dzięki rzetelnej dokumentacji to właśnie Franklin uważany jest za twórcę urządzenia i to jemu miliony ludzi na całym świecie zawdzięczają ochronę domów przed uderzeniem gromu.
Dzięki wcześniejszemu badaniu piorunochronów naukowiec wiedział, że w doświadczeniu z latawcem ze względów bezpieczeństwa nie może użyć metalowego pręta. Ładujący się dzięki naelektryzowanemu powietrzu sznurek wydawał się bezpieczniejszy. Franklin widział, jak wystające ze sznurka pojedyncze włókna unoszą się w pobliżu klucza, co wskazywało na aktywność elektrostatyczną (dowód!). Odważył się nawet zbliżyć do klucza swoją dłoń, na którą natychmiast przeskoczyła iskra elektryczna (jeszcze jeden dowód!). Gdyby jednak w latawiec uderzył piorun, Franklin zostałby zabity na miejscu, tak samo jak Georg Wilhelm Richmann (1711-1753), niemiecki fizyk, który rok później próbował odtworzyć filadelfijski eksperyment w Sankt Petersburgu.
15 czerwca to umowna data przyjęta za relacją spisaną piętnaście lat później przez Josepha Priestleya (1733-1804), autora "Historii elektryczności" (1767), angielskiego przyjaciela i współpracownika Benjamina Franklina. Niepewne jest także miejsce przeprowadzenia doświadczenia. Według niektórych wersji Franklin przeprowadzał obserwację z iglicy kościoła Christ Church w Filadelfii, jednak iglica pojawiła się tam dopiero w 1754 roku. Według innych, stał w polu, ponieważ użycie latawca rozwiązywało problem wysokości.
Parowóz, pociąg, lokomotywa, rewolucja. Jak kolej odmieniła świat
Sam Benjamin Franklin opisał sposób "pobierania ognia elektrycznego" 19 października 1752 roku w czasopiśmie "The Pennsylvania Gazette", którego był współwłaścicielem. Autor artykułu nie wspomniał jednak ani słowem, że to on przeprowadził eksperyment. Opisał sprawę bezosobowo:
"Jako że w europejskich gazetach wspomina się często o sukcesie filadelfijskiego eksperymentu z pobieraniem ognia elektrycznego z chmur za pomocą spiczastych prętów żelaznych wzniesionych na wysokich budynkach et cetera, czytelników zainteresuje z pewnością wiadomość, że ten sam eksperyment powiódł się w Filadelfii, chociaż został przeprowadzony w inny i łatwiejszy sposób, który każdy może wypróbować w następujący sposób" – i tu następował szczegółowy opis doświadczenia.
Jak wiemy, przykład nieszczęsnego Georga Richmanna pokazał, że jednak nie każdy powinien próbować.
05:00 Benjamin Franklin Uczeni w anegdocie PR 1975.mp3 "Latawiec wzbił się pod ciężką ołowianą chmurę i... zrazu nic się nie działo". Fragmenty audycji z cyklu "Uczeni w anegdocie" przygotowanej przez Piotra Sopoćko (PR, 1975)
Bogowie, pożary i "nowotna sztuka"
Spektakularne manifestacje piorunów oraz ich śmiercionośny i niszczycielski charakter od początku istnienia człowieka stanowiły jeden z ośrodków kulturowej wyobraźni. Niemal każda religia naturalna czciła jakiegoś boga władającego gromami i burzami, a przy tym często także wojną. Był grecki Zeus, słowiański Perun i jego bałtycki kolega Perkūnas, kananejski Baal i babiloński Marduk, nordycki Thor i fiński Ukko, hinduski Indra, aztecki Tlaloc, bóg Majów K'awiil oraz Illapa z mitologii Inków - a to tylko niewielka część panteonu gromowładnych bóstw. W Biblii piorun to wyraz potęgi Boga lub jego gniewu. W starotestamentowej "Księdze Wyjścia" Bożemu objawieniu na górze Synaj towarzyszą błyskawice, grzmoty, kłęby dymu i inne gwałtowne zjawiska.
Ciemna materia kontra superziemia. Astronomiczne rewolucje Bohdana Paczyńskiego
W Polsce i na Białorusi przetrwał zwyczaj stawiania w oknie w czasie burzy zapalonej świecy zwanej gromnicą. Wierzono, że w ten sposób uchroni się dom od uderzenia pioruna lub odgoni złe moce odpowiedzialne za grożące życiu zjawiska atmosferyczne. W niektórych regionach wierzono, że przed gromami chroni bocianie gniazdo na dachu. Księża, nawet po upowszechnieniu się piorunochronów, utrzymywali, że tylko bicie w kościelne dzwony odstrasza pioruny. Trafienie gromem miało być okrutną karą boską za grzeszne życie. Ironią losu jest fakt, że to właśnie wieże kościelne jako najwyższe punkty okolicy najczęściej ściągały pioruny, co nieraz kończyło się śmiercią dzwonników.
Potęga wyładowań atmosferycznych rzeczywiście robi wrażenie. Bardzo jasny błysk rozgrzanego do 30 tysięcy stopni Celsjusza powietrza, przez które przepływa ładunek elektryczny, a także związany z gwałtownym rozszerzeniem gazów huk grzmotu słyszalny w promieniu nawet 24 kilometrów - to wciąż wywołuje nasz popłoch. Piorun ma tak wysoką temperaturę, że jest w stanie rozerwać lub stopić niemal każdy materiał i odrzucać na spore odległości elementy ważące dziesiątki kilogramów. Ogień powstały na skutek wyładowań elektrycznych nie należy do rzadkości, nawet dziś. Słynny pożar Lublina, który w czerwcu 1719 roku strawił większą część miasta, wybuchł po uderzeniu pioruna w słomiany dach.
Dlatego piorunochron Franklina oraz jego naśladowców tak bardzo przypadł do gustu wszystkim ludziom na Ziemi. Jego skuteczność przewyższa bez wątpienia efektywność nawet najlepszej gromnicy, każdego bocianiego gniazda i kościelnego dzwonu. Poziom bezpieczeństwa ludzi i mienia wzrósł tak bardzo, że nikt nie wyobraża już sobie życia bez piorunochronów. Obecnie w Polsce założenie instalacji odgromowej jest obowiązkiem każdego inwestora czy właściciela budynku, co regulują stosowne przepisy prawa budowlanego.
Jędrzej Śniadecki. Gwiazda chemii, "szlachcic na łopacie" i prezydent Szubrawców
Piorunochrony pojawiły się w Rzeczpospolitej jeszcze za życia Benjamina Franklina w latach 80. XVIII wieku. Stanisław August Poniatowski (1732-1798) polecił zainstalowanie urządzenia na Zamku Królewskim w Warszawie, a poeta Adam Naruszewicz (1733-1796) uczcił to przedsięwzięcie wierszem "Na piorunochron umieszczony na Zamku Warszawskim":
"Gmach ten nowotną sztuką bojaźni pozbawił,
Powietrznego ku straży przewodnika stawił.
(...)
Osłoń twym nieprzebitym puklerzem te domy
I ojczyznę, troiste uchylając gromy".
Dziś, gdy elektryczność jest oczywistością, a wiedza o niej, mniej lub bardziej powierzchowna, jest powszechna, tym bardziej doceniamy genialną prostotę piorunochronu. Jego działanie opiera się na jednej z najbardziej podstawowych właściwości naelektryzowanych ciał, które uziemione - umieszczone na ziemi lub w ziemi - stają się elektrycznie obojętne. Jednak do czasów przełomowych badań XVIII-wiecznych uczonych i wynalazców elektryczność była bardziej naukową ciekawostką, a nie zjawiskiem nieustannie obecnym w przyrodzie.
09:51 Pioruny Zdobysław Flisowski Krzysztof Michalski PR 1984.mp3 "Pioruny są nie tylko szkodliwe, lecz także pożyteczne. Gdybyśmy je zlikwidowali, bardzo poważnie odbiłoby się to na naszej atmosferze". O wyładowaniach atmosferycznych w audycji Krzysztofa Michalskiego opowiada Zdobysław Flisowski, prezes Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej (PR, 1984)
Rewolucja pod szkiełkiem. Robert Koch i jego bakterie
Bursztyn, fluid i poezje
Nazwę "elektryczność" - w nowołacińskiej formie "electricus" - wymyślił angielski uczony William Gilbert (1544-1603), który na przełomie XVI i XVII wieku badał oddziaływania elektrostatyczne pocieranego bursztynu ("bursztyn" po grecku to "elektron") i odróżnił ten fenomen od właściwości magnetycznych wykazywanych przez skały magnetytowe.
Po nim Otto von Guericke (1602-1686), pocierając miedzianą kulę, obserwował przyciąganie i odpychanie przez nią różnych obiektów. Działanie elektrostatyczne było możliwe także za pośrednictwem lnianego sznura, który niemiecki badacz przykładał do kuli, nieświadom, że właśnie stworzył pierwszy sztuczny przewód elektryczny. Następnie Robert Boyle (1627-1691), udoskonaliwszy pompę próżniową Guerickego, wykazał, że oddziaływania elektryczne powstają także w próżni, więc powietrze nie jest warunkiem koniecznym do ich zaistnienia.
Przewodnictwo elektryczne odkrył Anglik Stephen Gray (1666-1736), który spostrzegł, że łączenie ze sobą kolejnych materiałów, z których pierwszy dotyka naelektryzowanego ciała, sprawia, że właściwości elektrostatyczne występują również na końcu ostatniego elementu w szeregu. Wysnuł z tego wniosek, że "duch elektryczny" to swego rodzaju płyn, który może przemieszczać się wzdłuż przewodu. Zauważył też, że elektryczność przepływa także przez metale, które z powodu braku właściwości elektrostatycznych uważano za ciała "nieelektryczne".
Arthur Conan Doyle. 10 mniej znanych faktów z życia twórcy Sherlocka Holmesa
Badaniami Graya zainteresowało się dwóch Francuzów: Jean-Antoine Nollet (1700-1770) i Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739). Odwiedzili angielskiego kolegę w 1732 roku, obejrzeli jego eksperymenty, a po powrocie do Francji wypracowali pierwszą kompleksową teorię w dziedzinie elektryczności, zwanej teorią "dwóch fluidów". Oparli ją się na fakcie istnienia dwóch przeciwstawnych oddziaływań elektrostatycznych: przedmioty potarte tylko przez szkło odpychają się wzajemnie, podobnie jak przedmioty ocierane wyłącznie o bursztyn, ale ciała naelektryzowane przez szkło przyciągają ciała naładowane za pomocą bursztynu. Naukowcy stwierdzili, że na szkle powstaje elektryczność "szklana", a na bursztynie - "żywiczna".
Grayowska hipoteza "płynu elektrycznego" działała na wyobraźnię również Benjamina Franklina, który w efekcie swoich badań przeformułował teorię du Faya i Nolleta. Jego zdaniem nie ma dwóch rodzajów fluidów, lecz jeden, ale występujący pod dwoma różnymi ciśnieniami. Nadmiar płynu nazwał "ładunkiem dodatnim" (u Francuzów: "szklanym"), niedobór - "ujemnym" ("żywicznym").
Choć, podobnie jak jego poprzednicy, Franklin błędnie interpretował fizyczną naturę elektryczności, to jego twierdzenia o ładunkach elektrycznych okazały się słuszne i po kilku korektach stały się jednymi z podstaw nauki o elektryczności, która gwałtownie rozwijała się od początku XIX wieku i która po upływie wieku od filadelfijskiego eksperymentu z latawcem stała się głównym napędem drugiej rewolucji przemysłowej. A poza tym - fascynowała niemal każdego piśmiennego człowieka żyjącego nie tylko w oświeceniu, lecz także w następnych epokach.
O tym, ile znaczyła elektryczność w tamtym czasie, poświadczyć może ten, którego kojarzymy raczej z wrogiem "mędrca szkiełka i oka". Adam Mickiewicz (1798-1855) w tym samym czasie, gdy pisał "Romantyczność", stworzył także, prawdopodobnie ku uciesze kolegów z uniwersytetu, wiersz "Toasty", w którym wymieniał wszystkie elementy wszechświata ważne w tamtym czasie dla kręgów polskich elit intelektualnych:
"Historia przyszłości". Mickiewicz przewidział radio, telewizję i loty w kosmos
"Coby było śród zakresu,
Na który ludzie rzuceni,
Bez światła, ciepła, magnesu
I elektrycznych promieni?
Coby było, zgadnąć łatwo;
Ciemno, mroźno, chaos czyste.
Witajcież, słoneczna dziatwo!
Wiwat — światło promieniste!
Niedość na światła iskierce,
Gdy wszystko dokoła skrzepło:
Chłodny świat i chłodne serce
Ciepła trzeba — wiwat ciepło!
Pełnych światła i zapału
Czasem tęgi wiatr rozniesie.
By ciało związać ku ciału,
Jest magnes — wiwat magnesie!
A gdy zrośniem w okrąg wielki
Przez magnesowaną styczność,
Wtenczas z lejdejskiej butelki
Palniem: — wiwat elektryczność!".
***
mc
