Интересный спор с астрономами, в котором принял участие, издав свой труд «On the conservation of the solar energy»[276], мой ныне покойный брат Вильгельм, пробудил во мне интерес к Солнцу, результатом которого стала работа «О возможности изменения электрического потенциала солнечной энергии и его значении для объяснения земных явлений». Мы знаем, что электрические явления производятся за счет разделения электричества на положительное и отрицательное. Если это относится и к Солнцу, то солнечный потенциал может проявиться лишь тогда, когда одно электричество будет с него удалено. Теория моего брата, утверждавшего, что солнечная материя в результате вращения Солнца уходит в космическое пространство, делала предположение о существовании солнечного потенциала возможным. Астрономы возражали, что космическое пространство не может содержать ни малейшей доли вещества, так как этим тормозилось бы движение планет, но я попытался опровергнуть их, указав, что солнечное вещество само должно вращаться вокруг Солнца с планетарной скоростью и поэтому не может мешать их движению. Я также поддержал мнение моего брата, что солнечный свет возникает в результате горения поднимающейся вверх солнечной массы, но я не совсем был согласен с ним относительно того, что источником солнечного света является горящая атмосфера, которая окружает твердую или жидкую поверхность Солнца и которая по мере сгорания отделяется от него, рассеивается под влиянием света в пространстве и затем снова притягивается Солнцем. Я полагал, что в процессе сгорания принимает участие вся газообразная масса Солнца, а отделяющаяся масса имеет лишь незначительное значение для экономии солнечного тепла, но играет при этом ключевую роль в вопросе электрического заряда светила.
Восхитительные, но еще недостаточно оцененные работы Риттера[277] уничтожили все сомнения в том, что Солнце находится в газообразном состоянии, при котором никакой отдельной солнечной атмосферы быть не может. Поэтому мы должны предположить, что в горении участвует вся солнечная масса, однако сам процесс совершается лишь в верхних слоях звезды, поскольку только там газы за счет расширения охлаждаются настолько, что могут вступать в химические реакции. Происходят они с образованием пламени и высокой температуры по всей поверхности Солнца, в то время как отделение масс, о котором говорил мой брат, может происходить лишь в экваториальном поясе Солнца и в очень ограниченных масштабах. После мощного восходящего тока солнечной материи, происходящего из-за горения солнечной массы и ее разогрева, должен следовать такой же нисходящий ток сожженного и охлажденного излучением вещества, распадающийся на великое множество мелких нисходящих токов, придающих поверхности чешуйчатый вид. В средних широтах Солнца они иногда принимают вид колоссальных спускающихся вихрей, которые темнее всей остальной поверхности Солнца. Происходит это потому, что сгоревшие газы под действием сжатия сохраняют почти ту же температуру, которую они имели при восхождении, но в то же время и по той же причине они опять рассеиваются и соответственно охлаждаются. Поэтому, а также благодаря отсутствию пламени эти спускающиеся вихри видятся нам темными солнечными пятнами. Конечно, против этой теории горения можно возразить, что спектральный анализ показывает наличие кислорода лишь в районах солнечных пятен, но весьма велика вероятность, что состав Солнца подобен составу Земли, а в таком случае недостатка в кислороде там быть не может.
Я попытался подтвердить эту солнечную теорию, допускающую возникновение и сохранение электрического солнечного потенциала, тем, что принятие ее объясняет некоторые до сих пор не объясненные земные явления. При колоссальных по сравнению с размерами Земли размерах Солнца солнечный потенциал должен вследствие электрического распределения создавать на Земле потенциал почти половинного напряжения. Освобождающееся же на земной поверхности аналогичное солнечному электричество поглощается посредством излучения и нейтрализации противоположным электричеством той материи, которая, по теории Вильгельма, отрывается от экваториальных областей Солнца. То, что это высокое электрическое напряжение незаметно на земной поверхности, является следствием величины земного радиуса. Вследствие вращения планеты электричество, связанное на ее поверхности электричеством Солнца, пробегает вокруг Земли и оказывает действие кругового тока, придавая Земле магнитные свойства. Подобно магнетизму, солнечным потенциалом можно объяснить земные токи, полярные сияния, а также другие земные феномены, зависящие от перемен, происходящих на Солнце, таких как появление солнечных пятен и вспышек. Атмосферное электричество и молнии также находят в нем свое объяснение.
В 1881 и 1884 годах я написал для Берлинской академии наук два труда под общим названием: «Вклад в теорию электромагнетизма», в которых я значительно расширил теорию магнетизма и объяснил некоторые ее, до того непонятные, части. Основой для них стали удачные эксперименты, проведенные с замкнутыми трубчатыми соленоидами, которые показали, что железо не оказывает или, по крайней мере, почти не оказывает заметного сопротивления действию магнита на расстоянии и что магнитный максимум железа не зависит от направления намагниченности. В связи с этим магнетизм, созданный в железе под действием некой магнитной силы, может быть ослаблен одновременным намагничиванием в другом направлении. То, что в круглых магнитах максимальный магнитный эффект достигается даже при слабом намагничивании, означает, что взаимное действие намагниченных молекул железа значительно мощнее прямого намагничивания. Это заставило меня несколько поправить электромагнитную теорию Вебера. Потом я узнал, что до меня правку эту уже сделал Стефан[278]. Заключалась она в том, что элементарные соленоиды должны быть двойными, свободно движущимися в пространстве в направлении магнитной силы и затем расходящимися друг от друга наподобие ножниц.
Предположим, что вся Вселенная заполнена такими двойными соленоидами, которые, согласно теории падре Секки[279] и Эдлунда[280], можно представить в виде эфирных колебаний, и плотность этих колебаний в железе и других магнитных телах выше, чем в немагнитных и в пустом пространстве. Если это действительно так, то не сложно, согласно теории Фарадея, объяснить действие магнита на расстоянии, представив его как действие, передающееся от молекулы к молекуле, от одной точки пространства к другой, и распространить на магнетизм законы молекулярной передачи тепла и электричества.
Согласно этой теории магнетизм, как и электрический ток, может возникнуть лишь в замкнутых кругах, в которых магнитный момент обратно пропорционален сопротивлению круга. Такое соображение требует введения новых понятий – «магнитное сопротивление» и «магнитопроводность» в пространстве и в магнитных телах. Соответственно пропущенный по железному стержню электрический ток способен развить лишь столько магнетизма, сколько может передать или связать этот стержень от одного полюса до другого. Мои эксперименты подтвердили эту точку зрения и показали, что магнитопроводность у мягкого железа примерно в 500 раз больше, чем у немагнитных материалов или пустого пространства.
Эти соображения будут весьма полезны для электротехников, которые смогут при проектировании электромагнитных машин для определения необходимых размеров и параметров использовать закон Ома. Понятие «магнитопроводность», впервые предложенное и употребленное, насколько я знаю, мной, сейчас весьма часто используется в научно-технических трудах, правда, без всякой ссылки на авторство.
Попытка в работе о солнечном потенциале свести некоторые метеорологические явления к нарушению безразличного равновесия в атмосфере убедила меня, что в метеорологии до сих пор не обращают должного внимания на требования механического равновесия и на принцип сохранения энергии. Современные метеорологи, пытаясь объяснить все атмосферные явления и их причины, слишком многое упускают из виду. Они вполне удовлетворены тем, что имеют возможность проследить за течением воздуха из областей с максимальным атмосферным давлением в области с минимальным давлением, и довольствуются попытками объяснить возникновение этих максимумов и минимумов изменением температуры и вращением Земли. В своей статье «О сохранении энергии в земной атмосфере» я впервые установил и закрепил принцип, что все воздушные потоки обязаны своим возникновением исключительно неравномерному нагреву воздуха солнечными лучами, а вращение Земли в состоянии лишь изменить направление этих созданных Солнцем течений, но само их породить не может. Прямым следствием этого принципа является то, что если количество живой энергии, создаваемой атмосферой при вращении Земли, постоянно, то оно должно быть равно энергии, какую могла бы иметь атмосфера, если бы солнечные лучи не вызывали меридиональных воздушных потоков, а атмосфера сохраняла скорость вращения над той частью земной поверхности, над которой она находится. В результате ускорения нагнетаемый к экватору пассатами воздух быстро нагревается и поднимается в верхние слои атмосферы, откуда начинает свое движение уже к полюсам. Однако это верхнее течение достигает полюсов лишь частично, поскольку по пути постепенно смешивается с нижним, противоположным течением. В результате нижнее течение увеличивается, а верхнее – уменьшается. Происходит это по той причине, что по мере приближения к полюсам круги широт уменьшаются. Этот действующий уже бесчисленные тысячелетия круговорот, опускающий верхнее течение вниз и отправляющий его обратно к экватору, привел к тому, что воздух верхних широт уже совершенно смешался с воздухом широт нижних и вся атмосфера теперь вращается вместе с Землей с ее скоростью. Этим вполне объясняется западное направление пассатов и восточное направление воздушных течений в средних и полярных широтах. Максимумы и минимумы атмосферного давления по сути являются результатом изменения температуры и скорости движения верхних приэкваториальных воздушных потоков и происходят от вмешательства в безразличное равновесие верхних слоев атмосферы. Если в эти слои попадает поток, который обладает более высокой или низкой температурой, чем та, которая у него должна быть в соответствии с адиабатической температурной кривой, то этим нарушается безразличное равновесие всего атмосферного столба. Восстанавливается оно восходящими или нисходящими воздушными потоками, в зависимости от того, теплым или холодным, а следовательно, легким или тяжелым было течение, нарушившее равновесие. Такое течение вверх или вниз должно продолжаться до тех пор, пока безразличное равновесие воздушного столба не будет восстановлено. При этом давление столба на землю должно установиться на уровне, соответствующем изменению температуры всего столба в том же отношении, в каком температура вторгшегося потока отличалась от адиабатической. Поскольку потребление тепла при активном расширении воздуха не зависит от его начальной температуры, восходящие потоки в различных жарких местах должны сохранить разницу температур, которая была у них перед подъемом. Отсюда следует, что относительно теплые и холодные течения воздушного потока с полюсов идут на разных высотах с различной скоростью и тем самым нарушают равновесие атмосферы в целом. Медленно текущие холодные потоки, не производя особого беспорядка, будут давить на нижние слои и сжимать их, вызывая рост атмосферного давления. Относительно легкие, горячие, а значит, быстрые потоки, восходя, напротив, будут поднимать с собой те слои, над которыми пройдут волной, создавая пониженное давление. Под действием такого восходящего потока давление будет падать до тех пор, пока в столбе не восстановится равновесие. Таким образом, перепад температур в верхних слоях в 10–20 градусов по Цельсию вызовет на поверхности Земли резкие колебания барометра.
