Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества

Положение начало изменяться по причине того, что большинство ученых, какими бы независимыми умами они себя ни воображали, не способно игнорировать моду, царящую в окружающем их обществе. В Англии и Италии 1600-х насосы были новой, волнующей, быстро развивавшейся технологией, поэтому, когда Уильям Гарвей приступил к исследованию кровообращения, представление о сердце как о насосе было для него вполне естественным. Ньютон и его последователи естественным образом представляли себе Вселенную как заводной механизм, поскольку многообещающей новой технологией конца семнадцатого века были точные механические часы.

В начале 1800-х немалое число людей уже успело побывать на демонстрациях простых электрических батарей и проводов. Когда одной грозовой ночью двадцатилетняя Мэри Шелли обменивалась с друзьями на берегу Женевского озера историями о привидениях, она вполне естественным образом заставила доктора Франкенштейна использовать при создании его чудища электричество. В 1840-х началось строительство телеграфных линий, сообщения по которым переносились стремительными потоками электричества. И чем большее число крупных городов Западной Европы соединялось ими друг с другом, тем труднее становилось поверить в то, что и длинные нервные волокна, служащие для передачи сообщений внутри наших тел, не используют при этом все то же электричество. Однако, когда в 1850-х немецкие ученые сумели точно измерить скорость распространения нервных сигналов, выяснилось, что электричество не распространяется в живых нервных клетках с той же скоростью в миллионы километров в час, с какой оно движется по телеграфным проводам. Внутри тела происходило нечто совсем иное, ибо скорость эта составляла всего 160 километров в час, что лишь в несколько раз превышает скорость, с которой движется кулак человека, наносящего удар.

В определенном смысле это было и хорошо, поскольку трудно понять, как могли бы уцелеть хрупкие ткани человеческого тела, если бы проходящие внутри нас сигналы распространялись со скоростью миллион километров в час. Однако почему все обстоит именно так, химия того времени объяснить не могла. Глазные яблоки приводятся в движение мышцами. Анатомы обнаружили эти мышцы без всякого труда. А вот никаких маленьких мышц, действующих как усилительные устройства наших многочисленных нервных сигналов, им обнаружить не удалось. Но, если наши нервные волокна подобны телеграфным кабелям, где же тогда батареи и что, собственно говоря, по этим кабелям движется? Ни длинных медных проводов, ни какого-либо еще металла внутри наших тел не имеется.

Решение, которое искали ученые, — объяснение того, как электричество может существовать даже в воде, — было получено, только когда они перестали думать о машинах и механизмах. Телеграф работает потому, что удается заставить электроны двигаться, но ведь электрон — это лишь часть атома. Телеграфу, электрическим лампочкам и даже компьютеру приходится полагаться на эти крошечные, податливые электроны. Однако нашим электрическим технологиям всего лишь двести лет от роду. А эволюция шла на Земле миллиарды лет и давным-давно отыскала другой способ проводить электричество, используя для этого не просто крошечные электроны, но целые атомы.

Фокус состоял в том, чтобы найти атомы, содержащие больший обыкновенного запас электрической силы. Таких, как учат нас в школе, вообще говоря, не бывает, поскольку отрицательный заряд вращающихся вокруг ядра атома электронов равен положительному заряду этого ядра. В результате атом пребывает в состоянии равновесия. Именно по этой причине он нейтрален, и по ней же даже великий Ньютон склонялся к мнению о том, что атомы суть всего-навсего скучные, простенькие шарики.

И тем не менее у некоторых атомов, таких как атомы металлического натрия, оторвать один, самый далекий от ядра электрон оказывается очень легко. В нашей планете и наших телах подобных калек полным-полно. И это очень удобно, поскольку такие оборванные гиганты отличнейшим образом приводят в движение другие электрические заряды. Положительный заряд, сосредоточенный в центре этого атома, на единицу больше отрицательного заряда оставшихся у него электронов, и потому атом создает сильное положительное электрическое поле. А кроме того, такая глыба, как атом натрия, лишившийся одного из своих электронов, способна выживать там, где крошечным электронам долго протянуть не удается. Ему нипочем пенящаяся вода или активный кислород; подобные ему атомные ионы способны проводить миллионы лет в атмосфере с ее ветрами, дождями и грозами или покоиться в горах, под километровыми наслоениями камня.

Одиночные электроны не способны прожить долгое время в омываемом влагой живом теле, а эти гиганты чувствуют себя в нем превосходно. Любой атом, обладающий отличным от изначального числом электронов, называется ионом— от греческого слова, означающего «путешественник». Ободранный атом натрия именуется ионом натрия.