Про электрика Петрова

Профессор Медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров был первым физиком, который создал вольтову дугу, то есть опытным путем получил плазменное состояние материи. Но долгое время историки науки в этом ему отказывали.

В 1799 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первый в мире химический источник тока — электрическую батарею, или, как ее тогда называли, «вольтов столб». Экспериментируя с ней, ассистент лектора по химии Королевского института в Лондоне Хэмфри Дэви в 1801 году замкнул контакты батареи тонкой платиновой нитью и наблюдал, как она раскалилась добела. Это была первая лампа накаливания.

А в 1808 году Дэви, уже член Лондонского Королевского общества, с помощью более мощной батареи Вольты из 1 тыс. пластин продемонстрировал яркую и устойчивую электрическую дугу между ее катодом и анодом. Лишь в 1870-е годы физики осознали, что это и есть то четвертое, после твердого, жидкого и газообразного, агрегатное состояние вещества, о котором их еще две с половиной тысячи лет назад предупреждал древнегреческий коллега Эмпедокл, писавший, что все в этом мире состоит из филии и фобии четырех стихий: земли, воды, воздуха и огня. В 1928 году это состояние материи получило название плазмы.

Дэви назвал полученное им явление вольтовой дугой. В конце XIX века эта дуга широко использовалась в уличных фонарях. В начале ХХ века появились промышленные аппараты дуговой сварки. Используется она и поныне во многих областях техники и науки. А Хэмфри Дэви по совокупности всех своих немалых научных заслуг первым из ученых получил наследственный титул баронета, что было ниже барона, но выше просто сэра (рыцаря). Сэров среди английских ученых было немало и по мере прогресса в науке и технике становилось все больше, но по наследству их «рыцарство» не передавалось. Кроме того, Дэви избрали президентом Королевского общества, то есть президентом английской Академии наук. Он был иностранным и почетных членом многих европейских академий наук, в том числе Санкт-Петербургской.

В итоге еще совсем недавно стандартная статья из учебников, справочников и энциклопедий гласила: «Электрическая дуга — это разновидность разряда, которую впервые наблюдал Хэмфри Дэви между горизонтально расположенными угольными электродами гальванических батареи. Дугообразный, очень яркий разряд и дал этому явлению его название». Варьировала только дата его открытия вольтовой дуги: одни писали, что это произошло в 1806 году, другие — в 1808-м, третьи — в 1810-м, и так далее до 1821 года, когда эти опыты Дэви были окончательно задокументированы.

Летом 1887 года студент физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета Александр Гершун окончил первый курс и на вакации приехал домой в Вильно, где его отец был главврачом городской еврейской больницы. Зря время студент на каникулах не терял, а просматривал книги по физике в городской библиотеке. Там ему и попалась старая книжка 1803 года издания под названием «Известие о Гальвани-Вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской медико-хирургической академии».

Можно только гадать, что заставило студента Александра Гершуна 19 лет от роду прочитать сей труд по физике 80-летней давности. Возможно, слишком маленький выбор книг по физике в виленской библиотеке. Или природное любопытство студента и его особый интерес к электрофизике, которая тогда была на взлете. Или место работы профессора Петрова — Медико-хирургическая академия, где теперь работал университетский преподаватель студента Гершуна по физике приват-доцент Егоров, по совместительству читавший лекции студентам младших курсов в Санкт-Петербургском университете. Или просто юношу рассмешило высокопарное посвящение Петровым своего труда императору Александру I на титульной странице с просьбой императору ознакомиться с его, Петрова, опытами по электрофизике и электрохимии и оценить их новизну. Студенческая молодежь в конце XIX века непозволительно неуважительно относилась к монаршей власти.

Посвящение императору у Петрова действительно было образцовым. В нем Петров «осмелился с величайшим душевным благоговением посвятить достойнейшей бессмертной славы ВСЕАВГУСТЕЙШЕЙ ВАШЕЙ ОСОБЕ сие малое сочиненьице. В оном заключается собрание достопримечательных Гальвани-Вольтовских опытов, из коих некоторые важные были следствием собственных моих изысканий. Удостойте, Великий преславными деяниями Монарх милостивейшего воззрения сей опыт посильных моих трудов; да, ободренный благотворной силой оного, возмогу и впредь тем с вящей ревностью упражняться в исследовании новых физико-химических истин. Всеподданейший Василий Петров».

Но как бы там ни было, а «сие малое сочиненьице» в 215 страниц студент Гершун, похоже, не просто пролистал, а внимательно прочитал. И, наверное, сильно удивился, увидев там описание опыта Петрова по созданию вольтовой дуги. «Если,— писал профессор Петров,— на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных явлений посредством гальвани-вольтовской жидкости, и если потом металлическими изолированными направителями, сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одного до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».

Три линии в русской системе мер — это 7,62 мм, то есть вольтова дуга у Петрова была почти сантиметровая и ее можно было рассмотреть в деталях. Словом, выходило, что явление вольтовой дуги открыл петербургский профессор Василий Петров в 1802 году (в своей книге, изданной типографией Медицинской коллегии в 1803 году Петров скрупулезно датировал каждый из описанных им опытов), а не лондонский академик Хэмфри Дэви. Об этом и рассказал студент Гершун своему университетскому преподавателю физики Егорову, когда вернулся на занятия в Петербург.

Надо отдать должное приват-доценту Николаю Григорьевичу Егорову: он не отмахнулся от занудливого студента, а, напротив, опубликовал заметку про его открытие в журнале «Электричество». Надо, наверное, также помнить, что в те годы приоритеты в области дугового освещения были отнюдь не «дела давно минувших дней, / преданья старины глубокой»; патенты в этой области сыпались, как из рога изобилия, а дуговые свечи (лампы) Яблочкова к тому времени уже освещали европейские столицы, включая Петербург. Потому неудивительно, что в 1891 году по инициативе тогда уже профессора Егорова военным ведомством была построена центральная электростанция в Императорской академии на 8 тыс. ламп накаливания, «посвященная памяти В. В. Петрова, первого ученого, наблюдавшего (1802) электрическую дугу, происходившую от вольтова столба».

О биографии профессора Петрова историкам науки известно мало. Даже его портрет, который сейчас фигурирует в статьях о нем в учебниках, справочниках и энциклопедиях,— это на самом деле портрет конца XVIII века неизвестного молодого человека работы неизвестного художника. И если его сравнить с российскими портретами того времени, то не надо быть искусствоведом, чтобы видеть, что это явно портрет работы иностранного художника, судя по покрою одежды молодого человека, положившего руку на лабораторный штатив. Откуда взялся этот портрет и кто первый решил, что на нем Василий Петров, современная наука, увы, умалчивает.

Зато точно известно, что Василий Петров родился в 1761 году в уездном городе Обояни Белгородской губернии. Его отец был в Обояни заметной фигурой — настоятелем старейшего в городе храма Илии-пророка, а также до губернской реформы 1775 года исполнял обязанности городского казначея. Его старший сын Иван пошел по стопам отца, став диаконом городского храма. Что же касается младшего сына Василия, то он, судя по сведениям о его образовании, до 27 лет был, что называется, вечным студентом.

Начальное образование Василий получил в церковноприходской школе в Обояни. В таких школах тогда учились от двух до пяти лет. Потом учился в Харьковском коллегиуме, среднем учебное заведение, где помимо богословия, латыни и древнегреческого языка преподавали математику, инженерное дело, геодезию и даже артиллерию. Полный курс обучения в нем составлял 12 лет. А в 24 года Василий отправился в Санкт-Петербург, где отучился еще три года в Учительской семинарии, тоже среднем учебном заведении, где тогда учились четыре года. Но, не окончив ее, он в 1788 году «по собственному желанию» получил назначение учителем физики и математики в Колыванско-Воскресенское горное училище в Барнауле, где проработал около трех лет. Что, как пишут историки, пошло ему на пользу, потому что он там ознакомился с принципами работы горнорудных механизмов Колыванского медеплавильного завода.

Вернувшись в 1791 году в Петербург, Петров поступил учителем математики и физики в инженерное училище при Измайловском полку и проработал в нем до 1797 года. С 1793 года он по совместительству преподавал математику в Медико-хирургическом училище, где после преобразования училища 1795 году в Медико-хирургическую академию получил место профессора физики и математики. И там же, в Медико-хирургической академии, он создал образцовый для своего времени физический кабинет.

В 1802 году Василий Петров сконструировал самую большую на тот момент гальваническую батарею. Она состояла из четырех рядов вольтовых столбов, каждый 10 футов длиной, которые в отличие от «салонных», как он их называл, вольтовых столбиков были уложены горизонтально и соединялись последовательно медными скобами-контактами. Иными словами, это был вольтов столб длиной свыше 12 м. Тогда еще не было электроизмерительных приборов, чтобы точно померить силу генерируемого тока и напряжение. В 1951 году советские историки физики путем экспериментов установили, что электродвижущая сила «огромной наипаче» батареи Петрова должна была составлять 1650–1700 В, а значение максимального тока, который она могла дать, лежало в пределах 0,1–0,15 А.

Тогда окончательно стало понятно, как Петрову удалось получить электрическую дугу при сравнительно небольших токах: главную роль в эксперименте сыграла величина высокого напряжения. Также было ясно, почему такого размера вольтовы столбы не делали до Петрова. Обслуживание такой батареи было весьма трудоемким. В ходе опытов 4200 медных и цинковых кружков в растворе нашатыря быстро окислялись, мощность батареи снижалась в течение часа, а чистить их приходилось вручную, и, чтобы привести в готовность батарею к следующим опытам, требовалось не менее двух недель.

Многие опыты, описанные Петровым, совпадали с опытами Хэмфри Дэви, в том числе плавления разных металлов электрическим током. Во всяком случае, на коллег Петрова в Петербурге они произвели впечатление. В 1802 году профессор Медико-хирургической академии Петров был избран член-корреспондентом Императорский академии наук, где ему было поручено «смотрение за физическим кабинетом и поддержание оного в надлежащем порядке совместно с академиком Крафтом». В 1809 году Петров был избран экстраординарным (внештатным) академиком, а в 1815 году, когда Крафт умер и в академии освободилось место по физике и электротехнике, стал полноценным академиком.

Но академическая карьера у него не сложилась. Историки пишут, что причиной тому были его разногласия с президентом академии графом Уваровым. В архивах академии действительно есть документы, которые свидетельствуют о крайнем недовольстве гуманитария Уварова тем, что делает физик Петров в своем академическом физическом кабинете. В итоге в 1827 году академик Петров был отстранен от заведования физическим кабинетом, а в 1833 году, когда граф Уваров стал министром народного просвещения, Петров был уволен из Медико-хирургической академии с годовой пенсией 5 тыс. руб. В следующем, 1834 году Петров умер, а его дочерей лишили пенсионных выплат, каковые в подобных случаях академия платила наследницам их покойного члена. И якобы в научных трудах и учебниках физики имя Василия Петрова оказалось под запретом.

Последнее, вероятно, все-таки из области фантазии биографов Василия Петрова. Но, как бы там ни было, на полвека он был практически начисто забыт. Лишь после находки в виленской библиотеке его книги студентом Гершуном и публикации приват-доцента Егоров в журнале «Электричество» о Петрове вспомнили. С этого момента началось изучение наследия не признанного при жизни академика. Появились публикации о нем и его работах в физических журналах, а на его могиле на Смоленском кладбище был поставлен памятник с эпитафией «И Богу, и Царю слуга нелицемерный, / Друг нежный ближнему, супруг, отец примерный. / Вся жизнь прекрасная его / Прошла в трудах неутомимо. / Не на земле — на небесах / Ему его досталась доля. / О Боже, ты премудр и благ! / Твоя да будет воля».

Но при всем этом о приоритете Петрова в открытии вольтовой дуги либо ничего не писалось, либо писалось как-то вскользь. Пример тому статья о нем в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона, появившаяся там в 1898 году: «Самыми замечательными результатами опытов П. представляются: электролиз окислов металлов (ртути, свинца, олова), растительных масел, алкоголя и проч. Электролиз воды от одной медно-цинковой пары в случае медных электродов; получение электрического света и белого пламени (вольтова дуга) между двумя кусками древесного угля, от которого “темный покой достаточно ярко освещен быть может”; влияние на длину искры упругости окружающего воздуха; П. замечает, что длина искры от вольтова столба в безвоздушном пространстве значительно короче, чем при разрядах электрических машин». Тогда как в том же ЭСБЕ в статье о Хэмфри Дэви было сказано: «При помощи усовершенствованного им Вольтова столба Д. удалось сделать открытие, навсегда прославившее его имя».

По-настоящему за реабилитацию научных достижений Петрова отечественные историки науки взялись только в советское время. В 1934 году, к столетию со дня смерти В. В. Петрова, были изданы его работы, а Президиум ЦИК СССР присвоил его имя Светотехнической лаборатории Московского ордена Ленина энергетического института имени В. М. Молотова и установил там ежегодную премию имени В. В. Петрова за лучший студенческий дипломный проект на электротехническую тему. На Доме академиков на Васильевском острове в Ленинграде, в котором жил ученый, была установлена мемориальная доска.

Продолжилась это и в послевоенные годы. Имя Петрова как первооткрывателя электрической дуги вошло во все учебники физики и электротехники и в советскую энциклопедию. Лауреат Нобелевской премии по физике Петр Капица писал: «Нет никакого сомнения, что по своим научным открытиям Василий Владимирович Петров должен занять одно из самых первых мест не только в нашей, но и в мировой науке как крупнейший физик-экспериментатор». Но с мировой наукой пришлось подождать еще несколько десятилетий.

В 2003 году в журнале IEEE Transactions on Plasma Science была опубликована статья Андре Андерса «Tracking Down the Origin of Arc Plasma Science. Early Continuous Discharges» («Прослеживаем происхождение науки о дуговой плазме. II. Ранние непрерывные разряды»). Ее автор Андре Андерс в свое время окончил Берлинский университет имени Гумбольдта (ГДР) и аспирантуру в МГУ, став кандидатом физико-математических наук, а на момент написания этой статьи доктор Андерс работал в Национальной лаборатории имени Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли и возглавлял там группу плазменной диагностики вакуумных дуг, а также был автором популярного у специалистов учебника по катодным дугам («Cathodic Arcs. From Fractal Spots to Energetic Condensation»). Ныне он профессор прикладной физики в Институте физики твердого тела имени Феликса Блоха Лейпцигского университета и директор Института инженерии поверхностей имени Лейбница в том же Лейпциге. До позапрошлого года он в течение десяти лет был главным редактором международного Journal of Applied Physics.

Словом, трудно найти более квалифицированного и более авторитетного на Западе современного историка плазмы, нежели Андре Андерс. К тому же он худо-бедно знал русский язык, учил его в ГДР в школе. И вот что писал доктор Андерс в своей статье в 2003 году: «Год открытия дуговых разрядов окутан тайной, скорее всего, из-за неясного понимания того, что представляет собой дуговой разряд, что усугублялось тем, как были написаны и распространены первые отчеты о нем, а также тем фактом, что открытие произошло в несколько этапов, прежде чем оно было признано».

«Хамфри Дэви часто приписывают открытие дугового разряда, которое впоследствии привело к созданию угольной дуговой лампы,— продолжал доктор Андерс.— Действительно, еще в 1800 году он получил короткие импульсные дуги с помощью своего электрического тока. Но независимо и раньше Дэви в том, что касается непрерывных разрядов, был русский Василий Петров из Санкт-Петербурга. А 1802 году Петров использовал 4200 электрохимических элементов для создания самого мощного на то время разряда. Публикация Петрова 1803 года вышла только на русском языке, и его работа была проигнорирована и забыта более чем на столетие».

Любопытен и следующий пассаж из статьи Андерса: «Когда новость об изобретении Вольты дошла до Санкт-Петербурга, она дошла до таких исследователей, как Петров, которые были хорошо обучены и подготовлены. Исследователи по всей Европе осознали, что наличие постоянного источника электроэнергии от “электростанции” Вольты позволит им проводить новые эксперименты и совершать новые открытия. Началась гонка за созданием больших аккумуляторов, которую можно сравнить с гонкой за все более мощными ускорителями в XX веке».

И в заключение Андерс писал: «Петров создал, наблюдал и описал первый непрерывный дуговой разряд. Более того, он предположил, что яркий свет или “пламя” (плазму) можно использовать для освещения — это было первое возможное реальное применение электричества, помимо развлечений аристократов. <…> Очевидно, что Петров проводил новаторские эксперименты и, возможно, даже опередил Дэви в некоторых электрохимических результатах».

После этой статьи за последние два десятилетия зарубежные историки физики опубликовали еще с полдюжины статей о приоритете Петрова в наблюдении вольтовой дуги. В результате сейчас практически во всех солидных энциклопедиях и справочниках по физике за рубежом фигурирует Василий Петров как первооткрыватель плазменной дуги. До учебников дело там пока не дошло и вряд ли дойдет. Но это не так уж важно. Важнее, наверное, то, что в июне 2022 года на родине Петрова в Обояни в сквере на главной площади города был установлен памятник Василию Петрову. Площадь, кстати, носит его имя.