Πέμπτη, 24 Μαΐου 2018

Σαν σήμερα ... 1544, γεννήθηκε ο William Gilbert, "πατέρας" του μαγνητισμού και του ηλεκτρισμού.


William Gilbert (Wellcome Library - Λονδίνο)

Σαν σήμερα, στις 24 Μαΐου 1544, γεννήθηκε στο Colchester του Essex στην Αγγλία ο  William Gilbert (και Gilberd ή Gylberde), που έχει χαρακτηριστεί από πολλούς ως ο "πατέρας του Μαγνητισμού και Ηλεκτρισμού", μιας και ήταν πρωτοπόρος στη μελέτη των  μαγνητικών και ηλεκτρικών φαινομένων. Και βέβαια ως Άγγλος, θεωρείται ο θεμελιωτής της πειραματικής επιστήμης στην Αγγλία.

Πατέρας του ήταν ο Jerome Gilberd που ανήκε στην μεσαία τάξη. Δεν υπάρχουν έγκυρες πληροφορίες για την παιδική και νεανική του περίοδο. 
Το 1558 ξεκίνησε τη φοίτησή του στο Κολέγιο St. John του Cambridge παίρνοντας μπάτσελορ το 1561. Συνέχισε σπουδάζοντας Ιατρική στο Πανεπιστήμιο του Cambridge  παίρνοντας μάστερ το 1564 και διδακτορικό το 1569. Αφού εργάστηκε για λίγο στο πανεπιστήμιο, στη συνέχεια εγκαταστάθηκε στο Λονδίνο όπου άσκησε την ιατρική με επιτυχία, με αποτέλεσμα το 1573 να γίνει μέλος του Βασιλικού Κολεγίου των Ιατρών (Royal College of Physicians). Σε λίγα χρόνια είχε γίνει ένας από τους πλέον διάσημους και αξιοσέβαστους γιατρούς της Αγγλίας. Το 1600 έγινε πρόεδρος του Κολεγίου των Ιατρών. Τον επόμενο χρόνο και μέχρι το θάνατό της ήταν προσωπικός γιατρός της βασίλισσας Elizabeth I. Μετά τον θάνατο της Elizabeth Ι ανέλαβε γιατρός του επόμενου βασιλιά James I.
Το σπίτι που γεννήθηκε ο Gilbert στο Colchester.
Φωτό: David Hawgood

Παρά το γεγονός ότι ήταν ένας επιτυχημένος γιατρός, ασχολήθηκε επιπλέον με τη φυσική, την αστρονομία και τη φιλοσοφία. Τα πειράματα που έκανε στον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό ήταν εντυπωσιακά για την εποχή του, αφού λίγα πράγματα ήταν γνωστά γι' αυτά τότε.

Το σπουδαιότερο  έργο του στη Φυσική δημοσιεύτηκε το 1600 γραμμένο στα λατινικά, με τίτλο "De Magnete, Magneticisque Corporibus et de Magno Magnete Tellure" ("Περί των Μαγνητών, των Μαγνητικών Σωμάτων και του Μεγάλου Μαγνήτη της Γης").

Το εξώφυλλο του "De Magnete" σε έκδοση του 1628.

Εκείνη την εποχή οι Ευρωπαίοι πραγματοποιούσαν μακρινά ταξίδια διαμέσου των ωκεανών και η μαγνητική πυξίδα ήταν ένα από τα λίγα όργανα που μπορούσαν να ελπίζουν ότι θα μπορούσε να τους σώσει από την απώλεια της πορείας τους. Όμως λίγα ήταν γνωστά για τους μαγνήτες ή τον μαγνητισμένο σίδηρο. Κυκλοφορούσαν πολλοί λαϊκοί μύθοι γύρω από τα μαγνητικά φαινόμενα. Π.χ. ότι το σκόρδο καταστρέφει το μαγνητικό αποτέλεσμα της βελόνας της πυξίδας ή ο μαγνητισμός εμποδίζεται από τα βουνά της Αρκτικής ή όπως ο Χριστόφορος Κολόμβος νόμιζε, ότι ο πολικός αστέρας  έλκυε τη βελόνα της πυξίδας.

Ο Gilbert με υπομονή κι ερευνητική περιέργεια εξέτασε πειραματικά για 17 περίπου χρόνια αν ίσχυαν αυτές οι ιστορίες, μέχρι να καταλήξει στην κατανόηση της λειτουργίας της πυξίδας και των μαγνητικών φαινομένων.
Το πιο σημαντικό ίσως ήταν, ότι έκανε για πρώτη φορά σαφή διάκριση μεταξύ του μαγνητικού και του "κεχριμπαρένιου" αποτελέσματος (στατικός ηλεκτρισμός). 

Ο Gilbert παρουσιάζει πειράματα μαγνητισμού στη βασίλισσα Elizabeth I.
Λάδι σε μουσαμά από τον Ernest Board.

Στο έργο του "De Magnete", αφού κάνει μια περιεκτική ανασκόπηση του τι ήταν γνωστό για τη φύση του μαγνητισμού μέχρι τότε, στη συνέχεια παρουσιάζει την καινούρια γνώση που προερχόταν μέσα από τα δικά του πειράματα. Ο ίδιος παρομοίωσε την πολικότητα του μαγνήτη με την πολικότητα της Γης κι έχτισε μια ολόκληρη μαγνητική φιλοσοφία πάνω σ' αυτή την αναλογία. 

Συνεργάσθηκε με όποιον πίστευε ότι μπορούσε να συνεισφέρει στην έρευνά του, από τους καπετάνιους των πλοίων μέχρι τους κατασκευαστές πυξίδων. Στη διάρκεια της δουλειάς του ανακάλυψε πώς να φτιάχνει μαγνήτες με τριβή, έμαθε να φτιάχνει ισχυρότερους μαγνήτες και ότι η έκθεση ενός μαγνήτη σε ψηλές θερμοκρασίες καταστρέφει τις μαγνητικές του ιδιότητες.
Όταν παρατήρησε ότι οι μαγνητικές δυνάμεις συχνά προκαλούν κυκλικές κινήσεις, συνέδεσε το φαινόμενο του μαγνητισμού με την κυκλική κίνηση της Γης.


Πυξίδα όπως παρουσιάζεται στη σελίδα 185
του βιβλίου "De Magnete". Ο τίτλος στα λατινικά γράφει
 "Instrumentum declinationis" ("Όργανο απόκλισης").

Στην αφηρημένη (ανιμιστική) εξήγηση που μας προσέφερε ο Gilbert, ο μαγνητισμός ήταν η ψυχή της Γης και ένας τέλειος σφαιρικός μαγνήτης αν προσανατολιζόταν κατά τους πόλους της Γης, τότε θα στρεφόταν περί τον άξονά του, ακριβώς όπως η Γη στρέφεται περί τον άξονά της σε 24 ώρες. Ο Gilbert, ωστόσο, δεν εξέφραζε γνώμη για το αν αυτή η περιστρεφόμενη Γη ήταν στο κέντρο του σύμπαντος ή σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Δεδομένου ότι η κοσμολογία του Κοπέρνικου χρειαζόταν μια νέα φυσική για να υποστηριχτεί, οι οπαδοί του Κοπέρνικου όπως ο Johannes Kepler και ο Γαλιλαίος  ενδιαφέρθηκαν πολύ για τις μαγνητικές έρευνες του Gilbert. Οι προσπάθειες του Γαλιλαίου για την κατασκευή ενός πραγματικά ισχυρού μαγνήτη, πιθανόν να χρονολογούνται από την ανάγνωση του βιβλίου του Gilbert.


Ο William Gilbert δείχνει ένα πείραμα ηλεκτρισμού στη βασίλισσα Elizabeth I
και στην Αυλή της (19ος αιώνας, λάδι σε μουσαμά από τον Arthur Ackland Hunt).

Το "De Magnete" έγινε το πρότυπο έργο σε όλη την Ευρώπη για τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα και κυριάρχησε ως πηγή γνώσης για τα επόμενα 200 χρόνια.
Σ' αυτό το έργο περιγράφει πολλά από τα πειράματα που έκανε στο μαγνητισμό και καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η Γη (την οποία αποκαλεί terrella - μικρή Γη) είναι ένας τεράστιος μαγνήτης και γι' αυτό η μαγνητική βελόνα στρέφεται προς το βόρειο πόλο (σε αντίθεση με άλλους της εποχής του που υποστήριζαν ότι στο βόρειο πόλο της γης υπάρχει ένα μαγνητικό νησί). Ήταν ο πρώτος που υποστήριξε ότι κόβοντας ένα μαγνήτη στα δύο, κάθε κομμάτι θα αποτελεί έναν καινούριο μαγνήτη με βόρειο και νότιο πόλο.

Το πιο διάσημο από τα πολλά πειράματα που πραγματοποίησε, ίσως ήταν εκείνο με το οποίο προσπάθησε να εξηγήσει γιατί η πυξίδα δείχνει προς το βορρά. Σχεδίασε ένα μεγάλο μαγνήτη μέσα σε μια σφαίρα. Με το σχέδιό του ήθελε να παρουσιάσει ένα μοντέλο της Γης σαν μαγνήτη και γι' αυτό το ονόμασε "terrella". (Δείτε το παρακάτω διάγραμμα).



Πάνω από την επιφάνεια της terrella κινούσε μια μαγνητική πυξίδα. Για μεγαλύτερη ακρίβεια - καθώς η πυξίδα έπρεπε να παραμείνει οριζόντια - μετακινούσε την terrella, τοποθετώντας την πυξίδα σε διάφορα σημεία πάνω της. Όταν η πυξίδα ήταν επίπεδη με την επιφάνεια της terrella, η βελόνα πάντα έδειχνε στο μαγνητικό βόρειο πόλο της terrella.
Η εικόνα δείχνει αυτό που συνέβαινε όταν η πυξίδα ήταν κάθετη προς την terella - οι πόλοι είναι αριστερά και δεξιά, ο ισημερινός στην κορυφή και η βελόνα γενικά κλίνει προς τα κάτω, ακριβώς όπως είχε παρατηρηθεί από τον Robert Norman. Στους πόλους, δείχνει κατ’ ευθείαν προς τα κάτω, στον ισημερινό είναι οριζόντιο. Αυτό το πείραμα τον έπεισε ότι η κατεύθυνση της πυξίδας προκλήθηκε από την ίδια τη Γη, που είναι ένας μεγάλος μαγνήτης. 

Είναι φανερό ότι ο Gilbert γνώριζε πως ορισμένοι τύποι μεταλλικών βελόνων έλκονταν από τους μαγνήτες. Ακόμη ισχυρίστηκε ότι η επίδραση ενός μαγνήτη σ’ αυτές, τις μετέτρεπε σε προσωρινούς μαγνήτες. Το παρακάτω σχέδιο δείχνει πως έκανε επίδειξη αυτού του πειράματος. Κρεμώντας δύο ράβδους σιδήρου πάνω από τον πόλο μιας terella, παρατήρησε ότι οι ράβδοι απωθούνταν μεταξύ τους. (Δείτε το παρακάτω διάγραμμα).


Ο Gilbert ήταν που επινόησε τους όρους "ηλεκτρικός" (electricus), συνδέοντας τις ιδιότητες του ήλεκτρου (κεχριμπάρι) με τα σχετικά φαινόμενα, όπως επίσης  "ηλεκτρική έλξη", "ηλεκτρική δύναμη", "μαγνητικός πόλος". 
Παραπέρα, ο Gilbert πίστευε ότι η θέρμανση καταστρέφει τον ηλεκτρισμό και οι πλανήτες διατηρούν τις τροχιές τους λόγω μαγνητικών δυνάμεων. Αυτή η αντίληψη, ίσως ήταν το μεγαλύτερο λάθος του. Η αρχική θεωρία της μαγνητικής φιλοσοφίας του Gilbert ήταν η αντίληψή του ότι ο μαγνητισμός είναι η κινητήρια δύναμη της γης και των ουράνιων σωμάτων. Βέβαια, πρέπει να θυμηθούμε ότι το βιβλίο του Gilbert δημοσιεύθηκε 87 χρόνια πριν από την διατύπωση της θεωρίας της βαρύτητας από τον ΝεύτωναΗ αντίληψη της βαρύτητας ήταν άγνωστη στην εποχή του Gilbert και γι' αυτό μπορούμε να δικαιολογήσουμε το λάθος του να συγχέει τη δύναμη της βαρύτητας με το μαγνητισμό.

Πορτραίτο του William Gilbert, το 1575.
(Wellcome Library, Λονδίνο)

Όταν το 1603 η βασίλισσα Elizabeth Ι πέθανε, άφησε ένα χρηματικό ποσό στον Gilbert για να τον βοηθήσει να συνεχίσει την εργασία του στη φυσική.
Όμως, εκείνος δεν ευτύχησε να χρησιμοποιήσει αυτή τη γενναιόδωρη προσφορά, αφού λίγους μήνες αργότερα, στις 10 Δεκεμβρίου 1603 (η Wikipedia αναφέρει 30 Νοεμβρίου με το παλιό σύστημα χρονολόγησης), πέθανε στο Λονδίνο σε ηλικία μόλις 59 ετών, από την βουβωνική πανώλη που είχε ενσκήψει στην Ευρώπη. 

Αρκετά από τα αδημοσίευτα και ημιτελή έργα του Gilbert δημοσιεύθηκαν το 1651 από τον μικρότερο ετεροθαλή αδελφό του με τον τίτλο "De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova" ("Νέα Φιλοσοφία για τον Υποκείμενο Κόσμο μας"). Αυτό το έργο όμως πέρασε μάλλον απαρατήρητο.

Μια αναλυτική παρουσίαση του έργου του William Gilbert από τον Harry Hamlin Ricker στην ιστοσελίδα του John Chappell Natural Philosophy Society (CNPS).

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου