Ιστορία ηλεκτρομαγνητισμού: Από την αρχαιότητα έως τα τέλη του 16ου αιώνα

Από την αρχαία Κίνα μέχρι τον Γκίλ­μπερτ

H γνω­στή σε μας ιστο­ρία του ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­σμού, φαί­νε­ται πως ξεκι­νά­ει από την Κίνα το 2637 π.Χ., οπό­τε και κάνει την εμφά­νι­σή της η πρώ­τη κατα­γε­γραμ­μέ­νη εφαρ­μο­γή της μαγνη­τι­κής επί­δρα­σης. Εκεί­νη τη χρο­νιά, καθώς τα στρα­τεύ­μα­τα του αυτο­κρά­το­ρα Hoang-Ti κατε­δί­ω­καν τον επα­να­στά­τη πρί­γκι­πα Tchi-yeou, έχα­σαν το δρό­μο τους λόγω της πυκνής ομί­χλης. Λέγε­ται πως ο αυτο­κρά­το­ρας κατα­σκεύ­α­σε ένα άρμα, πάνω στο οποίο στε­κό­ταν όρθια μια εξέ­χου­σα γυναι­κεία φιγού­ρα που έδει­χνε τα τέσ­σε­ρα σημεία του ορί­ζο­ντα. Η φιγού­ρα αυτή μπο­ρεί κάλ­λι­στα να διεκ­δι­κή­σει τον τίτλο της πρώ­της πυξί­δας που εμφα­νί­στη­κε μετα­ξύ των ανθρώ­πων, αφού μπο­ρού­σε να στρέ­φε­ται πάντα προς το νότο, όποια κι αν ήταν η κατεύ­θυν­ση του άρμα­τος. Το 1110 π.Χ. ο Υπουρ­γός Επι­κρά­τειας της Κίνας Tcheou-Koung, φαί­ρε­ται να χρη­σι­μο­ποιεί μία συσκευή της οποί­ας η μία πλευ­ρά έδει­χνε προς το Βορ­ρά ενώ η άλλη προς το Νότο. Το όνο­μα της συσκευ­ής ήταν tchi-nan, δηλα­δή άρμα του νότου.

Η πρώ­τη ανα­φο­ρά σε σχέ­ση με τα ηλε­κτρι­κά φαι­νό­με­να χρο­νο­λο­γεί­ται στο 1170 π.Χ., όταν ο Αιγύ­πτιος φαραώ Ραμ­σής Γ΄ ο Νικη­τής διέ­τα­ξε να τοπο­θε­τη­θούν, γύρω από τους ναούς, ξύλι­νες ράβδοι με χρυ­σές αιχ­μές στην κορυ­φή τους, ώστε να απο­τρα­πεί η οργή των Θεών που βομ­βάρ­δι­ζαν τους ναούς με κεραυ­νούς. Τον 3ο αιώ­να π.Χ. η τεχνι­κή αυτή σημεί­ω­σε βελ­τί­ω­ση και οι χρυ­σές αιχ­μές τοπο­θε­τή­θη­καν στην κορυ­φή χάλ­κι­νων ράβδων.

Θαλής ο Μιλή­σιος (περ. ⁶³⁰⁄₆₃₅ π.Χ. — 543 π.Χ.)

Στην αρχαία Ελλά­δα ήταν γνω­στή η ιδιό­τη­τα κάποιων σωμά­των να έλκουν μικρά κομ­μα­τά­κια χαρ­τιού ή μικρά άχυ­ρα, όταν τρί­βο­νται με ύφα­σμα. Ο Θαλής ο Μιλή­σιος κατα­γρά­φει ότι το ήλε­κτρον, το γνω­στό σε μας κεχρι­μπά­ρι (δηλα­δή το απο­λι­θω­μέ­νο ρετσί­νι των πεύ­κων), έχει την ιδιό­τη­τα αυτή. Ωστό­σο, κανείς δεν ενδια­φέρ­θη­κε για το φαι­νό­με­νο αυτό στις δύο χιλιε­τί­ες που ακο­λού­θη­σαν κι έτσι, πέρα από κάποιες απο­σπα­σμα­τι­κές έρευ­νες, λίγα πράγ­μα­τα έγι­ναν ως τα τέλη του 16ου αιώ­να. Τα ηλε­κτρι­κά και τα μαγνη­τι­κά φαι­νό­με­να, ήταν πάντα καλυμ­μέ­να με το πέπλο της δει­σι­δαι­μο­νί­ας και του θεϊ­κού στοι­χεί­ου. Την προ­σπά­θεια ερμη­νεί­ας αυτών των φαι­νο­μέ­νων κυριαρ­χού­σαν φαντα­στι­κές δοξα­σί­ες που άγγι­ζαν τα όρια της μαγεί­ας.

Οποια­δή­πο­τε γνώ­ση ‑ίσως- υπήρ­χε γύρω από τον ηλε­κτρι­σμό και τον μαγνη­τι­σμό χάνε­ται στα βάθη των αιώ­νων. Σπο­ρα­δι­κά, σε γρα­πτά μνη­μεία, εμφα­νί­ζο­νται ανα­φο­ρές για δυνά­μεις που ασκεί ο λίθος Kahruba (κεχρι­μπά­ρι), σπί­θες που εκπέ­μπο­νται από μαλ­λιά κατά τη διάρ­κεια του χτε­νί­σμα­τος, συσκευ­ές προ­σα­να­το­λι­σμού, μαγνη­τι­κές βελό­νες κ.λπ. Πρό­κει­ται όμως για ανα­κα­λύ­ψεις με περιο­ρι­σμέ­νη εμβέ­λεια που δε διε­ρευ­νή­θη­καν περαι­τέ­ρω.

Βίν­σεντ ντε Μπο­βαί (Vincent de Beauvais)

Το 1250 ένας σταυ­ρο­φό­ρος, ο Vincent de Beauvais, γρά­φει για την πολι­κό­τη­τα της μαγνη­τι­κής βελό­νας στο έργο του Mirror of Nature. μία προ­σπά­θεια συλ­λο­γής των σπου­δαιό­τε­ρων γνώ­σε­ων γύρω από την τέχνη, την ιστο­ρία, τις φυσι­κές επι­στή­μες και την ψυχο­λο­γία.

Ρότζερ Μπέι­κον (Roger Bacon 1214–1294)

Ο Ρότζερ Μπέι­κον ήταν Φρα­γκι­σκα­νός μονα­χός ο οποί­ος αφιε­ρώ­θη­κε στη μελέ­τη της επι­στή­μης στην Οξφόρ­δη και το Παρί­σι. Η βαθιά διείσ­δυ­σή του στα μυστή­ρια της φύσης του έδω­σε την ονο­μα­σία «Ο Υπέ­ρο­χος Για­τρός». Στο έργο του Opus Minus ανα­λύ­ει τις μαγνη­τι­κές ιδιό­τη­τες ορι­σμέ­νων υλι­κών και απο­δί­δει στον μαγνή­τη τον χαρα­κτη­ρι­σμό miracidum in parte notum, δηλα­δή θαύ­μα εν μέρει γνω­στό.

Πέτρος Περε­γκρί­νος (Petrus Peregrinus de Maricourt)

Η πρώ­τη συστη­μα­τι­κή προ­σπά­θεια διε­ρεύ­νη­σης των μαγνη­τι­κών φαι­νο­μέ­νων κατα­γρά­φε­ται τον μεσαί­ω­να και συγκε­κρι­μέ­να τον 13ο αιώ­να, οπό­τε ένας άλλος σταυ­ρο­φό­ρος, ο Γάλ­λος Petrus Peregrinus de Maricourt, πραγ­μα­το­ποί­η­σε μια σει­ρά σχε­τι­κών πει­ρα­μά­των. Ο Peregrinus, μετα­ξύ άλλων, μελέ­τη­σε τη συμπε­ρι­φο­ρά της μαγνη­τι­κής βελό­νας όταν τοπο­θε­τεί­ται πάνω σε έναν σφαι­ρι­κό μαγνή­τη. Όταν σχε­δί­α­σε στη σφαί­ρα του τις γραμ­μές κατά μήκος των οποί­ων προ­σα­να­το­λι­ζό­ταν η βελό­να, δια­πί­στω­σε πως τέμνο­νταν σε δύο σημεία εκα­τέ­ρω­θεν του ιση­με­ρι­νού της σφαί­ρας. Τα σημεία αυτά ονό­μα­σε μαγνη­τι­κούς πόλους.

Τα πει­ρά­μα­τά του Peregrinus καθώς και τα συμπε­ρά­σμα­τά του για τη συμπε­ρι­φο­ρά των μαγνη­τών περι­λαμ­βά­νο­νται σε μια επι­στο­λή του, γνω­στή με τον τίτλο Epistola de magnete που γρά­φτη­κε το 1269,. «Πρέ­πει να συνει­δη­το­ποι­ή­σεις, αγα­πη­τέ φίλε», γρά­φει, «ότι ενώ ο ερευ­νη­τής σε αυτό το θέμα πρέ­πει να κατα­νο­εί τη φύση και να μην αγνο­εί τις ουρά­νιες κινή­σεις, πρέ­πει επί­σης να είναι πολύ επι­με­λής στη χρή­ση των χεριών του, έτσι ώστε μέσω της λει­τουρ­γί­ας αυτής της πέτρας να μπο­ρεί να δεί­ξει υπέ­ρο­χα απο­τε­λέ­σμα­τα».

Ουί­λιαμ Γκίλ­μπερτ (William Gilbert 1540–1603)

Το νερό άρχι­σε να κυλά­ει στο αυλά­κι, όταν ένας Άγγλος φυσι­κός, ο Ουί­λιαμ Γκίλ­μπερτ, γόνος ευκα­τά­στα­της οικο­γέ­νειας με κλα­σι­κή παι­δεία, απο­φά­σι­σε να στρα­φεί προς την μελέ­τη των ηλε­κτρι­κών και μαγνη­τι­κών φαι­νο­μέ­νων. Ο Ουί­λιαμ Γκίλ­μπερτ σπού­δα­σε Ιατρι­κή και Μαθη­μα­τι­κά στο Κέμπριτζ και αφού άσκη­σε για κάποια χρό­νια την ιατρι­κή, διο­ρί­στη­κε εν τέλει φυσι­κός, στο Πανε­πι­στή­μιο Queen Elizabeth I. Η βασί­λισ­σα του άφη­σε ειδι­κό κλη­ρο­δό­τη­μα για τις μελέ­τες του.

Με τις πει­ρα­μα­τι­κές έρευ­νες του Γκίλ­μπερτ, ουσια­στι­κά άρχι­σε η σύγ­χρο­νη μελέ­τη του ηλε­κτρι­σμού και του μαγνη­τι­σμού, η οποία κύλη­σε παράλ­λη­λα, καθώς τα φαι­νό­με­να αυτά είναι ουσια­στι­κά αλλη­λέν­δε­τα. Η έρευ­νά του διήρ­κε­σε 15 και πλέ­ον έτη και για την πραγ­μα­το­ποί­η­σή της ξόδε­ψε σεβα­στό μέρος της περιου­σί­ας του.

Το έργο του συνο­ψί­ζε­ται στην περί­φη­μη πραγ­μα­τεία του De Μagnete, την οποία δημο­σί­ευ­σε το 1600. Θεω­ρεί­ται ένα κλα­σι­κό βιβλίο της επι­στη­μο­νι­κής βιβλιο­γρα­φί­ας δεδο­μέ­νου ότι παρου­σιά­ζει μία από­λυ­τα πετυ­χη­μέ­νη προ­σπά­θεια για επα­λη­θεύ­σεις ορι­σμέ­νων γεγο­νό­των μέσα από ιδιαί­τε­ρα πει­ρά­μα­τα.

Ο Γκίλ­μπερτ απέ­δει­ξε ότι πολ­λά ήταν τα σώμα­τα που μπο­ρού­σαν να ηλε­κτρι­στούν με τρι­βή (π.χ. θειά­φι, γυα­λί, εβο­νί­της, ξύλο κ.λπ.) και, ανα­κα­λώ­ντας την εμπει­ρία του Θαλή και την ελλη­νι­κή λέξη «ήλε­κτρον», εισή­γα­γε το επί­θε­το «ηλε­κτρι­κά» (electricus στα λατι­νι­κά), για να περι­γρά­ψει «τα αντι­κεί­με­να με ελκτι­κές ιδιό­τη­τες όπως αυτές του ήλε­κτρου».  

Αξιό­λο­γη υπήρ­ξε η προ­σπά­θεια του Γκίλ­μπερτ να δια­κρί­νει τα ηλε­κτρι­κά από τα μαγνη­τι­κά φαι­νό­με­να, δεί­χνο­ντας, για παρά­δειγ­μα, ότι η μαγνη­τι­κή έλξη δεν εμπο­δί­ζε­ται από ένα φύλ­λο χαρ­τί, κάτι που δε συμ­βαί­νει στην ηλε­κτρι­κή έλξη ή πως ο μαγνη­τί­της δεν απαι­τεί ερέ­θι­σμα για να παρου­σιά­σει μαγνη­τι­κές ιδιό­τη­τες, ενώ το γυα­λί και το κεχρι­μπά­ρι είναι απα­ραί­τη­το να τρι­φτούν ώστε να εκδη­λώ­σουν ηλε­κτρι­κές ιδιό­τη­τες. Είχε επί­σης αντι­λη­φθεί πως όταν σπά­ει ένας μαγνή­της σε μικρό­τε­ρα κομ­μά­τια τότε δημιουρ­γού­νται νέοι μαγνή­τες με βόρειο και νότιο πόλο. Ήταν ο πρώ­τος που ουσια­στι­κά εισή­γα­γε την ιδέα μη ύπαρ­ξης μαγνη­τι­κών μονό­πο­λων, καθώς δεν ήταν δυνα­τόν να απο­μο­νω­θεί ο νότιος από το βόρειο μαγνη­τι­κό πόλο.

Ιδιαί­τε­ρα σημα­ντι­κή ήταν η άπο­ψη του Γκίλ­μπερτ σχε­τι­κά με την αιτία του προ­σα­να­το­λι­σμού της μαγνη­τι­κής βελό­νας. Για αυτόν η αιτία δεν βρί­σκε­ται στους ουρα­νούς ‑όπως είχαν ισχυ­ρι­στεί οι παλαιό­τε­ροι επι­στή­μο­νες–  αλλά απο­κλει­στι­κά και μόνο στη Γη.

Για την από­δει­ξη της θεω­ρί­ας του κατα­σκεύ­α­σε ένα μικρό ομοί­ω­μα της Γης από μαγνη­τί­τη, την «terella»: όταν τοπο­θε­τού­σε μια μαγνη­τι­κή βελό­να στην επι­φά­νειά της, προ­σα­να­το­λι­ζό­ταν στη διεύ­θυν­ση των πόλων.

Μολα­ταύ­τα η από­πει­ρα του Γκίλ­μπερτ να ερμη­νεύ­σει τα ηλε­κτρι­κά φαι­νό­με­να δεν απέ­βη ιδιαί­τε­ρα καρ­πο­φό­ρα και περιο­ρί­στη­κε στην εισα­γω­γή ανα­θυ­μιά­σε­ων και εκπο­μπών από τα ηλε­κτρι­σμέ­να σώμα­τα. Για περισ­σό­τε­ρα από 200 χρό­νια, οι ερευ­νη­τές που ασχο­λή­θη­καν με τα ηλε­κτρι­κά φαι­νό­με­να, επι­νό­η­σαν ανα­θυ­μιά­σεις, εκρο­ές, ρευ­στά, απέ­χο­ντας ωστό­σο μακράν της ουσια­στι­κής κατα­νό­η­σης της φύσης του ηλε­κτρι­σμού. Ο ίδιος ο Νεύ­των, 50 χρό­νια μετά τον θάνα­το του Γκίλ­μπερτ, παρό­λο που γνώ­ρι­ζε την σημα­ντι­κό­τη­τα των ηλε­κτρι­κών και μαγνη­τι­κών φαι­νο­μέ­νων, ομο­λο­γεί την άγνοιά του για αυτά, τόσο στο μνη­μειώ­δες έργο του Principia Mathematica, όσο και στο βιβλίο του Optics.