Адамзат жұмыс істеуге үйренген табиғат күштерінің барлығының арасында ешқайсысы өркениеттің бет-бейнесін электр сияқты түбегейлі де жылдам өзгерткен жоқ. Оны игеру тарихы адамзат тарихы өлшемімен алғанда мардымсыз бірнеше ғасырға ғана сыяды, алайда осы уақыт ішінде әлем танылмастай дәрежеде өзгерді. Электр энергиясынсыз заманауи медицина, байланыс, өнеркәсіп және күнделікті тұрмыс бірнеше сағат ішінде ыдырар еді – осы күш тіршілігіміздің тініне соншалықты терең сіңіп кеткен. Парадокс мынада – электрді фантастикалық дәлдікпен өндіруді, тасымалдауды және пайдалануды үйренгенімізге қарамастан, физиктер осы күштің тереңдегі табиғаты туралы әлі де ортақ пікірге келе алмаған. Кванттық механика электромагниттік өзара әрекеттесуді теңдесі жоқ дәлдікпен сипаттайды, алайда «зарядтар неге тартылады және тебіледі» деген сұрақ философиялық деңгейде ашық күйінде қала береді. Осы таңғажайып күштің бүкіл тосындығын, қуатын және сұлулығын аша алатын он алты деректі назарларыңызға ұсынамыз.
- Электр құбылысы ретінде адамдар оны зерттей бастағанға дейін де өмір сүрді. Найзағай – табиғаттағы электр күштерінің ең керемет көрінісі – секунданың бір үлесінде жүз ваттлық шамды үш ай жұмыс істетуге жеткілікті энергияны разрядтайды. Найзағай өзегінің температурасы отыз мың кельвинге жетеді – бұл Күн бетінен бес есе ыстық.
- Ежелгі гректер электр құбылыстары туралы біздің дәуірімізге дейінгі VI ғасырда-ақ білді – философ Фалес Милетский үйкелген янтардың жеңіл заттарды тартатынын сипаттаған. «Электр» сөзінің өзі грекше «электрон» – янтар – сөзінен шыққан. Бұл кездейсоқ табылым электромагниттік өзара әрекеттесу табиғатын танудың екі мыңжылдық жолының бастауына айналды.
- Бенджамин Франклин 1752 жылы ұшқыш жел және металл кілт арқылы жүргізілген атақты тәжірибемен найзағайдың электрлік табиғатын дәлелдеді. Алайда сол тәжірибенің өнертапқышты өлтіруі әбден мүмкін екенін аз адам біледі – оны қайталаған бірнеше еуропалық ғалым найзағай соғудан қаза тапты. Франклинге бақ жүрді – разряд тек кілтте ұшқын тудырарлықтай әлсіз болды.
- Өткізгіштегі электр сигналының таралу жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын және секундына шамамен екі жүз мың шақырымға жетеді. Мұнда маңызды нюанс бар – электрондардың өздері өте баяу қозғалады, әдеттегі өткізгіштегі олардың дрейфтік жылдамдығы секундына бірнеше миллиметрдің үлесін ғана құрайды. Энергия бөлшектердің қозғалысы арқылы емес, өткізгіш айналасындағы электромагниттік өрістің таралуы арқасында берілді.
- Адам ағзасының өзі электр сигналдарының қайнары болып табылады – дәл осы қағидатқа жүрек, ми және жүйке жүйесінің жұмысы негізделген. Электрокардиограмма мен электроэнцефалограмма мүшелер жұмысы кезінде пайда болатын өте шағын биоэлектрлік потенциалдарды тіркейді. Нейрондар импульстерді секундына бір метрден жүз жиырма метрге дейінгі жылдамдықпен береді – техникалық құрылғылардан айтарлықтай баяу, алайда таңғаларлық параллельдікпен.
- Никола Тесла мен Томас Эдисон XIX ғасырдың аяғында «тоқтар соғысы» деп аталатын – айнымалы мен тұрақты тоқтар арасындағы қызу қарсыластықты жүргізді. Эдисон тұрақты тоқты қорғап, бәсекелесті беделсіздендіру үшін айнымалы токпен жұмыс істейтін электр орындығында жануарларды жария жазалады. Тесла мен оның серіктесі Вестингауз соңында жеңіске жетті – айнымалы ток энергияны алыс қашықтыққа тасымалдауда анағұрлым тиімді болып шықты.
- Статикалық электр он мыңдаған вольтқа жетуі мүмкін – дәл осындай разряд кілем үстімен жүрген соң металл есік тұтқасына тигенде пайда болады. Жоғары кернеуіне қарамастан, токтың мөлшері соншалықты аз – разряд мүлде қауіпсіз. Дәл статикалық электр электроника өндірушілерінің басты жауы болып табылады – байқалмайтын разряд сезімтал микросхемаларды қайтарымсыз жоя алады.
- Тірі «генераторлардың» ішіндегі ең тәнті ететіні – электр жылан балығы – сегіз жүз вольтқа дейінгі разрядтар шығара алады. Электроциттер деп аталатын мамандандырылған жасушалар тізбектей қосылған батарейкалар сияқты жұмыс істеп, ірі балықты есеңгіретуге немесе өлтіруге мүмкіндік береді. Қызықтысы – жылан балығы өзінің электрлік өрісін лайлы суда навигация үшін де пайдаланады, тірі гидролокатор іспетті.
- Найзағай Жер бетіне секундына жүз рет соғады – яғни тәулігіне шамамен сегіз миллион рет. Әрбір разрядтың жойқын қуатына қарамастан, жыл бойғы барлық найзағай соққыларының жиынтық энергиясы дүниежүзілік энергетиканың бірнеше сағат ішінде өндіретін электр энергиясынан айтарлықтай аз. Бұл адам жасаған инфрақұрылымның техникалық қуаты қаншалықты зор екенін жарқын аңғартады.
- Өткізгіш материалдың электрлік кедергісі абсолюттік нөлге дейін түсетін құбылыс – асқын өткізгіштік 1911 жылы ашылды және күні бүгін физиканың ең жұмбақ эффектілерінің бірі болып қала береді. Асқын өткізгіш күйде ток жабық тізбекте ешқандай энергия жоғалтпастан іс жүзінде мәңгі айналымда болуы мүмкін. Бөлме температурасындағы асқын өткізгіш жасау энергетикада революция жасар еді, алайда ғалымдар бұл мақсаттан әлі алыс.
- Коммерциялық электрмен жабдықтауды қамтамасыз еткен алғашқы электр станциясын Томас Эдисон 1882 жылы Нью-Йоркте іске қосты. Ол ұзындығы шамамен екі шақырым желіге қосылған сексен екі тұтынушыны қоректендірді. Бүгінгі күні дүниежүзілік электр желісі адамзат жасаған ең ірі машинаға айналды – ол миллиардтаған тұтынушыны қамтып, нақты уақыт режимінде жұмыс істейді.
- Электр жылан балығы ғалымдарды биологиялық отын элементтерін – тірі тіндердегі химиялық реакциялар арқылы ток шығаратын құрылғыларды – жасауға шабыттандырды. Болашақтың медициналық импланттары – кардиостимуляторлар, нейроинтерфейстер – ағзаның биоэлектрлігімен қоректендіру жоспарланып отыр. Зерттеудің бұл бағыты имплантацияланатын құрылғылар жасауға деген тәсілді түбегейлі өзгерте алады.
- Найзағай тек бұзбайды – ол тіршілікке қажетті химиялық қосылыстарды да синтездейді. Разрядтың жоғары температурасы атмосфералық азотты ыдыратып, оны оттекпен нитраттар түзе отырып қосылуға мәжбүр етеді, олар жаңбырмен бірге топыраққа түседі. Іс жүзінде, әрбір найзағай жаңбыры жерді тыңайтады – бұл құбылысты «атмосфералық азотты байлау» деп атайды.
- Жарық пен зарядталған бөлшектердің өзара әрекеттесуін сипаттайтын теория – кванттық электродинамика – физика тарихындағы ең дәл тексерілген теория болып табылады. Оның болжамдары тәжірибелік деректермен үтірден кейінгі он белгіге дейін сәйкес келеді. Алайда ол да электрлік зарядтың неге бар екені туралы түпкі сұраққа жауап бермейді.
- Электрдің алғашқы практикалық қолданыстары жарықпен де, қозғалтқышпен де емес, телеграфпен байланысты болды. Дәл жарық жылдамдығымен сым бойымен өткен электр сигналы тарихта алғаш рет ақпаратты адамның қозғала алатынынан жылдамырақ жеткізуге мүмкіндік берді. Коммуникациядағы бұл революциялық өзгеріс 1830-жылдары болып, адамдардың уақыт пен қашықтық туралы түсінігін мәңгілікке өзгертті.
- Планетадағы жеті жүз жетпіс миллион адам – негізінен Сахарадан оңтүстіктегі Африка елдері мен Оңтүстік Азияда – электр энергиясына әлі де қол жеткізе алмай отыр. Электрдің жоқтығы толыққанды медициналық көмектің, кешкі уақыттағы білім алудың және тамақ өнімдерін сақтау мүмкіндігінің жоқтығын білдіреді. Халықаралық ұйымдар электрлендіруді жаһандық кедейлікке қарсы күрестің басты құралдарының бірі деп атайды.
Электр тек физикалық құбылыс емес, тіл мен доңғалақ сияқты фундаментальды болып шыққан заманауи өркениеттің шынайы негізіне айналды. Таңқаларлығы – дүниені танылмастай өзгерткен осы күш өзінің тереңдегі негіздерінде толық түсінуден әлі де жалтарып келеді. Мүмкін, дәл осы жұмбақтылық кванттық физикадан нейроғылымға дейін – электрлік өзара әрекеттесу ойлаудың өзінің негізінде жатқан – үздіксіз зерттеулердің қозғаушысы болып табылатын шығар. Шамды жаққан немесе телефон экранына тиген сайын, тарихы әлі де жазылып болмаған күшпен өзара әрекеттесеміз.
