Магнетизм

физические науки в традиционном Китае.
 
Традиционные знания о магнетизме
 
Первое упоминание о магнетите (магнитном железняке) и его свойстве притягивать железо встречается в ранних главах «Гуань-цзы» («[Трактат] Учителя Гуаня»), сост. разными авторами в VI–III вв. до н.э. С магнетитом, представляющим собой сложный оксид железа, китайцы познакомились, используя его в качестве руды для выплавки железа. Поэтому магнетит (цы ши, букв. «любящий камень») считался «матерью» железа. Соответственно, свойство притяжения объяснялось наличием в нем «[материнской] любви» (цы [4]). Не зная истинной природы магнетизма, древние китайцы в этом термине, по сути, субстантивировали сам феномен притяжения, а затем пытались истолковать с его помощью различные известные им свойства магнетита. Так, каноновед Гао Ю, живший в I–II вв., в своих комментариях (чжу [2]) к «Люй-ши чунь цю» («Вёсны и осени г-на Люя») отмечал, что если эта «любовь» будет по каким-либо причинам потеряна, то магнетит уже не сможет притягивать железо.
 
Свойство магнетита притягивать железо сравнивалось Ван Чуном (27–97/107) в «Лунь хэне» («Взвешивание суждений», гл. 47) со свойством янтаря (дунь моу) «поднимать семена горчицы». Впоследствии это сравнение часто повторялось в китайской литературе, только при этом для обозначения янтаря использовался более распространенный термин ху по, а о неразлучных друзьях говорили, что они как «иголка [притягиваемая магнитом] и горчичное зерно [притягиваемое янтарем]» (чжэнь цзе).
 
Вслед за Фалесом, который, согласно Аристотелю («О душе», 405а 19), полагал, что магнесийский камень (магнетит) «имеет душу и поэтому движет железо», греки считали, что при магнитном притяжении перемещается только железо. Китайцы же видели магнитную «любовь» обоюдной и приводящей не только к перемещению железа к магнетиту, но и к встречному движению магнетита. Последнее подтверждается фразой «магнетит (цы ши) взлетает вверх» из «Хуайнань-цзы» (гл. 4), означающей, что частичка магнетита может притянуться к находящемуся над ней куску железа.
 
В эпоху Чжань-го в Китае было известно, что магнетит обладает поляризованностью и куски магнетита при определенном взаимоположении могут не только притягиваться, но и отталкиваться. Древние китайцы знали, что среди известных им металлов магнетит притягивает только железо и не притягивает неметаллы. В «Хуайнань-цзы» (гл. 6) говорится, что вещи действуют согласно своей природе. Поэтому магнетит привлекает железо (те), но не оказывает никакого воздействия на черепицу (ва [2]). Отчего это происходит, может объяснить только тот, что постиг «высшую гармонию» (тай хэ) и знает об «отклике» (ин [1]) «самотаковостей» (цзы жань), т.е. природных явлений.
 
Ван Чун объяснял свойство притяжения родственностью того, что притягивает и что притягивается. Тем самым он обращался к теории резонансного «отклика» (ин [1]) между подобными вещами, являющейся универсальной в китайской науке и допускающей действие на расстоянии без видимого посредника. Около 300 Го Пу, комментируя приведенное выше место из «Лунь хэна», отмечал, что магнит притягивает (си [9], букв. «вдыхает») железо, а янтарь собирает семена горчицы, поскольку их пневма-ци [1] невидимым образом проникает всюду и осуществляет таинственную связь с вещами в согласии с их «откликами».
 
Сунские ученые Чэнь Сянь-вэй и Юй Янь полагали, что свойство магнетита притягивать железо определяется наличием в обоих пневмы-ци [1], которая влечет их друг к другу подобно силам инь [1] и ян [1] (см. Инь – ян). Они отмечали, что это влечение остается в случае, когда магнетит и железо находятся на некотором расстоянии друг от друга или когда между ними находится какое-либо не содержащее железа вещество.
 
Цинский автор Лю Сянь-тин (1648–1695) указывал в «Гуан-ян цза цзи» («Разные заметки Гуан-яна»), что магнетит и железо влечет друг к другу некая «невидимая сила». Также он писал о феномене магнитного экрана в следующем пассаже: «Когда меня как-то спросили, что могло бы экранировать железо от притягивания магнетитом, мой приемный сын ответил, что только само железо способно на это». Лю Сянь-тин подчеркнул, что причина экранирования имеет природный характер.
 
Начиная с IV–V в. китайцы производили своего рода тестирование качества магнетита посредством подвешивания на него разных металлических предметов. По сути дела, тем самым они первыми стали применять количественное измерение магнитной силы. Согласно известному алхимику Тао Хун-цзину (452/456–536), превосходнейшего качества магнетит должен был удерживать несколько железных ножей общим весом в один или два цзиня [2] (при династии Лян цзинь [2] был равен около 0,223 кг) или вереницу из более десяти игл. В другом месте своих сочинений этот автор сообщает, что хороший магнетит удерживает вереницу из трех-четырех игл.
 
В древнем и средневековом Китае эффект притяжения железа магнетитом нашел практическое применение. Так, в книге «Тао шо» («Изъяснение гончарного дела») Чжу Янь, живший в эпоху Цин, говорит об укоренившейся в Китае практике в производстве фарфора: «Когда изготавливаются изделия из белого фарфора, то при их глазурировании, чтобы на белой поверхности не образовывались черные пятна, глазурь, пока она еще в жидком состоянии, должна быть профильтрована через слой магнетита».
 
С ранних времен традиционные китайские аптеки каждый вид порошка, при толчении которого используется железная ступка, подвергали обработке магнетитом, чтобы удалить могущую попасть в него железную пыль. Магнетит также использовался в традиционной китайской хирургии. В трактате «Бэнь цао ган му» («Основные положения о корнях и травах») Ли Ши-чжэня (1518–1593), вышедшем в свет в 1596, говорится о применении начиная с династии Сун (960–1279) магнетита в таких хирургических процедурах, как извлечение частиц железа из глаз или горла.
 
Эволюция компаса
 
В эпоху Чжань-го в Китае было известно, что магнетит обладает свойством ориентации по направлению север–юг. Это его свойство нашло применение при создании компаса, который использовался китайцами для определения сторон света в геомантике, во время военных походов, при путешествиях и проч. Древнейший китайский компас, который вырезался из магнетита, назывался сы нань, что означает «ведающий югом». Первые упоминания о нем относятся к IV в. до н.э. Так, в «Гуй-гу-цзы» («[Трактат] Мудреца из Долины бесов», IV в. до н.э.), говорится, что люди государства Чжэн, отправляясь в дальние края для добывания нефрита, брали с собой «ведающую югом колесницу» (сы нань чжи чэ), чтобы не сбиться с пути. В «Хань Фэй-цзы» («[Трактат] Учителя Хань Фэя», III в. до н.э.) создание компаса (сы нань) приписывается «прежним царям» (сянь ван), сделавшим это для определения «восхода и заката» (чао си). Начиная с эпохи Хань во множестве источников говорится о сы нань и других видах магнитных компасов, но следует отметить, что ни один из них никогда не входил в список официальных астрономических инструментов. В традиционной литературе Китая упоминается также «указывающая юг колесница» (чжи нань чэ), которая часто не различается со снабженной сы нань «ведающей югом колесницей» (сы нань чжи чэ). Однако в первой не использовался магнитный элемент, а имелось механическое устройство, которое при любом движении колесницы обеспечивало по принципу обратной связи неизменность направления, на которое указывала рукой фигура человека, соединенная с этим устройством.
 
Самое раннее описание формы древнего китайского компаса приводится в книге Ван Чуна «Лунь хэн». Компас сы нань имел вид ковшика или ложки с тонким черенком. Ковшик помещался на тщательно отполированной медной пластине или покрытой лаком доске. При этом он должен был касаться ее только своей выпуклой частью. Если придать ковшику вращательное движение вокруг точки его соприкосновения с пластиной, то в момент остановки черенок будет указывать на юг. Форма ковшика была выбрана неслучайно. Она копировала очертания созвездия Большой Медведицы, называемого в Китае Небесным Ковшом (Тянь-доу), Северным Ковшом (Бэй-доу), или просто Ковшом (Доу). Согласно реконструкции китайского ученого Ван Чжэнь-до, проведенной в 1950-х, компас геомантов и предсказателей, построенный по такому же принципу и использовавшийся с III–II вв. до н.э., имел гадательную доску (ши [14]), состоящую из двух пластин. Верхняя, круглая по форме (цянь пань), соответствовала Небу, а нижняя, квадратная (ди пань), – Земле. Верхняя пластина была прикреплена в центре к вертикальной оси и могла на ней вращаться. В центре пластины было выгравировано изображение звезд Большой Медведицы, а по ее краям были нанесены специальные знаки, обозначающие четыре страны света и промежуточные направления. Выделялось в общей сложности 24 направления, для обозначения которых использовались знаки 12 «земных ветвей» (ди чжи) и 10 «небесных стволов» (тянь гань; см. Гань чжи), причем из последних знаки у [9] и цзи [10] удваивались и располагались по «углам» (юй [8]): у [9] – на северо-восточном и юго-западном; цзи [10] – юго-восточном и северо-западном. Остальные циклические знаки располагались чередуясь таким же способом, какой отражен в корреляции с сезонами-цзе [3], зафиксированной в «Хуайнань-цзы» (гл. 3). Подобная разметка была затем использована и в других разновидностях компасов, только часто вместо знаков у [9] и цзи [10] по углам-юй [8] расставлялись иероглифы триграмм Гэнь [2] , Сюнь [2], Кунь и Цянь [6]. Нижняя пластина гадательной доски-ши [14] градуировалась циклическими знаками тем же способом. Кроме того, на нее наносились символы триграмм, расставленные по схеме Вэнь-вана, и иероглифические названия 28 «лунных стоянок» (сю [2]) – по 7 с каждой стороны квадрата.
 
Недостатком компаса, в котором использовался ковшик, было то, что магнетит плохо обрабатывается и очень непрочен. В процесс его обработки он неизбежно теряет часть своих магнитных свойств. Поскольку уже исходный материал обладал магнитной неоднородностью, изготовить магнитный ковшик так, чтобы его ручка точно указывала на юг, было делом крайне трудным. К тому же «ведающий югом» был недостаточно точен по причине сильного трения между ковшиком и поверхностью доски. Поэтому постепенно назревала необходимость в переходе к новым моделям компаса, более легким в изготовлении и более точным.
 
Возможно, такие модели появились еще до династии Сун, однако первые их описания датируются только концом 1-й пол. XI в., а точнее 1044, когда Цзэн Гун-лян издал «У цзин цзун яо» («Собрание важнейшего из военных канонов»). В этой книге описаны два вида компаса, имеющие различные способы намагничивания действующего элемента. Компасы называются чжи нань юй («указывающая юг рыба») и чжи нань чжэнь («указывающая юг игла»). Более подробно о них писал Шэнь Ко (1031–1095) в «Мэнси би тань» («Записки из Мэнси»).
 
«Указывающая юг рыба» – это тонкий лист железа, вырезанный в форме рыбы и намагниченный в магнитном поле Земли. Чтобы рыба приобрела магнитные свойства, ее надо было разогреть докрасна и подвергнуть затем закалке, держа в нужном направлении – головой на юг. Намагничивание объяснялось действием природной пневмы-ци [1]. При вторичном нагревании рыба теряла свои магнитные свойства. Когда было необходимо узнать направление, рыба аккуратно клалась на воду. При этом ее голова должна повернуться на юг. Вероятно, рыба изготавливалась слегка вогнутой, чтобы она могла удерживаться на плаву, подобно маленькой лодочке. «Указывающая юг игла» – это обычная игла, подобная швейной и намагниченная посредством трения о магнетит. Шэнь Ко писал: «Маги (фан цзя) трут конец иглы магнетитом, делая ее способной указывать на юг». «Указывающая юг игла» была более совершенным приспособлением по сравнению с ковшиком из магнетита и плавающей рыбой. По сути, в ней воплотился тот способ искусственного намагничивания, который используется в настоящее время, хотя само намагничивание начиная с XIX в. проводится не с помощью магнетита, а в электромагнитном поле.