Якщо хочуть навести приклад вченого із винятковими здібностями фізика-теоретика, незмінно називають ім’я Альберта Айнштайна (рис. 1). І це слушно. Чи можна назвати іншого вченого, який вніс і чітко обґрунтував такі глибокі революційні ідеї природознавства, як він?

Але Айнштайн мав дар не тільки геніального дослідника природи, що робить відкриття «на кінчику пера»; він мав також величезний талант її випробувача, що дослідним шляхом вивчає закони навколишнього світу, і, що ще менше відомо, яскраво вираженим обдаруванням інженера-винахідника. Це дозволило йому отримати більше двох десятків патентів на винаходи, які відіграли помітну роль у подальшому розвитку техніки, і виконати низку тонких фізичних вимірів на створених ним оригінальних приладах.

Розробка приладів, що дають можливість здійснювати будь-які дослідження зі значно більшою чутливістю або точністю у порівнянні з існуючими, як правило, призводить до значних досягнень у тій чи іншій галузі науки і техніки. Коли ж вдається створити прилади з особливими, принципово новими якостями, які здатні надійно фіксувати невловимі раніше зміни фізичних процесів, тобто ввести в практику інструменти з іншими можливостями, то це практично завжди веде до відкриттів, що знаменують собою переворот у найбільш важливих областях наших знань про природу.

Однак у багатьох випадках, не самі інструменти відіграють вирішальну роль при проведенні видатних експериментів, а незвичайна ідея їх використання, яка дає разючий результат – десятикратне, а то й стократне підвищення чутливості або точності вимірювань. Саме така ідея призвела до бажаної мети Айнштайна і нідерландського вченого Вандера де Гааза (рис. 2) при постановці досліду визначення магнітних властивостей атомів, що викликав великий інтерес у фізиків початку минулого століття.

Теоретичні міркування підказували, що обертання електронів навколо ядра атома визначають їхній механічний момент, і магнітний момент, що збігається за напрямком з попереднім. Якщо на феромагнетик діє зовнішнє магнітне поле, то всі його атомні магнітні моменти вишиковуються вздовж цього поля. Вочевидь, у цьому напрямі будуть орієнтовані і механічні моменти атомів феромагнетика. Їхній сумарний механічний момент при цьому повинен повертати феромагнітний стрижень і закручувати нитку, а отже і дзеркальце, на певний кут. Цей поворот буде відзначений переміщенням сонячного зайчика на шкалі приладу.

Але коли експериментатори зробили розрахунок, щоб дізнатися, наскільки повернеться дзеркальце навіть при дуже великому струмі, то їм стала зрозумілою безперспективність такого способу вимірювань: світловий зайчик буде зміщуватися лише на соті частки міліметра, і помітити це навіть при найгострішому зорі практично неможливо.

І ось тут-то вчені «вклали» в прилад ідею, яка в десятки разів підвищила чутливість вимірювання: вони застосували ефект резонансу між частотою крутильних коливань підвішеного на нитці стрижня і частотою поля, що підмагнічує. При зміні частоти струму  стрижень спочатку повертатиметься на ледве помітний кут. Але як тільки частота цього струму, а отже й поля, наблизиться до резонансу, амплітуда коливань стрижня почне швидко зростати і досягне максимального значення. Тому відлік цієї амплітуди, що характеризує фізичне явище, яке спостерігалося під час досліду, проводилося саме при резонансному налаштуванні приладу.

Така «родзинка» застосованої Айнштайном і де Гаазом методики вимірювань дозволила не тільки побачити прояв явища, що вивчається, але, що було не менш важливо, виключити вплив безлічі джерел перешкод, які при іншому підході могли б викликати недопустимі похибки визначення кута повороту феромагнітного стрижня.

Аналізуючи результати проведеного експерименту, Айнштайн приходить до висновку, що повинен існувати і зворотний ефект: при обертанні феромагнітного тіла без зовнішнього магнітного поля це тіло буде мимовільно намагнічуватися, оскільки магнітні моменти електронів-дзиг будуть орієнтуватися за напрямом осі обертання феромагнетика.

Чи не в цьому є розгадка походження земного магнетизму?

Таке питання поставив вчений у статті, присвяченій аналізу проведеного ним досліду, пропонуючи нову гіпотезу природи магнітного поля Землі.

Джон Перрі у своїй книзі «Дзига, що обертається», виданій ще в 1890 р. в США, помістив примітку, що вражає глибиною інтуїції вченого: «Якщо великий шматок заліза змусити швидко обертатися спочатку в одну, а потім в іншу сторону поблизу вільно підвішеної магнітної стрілки, яка добре захищена від дії повітряних течій, то, я думаю, мають відбутися явища, що становлять найбільший інтерес для теорії магнетизму. Досі мені не вдалося при цих дослідженнях виявити будь-яку магнітну дію, але я приписую цей неуспіх відносно повільному обертанню, яке я застосував, а також недостатній чутливості магнітометра».

Як видно, Перрі був близький до відкриття найцікавішого магнітомеханічного ефекту, про який говорив Айнштайн. Але, як зазначає сам автор, недосконалості у постановці досліду не дозволили йому це зробити.

Американський вчений Семюел Барнет, який прославився успішним виконанням найскладніших фізичних експериментів, здійснив точні виміри величини магнітного моменту, який виник при обертанні феромагнітного стрижня (рис. 3). З урахуванням отриманих дослідних даних він вивів формулу, що дозволяє розрахувати магнітний момент феромагнетика, що обертається.

Проведена Барнетом робота була високо оцінена вченими в усіх країнах, і відкритий ефект заслужено отримав ім’я експериментатора. Ну а що вона дала для оцінки гіпотези про походження магнітного поля Землі за рахунок намагнічування її гірських порід у зв’язку з добовим обертанням нашої планети?

Розрахунок за формулою Барнета показав, що магнітний момент земної кулі в 10¹⁰ разів насправді більший, ніж це випливає з теоретичних міркувань, що відображаються формулою. Тут висновок напрошується сам собою: спроба пояснити природу земного магнетизму магнітомеханічним ефектом виявилася марною.

На основі: Почтарев, В.И., Михлин, Б.З. (1986). Тайна намагниченной Земли. Москва : Педагогика, 112.