Хотя древние греки знали, что статическую электроэнергию можно получить, натерев янтарь шелком, наше современное понимание электричества появилось в конце XVII – начале XVIII века. В то время несколько исследователей, в числе которых Генри Кавендиш[7] и Бенджамин Франклин[8], занимались изучением статического электричества. Эти естествоиспытатели сконцентрировали свое внимание на изучении природы электрических зарядов и искр. В начале XIX века наука шагнула от исследования статического заряда к исследованию явления, которое в то время называли динамическим электричеством, или электропроводностью. Опираясь на работу Луиджи Гальвани[9], в 1800 году Алессандро Вольта создал первый источник постоянного тока, состоявший из кусочков двух различных видов металла, разделенных прослойкой смоченных в кислоте бумаг. Изобретение, получившее название «вольтов столб», стало первой аккумуляторной батареей. Пока химики и философы энергично спорили, каким образом в вольтовом столбе вырабатывалось электричество, другие ученые использовали его, чтобы проводить новые эксперименты{84}.
Среди этих ученых был Ханс Кристиан Эрстед[10], который в 1820-м обнаружил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Эрстед присоединил провод к вольтову столбу и затем поднес к нему магнитный компас. К изумлению Эрстеда, стрелка компаса отклонялась, только когда он присоединял или отсоединял провод от вольтова столба. Эксперименты Эрстеда повторил Андре-Мари Ампер[11], который установил, что это было движение зарядов – ток, который взаимодействовал с магнитным полем стрелки компаса и вызывал ее отклонение. Но какова же связь между током, магнетизмом и движением?
В 1831 году Майкл Фарадей ответил на этот вопрос. Используя тороидальную катушку провода и стержневой магнит, он продемонстрировал закон электромагнитной индукции. Фарадей показал, что можно индуцировать, или создать, ток в катушке, вставляя магнит в катушку и извлекая его обратно. И наоборот, если пропустить ток через катушку, магнит будет двигаться. Однако, чтобы произошло какое-либо из этих явлений – вырабатывался ток или производилось движение, – катушка и стержневой магнит должны были находиться перпендикулярно друг другу. На самом деле вызванный ток двигался под прямым углом в третьей плоскости, перпендикулярно и катушке, и магниту. В современной науке это называется правилом правой руки.
Фарадей понял значение наблюдения Эрстеда о том, что стрелка компаса двигалась только в том случае, когда ток включали или выключали; когда ток тек по проводу постоянно, никакого движения не было. Фарадей выдвинул гипотезу, что и магнит, и электрическая катушка были окружены электромагнитным полем (часто изображаемым как серия силовых линий) и что ток или движение производились, когда одно из этих полей изменялось. Когда ток в проводе Эрстеда включали или выключали, это приводило к возбуждению либо деактивации магнитного поля провода, и это изменение взаимодействовало