Приключение великих уравнений
Шрифт:
К "национальному чувству" Герца впоследствии при-мешается еще одно - через несколько лет окажется, что волны, открытые Герцем, "волны Герца" - это "всего лишь" волны, уже давно предсказанные Максвеллом. Одним словом, подозревать Герца в горячих симпатиях к Максвеллу и его теории нет оснований.
И тем не менее судьбы науки распорядились так, что имена Максвелла и Герца всегда будут стоять рядом. Именно благодаря открытию Герцем электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, теория Максвелла утвердилась, и в течение уже около ста лет остается основной физической теорией, поколебать которую не смогла даже теория относительности.
Летом 1886 года двадцатидевятилетний Герц женился. Это событие повлияло на него чрезвычайно плодотворно - глубокая тоска и безысходность, нежелание работать, примерно полгода владевшие Герцем, исчезают без остатка, наоборот, в его творчестве возникает невиданный подъем. Именно на восходящую ветвь творческой волны приходится день 4 октября 1886 года, когда он заносит в дневник первое описание из серии опытов с измерением индукции при разряде старинного исследовательского аппарата - лейденской банки. Долгие поиски темы, которая могла бы его захватить, кажется, окончены.
Записи в дневнике:
25 октября: "Получил искровой микрометр и начал работать с ним".
26 октября: "Сделал опыты с искрами в коротких металлических цепях".
(7 ноября, жена Герца - в письме его родителям: "Он установил приборы, произвел измерения и в течение четверти часа закончил прекраснейшие опыты. Прекрасные вещи сыплются у него, как из рога изобилия").
12 ноября: "Установил интересное действие индукции".
13 ноября: "Посчастливилось установить индукционное действие друг на друга двух незамкнутых цепей с током. Длина цепей 3 м, расстояние между ними 1,5 м".
5 декабря - в письме Гельмгольцу: "Мне удалось совершенно определенно установить индукционное действие одной незамкнутой прямолинейной цепи на другую незамкнутую прямолинейную цепь".
Сам Герц объясняет такой большой успех счастьем, везением - это верно лишь отчасти. Впоследствии выяснилось, что эксперименты, о которых идет сейчас речь и которые привели к открытию электромагнитных волн, сходные с экспериментами Герца, проводились чуть ли не за десять лет до него. Однако ни один исследователь не обладал уникальным экспериментальным талантом Герца, его глубокими знаниями в области математики и электродинамики. Он один оказался достаточно настойчивым, чтобы в конце концов доказать, что наблюдаемые им явления (к его сожалению) - следствие существования предсказанных Максвеллом электромагнитных волн.
Установка, созданная Герцем, настолько проста, что порой закрадывается сомнение: а можно ли с помощью этих кусков проволоки и шариков открыть волны, давшие потом жизнь таким сложным вещам, как радио и телевидение?
Установка работала так: сначала между двумя шариками создавалась искра. Искра была, по сути дела, кратковременным электрическим током, да еще прерывающимся сотни миллионов раз в секунду.
Недалеко от искры Герц разместил почти замкнутый контур из проволоки. Единственным промежутком в этой цепи был искровой промежуток между небольшими шариками.
Герцу удалось заметить, что даже при полутораметровом расстоянии между искрой и контуром во втором искровом промежутке проскакивали маленькие искорки. Это происходило всякий раз, когда искра возникала в первой цепи. (Как легко пишется! Как трудно делалось! Эти "искорки" были так слабы - нужно было напрягать глаза, наблюдая их в темной комнате, а продолжительность каждой всего миллионные доли секунды. А сколько нужно было пробовать, настраивать! Да и неизвестно было, получится ли что-нибудь? Мы увидим впоследствии, какой дорогой ценой заплатил Герц за свою самоотверженную работу). Получалось, что искра во второй цепи возникала без всякого электрического контакта с первой цепью.
Приборы Герца, изготовленные им самим.
Факт оставался фактом - с помощью какого-то механизма электрический импульс был без проводов передан из одной цепи в другую, да еще на расстояние полтора метра. Осталось разобраться, что же это был за механизм.
Герц, так же как и Гельмгольц, считал, что причина явления "электрическая индукция"; по Максвеллу, такое воздействие могло передаться лишь с помощью электромагнитной волны, схожей по своей природе со светом. Историческая заслуга Герца - в доказательстве, вопреки своему желанию, второй точки зрения.
В планах Герца было доказать совсем обратное. Через несколько лет он напишет в письме Гельмгольцу:
"Мои работы возникли не столько непосредственно из изучения максвелловых трудов, как я слышу со всех сторон, сколько в гораздо большей мере из изучения работ Вашего превосходительства".
Однако эксперимент упрямо наводил Герца на мысль о правильности точки зрения Максвелла. Собственно, вся теория подтверждалась или рушилась в зависимости от того, как будут вести себя вновь открытые волны Герца. Если они будут вести себя как свет, то Максвелл прав, если нет... И Герц осуществляет строгую проверку. Почти сразу же ему удалось обнаружить "тень". Металлический лист не пропускал новых волн, зато двери комнаты были для него прозрачны, как для света - стекло. Новые лучи распространяются прямолинейно: "Тщетно искал явление огибания".
С некоторым ужасом наблюдал Герц, как его прибор реагирует на колебания, рождавшиеся за дверью. "Не без удивления, - писал Герц, - я наблюдал искры в закрытой комнате".
Если бы прав был Гельмгольц, ничего подобного не должно было быть. Таким образом, волны Герца в этом отношении вполне были подобны световым.
А чему равна скорость новых волн? По Максвеллу, она должна быть равна скорости света. Герц провел большое число остроумных измерений, и в большинстве случаев получил для новых волн значение, очень близкое к скорости света.
Новый вопрос: будут ли новые волны преломляться как световые, например, в призме? Герц изготовляет гигантскую призму, весом чуть не в две тонны (!) из... асфальта. И новые лучи послушно отклонились в призме от своего прямолинейного направления. Отклонились почти точно на столько, на сколько должно было бы произойти по теории Максвелла.
Точно так же собрал Герц данные об отражении новых волн; выяснилось, что они прекрасно отражались, например, цинковыми экранами. Герцу удалось даже сделать параболические зеркала для новых воли.