Виктор Пекелис – Истории о «ненужных» открытиях (страница 14)

Этот вывод ничуть не удивил Максвелла, настолько он был убежден в безошибочности предположений Фарадея и в правильности своих математических построений.

Теория Максвелла, система максвелловых уравнений дала миру то, что сейчас называют электромагнитной теорией света. Но тогда – в XIX веке – теория Максвелла не только не была признана, она, противоречившая всем тогдашним взглядам, отрицалась большинством физиков.

Ведь для обоснования математического выражения законов электромагнитного поля ученый выдвинул гипотезу о существовании токов смещения – токов, на которые пе указывала практика, токов, которые не наблюдал ни один экспериментатор.

Но к «отрицателям» Герц не принадлежал. Герца все больше и больше влекли к себе «парадоксальные» взгляды Максвелла.

О новой теории сдержанный Герц говорил восторженно: «Изучая эту чудесную теорию, нельзя не почувствовать, что ее математическим формулам присущи самостоятельная жизнь и собственное сознание, что они умнее даже их создателя, что они дают нам больше, чем в них было заложено вначале». Так что же это «больше»?

Уравнения показывали на незримые, неощутимые волны, те, для которых Максвелл и вычислил скорость, близкую, а может быть, и равную скорости света.

Именно в это и не верилось. Но уравнения? Точные уравнения? Надо в них разобраться…

И Герц решил экспериментом доказать существование таинственных электромагнитных волн, проверить опытным путем теорию Максвелла.

Считал ли Герц себя достаточно подготовленным для такого тонкого и трудного дела? В этом нет сомнения. Работа гармонически соответствовала индивидуальности ученого. Ибо, как говорил Гельмгольц о своем ученике, Герц «был ум, в равной мере способный как к величайшей остроте и ясности логического мышления, так й к изумительной внимательности при наблюдении неприметных явлений. Непосвященный наблюдатель проходит мимо них, не обращая внимания, но тому, кто обладает более острым взором, они указывают путь, по которому он может проникнуть в новые, неизведанные глубины природы. Генрих Герц был, казалось, предназначен к тому, чтобы раскрыть перед человечеством многие новые, до сих пор скрытые тайны природы»…

Для Герца отправным пунктом в рассуждениях стала гипотеза Максвелла о существовании токов смещения; немецкий ученый четко наметил путь для решения проблемы – нужно обнаружить магнитное поле тока смещения и получить электромагнитные волны.

Но как это сделать? Как сделать, чтобы эти гипотетические, неуловимые, невидимые волны проявили себя, показали себя?

Скорее всего, приходит к выводу физик, надо получить такие быстрые электромагнитные колебания, чтобы они порождали соответствующие электромагнитные волны, которые можно было бы наблюдать в лаборатории. И надо найти способ обнаружения волн.

Поскольку программа действий не вызывала у Герца сомнений, он приступил к исследованиям быстрых электрических колебаний, столь необходимых ему для постановки задуманного эксперимента.

Он перепробовал много разных способов, много разных приемов, пока научился получать быстрые электрические колебания.

Обычно для получения электрических колебаний в экспериментах пользовались замкнутым колебательным контуром.

Герц заменил замкнутый колебательный контур на открытый. Оп создал вибратор – простой металлический стержень длиной в несколько десятков сантиметров с шариками на его концах. Вибратор прекрасно справлялся со своей обязанностью и давал колебательные разряды.

Но их нужно было еще и обнаружить, нужно было, чтобы какой-то пока неизвестный прибор отвечал на разряды – резонансно настраивался на работу вибратора. Так Герц приходит к мысли о создании вторичного колебательного контура – резонатора. Устройство и этого прибора предельно просто: проволочный прямоугольник с небольшим искровым промежутком, изменяя который можно настраиваться на частоту колебаний вибратора.

Нам, людям второй половины технически искушенного XX века, игрушкой не очень умелого мастера покажется экспериментальная установка, па которой проводил Герц свои уникальные опыты.

Герц не задумывался над тем, как назвать ее главные части. Это впоследствии англичане нашли им названия – вибратор и резонатор Герца.

Вибратор и резонатор трудно даже назвать приборами. Это изогнутые куски проволоки с надетыми с двух сторон шариками из металла.

Как можно доверить таким простым приборам помощь в исследовании явления, которое никто никогда не исследовал? Нам, знающим теперь, что такое радиоволны, трудно представить, как можно решиться, рискнуть, отважиться проводить па изогнутых кусках проволоки опыт, в котором электрический ток должен за секунду менять направление более ста миллионов раз, а искры – существовать лишь миллионные доли секунды?

Но ученый н не думал «решаться», «рисковать», «отваживаться» – он просто «ставил опыты», он экспериментально проверял теорию Максвелла. Проверял настолько успешно, что 5 ноября 1887 года в дневнике Герца появилась короткая запись:

«Закончил работу об индукционном действии изоляторов и отослал Гельмгольцу».

«Я не мог пе послать Вам, – писал Герц своему учителю, – этой работы, так как в пей излагается предмет, к рассмотрению которого Вы меня побудили несколько лет назад. Я постоянно имел в виду эту задачу и наконец нашел путь к ее разрешению, который должен был дать ясный результат. Вероятно, я не ошибусь, считая, что настоящие опыты поставлены убедительно. Я думаю, что примененные здесь электрические колебания могут быть весьма полезными для электродинамики незамкнутых токов. Я уже успел сделать несколько дальнейших шагов».

9 ноября взволнованный Герц держал в руках открытку с несколькими словами: «Манускрипт получен. Браво! В четверг пошло в печать. Гельмгольц».

Несколько дальнейших шагов», которые Герцу так хотелось сделать, объяснялись насущной необходимостью: он, как никто другой, прекрасно понимал, что результаты, им полученные, хотя и значительны, но недостаточны для доказательства справедливости теории Максвелла.

Да, он, Герц, установил у себя в лаборатории источник высокого напряжения – индукционную катушку, которая давала искры. Соединив ее с излучателем-вибратором, он добился того, что вибратор рассеивал во все стороны электромагнитные волны. И он, Герц, заставил

резонатор ловить волны, выброшенные вибратором. Но оп же. Герц, знал другое: установление резона ценой связи между двумя удаленными друг от друга колебательными контурами можно объяснить и обычной индукционной связью этих контуров.

Значит, необходимо углублять и развивать свой план поступления на загадочные электромагнитные волны, необходимо не только ощутить их проявление в щелчках искр резонатора, по п изучить их природу и характер. Опять эксперименты, эксперименты, эксперименты…

Победным завершением титанической по замыслу н ювелирной по исполнению работы, имеющей значение подлинно исторического события в науке, были «пойманные» Герцем электромагнитные волны.

Это событие произошло в лаборатории размером в 15 X 6x8,5 м. На одной стене комнаты был укреплен цинковый экран – он отражал волны. Для вибратора Герц выбрал место в 13 метрах от экрана, на 2,5-метровоп высоте. На такой же высоте установил и настроенный резонатор, по он не имел строго определенного места, перемещался между вибратором и экраном.

Придирчивый к себе экспериментатор, меняя расстояния от экрана до резонатора, наблюдал интенсивность искры в нем. Интенсивность была разная, и ученый установил наличие ее максимумов и минимумов.

Наблюдал он интерференцию волн, идущих от вибратора, и волн, отраженных от экрана. Явление интерференции – сложение в пространстве двух или нескольких волн – характерно для всех видов волн, независимо от их природы: и для волн на поверхности жидкости, и звуковых, и световых, и, как теперь оказывалось, электромагнитных. Ученый измерил длину волны, она была близкой 9,6 м.

Новые опыты даже взыскательного ученого убеждали настолько, что он признавался: «Эти опыты, в которых волнообразное распространение индукции в воздухе делается почти осязаемым… могут служить обоснованием теории электродинамических явлений, разработанной Максвеллом, базирующейся на представлениях Фарадея».

В результате многих экспериментов Герц получил волны порядка 60 см. С этими невиданно «маленькими» по тем временам волнами ученый произвел свои знаменитые опыты.

Обговаривая каждое свое действие, взвешивая каждое движение своей мысли, описывает он бессмертные эксперименты в бессмертной книге «О лучах электрической силы».

«…Я старался, по возможности, сократить число тех представлений, которые произвольно вводятся нами в явления, и допустил лишь такие элементы, которые нельзя ни удалить, ни изменить, не изменив тем самым возможных опытов. Правда, что это стремление придало теории весьма отвлеченный и бесцветный характер. Наше воображение мало удовлетворяется, слыша о «направленных изменениях состояния» там, где привыкли иметь перед глазами чувственный образ атомов, заряженных электричеством. Мы мало удовлетворяемся, видя, что уравнения, которые мы привыкли доказывать длинными математическими выводами, даются как простые выводы из опыта. Я полагаю, однако, что без самообмана нельзя взять из опыта много более того, что высказано в моих теоретических работах. (Обратите внимание: опять и опять осторожность, стремление подчеркнуть строгость опытов. – В. П.) Если кто-либо желает придать теории больше колорита, то ничто не препятствует впоследствии содействовать воображению с помощью конкретных чувственных представлений о сущности электрической поляризации тока и т. п. Но достоинство науки требует, однако, чтобы иы умели точно различать пестрый наряд, которым мы окутываем теорию и который по покрою и цвету вполне находится в нашей власти, от простой и безыскусственной формы, даваемой нам природой и не зависящей от нашего произвола».