Страницы: -
1 -
2 -
3 -
4 -
5 -
6 -
7 -
8 -
9 -
10 -
11 -
12 -
13 -
14 -
15 -
16 -
17 -
18 -
19 -
20 -
21 -
22 -
23 -
24 -
25 -
26 -
27 -
28 -
29 -
30 -
31 -
рой 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.
Точно таким же образом для новых лучей оказались справедливыми и
существующими все явления, присущие свету, например, даже такое тонкое, как
поляризация.
После этого не осталось практически никаких сомнений в том, что открытые
"волны Герца" - не что иное, как предсказанные Максвеллом электромагнитные
волны, причем совпадение было не только качественным, но и количественным -
по теории Максвелла можно было заранее рассчитывать практически все
характеристики новых волн.
Трудно сейчас представить себе бурю, вызванную открытиями Герца. Для
физиков они прежде всего означали полный триумф "уравнений Максвелла" и крах
всех других электродинамических теорий. Все неисчислимое бумажное многопудье
курсов электродинамики Неймана, Вебера, Гельмгольца и множества других
авторов нашло себе вечную гавань в пыльных архивах науки, уступив место
нескольким строкам максвеллювых уравнений.
Открытия Герца привлекли к себе внимание самых широких слоев общества -
ведь суть вновь открытых "волн Герца", "лучей Герца" была довольно легко
доступна для понимания. Многие сразу же предложили создать новую систему
связи - без столбов, проводов и кабелей. Один из таких энтузиастов написал
Герцу. Ответ был пессимистическим:
"Электрические колебания в трансформаторах и телефонах слишком медленные
(...). Если бы вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с
материк, то вы могли бы поставить намечаемые опыты, но практически сделать
ничего нельзя: с обычными зеркалами вы не обнаружите ни малейшего действия.
По крайней мере, я так думаю".
Более того, от пассивного неприятия идеи о полезности своих волн он скоро
перешел к активному - например, он написал в дрезденскую палату коммерции
письмо о том, что исследования радиоволн нужно запретить как бесполезные.
Годы напряжения, хотя и творческого, колоссальные перегрузки, особенно во
время открытия электромагнитных волн, не прошли для Герца безнаказанно.
Сначала отказали глаза - явное следствие долгого всматривания в искровой
промежуток в темной комнате в поисках неуловимых, почти нематериальных искр.
Его жене пришлось взять на себя дополнительный труд - читать и писать для
Генриха.
Затем заболели зубы. Затем уши и нос. Затем - общее заражение крови, от
которого на пороге нового 1893 года умер знаменитый Герц, умер в возрасте
всего лишь 37 лет. Предчувствуя мрачную развязку, он за несколько недель до
смерти писал матери:
"Если со мной действительно что-то случится, вы не должны огорчаться, но
должны мною гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным
людям, которые жили хотя и не долго, но вместе с тем жили достаточно. Эту
судьбу я не желал и не выбирал, но я доволен ею, и если бы мне предоставили
выбор, я может быть, сам избрал бы ее".
Так ушел из жизни этот великий человек, награжденный при жизни великими
почестями (едва ли существуют в науке такие почести, награды, премии и
медали, которые не были ему вручены).
А после смерти, когда он не мог узнать уже о блестящей судьбе своего
изобретения, благодарные потомки воздвигли ему еще один памятник: именем
Герца названа единица частоты колебаний - одно колебание в секунду.
Кажется символичным, что мы каждый раз неявно чествуем великого Герца,
когда слушаем по радио (Герц!), или телевизору (Герц!) сообщения об
очередных космических успехах: "С космическим кораблем установлена надежная
двусторонняя радиосвязь. Сообщения с борта корабля передаются на частоте
20,008 мегагерц".
Мегагерц - это миллион герц.
А герц - это Генрих Герц.
Герц завершил труд, начатый Фарадеем. Если Максвелл перевел представления
Фарадея ,в образы высокой математики, то Герц превратил эти образы в
осязаемые, видимые, слышимые колебания - в реально существующие
электромагнитные волны, описываемые все теми же уравнениями Максвелла.
Впрочем, здесь нужно сделать одно серьезное уточнение. Мы уже записали
немного ранее уравнения Максвелла и даже сделали попытку их объяснить. Но
это было сделано в известном смысле незаконно. Уравнения, которые мы видели,
записаны не Максвеллом, а Герцем. И Оливером Хевисайдом. Но не Максвеллом.
Дело в том, что "Трактат по электричеству и магнетизму" Максвелла - очень
сложная книга. В ней более тысячи страниц, из которых лишь десяток (!)
непосредственно относится к его системе уравнений. Однако сами уравнения
разбросаны по всей книге и их довольно много - двенадцать!
Изучение Герцем и Хевисайдом уравнений Максвелла показало, что некоторые
из максвелловых уравнений могут быть выведены друг из друга, некоторые -
вообще лишни и не отражают фундаментальных законов природы.
Кроме того, изложение и обозначения Максвелла оставляют большой простор
для пожеланий их улучшения. Как пишут исследователи, "сумбурность изложения
...приходится признать типичной чертой его литературного творчества". И еще:
"Трактат Максвелла загроможден следами его блестящих линий нападения, его
укрепленных лагерей, его битв".
Во всех уравнениях Максвелла необходимо было разобраться, выделить из них
лишь основные и привести их к единственному, "исходному" виду. Мы уже писали
о том, как Герц, сидя в провинциальном Киле, получил как частный случай
своей электродинамической теории уравнения Максвелла. Затем через несколько
лет он продолжил работу.
Так вот, именно усилиями Герца уравнения Максвелла получили настоящий,
"исходный" вид. Правда, они все равно не были похожи на уравнения, которые
мы рассматривали. Герц, как "истинный немец" (эту черту его мы тоже
отмечали) обозначает все величины буквами старонемецкого готического
алфавита. Он получает всего четыре уравнения, очень близкие по существу, по
содержанию и форме к тем уравнениям, которыми мы пользуемся до сих пор.
Одновременно с Герцем ту же работу по "расчистке" "Трактата" Максвелла
проводил английский ученый Оливер Хевисайд.
Трудно указать точно его научную профессию: некий шутник заметил, что
"Хевисайд одно время бывал математиком, другое время - физиком, но во все
времена - телеграфистом". Действительно, Хевисайд, казалось, все время думал
об усовершенствовании телеграфа - именно его работы позволили неограниченно
увеличивать дальность телеграфной и телефонной связи и принесли владельцам
компаний миллиардные дивиденды. Сам же Хевисайд умер в нищете.
Редакторы часто "заворачивали" статьи Хевисайда, ссылаясь на то, что они
"трудно читаются".
" - Трудно читаются? Но пишутся еще труднее, господа!".
Именно "телеграфные интересы" привели Хевисайда к теории Максвелла.
Переработав в своей гениальной голове (он был гений, это было ясно его
современникам. К сожалению, особых выводов отсюда сделано ими не было. Он
был гений. Это доказывается хотя бы тем, что знаменитая формула была
выведена им за 15(!) лет до Эйнштейна, которому эта величайшая заслуга
приписывается в известной степени несправедливо) весь Максвеллов "Трактат",
он тоже, как и Герц, пришел к более ограниченной системе четырех уравнений.
Единственную добавку, которую он сделал к системе, составляли два простых,
поясняющих уравнения, связующих две электрические и две магнитные величины
порознь.
Таким образом, Герц и Хевисайд превратили неорганизованные формулы
Максвелла в стройную систему, изучаемую, используемую и непоколебимую до сих
пор. Надо сказать, что и Герц и Хевисайд несколько преувеличивали свой вклад
по отношению к уравнениям Максвелла, утверждая, что вся система уравнений
(Герц) или отдельные уравнения (Хевисайд) принадлежат уже им, а не
Максвеллу. Это, конечно, неправильно.
"Я мог бы сказать, - говорил знаменитый немецкий физик Больцман, - что
последователи Максвелла ничего не изменили в этих уравнениях, кроме букв. Но
это было бы слишком. Однако удивляться надо не тому, что к этим уравнениям
вообще что-то могло быть добавлено, но гораздо более тому, как мало к ним
добавлено".
Мы ничего не сказали о личности Хевисайда, а это - один из
своеобразнейших людей в истории науки.
Он был чудаком, типичным героем Диккенса. Никогда не участвовал в научных
заседаниях; когда его избрали в общество инженеров - телеграфистов (большая
честь), он не стал платить взносы; его выбрали членом Лондонского
Королевского общества (даже у Фарадея, как вы помните, эта операция
проходила негладко), он не поехал на заседание. Он не платил денег за газ,
семидесятилетним стариком сидел он без отопления и освещения. И не по
скупости - ведь он не раз отказывался от больших денег. Он был отшельником.
Он был убежденным холостяком.
Его метод работы был своеобразен. Считая, что математика служанка
техники, он предложил множество очень полезных формул, математически их не
обосновав. За это его не любили и не печатали ценившие приглаженность
издатели, и он в течение двадцати лет не опубликовал ни одной строки. А
идеи, предлагавшиеся им, были блестящи.
Оливер Хевисайд.
Хевисайд разработал без строгого математического доказательства
общеупотребительные теперь операторный и символический методы. После
открытий Герца он заинтересовался проблемой распространения электромагнитных
волн и установил, что в верхних слоях атмосферы должен быть ионизированный
слой, отражающий радиоволны (сейчас назван "слоем Хевисайда"). Именно этот
слой позволяет нам слышать передачи на коротких волнах за тысячи километров,
а не в пределах прямой видимости, как телевизионные передачи.
Восемнадцати лет, в 1868 году, он поехал в Данию работать телеграфистом.
Между Англией и Данией был проложен в то время подводный телеграфный кабель.
Молодой Хевисайд с удивлением убедился, что из Англии в Данию можно было
передавать сигналы со скоростью, в два раза большей, чем в обратном
направлении. Это его заинтересовало, и он долго искал разгадку. Лишь через
много лет уравнения Максвелла помогли ему сделать это. Оказалось, что в
Англии и Дании кабели имели разное сечение. Предложенная на основании
решения "линия без искажения" обогатила не одного предпринимателя, а великий
Хевисайд продолжал жить в бедности и одиночестве в захолустном английском
городке.
Многие сравнивают Хевисайда с Эйнштейном. И действительно, между этими
двумя людьми много общего: оба они были учеными-одиночками; оба любили
музыку (Хевисайд играл на эоловой арфе), оба не оставили учеников, оба не
стремились к особой строгости доказательств, оба открыли великую, оба были
исключительно просты и отличались полным отсутствием тщеславия.
Наконец, оба. в конце жизни стремились создать теорию, которая обобщила
бы электромагнитные и гравитационные силы.
Мы знаем, что теория Максвелла - теория электромагнитного поля. И
Эйнштейн и Хевисайд хотели обобщить уравнения на случай гравитационного поля
- поля тяжести.
Как мы знаем, Эйнштейну это не удалось. По отношению к Хевисайду ничего
определенного утверждать нельзя - после смерти в 1925 году рукописи
Хевисайда были похищены...
Он умер семидесяти пяти лет. Семидесяти пяти лет он заболел, и его
отвезли на автомобиле в больницу. Это была его первая встреча с автомобилем
и врачом... И последняя.
тетрадь четвертая
Время изобретать
Все в этом мире двигается - вагон ли трамвая, пароходы, паровозы, - все
это двигается в конечном счете вовсе не электрической силой, не углем, а
нашим разумом. Несомненно, не будь этого, не было бы электричества.
М. Горький
Мысль, сбросившая оковы незнаний, руки, обретшие свободу действий,
создают то, что потом будет названо "веком электричества". Все изобретается
заново, все заново понимается - даже те уравнения, скрытой силой которых
произведены были эти перемены.
Ученый, открытый в библиотеке
Все началось с того, что в конце прошлого века один из профессоров
Военно-медицинской академии, а именно приват-доцент Н. Г. Егоров, стал
читать лекции по физике также и в Петербургском университете. Среди его
студентов был и А. Л. Гершун, впоследствии профессор, очень увлекавшийся
лекциями Егорова.
С наступлением летних каникул все разъехались кто куда. А Гершун решил
провести лето, работая в публичной библиотеке города Вильно и изучая
литературу по физике.
Он просмотрел уже не одну сотню книг, когда наткнулся на небольшой томик
под названием "Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил
профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче баттереи,
состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков, находящейся при
Санкт-Петербургской медико-хирургической академии", отпечатанный "в
Санкт-Петербурге, в типографии Государственной медицинской коллегии 1803
года".
Времени у Гершуна было немного, хотел он было отставить фолиант малый в
сторону, да подумал, что автор книги - некий Петров, видимо, предшественник
их нынешнего профессора Егорова, поскольку Петров, так же, как и Егоров,
работал в Медико-хирургической а ныне Военно-медицинской академии, как видно
из названия.
Только это случайное обстоятельство и заставило Гершуна внимательно
прочитать книгу. И чем дальше вчитывался студент, тем сильнее увлекался -
перед ним раскрывался мир ученого, абсолютно неизвестного. И мир этот
содержал сенсационность - неведомый Петров открыл электрическую дугу, сделал
ряд других крупных открытий в электротехнике и вообще был первым в мире
человеком, посмотревшим на электричество с позиций технических - с точки
зрения пользы, которую электричество могло бы принести людям. Неизвестный
ученый был первым электротехником.
Вызывало восхищение уже название книги. "Известие о гальвани-вольтовских
опытах..." в противовес широко распространенному термину "гальванический" -
ведь не всем, далеко не всем было видно тогда тождество "гальванического" и
"вольтаического" электричеств. Нужно было обладать большой научной
смелостью, чтобы всего через три года после открытий Вольта уверенно
отождествить электричество Вольта и электричество Гальвани и отдать должную
честь Вольта.
А дальше шли совсем удивительные вещи. "Если, - писал неизвестный Петров,
- на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут
положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных
явлений посредством гальвани-вольтовской жидкости, и если потом
металлическими изолированными направителями (directors), сообщенными с
обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на
расстояние от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий
белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее
загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может".
Гершун внимательно посмотрел на обложку книги. Год издания 1803, опыты
проведены в 1802 году. Нет никакого сомнения, что "весьма яркий белого цвета
свет", появляющийся между углями, - это электрическая дуга, причем открытая
на несколько лет раньше Дэви, которому приписана великая честь открытия. И
что очень важно, этот неведомый профессор прямо указывает, что с помощью
открытого им света "темный покой довольно ярко освещен быть может" - то есть
прямо и впервые выдвигается идея электрического освещения.
По возвращении к занятиям Гершун рассказал о поразившей его находке Н. Г.
Егорову и своим товарищам. Немедленно были организованы поиски других трудов
загадочного профессора Петрова. Большое число интереснейших работ Петрова
обнаружилось в сборнике "Умозрительные исследования Санкт-Петербургской
академии наук" и в многочисленных других трудах, в том числе в книге "О
фосфорах прозябаемого царства и об истинной причине свечения гнилых дерев",
где, в частности, высказываются интересные взгляды на природу
люминесценции1.
О находке студента была напечатана заметка в "Электричестве". Труды
Петрова стали внимательно изучаться, и тут выяснилось, что многие его идеи и
исследования представляют не только исторический интерес.
Так благодаря случайному открытию Гершуна мировой науке стал известен
первооткрыватель вольтовой дуги и первый в мире электротехник Василий
Владимирович Петров. Теперь ни в одном солидном учебнике электротехники
нельзя пройти мимо открытий Петрова, который уже практически во всем мире
признается первооткрывателем вольтовой дуги и электрического освещения. К
сожалению, забвение Петрова в течение многих десятилетий было настолько
глубоким, что не сохранилось ни портрета ученого, ни сколько-нибудь
достоверных и подробных сведений о его жизни. Все, из чего можно извлечь
сведения о нем, - его труды и протоколы, бесчисленные академические
протоколы...
Так вот, протоколы. В них - вся жизнь Петрова, по крайней мере та,
которая относилась к науке, и даже отголоски жизни личной.
Первые протоколы свидетельствуют, что в 1795 году тридцатичетырехлетний
Петров становится профессором в Санкт-Петербургской военно-медицинской
(Медико-хирургической) академии, для чего ему пришлось прочесть специальную
"пробную" лекцию, которая произвела, по-видимому, хорошее впечатление.
Профессор Петров стал усиленно добиваться устройства в академии физического
кабинета. "Рапорты", "представления", "донесения" Петрова начальству
пожухлыми листами свидетельствуют о неописуемо трудной борьбе. Окружающие
Петрова люди были бесконечно далек