От иммигранта к изобретателю - Михаил Пупин

Всё это было известно задолго до Герца. Первый опыт такого рода я видел школьником в Панчеве, когда мой словенский учитель Кос объяснял мне теорию молнии Бенджамина Франклина, теорию, которая противоречила мифу о пророке Илье в Идворе, за которую меня чуть не объявили еретиком. Но в электрических разрядах было еще что-то такое, что было неизвестно Бенджамину Франклину, и что впервые было угадано другим великим американским ученым, более знаменитым, чем был Франклин в свое время.

В 1842 году американский ученый Джозеф Генри провел эксперименты, подобные герцовским и сделал пророческое заключение, что разряд имел характер колебаний. Никто до него не высказывал еще этой мысли. Но эксперимент Генри позволял сделать такой вывод. Этот колебательный характер разрядов был доказан математически в 1853 году профессором Вильямом Томсоном в Глазго, и его вычисления были проверены и подтверждены многими экспериментами на протяжении более двадцати пяти лет. Таким образом электрический осциллятор, подобный тому, которым пользовался Герц, был хорошо известным аппаратом.

Что же тогда было нового в исследовании Герца? В основном, это была демонстрация того, что пространство, окружающее осциллятор (сферы с их стержнями), участвует в электрических колебаниях в соответствии с теорией Фарадея-Максвелла, — такое представление было чуждо всем предыдущим электрическим теориям. Другими словами, Герц обнаружил в старых электроколебательных экспериментах новое действие, никем не открытое, и о котором никто не думал до него. Он открыл электрические волны в пространстве вне осциллятора. Помня впечатление от лекции Гельмгольца о Фарадее, я был уверен в те дни, что никто в континентальной Европе, кроме ученика Гельмгольца, — Герца, не мог предсказать, что в тех хорошо известных электрических колебаниях было скрыто новое действие — действие, вытекавшее из теории Фарадея-Максвелла. Мне кажется, что простая аналогия поможет хорошо иллюстрировать это новое явление, которое ожидал Герц, когда принялся за поиски экспериментального доказательства современной электро-магнитной теории. Ни одна научная экспедиция, отправлявшаяся в поиски научных сокровищ, не возвращалась с более богатыми результатами.

Аналогия эта следующая:

Если мы силой наших пальцев оттянем концы камертона и снова отпустим их, то они возвратятся к нормальному положению, после того, как выполнят определенное число колебаний с постепенно уменьшающейся амплитудой. Состояние покоя достигается тогда, когда энергия сгибания, произведенная работой наших пальцев, израсходована, частично на преодоление внутреннего трения в камертоне, частично на противодействие окружающей среды — воздуха; результатом опыта являются звуковые волны, которые посылаются в пространство. Упругость и масса концов камертона определяют период колебания, то-есть высоту тона камертона.

Я должен сказать, что впоследствии я часто доставлял большое удовольствие моим друзьям, когда пытался объяснить им эксперименты Герца, пользуясь при этом тем, что я считал всем хорошо известным действием, действием камертона. Некоторые из них не соглашались со мной, говоря, что это действие так же трудно понять, как и действие осциллятора Герца. Я пытался рассеять их недоверие описанием действия тростника в сербских волынках. Будучи еще мальчиком я наблюдал его и понимал достаточно хорошо, чтобы позднее увидеть в действии камертона действие тростника в сербских волынках. Я понимал действие камертона, потому что я понимал действие тростника. Образованный американец, настаивал я, не должен встречать затруднений в понимании действия простого механизма, которое понимал необразованный сербский крестьянский мальчик.

Описанный выше электрический осциллятор Герца действует как камертон. Процесс разъединения двух зарядов, положительного и отрицательного, и оттеснения зарядов на поверхность сфер действием электрической машины аналогичен процессу отклонения пальцами концов камертона от их нормального положения. В одном случае камертон эластичным противодействием реагирует против сгибания его концов. В другом случае электрические силовые линии в пространстве, окружающем осциллятор, реагируют против действия машины, которая оттесняет их в это пространство, сжимая и растягивая. Это и есть схема действия силовых линий, которую я узнал из работ Фарадея. Но тогда я не понимал этого. В приведенной выше схеме пунктирные кривые являются фарадеевыми силовыми линиями, а стрелки на них указывают направление электрической силы. Осциллятор Герца, а также всё то, о чем мне раньше рассказал Гельмгольц, придали языку и мыслям Фарадея большую ясность. Работа, производимая машиной, вся затрачивается на сжимание и разжимание силовых линий в пространстве, окружающем сферы, то-есть на электризацию этого пространства.

Сравним теперь движение концов камертона после того, как давление пальцев было устранено, с электрическим движением, когда нарушается воздушный промежуток и действие электрического генератора приостанавливается. Концы камертона посылаются обратно к их нормальному положению силой упругости, вызванной сгибанием. Но, когда концы камертона стремятся к нормальному положению, то они движутся с некоторой скоростью. По инерции они движутся дальше за точку нормального положения до тех пор, пока энергия движущей массы не израсходуется. Тогда зубцы начинают двигаться назад в обратном направлении, начиная второй цикл движения, а затем третий, четвертый и т. д. Ясно, что эти циклы будут следовать один за другим в течение равных интервалов времени, которое дает определенную высоту тона камертону. Периодическое движение такого типа называется осцилляцией или колебанием. И ясно, что это является периодической трансформацией энергии эластического сгибания в энергию движения массы концов камертона и окружающего воздуха. Движение в конечном итоге сводится на нет, до состояния покоя, когда энергия сгибания, произведенная в начале работой пальцев, используется до конца. Очень важен вопрос о том, что сделалось с этой энергией. Ответ звучит так: энергия частично израсходована на преодоление внутреннего трения и частично на преодоление реакции окружающего воздуха, результатом чего являются звуковые волны. Звуковая волна — это краткое имя, говорящее о физическом факте, что в воздухе существуют сжимания и расширения, сменяющиеся в периодически повторяющихся интервалах. Создание звуковых волн в воздухе является доказательством того, что воздух в пространстве, окружающем камертон, участвует в движениях камертона.

Полностью аналогичный эксперимент был произведен Герцем с его электрическим осциллятором, причем его основной целью было найти, реагировало ли электрическое поле, то есть электрическое пространство, окружающее осциллятор, как реагирует воздух, приводимый в движение вибрирующим камертоном. Если реагировало, то оно должно производить электрические волны. Если электрические волны действительно существовали, то что же они должны были из себя представлять? В данном выше описании осциллятора и его действия были упомянуты только две вещи: действие электрической машины, заряжающей осциллятор, и реакция силовых линий против напряжений и давлений, посылающих их в окружающее пространство. Электрические волны поэтому представляют собой ничто иное, как периодические колебания напряжений и давлений в силовых линиях, то есть периодические вариации плотности силовых линий в окружающем осциллятор пространстве. Это и нашел Герц.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});