Солнечное вещество и другие повести, а также Жизнь и судьба Матвея Бронштейна и Лидии Чуковской (сборник) Бронштейн Матвей

Кто и когда?

Кто и когда изобрел радио?

Одни на этот вопрос отвечают: изобрел его Александр Степанович Попов, и было это сорок лет назад[36]. Другие говорят: радио изобрел итальянец Гульельмо Маркони.

И в самом деле, сорок лет назад и Попов, и Маркони одновременно построили первые в мире радиостанции и начали посылать первые в мире радиотелеграммы.

Но история радио началась значительно раньше, чем была послана первая радиотелеграмма. Ученые, которые своими открытиями и опытами начали историю радио, не посылали и не принимали никаких радиотелеграмм. Они и не стремились к тому, чтобы передавать на расстояние какие-либо сигналы, или музыку, или звуки человеческой речи. Как удивились бы эти первые изобретатели радиотелеграфа, если бы им сказал кто-нибудь, что они изобретают радиотелеграф!

Передача звуков, сигналов, изображений их нисколько не занимала. Их интересовало другое.

Видели ли вы когда-нибудь электрические искры, которые вылетают из наэлектризованных предметов? Блестящие электрические искорки, вспыхивающие на одно мгновение и сейчас же угасающие снова? Вот с этих-то искорок и началась история радио.

Много десятилетий физики наблюдали электрическую искру, делали с ней опыты, изучали ее свойства. Наконец они захотели узнать: какой срок проходит от рождения искры до ее смерти? Сколько времени живет электрическая искра?

Вопрос был трудный. Обыкновенно на него отвечали так: она вспыхивает и сейчас же угасает, она живет всего только одно мгновение. Но что такое мгновение? Сотая доля секунды, или тысячная доля, или миллионная? Как узнать это, как измерить?

Течение времени ощущает всякий человек. Все мы отличаем минуту от двух минут, секунду от двух секунд и даже десятую часть секунды от целой секунды. Но все, что меньше одной десятой, одной пятнадцатой доли секунды, – все это для нас уже неразличимо, все это – и сотая, и тысячная, и миллионная доля секунды – кажется нам совершенно одинаковым. Органы чувств у нас не такие уж быстрые, точные, изощренные. Во всяком промежутке времени, который меньше одной пятнадцатой части секунды, мы не улавливаем никакой длительности. Поэтому-то в нашем ощущении сотая доля секунды сливается с тысячной, тысячная с миллионной. Миг – и все тут.

Ну а часы? Ведь они для того и сделаны, чтобы измерять время. Не могут ли часы измерить длительность одного мгновения?

Обычные часы

Зайдем на фабрику, изготовляющую точные приборы. Мы увидим там и стенные часы, и башенные, и карманные. Мы найдем там и хронометры, которые берут с собой моряки, отправляясь в далекое плавание, и сверхточные часы для астрономических наблюдений, и электрические хронографы, и секундомеры. Но часов, измеряющих миллионные доли секунды, на фабрике мы не найдем.

И все же такие часы существуют. Семьдесят пять лет тому назад их изобрел и построил немецкий физик Вильгельм Феддерсен. Он изобрел их специально для того, чтобы измерить, сколько времени живет электрическая искра.

Он и не подозревал, что, создавая эти часы, он начинает историю радио.

Часы Феддерсена

Часы, построенные Феддерсеном, дожили и до нашего времени. Они хранятся в музее в немецком городе Мюнхене.

На обыкновенные наши часы они ничуть не похожи. Ни часовой, ни минутной, ни даже секундной стрелки у них нет. О каких стрелках может идти речь, когда нужно мерить миллионные доли секунды? Где найти стрелку, которая успевала бы сделать в секунду миллион заметных глазу шажков? А шажки эти должны быть заметны – ведь к этому и сводилась задача Феддерсена.

И вот Феддерсен после долгих раздумий сообразил, какая стрелка нужна его часам. Он смастерил ее не из бронзы, не из стали, а из материала, которого до него не употреблял ни один часовщик.

Он построил ее из лучей света.

Схема часов Феддерсена

Возьмем маленькое карманное зеркальце и вынесем его на улицу, на солнечный свет. Лучи солнца отразятся от зеркальца, отскочат от него блестящим ярким зайчиком.

Начнем поворачивать зеркальце. Как быстро забегает зайчик, как затанцует он и запрыгает, отражаясь от зеркальца, которое дрожит у меня в руке! Только что он был совсем близко, но вот зеркальце чуть-чуть повернулось – и зайчик уже перебежал на другую сторону улицы и прыгает по стенам, по карнизам, по балконам домов.

Быстро движется зайчик – в сто, в тысячу раз быстрее секундной стрелки часов. А нельзя ли как-нибудь заставить его кружиться не в сто, а в миллион раз быстрее?

Можно. Стоит только сильнее завертеть зеркальце. Лучше вертеть не руками, а машиной – ведь машина проворнее человеческих рук и к тому же точнее: какую скорость закажешь ей, с такой она и будет работать.

В машине, устроенной Феддерсеном, тяжелая многопудовая гиря, опускаясь, тянула за собой канат. Канат поворачивал вал, на который было насажено зубчатое колесо. Это колесо, вращаясь, цеплялось зубцами за другое зубчатое колесо, другое – за третье, а третье – за нарезку большого стального винта. Постепенно переходя от колеса к колесу, движение все усиливалось, все убыстрялось: первое колесо поворачивалось не очень быстро – делало всего только несколько оборотов в секунду, второе вращалось быстрее, третье еще быстрее. А быстроходнее всех был стальной винт: каждую секунду он успевал совершить целых сто оборотов вокруг своей оси.

Для того чтобы весь этот прибор, набирая скорость, не дрожал и не трясся, Феддерсен решил укрепить его на прочной подставке. В капитальную стену комнаты он вделал две чугунные балки, а к ним привинтил массивную чугунную коробку, открытую спереди и с боков. Вращающийся винт своего прибора он пропустил сквозь дно и крышку коробки.

Оставалось теперь приделать к винту зеркало, от которого отскакивали бы зайчики. Феддерсен купил два вогнутых стекла для очков – обыкновенных очков, какие носят близорукие люди. Эти стекла Феддерсен посеребрил – каждое с одной только стороны. Получились два блестящих вогнутых зеркальца. Феддерсен укрепил их на своем винте так, чтобы одно смотрело в одну сторону, другое – в другую. Когда гиря падала и винт приходил в движение, оба зеркальца, прикрепленные к винту, равномерно и быстро кружились вместе с ним.

Очки

Механизм новоизобретенных часов был готов. Но это еще не все. Ведь для часов нужен не только часовой механизм, заставляющий вращаться стрелку, нужен еще и циферблат, чтобы измерять пройденный стрелкой путь.

Если стрелка сделана из света, из чего же должен быть сделан циферблат?

Долго думал Феддерсен, долго искал он подходящий для этого дела материал. Наконец нашел: фотопластинка, чувствительная к свету фотопластинка, будет циферблатом необыкновенных часов. На этом циферблате электрическая искра сама, своими собственными лучами, отметит начало и конец своей короткой жизни. Лучи искры упадут на вращающееся зеркало, стремительный зайчик скользнет по фотографической пластинке и оставит на ней свой след. Чем дольше будет гореть искра, тем длиннее окажется след зайчика. А по длине следа, зная скорость зайчика, уже нетрудно будет сосчитать, сколько времени бежал он по пластинке – сколько времени горела электрическая искра.

Фотопластинка со следами, которые проявились от электрических искр

Лейденская банка

Прибор Феддерсена был закончен. Стальной винт был установлен в чугунной раме, вращающееся зеркало работало исправно, фотографическая пластинка лежала наготове. Наготове была и лейденская банка – источник электрических искр.

Банка эта состоит из трех стаканчиков, вставленных друг в друга: наружный – металлический, средний – стеклянный, а внутренний – опять металлический.

Феддерсен зарядил банку: наружный металлический стаканчик положительным электричеством, а внутренний металлический – отрицательным[37]. Затем проводами он соединил банку с двумя металлическими шариками, поставленными друг против друга. Эти шарики называются разрядником. Внутренний стаканчик банки Феддерсен соединил с одним шариком разрядника, наружный – с другим. Теперь оставалось только нажать на кнопку, замыкающую и размыкающую электрическую цепь, чтобы заряд электричества устремился из банки по проводам. Положительный заряд побежит навстречу отрицательному, и между шариками разрядника вспыхнет блестящая тонкая искра.

Часы Феддерсена

Л – лейденская банка; Г – гиря; ЗК – зубчатые колеса; З – зеркала; П – фотографическая пластинка; P – разрядник; К – кнопка. Под зеркалами укреплено на оси винта маховое колесо, а под ним – два длинных и тонких латунных крылышка. Когда винт вращается, крылышки задевают за проволочки, расположенные слева и справа от винта. В это мгновение замыкается цепь, соединяющая внутренний стаканчик лейденской банки с наружным, вспыхивает искра – и лучи света, отражаясь от зеркала, падают на фотографическую пластинку. (Этот чертеж взят из немецкого журнала, в котором была напечатана статья Феддерсена.)

История искорки

Феддерсен приступил к опытам со своими необыкновенными часами. Он отпустил гирю, приводившую в движение зубчатые колеса и винт. Сейчас же винт и зеркальце начали поворачиваться так быстро, что у Феддерсена замелькало в глазах. С тонким свистом вращалось насаженное на винт маховое колесо. Прислушиваясь к этому свисту, Феддерсен убедился в том, что прибор его действует исправно: звук был все время одной и той же высоты – значит, ось вращается равномерно, не замедляя и не убыстряя своего движения.

Тогда Феддерсен погасил свет и приоткрыл кассету, в которой была приготовлена фотографическая пластинка, а затем нажал кнопку, замыкавшую электрическую цепь. И сейчас же в темноте между шариками разрядника проскочила искра: это электрический заряд устремился из одного металлического стаканчика лейденской банки в другой. Во мгновение ока пробежал он по проводам и яркой электрической искрой пробил себе дорогу от одного шарика к другому.

Искра горела всего только миг, но в течение этого неуловимого мига быстрый отблеск от зеркальца успел упасть на фотографическую пластинку. Он пробежал по пластинке со скоростью артиллерийского снаряда и вычертил на ней свой путь.

Тут же на месте, не отходя от прибора, Феддерсен проявил пластинку и отпечатал фотографический снимок. На снимке была явственно видна узкая полоска – след, оставленный зайчиком.

Феддерсен измерил длину полоски – полтора сантиметра. Скорость зайчика была ему известна – шестьдесят тысяч сантиметров в секунду. Сколько же времени бежал зайчик по пластинке? Длину полоски – 1,5 – нужно разделить на скорость движения зайчика – 60 000. Получается

Итак, значит, двадцать пять миллионных долей секунды – вот сколько времени бежал зайчик по пластинке, и столько же времени жила электрическая искра.

Часы Феддерсена с честью выполнили возложенное на них дело. Продолжительность искры была измерена. Задача, которую поставил себе Феддерсен, была решена.

Но, вглядевшись в свой снимок повнимательнее, Феддерсен убедился, что часы его совершили еще одно открытие. Они не только измерили длину жизни искры, но еще и узнали, чем наполнена эта короткая жизнь, составили подробную биографию искры.

След, вычерченный зайчиком на снимке, оказался не сплошным, а прерывистым. Он состоял из нескольких светлых пятен, отделенных друг от друга темными промежутками.

Значит, электрическая искра, проскочившая между шариками разрядника, вовсе не горела равномерным отблеском. В течение всей своей жизни, продолжавшейся всего только двадцать пять миллионных долей секунды, она вспыхивала и угасала несколько раз. Короткие вспышки шли одна за другой так быстро, что человеческий глаз не мог уследить за ними – несколько вспышек казались глазу одной. И только чудесные часы Феддерсена сумели расчленить мгновение, разложить искру на несколько отдельных вспышек.

Прерывистый след искры

Феддерсен сосчитал число вспышек на своем снимке. Их оказалось восемь, и каждая последующая была чуть-чуть слабее предыдущей. Восемь вспышек за двадцать пять миллионных долей секунды! Значит, искра состояла из отдельных искр, загоравшихся и угасавших через каждые три миллионные доли секунды!

Так по записи, сделанной зайчиком, Феддерсен прочитал историю электрической искры – историю, которая от начала до конца продолжалась всего только одно мгновение.

Опыты продолжаются

Не один раз повторил Феддерсен свой опыт. Он брал то одну лейденскую банку, то целую батарею из десяти, пятнадцати и даже двадцати лейденских банок. То сдвигал шарики почти вплотную, то раздвигал их на целый сантиметр или на полтора. Менял он и самые шарики – брал то железные, то медные, то свинцовые, то золотые. В одних опытах оба шарика были из одного и того же металла, в других – из разных. Провода, которые шли от лейденских банок к шарикам разрядника, Феддерсен брал то короткие и толстые, то длинные и тонкие. И каждый раз он фотографировал отблеск искры во вращающемся зеркальце.

По фотографическим снимкам он измерял, сколько времени длится искра, узнавал, как она вспыхивает, горит и гаснет.

Искры получились разной яркости, разной длины, разной продолжительности, но каждая состояла не из одной только вспышки, а из многих. Вспышки следовали одна за другой через несколько миллионных долей секунды и становились все слабее и слабее, пока искра не угасала.

Почему же электрический заряд прокладывает себе путь между шариками разрядника не одним скачком, а несколькими судорожными скачками?

Размышляя об этом, Феддерсен вспомнил одну статью о разряде лейденской банки, которую он когда-то читал. Статья эта была написана в 1853 году английским ученым Уильямом Томсоном[38]. Томсон не делал никаких опытов с лейденской банкой, да он и вообще не занимался опытами. Зато он был очень искусным математиком. Он знал физические законы, которые управляют электрическим током, и умел выводить математические следствия из этих законов. И вот Томсон попробовал с помощью вычислений установить – что же, собственно, происходит с электрическим зарядом, когда разряжают лейденскую банку.

Вычисления Томсона показали: электрический заряд, добежав по проводам от стаканчика лейденской банки до разрядника, совершает прыжок с шарика на шарик и устремляется по проводу снова в банку, но уже в другой стаканчик. Таким образом оба заряда, положительный и отрицательный, меняются местами[39].

Отрицательный заряд, который был сперва, скажем, во внутреннем стаканчике банки, с разбега перелетит в наружный, а положительный – из наружного во внутренний. Таким образом, банка не разрядится, а только зарядится по-новому, и электрический ток снова помчится к разряднику, но уже в обратном направлении. То взад, то вперед станет бегать электрический заряд, перескакивая с одного шарика на другой – снова со второго на первый и снова с первого на второй.

«Так вот оно в чем дело!» – подумал Феддерсен. Вот почему прибор отметил на снимке не одну искру, а целых восемь. Значит, восемь раз проскакивал электрический ток с шарика на шарик то в одну сторону, то в другую. И каждый раз в разряднике появлялась блестящая вспышка. Кончилась вспышка, и сейчас же появилась другая – это снова прорвался электрический ток, но уже в обратном направлении. Вспышка за вспышкой сверкала в узком пространстве между шариками, пока продолжалась жизнь искры, и с каждой вспышкой менялось направление тока. Пробежал ток в одну сторону – вспышка, пробежал назад – новая вспышка.

Вращающееся зеркало Феддерсена подтвердило догадку Томсона: электрическая искра – это маленький отрезок переменного электрического тока. Через ничтожные промежутки времени, через каждые несколько миллионных долей секунды ток изменяет свое направление.

Так вращающееся зеркало помогло Феддерсену изучить природу электрической искры.

Что происходит в пространстве

Когда в 1862 году немецкий физический журнал Annalen der Physik напечатал описание опытов Феддерсена, многие ученые заинтересовались этими опытами. По приложенным к статье чертежам они построили точно такие же приборы, какими пользовался Феддерсен, повторили и проверили его работу. Физики всего мира с восхищением отзывались о необыкновенной удаче ученого, которому посчастливилось сфотографировать мгновение.

Но, восхищаясь изобретательностью Феддерсена, его современники проглядели самое главное. Никто не понял, какие необыкновенные возможности таятся в его открытии, никто не предвидел, к каким новым открытиям может оно повести.

Ученые, которые повторяли и проверяли опыты Феддерсена, были так поглощены изучением электрической искры, что больше ни о чем не думали. Все их внимание было приковано к тому месту, где загорается и гаснет электрическая искра, – к нескольким миллиметрам пространства, отделяющим один шарик разрядника от другого.

Им и в голову не приходило, что еще более замечательные явления совершаются в тот же самый момент поблизости – не там, где с треском и блеском проскакивает яркая искра, а в пространстве, окружающем искру, где ничего не трещит, ничего не сверкает и как будто не происходит ничего.

Искру изучали, с искрой делали опыты, искру измеряли, искру фотографировали. А о том, что делается вокруг, по соседству с искрой, не задумывался никто.

И только через четверть века после опытов Феддерсена, в 1886 году, немецкий ученый Генрих Герц, читая описание этих опытов, сообразил, что пространство, окружающее искру, – вовсе не простое, обыкновенное пространство: оно, так заключил Генрих Герц, отличается особенными, необычными свойствами.

Каким же образом пришел Герц к этому выводу? Как он об этом догадался?

Генрих Герц

Всякий электрический ток создает в пространстве вокруг себя магнитное поле. Это было известно физикам и до Герца. Возьмите провод, по которому идет ток, поместите его под колокол хорошего воздушного насоса. Затем начните откачивать насосом воздух. Воздух будет уходить из-под колокола, и постепенно вокруг провода образуется пустота. Пустота? Действительно ли под колоколом пусто? На этот вопрос вам ответит магнитная стрелка. Поместите ее под колокол. Чуть только побежит по проводу электрический ток, магнитная стрелка задвигается, повернется и станет к току под прямым углом. Значит, вовсе не пусто вокруг электрического тока, даже если и выкачан из-под колокола воздух: воздух ушел, но что-то осталось. Осталась какая-то таинственная сила, поворачивающая магнитную стрелку. Все пространство вокруг электрического тока наполнено невидимыми магнитными силами.

Эти-то магнитные силы физики и называют магнитным полем.

Вокруг электрической искры тоже должно существовать магнитное поле. Ведь электрическая искра – это отрезок электрического тока, это быстрое движение электрического заряда, перепрыгивающего с одного металлического шарика на другой. Но ток этот не постоянного направления, а переменного: направление тока изменяется с каждой новой вспышкой. Значит, заключил Генрих Герц, магнитное поле вокруг искры должно оказаться не таким, как вокруг обыкновенного тока. Магнитные силы вокруг искры должны колебаться, должны менять свое направление с каждой вспышкой, через каждые две-три миллионные доли секунды.

Прибор Феддерсена показал в свое время, что происходит с электрической искрой. Нельзя ли построить и такой прибор, который дал бы возможность узнать, что происходит в пространстве вокруг искры, помог бы обнаружить и изучить магнитное поле, которое дрожит и колеблется в этом пространстве?

Обычно направление магнитных сил отмечает магнитная стрелка. Но для магнитных сил, окружающих искру, она не подходит: слишком уж быстро меняется направление этих сил, а стрелка неповоротлива и неуклюжа. Не угнаться ей за колебанием магнитного поля, не поспеть ей в течение миллионной доли секунды повернуться и в одну сторону, и в другую.

Генрих Герц принялся сооружать прибор для изучения колеблющегося магнитного поля.

От стола до табуретки

Прежде всего Герц задумался над вопросом: нельзя ли добывать электрическую искру каким-нибудь новым способом?

Феддерсен добывал искру, разряжая заряженную лейденскую банку. Но у этого способа есть большой недостаток. Слишком уж недолго живет искра, производимая лейденской банкой. Вспыхнет она на мгновение и снова погаснет – и вот уже разрядилась лейденская банка, и нельзя больше получить от нее ни одной даже самой маленькой искорки, пока не зарядят ее снова. Как же успеть за тот короткий промежуток, когда живет еще электрическая искра, обнаружить вокруг нее колебания магнитного поля?

Герц решил взять для своих опытов не лейденскую банку, а другой прибор, создающий искры: такой, в котором искры сыпались бы сплошным потоком – не успеет погаснуть одна, как уже вспыхивает другая.

Эти приборы к тому времени были уже давно изобретены. Их можно было найти в любой физической лаборатории. Имелись они и в лаборатории Герца – в физическом кабинете политехнического института в городе Карлсруэ. Самый простой из этих приборов, самый удобный – это индукционная катушка Румкорфа. Она развивает высокое электрическое напряжение – тысячи, десятки тысяч вольт. Стоит только соединить ее с шариками разрядника, и электрические искры, яркие длинные искры, начнут скакать между шариками – одна за другой, без перерыва, хоть полчаса, хоть час, пока работает катушка Румкорфа, пока питают ее электрическим током.

Герц взял два больших пустых шара, сделанных из цинка. Шары эти он поставил на деревянные подставки – один на одном конце стола, другой на другом. Стол был длинный: от одного шара до другого было три метра. Как раз посередине стола, между цинковыми шарами, Герц поставил еще одну деревянную подставку, а на ней укрепил два маленьких латунных шарика на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Затем он соединил эти латунные шарики проволокой с цинковыми шарами – один шарик с одним цинковым шаром, другой с другим. Теперь оставалось только зарядить цинковые шары электричеством высокого напряжения – один шар положительным, другой отрицательным. Оба электрических заряда устремятся навстречу друг другу, побегут по проводам и блестящей искрой перепрыгнут с одного латунного шарика на другой.

Герц соединил цинковые шары с полюсами катушки Румкорфа и включил на несколько минут высокое напряжение. Между латунными шариками тотчас же заструилась электрическая искра. Она горела яркой трещащей ленточкой, горела и не гасла – все время, пока работала катушка Румкорфа.

Именно такие бегущие непрерывным потоком, негаснущие искры нужны были Герцу, чтобы приступить к изучению магнитного поля, которое невидимо колеблется вокруг них.

Герц взял длинную медную проволоку и согнул ее так, чтобы получился почти полный круг, круг с небольшим перерывом: один конец проволоки оказался на расстоянии двух миллиметров от другого. Этот медный круг он положил на табуретку рядом с тем самым столом, где стояли цинковые шары. Затем он включил высокое напряжение.

Катушка Румкорфа, разрядник и разомкнутый проволочный круг

Блестящая искра вспыхнула между латунными шариками. Но Герц на нее не смотрел. Не спуская глаз, он смотрел на медный проволочный круг, лежавший на табуретке. Он увидел: в перерыве между концами изогнутой проволоки тоже сверкают искры, крохотные искорки, прыгающие одна за другой через двухмиллиметровый промежуток.

Медный круг не соединен с катушкой Румкорфа. К нему не подается электрическое напряжение. Он лежит на самой простой, самой обыкновенной деревянной табуретке. Почему же и в нем вспыхивают искры?

Герц выключил катушку Румкорфа, подававшую высокое электрическое напряжение к цинковым шарам. Блестящая искра в разряднике погасла. И вслед за нею сейчас же погасли мелкие искорки в промежутке между концами разомкнутого проволочного круга.

Снова включил Герц катушку Румкорфа. В разряднике снова вспыхнула искра. И в то же самое мгновение показались и таинственные искорки в проволочном круге.

Сомнений быть не могло: медный проволочный круг мелкими искорками отвечает на искру, появляющуюся в разряднике. Вспыхнула искра в разряднике на столе – загораются искорки и в перерыве проволочного круга на табуретке, погасла искра на столе – гаснут искорки и на табуретке.

Почему же загораются искорки в перерыве между концами проволочной дуги? И почему они гаснут?

Герц знал почему: ведь вокруг искры в разряднике колеблется магнитное поле. Электромагнитные колебания, невидимые электромагнитные волны, струятся во все стороны от разрядника. Они растекаются по комнате, они бегут по всем направлениям – к полу, к стенам, к потолку. Люди не видят их, не слышат, не чувствуют. Но разомкнутый проволочный круг их заметил сейчас же. Электромагнитные волны, упавшие на проволоку, возбудили в ней электрический ток. И через перерыв в проволоке немедленно посыпались искры.

Герц немного отодвинул табуретку от стола и снова пропустил сквозь разрядник искру. И что же? Проволочный круг снова ответил на нее искорками, но на этот раз искорки были гораздо слабее и тоньше, чем прежде. Очевидно, электромагнитные волны, растекаясь во все стороны от искры в разряднике, становятся чем дальше от искры, тем слабее.

Герц отодвинул табуретку еще на шаг. Искорки стали еще бледнее и тоньше, но все-таки они появлялись.

И только когда Герц отодвинул табуретку в другой угол комнаты, на расстояние двух с половиной метров от разрядника, искорки перестали появляться.

Герц понял, что ему удалось сделать важное открытие. С помощью своего медного проволочного круга он сумел обнаружить и уловить электромагнитные волны, разбегающиеся во все стороны от разрядника. Он обнаружил эти волны не только вблизи искры, но и поодаль – на расстоянии метра, полутора метров и даже двух.

Думал ли Герц о том, что люди когда-нибудь научатся посылать электромагнитные волны не за метр и не за полтора, а за сотни и тысячи верст – не от стола к табуретке, а с материка на материк, через моря и океаны?

Знал ли он, что его разрядник – это первая в мире радиостанция и что его проволочный круг – это первый в мире радиоприемник?

Знал ли он, что, основываясь на его открытии, люди сконструируют радиотелеграф?

Лучи электрической силы

Не дни, не месяцы, а целые годы продолжались опыты Герца.

Медленно и упорно изучал он электромагнитные волны, повторяя каждый опыт по нескольку раз, внося все новые и новые усовершенствования в свои приборы. Ежедневно он приходил в лабораторию рано утром, а уходил поздно вечером. Не зная отдыха, ставил он опыт за опытом, исписывал длинные листы бумаги сложными выкладками и математическими формулами, рисовал чертежи и схемы, мастерил новые приборы и аппараты.

Много труда положил он на то, чтобы усовершенствовать вибратор – так называл он металлические шары, вокруг которых колеблются электромагнитные волны.

Он добивался того, чтобы искры в вибраторе стали более мощными и энергичными и чтобы направление электрического тока менялось с возможно большей частотой.

После двух лет опытов и вычислений ему удалось наконец построить надежный вибратор.

Он взял два латунных цилиндра длиною в девять сантиметров и к каждому из них приделал на конце по латунному шару. Один цилиндр он поставил шаром вверх, а другой повесил над ним шаром вниз. От шара до шара оставался узкий перерыв в три миллиметра.

Стоило теперь соединить цилиндры с индукционной катушкой, один с одним полюсом, другой с другим, – и от шара к шару, через трехмиллиметровый промежуток, начинали сыпаться электрические искры.

В свое время опыты Феддерсена показали: направление электрического тока, скачущего искрой от шара к шару, не остается все время одинаковым. Оно беспрерывно меняется, оно колеблется с невообразимой быстротой.

Но в разряднике Феддерсена направление электрического тока менялось каждые две-три миллионные доли секунды, а в усовершенствованном вибраторе Герца – так гласили точные математические вычисления – оно менялось в тысячи раз быстрее. Даже проворное зеркало необыкновенных часов не могло угнаться за такими частыми колебаниями тока, не могло разложить видимую глазу искру на отдельные вспышки. От вспышки до вспышки проходила теперь не миллионная, а миллиардная доля секунды.

Усовершенствованный вибратор Герца был готов. Оставалось усовершенствовать и резонатор – так Герц называл свой улавливатель электромагнитных волн, свой проволочный круг с перерывом для искры.

В первых опытах Герца резонатор откликался на электромагнитные волны только в близком соседстве от искры. Герц хотел усилить чуткость резонатора, заставить его отзываться на искру, скачущую между шарами, даже тогда, когда он стоит далеко от шаров.

Прежде всего он уменьшил размеры резонатора. Новый проволочный круг был теперь всего только семи сантиметров в диаметре – он свободно умещался на ладони. Сделан он был из тонкой медной проволоки. Перед тем как пустить проволоку в дело, Герц насадил на один ее конец крохотный отполированный латунный шарик, а другой конец заострил. Потом согнул проволоку в круг. На этот раз он оставил между ее концами лишь крохотный перерыв – каких-нибудь несколько сотых долей миллиметра. Простым глазом такую щелочку и не заметишь, а потому Герц запасся увеличительным стеклом.

Резонатор Герца

Когда все было готово, он включил индукционную катушку, соединенную с вибратором. В трехмиллиметровом промежутке между гладко отполированными латунными шарами загорелись трещащие искры. Невидимые электромагнитные колебания наполнили пространство.

Глядя сквозь увеличительное стекло на перерыв в резонаторе, Герц заметил крохотные ответные искорки. Этими бледными тонкими искорками резонатор подтверждал, что его коснулись электромагнитные колебания – невидимые электромагнитные волны, «лучи электрической силы», которые посылал в пространство вибратор.

Множество опытов проделал Герц с лучами электрической силы. Счастливый случай помог ему совершить важное открытие. В лаборатории, в которой он работал, была большая железная печка. Однажды во время опытов Герц случайно поставил свой резонатор неподалеку от нее. И что же? Оказалось: чем ближе к печке, тем увереннее и отчетливее отзывается резонатор на электромагнитные волны. Значит, близость железной печки чем-то помогает резонатору, чем-то облегчает его работу. Чем же? Герц сразу угадал чем: видно, печка отражает лучи электрической силы, и на резонатор теперь падают не только те электромагнитные волны, которые пришли прямой дорогой от вибратора, но также и те, которые отразились от железной печки.

Волны действуют теперь соединенными силами, и потому искра в резонаторе стала вспыхивать ярче.

Оценив ту услугу, которую оказала электромагнитным волнам металлическая печка, Герц задумался над тем, нельзя ли сделать помощь металла еще более действенной.

Тут ему сразу припомнился прожектор. Прожектор – это обыкновенное зеркало, но только не плоское, а параболическое, кривое. Когда в фокусе этого зеркала зажигается лампочка, зеркало собирает все лучи, расходящиеся от лампочки, в один пучок и посылает их в одну и ту же сторону. Собранные вместе, лучи сияют гораздо ярче, чем порознь.

Прожектор

Нельзя ли устроить такой же прожектор, такой же собиратель лучей, но только не для световых лучей, испускаемых лампочкой, а для лучей электрической силы? Нельзя ли этим прожектором собрать в один пучок и направить в одну сторону электрические лучи, которые вибратор разбрасывает по всем направлениям?

Герц немедленно принялся за работу. Он раздобыл большой цинковый лист, высотою и шириною в два метра. Этот лист он согнул так, чтобы получилась точно рассчитанная кривая поверхность, которую математики называют параболическим цилиндром.

Это и было вогнутое зеркало, но уже не для лучей света, а для лучей электрической силы. В фокусе этого зеркала Герц расположил свой вибратор. Затем он включил индукционную катушку.

Снова посыпались искры, и вибратор стал испускать электромагнитные волны. Но теперь они уже не растекались куда попало. Цинковый лист собирал их и посылал в одну сторону концентрированным и сильным пучком.

Действие прожектора сказалось сразу. На два, на три метра отодвинул Герц свой резонатор – искры загораются. На четыре, на пять – все еще загораются. И только на расстоянии шести метров искорки исчезли.

Тогда Герц изготовил второй цинковый прожектор такой же величины и такой же формы, как первый. Выйдя из первого прожектора параллельным пучком, лучи падали на второй. Все лучи концентрировались в одной точке – в фокусе второго прожектора: в этой точке Герц и установил свой резонатор.

Зеркало для лучей электрической силы

Цинковые прожекторы Герца

Дальность приема сразу увеличилась. С пяти метров она дошла до шестнадцати!

Электромагнитным волнам в комнате уже становилось тесно.

Конец опытов Герца

Генрих Герц продолжал изучать электромагнитные волны.

Он уже знал, какое расстояние способны пройти электрические лучи, испускаемые его вибратором. Но этого было ему мало. Ему хотелось знать, какие препятствия смогут они преодолеть на своем пути, через какие вещества они пройдут свободно, а какие окажутся для них непроницаемой преградой.

На пути электрических лучей, выходящих из цинкового прожектора, Герц ставил то одно вещество, то другое, то третье. Он испытывал и металлы, и дерево, и уголь, и кирпичи, и воду. Из его опытов выяснилась важная закономерность: всякое вещество, пропускающее электрический ток, не пропускает лучей электрической силы, и наоборот, всякое вещество, не пропускающее электрического тока, прозрачно для электрических лучей.

Металлы легко пропускают электрический ток, а для лучей электрической силы они абсолютно непроницаемы. Дерево, стекло, асфальт, кирпичи не пропускают электрического тока, но зато свободно пропускают лучи электрической силы.

С напряженным вниманием физики всего мира следили за работой Генриха Герца. Они читали и перечитывали каждую статью, подписанную его именем: они жадно ловили каждое известие из его лаборатории.

Наиболее дальновидные ученые уже понимали, к каким важным для человечества открытиям ведут опыты Герца.

В 1892 году английский физик Уильям Крукс в одной из своих статей написал:

«Лучи света не проходят сквозь стены. Они не проходят и сквозь туман – жителям Лондона это отлично известно. Но электрические лучи Герца легко пройдут и сквозь туман, и сквозь стены – и туман, и стены для них проницаемы. Нельзя ли с помощью лучей Герца устроить телеграф без проводов и без телеграфных столбов? Ведь физики умеют посылать в пространство электромагнитные волны, они умеют и улавливать их. Значит, можно было бы попробовать посылать с помощью электромагнитных волн телеграммы – настоящие телеграммы, передаваемые по азбуке Морзе. Это не пустая фантазия. Как раз над этим сейчас работают ученые в разных странах Европы. И, вероятно, в ближайшие годы им удастся изобрести настоящий беспроволочный телеграф».

Слова Крукса оказались пророческими: уже через несколько лет настоящий беспроволочный телеграф, посылающий на огромное расстояние настоящие телеграммы, был сконструирован. Люди научились обходиться без кабелей, без телеграфных столбов, проводов. Сигналы, известия, телеграммы теперь уже переносил с материка на материк не электрический ток, бегущий по проводу, а электромагнитная волна, не нуждающаяся ни в каких проводах.

Но Генриху Герцу, который открыл электромагнитные волны, не суждено было дожить до этого дня. Ему не дано было увидеть, как электромагнитные волны стали самой надежной связью между каждым судном, ушедшим в море, и берегом; между экспедицией, затерявшейся в горах, и городом, из которого она вышла; между отдаленнейшими уголками Земли.

В 1894 году Генрих Герц неожиданно умер.

Он умер, не закончив своей великой работы. За него ее закончили другие.

Александр Степанович Попов

В городе Кронштадте, в морской крепости Балтийского флота, есть школа. Называется она Электроминной школой имени Александра Степановича Попова. Это электротехническое учебное заведение. В нем обучают краснофлотцев, которые готовятся стать инженерами-электротехниками нашего Балтийского флота, специалистами по минному делу.

Кронштадтская электроминная школа существует уже очень давно. Существовала она и сорок – пятьдесят лет назад, в те годы, когда ученые делали первые попытки создать радиотелеграф. Разумеется, тогда она не носила еще имени Попова.

Называлась она иначе – Кронштадтский минный класс. До революции обучались в Минном классе офицеры императорского российского Балтийского флота.

Александр Степанович Попов

Александр Степанович Попов был профессором физики и электротехники в Кронштадтском минном классе.

Как и все ученые того времени, Попов интересовался опытами Герца. Когда в газетах появилось известие, что Генрих Герц умер, Попов решился сам взяться за изучение электромагнитных волн, усовершенствовать опыты Герца, закончить не законченную им работу. Начиная с 1894 года всякую свободную минуту, остававшуюся от тяжелой преподавательской службы, он отдавал исследованию электромагнитных волн.

В скромной физической лаборатории Минного класса он мастерил незатейливые самодельные приборы и с помощью этих приборов воспроизводил опыты Герца и опыты других ученых, которые вслед за Герцем начали изучать новооткрытую область.

Весной 1895 года Попов прочитал в английском научном журнале Electrician одну статью, содержание которой его чрезвычайно заинтересовало.

Автор статьи, английский физик Оливер Лодж, сообщал читателям журнала о важном открытии, которое он сделал, изучая свойства металлических порошков.

Он обнаружил, что электромагнитные волны, падая на порошок, состоящий из металлических зерен, оказывают на него удивительное действие: как только электромагнитные волны прикоснутся к порошку, зернышки мгновенно слипаются друг с другом.

Увидеть, как слипаются зернышки, нельзя: слишком уж мелки промежутки между ними. О том, что зернышки слиплись, исследователю дает знать стрелка гальванометра – прибора, обнаруживающего электрический ток. Пока порошок рассыпан на зерна, электрический ток сквозь него не проходит: пройти ему мешает воздух, отделяющий одну частицу металла от другой (ведь воздух не пропускает электрического тока). Но чуть только под воздействием электромагнитных волн зернышки металла склеятся друг с другом, стрелка гальванометра дернется: электрический ток свободно, без задержки, по сплошной металлической дорожке пробежит сквозь порошок.

Металлические порошки сами по себе мало занимали Попова. Вопрос о том, через какие вещества легко проходит электрический ток, а какие оказывают току сопротивление, никогда особенно не интересовал его. Но выводы, которые сделал Лодж из своих опытов, сразу заставили Попова насторожиться.

Выводы были такие: ток, пропускаемый сквозь металлические порошки, дает физикам новое средство обнаружить электромагнитные волны. Если зернышки порошка слиплись, значит, возле них уже побывали электромагнитные волны; если же ток не проходит по металлическому порошку, значит, зернышки еще не слиплись и, следовательно, не было поблизости от них электромагнитных волн.

Попов понял: к открытиям покойного Герца Лодж сделал существенное дополнение. Ведь опыты Лоджа подсказывают новый способ улавливать электромагнитные волны. Не окажется ли металлический порошок более чувствительным приемником электромагнитных волн, чем резонатор Герца?

Попов немедленно приступил к опытам. Он взял маленькую стеклянную трубку и насыпал в нее железные опилки. С обоих концов трубки он воткнул по проволочке. Эти проволочки он соединил с полюсами батареи, вырабатывающей электрический ток.

Чтобы заметить появление электрического тока, Лодж смотрел на стрелку гальванометра. Попов решил заменить молчащий гальванометр громким звонком: в цепь батареи, подающей ток в трубочку с железными опилками, он включил электрический звоночек.

Попов приступил к испытанию своего нового прибора. Он включил катушку Румкорфа и привел в действие вибратор. Электромагнитные волны, испускаемые искрой, немедленно произвели ожидаемый эффект: опилки слиплись, по ним пробежал ток, электрический звоночек зазвонил.

Схема прибора Попова

T – трубочка с железными опилками; К – колокол звонка; М – молоточек; А – аккумулятор, подающий ток в трубочку с опилками; Э₁ и Э₂ – электромагниты; П – железная пластинка. Ток, возникающий в трубочке с опилками, попадает в электромагнит Э₁. Электромагнит сейчас же начинает действовать – притягивает к себе пластинку П. Под пластинкой расположен острый металлический штифтик. Притянувшись к электромагниту, пластинка касается штифтика и тем самым замыкает другую электрическую цепь – цепь, соединяющую аккумулятор А с обмоткой электромагнита Э₂. Электромагнит Э₂ приводит в действие молоточек звонка.

Невидимые и неслышные электромагнитные волны возвещали о своем присутствии громким звоном.

Но скоро этот громкий звон перестал радовать Попова. Попов выключил вибратор, электромагнитные волны прекратились, а звонок звонит. Снова включил – звонит по-прежнему. Еще раз выключил – громкий звон продолжается как ни в чем не бывало. Что же это за прибор, который сигнализирует зря? Кому нужен такой пустозвон? Начал он звонить вовремя – в тот момент, когда к нему прикоснулись электромагнитные волны, – а потом и пошел звонить, не разбирая, есть ли волны, нет ли их.

Как же заставить звоночек прекращать звон, чуть только прекращаются электромагнитные волны?

Из статьи Лоджа Попов знал: все дело в опилках. Опилки слиплись, когда на них упали электромагнитные волны, и так и остались слипшимися. Электрический ток бежит по ним без перерыва, потому-то и звонит без перерыва электрический звоночек.

Из этой же статьи Лоджа Попов знал: чтобы помешать прохождению тока – стоит только разрушить металлический мостик, разъединить, рассыпать опилки.

Лодж попросту в нужный момент встряхивал порошок руками. Но Попов с этим не мог примириться. Не нанимать же специального человека, чтобы он безотлучно стоял возле прибора, улавливающего электромагнитные волны, и встряхивал трубочку с опилками! Попов полагал, что, раз прибор научился сам звонить в звоночек, можно заставить его и трубочку встряхивать самому. Попов перенес звонок поближе к трубочке и поставил его так, чтобы молоточек, нагибаясь, ударял по колоколу, а выпрямляясь – по трубочке.

Стукнет молоточек в колокол, а потом в трубочку, потом снова в колокол, потом снова в трубочку. А чтобы он не разбил трубочку, Попов надел на нее толстое резиновое кольцо.

Теперь уже не нужно встряхивать трубочку руками, чтобы слипшиеся опилки рассыпались. Молоточек звонка, стуча по трубочке, сам встряхивает, сам разъединяет опилки. Пока электромагнитные волны продолжают падать, молоточек эту работу делает зря: электромагнитные волны каждое мгновение снова склеивают то, что молоточек разъединил. Но чуть только прекратятся волны, работа молоточка сразу достигнет цели: стукнув в последний раз по трубочке, он рассыплет опилки, и их некому будет склеивать. Таким образом, недостаток прибора устранен: звоночек начинает звонить, чуть только возникают электромагнитные волны, а едва они прекращаются – он умолкает.

Теперь оставалось выяснить самый главный вопрос: чувствительнее ли новый приемник, чем резонатор Герца? Много ли придали ему силы опилки и звонок? Обнаружит ли он электромагнитные волны на большем расстоянии, чем резонатор Герца?

На этот вопрос могли ответить только опыты.

Телеграмма с неба

И Попов приступил к опытам.

Сперва он поставил свой приемник в той самой комнате, где работал вибратор. Звонок зазвонил. Потом он перенес приемник в соседнюю комнату. Обнаружит ли теперь приемник электромагнитные волны?

Обнаружил! Как только зажглась искра в вибраторе, сейчас же в ответ зазвонил и звонок приемного аппарата.

Но Попов на этом не успокоился. Ведь передавать сигналы из комнаты в комнату, на расстояние нескольких метров, умел и Герц. Нельзя ли с новым приемником принимать сигналы подальше?

Попов вынес приемник на улицу и установил его в восьмидесяти метрах от лаборатории. Резонатор Герца не справлялся с таким расстоянием. Справятся ли с ним железные опилки? Выдержат ли они этот экзамен?