В поисках совершенного

В поисках совершенного

В конце восьмидесятых и начале девяностых годов не выходило в свет ни одного физического журнала, в котором не говорилось бы о работах Герца. Он исследовал колебания электромагнитных волн.

Электрический ток или искра возбуждают вокруг себя магнитные силы. Ученые знали это давно, еще из работ знаменитых английских физиков Фарадея и Максвелла.

Известно было и другое: направление электрического тока — переменное. Это значит — ток идет в одну сторону, затем на мгновение прерывается, идет в другую сторону, снова затухает, опять изменяет свое направление и т.д. Эти изменения в направлении электрического тока чередуются беспрерывно и притом с невообразимой быстротой — в миллионные доли секунды.

Если направление электрического тока постоянно изменяется, колеблется, то колеблются и волны, порожденные электрическим током или искрой.

Колебания электромагнитных волн Герц изучал с помощью двух приборов: источника электромагнитных колебаний — вибратора (вибрировать - значит колебаться) и улавливателя или приемника колебаний — резонатора.

Вибратор Герца служил для получения электрических искр. Этот незатейливый прибор состоял из двух медных стержней, на концах которых находилось по латунному шарику. Один шар — диаметром в три сантиметра, другой — в тридцать. Между шарами оставалось небольшое пространство, всего в семь миллиметров.

Как только Герц соединял вибратор с индукционной катушкой, между шариками появлялась электрическая искра. Вокруг искры сразу возникали электромагнитные волны. Невидимые колеблющиеся волны расходились, как лучи, во все стороны. Эти волны стали называть «лучами электрической силы».

Как же обнаруживал, улавливал Герц эти волны?

Он делал это с помощью другого прибора - резонатора. Приемник электромагнитных волн был основан на принципе резонанса (отсюда, и название приемника). Известно, что на звучание одного камертона, откликается (начинает звучать) другой, настроенный на тот же тон. Зазвучал первый камертон, его колебания передались воздуху, а колебания воздуха раскачали второй камертон. Нечто подобное происходит и с двумя вибраторами. В первом появилась искра, она породила электромагнитные волны. Распространяясь, колеблющиеся электромагнитные волны коснулись второго вибратора — резонатора, в нем показалась искра.

Резонатор Герца представлял собой проволочный круг большого диаметра. В одном месте круг прерывался: между концами проволоки оставалась крохотная, едва заметная на глаз, щелочка в три миллиметра. Один конец проволоки Герц заострил, на другой насадил шарик. В тот миг, когда «лучи электрической силы» касались резонатора — между острием проволочки и шариком вспыхивала искорка. Слабая бледная искра; ее можно было разглядеть только в лупу. Резонатор Герца, по выражению физика Томсона, являлся как бы «электрическим глазом», хотя еще и несовершенным.

Герц установил, что его резонатор улавливает электромагнитные волны на расстоянии двух-трех шагов от их источника - вибратора.

Ученый упорно стремился так улучшить свои приборы, чтобы получать электрические искры большей яркости и силы. Случай помог ему. Однажды Герц работал около железной печки. Она находилась как раз за резонатором. Искры в резонаторе, обычно такие бледные и слабые, вдруг начали вспыхивать гораздо сильней.

Герц задумался над причиной этого явления. Скоро он нашел объяснение: железо печки подобно экрану мешает рассеиванию электромагнитных волн; они отталкиваются от железа, устремляются обратно и, вместе с волнами от вибратора, воздействуют на приемник. Поэтому в резонаторе вспыхивают такие яркие искорки. А если так, то позади резонатора можно ставить металлический экран. Физики умеют собирать в пучках световые лучи с помощью рефлектора — вогнутого металлического зеркала. Почему бы не устроить металлический рефлектор и для «лучей электрической силы»?

Герц изготовил металлические рефлекторы — вогнутые экраны из жести, размером 2x2 метра; сначала только для резонатора, а позже и для вибратора. Теперь из вибратора сыпались яркие искры и такие же яркие искорки загорались в резонаторе. Приемник оказывался теперь куда «отзывчивей», чем в начале опытов.

Случайное открытие имело важные последствия. Стало возможным улавливать электромагнитные волны на расстоянии не двух-трех шагов, как вначале, а пяти-семи метров. Герц постепенно удалял вибратор от резонатора, он уже достиг расстояния в десять метров, а искры в приемнике попрежнему светились так же ярко.

Герц был вдумчивым ученым, тонким экспериментатором, но он не догадывался, какие важные практические результаты можно было извлечь из его открытия. Уметь посылать в пространство и принимать электромагнитные волны — не означало ли это, что идея беспроволочного телеграфа будет вскоре разрешена?

Герц был очень близок к изобретению радиотелеграфа — передачи сигналов на расстоянии. Но этого изобретения Герц не сделал.

Он не только не помышлял о нем, но даже отрицал его возможность...

Однако, более дальновидные ученые видели эту возможность. Английский физик Вильям Крукс на страницах одного журнала спрашивал: «Нельзя ли с помощью лучей Герца устроить телеграф без проводов и телеграфных столбов?»

Герц не обратил внимания и на этот, обращенный к нему, вопрос. Он продолжал изучать свойства «лучей электрической силы». Его занимало, например, какие вещества проницаемы для лучей, какие — непроницаемы. Между вибратором и резонатором Герц попеременно помещал дерево, стекло, кирпич, асфальт, воду и т.д. Итогом многих опытов был ответ: проводники электрического тока, как, например, металлы, не пропускают лучей электрической силы. И, наоборот, вещества, непроводящие ток (дерево, стекло и др.), свободно пропускают электромагнитные волны.

Ученые всех стран с нетерпением ждали каждого нового известия из лаборатории Герца. Но в 1894 году смерть Герца оборвала его замечательные исследования.

Опыты его, ставшие классическими, повторяли во всем мире.

Увлекались работами Герца и русские ученые. Профессор Петербургского университета Н.Г.Егоров точно скопировал герцовские приборы и выступил в Физическом обществе с демонстрацией знаменитых опытов. Демонстрация была не очень наглядной: искру в резонаторе можно было разглядеть в лупу и только в темноте.

Вот что об этом рассказывает профессор В.К.Лебединский: «Никто из присутствующих, несмотря на полную темноту, не видел искорки в резонаторе Герца; тогда председательствующий подошел к прибору и, всмотревшись, подтвердил, что действительно явление происходит...»

Попову были хорошо известны работы Егорова. Превосходного экспериментатора, каким был Попов, эти работы не могли удовлетворить.

Уже в 1889 году Попов принялся совершенствовать приборы Герца. Эту дату — 1889 год — нам важно отметить. Она показывает, что Попов с самого начала придал огромное значение опытам Герца. А близкое будущее доказало, что практическое значение этих опытов Попов понял сразу гораздо яснее, чем сам Герц.

Попов заменил громоздкие рефлекторы Герца небольшими, всего полметра в высоту. Уменьшил шары вибратора, и весь прибор опустил в сосуд с парафиновым маслом. И вибратор стал действовать несравненно лучше: вместо одной искры в нем появлялось сразу три и гораздо более сильных. В резонаторе, улучшенном Поповым, вспыхивала яркая искра, хорошо видимая на свету и без всякой лупы.

И все же Попов не был доволен достигнутым. Он придумывал все новые схемы, добивался новых улучшений. Он, например, построил такой резонатор: в стеклянном баллоне помещалась свободно вращающаяся легкая крестовина, с подвешенным на каждом ее конце платиновым листочком. Как только в вибраторе загорались искорки, платиновые листочки начинали быстро вращаться. Стоило выключить вибратор, и листочки резонатора останавливались.

По свидетельству Рыбкина, прибор действовал отлично, но Попов хотел еще большего.

Герца уже не было в живых, когда осенью 1894 года в одном из номеров английского журнала «Electrician» появилась статья физика О.Лоджа, под названием «Творение Герца». Автор сообщал, как ему удалось усовершенствовать герцовский резонатор, воспользовавшись, вместо обычного проволочного круга, стеклянной трубкой с металлическими опилками.

Эту трубку изобрел ученый Бранли совсем для других целей, именно для исследования сопротивления разных металлических порошков. Он насыпал в трубку порошок то одного, то другого металла и, включая трубку в цепь, наблюдал, какое сопротивление покажет стрелка гальванометра.

Однажды во время опытов Бранли заметил, что, вопреки привычным показаниям, стрелка гальванометра упрямо делала какой-то странный скачок. Бранли перепробовал несколько порошков, и у всех сопротивление вдруг изменилось. Ученый долго ломал над этим голову и, наконец, установил причину необъяснимого, на первый взгляд, поведения порошков — в соседней комнате оказалась включенной индукционная катушка. В его опыты вмешались электромагнитные волны. Коснувшись металлических опилок, «лучи электрической силы» склеивали частички металла между собой, пустоты между ними почти исчезали, и ток беспрепятственно бежал по сплошной металлической массе. А стрелка гальванометра отмечала изменение сопротивления.

Это было очень любопытное и очень ценное свойство металлических опилок: менять под влиянием электромагнитных волн величину своего сопротивления. Лодж решил воспользоваться этим свойством опилок и применить трубку Бранли в качестве резонатора. С помощью этой трубки Лоджу удалось обнаружить такие слабые волны, которые не мог уловить обычный резонатор Герца.

Но и у нового резонатора обнаружился недостаток и притом весьма существенный: трубку с опилками каждый раз надо было встряхивать. Как только электромагнитные волны склеивали частички металла, сопротивление их падало, и на новые волны стрелка гальванометра уже не откликалась. Сопротивление порошка, раз изменившись, больше не могло меняться, и Лодж каждый раз встряхивал порошок, слегка ударяя по стеклянной трубке пальцем.

Теперь, после открытия Попова, мы знаем, что Лоджу оставалось сделать только один шаг к изобретению радио. Но Лодж, как и Герц, не сделал этого шага. Они как остановились на пороге величайшего изобретения, так и не переступили этого порога.