VIII. Берлинский университет

VIII. Берлинский университет

Каждый период в истории человечества знаменуется каким-нибудь научным открытием. Некоторые периоды были в этом отношении очень плодотворны. Первая половина девятнадцатого столетия характеризуется великим научным открытием, называемым «Принцип сохранения энергии». Американский ученый Бенджамин Томсон, известный в Европе как граф Румфорд, был в числе тех пророков науки, кто предсказал это великое открытие в динамике. Его значение для человечества неоценимо. Я уверен, что многие тогдашние люди науки были благодарны небу за счастье, что они жили в эпоху, когда человек сделал это великое открытие. Ученые нашего времени благодарны небу за то, что они жили во второй половине девятнадцатого века, когда появилась знаменитая теория электромагнетизма. Ее значение также неоценимо. Но история появления этих двух открытий девятнадцатого века различна. Первое открытие было интуитивно предвидено и, можно сказать, существовало в той или иной форме в умах многих ученых задолго до того, как оно получило окончательную формулировку[5]. Ее дал Гельмгольц, полагавший, что в ней ничего не было нового, кроме лишь некоторых его собственных взглядов на то, что было уже хорошо известно. После этой формулировки в 1847 году каждый деятель науки воспринял открытие как само собою разумеющуюся истину. Электромагнитная теория света и материи имела совершенно другую историю. Она родилась, как смутное видение, в уме одного человека, Фарадея, и прошло почти пятьдесят лет, пока она была сформулирована Максвеллом и подтверждена опытами Герца. Только тогда мир стал понимать, что человек проник в великие тайны природы. Мы знаем сегодня, что новые понятия в физике, требовавшие для их выражения нового языка, должны были создаваться в умах деятелей науки задолго до появления современной теории электромагнетизма. Первое смутное представление об этом открытии я получил на откосах горы Гоут-Фелл, а два года спустя я увидел в Берлине то, что, по-моему, должно было быть его истинным смыслом.

Когда я оглядываюсь назад, на те дни, и думаю о том, как было мало тогда физиков, которые понимали смысл открытия даже спустя двадцать лет после того как оно было сформулировано Максвеллом в 1865 году, мне хочется знать, возможно ли сегодня передать его людям, не имеющим подготовки в физике. Я думаю, что это возможно и полагаю, что должна быть сделана попытка объяснить его, потому что сегодня электромагнетизм считается главной основой всех наших знаний о физических явлениях. Я также думаю, что одним из лучших методов объяснения электромагнетизма явится описание моих ранних безуспешных попыток понять его.

Электрические открытия Фарадея в первую половину девятнадцатого столетия привлекли всеобщее внимание и вызвали восхищение во всем мире. Об этом я знал еще на острове Арран. Мне также было известно о быстром росте практического применения этих открытий в телеграфе, в генерации электрической энергии для электрического освещения, в электрической тяге, электрохимическом производстве и, наконец, в телефоне. Мир понял, что все эти чудесные вещи, сделавшие так много для улучшения благосостояния человечества, вышли из тех источников абстрактной науки, которые стали известны благодаря открытиям Фарадея. Научные исследования начали принимать другой вид даже в глазах инициаторов индустрии, которые в те дни высказывали прискорбное безразличие к науке, не дававшей немедленных практических результатов. Защитники научного исследования, как Тиндаль и его американские и английские друзья, смело указывали на деятельность Фарадея всякий раз, когда поднимался вопрос о практической ценности исследования в области так называемых абстрактных естественных наук. Благодаря этому в Америке и в Великобритании возник глубокий интерес к тому, что Андрю Байт называл «стремлением к высоким идеалам».

Но работы Тиндаля и Максвелла, посвященные описанию жизни и деятельности Фарадея, убедили меня, что высокое положение Фарадея среди его современников-ученых, как Максвелл, Генри, Тиндаль и Барнард объяснялось не столько практической ценностью, его открытий, хотя они несомненно были велики, сколько той проницательностью, с которой он искал и открывал новые крупицы вечной истины. Мне было ясно уже в те дни, что изобретения являются плодом труда смертного человека. Хотя они и восхищают нас, как замечательные создания человеческого ума, в конечном счете они предаются забвению. Телеграф и телефон, динамо и мотор-двигатель, свет электрической дуги и раскаленной проволочки потеряли новизну, уже в то время, когда я был студентом в Кэмбридже. Изобретения стареют и вытесняются новыми и, будучи созданием находчивого ума смертного человека, сами смертны. Но законы, которым всегда подчинялись и подчиняются звезды и планеты в своем небесном странствовании — неизменны. Они никогда не стареют и поэтому бессмертны. Они являются частью вечной истины. Мы не знаем ни об одном природном процессе, который показывал бы как развиваются вечные законы. Их существование является лучшим философским доказательством того, что позади всего этого изменяемого видимого мира есть неизменяемое вечное божество. Архимед, Галилей и Ньютон трудились над исследованием неизвестных законов и этим открыли смертному человеку частицы вечной истины. Сто лет тому назад Эрстедт открыл магнетическую силу, которая создается движением электричества. Открытия бессмертных вещей и неизменных законов становятся сами бессмертными. Тиндаль и Максвелл были первыми, показавшими мне, что Фарадей занимал выдающееся место среди таких ученых, как Галилей, Ньютон и Эрстедт, чьи имена будут вечно жить в памяти людей.

Заключительная фраза максвелловского биографического наброска о Фарадее в восьмом томе «Nature», относящаяся к тому, о чем я говорил выше, звучит так:

«Мы, пожалуй, не знаем даже и имени науки, которая разовьется из материалов, собираемых нами теперь, когда появится первый за Фарадеем великий философ».

Для меня эти пророческие слова означали, что Максвелл имел в виду что-то такое, что было неясно выражено в открытии Фарадея, но что дало возможность говорить Максвеллу, как пророку. Слова пророка не всегда легко понять. Позже я узнал, что, когда мир, благодаря опытам Герца, понял намек Максвелла, тогда наступила новая и блестящая эпоха в истории естественных наук. Конца ее еще не видно. Начало этой эпохи я наблюдал во время моего пребывания в Берлине. Мне думается, будет весьма интересно упомянуть здесь, как научный мир готовился воспринять великое открытие, о котором ему стало известно в тот знаменательный день 1887 года.

Мое книжное общение с Фарадеем на острове Арран послужило мне подготовкой ко дню наступления новой эпохи. Оно формировало постепенно в моем уме новые физические понятия, позднее оказавшиеся главными научными основами современных взглядов на физику. Еще задолго до того, как я закончил чтение «Экспериментальных исследований в электричестве» Фарадея, я начал понимать почему Тиндаль говорил об этом трактате: «Прочитайте его. Этот трактат так же свеж и увлекателен сегодня, каким он был тогда, когда эта книжка была впервые опубликована. Он поможет вам в понимании Максвелла». Эти слова верны и сегодня, и поэтому я с большим волнением перехожу к краткому рассказу о развитии новой физики, электромагнитной теории не только света, но и материи с тем, чтобы показать, хотя бы лишь в основных чертах, связь ее с Фарадеем.

Постепенное развитие новой физики было обязано постепенному развитию новых физических понятий, рожденных в уме Фарадея и живших в нем как поэтические видения. Но в уме Фарадея они явились как физические величины, имеющие определенные количественные отношения к другим хорошо известным физическим величинам, которые физик может измерить в своей лаборатории. В каждом физике-творце скрыт метафизик и поэт. Но физик меньше подвержен случайным ошибкам, чем метафизик и поэт, потому что творения его пытливого ума и его поэтического представления могут быть подвергнуты критической экспериментальной проверке.

«Экспериментальные исследования в электричестве», напечатанные в трех объемистых томах, испугали меня своими размерами. Но мои занятия в Арране скоро убедили меня, что если книга интересна, она никогда не покажется слишком длинной. Фарадей был пионером в науке и описания его исследований читаются как занимательные рассказы о новом мире физических явлений, полные поэтических видений, навеянных его воображению собственными открытиями. Нужно сказать, однако, что, несмотря на смелое воображение и свободу, с которою он пользовался им, ему как ни одному исследователю еще не удалось лучше провести черту между новыми фактами и принципами, открытыми им опытным путем, и теми, еще неисследованными представлениями, которые стояли за его открытиями. Так, например, его открытие, говорящее о том, что совершенно определенное и неизменяемое количество электричества (как мы выражаемся сегодня), присуще каждой валентности атома и молекулы, является физическим законом, обнаруженным опытным путем и освещенным светом его блестящего ума. Но открыв своими опытами эту новую драгоценную частицу вечной истины, Фарадей-ученый отступил в сторону, и Фарадей-поэт изложил свои представления о строении материи, подсказанные, как я называл в Арране, атомным распределением электричества в материальных предметах.

Человек, открывающий один из самых замечательных фактов в новой науке, а именно, что в каждом атоме и молекуле существует определенное и равное количество положительного и отрицательного электричества и что силы между этими двумя формами электричества, скрепляющие составные части химического вещества, далеко превышают все известные в природе силы, такой человек, не может не спросить: «Что такое материя?» Читатель «Экспериментальных исследований в электричестве» радуется всякий раз, когда Фарадей, поэт и пророк, задает такие вопросы, возбуждая научную фантазию читателя, в которой скрыты ответы на эти вопросы.

Часто в этих исследованиях Фарадей ставит два других вопроса. Они могут быть сформулированы следующим образом: Что такое электричество и что такое магнетизм? Он обнаружил, что движение магнитнозаряженного тела создает электрические силы тем же способом, каким, согласно открытию Эрстедта, движение электрически заряженного тела производит магнитные силы. Эти характерные взаимоотношения между электричеством и магнетизмом действуют на воображение и заставляют его заглядывать за ту завесу, которая отделяет от нас сферу открытой истины от еще неоткрытых и неизвестных нам сфер. Любопытство исследователя заставило Фарадея поставить вопросы: что такое электричество и что такое магнетизм? Фарадей не дал окончательного ответа на эти вопросы, но его неутомимые попытки разрешить их породили новые идеи, являющиеся основой наших современных взглядов на силы природы. Одним из величайших наслаждений моей жизни было наблюдение над постепенным развитием этих новых взглядов. И если в ходе моего простого рассказа мне удастся проследить процесс развития новой физики, я буду считать, что моя книга была написана не напрасно. Если электричество и магнетизм проявляются благодаря тем только силам, которые они производят, то Фарадею было ясно, как это подтверждают его книги «Экспериментальные исследования в электричестве», что первый вопрос, который должен был быть разрешен, был вопросом: каким образом силы между электрическими зарядами и силы между магнитными зарядами передаются через промежуточное пространство — так же, как и силы тяготения, или другим путем? Пытаясь ответить на этот вопрос, Фарадей радикально отошел от взгляда натурфилософов его времени. Он стоял одиноко и посвятил очень большую часть своей экспериментальной работы и философской мысли оправданию своего положения. Он был одинок в течение долгого времени, так как он трудился над формулированием совершенно новых физических понятий, которые считаются теперь самыми фундаментальными концепциями в современном электромагнетизме. Сорок лет тому назад его современникам и ученикам, включая и меня, трудно было понять его. В речи о Фарадее, которую я прочитал будучи студентом в Берлине, Гельмгольц так говорит о трудности понимания Фарадея:

«Обычно очень трудно определить в общих чертах новую абстракцию так, чтобы при этом не появилось какого-нибудь недоразумения. Создатель нового понятия, как правило, находит, что значительно труднее узнать, почему другие люди не понимают его, чем открыть новую истину».

Для меня было утешением, когда я узнал в Берлине от такого авторитета как Гельмгольц, что я не был единственным несчастным смертным, кто безуспешно пытался разгадать смысл фарадеевских понятий.

Ньютоновский закон тяготения позволяет астрономам с помощью простой математической формулы аккуратно вычислять движение небесных тел, без всяких предположений, касающихся механизма, с помощью которого сила притяжения передается от одного тела к другому на расстоянии, как например, от солнца до земли. Формула Ньютона ничего не говорит о времени передачи. Действие может рассматриваться как действие на расстоянии как мгновенное. Опыт, казалось, показывал, что эта догадка была верна, ибо когда предполагают, что сила тяготения проходит с безграничной скоростью, ошибки не обнаруживается. Фарадей отказался принять эту веру в непосредственное действие на расстоянии для электрических и магнитных сил. Несколько слов будет достаточно, чтобы передать, как Фарадей пытался уничтожить веру в это непосредственное действие на расстоянии для электрических и магнитных сил. Эти попытки навсегда останутся в истории как первые шаги в развитии современной науки об электромагнетизме.

Начав с исходных точек в электрических и магнитных зарядах, Фарадей провел многочисленные кривые линии, которые указывали в каждой точке пространства направление электрической или магнитной силы. Таким образом всё пространство, окружающее заряды, он геометрически разделял на трубкообразные нити, которые он назвал силовыми линиями. Каждая из этих линий была построена согласно простому правилу, так, чтобы она на каждой точке в пространстве указывала не только направление, но и интенсивность силы. Специальный пример, которым я часто пользовался в Арране, иллюстрирует это следующим образом. Сферическое тело, скажем медный или латунный шарик, заряжается положительным или отрицательным электричеством. Если этот заряд в равновесии, то он, как это было хорошо известно, весь находится на поверхности сферического тела и в равномерном распределении. Его сила притяжения или отталкивания электрических зарядов в пространстве, окружающем тело, очевидно находится вдоль радиуса, проведенного от центра шарика. Эти радиусы, проведенные во всех направлениях и в достаточном количестве, создают маленькие конусы, верхушки которых лежат в центре шарика. Приспособьте размер конусов таким образом, чтобы площадь участка каждого из них была одинакова, и сделайте их общее число пропорциональным заряду на шаре. Тогда эти маленькие конусы и будут представлять фарадеевы силовые линии, потому что их направление даст направление электрической силы, и их число с каждой единицы поверхности любой концентрической сферы будет пропорционально электрической силе на любой точке поверхности этой концентрической сферы. Согласно этой схеме, каждому маленькому элементу всего заряда присуще определенное число этих конусовых нитей или силовых линий, и каждый элемент заряда на сфере есть ничто иное, как конечный пункт этих линий. Когда заряд на сфере увеличивается или уменьшается, число этих линий также пропорционально увеличивается или уменьшается и поэтому они более плотно или менее плотно теснятся в занятом ими пространстве.

Если заряд на сфере приводится в движение, силовые линии, присущие ему, также приходят в движение. До сих пор я следовал за Фарадеем, но дальше не пошел. Если бы я двинулся немножечко дальше, я бы встретился с Максвеллом. Но к моему несчастью, эта простая схема, сконструированная мной с целью облегчить понимание «Экспериментальных исследований в электричестве», над которыми я сидел в Арране, не представляла собой ничего другого, как геометрическое описание электрической силы, посылаемой заряженной сферой в любую точку пространства. Она не давала никаких дополнительных сведений к простым, хорошо известным в то время, математическим формулам. Дополнительные сведения заключались, однако, в воображении Фарадея, которые для меня и многих других смертных в то время казались странной гипотезой. Он излагал ее в своих книгах весьма пространно, и я даю здесь ее краткое описание:

Фарадей считал, что все электрические и магнитные действия передаются от одной точки к другой вдоль его силовых линий. И побуждаемый замечательной интуицией, он настаивал, что его силовые линии не являются лишь геометрической схемой, но что они имеют действительное физическое существование, и что вдоль этих силовых линий есть нечто, подобное мускулярному напряжению, стремящемуся сжимать их, а также давление, перпендикулярное им, стремящееся растягивать их. Эти напряжения и давления дают ту же числовую величину для механической силы между зарядами, которая вычисляется из закона Кулона, но с фундаментальной разницей, указанной Фарадеем, что его гипотеза требует определенное, ограниченное время для передачи электрических и магнитных сил, тогда как, согласно гипотезе непосредственного действия на расстоянии, которую закон Кулона ни поддерживает, ни опровергает, эти силы передаются мгновенно. Вопрос о скорости передачи электрических и магнитных сил через пространство стал поэтому решающим вопросом в споре между старым взглядом на физику и взглядами Фарадея.

В письме к Максвеллу в 1857 году, которое Кампбелл приводит в своей книге, Фарадей пишет:

«Я надеюсь произвести этим летом несколько опытов относительно времени магнитного действия… которые может быть дадут необходимые результаты. Время, вероятно, должно быть коротким, как и время света. Но огромная важность результатов, если они окажутся подтверждающими, не приводит меня в отчаяние. Лучше было бы, пожалуй, если бы я ничего не говорил об этом, ибо я часто медлителен в реализации моих намерений, к тому же и моя память начинает сдавать».

Это письмо было написано Фарадеем за десять лет до его смерти, но ничего никогда не сообщалось о результатах намеченных им опытов. Мы знаем, однако, результат, который он ожидал от своего опыта, был получен тридцать лет спустя Герцем, учеником Гельмгольца.

Я воображал в Арране, что слышу голос Фарадея, говорившего:

«Там, где есть линии магнитной силы, там есть и магнетизм; там, где есть линии электрической силы, там есть и электричество».

Ответом Фарадея на вопросы: что такое электричество и что такое магнетизм было поэтому, согласно моему пониманию, то, что и электричество и магнетизм являются проявлением силы. И там где существует такое проявление, там есть электричество и магнетизм, в том смысле, что существуют давления и напряжения, являющиеся результатом определенного состояния пространства, которое может быть названо электрическим или магнитным состоянием. Представления Фарадея, как я их понимал почти сорок лет тому назад, читая его «Экспериментальные исследования в электричестве», уходили так далеко, что подсказывали, что сама материя состоит из центров силы с силовыми линиями, исходящими из этих центров по всем направлениям на бесконечное расстояние, и там где существуют эти линии, там есть материальное тело. Другими словами, всякое материальное тело, как и всякий электрический и магнитный заряд, простирается в бесконечность с помощью своих силовых линий. А отсюда, все материальные тела находятся в контакте, отрицающем существование эфира! Никто из смертных не выставлял еще более смелой гипотезы! И всё же сегодня мы знаем, что теория строения материи, очень сходная с той теорией, которую выдвинул Фарадей, быстро выигрывает всеобщее признание, не только как новое метафизическое умозаключение, но как логическое и непреклонное требование эксперимента. Но когда Фарадей говорил мне эти странные вещи, а я прислушивался к ним внимательно на откосах горы Гоут-Фелл в Арране, я не видел в них ничего, кроме геометрических схем и чистой метафизики на фоне простых геометрических фигур. Несмотря на то, что я был уверен, что метафизика Фарадея имеет в основе своей какую-то определенную физику, я не мог выделить ее из гипотетических понятий, которые мне были не ясны. Максвелл, рассуждал я, должно быть разобрался в этой физике, и я часто вспоминал моего шотландского приятеля в Арране, спросившего меня: «Можете ли вы заглядывать в Фарадея так же глубоко, как шотландец Максвелл?»

Когда я приехал в Берлин, моя голова была полна фарадеевых силовых линий, начинающихся у электрических и магнитных зарядов и вьющихся по пространству, как линии потоков, берущих начало в реке и следующих ей в своем течении к океану. Физические факты и принципы, открытые Фарадеем, выделялись, резкими очертаниями, как звезды в светлую и тихую летнюю ночь. Но теория притягивающих и отталкивающих электрических и магнитных сил, представленных им графически в виде силовых линий и наделенных странными физическими качествами, которые проявляются в давлении и напряжении, оставили у меня впечатление, что моя вера в новую теорию не была твердой. Вера без убеждения — подобна зданию, построенному на песке.

Гельмгольц однажды сказал:

«Я очень хорошо помню, как часто я сидел, безнадежно углубляясь в его описания силовых линий, их числа и их напряжения».

Мало надежды было у меня во время поездки из Аррана в Берлин в октябре 1885 года, что через два года все неясности моего заведенного в тупик ума развеются, как туман ясным осенним утром. Я продолжал изучать Фарадея в течение первого года моего пребывания в Берлине, оставляя для этого необходимое время. Мне хотелось знать, что думали физики Берлина о фарадеевых силовых линиях.

Я приехал в Берлин изучать экспериментальную физику под руководством Германа фон-Гельмгольца, знаменитого профессора физики Берлинского университета, сформулировавшего принцип сохранения энергии и впервые объяснившего смысл цветовых различий в зрении, а также тембра в музыке и в речи. Он был тогда директором Физического института при университете. Его величали Ваше Превосходительство — титул, дарованный ему старым императором, и весь преподавательский состав института погружался в страх, когда упоминалось имя Его Превосходительства. После Бисмарка и старого императора он был самым знаменитым человеком в Германской империи.

У меня были к нему рекомендательные письма от президента Колумбийского колледжа Барнарда, а также от профессора Королевского института Джона Тиндаля. Профессор Артур Кениг, правая рука Гельмгольца и старший преподаватель в Физическом институте, повел меня в канцелярию Его Превосходительства фон Гельмгольца и представил как Herr Pupin, студента из Америки и предполагавшегося стипендиата Джона Тиндаля от физического отделения Колумбийского колледжа. Стипендия присуждена была мне три месяца спустя. Кениг отдал своему хозяину чуть ли не земной поклон. Я поклонился по американской манере, то-есть наклоном головы до уровня плеч, тем же самым поклоном, каким приветствовали в те времена в Кэмбриджском университете и который я называл англо-американским поклоном. Он резко отличался от поклона Кенига. Гельмгольц, казалось, заметил эту разницу и добродушно улыбнулся. Контраст повидимому забавлял его. В его венах текло много англо-саксонской крови. Мать его по прямой линии была потомком Вилльяма Пенна. В Берлине знали, что он был лучшим придворным ученым в Германской империи.

Он принял меня благосклонно и проявил большой интерес к программе моих занятий. Его внешность бросалась в глаза. Ему было тогда шестьдесят четыре года, но он выглядел старше. Глубокие морщины на лице и сильно выступавшие вены на висках и на высоком лбу придавали ему вид глубокого мыслителя, тогда как, проницательные глаза на выкате выдавали в нем исследователя, стремящегося проникнуть в скрытые тайны природы. У него была огромная голова, и мускулистая шея. Маленькие изящные руки и рот говорили о мягком и благородном нраве. Он говорил приятным голосом, мало, но его вопросы были прямы и по существу. Когда я сказал ему, что у меня не было возможности работать в физической лаборатории и я всё внимание уделял исключительно математической физике, он улыбнулся и заметил, что мне как можно скорее нужно устранить этот недостаток. «Несколько произведенных успешно опытов обычно ведут к большим результатам, чем все математические теории», — сказал он мне. Затем он попросил профессора Кенига составить для меня необходимый план работы в лаборатории и следить, как я с ней буду справляться. Кениг исполнил это, и я всегда буду благодарен этому уродливому, но очень милому маленькому человеку с густыми рыжими волосами и весьма плохим зрением, которое он пытался улучшить с помощью огромных очков с исключительно толстыми линзами. Гельмгольц всегда был мягок в отношениях к маленькому Кенигу и мне кажется отчасти потому, что Кениг напоминал ему его сына Роберта, у которого были искалечены рука, нога и спина.

В течение моего первого учебного года в Берлине я слушал лекции Гельмгольца, по экспериментальной физике. Они были исключительно захватывающими, не столько благодаря многим прекрасным опытам, которыми они сопровождались, сколько благодаря гениальному проникновению в суть научных проблем, особенно когда Гельмгольц был в ударе, он бросал свет своего гигантского ума на смысл экспериментов, и они вспыхивали как яркие цветы под солнечным лучом, прорвавшимся сквозь тучи и разогнавшим темные тени сумрачного летнего дня. Лекции Гельмгольца посещали не только студенты физики, математики и химии, но и студенты-медики и армейские офицеры. Государственные чиновники, и особенно представители армии и флота, следили за его научными откровениями. У меня было немало оснований верить, что они обращались к нему каждый раз за научными советами. Мне часто приходилось опровергав мнение, что Гельмгольц был лишь ученым par excellence. Нет сомнения в том, что его деятельность протекала главным образом в области фундаментальных научных теорий и философии. Но несомненно и то, что он, как и многие другие немецкие ученые, был весьма заинтересован в вопросах применения науки к решению проблем, связанных с развитием немецкой индустрии. Его ранняя научная карьера характеризуется изобретением офталмоскопа. Оптическая промышленность Германии развивалась в то время под руководством некоторых его бывших студентов, являвшихся лучшими в мире специалистами в геометрической оптике — области физики, которой Гельмгольц уделял много внимания в ранние годы своей научной деятельности.

Однажды, идя в институт, я увидел впереди себя высокого немецкого офицера, курившего сигару. Когда мы приблизились к входу в институт, офицер остановился перед объявлением: «Курить в здании института строго воспрещается». Он бросил сигару и вошел внутрь. Я узнал в офицере кронпринца Фридриха, два года спустя ставшего императором Германии и царствовавшего всего лишь девяносто дней. Наблюдая за ним, я видел как он вошел в канцелярию Гельмгольца, где он пробыл больше часа. Он несомненно, советовался с великим ученым относительно некоторых научных вопросов, которые интересовали немецкую армию и флот.

Личность Гельмгольца была внушительной и, зажигала у студентов интерес к тем вопросам, которые интересовали его. В те годы его главное внимание не было сосредоточено на электромагнитной теории. Тем не менее я продолжал интересоваться Фарадеем, тем, что я привез с собой из Аррана. Но я не находил случая познакомиться с мнением Гельмгольца о Фарадее. Наконец, к концу первого года моих занятий в Берлинском университете, случай представился.

Густав Роберт Киргхоф, знаменитый исследователь, основоположник науки о спектральном анализе и создатель теории радиации, был в то время профессором математической физики в университете. Он считался ведущим ученым Германии в этой области. Его вклады в электрическую теорию ценились очень высоко. Самым значительным из них несомненно была теория трансмиссии телеграфных сигналов через тонкий проволочный проводник, натянутый на изолированный столб высоко над землей. Это было замечательным математическим анализом, показавшим, что теоретически распространение телеграфных сигналов по проволоке-проводнику равно скорости света. В университетской программе было объявлено, что Кирхгоф будет читать курс по теоретическому электричеству в течение первого семестра. Я стал посещать эти лекции и с нетерпением ожидал его интерпретацию Фарадея и Максвелла, но ждал напрасно. В конце семестра курс кончился, а электромагнитная теория Фарадея и Максвелла занимала всего лишь две страницы из двухсот. И та часть, касавшаяся Фарадея, по моему тогдашнему мнению, не была существенной частью электромагнитной теории, В этом отношении я был разочарован в лекциях Кирхгофа, но за мое разочарование я был обильно вознагражден. Я никогда не слышал лучшего математического анализа электрических проблем старой физической школы, который давал Кирхгоф перед своей восхищенной аудиторией. Это был последний курс прочитанных им лекций. В следующем году он умер и его место занял Гельмгольц, как временный лектор по математической физике.

Гельмгольц был как-то необщителен, нелюдим и студентам не легко было входить с ним в контакт, если у них не было вопросов первостепенной важности, которые заслуживали его внимания. Я решился спросить его, при удобном случае, почему Кирхгоф в своих лекциях уделял так мало внимания Фарадею и Максвеллу. Их слава гремела в ученом мире того времени, а я еще не имел ясного представления о их теории. Профессор Кениг услышав о моем намерении, ужаснулся и замахал руками, предупреждая, что из моих намерений могут выйти всякого рода неприятные последствия. Он заметил, что такой вопрос может показаться недостатком у меня уважения как к Кирхгофу, так и к Гельмгольцу. Сам Кениг ничего не мог ответить на мой вопрос, кроме того лишь, что он не видит причины, почему немецкая физическая школа должна уделять большое внимание английской школе, в особенности, когда между ними существовала радикальная разница в области теории электромагнитных явлений. Я сказал, что если Кирхгоф был представителем немецкой школы, то тогда действительно существовала радикальная разница, которая, по моему скромному мнению, — намекал осторожно, — была в пользу английской школы. В действительности же я очень мало еще знал, чтобы высказывать свое мнение, но я сделал это, стараясь вызвать его на полемику. Кениг вспыхнул и произошел бы, пожалуй, оживленный спор, если бы в этот момент в мою комнату не вошел Гельмгольц. Он делал свой обычный обход комнат студентов, чтобы знать как они справляются со своей работой. Оба мы, и я и Кениг, выглядели как-то возбужденно, обнаруживая, что между нами происходил горячий диспут, и Гельмгольц заметил это. Мы признались, что вели оживленную дискуссию. Узнав о ее теме, он улыбнулся и посоветовал нам прочесть его речь, которую он произнес в Лондонском Химическом Обществе пять лет тому назад. Речь была озаглавлена: «Новейшее развитие электричества в идеях Фарадея». В тот же день я взял два тома речей Гельмгольца и принялся анализировать его высказывания о Фарадее. По мере того как я углублялся в изучение этой речи, я чувствовал, как тяжелый туман, мешавший мне ясно понимать идеи Фарадея и Максвелла, как бы начал спадать. Слава Тиндаля в пояснении темных мест в физике была заслуженно велика, но когда я сравнил тиндалевскую интерпретацию Фарадея и Максвелла в его книге «Фарадей как исследователь» с интерпретацией Гельмгольца, я был восхищен превосходством последнего. Не нужно также забывать, что Тиндаль на протяжении многих лет был почти ежедневно связан с Фарадеем. И как я указывал раньше, он по всей вероятности должен был иметь близкие личные сношения с Максвеллом в период 1860–1865 гг. Мне это показалось чудом: Гельмгольц, немец, никогда не встречавшийся в жизни с Фарадеем и Максвеллом, видел намного яснее, что было в умах этих двух великих английских философов, чем видел другой популярный английский физик Тиндаль, знавший Фарадея и Максвелла лично и одного из них очень близко. В статье Максвелла, напечатанной в «Nature» и на которую указал мне Тиндаль, есть следующий заключительный параграф:

«Гельмгольц находится теперь в Берлине, руководя работой талантливых научных исследователей в его замечательной лаборатории. Будем надеяться, что в его сегодняшнем положении он снова будет иметь возможность излагать свои всеобъемлющие взгляды о ходе нашего интеллектуального прогресса и будет высказывать нам время от времени свои мнения о его значении».

Речь Гельмгольца о Фарадее была одним из тех исчерпывающих объяснений, о которых Максвелл говорил в 1874 году. Но что же увидел Гельмгольц в Фарадее и Максвелле, чего другие, как Тиндаль и даже такой знаменитый физик как Кирхгоф, не могли увидеть? Это было, полагал я после внимательного изучения речи Гельмгольца, простейшей вещью в мире, особенно для того, кто, как я, не переставая ломал себе голову над фарадеевыми силовыми линиями и гипотетическими качествами, которыми он их наделил. Это было так просто, что я беру на себя смелость изложить это здесь. Но чтобы сделать это изложение как можно короче и проще, я должен вернуться назад к заряженному сферическому телу, которое всегда оказывало мне большую услугу, когда я пытался разрешить загадку новых физических понятий Фарадея.

Посредством электрической силы, производимой электрической машиной, мы можем увеличить или уменьшить заряд на поверхности сферы (медного или латунного шарика). Заряд на сфере увеличивается или уменьшается потому, что электрическая сила, производимая генератором, гонит через проволочный проводник к сферическому телу дополнительный электрический заряд или берет его прочь от него. Это движение электрического заряда через проводник к сфере или от нее является электрическим током. Здесь возникает теперь исторический вопрос: останавливается ли электрический ток на поверхности заряженной сферы? Старые теории электричества говорили: «да», но Максвелл, объясняя мысль Фарадея, ответил: «нет». Гельмгольц был первым, кто сказал мне это ясно и отчетливо, и я понял его.

Если, согласно Фарадсю, каждая частица заряда на сфере несет присущее ей определенное число силовых линий, то значит норма, с которой увеличивается заряд на сфере, как я упоминал выше, та же, что и норма, с которой число этих силовых линий оттесняется в пространство, окружающее сферу. Движение заряда к поверхности сферы сопровождается движением фарадеевых силовых линий через всякое пространство, окружающее заряженную сферу. Если, по Фарадею, электричество находится везде, где есть силовые линии, то отсюда следует, что движение линий через всякую поверхность означает движение электричества (в том смысле, в котором я пользуюсь этим словом) через эту поверхность. Максвелл говорил, согласно моему пониманию Гельмгольца, что движение электричества в том виде, как оно представлено движением фарадеевых силовых линий, является электрическим током постольку, поскольку им является движение электрического заряда. Электрические заряды суть лишь конечные пункты силовых линий. И почему должно движение конечных пунктов обладать способностями, которых нет у остальных частей силовых линий? Главной такой способностью, согласно открытию Эрстедта, является генерация магнетизма, то-есть магнитных силовых линий. Тогда, по Максвеллу, электрический ток, (то-есть движение электрических зарядов через проводники) не останавливается на поверхности проводника, но продолжает двигаться дальше в пространстве, не являющимся проводником, как движение фарадеевых силовых линий, как движение электричества.

Расширенное понятие об электрическом токе было основной разницей между старыми теориями электричества и электромагнитной теорией Фарадея-Максвелла. Гельмгольц стал на сторону последней. Я приветствовал Гельмгольца и поражался его ясным видением вещей, которые не могли видеть другие, включая и меня. Можно ли осуждать простых смертных, привыкших рассматривать электрический ток как движение электрических зарядов по проводнику, если они не могли видеть, что электрический ток может существовать даже в безвоздушном пространстве, где нет электрических зарядов и следовательно их движения? Это было физическим понятием, которое так медленно проникало в сознание даже после блестящего объяснения Гельмгольца. По существу это всё, что было в электромагнитной теории Фарадея-Максвелла, как я это усвоил непосредственно из речи Гельмгольца.

Но есть другой очень важный факт, на котором я также должен остановиться.

Выводом из максвелловского расширенного понятия электрического тока, который не был ясно указан Гельмгольцем, но который я быстро уловил у Максвелла, является следующее: электрические заряды движутся потому, что они находятся под воздействием силы. Следовательно, число фарадеевых силовых линий, проходящих через всякую поверхность в пространстве, увеличивается или уменьшается потому, что они также находятся под воздействием сил. Согласно основному Ньютоновскому закону динамики, там, где есть действие, существует и равное ему противодействие. Отсюда, пространство, включая и пустоту, должно как-то реагировать, когда фарадеевы силовые линии (то-есть когда представленное ими электричество) двигаются через него. Но если такая реакция действительно существует в пространстве, то как она может быть выражена? Фарадей и Максвелл посвятили много размышлений и экспериментальных исследований, чтобы найти определенный ответ на этот вопрос, и они нашли его.

Фарадей опытным путем доказал: если заряженное сферическое тело помещается в изоляционную жидкость, допустим в нефть или керосин, или в такой прочный изолятор как резина, или просто кусок изолятора подносится близко к нему, то сила реакции для такого заряда на сфере меньше, чем у сферического тела, окруженного безвоздушным пространством. Другими словами, жидкость и прочие изоляторы более проницаемы для электрических силовых линий (то-есть для электричества), чем безвоздушное пространство. Поэтому электрическая сила, действующая, чтобы увеличить заряд на сфере и следственно увеличить число силовых линий, проходящих через окружающую среду, будет испытывать реакцию, тем меньше чем больше проницаемость окружающей среды. Реакция изолятора против действия электрической силы представляется таким образом как реакция против прохода через него электричества, то-есть электрических силовых линий. Это представление никогда не покидало меня со времени моих студенческих дней в Берлине.

Этот же способ рассуждения относительно электрических силовых линий ведет к сходным результатам относительно магнитных силовых линий. Реакция среды против увеличения электрических и магнитных силовых линий, проходящих через нее, было вторым новым физическим понятием, введенным в науку об электричестве Фарадеем-Максвеллом.

Электромагнитная теория Фарадея-Максвелла распространила хорошо известные до этого электрические и магнитные действия и противодействия с проводников на непроводники, включая и безвоздушное пространство. Если эта теория верна, то электромагнитные колебания должны распространяться из их источника ко всем частям пространства (и не только по проводникам) определенными волнами, движущимися с определенной скоростью.

Вычисление Максвелла показало, что электромагнитные колебания распространяются через изоляторы тем же способом, каким распространяется свет, и что поэтому свет есть, по всей вероятности, электромагнитное колебание. Это является сущностью электромагнитной теории Максвелла о свете. Это и есть ответ на вопрос: что такое свет?

Таковы в общих чертах были те сведения, которые я почерпнул у Гельмгольца в ясных и понятных выражениях. И за это я всегда был ему глубоко благодарен. Он показал мне, что электромагнитная теория Фарадея-Максвелла была несравненно проще и яснее, чем я предполагал. Я не думаю, что в 1881 году в континентальной Европе был какой-нибудь другой физик, который бы смог мне дать это объяснение. Такого физика, пожалуй, не было и в 1886 году, когда я впервые прочел его замечательную речь. Мой кэмбриджский друг Найвен, редактор второго издания знаменитого математического трактата Максвелла, никогда не решался сказать мне, как Максвелл разрешил вопрос: «Что такое свет?». Не решался и Тиндаль. Я не знаю, могли ли Рэлей или Стокс или кто-либо еще в Кэмбридже, когда я был там, дать такое объяснение, какое дал Гельмгольц. Я укажу позже на один знаменательный случай, который говорит, что они, по всей вероятности этого сделать не могли.

К концу семестра я почувствовал себя уверенным, что понял гельмгольцевскую интерпретацию Фарадея и ответ Максвелла на вопрос: что такое свет? После этого я имел другую беседу с профессором Кенигом. Он очень внимательно выслушал мое изложение электромагнитной теории Фарадея-Максвелла, как я ее усвоил благодаря Гельмгольцу. Насколько я теперь помню, оно было близко к только что описанному мной выше. Это было моей первой лекцией в Берлинском университете, прочитанной очень интеллигентной аудитории, состоявшей из одного лица, милого маленького доктора Кенига. Она имела бы полный успех, если бы я не закончил ее бестактным замечанием, что Гельмгольц, в его речи о Фарадее, отвергнул все четыре немецких электрических теории и сам стал на сторону Фарадея и Максвелла. Гельмгольц лишь намекал на это, а я, к сожалению, не задумываясь, сказал доктору Кенигу, что физики континентальной Европы не приняли английской теории потому, что она была выше их понятий. Наконец, говорил я, всё это хорошо объясняло, почему Кирхгоф так мало уделял внимания Фарадею и Максвеллу. Кениг посмотрел на свои часы и, как бы внезапно вспомнив о каком-то важном деле, повернулся на каблуках и вышел из комнаты без обычного поклона и приветственных слов. Его национальная гордость очевидно была уязвлена. Я глубоко сожалел об этом и сделал всё возможное, чтобы примириться с ним. Наконец, мне это удалось после того, как я заявил, что как бы там ни было, электромагнитная теория Фарадея-Максвелла основывалась на нескольких смелых предположениях, не проверенных еще на опыте. Немецкие теории электричества также основывались на непроверенных предположениях, но об этом я умолчал из боязни повредить восстановленному entente cordiale[6] между доктором Кенигом и мной.

Его Превосходительство фон Гельмгольц уехал из Берлина на летние каникулы. Среди моих немецких коллег-студентов в Физическом институте мало было интереса к Фарадею и Максвеллу. Я не знаю трудно ли скрывать глубокий секрет, потому что у меня не было секретов, которые я мог бы раскрывать. Но я знаю, как тяжело удерживать в сердце радость и не делиться ею с другими, ту радость, которую чувствуешь, когда над твоим умственным горизонтом восходит свет нового знания. Я собирался поехать в то лето к матери; я не видел ее около двух лет. Может быть, думал я, мне удастся найти кого-нибудь в моем родном Банате, с кем я могу поделиться радостью, которую я получил через откровения Гельмгольца. Коса, моего панчевского учителя пятнадцать лет назад, не было в живых. Фактически и та школа больше уже не существовала. Венгерские власти заменили ее венгерской школой. Я ничему бы так не радовался, как возможности сказать Косу, как Максвелл ответил на вопрос: «Что такое свет?».

В то лето, в начале августа, я снова был в Идворе, куда я привез два тома речей Гельмгольца. Моя мать приняла меня с такой радостью, которая, по ее выражению, переполняла ее сердце, благодаря милости Бога к Идвору и благодаря свиданию со мной. Золотой урожай был уже собран и он был самый богатый за многие годы. Виноград в старых виноградниках начал созревать, и персиковые деревья, рассаженные среди рядов виноградника, были полны сочных плодов. Дыни на многочисленных грядках были большими и такими зрелыми, что казалось в любой момент могли лопнуть. Темно-зеленые кукурузные поля, казалось, томились под тяжестью молодых колосьев, и тянувшиеся вдоль их пастбища были оживлены стадами овец с выменами, сулившими такое изобилие молока, сливок и сыра, какое редко было в Идворе. Всё это с гордостью показывала мне мать, говоря, что благодаря этим Божьим дарам она могла угощать меня всем чем только можно. Дыни, остуженные на дне глубокого колодца; виноград и персики, снятые с деревьев перед восходом солнца и завернутые в виноградные листья, чтобы сохранить их свежесть; молодая кукуруза, срезанная перед вечером и поджаренная на огне — всё это дополнялось любовью гостеприимной моей матери. Я предупредил мать, что ее гостеприимство может снова, как три года тому назад, превратить меня в изнеженного баловня, которому не захочется возвращаться в Берлин. Вспоминая свой рассказ, о моем восхождении на отвесную и скользкую крышу мельницы Буковалы в поисках звезды, она сказала: «Ты высоко поднялся в течение последних двух лет, и я знаю, что ты в своем восхождении нашел несколько настоящих звезд с неба. Одна из них теперь в Берлине и никакая сладость Идвора не отвлечет тебя от нее». Ее догадки были верны, верны потому, что она заметила с каким усердием я во время тех каникул продолжал читать речи Гельмгольца.