Владимир Карцев - Приключение великих уравнений

Сейчас нам ясно, что поскольку электрический ток - это движение электронов, а электроны обладают массой, то электрический ток в принципе обладает кинетической энергией. Однако тогда электроны - материальные носители электрического тока, известны не были, и вопрос о кинетической энергии электрического тока был открытым. Как только Герц начал работу над первой своей самостоятельной темой, сразу же проявились заложенные в нем черты исследователя: упорство, редкое трудолюбие и столь часто помогавшая ему впоследствии способность делать сложные лабораторные установки своими руками. "Аппарат, который я сделал, работает очень хорошо; лучшего мне не надо, даже сделанный на самой главной фабрике из золота и слоновой кости не служил бы мне лучше".

Конкурсная тема объявлена была в августе и рассчитана на девять месяцев работы. Герц приступил к работе в октябре и окончил ее за три месяца.

Результат, как ожидалось, был отрицательным - с помощью очень точных методов, разработанных Герцем, не удалось заметить ни малейших признаков кинетической энергии у электрического тока. Это совпадало с точкой зрения Гельмгольца (сейчас можно подсчитать, что для обнаружения имеющегося в действительности эффекта Герцу нужно было бы повысить точность измерений во много тысяч раз). Гельмгольц столько же был удовлетворен результатом, сколько восхищен способностями молодого Герца: "Я увидел, что имел дело с учеником совершенно необычайного дарования". Впоследствии подчеркивая многосторонние дарования Герца, он называл его "баловнем богов".

Работа была удостоена премии, причем вручена она была Герцу в необыкновенно теплой обстановке с самыми лестными отзывами.

После летних каникул 1879 года встал вопрос, чем заниматься дальше. И Гельмгольц предлагает Герцу новую тему, связанную с электродинамическими свойствами поляризации диэлектриков, - тему, которая неминуемо должна была бы доказать или опровергнуть теорию Максвелла. Тема тоже была конкурсной, но значительно более сложной. Она была рассчитана на 2 - 3 года.

Герц как будто предчувствовал ту колоссальную роль, которую изучение темы должно сыграть в его жизни, - и всеми способами уклонялся от нее. Впрочем, тут была еще одна причина - студенту Герцу хотелось поскорее стать доктором (вообще, складывается впечатление, что во всех случаях, когда перед Герцем вставала дилемма: "карьера или наука", он твердо избирал первое).

Ему удается уклониться от конкурсной темы Гельм-гольца и получить другую тему, уже в качестве докторской диссертации. Эту тему Герц надеялся кончить за два-три месяца. Осталось получить разрешение министра защищать диссертацию, не окончив университета, и... написать ее.

И то и другое произошло очень быстро. Быстро пришел положительный ответ от министра и быстро продвигалась работа - чисто теоретическое исследование о вращении тел в магнитном поле. Работает Герц с большим подъемом, с наслаждением: "Работа приносит много радости", "я, почти не отрываясь, продолжаю работать над начатой темой, притом с таким успехом и таким радостным чувством, лучше которых не мог бы и пожелать себе".

То, что получилось, - небольшой математический шедевр; защита его прошла с блеском, которого тот заслуживал. Редчайший случай - Герцу присудили докторскую степень "с отличием".

Следующая встреча Герца с теорией Максвелла чуть было не состоялась в провинциальном городишке Киле, куда он перешел из прекрасно оборудованной берлинской лаборатории, чтобы из ассистента поскорее перейти в доценты. В Киле лаборатории не было совсем, и если была нужда в эксперименте, все нужно было делать за свой счет. Поэтому там гораздо удобней было заниматься теорией. Возможно, поэтому наиболее значительной работой, выполненной в Киле, была именно теоретическая работа.

Основанием ее явилась попытка Герца дополнить в одном неясном пункте электродинамику одного из ярых приверженцев дальнодействия - Неймана. Уравнения Неймана, как говорят математики, были "несимметричны" - в них электрические и магнитные величины были поставлены в неравное положение. Помимо отсутствия красоты математической, такая система уравнений обладала тем недостатком, что при пользовании ею не во всех случаях соблюдался закон сохранения энергии.

Генрих Герц.

Это, естественно, нравиться Герцу не могло. Он корректирует систему уравнений Неймана с помощью поправки, учитывающей закон сохранения энергии, и получает свою собственную систему уравнений, частным случаем которой являлись те же уравнения Максвелла, только в несколько иных обозначениях. Герц был разочарован: если теория Максвелла является универсальной, то, выходит, все теории великих немецких физиков, в течение десятилетий считавшихся в Европе непревзойденными электродинамиками, необходимо сдать на историческую свалку. Вообще, национальное чувство Герца порой сильно мешало ему, по свидетельству Макса Планка, объективно оценить научный вклад иностранных ученых. "Данный вывод, - пишет Герц, - таким образом нельзя считать точным доказательством Максвелловой системы как единственно возможной".

К "национальному чувству" Герца впоследствии при-мешается еще одно - через несколько лет окажется, что волны, открытые Герцем, "волны Герца" - это "всего лишь" волны, уже давно предсказанные Максвеллом. Одним словом, подозревать Герца в горячих симпатиях к Максвеллу и его теории нет оснований.

И тем не менее судьбы науки распорядились так, что имена Максвелла и Герца всегда будут стоять рядом. Именно благодаря открытию Герцем электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, теория Максвелла утвердилась, и в течение уже около ста лет остается основной физической теорией, поколебать которую не смогла даже теория относительности.

Летом 1886 года двадцатидевятилетний Герц женился. Это событие повлияло на него чрезвычайно плодотворно - глубокая тоска и безысходность, нежелание работать, примерно полгода владевшие Герцем, исчезают без остатка, наоборот, в его творчестве возникает невиданный подъем. Именно на восходящую ветвь творческой волны приходится день 4 октября 1886 года, когда он заносит в дневник первое описание из серии опытов с измерением индукции при разряде старинного исследовательского аппарата - лейденской банки. Долгие поиски темы, которая могла бы его захватить, кажется, окончены.

Записи в дневнике:

25 октября: "Получил искровой микрометр и начал работать с ним".

26 октября: "Сделал опыты с искрами в коротких металлических цепях".

(7 ноября, жена Герца - в письме его родителям: "Он установил приборы, произвел измерения и в течение четверти часа закончил прекраснейшие опыты. Прекрасные вещи сыплются у него, как из рога изобилия").