Михаил Пупин - От иммигранта к изобретателю

«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.