Михаил Пупин - От иммигранта к изобретателю

Осциллятор Герца.

Две равных по величине металлических сферы А и В, двенадцати дюймов в диаметре, снабженные медными стержнями С и D, располагаются как указано на данной здесь схеме.

Между стержнями оставляется промежуток Е, примерно три десятых дюйма (75 м/м [7] Три десятых дюйма — это, примерно, 7.5 мм. Очевидно опечатка. Прим. читателя. ) длины, так называемый воздушный промежуток. Посредством двух проволок е и f, соединенных с электрической машиной, сферы заряжаются: одна получает положительный заряд электричества, обозначаемый (+) и другая отрицательный (-). Воздушный промежуток Е изолирует сферы друг от друга, предоставляя электрической машине возможность увеличивать заряды до тех пор, пока не достигнуто высокое электрическое напряжение. Когда электрическое напряжение между двумя зарядами, то-есть в точке Е, становится достаточно высоким, сила изоляции воздушного промежутка делается перенапряженной, она внезапно преодолевается и промежуток становится проводником, позволяя таким образом двум зарядам стремиться друг к другу. Как только воздушный промежуток делается проводником, действие заряжающей машины приостанавливается. Большой ток проходит между двумя сферами по стержням и через воздушный промежуток Е, который нагревается током до белого каления. Он, таким образом, становится очень хорошим проводником, и позволяет зарядам легко проходить через него. Нарушение воздушного промежутка сопровождается резким треском электрической искры, которая получается благодаря мгновенному нагреванию и движению воздуха в промежутке, что в свою очередь является следствием прохода электрического тока. Это молния в миниатюре. Два заряда снова соединяются, и сферы разряжаются, после чего воздушный промежуток Е быстро восстанавливается и опять делается изолятором. Этот процесс повторяется действием машины, удерживая таким образом течение искр, причем каждый треск искры отмечает соединение зарядов, которые были разъединены и оттеснены на поверхность сфер А и В действием электрического генератора.

Всё это было известно задолго до Герца. Первый опыт такого рода я видел школьником в Панчеве, когда мой словенский учитель Кос объяснял мне теорию молнии Бенджамина Франклина, теорию, которая противоречила мифу о пророке Илье в Идворе, за которую меня чуть не объявили еретиком. Но в электрических разрядах было еще что-то такое, что было неизвестно Бенджамину Франклину, и что впервые было угадано другим великим американским ученым, более знаменитым, чем был Франклин в свое время.

В 1842 году американский ученый Джозеф Генри провел эксперименты, подобные герцовским и сделал пророческое заключение, что разряд имел характер колебаний. Никто до него не высказывал еще этой мысли. Но эксперимент Генри позволял сделать такой вывод. Этот колебательный характер разрядов был доказан математически в 1853 году профессором Вильямом Томсоном в Глазго, и его вычисления были проверены и подтверждены многими экспериментами на протяжении более двадцати пяти лет. Таким образом электрический осциллятор, подобный тому, которым пользовался Герц, был хорошо известным аппаратом.

Что же тогда было нового в исследовании Герца? В основном, это была демонстрация того, что пространство, окружающее осциллятор (сферы с их стержнями), участвует в электрических колебаниях в соответствии с теорией Фарадея-Максвелла, — такое представление было чуждо всем предыдущим электрическим теориям. Другими словами, Герц обнаружил в старых электроколебательных экспериментах новое действие, никем не открытое, и о котором никто не думал до него. Он открыл электрические волны в пространстве вне осциллятора. Помня впечатление от лекции Гельмгольца о Фарадее, я был уверен в те дни, что никто в континентальной Европе, кроме ученика Гельмгольца, — Герца, не мог предсказать, что в тех хорошо известных электрических колебаниях было скрыто новое действие — действие, вытекавшее из теории Фарадея-Максвелла. Мне кажется, что простая аналогия поможет хорошо иллюстрировать это новое явление, которое ожидал Герц, когда принялся за поиски экспериментального доказательства современной электро-магнитной теории. Ни одна научная экспедиция, отправлявшаяся в поиски научных сокровищ, не возвращалась с более богатыми результатами.

Аналогия эта следующая:

Если мы силой наших пальцев оттянем концы камертона и снова отпустим их, то они возвратятся к нормальному положению, после того, как выполнят определенное число колебаний с постепенно уменьшающейся амплитудой. Состояние покоя достигается тогда, когда энергия сгибания, произведенная работой наших пальцев, израсходована, частично на преодоление внутреннего трения в камертоне, частично на противодействие окружающей среды — воздуха; результатом опыта являются звуковые волны, которые посылаются в пространство. Упругость и масса концов камертона определяют период колебания, то-есть высоту тона камертона.

Я должен сказать, что впоследствии я часто доставлял большое удовольствие моим друзьям, когда пытался объяснить им эксперименты Герца, пользуясь при этом тем, что я считал всем хорошо известным действием, действием камертона. Некоторые из них не соглашались со мной, говоря, что это действие так же трудно понять, как и действие осциллятора Герца. Я пытался рассеять их недоверие описанием действия тростника в сербских волынках. Будучи еще мальчиком я наблюдал его и понимал достаточно хорошо, чтобы позднее увидеть в действии камертона действие тростника в сербских волынках. Я понимал действие камертона, потому что я понимал действие тростника. Образованный американец, настаивал я, не должен встречать затруднений в понимании действия простого механизма, которое понимал необразованный сербский крестьянский мальчик.

Описанный выше электрический осциллятор Герца действует как камертон. Процесс разъединения двух зарядов, положительного и отрицательного, и оттеснения зарядов на поверхность сфер действием электрической машины аналогичен процессу отклонения пальцами концов камертона от их нормального положения. В одном случае камертон эластичным противодействием реагирует против сгибания его концов. В другом случае электрические силовые линии в пространстве, окружающем осциллятор, реагируют против действия машины, которая оттесняет их в это пространство, сжимая и растягивая. Это и есть схема действия силовых линий, которую я узнал из работ Фарадея. Но тогда я не понимал этого. В приведенной выше схеме пунктирные кривые являются фарадеевыми силовыми линиями, а стрелки на них указывают направление электрической силы. Осциллятор Герца, а также всё то, о чем мне раньше рассказал Гельмгольц, придали языку и мыслям Фарадея большую ясность. Работа, производимая машиной, вся затрачивается на сжимание и разжимание силовых линий в пространстве, окружающем сферы, то-есть на электризацию этого пространства.