Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

В середине прошлого столетия исследования в области электричества, магнетизма и оптики достигли больших высот, что позволило объединить все существующие представления в одну теорию, получившую название электродинамики. Это сделал известный английский физик Джеймс Клерк Максвелл. Экспериментальную проверку новой теории осуществил немецкий ученый Генрих Рудольф Герц.

В 1887 г. он построил опытную установку, с помощью которой доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, подтвердив тем самым предсказания теории Максвелла. В своих опытах Герц пользовался сконструированным им генератором электромагнитных колебаний (вибратором Герца); эти колебания улавливались другим прибором — резонатором. Герц провел обширные исследования свойств электромагнитных волн и подтвердил их сходство со светом. Однако у Герца не возникло мысли, что посредством этих волн можно передавать информацию, подобно тому как это делается с помощью электрических сигналов в телеграфном кабеле. Тем не менее несколько лет спустя эта идея получила распространение в мире ученых. Русский физик Александр Степанович Попов опубликовал в 1895 г. результаты своих исследований относительно возможности передачи сообщений с помощью электромагнитных волн [6] А.С. Попов в 1889 г, впервые указал на возможность использования электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние. В 1894 г. он сконструировал генератор электромагнитных колебаний и когерер — элемент приемника, а также изобрел приемную антенну. 24 мая 1896 г. он передал первую в мире радиограмму, состоящую из двух слов: «Генрих Герц», — Прим. ред. . В том же году 20-летний итальянец Гульельмо Mapкони (человек, не имеющий специальной теоретической подготовки и получивший лишь домашнее образование), вдохновленный работами Герца, начал свои эксперименты.

Занимаясь техническим усовершенствованием своей установки, Маркони постепенно пришел к выводу, что для радиопередатчика необходимы заземление и антенна. Увеличивая антенну, он непрерывно увеличивал и дальность передачи: от 2,5 км в 1895 г. она возросла в 1897 г. до 18 км. В это время Маркони перебрался в Англию и подал заявку на патент; в 1897 г. он получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочной связи (А.С. Попов свое открытие не патентовал). Получив финансовую поддержку правительства, Маркони осуществил в 1902 г. связь через Атлантический океан — на расстояние в 3400 км. Это был успех не только итальянского изобретателя. Профессор физики Страсбургского университета Карл Фердинанд Браун изобрел в 1898 г. колебательный контур значительной емкости и с малым затуханием. Вскоре после этого он изготовил кристаллический детектор, который быстро нашел применение в первых радиоприемниках. Браун изобрел несколько типов антенн и предложил много других технических усовершенствований, которые способствовали развитию радиосвязи.

В начале нашего века существование радио стало фактом. В 1909 г. Нобелевский комитет по физике принял решение о награждении Маркони и Брауна. Это было признанием больших технических достижений, которые стали возможны благодаря теоретическим открытиям, сделанным в предшествующие несколько десятилетий. К сожалению, работы А.С. Попова — истинного изобретателя радио — остались малоизвестными на Западе. Он умер в 1906 г., так и не попав в поле зрения Нобелевского комитета.

В то время, когда Маркони и Браун были удостоены Нобелевской премии, в Кембридже работал Оуэн Уилланс Ричардсон. В знаменитой Кавендишской лаборатории он исследовал явление термоэлектронной эмиссии (испускание электронов нагретыми телами). Ранее Дж. Дж. Томсон установил, что металлы при сильном нагревании испускают электрически заряженные частицы. В 1901 г. Ричардсон вывел термодинамическую формулу зависимости плотности термоэлектронной эмиссии от температуры поверхности катода. Эти исследования довольно скоро перестали быть чисто теоретическими и нашли широкое применение при конструировании электронных ламп для радиотехники. Между прочим, первая электронная лампа, была создана самим Ричардсоном в 1901 г. — в известном смысле это можно рассматривать как дату рождения современной электроники.

G того времени радиотехника и радиосвязь стали бурно развиваться, и через 20 лет после изобретения радио появилось телевидение. Кинескоп, который, создает телевизионное изображение, является отдаленным потомком электронно-лучевой трубки, созданной Брауном в 1897 г. Впечатляющие успехи радио и телевидения вновь привлекли внимание Нобелевского комитета по физике, и по решению его членов в 1928 г. Нобелевская премия была присуждена Ричардсону.

На протяжении нескольких, десятилетий электронные лампы считались вершиной достижений инженерной мысли. Все более сложные их модификации, которые связывались во все более сложные системы, и привели в конце концов в 1946. г. к появлению первого компьютера. Два года спустя открытие, сделанное, в американской научно-исследовательской фирме «Белл телефон лабораторией, коренным образом изменило положение. Джон Бардин и Уолтер Браттейн открыли транзисторный эффект и изготовили первый полупроводниковый прибор — транзистор. Одновременно теорией этого процесса занимался сотрудник, той же лаборатории Уильям Брэдфорд Шокли.

Даже самые первые, еще очень несовершенные транзисторы были во всех отношениях значительно удобнее электронных ламп и быстро начали их вытеснять. Теория транзисторного эффекта сама по себе имела большое, значение для теоретической физики. По этим причинам Нобелевский комитет принял решение присудить Нобелевскую премию по физике за 1956 г. трем названным ученым — за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта. За прошедшие три десятилетия полупроводниковая техника принципиально усовершенствовалась и привела к возникновению современной микроэлектроники. Без сомнения, изобретение транзистора явилось одним из крупнейших открытий нашего века, которое сделало возможной автоматизацию многих процессов и внесло коренные изменения в жизнь людей. Это во многом было предопределено изобретением радио и развитием радиотехники. Исследования радиоволн привели также к интересным открытиям, имеющим серьезные последствия.

В первое время после изобретения радио выдвигались самые различные гипотезы о распространении радиоволн. В 1902 г. английский физик Оливер Хевисайд предположил, что в верхней части атмосферы имеется ионизированный слой, отражающий радиоволны. Это дает возможность принимать в Европе радиосигналы, например, из далекой Новой Зеландии. Радиоволны, последовательно отражаясь от атмосферы и земной поверхности, обходят вокруг всего земного шара. Однако это относится только к радиоволнам определенного диапазона. Ультракороткие радиоволны не отражаются от ионизированного слоя атмосферы, и поэтому телевизионный сигнал можно принимать лишь в зоне прямой видимости.