Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Гернек Фридрих (читать бесплатно полные книги .TXT) 📗
При экспериментировании с электрическими разрядами Герц заметил искрение одной из двух близко лежавших друг подле друга изолированных спиралей. Он сразу же предположил, что это явление основано на процессе индукции и его следует толковать как электромагнитный резонанс, сравнимый с аналогичным акустическим явлением. Очевидно, было возможно с помощью искрового индуктора и в открытой катушке с небольшим количеством витков вызывать быстрые электрические колебания.
Теперь Герц вернулся к вопросу, поставленному в конкурсном задании Берлинской Академии наук, от разработки которого он отказался семь лет назад, потому что тогда не видел возможности разрешить его при помощи имевшихся в его распоряжении средств. Но вскоре он вышел за рамки частной проблемы, которая была предметом конкурсного академического сочинения: влияют ли изоляторы на электродинамические процессы?
Герц поставил перед собой гораздо более широкую задачу: он хотел выяснить, существуют ли в действительности электромагнитные волны, предсказанные теорией Максвелла. За несколько дней он изготовил необходимые приборы и начал планомерно экспериментировать.
25 октября 1886 года в дневнике записано: "Получил искровой микрометр и начал с ним опыты". 26 октября: "Ставил опыты над искрами в коротких металлических контурах". 29 октября: "Опыты с искрами". И так продолжается до 2 декабря 1886 года, когда появляется первое значительное свидетельство успеха: "Удалось вызвать явление резонанса между двумя электрическими колебаниями".
В ходе этих опытов Герц создал основную форму дипольной антенны, которая и сегодня применяется в технике УКВ. При помощи этого прибора он мог получать быстрые электрические колебания, необходимые для осуществления его исследовательского замысла и для оценки теории Максвелла.
5 декабря 1886 года Герц отправил Гельмгольцу первое письменное сообщение о своих наблюдениях, противоречащих теории дальнодействия. Предварительные результаты своих экспериментов он обобщил в двух работах.
Первая была опубликована под заголовком "Об очень быстрых электрических колебаниях" в "Видемановских анналах физики и химии". Вторая, толчком для которой послужила идея, высказанная Фарадеем, была написана в его духе и под заголовком "О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд" напечатана в материалах заседаний Берлинской Академии наук. Она была посвящена побочному явлению, возникавшему при некоторых опытах с искрами.
Герц наблюдал влияние ультрафиолетового света на искровой разряд. Он открыл таким образом закономерность, которую уже через год подробно исследовал экспериментальным путем дрезденский физик Вильгельм Галлвакс, а позднее Филипп Ленард. Однако теоретическое объяснение этой закономерности было дано лишь в 1905 году Альбертом Эйнштейном. Речь идет о фотоэлектрическом эффекте, электрическом действии света, которое, как показал Эйнштейн, основывается на квантовом обмене энергией между фотонами и электронами.
В силу чисто внешних обстоятельств, при которых Герц проводил свои опыты, он иногда оказывался на ложном пути. Он должен был работать с очень длинными электрическими волнами. Между тем особые условия резонанса в помещении, где ставились опыты, приводили к неверным результатам. "Неблагоприятное влияние помещений", как он писал, не могло быть устранено даже при усилении тщательности наблюдений.
Он придумывал все новые условия опытов и месяцами проводил контрольные эксперименты, чтобы проверить надежность результатов своих наблюдений. Нередко ему казалось, что он "заблуждается, несмотря на все старания". При этом наиболее сомнительным был вывод, к которому он пришел из-за помех. Ему показалось, что электрическая сила распространяется в проводах с иной скоростью, чем в вакууме. Это противоречило бы максвелловской теории. Через некоторое время ему удалось исправить свою ошибку.
5 ноября 1887 года Герц послал Гельмгольцу новую статью - "О явлении индукции, вызываемом в изоляторах электрическими процессами". Он просил его предложить рукопись Берлинской Академии наук.
Гельмгольца эта работа должна была особенно обрадовать: в ней Герц блестяще и исчерпывающим образом решил конкурсную задачу Академии от 1879 года. Он сумел показать, что изолятор может быть местом электромагнитных процессов. Это подтверждало взгляды Фарадея и Максвелла. Уже через три дня он получил почтовую открытку с ответом: "Рукопись получил. Браво! В четверг передаю ее в печать. Герман фон Гельмгольц".
Теперь Герц ставит опыт за опытом в захватывающем дух темпе. Последовала дальнейшая проверка и подтверждение максвелловской теории. Основные эксперименты Герц мог производить только в перерывах между лекциями, так как он использовал для них свою аудиторию, площадью 14x15 метров, которая была самым большим из имевшихся в его распоряжении помещений. Зал для опытов специально оборудовался. Механик удалял все металлические предметы, которые можно было убрать, прежде всего газовые трубы и люстру. Скамейки были соединены мостками, по которым Герц мог ходить во всех направлениях со своим измерительным инструментом, проволочным кольцом примерно 30 см диаметром. Цинковая пластинка 4 м высотой, которая была укреплена на стене, служила отражателем электрических волн.
Работу экспериментатора снова можно шаг за шагом проследить по дневнику. 29 декабря 1887 года значится: "Экспериментировал. Затеняющее действие железа, рефлексия от стены и т.д.". 30 декабря: "Проследил действие через аудиторию". 31 декабря он заметил: "Устал от экспериментов". И радостно добавляет: "С удовлетворением оглядываюсь на прошедший год".
Литературным отражением этих эпохальных опытов, со всей определенностью подтверждающих теорию Максвелла, была классическая статья "О скорости распространения электродинамических эффектов", которую Герц закончил в январе 1888 года и тоже направил Гельмгольцу. После ее публикации в протоколах заседаний Берлинской Академии наук мир специалистов начал настораживаться.
Уже в марте 1888 года Герц мог сообщить своим родителям, что профессор Рентген из Гисена поздравил его в письме с его экспериментальными работами, заметив, что они являются лучшими из работ последних лет в области физики.
Рентген в то время еще не был всемирно известным первооткрывателем лучей, названных в его честь, но уже и тогда он считался выдающимся физиком-экспериментатором и пользовался заслуженным уважением как автор ряда серьезных работ. Поэтому Герц по праву гордился благоприятным отзывом старшего, проявившего себя в науке и признанного специалистами коллеги.
Но молодой исследователь не позволил себе удовлетвориться достигнутыми успехами. Ему удалось произвести и показать на прямолинейных проводах и в свободном пространстве постоянные электрические волны. Эти нередко крохотные искорки, которые он должен был с лупой отыскивать в затемненной аудитории, убедительно показывали узлы и выпуклости электрических волн. "Я считаю, писал Герц Гельмгольцу в марте 1888 года, - что волновую природу звука в свободном пространстве нельзя представить так же ясно и наглядно, как волновую природу электродинамического распространения".
Двенадцать лет спустя в своей вступительной лекции в Лейпциге Больцман сказал, что этот эксперимент "нанес почтенной теории электрического флюида такой удар, от которого она уже не смогла оправиться". Чтобы неопровержимо доказать единую сущность световых и электрических волн. Герц последовательно повторил все основные оптические опыты: отражение, преломление и поляризацию - с электрическими волнами. После первых неудач он достиг цели при помощи случайно обнаруженных им коротких волн.
С двумя большими параболическими зеркалами - цилиндрами из цинковой жести, - используя пучки электрических лучей, он мог вызывать эффект прожекторов, подобный оптическому. При помощи вылитой из твердой смолы изолирующей призмы 1,5 м высотой и 6 ц весом он добился отклонения электрического волнового пучка, соответствующего преломлению световых лучей в стеклянной призме. Наконец, он смог убедиться и в поляризации электрических волн при помощи проволочной сетки.
