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.
Сравним теперь движение концов камертона после того, как давление пальцев было устранено, с электрическим движением, когда нарушается воздушный промежуток и действие электрического генератора приостанавливается. Концы камертона посылаются обратно к их нормальному положению силой упругости, вызванной сгибанием. Но, когда концы камертона стремятся к нормальному положению, то они движутся с некоторой скоростью. По инерции они движутся дальше за точку нормального положения до тех пор, пока энергия движущей массы не израсходуется. Тогда зубцы начинают двигаться назад в обратном направлении, начиная второй цикл движения, а затем третий, четвертый и т.д. Ясно, что эти циклы будут следовать один за другим в течение равных интервалов времени, которое дает определенную высоту тона камертону. Периодическое движение такого типа называется осцилляцией или колебанием. И ясно, что это является периодической трансформацией энергии эластического сгибания в энергию движения массы концов камертона и окружающего воздуха. Движение в конечном итоге сводится на нет, до состояния покоя, когда энергия сгибания, произведенная в начале работой пальцев, используется до конца. Очень важен вопрос о том, что сделалось с этой энергией. Ответ звучит так: энергия частично израсходована на преодоление внутреннего трения и частично на преодоление реакции окружающего воздуха, результатом чего являются звуковые волны. Звуковая волна – это краткое имя, говорящее о физическом факте, что в воздухе существуют сжимания и расширения, сменяющиеся в периодически повторяющихся интервалах. Создание звуковых волн в воздухе является доказательством того, что воздух в пространстве, окружающем камертон, участвует в движениях камертона.
Полностью аналогичный эксперимент был произведен Герцем с его электрическим осциллятором, причем его основной целью было найти, реагировало ли электрическое поле, то есть электрическое пространство, окружающее осциллятор, как реагирует воздух, приводимый в движение вибрирующим камертоном. Если реагировало, то оно должно производить электрические волны. Если электрические волны действительно существовали, то что же они должны были из себя представлять? В данном выше описании осциллятора и его действия были упомянуты только две вещи: действие электрической машины, заряжающей осциллятор, и реакция силовых линий против напряжений и давлений, посылающих их в окружающее пространство. Электрические волны поэтому представляют собой ничто иное, как периодические колебания напряжений и давлений в силовых линиях, то есть периодические вариации плотности силовых линий в окружающем осциллятор пространстве. Это и нашел Герц.
Нарушение воздушного промежутка в электрическом осцилляторе и, как следствие этого, приостановка действия электрического генератора аналогично устранению давления пальцев на концы камертона. Электрические заряды на сферах с присущими им силовыми линиями, подвергающиеся сжатию и расширению, освобождаются и движутся друг к другу через воздушный промежуток. Последний является проводником. Так же как концы камертона, после устранения давления пальцев, не могут оставаться в растянутом положении, так и электрические силовые линии, после того, как был нарушен изолирующий воздушный промежуток и было приостановлено действие машины, не могут оставаться в состоянии растяжения; они сжимаются, и поэтому их положительные конечные точки на одной сфере и отрицательные на другой – движутся навстречу друг к другу. Движение растянутых силовых линий с их конечными точками – зарядами на сферах – имеет инерцию. Максвелл первый показал, что сила инерции движущихся электрических силовых линий, равна числу магнитных силовых линий, которые, согласно открытию Эрстедта, получаются благодаря движению электрических силовых линий.
Движение электрических силовых линий имеет не только инерцию, но и энергию. Пользуясь выражением Фарадея, мы можем сказать, что электрическая энергия растянутых электрических силовых линий трансформируется в энергию электрических движений. Это полностью аналогично переходу энергии упругости оттянутых концев камертона в энергию движения их массы. И так же, как инерция движущейся массы камертона оттягивает концы его в противоположное направление и продолжает это действие до тех пор пока движение не исчезает, так и импульс движущихся электрических силовых линий будет снова растягивать их до тех пор, пока энергия движения не иссякнет. Тогда обе сферы заряжаются снова, но в направлении обратном тому, которое было вначале. После этого растянутыми электрическими силовыми линиями начинается новый цикл электрического движения, которое повторяется волнообразно до тех пор, пока первоначальная электрическая энергия, произведенная генератором, не будет израсходована.
Но куда девается энергия? Этот вопрос так же важен в данном случае, как он был важен в примере с камертоном. Старые электрические теории отвечали на этот вопрос по-своему, но Максвелл, под влиянием идей Фарадея, ответил на него иначе. Старые теории утверждали, что кроме движения зарядов по проводимой поверхности сфер и стержней, другого электрического движения нет. Они не обращали никакого внимания на движение силовых линий, так как не знали об их существовании. Они видели не сами линии, но лишь их конечные пункты, заряды. Поэтому, согласно старым теориям, вся энергия производимая машиной, превращается в тепло проводников осциллятора.
Герц первый доказал, что часть энергии излучается в пространство подобно тому, как энергия камертона излучается в форме звуковых волн. Он обнаружил в пространстве, окружающем осциллятор, присутствие электрических волн, то есть периодически повторяющихся изменений в плотности электрических силовых линий. Он измерил их длину и, вычислив период своего осциллятора, разделил длину волны на период и получил скорость распространения. Скорость распространения волн, согласно ранним экспериментам Герца, выходила приблизительно равной скорости света, как это и предсказывала теория
