действует на камертон, то максимальное движение концов его производится тогда, когда высота тона или частота движущей силы равна частоте камертона. Тогда говорят, что оба они находятся в резонансе, то есть движение камертона резонируется или синхронизируется с действием силы. Каждый гибкий предмет имеет присущую ему частоту. Столбик воздуха в трубке органа имеет свою частоту; то же относится и к струне рояля. Можно у всех этих предметов вызвать колебание, воспроизводя голосом ноту присущей им частоты. Нота различной частоты практически совсем не вызывает колебания. Явления акустического резонанса хорошо известны и не нуждаются здесь в дальнейшем объяснении. Существует также электрический резонанс, очень похожий на акустический. Если вы понимаете один из них, вы легко поймете и другой.
Если электрический проводник, скажем медная проволока, свертывается кольцеобразно, образуя спираль со многими оборотами, концы которой присоединяются к конденсатору, то есть к электропроводным пластинкам, разделенным между собою изолирующим материалом, то движение электричества по этой цепи тока подчиняется тем же законам, что и движение концов камертона. Всякое движение электричества или материи полностью определяется силой, производящей его, а также силами, с помощью которых движущийся предмет реагирует на движение. Если закон действия этих сил тот же самый и для движущейся материи и для движущегося электричества, то их движения подобны. Движущие силы называются действием, а противоположные им силы – противодействием. Третий закон Ньютона о движении гласит: действие равно противоположному ему противодействую. Я всегда считал этот закон самым основным законом для всех естественных наук. Он применим ко всякому движению – безразлично, что из себя представляет движущийся предмет: весомую материю или невесомое электричество. Двадцать шесть лет тому назад мой студент А.Р.Гелатин, в знак признательности за мои лекции, подарил большую индукционную катушку электрической лаборатории Колумбийского колледжа. Данная мною формулировка основного закона электричества, говорил он, сделала для него в физике всё ясным. Это было весьма лестно для молодого профессора и конечно с этого времени мы стали близкими друзьями. Он – банкир, а я всё еще профессор, но интерес к основным принципам естественных наук связывает нас в этой дружбе.
Электрическая сила, движущая электричество по только что описанной цепи тока, испытывает два главных противодействия. Одно противодействие происходит вследствие электрических силовых линий, которые, будучи присущи электрическому заряду на пластинках конденсатора, оттесняются в изолирующее их друг от друга пространство. Противодействие соответствует эластическому противодействию концов камертона и подчиняется тому же закону. В примере с камертоном эластичное противодействие пропорционально перемещению концов камертона из их нормального положения. В электричестве противодействующая сила пропорциональна электрическим зарядам, которые были разъединены друг от друга – отрицательное от положительного – и направлены к пластинкам конденсатора. Назовите это разъединение электрическим перемещением и закону может быть дана та же формулировка, что и упомянутая выше, а именно: противодействующая сила пропорциональна электрическому перемещению. Чем больше расстояние между пластинками и чем меньше их поверхность, тем больше противодействие для данного электрического перемещения. Изменяя эти два соотношения, мы можем изменять так называемую емкость электрического конденсатора. В этом и заключается ваше действие, когда вы поворачиваете валик радиоприемника и изменяете емкость его конденсатора.
Вибрирующие концы камертона имеют инерцию, и всякое изменение инерции вызывает сопротивление противодействующей силе, так называемой инерции противодействия, которая равна скорости этого изменения. Это было открыто Галилеем более трехсот лет тому назад. Мы испытываем действие этого закона каждый раз, когда ударяемся о движущийся предмет. Ирландский матрос, упавший с корабельной мачты и уверявший своих друзей, что не падение ушибло его, а внезапная остановка падения, прекрасно охарактеризовал противодействующую силу, возникающую благодаря быстрой перемене в инерции. Каждый мальчик и девочка в общественных школах должны знать основной закон Галилея, и они будут его знать, если перед ними продемонстрировать несколько простых экспериментов. Но много ли найдется учителей, которые объясняют этот закон? Только подумать, какой позор для нашей современной системы образования иметь так много интеллигентных мужчин и женщин, юношей и девушек, не знающих основного закона Галилея, открытого так давно.
Движущееся электричество имеет инерцию. Магнитные силовые линии, производимые движением, являются мерилом этой инерции. Их изменение наталкивается на сопротивление противодействующей силы, равной скорости этого изменения. Это было открыто Фарадеем около ста лет тому назад. Чем больше число оборотов проволоки в катушке, тем сильнее будет инерция для данного электрического движения, то есть для данного электрического тока. Но как можно ясно понять этот стройный, открытый Фарадеем закон, не понимая более простого открытия Галилея? Тот факт, что электричество, точно так же как и материя, имеет инерцию и что оба они подчиняются тому же закону инерции, является одним из самых замечательных научных открытий. Каждый раз, когда я думал о том, что так много интеллигентных и культурных людей ничего не знают об этом, я осуждал систему образования современной цивилизации.
Движение электричества по проводнику, описанное выше, преодолевает противодействующие силы, подчиняющиеся тому же закону, что и движение гибких концов камертона. Оба движения поэтому аналогичны. В электрической цепи тока, имеющей спираль и конденсатор, движущееся электричество имеет определенную инерцию и определенную силу сопротивляемости. Поэтому оно будет иметь определенную высоту или частоту для своего колебательного движения, точно так же как и камертон. Оно будет действовать как резонатор. Отсюда ясно, что электрический резонатор, высота колебаний которого может регулироваться приспособлением его спирали или конденсатора или и того и другого, является отличной параллелью акустическому резонатору. С помощью электрического резонатора такого типа, имеющего приспособляемую спираль и конденсатор, мне удалось обнаружить гармонические колебания в искаженных переменных токах Роулэнда тем же путем, каким Гельмгольц обнаружил гармонию в гласных звуках, но со значительно большей легкостью, так как высота колебаний электрического резонатора может быть легко и аккуратно изменена регулированием его спирали и конденсатора. Сегодня миллионы людей проделывают эту операцию, когда они поворачивают валик радиоприемника, приспособляя его к длине волны радиостанции. Выражение: «приспособление радиоприемника к высоте или частоте колебаний радиостанции» – более подходящее, так как оно напоминает об аналогии, существующей между акустическим и электрическим резонансами. Процедура эта впервые была проделана тридцать лет назад в «коровьем хлеве» Колумбийского колледжа. Я назвал ее «электрической настройкой», и это название осталось за ней до настоящего времени. Слово «настройка» было подсказано мне действием, которое производит сербский волынщик при настройке своей волынки и которое я с большим интересом наблюдал, будучи еще мальчиком. Те ранние впечатления способствовали тому, что акустический и электрический резонансы явились мне позже, как само собой разумеющиеся явления.
Результаты этого исследования были опубликованы в «American Journal of Science» («Американский Научный Журнал») и в «Transaction of the American Institute of Electrical Engineers» («Труды Американского Института электро-инженеров») за 1894 год. Как мне говорили, результаты эти никем не были предсказаны и полностью подтвердили взгляды Роуленда относительно магнитной реакции железа, когда оно подвергается магнитному действию переменного тока. Когда Гельмгольц приехал в 1893 году в Америку, я показал ему свои электрические резонаторы и исследования, которые я производил с ними. Он был порядочно удивлен поразительным сходством между его акустическим анализом резонанса и моим электрическим анализом и настойчиво посоветовал мне продолжать работу и повторить его ранние эксперименты в акустическом резонансе, потому что мой электрический метод был более удобен, чем его.
Гельмгольц всегда был заинтересован в анализе и синтезе колебаний, соответствующих человеческой речи. Телефон и граммофон не переставали восхищать его. Во время посещения Америки он с большим удовольствием предвкушал встречу с Г.Беллом и Эдисоном. Простота их изобретений поражала его. Кто мог ожидать, что простой диск может колебаться так, чтобы верно воспроизводить весь комплекс колебаний, присущих человеческой речи. Гельмгольц был у меня в гостях в Манмаут-Бич, и мы провели с ним в воскресенье послеобеденное время за разговорами, вспоминая прошлое. Я между прочим рассказал ему, какое впечатление произвел на меня телефон, когда я первый раз услышал его. Это случилось в те дни, когда я был в Америке еще новичком и когда я пытался усвоить произношение английского языка. Телефонная пластинка прекрасно повторяла всё, что говорилось на другом конце, и я сказал себе:
