Вскоре жители Норфолька от блестящей семьи Эльдридж, до самого простого рабочего-поденщика, начали питать ко мне те же чувства, что и старый Нетлтон. Я им всегда верил и у меня не было причины сомневаться в их дружбе ко мне. Ни одна предложенная мной на городском собрании резолюция не отклонялась, но я всегда был осторожен и не вносил никаких предложений до тех пор, пока я не был вполне уверен, что они были подходящи для всех. Я скорее бы пожертвовал хорошим мнением обо мне опекунов Колумбийского университета, чем мнением добрых людей Норфолька, этого моего американского Идвора. Во время моих летних отпусков в Норфольке я всегда чувствовал себя счастливым и довольным, как будто я был в родном Идворе. Когда я возвращался из летнего отпуска в свою лабораторию, я всегда был уверен, что возвращался с новой энергией для решения трудных научных проблем. Так ко мне вернулась уверенность, что я полностью оправился от удара и болезни весной 1896 года, и я снова взялся за научно- исследовательскую работу.
Когда в декабре 1895 года до меня дошло известие об открытии Рентгеновских лучей, я был занят исследованием проблемы, над которой начал работать в 1894 году, совершая турнэ по Швейцарии. К ней то и обратился я снова после моего выздоровления. Я должен сказать здесь, что я никогда больше не возвращался к исследованию Рентгеновских лучей, так как долгое время после моей болезни даже один вид Рентгеновской лампы наводил на меня ужас.
Ранним летом 1894 года мы с женой жили в небольшом отеле на Ваннзее, в Швейцарии. Я подготовлял тогда свои лекции по математической теории звука. Трактат лорда Рэлея привлек мое внимание к одной научной проблеме, о которой я вполне узнал за десять лет до этого из знаменитого трактата Лагранжа. Я купил этот трактат у букиниста в Париже и изучал его в саду моей матери в Идворе. Проблема Лагранжа была по существу гипотезой, в ней отражался скорее мир фантазии, чем реальный. Она может быть изложена следующим образом:
Невесомая нитка протягивается, как струна скрипки, и укрепляется между двух укрепленных точек. К нитке на равных интервалах подвешиваются тела равного веса, скажем зарядная дробь. Возникает вопрос: каково будет колебание этой, утяжеленной подвешенными телами, нитки, если каким-нибудь толчком она будет выведена из состояния покоя? Лагранж нашел прекрасное решение для этой интересной проблемы, и это решение знаменует собой начало новой эпохи в истории математической физики. Решение это помогло ему проанализировать математически колебания струны скрипки – одна из знаменитых математических задач в 18-м столетии. Я предпринял смелую попытку найти решение для более общей и менее гипотетической формулы этой задачи. Я допустил, что нитка имеет вес, и что она и прикрепленные к ней весомые предметы двигаются через какую-нибудь вязкую среду, Я чувствовал интуитивно, каково должно быть решение и придавал этому большое научное значение. Наконец я нашел самое общее математическое решение этой обобщенной задачи и особенность этого решения заключалась в том, что оно могло быть сформулировано весьма простыми словами. Я дам эту формулировку позже. Решение было в точности такое, какое я ожидал, и привлекало меня больше, чем что-либо сделанное мной раньше. Я всегда был убежден, что моя тренировка в сигнализации через землю, которой научили меня пастухи Идвора, сыграла решительную роль в этой интуитивной отгадке. Ранние впечатления, особенно касающиеся научных фактов, – неизгладимы.
Я был весьма воодушевлен мыслью, что мог сделать существенное дополнение к решению исторической проблемы, впервые формулированной знаменитым Лагранжем. Желая поделиться своей радостью с женой, я сказал ей, что был готов оставить мои занятия по математике в течение остатка того лета, и мы отправились в поездку по Швейцарии. Это означало: она ехала, а я большую часть времени шел пешком, особенно когда повозка двигалась по извилистой дороге высоко в гору, что в швейцарских поездках бывает очень часто. Сокращая углы и повороты, я встречался с женой то и дело на высших точках крутой дороги и ехал с ней под гору. Во время этой ходьбы, будучи один, я неутомимо размышлял над моим решением обобщенной проблемы Лагранжа. Однажды, когда я взбирался к проходу Фурка, мне пришла мысль, что если движение электричества через проволоку встречается с противодействующими силами, подобными силам в движении материальных элементов в растянутой нитке, то мое обобщенное решение задачи Лагранжа должно быть применимо к движению электричества, и я тотчас понял, что я сделал очень важное изобретение. Я попытался убедить в этом жену, но она сказала: «Я поверю в то, что ты говоришь и с радостью поздравлю тебя, если ты мне пообещаешь, что под конец нашего пути не будешь рассеянным». Я пообещал, хотя было очень трудно сдержать обещание. Я не говорил ей, как мне хотелось снова быть в моей скромной лаборатории в заплесневелом подвале под канцелярией президента Колумбийского колледжа Лоу, несмотря на живописные виды, открывавшиеся предо мной на каждом повороте извилистых дорог к чудесным горным проходам Швейцарии. Когда наша поездка по Швейцарии окончилась, я разработал в голове все детали предполагаемых экспериментов, и жена уже не говорила о моей рассеянности. Меньше чем через год после этого я закончил первую предварительную пробу и приступил к более детальным исследованиям. Но в самом конце 1895 года было объявлено об открытии Рентгеновских лучей и я, как и все, бросил мою работу и обратился к ним. И лишь после моей болезни 1896 года я снова взялся за прерванные в 1895 г. исследования.
Что же представляет из себя изобретение, зародившееся в 1894 году во время моего путешествия по Швейцарии? С этим изобретением связан один из эпизодов научной истории, и я кратко остановлюсь на этом здесь:
Колебательное движение электричества по проволоке напоминает во многом распространение колебательного движения шнура или струны от одного конца к другому. Это распространение электрического движения по длинному проводнику от одного конца к другому впервые было исследовано профессором В.Томсоном-Кельвином в Глазговском университете в 1855 году, когда проектировался Атлантический кабель. Он разработал проблему электрической сигнализации по подводному кабелю, а три года спустя Кирхгоф, бывший моим учителем в Берлине, разработал ее для телеграфной связи по надземным проводам, натянутным на столбы. Когда в 1876 году был изобретен телефон, сразу же появилась необходимость в математической теории телефонной трансмиссии по длинным проводам. Тот, кто понимал работу Томсона и Кирхгофа, мог без особых трудностей разрешить эту проблему телефонной трансмиссии. Француз Ваши и англичанин Хевисайд были первыми, кто разработал ее. Они сделали это в указанном хронологическом порядке: Ваши был на два года впереди Хевисайда. Они оба заметили: так же как в кабеле и в надземной телеграфной линии, в телефоне редукция передаваемой электрической силы была тем меньше, чем больше была так называемая индуктивность проволоки-проводника. Многие склонны думать, что это наблюдение было важным открытием. Я никогда не считал это за открытие, потому что я верил, что работа Томсона и Кирхгофа сделала это наблюдение очевидным. Но как бы то ни было, наблюдение Ваши было сделано на два года раньше Хевисайда, но ни тот и ни другой не усмотрели в этом особый случай общего физического принципа. Этот принцип, между прочим, сделал союзникам большую услугу в Мировой войне, в их борьбе против подводных лодок. Я вкратце остановлюсь на нем.
Звук передается через воду или через твердые тела значительно лучше, чем через воздух. Я знал это, когда, будучи еще подпаском в Идворе, изучал искусство сигнализации через землю. Почему же, спрашивается, вода или твердая земля передает звук лучше воздуха? Идворские пастухи не могли мне ответить на это, но познакомившись с этим явлением в раннем возрасте, я был подготовлен искать его объяснение в динамике, как только я почувствовал в этом необходимость. Она явилась в Швейцарии летом 1894 года.
Передача звука означает собой передачу колебательного движения от одного элемента вещества к другим смежным с ним элементам. Элемент передающий энергию колебания действует, а элемент получающий ее – противодействует. Каждый элемент способен применить три противодействующих силы. Одну – против перемены скорости своего движения, то есть против перемены инерции. Эта реакция называется кинетической реакцией и, как я уже говорил раньше, была открыта Галилеем триста лет назад. Вторая реакция направлена против эластического сжатия получающего элемента. Она называется эластической реакцией и была открыта Хуком, современником Ньютона, двести лет назад. Третья сила является фрикционной реакцией, известной с очень давних времен. Таким образом существуют три формы энергии, производимой в противодействующем элементе каждого вибрирующего тела работой действующего элемента. Результатом первой реакции является энергия движения массы противодействующего элемента; результат второй – энергия эластического сжатия элемента, а третья – дает тепло. Первая и вторая реакции являются энергией звукового колебания и передаются дальше к
