ПРЕДСКАЗАНИЕ М.ФАРАДЕЯ

12 марта 1832 г. в британское Королевское общество (аналог Императорской АН в России) М.Фарадей (1791-1867) направляет письмо-пророчество – «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества». Обнаруженный в 1938 г. и изученный документ содержит ясновидение: «Я пришел к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, которое, очевидно, окажется весьма незначительным. Я полагаю, что электрическая индукция распространяется точно таким же образом. Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной поверхности… По аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции… В настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов». Свое «предвидение» Фарадей все же раскрывает в 19-й серии своего научного дневника (1845), а еще позднее в опубликованном письме – «Мысли о лучевых колебаниях» (1864). Считается, что 13 сентября 1845 г. Фарадей провел ключевой эксперимент по определению родства света и электромагнитных сил, послужившей становлению и развитию электромагнитной теории света и невидимых электромагнитных колебаний (ЭМК) (подробнее см. <http:lib.mexmat.ru/books/8553>).


МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТРОЙКА ДЖ.МАКСВЕЛЛА

В начале 1850-х г. шотландец Дж.Максвелл (1831-1879) приступил к изучению изданного лабораторного журнала Фарадея «Экспериментальные исследования по электричеству» (1831-1846). Впоследствии в предисловии к 1-му изданию своей важной работы «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873) Максвелл написал: «Прежде чем я начал изучать электричество, я решил не читать математических трудов по этому предмету до тех пор, пока я досконально не прочту фарадеевских “экспериментальных исследований”; главным образом в надежде сделать его идеи основой математической теории я и предпринял написание этого трактата»; «Я ограничился почти исключительно математическим изложением предмета». В «Трактате…» и др. своих работах Максвелл заявил: “Электромагнитная теория света, предложенная Фарадеем, является по существу той же самой, которую я начал развивать”; разъяснил: в электромагнитном поле «могут распространяться только те возмущения, которые являются поперечными по отношению к направлению распространения, и что скорость распространения так близка к скорости света, что мы имеем, по-видимому, серьезное основание сделать заключение, что и свет (включая лучистое тепло и различные другие излучения) является электромагнитным возмущением, имеющим форму волн, распространяющихся через электромагнитное поле согласно электромагнитным законам».

Однако в работах Фарадея и Максвелла не встречаются термины «электромагнитная волна» (ЭМВ), «длина волны»; отсутствуют прямые указания на возможное наличие в природе др. ЭМВ, отличающихся от световых числом колебаний в ед. времени. Формально говоря, Максвелл не предсказывал невидимых для глаз высокочастотных электромагнитных возмущений, распространяющихся в эфире со скоростью света. Его последователи теоретически провозглашали их существование как аксиому, хотя не понимали, для чего они понадобятся. Известное с 1832 г. явление самоиндукции (открытое американцем Дж.Генри, 1797-1878), как частный случай электромагнитной индукции, Фарадеем было в отдельных опытах использовано, однако в письменных его работах упоминание термина отсутствует.

Трудно поверить, что одаренным ученым не была известна разработанная российским физиком Э.Х.Ленцем (1804-1865) еще в 1833 г. сверхгениальная теоретическая и практическая формула расчета ЭДС самоиндукции:            E=-Ldi/dt. Также кажется невероятным, что они не были знакомы с резонансом и другой, не менее замечательной формулой: T=2π√LC, выведенной физиком-ирландцем У.Томсоном (1824-1907) в 1853 г.  Отметим, что именно явления самоиндукции, резонанса, указанные формулы послужили базой физическому направлению, наименованному «радиотехника» в ХХ в..

Максвелл не встречался с Фарадеем. В руководимой им богато оснащенной и известной Кавендишской лаборатории британского Кембриджского университета с момента создания в 1971 г. не было предпринято попыток по проверке положений открытой электродинамической теории. Однако известно, что Максвелл не находился в плену оторванного от жизни «чистого теоретизирования». Им выполнены некоторые работы прикладного характера, например, предложена методика получения цветных фотографий, придумано средство для удаления жировых пятен с одежды.


ТАЙНОЕ СТАНОВИТСЯ ЯВНЫМ

Американский исследователь атмосферного электричества Б.Франклин (1706-1790), возможно, был первым человеком, не раз управлявшим смещением электрического разряда на заметное расстояние. Эксперименты с установкой первых молниеотводов (громоотводов) Франклин проводил в 1760 г. На пикниках в долине реки Скулкилл, вблизи г. Филадельфия, он изумлял присутствующих одновременным поджиганием спиртовок от переносимых посредством воды разрядов Лейденских банок, располагавшихся на разных берегах речного потока, от одной из которых затем разжигал огонь в вертелах для зажаривания индеек. За работами Франклина внимательно следил талантливый российский физик Г.В.Рихман (1711-1753); он ранее многих других ученых пришел к выводу о воздушной  взаимосвязи электрических явлений. Заметим, что в России «падающую» Невьянскую наклонную башню (на Урале) оснастили заземленным металлическим шпилем примерно за 25 лет до появления молниеотводов Франклина (см. «НиЖ» 2003, №6).

В ноябре 1780 г. интересующаяся наукой и любопытная Л.Галеацци – молодая жена итальянского профессора-физиолога Л.Гальвани (1737-1798), будучи в его в лаборатории, обратила внимание мужа на подергивания лапок лягушек в моменты, когда ассистент дотрагивался до них скальпелем, а другой помощник вращал рукоятку электрофорной машины (см. «НиЖ», 2004 г., №12). Многие историки науки в прошлом и настоящем относят эти работы к первым наглядным демонстрациям беспроводной электросвязи.

В XIX в. Многие ученые-физики публиковали материалы о наблюдении ими передач по воздуху быстрых электрических колебаний. В 1842 г. Генри показывал, что искра от Лейденской банки «длиной около дюйма (25,4 мм), проскакивающая на конец проволочного контура, находящегося в верхнем помещении здания, создавала индукцию достаточно мощную для того, чтобы намагнитить иглы, помещенные в параллельной проволочной цепи, расположенной внизу здания, в погребе, причем расстояние (по перпендикуляру) между верхней и нижней цепями равнялось 30 футам (9,14 м) и они разделялись двумя полами и потолками». В 1858 г. австрийский профессор физики П.Блазерна (1836-1918) представил результаты исследований по измерению значения тока во вторичной («побочной») проволоке натянутой параллельно проводу, замыкающему Лейденскую батарею: «При одном и том же главном проводе сила проводов различной длины не будет постоянной, но возрастает до известного предела – максимума, - а затем снова убывает». Он показал графически изменения значения напряжения во вторичной цепи в виде весьма сглаженной кривой, но все же похожей на резонансную.


Г.ГЕРЦ ЗАБЛУЖДАЛСЯ

Перечисленные работы лишь поясняют, что великий немецкий физик Г.Р.Герц (1857-1894) невидимые глазу ЭМК открывал не на «пустом месте». Нет оснований полагать, что к нему пришло внезапное «озарение». Значимость его работ заключается в том, что он первым дал трактовку явлениям, которые многим представлялись в виде неопределенных образов. В продолжение теории и терминологии Максвелла сформулировал понятие «электродинамическая волна». Герц предложил реальную систему (ППС), повторенную многими физиками-экспериментаторами в разных странах.

Подробное описание ППС и методику работы с ней представил в работе «О весьма быстрых электрических колебаниях» (1887). В иллюстрациях к сочинению красочно изобразил сферические линии распространения ЭМВ от разрядного промежутка. Герц ошибся. В передатчике антенной служили проволоки (5 мм) изобретенного им диполя, в приемной части – настраиваемый контур. Длину искры ему приходилось измерять «на глаз», применяя мерные линейки и увеличительные лупы.

Сразу же после опытов Герца у многих возникли предложения по использованию ППС для беспроводных передач телеграфных сигналов. Однако сам он не понимал значимости открытия, сведения о высокочастотных ЭМК, также как и электродинамические постулаты Максвелла, относил к отвлеченным познаниям. На занятиях студентам пояснял: «В этом нет какой-либо необходимости. Проведенный эксперимент показал правоту маэстро Максвелла всего лишь. Получили мистические, невидимые глазом, электромагнитные волны. Они действительно есть. И ничего более, я полагаю».

В 1889 г. к Г.Герцу обратился гражданский инженер Г.Губер из Мюнхена (Германия) с запросом, не могут ли быть открытые Г.Герцем волны использованы для беспроволочного телеграфа? В1897 г., через три года после смерти Г.Герца, инженер Г.Губер переслал письмо Г.Герца в Elektrotechnische Zeitschrift («Электротехнический журнал»), которое и было там напечатано без комментариев:

«Милостивый государь!
Я с удовольствием отвечаю на Ваше любезное письмо от 1 декабря. Силовые магнитные линии распространяются подобно лучам, так же как и электростатические силовые линии, только тогда, когда их колеба¬ния достаточно быстры; в этом случае оба типа силовых линий неотделимы друг от друга, и лучи или волны, о которых идет речь в моих исследованиях, могли с одинаковым правом быть названы как магнитными, так и электрическими. Но колебания трансформатора или телефона намного более медленны. Предположим, что у нас 1000 колебаний в сек., что уже представляется довольно высоким числом колебаний; этому соответство¬вала бы в эфире волна длиной в 300 км; фокусные расстояния применяемых зеркал должны были бы иметь размеры того же порядка. Если бы Вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с материк, то Вы могли бы отлично поставить опыты, которые Вы имеете в виду. Но с обычными зеркалами практически сделать ничего нельзя, и Вы не сможете обнаружить ни малейшего действия. Так по крайней мере я думаю.
С совершенным уважением, преданный Вам, Г. Герц.»

Ставшее известным письмо-обращение к Г.Губеру проясняет, что Г.Герцу неведом был принцип модуляции. Он не знал каким образом исследованные им высокочастотные колебания могли служить переносчиками медленных электрических процессов – телеграфных точек и тире, звуковых сигналов телефонии и др.


АБСТРАКТНЫЕ ТВОРЕНИЯ БУДУЩЕГО

В конце 1880-х г. итальянский физик Ф.Кальцески-Онести (1853-1922) исследовал проводимость металлических порошков (опилок), нанесенных на изолирующие пластинки разных форм, а также помещенных в стеклянные или эбонитовые трубки. Подключал их к батарее питания через гальванометр и еще последовательно с катушками индуктивности телефонных аппаратов. Пришел к выводу, что проводимость совокупности металлических частиц изменяется под воздействием ЭДС самоиндукции индуктивных элементов цепи.

В начале 1890-х г. французский профессор физики Э.Бранли (1844-1940) продолжил опыты К.-Онести. Проводимость тонких слоев из частиц меди, железа, алюминия или изолирующих трубок заполненных порошками из металлов он проверял вблизи Лейденских банок разряжаемых по проволокам через воздушный промежуток. Разработанный элемент, способствующий индикации (детектированию) искры, назвал «радиокондуктором» (РК). Подметил, что с увеличением длины присоединяемых к РК проводов возрастает до 20 м расстояние фиксации разряда. Бранли, также как и К.-Онести, проводил свои эксперименты вне связи с работами Герца.

Известный в Европе английский ученый О.Лодж (1851-1940) как бы «срастил» опыты Герца и эксперименты Бранли. Радиокондуктор он пожелал назвать когерером (от англ. to cohere - сцепляться). Лодж будто бы имел собственное теоретическое представление об электромагнитном поле. Однако не мыслил о распространении информативных сообщений в его пространстве. До необходимости применения антенны в собираемых лабораторных макетах он не додумался.