Американские ученые и изобретатели

В течение своей долгой карьеры Лангмюр никогда не брался специально за исследования, преследуя прямую практическую цель. Все эти полезные результаты были просто побочными продуктами изучения основных загадок природы. Лангмюра часто спрашивали, почему он начал то или другое исследование, и он неизменно отвечал: «Наверное, потому что я очень любопытен». Когда же его спрашивали, почему он продолжал в этом направлении, он отвечал: «Меня это забавляет».

Двумя столетиями раньше, Горэс Уолпол назвал «искусство использовать неожиданные случайности — serendipity».

Талант Лангмюра в этом искусстве целых пятьдесят лет давал ему немало возможностей «позабавиться», принес ему почетные дипломы, медали и Нобелевскую премию. Лангмюр же открыл миру больше увлекательных подступов к новым областям знания, чем любой другой из его современников-американцев.

За все эти неожиданные удачи «Дженерал Электрик» платила щедро, но отнюдь не оставалась в накладе. В результате открытий, полученных в собственных лабораториях, «Дженерал Электрик», эта частная американская корпорация, в 1954 году была богаче и могущественней, чем были до первой мировой войны многие вместе взятые европейские королевства и империи, чьи гусары и лейтенанты щеголяли расшитыми мундирами в Вене, Берлине и Париже как раз в то самое время, когда Ирвинг Лангмюр в высоком крахмальном воротничке и брюках с узкими манжетами сошел с поезда на станции Скенектеди (США) в 1909 году.

Маленький мир в стеклянном шаре

«Когда я впервые пришел в „Дженерал Электрик“ в 1909 году, — писал Лангмюр, — большая часть сотрудников лаборатории была поглощена работой над выплавкой вольфрамовой нити».

Вольфрам был превосходным материалом для нитей в лампочках накаливания. Его можно было нагревать до необычайно высоких температур — вплоть до 3100°, — и поэтому он давал значительно более яркий свет, чем другие металлы.

Доктор Кулидж, специалист «Дженерал Электрик» в области рентгеновских лучей, разработал метод выплавки проволоки из вольфрама, но негибкий, ломкий металл ставил перед исследователями множество проблем. Любопытство Лангмюра разожгло то, что до сих пор в лаборатории удалось изготовить всего три нити накаливания, хорошо работающие под переменным током. Все другие оказывались хрупкими и ломкими.

Поскольку докторская диссертация Лангмюра была посвящена газам, он высказал предположение, что одной из причин неудач с вольфрамовой нитью является чрезмерное количество газа, остававшееся в металле при ее изготовлении. Он заявил Уитни, что ему бы хотелось заняться именно этой проблемой. Впрочем, на его решение повлияли и другие обстоятельства: ему еще не приходилось видеть таких превосходных вакуумных аппаратов, каким располагали лаборатории «Дженерал Электрик», и работа над вольфрамовой нитью помогла бы ему как следует ознакомиться с этой новой техникой.

Начав почти наугад, он взял одну лампочку накаливания с вольфрамовой нитью и присоединил ее к необычайно чувствительному прибору, измеряющему низкие давления, — недавно изобретенному манометру Мак-Леода. Ему хотелось проверить, увеличивается ли содержание газа в горящей лампе.

Дня через два манометр Мак-Леода показал, что лампочка наполнена количеством газа, в 7 тысяч раз превышающим объем вольфрамовой нити. Совершенно неожиданный результат! Более того, судя по всему, увеличение количества газа еще не прекратилось. Лангмюр начал опыт, чтобы посмотреть, выделяет ли газ накаленная нить. В ходе опыта он обнаружил так много газа, что стало ясно: источник его значительно больше по размеру, чем проволока толщиной в волосок.

«В то лето я узнал, что стеклянные поверхности, которые предварительно не подвергались длительному прогреванию в вакууме, медленно выделяют водяной пар. Он вступает в реакцию с вольфрамом и образует водород».

«Среди инженеров-электриков существовало мнение, что если бы можно было повысить вакуум в лампе, лампа стала бы работать значительно лучше… Однако я не знал, как добиться большего разрежения, и вместо этого предложил изучить отрицательное действие газов, наполняя газами лампу. Я надеялся, что таким образом настолько хорошо изучу воздействие газа, что смогу экстраполировать до нулевого давления газа и тем самым предсказать, не ставя на самом деле эксперимента, насколько улучшится работа лампы при идеальном вакууме».

После трех лет работы Лангмюр, наконец, смог утверждать, что вольфрамовая нить имеет тенденцию испускать электроны в количестве, зависящем только от ее температуры и не зависящем от количества газа в лампе. Следовательно, идея идеального вакуума для идеальной лампы неверна. Так, в конце концов, Лангмюр пошел наперекор всем установившимся представлениям. Он наполнил лампу азотом. Она горела ярче и была прочнее всех прежних ламп. Благодаря ее эффективности, американские потребители света в один вечер экономили на счетах за освещение целый миллион долларов.