Голос через океан

Здесь заключена мучительная загадка, одна из тех, которые никогда не будут разрешены. Подобно этому, остались неизвестными последние слова, произнесённые умирающим Эйнштейном, - и лишь по той причине, что сиделка не понимала по-немецки. Безусловно, копия рукописи имелась у Хевисайда дома, но, когда его поместили в больницу, никто, видимо, не подумал об этой стороне дела. Сообщение о смерти Хевисайда было немедленно передано Би-би-си. На другой же день предприимчивый вор-взломщик проник в пустой дом. Ценностей он там, конечно, не нашёл, но украл много книг и рукописей. И вполне возможно, что современные физики бьются над какой-либо проблемой, решение которой было украдено февральской ночью 1925 года.

Тем не менее, Хевисайд оставил достаточно богатое наследие для того, чтобы занять прочное место в ряду выдающихся математиков и физиков и, в частности, теоретиков дальней связи. Как и лорд Кельвин тридцатью годами раньше, Хевисайд вплотную занимался проблемой передачи электрических сигналов по подводному кабелю на дальнее расстояние, но он работал уже над комплексом вопросов передачи высокоскоростных импульсов речи, а не относительно медленных телеграфных сигналов.

Для удовлетворительной работы телеграфа достаточно передавать от 100 до 200 импульсов в секунду, причём незначительные искажения вполне допустимы, так как при этом сигнал кода Морзе воспроизводится приёмной аппаратурой более или менее правильно. Но для передачи речи требуется порядка 2500 импульсов в секунду, а искажения практически не допускаются. Нижние частоты грубого баса и верхние частоты визгливого сопрано - все должны передаваться с одинаковой чистотой.

В действительности так не бывает. Есть две причины, препятствовавшие разрешению проблемы передачи человеческой речи на значительные расстояния по обычному подводному кабелю. Первая причина заключается, выражаясь популярно, в ослаблении сигналов по мере прохождения их вдоль линии. Это обстоятельство осложняется тем, что высокочастотные сигналы затухают быстрее низкочастотных. С тем же, между прочим, мы сталкиваемся и в повседневной жизни. Когда мы слушаем духовой оркестр на большом расстоянии, до нас доносятся звуки барабана, а не флейты. Таким образом, существует разница в проходимости сигналов высоких и низких частот при распространении звуковых волн по воздуху; в случае же подводного кабеля эта разница значительно возрастает.

Она может быть несколько скомпенсирована повышением напряжения высоких частот передачи; примерно с той же целью мы регулируем тональность, слушая радиопередачу через приёмник. Но при передаче по подводному кабелю наступает такой момент, когда и эта мера не помогает.

Вторая причина, препятствовавшая нормальной передаче человеческой речи по подводному кабелю, причём причина более серьёзная и коварная, чем первая, состоит в том, что сигналы разных частот проходят по кабелю с различной скоростью. К счастью, в обычной жизни, когда звуки передаются по воздуху, это практически мало заметно. В противном случае были бы просто ужасные результаты. Музыку, например, мы воспринимать бы не могли. В симфоническом оркестре инструменты звучат одновременно, но до нас звуки отдельных инструментов доходили бы в различные моменты времени, и вместо музыкального произведения человеческое ухо слышало бы бессмысленный хаос звуков. Даже разговорная речь была бы возможна только на определённом расстоянии. Если, скажем, в этих условиях произнести слово "нонсенс", то высокочастотный звук "с" достигнет ушей слушателя раньше, чем низкочастотное "н", и произнесённое слово полностью исказится, превратясь в то, что оно и означает (нонсенс - глупость, бессмыслица).

Это явление происходит в подводном кабеле в результате его значительной электрической ёмкости, о чём мы уже упоминали в пятой главе. Однако кабель характеризуется не только ёмкостью, но и индуктивностью. Двумя другими характеристиками кабеля - сопротивлением его токопроводящих жил и проводимостью изоляции - мы пренебрегаем, так как они несоизмеримо малы по сравнению с ёмкостью и индуктивностью [46]. Эквивалентным понятием в механике является инерция. Электрическая цепь в этом смысле напоминает материю, обладающую определённой инертностью; требуется некоторое время для того, чтобы величина тока в цепи изменилась при изменении приложенного напряжения. У подводного кабеля очень малая индуктивность, что на первый взгляд может показаться фактором положительным. Но когда Хевисайд завершил исследование данного вопроса с помощью математического анализа, он, к своему удивлению, обнаружил, что с увеличением индуктивности передающие способности кабеля улучшаются. Нематематическим путём объяснить эту закономерность трудно. Но можно просто сказать, что индуктивность кабеля и его ёмкость находятся в противодействии.  

Подобранные соответствующим образом, они могут полностью друг друга нейтрализовать, и получится то, что Хевисайд назвал "линией без искажений", т.е. линия, по которой сигналы всех частот передаются с одинаковой скоростью и с одинаковым затуханием.