Покоренная плазма

Если для света есть прозрачные и непрозрачные тела, говорил Максвелл, то и электромагнитные волны через одни тела — дерево, кирпич, фарфор — проходят беспрепятственно, а другими телами, например металлами, отражаются и поглощаются. Максвелл утверждал, что электромагнитные волны обладают энергией.

Свои смелые выводы ученый преподнес в виде стройной системы математических уравнений. Сейчас ими пользуется почти всякий физик; современники же Максвелла встретили его теорию с большим недоверием.

Но Генрих Герц верит Максвеллу и ставит перед собой задачу доказать теорию Максвелла на практике.

После долгих и настойчивых поисков был создан знаменитый вибратор Герца — генератор, излучающий в пространство радиоволны.

По своему устройству прибор этот несложен. Два металлических шара соединены проволокой. В середине проволока разорвана, и в месте разрыва на концы отрезков проволоки насажены два, тоже металлических, шарика. К шарикам через выключатель присоединена электрическая батарея высокого напряжения.

Как в опыте Фарадея «присутствовала» искра, так и в вибраторе Герца без нее обойтись было нельзя. Но если у Фарадея искра была только «свидетельницей», а «стержнем» опыта являлось пересечение магнитными линиями витков вторичной обмотки, то у Герца в искре была заключена вся суть получения, или генерирования, радиоволн.

В чем же заключалась эта основа опыта?

Замкнем рубильник. Между маленькими шариками проскочит искра, потом вторая, третья. Система больших шаров не останется безучастной к этим искрам, она тотчас отзовется на них.

Под воздействием электрического «удара» возникшей искры свободные электроны шаров и соединяющей их проволоки начнут колебаться подобно тому, как колеблется камертон, издавая определенный звук, если по нему ударить молоточком. Только частота колебаний электронов в тысячи раз больше частоты звучания камертона.

Посмотрите на качели. Взлетая вверх и стремительно падая вниз, качели все время имеют меняющуюся скорость движения. Так и электроны в вибраторе Герца. Их общие согласованные колебания, представляющие собой, в сущности, переменный ток, тоже есть не что иное, как «качели», только электронные.

Еще из рассмотренного нами опыта Фарадея мы уяснили, что изменяющийся по величине ток вызывает отпочкование магнитных силовых линий. В вибраторе Герца картина значительно сложнее: здесь «отпочковываются», бегут в пространство не только магнитные, но и электрические силовые линии, они взаимно перпендикулярны и составляют одно целое.

Посмотрите еще раз на вибратор Герца. Если мы силой своего воображения остановим на мгновение бег электромагнитных волн и «проявим» их, сделаем видимыми, то окажется, что магнитные линии «нанизаны» на провод, соединяющий шары, и расположены они перпендикулярно плоскости чертежа, а электрические охватывают большие шары, располагаясь перпендикулярно магнитным линиям, то есть в плоскости чертежа.

Итак, вибратор Герца — это электронный маятник. Обращали вы внимание на стенные часы? Если часы имеют длинный маятник, то колебания его более редкие, чем у часов с коротким маятником. В вибраторе Герца частота колебаний электронов тоже зависит от расстояния между большими шарами: чем больше это расстояние, тем меньше колебаний в каждую секунду успевают совершить электроны. А от этого зависит длина волны — тот путь, который проходит волна за один цикл, за один период колебаний электронов.

Генрих Герц, создавший свой вибратор более семидесяти лет назад, получал радиоволны длиной от шестидесяти сантиметров до десяти метров. Это ультракороткие радиоволны.

Могут спросить: «А как Герц обнаружил электромагнитные волны, излучаемые вибратором? Увидеть их нельзя, а радиоприемник в то время еще изобретен не был!»

Герц нашел выход. Он установил недалеко от вибратора другое несложное устройство — резонатор. Это металлический разорванный обруч с разрядными электродами. Когда обруч пересекали электромагнитные волны, в нем возникало движение электронов и между электродами проскакивала слабенькая, еле заметная искорка. Нет радиоволн — резонатор не искрит, не отзывается, появились радиоволны — резонатор тотчас отметит это.

Хотя Герцу удалось обнаружить электромагнитные волны на расстоянии не более трех метров, теория Максвелла в этих опытах нашла блестящее подтверждение.

Значение искры — этого кусочка плазмы — трудно переоценить. В опытах Герца она служила и для возбуждения радиоволн, и для их обнаружения! Не обладай газ способностью превращаться в плазму, кто знает, сколько времени потребовалось бы науке для открытия радиоволн!

Но открытие Герца — это еще не изобретение радио. В его аппарате не хватает таких существенных элементов, без которых радиосвязь немыслима.

Да и сам Герц утверждал, что его опыт лишь подтверждение теории Максвелла. Для практических целей, заявлял ученый, электромагнитные волны использовать нельзя. Они принадлежат, так сказать, чистой науке.

Но Генрих Герц заблуждался.

В другой стране, в России, вскоре после открытия Герца радиоволны были поставлены на службу человеку.

Изобретатель радио Попов