От иммигранта к изобретателю

Пупин Михаил

«Обычно очень трудно определить в общих чертах новую абстракцию так, чтобы при этом не появилось какого-нибудь недоразумения. Создатель нового понятия, как правило, находит, что значительно труднее узнать, почему другие люди не понимают его, чем открыть новую истину».

Для меня было утешением, когда я узнал в Берлине от такого авторитета как Гельмгольц, что я не был единственным несчастным смертным, кто безуспешно пытался разгадать смысл фарадеевских понятий.

Ньютоновский закон тяготения позволяет астрономам с помощью простой математической формулы аккуратно вычислять движение небесных тел, без всяких предположений, касающихся механизма, с помощью которого сила притяжения передается от одного тела к другому на расстоянии, как например, от солнца до земли. Формула Ньютона ничего не говорит о времени передачи. Действие может рассматриваться как действие на расстоянии как мгновенное. Опыт, казалось, показывал, что эта догадка была верна, ибо когда предполагают, что сила тяготения проходит с

безграничной скоростью, ошибки не обнаруживается. Фарадей отказался принять эту веру в непосредственное действие на расстоянии для электрических и магнитных сил. Несколько слов будет достаточно, чтобы передать, как Фарадей пытался уничтожить веру в это непосредственное действие на расстоянии для электрических и магнитных сил. Эти попытки навсегда останутся в истории как первые шаги в развитии современной науки об электромагнетизме.

Начав с исходных точек в электрических и магнитных зарядах, Фарадей провел многочисленные кривые линии, которые указывали в каждой точке пространства направление электрической или магнитной силы. Таким образом всё пространство, окружающее заряды, он геометрически разделял на трубкообразные нити, которые он назвал силовыми линиями. Каждая из этих линий была построена согласно простому правилу, так, чтобы она на каждой точке в пространстве указывала не только направление, но и интенсивность силы. Специальный пример, которым я часто пользовался в Арране, иллюстрирует это следующим образом. Сферическое тело, скажем медный или латунный шарик, заряжается положительным или отрицательным электричеством. Если этот заряд в равновесии, то он, как это было хорошо известно, весь находится на поверхности сферического тела и в равномерном распределении. Его сила притяжения или отталкивания электрических зарядов в пространстве, окружающем тело, очевидно находится вдоль радиуса, проведенного от центра шарика. Эти радиусы, проведенные во всех направлениях и в достаточном количестве, создают маленькие конусы, верхушки которых лежат в центре шарика. Приспособьте размер конусов таким образом, чтобы площадь участка каждого из них была одинакова, и сделайте их общее число пропорциональным заряду на шаре. Тогда эти маленькие конусы и будут представлять фарадеевы силовые линии, потому что их направление даст направление электрической силы, и их число с каждой единицы поверхности любой концентрической сферы будет пропорционально электрической силе на любой точке поверхности этой концентрической сферы. Согласно этой схеме, каждому маленькому элементу всего заряда присуще определенное число этих конусовых нитей или силовых линий, и каждый элемент заряда на сфере есть ничто иное, как конечный пункт этих линий. Когда заряд на сфере увеличивается или уменьшается, число этих линий также пропорционально увеличивается или уменьшается и поэтому они более плотно или менее плотно теснятся в занятом ими пространстве.

Если заряд на сфере приводится в движение, силовые линии, присущие ему, также приходят в движение. До сих пор я следовал за Фарадеем, но дальше не пошел. Если бы я двинулся немножечко дальше, я бы встретился с Максвеллом. Но к моему несчастью, эта простая схема, сконструированная мной с целью облегчить понимание «Экспериментальных исследований в электричестве», над которыми я сидел в Арране, не представляла собой ничего другого, как геометрическое описание электрической силы, посылаемой заряженной сферой в любую точку пространства. Она не давала никаких дополнительных сведений к простым, хорошо известным в то время, математическим формулам. Дополнительные сведения заключались, однако, в воображении Фарадея, которые для меня и многих других смертных в то время казались странной гипотезой. Он излагал ее в своих книгах весьма пространно, и я даю здесь ее краткое описание:

Фарадей считал, что все электрические и магнитные действия передаются от одной точки к другой вдоль его силовых линий. И побуждаемый замечательной интуицией, он настаивал, что его силовые линии не являются лишь геометрической схемой, но что они имеют действительное физическое существование, и что вдоль этих силовых линий есть нечто, подобное мускулярному напряжению, стремящемуся сжимать их, а также давление, перпендикулярное им, стремящееся растягивать их. Эти напряжения и давления дают ту же числовую величину для механической силы между зарядами, которая вычисляется из закона Кулона, но с фундаментальной разницей, указанной Фарадеем, что его гипотеза требует определенное, ограниченное время для передачи электрических и магнитных сил, тогда как, согласно гипотезе непосредственного действия на расстоянии, которую закон Кулона ни поддерживает, ни опровергает, эти силы передаются мгновенно. Вопрос о скорости передачи электрических и магнитных сил через пространство стал поэтому решающим вопросом в споре между старым взглядом на физику и взглядами Фарадея.

В письме к Максвеллу в 1857 году, которое Кампбелл приводит в своей книге, Фарадей пишет:

«Я надеюсь произвести этим летом несколько опытов относительно времени магнитного действия… которые может быть дадут необходимые результаты. Время, вероятно, должно быть коротким, как и время света. Но огромная важность результатов, если они окажутся подтверждающими, не приводит меня в отчаяние. Лучше было бы, пожалуй, если бы я ничего не говорил об этом, ибо я часто медлителен в реализации моих намерений, к тому же и моя память начинает сдавать».

Это

письмо было написано Фарадеем за десять лет до его смерти, но ничего никогда не сообщалось о результатах намеченных им опытов. Мы знаем, однако, результат, который он ожидал от своего опыта, был получен тридцать лет спустя Герцем, учеником Гельмгольца.

Я воображал в Арране, что слышу голос Фарадея, говорившего:

«Там, где есть линии магнитной силы, там есть и магнетизм; там, где есть линии электрической силы, там есть и электричество».

Ответом Фарадея на вопросы: что такое электричество и что такое магнетизм было поэтому, согласно моему пониманию, то, что и электричество и магнетизм являются проявлением силы. И там где существует такое проявление, там есть электричество и магнетизм, в том смысле, что существуют давления и напряжения, являющиеся результатом определенного состояния пространства, которое может быть названо электрическим или магнитным состоянием. Представления Фарадея, как я их понимал почти сорок лет тому назад, читая его «Экспериментальные исследования в электричестве», уходили так далеко, что подсказывали, что сама материя состоит из центров силы с силовыми линиями, исходящими из этих центров по всем направлениям на бесконечное расстояние, и там где существуют эти линии, там есть материальное тело. Другими словами, всякое материальное тело, как и всякий электрический и магнитный заряд, простирается в бесконечность с помощью своих силовых линий. А отсюда, все материальные тела находятся в контакте, отрицающем существование эфира! Никто из смертных не выставлял еще более смелой гипотезы! И всё же сегодня мы знаем, что теория строения материи, очень сходная с той теорией, которую выдвинул Фарадей, быстро выигрывает всеобщее признание, не только как новое метафизическое умозаключение, но как логическое и непреклонное требование эксперимента. Но когда Фарадей говорил мне эти странные вещи, а я прислушивался к ним внимательно на откосах горы Гоут-Фелл в Арране, я не видел в них ничего, кроме геометрических схем и чистой метафизики на фоне простых геометрических фигур. Несмотря на то, что я был уверен, что метафизика Фарадея имеет в основе своей какую-то определенную физику, я не мог выделить ее из гипотетических понятий, которые мне были не ясны. Максвелл, рассуждал я, должно быть разобрался в этой физике, и я часто вспоминал моего шотландского приятеля в Арране, спросившего меня: «Можете ли вы заглядывать в Фарадея так же глубоко, как шотландец Максвелл?»

Когда я приехал в Берлин, моя голова была полна фарадеевых силовых линий, начинающихся у электрических и магнитных зарядов и вьющихся по пространству, как линии потоков, берущих начало в реке и следующих ей в своем течении к океану. Физические факты и принципы, открытые Фарадеем, выделялись, резкими очертаниями, как звезды в светлую и тихую летнюю ночь. Но теория притягивающих и отталкивающих электрических и магнитных сил, представленных им графически в виде силовых линий и наделенных странными физическими качествами, которые проявляются в давлении и напряжении, оставили у меня впечатление, что моя вера в новую теорию не была твердой. Вера без убеждения — подобна зданию, построенному на песке.

Гельмгольц однажды сказал:

«Я очень хорошо помню, как часто я сидел, безнадежно углубляясь в его описания силовых линий, их числа и их напряжения».

Мало надежды было у меня во время поездки из Аррана в Берлин в октябре 1885 года, что через два года все неясности моего заведенного в тупик ума развеются, как туман ясным осенним утром. Я продолжал изучать Фарадея в течение первого года моего пребывания в Берлине, оставляя для этого необходимое время. Мне хотелось знать, что думали физики Берлина о фарадеевых силовых линиях.

Я приехал в Берлин изучать экспериментальную физику под руководством Германа фон-Гельмгольца, знаменитого профессора физики Берлинского университета, сформулировавшего принцип сохранения энергии и впервые объяснившего смысл цветовых различий в зрении, а также тембра в музыке и в речи. Он был тогда директором Физического института при университете. Его величали Ваше Превосходительство — титул, дарованный ему старым императором, и весь преподавательский состав института погружался в страх, когда упоминалось имя Его Превосходительства. После Бисмарка и старого императора он был самым знаменитым человеком в Германской империи.

У меня были к нему рекомендательные письма от президента Колумбийского колледжа Барнарда, а также от профессора Королевского института Джона Тиндаля. Профессор Артур Кениг, правая рука Гельмгольца и старший преподаватель в Физическом институте, повел меня в канцелярию Его Превосходительства фон Гельмгольца и представил как Herr Pupin, студента из Америки и предполагавшегося стипендиата Джона Тиндаля от физического отделения Колумбийского колледжа. Стипендия присуждена была мне три месяца спустя. Кениг отдал своему хозяину чуть ли не земной поклон. Я поклонился по американской манере, то-есть наклоном головы до уровня плеч, тем же самым поклоном, каким приветствовали в те времена в Кэмбриджском университете и который я называл англо-американским поклоном. Он резко отличался от поклона Кенига. Гельмгольц, казалось, заметил эту разницу и добродушно улыбнулся. Контраст повидимому забавлял его. В его венах текло много англо-саксонской крови. Мать его по прямой линии была потомком Вилльяма Пенна. В Берлине знали, что он был лучшим придворным ученым в Германской империи.