От иммигранта к изобретателю
Шрифт:
В октябре 1899 года Роулэнд выступил с речью перед Обществом, во главе которого он стоял. Я помню, как счастлив он был в тот памятный день. Воодушевленный новейшими открытиями в электронной физике, он предсказывал новые откровения, ожидающие физиков в недалеком будущем. Охарактеризовав физику как «науку, стоящую выше всех других наук и занимающуюся основами вселенной, строением материи, из которой состоит вселенная, и эфиром в пространстве, благодаря которому составляющие вселенную различные части материи действуют друг на друга, он сказал, что физики Америки являются «аристократами научной мысли». Будем же культивировать идею наших стремлений так, чтобы они могли укрепить наше положение в обществе, которое дает пока свою высшую похвалу не исследователю чистой эфирной физики, для развития которой создана наша организация, но тому, кто использует эту науку для удовлетворения скорее физических, чем духовных потребностей человечества». Затем он сказал, что мы «ценим эпохи, в которые в науке появляются великие мысли и чтим великих людей, высказавших эти мысли и доказавших их истину». Потом, перечисляя важнейшие проблемы вселенной, он спрашивал: «Что такое материя, что такое всемирное тяготение, что такое эфир и излучение, что такое электричество и магнетизм, как всё это связано друг с другом и каково отношение всего этого к теплу?». Эти вопросы пытается разрешить электронная физика с того времени. Это и есть тот идеализм, который воодушевляет американского физика со времени Роуленда.
Электромагнитная теория материи была первым ответом на вопрос Роуленда: что такое материя? Но как обстоит
На вопрос Роулэнда: что такое эфир? — электронная физика дала загадочный ответ, но этот ответ привел нас к совершенно неожиданным результатам. Наши знаменитые физики Майкельсон и Морли являются комбинацией двух имен, известных сегодня научному миру больше, чем в древности были известны Кастор и Поллукс, когда Зевс, сходя с высоты Олимпа, искал сотрудничества со смертными людьми. Слава Майкельсона и Морли (эти имена неразрывны друг от друга) покоится на их экспериментальных наблюдениях о том, что эфирного течения не существует. Это значит, что, насколько современному человеку известно, в природе нет относительного движения между землей, движущейся через пространство, и эфиром, который как это предполагалось, должен был заполнять всё межпланетное пространство.
С другой стороны, гипотеза, утверждающая, что эфир движется с движущейся землей, ведет к непреодолимым трудностям. Поскольку Майкельсон, а позже и Морли, в попытках обнаружить течение эфира, пользовались излучением света, то стало необходимым еще раз проверить электромагнитную теорию распространения света, чтобы удостовериться, что свет, как это показано экспериментом Майкельсона и Морли, исходит из источника, который вместе с наблюдателем движется через пространство. Знаменитый голландский профессор Лоренс, которого я имею честь знать лично, первый успешно расширил эту теорию и удовлетворительно объяснил результаты исследований Майкельсона и Морли. Но расширение теории оказалось возможным благодаря смелому предположению. То же самое расширение теории было сделано Эйнштейном, но в данном случае оно было основано на широком физическом принципе, которого не было у Лоренса. Лоренс предпочел эйнштейновскую дедукцию своей теории, названной трансформацией Лоренса. Только что упомянутый физический принцип и есть известная сегодня «специальная» теория относительности, которую Эйнштейн позже расширил в «общую» теорию относительности. Теория Эйнштейна очень просто объясняет эксперимент Майкельсона-Морли. Она разрешает вопрос Роуленда о том, что такое эфир, — тоже очень просто. Она говорит, что в нашем анализе физических явлений эфир — излишнее понятие. Фарадей высказал подобное мнение восемьдесят лет назад. Упоминая о теории относительности Эйнштейна, я хочу подчеркнуть огромной важности факт, что благодаря ей стало возможным заключение, что все формы электрической энергии являются массой, имеющей инерцию и силу притяжения. В электромагнитной теории материи это доказательство играет очень важную роль. Одна из схем этой теории так проста и доступна даже ненаучному воображению, что я должен здесь сказать несколько слов об ее самых основных чертах.
Все атомы строятся из одного атома, атома водорода, состоящего из положительного электрона или протона, ядра и простого отрицательного электрона, вращающегося вокруг ядра, как спутник планеты. Тяжелый атом, например атом кислорода, состоит из шестнадцати атомов водорода, положительные ядра которых составляют положительное ядро или центральную часть атома кислорода. Некоторые отрицательные электроны распределяются среди положительных электронов центрального ядра, скрепляя их друг с другом, а другие отрицательные электроны вращаются как спутники вокруг центрального ядра. Число этих спутников является атомным числом атома и как раз это число, а не атомный вес, определяет химические свойства атомов. Это только беглый взгляд на структуру электронной физики, данный здесь с целью того, чтобы показать некоторые совершенно новые возможности, стоящие перед электрической физикой. Так, например, четыре атома водорода, соединяющихся в атом гелия, выделяют некоторое количество энергии. При этом мы говорим, что атомы водорода превращаются в тяжелый атом гелия, освобождая некоторое количество энергии. Атом гелия весит меньше, чем четыре атома водорода, вследствие уменьшенной энергии каждого атома водорода, причем уменьшение веса пропорционально уменьшению энергии. Это вытекает из теории Эйнштейна, которая в действительности является расширением теории, впервые предложенной сэром Д.Д.Томсоном. При этом замечательно то, что эти весовые отношения соответствуют предсказаниям теории. Количество энергии получаемой при переходе легких атомов в тяжелые — огромно, но мы не знаем, как вызвать процесс перехода. Возникает вопрос: не получают ли молодые очень раскаленные звезды, состоящие из газов с малым атомным весом, излучаемую ими энергию от перехода атомов малого атомного веса в атомы большого веса, и если это так, почему бы нам в один прекрасный день не узнать от звезд этот величайший секрет? Язык звезд имеет много секретов, которые мы должны разгадать. Он волнует мое воображение сегодня так же, как пятьдесят лет тому назад на пастбищах родного села.
Много других изумительных догадок может быть связано с новыми горизонтами, открываемыми электронной физикой, и все они говорят о красоте, богатстве и мощи новой науки, представляющей собою сочетание двух великих наук: физики и химии.
Индустрия весьма заинтересована новыми открытиями, которые, по выражению Роулэнда, «проникают в основы вселенной» и которые, несмотря на их революционный характер, легко доступны практическим людям. Электронная физика изобилует открытиями такого рода, и нам кажется, что они посыпались на нас, как ливень. Создаются вещи, казавшиеся раньше невозможными. Для примера возьмем хотя бы такую знакомую всем вещь, как полное превращение беспроволочного телеграфа в новую технику — радио. Вакуумная лампа с раскаленным металлическим волоском наполняется отрицательными электронами, которые выделяются этим волоском. Металлический волосок может быть назван радиоктивным. Электродвижущей силой может быть вызван особый ток, который гонит эти отрицательные электроны из пространства, окружающего раскаленный волосок, к положительному электроду. Здесь мы имеем новый тип лампы Крукса, действующей благодаря малому электрическому напряжению (что необходимо при холодном отрицательном электроде), а не благодаря напряжению мощной индукционной катушки. Этот ток называется термионическим и его количество может варьироваться по нашему желанию второй электрической силой, действующей через третий электрод, называемый сеткой и включаемый в цепь термионического тока. Это и есть так называемая Аудинская лампа, изобретенная бывшим студентом Иельского университета, доктором Ли де-Форест. В руках Западной Электрической Компании и Генеральной Электрической Компании эта лампа революционизировала всю радиотехнику. Мои старые изобретения электрической настройки и детектирования получили неожиданно силу благодаря применению этих ламп, а изобретения моего бывшего ученика и помощника Э.X.Армстронга и других дали нам такую технику радиовещания, которая превзошла самые смелые ожидания самых смелых оптимистов недавнего времени. Чего бы только ни касалась электронная физика, везде появляются самые неожиданные плоды и неудивительно, что сегодня так много людей трудится во вновь открытых плодородных полях электромагнитной теории. Придите на любое собрание Американского Физического Общества и вы убедитесь, что научное исследование в университетских лабораториях и лабораториях наших индустриальных предприятий превосходит даже смелое ожидание тех людей, которые пятьдесят лет назад во главе с Джозефом Генри положили начало движению в пользу усовершенствования научно-исследовательской работы. Университетские
Совершенно верно то утверждение, что наша американская научно-исследовательская деятельность в физике и химии сегодня, как никогда еще ранее, оживлена потому, что она сильно стимулируется небывалым прогрессом в электромагнитной теории и ее успешным применением к техническим и промышленным проблемам, что в свою очередь стало возможным благодаря электронной физике. Но верно и то, что научно-исследовательская деятельность в других областях, не связанных тесно с электромагнитной теорией, также достигла невиданного расцвета в течение последних двадцати пяти лет. Я думаю можно заключить, что вся эта научная деятельность в сущности стала возможной благодаря росту американского университета и его благотворному влиянию на руководство наших промышленных предприятий. Но в нашей демократической стране, с ее огромными пространствами, каждый штат имеет право по-своему регулировать программу и цели образования и каждый, поддерживаемый частными средствами, университет может иметь свои идеалы и стремиться к ним своим путем, не обращая внимания на другие университеты. Отсутствие централизации и единства всегда ощущалось людьми науки, и поэтому возникало, хотя часто и подсознательно, желание провести единство в целеустремленности и задачах высших научных исследований в наших университетах. «Американская ассоциация по развитию науки» сделала немало попыток в этом направлении, но прогресс был медленный. Великая Мировая война заставила нас предпринять другую энергичную попытку в этом направлении, которая на этот раз удалась и имела огромный успех. Ниже следует рассказ об этой важной работе, которая, я думаю, имеет национальное значение и должна быть известна каждому интеллигентному человеку в Соединенных Штатах.
Культивирование точных наук в Соединенных Штатах впервые началось в технических школах, как например, в Горной Школе при Колумбийском колледже, Массачузетском Технологическом Институте и многих других школах, а не в колледжах и университетах. Так и организация научных ассоциаций происходила сначала среди инженеров, выпускников технических школ. Американское Общество Гражданских Инженеров, Американский Институт Горных и Металлургических Инженеров, Американское Общество Механических Инженеров и Американский Институт Инженеров-Электриков были, например, организованы раньше большинства современных ассоциаций в точных науках, то есть математики, физики, химии и биологии. Даже самая молодая среди ведущих инженерных организаций — Американский Институт Инженеров-Электриков был основан в ранний период восьмидесятых годов, тогда как Американское Физическое Общество было создано почти двадцать лет спустя, в 1899 году.
Организация этих технических ассоциаций не ожидала появления американского университета. Но тем не менее, когда появился американский университет, а с ним и исследовательские лаборатории, он улучшил качество американского инженера и американских инженерных ассоциаций так же, как он повысил научный уровень американских индустриальных организаций. Национальная Академия Наук заслуживает здесь особого внимания. Это — ассоциация деятелей, главным образом, естественных наук, но в противоположность тому, что я только что сказал, она, как и Американское Философское Общество, основанное Франклином, старше всех других наших национальных инженерных обществ. Ее раннее появление было обязано условиям, созданным Гражданской войной. Мне кажется, Джозеф Генри подал президенту Линкольну мысль, что мобилизация научных сил Севера послужит улучшению его военной техники. Таким образом особой хартией Конгресса, во время гражданской войны, была основана и одобрена президентом Линкольном Национальная Академия Наук. Ее создание было следствием Гражданской войны и во многих отношениях она представляет собой учреждение, являющееся частью Федерального правительства.
Я расскажу теперь, как Национальная Академия Наук, будучи сама детищем Федерального правительства во время Гражданской войны, породила во время первой Мировой войны другое национальное научное учреждение, являющееся высшим этапом великого научного течения, начатого пятьдесят лет назад. Я наблюдал это течение почти с самого начала его появления до сегодняшнего дня. Я принимал участие в нем в самый активный его период и думаю, что понимаю всё его значение.
Четыре передовых инженерных общества, упомянутые мною выше, процветали успешно в начале этого столетия. Процветали не только числом членов, но и качеством состава, и их прогресс шел ускоренным темпом. Так, например, научные доклады, читавшиеся и обсуждавшиеся в Американском Институте инженеров-электриков в 1900 году были несравненно выше тех докладов, которые читались в 1890 году, когда я только что стал членом этого Института, так как научный уровень его членов также стал неизмеримо выше. Крупные американские промышленные предприятия стали обращать больше внимания на эти инженерные общества, чем это было в 1889 году, когда я вернулся в Колумбийский колледж. Один из величайших индустриальных предпринимателей того времени Андрю Карнеги так высоко ценил эти общества, что преподнес им превосходный подарок, который привел к организации Объединенного Инженерного Общества. Это произошло в 1904 году и знаменует собою одно из больших событий в истории американских технических наук.
С исторической точки зрения интересно будет отметить здесь, что превосходный денежный подарок Карнеги этим национальным инженерным обществам близко связан с очень скромным начинанием Американского Института инженеров-электриков около тридцати лет тому назад. Доктор С.С.Вилер, бывший одно время президентом этого Института, приобрел знаменитую электрическую библиотеку у Л.Кларка в Лондоне и подарил ее Институту. Но Институт не имел собственного здания и, следовательно, не было места для временного размещения этой редкостной библиотеки. Несколько членов Института, в том числе и я, стали изыскивать практические мероприятия, чтобы обеспечить Институт собственным помещением, где бы можно было разместить библиотеку Кларка. Было ясно, что А.Карнеги, всегда проявлявший большой интерес к библиотекам, должен был быть первым, на кого мы могли положиться в нашем начинании. И у нас не было нужды обращаться к кому-либо другому, ибо мистер Карнеги проявил исключительную щедрость. Инженерные общества апеллировали к его живому воображению. Доктор С.С.Вилер помог мистеру Карнеги в развитии огромной индустрии стали. Доктор С.С.Вилер был инженер, на кого мистер Карнеги всегда возлагал надежды, чтобы сохранить за индустрией стали ведущее положение. Карнеги уже сделал важный вклад в дело науки за оказанную ею ему службу, когда он создал и обильно финансировал Вашингтонский Карнеги-Институт, целью которого было обеспечить американскому гению все условия в его усилиях разрешить великие проблемы науки и техники. Как иллюстрацию, я упомяну здесь пожертвование Вильсонской Астрофизической лаборатории в Пасадене, в Калифорнии. Вместо того, чтобы дать Американскому Институту инженеров-электриков помещение для библиотеки, мистер Карнеги подарил четырем национальным инженерным обществам здание для постоянного пользования с удобными помещениями для большой библиотеки, для административных канцелярий, для конференций и собраний, для аудиторий и большим залом для съездов. Одной из задач Объединенного Инженерного Общества, согласно его уставу, было сделать этот богатый подарок средством «для усовершенствования инженерного искусства и развития наук со всеми их отраслями и для содержания бесплатной публичной инженерной библиотеки». Знаменитая электрическая библиотека Л.Кларка является теперь частью огромной инженерной библиотеки. Четыре национальных общества, представленных Объединенным Инженерным Обществом, имеют тщательно подобранный состав из более, чем пятьдесят тысяч членов, и богатство их здания на 39-ой улице, вблизи Пятой авеню, полностью оправдывает их огромный престиж. Смотря на это красивое строение, я испытываю огромную радость, ибо находящиеся в нём сокровища организованных научных достижений и совместная работа научных умов является одним из величайших достояний нашей страны.