От иммигранта к изобретателю - [104]

Что же представляет из себя изобретение, зародившееся в 1894 году во время моего путешествия по Швейцарии? С этим изобретением связан один из эпизодов научной истории, и я кратко остановлюсь на этом здесь:

Колебательное движение электричества по проволоке напоминает во многом распространение колебательного движения шнура или струны от одного конца к другому. Это распространение электрического движения по длинному проводнику от одного конца к другому впервые было исследовано профессором В.Томсоном-Кельвином в Глазговском университете в 1855 году, когда проектировался Атлантический кабель. Он разработал проблему электрической сигнализации по подводному кабелю, а три года спустя Кирхгоф, бывший моим учителем в Берлине, разработал ее для телеграфной связи по надземным проводам, натянутным на столбы. Когда в 1876 году был изобретен телефон, сразу же появилась необходимость в математической теории телефонной трансмиссии по длинным проводам. Тот, кто понимал работу Томсона и Кирхгофа, мог без особых трудностей разрешить эту проблему телефонной трансмиссии. Француз Ваши и англичанин Хевисайд были первыми, кто разработал ее. Они сделали это в указанном хронологическом порядке: Ваши был на два года впереди Хевисайда. Они оба заметили: так же как в кабеле и в надземной телеграфной линии, в телефоне редукция передаваемой электрической силы была тем меньше, чем больше была так называемая индуктивность проволоки-проводника. Многие склонны думать, что это наблюдение было важным открытием. Я никогда не считал это за открытие, потому что я верил, что работа Томсона и Кирхгофа сделала это наблюдение очевидным. Но как бы то ни было, наблюдение Ваши было сделано на два года раньше Хевисайда, но ни тот и ни другой не усмотрели в этом особый случай общего физического принципа. Этот принцип, между прочим, сделал союзникам большую услугу в Мировой войне, в их борьбе против подводных лодок. Я вкратце остановлюсь на нем.

Звук передается через воду или через твердые тела значительно лучше, чем через воздух. Я знал это, когда, будучи еще подпаском в Идворе, изучал искусство сигнализации через землю. Почему же, спрашивается, вода или твердая земля передает звук лучше воздуха? Идворские пастухи не могли мне ответить на это, но познакомившись с этим явлением в раннем возрасте, я был подготовлен искать его объяснение в динамике, как только я почувствовал в этом необходимость. Она явилась в Швейцарии летом 1894 года.

Передача звука означает собой передачу колебательного движения от одного элемента вещества к другим смежным с ним элементам. Элемент передающий энергию колебания действует, а элемент получающий ее — противодействует. Каждый элемент способен применить три противодействующих силы. Одну — против перемены скорости своего движения, то есть против перемены инерции. Эта реакция называется кинетической реакцией и, как я уже говорил раньше, была открыта Галилеем триста лет назад. Вторая реакция направлена против эластического сжатия получающего элемента. Она называется эластической реакцией и была открыта Хуком, современником Ньютона, двести лет назад. Третья сила является фрикционной реакцией, известной с очень давних времен. Таким образом существуют три формы энергии, производимой в противодействующем элементе каждого вибрирующего тела работой действующего элемента. Результатом первой реакции является энергия движения массы противодействующего элемента; результат второй — энергия эластического сжатия элемента, а третья — дает тепло. Первая и вторая реакции являются энергией звукового колебания и передаются дальше к смежным элементам, но третья не создает звукового колебания и как таковая не передается. Она остается как тепло и представляет собой редукцию звуковой энергии, передающейся от одной части тела к другой. Ясно, что редукция будет тем меньше, чем больше первые две реакции по сравнению с реакцией трения. Тяжелые несжимающиеся тела, как вода, металлы или твердая почва имеют большую кинетическую и эластическую реакцию, чем воздух и поэтому они передают звук лучше воздуха. Этот физический принцип играл большое значение во время Мировой войны в подводном и надземном наблюдениях по звукам. Пастухи Идвора блестяще пользовались этим принципом в их сигнализации через землю. Я не думаю, чтобы и Ваши и Хевисайд имели ясное представление об этом. И если я прав, то весьма интересно, что сербские крестьяне знали о физическом принципе, который, очевидно, был неизвестен таким французским и английским ученым, как Ваши и Хевисайд.

Переходя теперь по аналогии от движения материи к движению электричества, мы можем, образно говоря, заключить, что колебательное движение электричества будет передаваться от одного конца проводника к другому тем лучше, чем тяжелее это электричество, и чем меньше его сжатие, или, говоря обыкновенными словами, можно сказать, что чем выше кинетическая и эластическая реакции движущегося электричества, тем лучше будет передаваться по проволоке энергия его колебательного движения. Но это означает, что индуктивность проволоки должна быть как можно больше, а ее ёмкость — как можно меньше. Всё это было очевидно из работ Томсона и Кирхгофа за двадцать лет перед тем, как Ваши и Хевисайд начали работать над математической теорией телефонной трансмиссии. Эти два крупных математика имеют большую заслугу в их непреклонной защите индуктивности. Телефонные инженеры, в те времена, плохо разбирались в математической теории и общих принципах трансмиссии колебательных движений и были настроены скептически.