Им и в голову не приходило, что еще более замечательные явления совершаются в тот же самый момент поблизости – не там, где с треском и блеском проскакивает яркая искра, а в пространстве, окружающем искру, где ничего не трещит, ничего не сверкает и как будто не происходит ничего.
Искру изучали, с искрой делали опыты, искру измеряли, искру фотографировали. А о том, что делается вокруг, по соседству с искрой, не задумывался никто.
И только через четверть века после опытов Феддерсена, в 1886 году, немецкий ученый Генрих Герц, читая описание этих опытов, сообразил, что пространство, окружающее искру, – вовсе не простое, обыкновенное пространство: оно, – так заключил Генрих Герц, – отличается особенными, необычными свойствами. Каким же образом пришел Герц к этому выводу? Как он об этом догадался?
Всякий электрический ток создает в пространстве вокруг себя магнитное поле. Это было известно физикам и до Герца. Возьмите провод, по которому идет ток, поместите его под колокол хорошего воздушного насоса. Затем начните откачивать насосом воздух. Воздух будет уходить из-под колокола, и постепенно вокруг провода образуется пустота. Пустота? Действительно ли под колоколом пусто? На этот вопрос вам ответит магнитная стрелка. Поместите ее под колокол. Чуть только побежит по проводу электрический ток, магнитная стрелка задвигается, повернется и станет к току под прямым углом. Значит, вовсе не пусто вокруг электрического тока, даже если и выкачан из-под колокола воздух: воздух ушел, но что-то осталось. Осталась какая-то таинственная сила, поворачивающая магнитную стрелку. Все пространство вокруг электрического тока наполнено невидимыми магнитными силами.
Эти-то магнитные силы физики и называют магнитным полем.
Вокруг электрической искры тоже должно существовать магнитное поле. Ведь электрическая искра – это отрезок электрического тока, это быстрое движение электрического заряда, перепрыгивающего с одного металлического шарика на другой. Но ток этот не постоянного направления, а переменного: направление тока изменяется с каждой новой вспышкой. Значит, – заключил Генрих Герц, – магнитное поле вокруг искры должно оказаться не таким, как вокруг обыкновенного тока. Магнитные силы вокруг искры должны колебаться, должны менять свое направление с каждой вспышкой, череа каждые две-три миллионные доли секунды.
Прибор Феддерсена показал в свое время, что происходит с электрической искрой. Нельзя ли построить и такой прибор, который дал бы возможность узнать, что происходит в пространстве вокруг искры, помог бы обнаружить и изучить магнитное поле, которое дрожит и колеблется в этом пространстве?
Обычно направление магнитных сил отмечает магнитная стрелка. Но для магнитных сил, окружающих искру, она не подходит: слишком уж быстро меняется направление этих сил, а стрелка неповоротлива и неуклюжа. Не угнаться ей за колебанием магнитного поля, не поспеть ей в течение миллионной доли секунды повернуться и в одну сторону и в другую.Генрих Герц принялся сооружать прибор для изучения колеблющегося магнитного поля.
От стола до табуретки
Прежде всего он задумался над вопросом – нельзя ли добывать электрическую искру каким-нибудь новым способом?
Феддерсен добывал искру, разряжая заряженную лейденскую банку. Но у этого способа есть большой недостаток. Слишком уж недолго живет искра, производимая лейденской банкой. Вспыхнет она на мгновение и снова погаснет, и вот уже разрядилась лейденская банка, и нельзя больше получить от нее ни одной, даже самой маленькой, искорки, пока не зарядят ее снова. Как же успеть за тот короткий промежуток, когда живет еще электричеекая искра, обнаружить вокруг нее колебания магнитного поля?
Герц решил взять для своих опытов не лейденскую банку, а другой прибор, создающий искры: такой, в котором искры сыпались бы сплошным потоком – не успеет погаснуть одна, как уже вспыхивает другая.
Эти приборы к тому времени были уже давно изобретены. Их можно было найти в любой физической лаборатории. Имелись они и в лаборатории Герца – в физическом кабинете политехнического института в городе Карлсруэ. Самый простой из этих приборов, самый удобный – это индукционная катушка Румкорфа. Она развивает высокое электрическое напряжение: тысячи, десятки тысяч вольт. Стоит только соединить ее с шариками разрядника, и электрические искры, яркие длинные искры начнут скакать между шариками – одна за другой, без перерыва, хоть полчаса, хоть час, пока работает катушка Румкорфа, пока питают ее электрическим током.
Герц взял два больших пустых шара, сделанных из цинка. Шары эти он поставил на деревянные подставки – один на одном конце стола, другой на другом. Стол был длинный: от одного шара до другого было три метра. Как раз посередине стола, между цинковыми шарами, Герц поставил еще одну деревянную подставку, а на ней укрепил два маленьких латунных шарика на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.
Затем он соединил эти латунные шарики проволокой с цинковыми шарами – один шарик с одним цинковым шаром, другой с другим. Теперь оставалось только зарядить цинковые шары электричеством высокого напряжения – один шар положительным, другой отрицательным. Оба электрических заряда устремятся навстречу друг другу, побегут по проводам и блестящей искрой перепрыгнут с одного латунного шарика на другой.
Герц соединил цинковые шары с полюсами катушки Румкорфа и включил на несколько минут высокое напряжение. Между латунными шариками тотчас же заструилась электрическая искра. Она горела яркой трещащей ленточкой, горела и не гасла – всё время, пока работала катушка Румкорфа.
Именно такие, бегущие непрерывным потоком, негаснущие искры нужны бы Герцу, чтобы приступить к изучению магнитного поля, которое невидимо колеблется вокруг них.
Герц взял длинную медную проволоку, согнул ее так, чтобы получился почти полный круг, круг с небольшим перерывом: один конец проволоки оказался на расстоянии двух миллиметров от другого. Этот медный круг он положил на табуретку рядом с тем самым столом, где стояли цинковые шары. Затем он включил высокое напряжение.
Блестящая искра вспыхнула между латунными шариками. Но Герц на нее не смотрел. Не спуская глаз, он смотрел на медный проволочный круг, лежавший на табуретке. Он увидел: в перерыве между концами изогнутой проволоки тоже сверкают искры, крохотные искорки, прыгающие одна за другой через двухмиллимеровый промежуток.
Медный круг не соединен с катушкой Румкорфа. К нему не подается электрическое напряжение. Он лежит на самой простой, самой обыкновенной деревянной табуретке. Почему же и в нем вспыхивают искры?
Герц выключил катушку Румкорфа, подававшую высокое электрическое напряжение к цинковым шарам. Блестящая искра в разряднике погасла. И вслед за нею сейчас же погасли мелкие искорки в перерыве между концами разомкнутого проволочного круга.
Снова включил Герц катушку Румкорфа. В разряднике снова вспыхнула искра. И в то же самое мгновение показались и таинственные искорки в проволочном круге.
Сомнений быть не могло: медный проволочный круг мелкими искорками отвечает на искру, появляющуюся в разряднике. Вспыхнула искра в разряднике на столе – загораются искорки и в перерыве проволочного круга на табуретке, погасла искра на столе – гаснут искорки и на табуретке.
Почему же загораются искорки в перерыве между концами проволочной дуги? И почему они гаснут?
Герц знал почему: ведь вокруг искры в разряднике колеблется магнитное поле. Электромагнитные колебания, невидимые электромагнитные волны струятся во все стороны от разрядника. Они растекаются по комнате, они бегут по всем направлениям – к полу, к стенам, к потолку. Люди не видят их, не слышат, не чувствуют. Но разомкнутый проволочный круг их заметил сейчас же. Электромагнитные волны, упавшие на проволоку, возбудили в ней электрический ток. И через перерыв в проволоке немедленно посыпались искры.