[Матвей Петрович Бронштейн]

43

Изобретатели радиотелеграфа
(Главы из книги)

М. П. БРОНШТЕЙН

Кто и когда?
Кто и когда изобретал радио?

Одни на этот вопрос ответают: изобретел его Алексадр Степанович Попов, и было это сорок лет тому назад. Другие говорят: радио изобретали пультянец Гульельмо Маркони.

И в самом деле: сорок лет назад и Попов, и Маркони одновременно построили первые в мире радиоистанции и начали посылать первые в мире радиотелеграммы.

Но история радио началась значительно раньше, чем была последна первая радиотелеграмма. Учены, которые свойства открытия и опитами начали историю радио, не посылали и не принимали никаких радиотелеграмм. Они и не стремились к тому, чтобы передавать на расстояние какле-либо сигналы или музыку, или звуки человекае. Как удивились бы эти первые изобретатели радиотелеграфа, если бы им сказал кто-нибудь, что они изобретают радиотелеграф!

Передача звуков, сигналов, изобранений ихnickолько не занimaла. Их интересовал другое.

Видели ли вы когда-нибудь электрические искры, которые вылетают из наэлектризованных предметов? Влестишие электрические искры, всыхивающие на одно мгновение и сейчас же угасающие снова?

Вот с этих-то искорок и началась история радио.

Много десятилетий физики наблюдали электрическую искру, делали с ней опыты, изучали ее свойства. Наконец, они захотели узнать: какой срок проходит от рождения искры до ее смерти? Сколко времени живет электрическая искра?

Вопрос был трудный. Обыкновенно на него ответали так: она вспыхивает и сейчас же угасает, она живет всего только одно мгновение. Но что такое мгновение? Сотая доля секунд или тысячная доля, или миллионная? Как узнать это, как измерить?

Течение времени ощущает всякий человек. Все мы отличаем минуту от двух минут, секунд от двух секунд и даже десятию часы секунд от це-

44

лой секунды. Но все, что меньше одной десятиой, одной пятнадцатой доли секунды, — все это для нас уже неразличимо, все это — и сотая, и тысячная, и миллионная доля секунды — каждая нам совершенно одинаковым. Органы чувству в нас не такие уж быстрые, точные, изощренные. Во всяком промежутке времени, который меньше одной пятнадцатой части секунды, мы не улавливаем никакой длительности. Поэтому в нашем ошушении стоит доля секунды с тысячной, тысячная с миллионной. Миг — и все тут.

Ну, а часы? Ведь они для того и сделаны, чтобы изменить время. Не могут ли часы изменить длительность одного мгновения?

Зайдем на фабрику, изготовляющую точные приборы. Мы увидим там и стенные часы, и базенные, и карманные. Мы найдем там и хронометры, которые берут с собой моряки, отправляясь в далекое плавание, и сверхточные часы для астрономических наблюдений, и электрические хронографы, и секундомеры. Но часов, измеряющих миллионные доли секунды, на фабрике мы не найдем.

И все же такие часы существуют. Семьдесят пять тому назад изобрел и построил немецкий физик Вильгельм Федерсен. Он изобрел их специально для того, чтобы изменить, сколько времени живет электрическая искра.

Он и не подозревал, что, создавая эти часы, он начинает историю ради.

Часы Федерсена

Часы, построенные Федерсеном, должны и до нашего времени. Они хранятся в музее, в немецком городе Мюнхене.

На обыкновенные наши часы они ничего не похожи. Ни часовой, ни минутной, ни даже секундной стрелки у них нет. О каких стрелках может идти речь, когда нужно мерить миллионные доли секунды? Где найти стрелку, которая успевала бы сделать в секунду миллион заметных глазу шажков? А шажки эти должны быть заметны — ведь к этому и свойлась задача Федерсена.

И вот Федерсен после долги раздумий сообщил, какая стрелка нужна его часам. Он мастерил ее не из броンズ, не из стали, а из материалов, которое до него не употреблял ни один часовщик.

Он построил ее из лучей света.

Возьемм маленькое карманное зеркальце и вынесем его на улицу, на солнечный свет. Лучи солнца отражается от зеркальца, отскочат от него блестящим ярким зайчиком.

Начем поворачивать зеркальце. Как быстро забегает зайчик, как заталчет он и запрыгает, отражаясь от зеркальца, которое доходит у меня в руке! Только что он был совсем близко, но вот зеркальце чуть-чуть повернулось, и зайчик уже перебежал на другую сторону улицы и прыгает по стенам, по карнизам, по балконам домов.

Быстро движется зайчик — в сто, в тысячу раз быстре секундной стрелки часов. А нельзя ли как-нибудь заставить его кружиться не в сто, а в миллион раз быстре?

Можно. Стóнит только сильнее завертеть зеркальце. Лучше вертеть не руками, а машиной — ведь машина проводнее человеках рук, и к тому же точнее: какую скорость закажешь ей, с такой она и будет работать.

В машине, устроенной Федерсеном,яжелая многопудовая гиря, опускаясь, тянула за собой канат. Канат поворачивать вал, на который было насажено зубчатое колесо. Это колесо, врашаясь, цепляюсь зубцами за другой зубчатое колесо, другое — за третье, а третье — за нарезку большого стального вина. Постепенно переходя от колеса к колесу, движение все успевалось, всеубыстriosь: первоое колесо поворачивалось не очень быстро — делало всего только несколько оборотов в секунду, второе вращалось быстрее, третье еще быстрее. А быстроходное всех был стальной винт: каждую секунд он успевал совершить целых сто оборотов вокруг своей оси.

Для того чтобы весь этот прибор, набирая скорость, не доходит и не

45

трясса, Федерсен решил укрепить его на прочной подставке. В капитальную стену комнаты он вделал две учунные балки, а к ним привитил массивную учунную коробку, открытою спереди и с боков. Вращающийся винт своего прибора он пропустил сквозь дно и крышку коробки.

Оставалось теперь приделать к винту зеркало, от которого отскакивали бы зайчики. Федерсен купил два вогунутьх стекала для очков — обыкновенных очков, какие носят близорукие люди. Эти стекала Федерсен посебрил — какое с одной только стороны. Получился два блестих волгутых зеркаlia. Федерсен укрепил их на своем винте так, чтобы одно смотрелло в одну сторону, другое — в другую. Когда гиря падала и винт приходил в движение, оба зеркаlia, прикрепленные к винту, равномерно и быстро кружились вместе с ним.

Механизм новоизбретенных часов был готов. Но это еще не все. Ведь для часов нужен не только часовой механизм, заставляющий врашаться стрелку, нужен еще и циферблат, чтобы изменять пройденный стрелкой путь.

Если стрелка сделана из света, из чего же должен быть сделан циферблат?

Долго думал Федерсен, долго искал он подходящий для этого дела материал. Наконец, нашел: фотопластинка, чувствительная к свету фотопластинка, будет циферблатом необыкновенных часов. На этом цифербlate электрическая искра сама, своим собственными лучами, отметит начало и конец своего короткой жизни. Лучи искры упадут на врашающее зеркало, стремительный зайчик скольнет по фотографической пластинке и оставит на ней свой след. Чем долше будет гореть искра, тем длине окажется след зайчика. А по длине следа, зная скорость зайчика, уже нетрудно будет сосчитать, сколько времени бежал он по пластике, — сколько времени горела электрическая искра.

Прибор Федерсена был закончен. Стальной винт был установлен в учунной рame, врашающее зеркало работало исправно, фотографическая пластинка лежала наготове. Наготове была и леженская банка — источник электронских искр. Банка эта состоит из трех стаканчиков,ставленных друг в другга: наружный — металлический, средний — стеклянный, а внутри — опять металлический.

Федерсен зарядил банку: наружный металлический стаканчик положительный электрический — отрицательным. Затем проводами он соединил банку с двумя металлическими шариками, поставленными друг против друга. Эти шарики называются разрядником. Внутренний стаканчик банки Федерсен соединил с одним шариком разрядника, наружный с другой. Теперь оставалось только нажать на кнопку, замыкающего и размыкающего электрическую цепь, чтобы заряд электричества устремился из банки по проводам. Положительный заряд побежит навстречу отрицательному, и между шариками разрядника вспыхнет блестия тонкая искра.

История искуски

Федерсен приступил к опытам со своим необыкновеннымми часами. Он отпустил гирю, приводившую в движение зубчатые колеса и винт. Сейчас же винт и зеркальце начали поворачивать так быстро, что у Федерсена замелькало в глазах. С тонким свистом вращалось насаженное на винт.maxовое колесо. Прислушиваясь к этому свисту, Федерсен убедился в том, что прибор его действует исправно: звук был все время одной и той же высоты, — значит, ось вращается равномерно, не заменяя и неубыстряя своевого движения.

Тогда Федерсен погасил свет и приоткрыл кассету, в которой была приготовлена фотографическая пластинка, а затем нажал кнопку, замыкавшую электрическую цепь. И сейчас же в темноте между шариками разрядика просочила искра: это электрический заряд устремился из одного металлического стаканчика легендской банки в другой. В мгновение

46

ока пробежал он по проводам и яркой электрическойскрой пробил себе дорогу от одного шарика к другому.

Искра горела всего только миг, но в течение этого неуловимого мира быстрый отблеск от зеркальца успел упасть на фотографическую пластинку. Он пробежал по пластинке со скоростью артиллерийского снаряда и вычертил на ней свой путь.

Тут же на месте, не отходя от прибора, Федерарен проявил пластинку и отпечалл photografический симок. На симке была явственное видна узкая полоска — след, оставленный зайчиком.

Федерарен измерил длину полоски — полтора сантиметра. Скорость зайчика была ему известна — 60 000 сантиметров в секунду. Сколько же времени безалзайчик по пластинке? Длину полоски — 1,5 нужно разделить на скорость движения зайчика — 60 000, получается 0,000025. Итак, значит, двадцать пять миллионных долей секунды — вот сколько времени безалзайчик по пластинке и столько же времени жила электрическаяискра.

Часы Федерарен с чистью выполнили возложенное на них дело. Продолжительное искры были измерена. Задчача, которую поставил себе Федерарен, была решена.

Но, вглядевшись в свой силок повышательное, Федерарен убедился, что часы его совершили еще одно открытие. Они не только измерили длину жизни искры, но еще и узнали, чем направлена эта короткая жизнь, составили подробную биографию искры.

След, вычерченный зайчиком на симке, оказался не сплошным, а прерывистым. Он состоял из нескольких светлых пятен, отделенных друг от друга темными промежутками.

Значит, электрическаяискра, просочившая между шариками разрядника, вовсе не горела равномерным блеском. В течение всей жизни, продолжавшейся всего только 25 миллионных долей секунды, она вспыхивала и угасала несколько раз. Короткие вспышки шли одна за другой так быстро, что человекский глаз не мог уследить за ним,— несколько вспышек казались глазу одной. И только удесные часы Федерарен сумели расчленить мгновение, разло-жить искру на несколько отдельных всышек.

Федерарен сосчитал число всышек на своем симме. Их оказалось восем, и каждая последующая была чут-чут слабее предыдущей. Восемь всышек за двадцать пять миллионных долей секунды! Значит, искра состояла из отдельных искр, загоравшихся и угасавших через каждые три миллионные доли секунды.

Так по записи, сделанной зайчиком, Федерарен прочитал историю электрической искры, историю, которая от начала до конца продолжалась всего только одно мгновение.

Опыты продолжаются

Не один раз повторял Федерарен свой опыт. Он брал то однулейденскую банку, то целую батарею из десяти, пятнадцатит и даже двадцати лейденских банок. Το свидигал шарики почти вплотную, то раздвигал их на целый сантиметр или на полтора. Менял и смыть шарики — брал то железные, то медные, то свинцовые, то золоты. В один опытх оба шарика были из одного и того же металла, в других — из разных. Провода, которые шли от лейденских банок к шарикам разрядника, Федерарен брал то короткие и толстые, то длиные и тонкие. И каждый раз он photografировал отблеск искры во врашающем зеркальце.

По photografическим симкам измерял он, сколько времени длится искра, узнавал, как она вспыхивает, горит и гаснет.

Искры получались разной ярости, разной длины, разной продолжительность, но каждая состояние не из одной только всышки, а из многих. Вспышки следовали одна за другой через несколько миллионных долей секунды и становились все слабее и слабее, пока искра не угасала.

Почему же электрический заряд прокладывает себе путь между шариками разрядника не одним скачком,

47

а несколькими судорожными скачками?

Размышляя об этом, Федерсен вспомнил одну статью о разряде лейденской банки, которую он когда-то читал. Статья эта была написана в 1853 году английским ученым Уильямом Томсоном. Томсон не делал никаких опытов с лейденской банкой, да он и вообще не занимался опытами. Зато он был очень искусным математиком. Он знал физические законы, которые управляют электрическим током, и умел выводить математические следствия из этих законов. И вот Томсон попробовал с помощью вычисления установлен — что же собственно происходит с электрическим зарядом, когда заряжают лейденскую банку.

Вычисления Томсона показали: электрический заряд, добавив по проводам от стаканчика лейденской банки до разрядника, совершает прыжок с шарика на шарик и устремляется по проводу снова в банку, но уже в другой стаканчик. Таким образом оба заряда, положительные и отрицательные, меняются местами.

Отрицательный заряд, который был сперва, скажем, во внутреннем стаканнике банки, с разбета перелетит в наружный, а положительный из наружного во внутренний. Таким образом банка не разрядится, а только зарядится по-новому, и электрический ток снова помчится к разряднику, но уже в обратном направлении. То взад, то вперед станет бегать электрический заряд, перескакивая с одного шарика на другой, — снова со второго на перый и снова с первого на второй.

«Так вот оно в чем дело!» — подумал Федерсен. Вот почему прибор отметил на снимке не одну искру, а целых восемь. Значит, восемь раз просакивал электрический ток с шарика на шарик то в одну сторону, то в другую. И каждый раз в разряднике появляется блестия вспышка. Кончилсь вспышка, и сейчас же появилась другая — это снова проравался электрический ток, но уже в обратном направлении. Вспышка за вспышкой сверкала в узком пространстве между шариками, пока продолжалась жизнь искры, и с каждой вспышкой менялось направление ток. Пробежал ток в одну сторону — вспышка, пробежал назад — новая вспышка.

Вращающиеся зеркало Федерсена подтвердило договора Томсона: электрическая искра — это маленький переменного электрического ток. Черезничтожные промежутки времени, через каждые несколько миллионных долей секунды ток изменяет свое направление.

Так врашающее зеркало помогло Федерсену изучить природу электрической искры.

(Начало см. на c. 42)

Выражение $\frac{5-y}{10-3y}$ положительное при $y < \frac{10}{3}$ и $y > 5$; поскольку $1 \leq y \leq 9$, нужно проверить целочисленные значения $y = 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9$. Подставляя последовательно эти значения в выражение $\frac{5-y}{10-3y}$, получим единственное целочисленное значение $x = 2$ при $y = 3$. Поэтому второму условию задачи 1 удовлетворяет едненно и дузначное число 23. Это же число не противоречит и первому условию задачи 1, которое, таким образом, является ненужным.

В задаче же 2 первое условие дает $10x + y = 3xy + 9$, $1 \leq x < 9$, $1 \leq y \leq 9$. Отсюда $x = \frac{9-y}{10-3y}$, и после очередного перебора значений $y = 1, 2, 3$ находится число 63. Оно не противоречит и второму условию условия задачи.

Р. Ю. Винокур