Торжество теории электромагнитного поля

Теория электромагнитного поля, предложенная Д.Максвеллом, полностью отрицала принцип дальнодействия в электрических и магнитных явлениях. Ситуация грозила принять совершенно трагическую форму, ведь основоположниками и защитниками принципа дальнодействия были Ампер, Гельмгольц, другие корифеи того времени. Поэтому теория Максвелла завоевывала позиции с огромным трудом. В английских университетах начали читать лекции по теории электромагнитного поля, но смехотворно мало слушателей посещали их. Необходим был радикальный перелом в умах физиков, чтобы вынудить их внимательно изучить теорию.

Так удачно сложилось, что этот толчок обусловил своими исследованиями ученик Германа Гельмгольца (Берлинский университет) такой же, как и учитель, приверженец принципа дальнодействия Генрих Герц. Гельмгольц первый среди европейцев обратил внимание на теорию Максвелла, оценил ее сильные стороны, универсальность и многогранность. Но он не мог признать “промежуточную среду”, в которой могло существовать и распространяться электромагнитное поле. “Ничто” принять в качестве физической реальности Гельмгольц никак не мог.

Герц многократно получал от учителя задания на проведение исследований, ставящих целью опровергнуть тезис Максвелла. При постановке одного из своих экспериментов он открыл “электромагнитные волны”, посредством которых электрическая энергия передавалась на расстояние до 1, 5м. Факт передачи энергии фиксировался сконструированным Герцем специальным “искровым микрометром”. Суть эксперимента состояла в том, что между двумя шариками создавалась искра. На некотором расстоянии от этих шариков был размещен почти замкнутый контур. Единственным промежутком в этом контуре был искровой промежуток с маленькими шариками. Когда в первой цепи создавалась искра, во втором искровом промежутке также проскакивали искорки. Металлический лист не пропускал волн. Зато двери комнаты были для них прозрачны. Новые волны вели себя, как обычный свет. Герц сумел определить скорость распространения электромагнитных волн. Она оказалась равна скорости света. Герц сумел даже изготовить параболическое зеркало для новых волн.

Не оставалось сомнения, что открытые “волны Герца”- это предсказанные Максвеллом электромагнитные волны. Опыты Герца привлекли внимание самых широких слоев общества. Появились предложения создать новую систему связи без проводов.

Герц умер в возрасте 37 лет, но сделал за это время гораздо больше, чем другие - за вдвое большее время. Его именем названа единица частоты колебаний - один период в секунду. Герц придал теории Максвелла современную простоту и наглядность. Одновременно с Герцем работу по “расчистке” теории Максвелла проводил и английский ученый Оливер Хевисайд. Он был и математиком, и физиком, и телеграфистом. Его усовершенствования в телеграфном деле принесли владельцам компаний миллиардные прибыли. А сам Хевисайд, чье имя золотыми буквами вписано в современную физику, остался и умер провинциальным телеграфистом. Знаменитейшая формула Е = mc² была им выведена за 15 лет до Эйнштейна.

Таким образом, Герц и Хевисайд превратили неорганизованные формулы Максвелла в строжайшую систему, которая используется до сих пор. Хевисайд предложил общеупотребительные теперь операторный и символический методы математического моделирования и расчета электрических и магнитных систем. Он установил наличие верхнего слоя в атмосфере, отражающего радиоволны (слой Хевисайда).

Важное открытия на пути практического использования электромагнитного излучения было сделано в 1984 году английским физиком О.Лоджем. Он заметил, что два распложенных достаточно близко друг от друга шарика при проскакивании между ними искры сближались так, что между ними мог проходить электрический ток. Так же вел себя «радиокондуктор» французского физика Э.Брендли, который представлял собой дорожку мелких металлических опилок, насыпанных на стеклянную пластинку. После проскакивания электрической искры вдоль этой дорожки её сопротивление заметно падало, а для его восстановления «радиокондуктор» нужно было встряхнуть. Э. Лодж насыпал опилки в стеклянную трубочку и расположил её рядом с электрическим звонком. При работе звонки трубочка встряхивалась и сопротивление столбика опилок восстанавливалось. Лодж назвал свой прибор «когерером». Таким образом, когерер был готов к приему следующего сигнала.

Сообщение Лоджа произвело большое впечатление на многих ученых, но быстрее других оно вырвало реакцию у нашего соотечественника А.С.Попова. Именно он стал искать более эффективный способ восстановления чувствительности когерера. В течение зимы 1892-1893 гг. он построил достаточно мощный передатчик для системы телеграфии без проводов для Военно-морскго флота России. Передатчик был создан на основе вибратора Герца, с индукционной катушкой, искровым разрядником в сосуде с маслом и антенной в виде двух квадратных металлических листов со стороной 40см. В приемнике был использован когерер Бранли-Лоджа. Однако звонок использовался по-другому: первый ход молоточка свидетельствовал о приеме сигнала, а обратный – встряхивал когерер, восстанавливая его сопротивление. Проверив работу системы в 1895 году на расстоянии до 80-ти метров, А.С.Попов доложил о своем изобретении на заседании физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля 1895 года. Именно здесь был впервые публично продемонстрирован сеанс радиосвязи с передачей и приемом кротких сигналов и их приемом звонком радиоприемника. В «Журнале РФХО» №8 1895 г. было дано описание приемника, по словам И.В.Бренева, «позволяющее любому электротехнику воспроизвести его без труда».

При установке на выходе приемника в марте 1896 года аппарата Морзе точки и тире смогли четко фиксировать на телеграфной ленте. Первая в мире радиограмма с текстом «Генрих Герц» была передана и принята Поповым на расстоянии 250 м на заседании РФХО 12 марта 1896 года. Этот доклад А.С. Попова является еще одним подтверждением его приоритета в изобретения радио, так как сделан он был еще до получения патента Г.Маркони. Беспроводная телеграфия была взята на вооружение военно-морским ведомством России и вскоре оправдала все возлагаемые на неё надежды.

И хотя основные принципы изобретения были засекречены, они стали известны не только в России, но и за рубежом. В частности – профессору Болонского университета Аугусто Риги, у которого до 1896 года обучался Гулельмо Маркони. Естественно, что он был осведомлен о принципах беспроволочной телеграфии Попова, которые пытался усовершенствовать А.Риги. Умело сочетая недюжинную инженерную смекалку и талант предпринимателя, Г. Маркони предпринял ряд попыток запатентовать свои результаты в Италии, но получил решительный отказ Министерством почт и телеграфов. В феврале 1896 года он отбывает в Англию и там подает заявку на патент. Английский патент №12 039 был выдан Маркони 2 июля 1897 года, но только – на «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого». Этот патент действовал лишь на территории Великобритании, мирового статуса он не имел. Более того, анализируя патентное описание приборов Маркони, А.Риги приходит к выводу, что «даже беглый взгляд на возбудитель волн… убеждает нас в полной идентичности этого прибора с трехискровым возбудителем Риги…, Примененный Маркони в качестве приемника прибор представляет собой… когерер Ложда. Также и применение реле для замыкания местной цепи тока и применение звонка… и антенны в виде составной части приемника мы находим у А.С.Попова, который описал этот прибор публично уже в мае 1895 года…». В выдаче патента Маркони отказали Германия, Франция, Россия. Тем не менее Нобелевская премия 1909 года в области радиотехники была присуждена Г.Маркони и Ф.Брауну, так как А.С. Попов в 1906 году а эта премия присуждается только действующим ученым для стимулирования их работы.

Современную цивилизацию невозможно представить себе без глобальной радиосвязи, телевидения, интернета и многого другого, что стало возможным с изобретением радио.