Из работы Г. Герца

Из работы Г. Герца
"Об электродинамических волнах в воздухе 
и об их отражении"

Недавно я пытался доказать на опыте, что индукционное действие распространяется в воздухе с конечной скоростью. Соображения, на которых базировалось это доказательство, представляются мне вполне убедительными. Однако, поскольку они выводились сравнительно сложным образом из довольно сложных фактов, постольку они могут показаться не вполне очевидными тем, кто с самого начала относится к этим рассуждениям с некоторым предубеждением. Поэтому целесообразно дополнить предыдущее доказательство рассмотрением описываемых ниже явлений, в которых волнообразное распространение индукции в воздухе делается почти непосредственно осязаемым. Кроме того, эти новые явления допускают возможность непосредственного измерения длины волны в воздухе. То обстоятельство, что эта непосредственно измеренная длина лишь очень мало отличается от косвенных измерений, произведенных ранее с тем же аппаратом, служит свидетельством, что и предыдущее доказательство в основном было правильным.
Произведя опыты по изучению влияния прямолинейного вибратора на некоторый вторичный проводник, я неоднократно наблюдал явления, которые, по-видимому, объяснялись отражением индукционного влияния от стен помещения. Так, например, во многих случаях удавалось наблюдать слабые искры во вторичной цепи в таких положениях, для которых это никак не могло получиться благодаря непосредственному воздействию уже из геометрических соображений симметрии, а именно главным образом вблизи твердых стен.
Особенно показательными представляются мне следующие наблюдения: изучая искры во вторичном проводнике на больших расстояниях от первичного, где, разумеется, искры были очень слабыми, я замечал, что во многих положениях вторичной цепи искры явно усиливаются, когда же я приближался к твердой стене, то в непосредственной близости к последней они почти внезапно исчезали. Простейшим объяснением казалось мне следующее: волнообразно распространяющееся индукционное действие отражается от стен, причем отраженные волны в некоторых местах усиливают падающие, в других - ослабляют, так что благодаря интерференции обеихволн в воздухе образуются стоячие волны. По мере улучшения условий отражения явление делалось все более отчетливым, и предложенное объяснение казалось все более вероятным. Я не буду останавливаться здесь на предварительных опытах, а непосредственно перейду к описанию основных исследований.
Физическая аудитория, в которой производились эти опыты, имеет примерно 15 м длины, 14 м ширины и 6 м высоты. Чтобы придать стене свойства проводящей поверхности, на ней был укреплен цинковый лист 4 м высоты и 2 м ширины. При помощи проволок он был соединен с газопроводами и близким водопроводом, причем особое внимание уделялось тому, чтобы по возможности облегчить утечку электричества, могущего скопляться на верхнем и нижнем концах листа.
Против середины этого листа на расстоянии 13 м, т. е. в 2 м от противоположной стены, был установлен первичный провод. Это был тот же самый провод, который применялся при прежних исследованиях скорости распространения. Этот провод теперь был установлен вертикально, так что исследуемые силы колебались в вертикальном направлении. Середина первичного проводника была поднята над полом на 2,5 м. На такой же высоте производились и наблюдения, причем между столами и скамьями был оставлен проход для наблюдателя. Назовем перпендикуляр, опущенный из середины первичной цепи на отражающую поверхность, нормалью. Наши наблюдения производились вблизи нее... Вертикальная плоскость, параллельная нормали, является в наших опытах плоскостью колебаний; плоскость, перпендикулярную к нормали, назовем плоскостью волн.
Вторичная цепь представляла собой уже использованный ранее проводник, согнутый по кругу радиуса 35 см. Он мог вращаться вокруг оси, проходящей через его середину и перпендикулярной к его плоскости. Эта ось при опытах была горизонтальна. Она была укреплена в деревянной подставке таким образом, что можно было вращать ее вместе с контуром вокруг вертикальной оси. Правда, в большинстве опытов проводник, закрепленный в деревянной подставке, можно держать в руке и устанавливать в наилучшем из различных положений. Но так как тело наблюдателя всегда оказывает некоторое влияние, то наблюдения, сделанные таким образом, необходимо контролировать потом наблюдениями с большого расстояния. При этом искры были достаточно сильны, чтобы их можно было заметить в затемненном помещении на расстоянии несколько метров, в светлом же помещении описываемые явления незаметны даже на близком расстоянии.
Явление, которое при этих условиях наиболее важно, заключается в следующем: мы совмещаем среднюю точку нашей вторичной цепи с нормалью, располагаем ее плоскость в плоскости колебаний и затем поворачиваем искровой промежуток сначала к отражающей стене, затем в противоположном направлении. Обычно в обоих положениях искры представляются весьма различными. Так, если мы будем производить опыт на расстоянии примерно 0,8 м от стены, искры получатся более сильными, если искровой промежуток обращен к стене. Можно отрегулировать длину искр таким образом, что при обращении искрового промежутка к стене получаются устойчивые искры, но в противоположном положении искры совершенно не наблюдаются. Если мы повторим опыт на расстоянии 3 м от стены, то найдем обратное: устойчивые искры получатся при повороте искрового промежутка от стены, а отсутствие искр - при повороте к стене. Если теперь удалиться от стены на 5,5 м, то явление .снова обернется: искры будут получаться на стороне, обращенной к стене, но исчезнут на другой стороне. Наконец, на расстоянии 8 м от стены мы снова будем наблюдать обратную картину: искры получаются более сильными на стороне, удаленной от стены, но различие делается менее отчетливым. В дальнейшем обращения явления не происходит, так как вблизи первичной цепи оно маскируется сильным влиянием первичных колебаний и усложненной картиной поля вблизи первичной цепи. На рисунке в местах I, II, III и IV, вторичная цепь изображена в положениях, соответствующих наиболее сильному образованию искр. Переменный характер состояния пространства отчетливо выявляется на этом рисунке... 
Установим теперь искровой промежуток в одном из последних положений и будем медленно удаляться от стены. Мы заметим, что в непосредственной близости к проводящей металлической поверхности искры отсутствуют, уже на очень небольших расстояниях от нее они появляются, в дальнейшем интенсивность их быстро возрастает, достигая в точке В довольно большого значения; далее интенсивность искр падает. В точке С они опять делаются чрезвычайно слабыми, а при дальнейшем перемещении снова возрастают. Однако следующее исчезновение искр не наблюдается, но искры непрерывно усиливаются, благодаря чрезмерному приближению к первичной цепи. Если бы мы изобразили интенсивность искр на участке AD в виде кривой, с учетом положительного и отрицательного знаков, то мы получили бы почти непосредственно уже рассмотренную сплошную кривую.


Из доклада Г. Герца
"О соотношениях между светом и электричеством"

Если вы дадите физику некоторое количество камертонов и резонаторов и потребуете, чтобы он доказал вам конечность скорости распространения звука, то даже в ограниченном пространстве комнаты он не встретит никаких затруднений. Где-либо в комнате он установит камертон и в различных местах вокруг него будет вслушиваться с помощью резонатора, обращая внимание на силу звука. Он констатирует, что последняя становится в отдельных точках весьма слабой; он найдет причину этого в том, что каждое колебание уничтожается здесь другим колебанием, вышедшим позднее, но достигшим той же точки по более короткому пути. Если, однако, более короткий путь требует меньшего времени, чем более длинный, то распространение происходит с конечной скоростью. Поставленная задача решена. Но наш акустик покажет нам сверх того, что места тихого звука повторяются периодически на одинаковых расстояниях; он измерит отсюда длину волны и, если он знает период камертона, получит отсюда же и скорость звука. В точности то же, и не что иное, изучаем мы с помощью наших электрических колебаний. Вместо камертона мы ставим электрически колеблющийся проводник. Вместо резонатора мы берем наш прерванный искровым промежутком провод, который мы тоже называем электрическим резонатором. Мы замечаем, что в отдельных положениях в пространстве он дает искры, а в других - не дает; мы видим, что мертвые зоны следуют друг за другом периодически по определенному закону, а тем самым доказана конечная скорость распространения и длина волны сделалась измеримой. Ставится вопрос - являются ли обнаруженные волны продольными или поперечными. Мы придаем нашему проводу два различных положения в одном и том же месте волны; при одном из них он откликается, при другом нет. Ничего больше не требуется, вопрос решен, волны являются поперечными. Спрашивается, какова их скорость. Мы делим измеренную длину волны на вычисленный период колебаний и находим скорость, близкую к скорости света. Если вызывает сомнение правильность вычисления, то у нас имеется и другой путь. Скорость электрических волн в проводах тоже чрезвычайно велика, и скорость наших волн в воздухе мы можем непосредственно сравнить с ней. Но скорость электрических волн в проводах уже давно определена путем прямого измерения. Это оказалось возможным потому, что эти волны пробегают расстояния во много километров. Таким образом, мы косвенно получаем чисто экспериментальное определение и нашей скорости. Если результат и оказывается грубым, то во всяком случае он не противоречит уже имеющемуся.
Все эти опыты очень просты в принципе, но тем не менее они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла. Последняя уже не связывает далекие друг от друга явления природы. Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение. Итак, мы у цели. Но здесь можно, пожалуй, обойтись даже без содействия теории. Наши опыты сами неуклонно поднимали нас на высоту того горного прохода, который соединяет, согласно теории, область света с областью электричества. Остается пройти несколько шагов дальше и исследовать спуск в область уже изученной оптики. Исключить теорию будет при этом не лишним. Существует много любителей природы, которых интересует сущность света, которым доступно понимание простых опытов, но для которых при всем том теория Максвелла является книгой за семью печатями. Да и экономия науки требует отказа от обходных путей там, где возможен прямой. Если с помощью электрических волн мы сможем непосредственно констатировать световые явления, то нам не понадобится никакая теория в качестве посредника; родство выявится из самих опытов. Такие опыты действительно возможны. Мы помещаем проводник, который возбуждает колебания, в фокальной линии очень большого вогнутого зеркала. Благодаря этому волны собираются вместе и уходят от зеркала в виде остро направленного луча. Конечно, мы не можем этот луч ни непосредственно видеть, ни ощущать; его действие проявляется тем, что он вызывает искры в проводниках, на которые он падает. Он становится видимым для нашего глаза лишь тогда, когда последний вооружается одним из наших резонаторов; в остальном это настоящий световой луч. Вращением зеркала мы можем посылать его в различных направлениях; исследуя путь этого луча, мы можем убедиться в его прямолинейном распространении. Если мы поставим на его пути проводящие тела, то они не позволят ему пройти, отбросят тень. При этом независимо от того, уничтожают ли они луч полностью или нет, они отбрасывают его назад; мы можем проследить ход отраженного луча и убедиться, что законы его отражения суть законы отражения света. Мы можем и преломлять наш луч тем же путем, что и свет. Для того чтобы заставить преломляться световой луч, мы пропускаем его через призму, в результате чего он отклоняется от своего прямого пути. Так же мы поступаем и здесь и с тем же результатом. Соответственно размерам волн и луча мы должны только взять очень большую призму, сделав последнюю из какого-либо дешевого материала, например из смолы или асфальта. И, наконец, мы можем получить с нашим лучом даже такие явления, которые до сих пор наблюдали исключительно в свете, - поляризационные явления; вводя на пути луча соответствующим образом сконструированную проволочную решетку, мы можем зажечь или потушить искры в нашем резонаторе в соответствии с точно такими же геометрическими закономерностями, каким следует просветление или затемнение поля зрения поляризационного аппарата при введении кристаллической пластинки.
Таковы опыты. При их проведении мы уже целиком и полностью находимся в области учения о свете. Когда мы составляем план этих опытов, когда мы описываем их, мы мыслим уже не электрически, а оптически. Мы уже не видим токов, текущих в проводниках, и накапливающихся зарядов. Мы видим лишь волны в воздухе, видим, как они перекрещиваются, как они расходятся, складываются, взаимно усиливаются и ослабляются. Выйдя из области чисто электрических явлений, мы шаг за шагом пришли к явлениям чисто оптическим. Горный перевал перейден, дорога опускается и вновь выравнивается. Связь между светом и электричеством, которую теория предчувствовала, предугадывала, предвидела, установлена,- установлена вразумительно и понятно для здравого смысла.

Теги: