Вращающееся зеркало Феддерсена подтвердило догадку Томсона: электрическая искра – это маленький отрезок переменного электрического тока. Через ничтожные промежутки времени, через каждые несколько миллионных долей секунды ток изменяет свое направление.
Так вращающееся зеркало помогло Феддерсену изучить природу электрической искры.
Что происходит в пространстве
Когда в 1862 году немецкий физический журнал Annalen der Physik напечатал описание опытов Феддерсена, многие ученые заинтересовались этими опытами. По приложенным к статье чертежам они построили точно такие же приборы, какими пользовался Феддерсен, повторили и проверили его работу. Физики всего мира с восхищением отзывались о необыкновенной удаче ученого, которому посчастливилось сфотографировать мгновение.
Но, восхищаясь изобретательностью Феддерсена, его современники проглядели самое главное. Никто не понял, какие необыкновенные возможности таятся в его открытии, никто не предвидел, к каким новым открытиям может оно повести.
Ученые, которые повторяли и проверяли опыты Феддерсена, были так поглощены изучением электрической искры, что больше ни о чем не думали. Все их внимание было приковано к тому месту, где загорается и гаснет электрическая искра, – к нескольким миллиметрам пространства, отделяющим один шарик разрядника от другого.
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?
Генрих Герц
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, через 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 Герц 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 электрическая 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.
