Электромагнитные волны

Молодой немецкий физик Густав Людвиг Герц разделял взгляды своего научного руководителя, великого Гельмгольца, который, разрабатывая собственную теорию, пытался сочетать несочетаемое – теории немецких приверженцев дальнодействия – В. Вебера и Ф. Неймана, и взгляды Максвелла на роль промежуточной среды. Разделял тщетно, поскольку, чем больше экспериментов ставил Герц для проверки теории Гельмгольца, тем радикальней он опровергал ее.

Электродинамику ярого приверженца дальнодействия – Неймана нельзя было назвать безупречной – его уравнения не обладали изяществом и математической красотой, а при их использовании не всегда соблюдался закон сохранения. Это, естественно, нравиться Герцу не могло. Он корректирует систему уравнений Неймана с помощью поправки, учитывающей закон сохранения энергии, и получает свою собственную систему уравнений, частным случаем которой являлись те же уравнения Максвелла, только в несколько иных обозначениях.

Герц был разочарован: если теория Максвелла является универсальной, то выходит, все теории великих немецких физиков, в течение десятилетий считавшихся в Европе непревзойденными электродинамиками, необходимо сдать на историческую свалку. Порой национальное чувство сильно мешало Герцу.

Впоследствии, производя опыты с лейденской банкой, он обнаружит (естественно случайно;), проскакивание микроскопических искорок в зазоре, у почти замкнутого кольца проволоки, находящегося в полутора метрах от самой банки. Факт оставался фактом – с помощью какого-то механизма электрический импульс был без проводов передан от лейденской банки на проволочный контур, да еще на расстояние полтора метра. Осталось разобраться, что же это был за механизм.

Герц, так же как и Гельмгольц, считал, что причина явления – «электрическая индукция»; по Максвеллу же, такое воздействие могло передаться лишь с помощью электромагнитной волны, схожей по своей природе со светом. Историческая заслуга Герца – в доказательстве, вопреки своему желанию, второй точки зрения.

Теперь вся теория зависела от того, как будут вести себя «волны Герца». Если это волны предсказанные теорией Максвелла, то они подобны свету, а если так, то они распространяются прямолинейно, прозрачны для одних материалов и непрозрачны для других, отбрасывают тень, преломляются в призме, отражаются, и т.д.

И Герц осуществляет строгую проверку. Почти сразу же ему удалось обнаружить «тень». Металлический лист не пропускал новых волн, зато двери комнаты были для них прозрачны, как для света – стекло. Новые лучи распространяются прямолинейно: «Тщетно искал явление огибания». Если бы прав был Гельмгольц, ничего подобного не должно было быть. В призме, которую Герц изготовил из асфальта, новые лучи послушно отклонились от прямолинейного направления, по теории Максвелла можно было оценить и это отклонение; они прекрасно отражались, например цинковыми экранами; Герцу удалось даже сделать параболические зеркала, новым лучам оказались присущи даже такое тонкое явление как поляризация, присущее свету.

Для оценки скорости распространения Герц провел большое число остроумных измерений, и в большинстве случаев получил для новых волн значение, очень близкое к скорости света. После этого не осталось практически никаких сомнений в тем, что открытые «волны Герца» – предсказанные Максвеллом электромагнитные волны, причем совпадение было не только качественным, но и количественным – по теории Максвелла можно было заранее рассчитывать практически все характеристики новых волн.

Герц завершил труд, начатый Фарадеем. Если Максвелл перевел представления Фарадея в образы высокой математики, то Герц превратил эти образы в осязаемые, видимые, слышимые колебания – в реально существующие электромагнитные волны, описываемые все теми же уравнениями Максвелла.

Одновременно с Герцем ту же работу по «расчистке» «Трактата» Максвелла проводил английский ученый Оливер Хевисайд. Переработав в своей гениальной голове (а он был гений, это доказывается хотя бы тем, что он наткнулся на знаменитую формулу E = mc2 за 15 (!) лет до Эйнштейна) весь Максвеллов «Трактат», он тоже, как и Герц, пришел к более органичной системе четырех уравнений.

Таким образом, Герц и Хевисайд превратили неорганизованные формулы Максвелла в стройную систему, изучаемую, используемую и непоколебимую (даже теорией относительности) до сих пор.