«Дифференциальные уравнения в частных производных» — так это называется на языке математики. Их было всего четыре уравнения, которые вывел Максвелл, но они открыли новые горизонты науки. На основе этих четырех уравнений Максвелл возвел стройное здание своей теории — теории электромагнитного поля. Все отдельные факты и наблюдения, которые были накоплены за экспериментальным столом Фарадея, получили точное объяснение и математический ключ к их владению. Очень метко было впоследствии сказано: «Теория Максвелла — это система уравнений Максвелла». Казалось бы, ряды сухих, мертвых значков. Разве им сравниться с живой силой наглядных физических представлений, где играют заряды и токи, скорости и силовые линии!.. Но тому, кто способен слышать язык математики, ряды этих значков, интегралов и дифференциалов открывают очень многое. Недаром один из величайших ученых говорил с восторгом: «Нельзя изучать эту чудесную теорию без того, чтобы порой не возникало ощущение, что математическим формулам присуща самостоятельная жизнь и собственный разум, что они умнее нас, умнее даже открывшего их, что они дают больше, чем в них было ранее вложено». Так и оказалось. Уравнения, которые Максвелл сам же вывел, сказали ему значительно больше, чем он от них ожидал. Уравнения показали ему, что в природе должны существовать при известных условиях электромагнитные волны. Невидимые волны, как будто никак не ощутимые; но все же волны. Вычисления говорили также о том, что такие волны должны распространяться в пространстве, «от точки к точке», как еще предполагал Фарадей, и что бегут они с определенной, конечной скоростью. А дальше Максвелл вычислил, что их скорость должна быть близка или равна скорости света. Гениальные догадки, зародившиеся в фарадеевских исследованиях, нашли себе столь же гениальное математическое подтверждение. Из этой музыки символических знаков у Максвелла сложился последний и самый внушительный аккорд его теории. Свет и электричество имеют одинаковую природу. Свет порождается колебаниями той же среды, которая вызывает электрические и магнитные явления. «Свет является электромагнитным возмущением, распространяющимся через поле в соответствии с электромагнитными законами», — делает Максвелл главный вывод из своих вычислений. Новая теория приобретает законченную форму. Электромагнитная теория света. Но то, что было ясно для Максвелла, открывалось еще далеко не всем. Не всем были доступны его формулы. И далеко не всех они убеждали, даже тех, кто смог проникнуть в их смысл. В самом деле, ведь это были только голые вычисления, не имеющие пока никаких реальных, ощутимых подтверждений. Как признать, например, эти странные электромагнитные волны, как поверить в их реальность, когда их никто еще не улавливал, не получал и когда они существуют только на бумаге в максвелловских значках? Ученый мир не спешил с признанием повой теории. И многие искали, как бы ее опровергнуть, а не как ее подтвердить. Теория оставалась пока лишь очень изящной тонкой новинкой, но вовсе ни для кого не обязательной. Лишь кое-где, на отдельных островках науки, пробивались с трудом, медленно семена новой теории. Редкие физики имели мужество одолевать ее математический частокол. И постараться увидеть за ней скрытые горизонты. Как одинокие рыцари, сражались за нее на кафедрах некоторых университетов первые последователи и поклонники. Наиболее рьяным рыцарем фарадеевско-максвеллового учения выступал в Петербургском университете профессор Иван Иванович Боргман. Студенту Попову не раз приходилось слушать на лекциях его горячие высказывания в пользу новейшей английской физики. Вдохновенно поблескивая стеклами толстых очков, Иван Иванович рассказывал им, недорослям в науке, о волновой природе света, рисовал на доске воображаемые силовые линии Фарадея, приводил уравнения Максвелла. Говорил о высоком значении новой теории, о ее математической красоте. И тотчас же, переходя на свой обычный саркастический тон, заключал: — Читайте Фарадея, изучайте Максвелла! Может быть, и вас тогда коснется дух научного искания, просветив ваши нетронутые умы. Читайте Фарадея!.. А ведь его действительно можно было прочитать. Здесь же, в Петербурге, недалеко от университета. Избранный почетным членом Петербургской Академии наук, Фарадей считал своим долгом присылать в дар Российской Академии свои печатные труды с собственноручной подписью. В Петербургской Академии хранились оттиски его знаменитых серий «Экспериментальные исследования по электричеству». И каждый, кто прикасался к этим листам под бдительным надзором академических библиотечных служителей, словно вступал во врата истинно большой науки, прослеживая ход гениальной мысли, переживая события, происходившие за столом непревзойденных фарадеевских экспериментов. Опыт за опытом, со всеми находками, неудачами и новым продвижением. Великая кухня открытий. А кто сидит там, склонившись над этими листами? Худой и бледный. Не студент ли Александр Попов, всегда такой жадный до всякого знания? Попов несомненно бережно изучал все наследие Фарадея. Брал постепенно вершины Максвелловой теории. Но теория оставалась пока только теорией. Оригинальной, красивой. За ее смелыми взглядами, за ее математическими значками предполагались реальные физические процессы, которые существуют не на бумаге, а в действительности. Должны существовать. И это напряженное поле силовых линий. И эти электрические колебания… Так где же они, предсказанные волны? Сам Максвелл настолько верил своим формулам и уравнениям, что не нуждался ни в каких подтверждениях. Он не предпринимал никакой опытной проверки. Пусть, если хотят, этим занимаются другие. А другие? Никто еще не знал, как к этому подступиться. Ушел из жизни Фарадей, до старости стоявший, как часовой науки, за своим лабораторным столом. Ушел Джемс Максвелл, настигнутый смертью во время своих вычислений, — его память почтили студенты в Петербурге на лекции профессора Боргмана минутой молчания. Но ничто еще не подтверждало, что предсказанные волны действительно существуют. Самые передовые ученые посвящали им немало раздумий. Строили разные предположения, определяли условия, при которых могут возникнуть колебательные разряды, выводили на бумаге разные характеристики предполагаемых волн, украшали свои рассуждения математическими значками. А волн все-таки не было. Никто их еще не «держал в руках». Берлинская Академия наук объявила даже конкурс на то, чтобы экспериментально подтвердить теорию Максвелла и существование электромагнитных волн. Но прошло почти десять лет, а никто не мог дать этого подтверждения. И вдруг… 13 декабря 1888 года молодой немецкий физик Генрих Герц, недавний ассистент Гельмгольца, а теперь профессор Высшей технической школы в Карлсруэ, выступил с сообщением: он получил электромагнитные волны. Получил и подверг их всевозможным исследованиям. Сам Гельмгольц, прочтя присланный ему манускрипт Герца, немедленно ответил: «Браво! В четверг передам в печать». Раскрылась новая страница науки — науки электрических колебаний. Более двух лет охотился у себя в лаборатории Генрих Герц за электромагнитными волнами. И однажды, добыв их, уже более не отпускал, ловил и часами изо дня в день, тяжко кашляя и пытаясь время от времени согреться у железной печки, подвергал их всяческому экспериментальному анализу. Увеличивал, уменьшал, измерял, отражал, рассеивал, преломлял… Он гонял их по комнате лаборатории, как укротитель по манежу цирка. И новоиспеченные капризные волны действительно подчинялись его дрессировке. Исходя из уравнений Максвелла, молодой Герц построил собственную теорию того, что должно быть излучателем электромагнитных волн. Токи высокого напряжения дали ему тот искровой разряд, ту искусственную маленькую молнию, которая сотрясала пространство прибоем электрических колебаний. На его лабораторном столе громко трещала искрами индукционная катушка, заряжаемая от батареи гальванических элементов, — источник высокого напряжения. Катушка соединялась с тем, что, Собственно, и было главным изобретением Герца: его излучатель, в котором, как в центре сотрясений, рождались эти долгожданные волны и расходились в пространство. Потому он и дал ему название — вибратор. Толстый металлический стержень. Стержень посредине разрезан, и на эти внутренние концы насажены металлические шарики. Между ними — небольшой воздушный промежуток. Внимание! В этом промежутке все и совершается. Все, ради чего затрачено столько теоретических расчетов и столько экспериментальной находчивости. Вибратор Герца. В общем-то, устройство как будто совсем незамысловатое, но вызвавшее в науке подлинный переворот. Катушка работает. Ток, преобразованный в витках ее вторичной обмотки, достигает высокого напряжения, электризуя шарики вибратора все больше и больше. Напряжение растет до того, что воздушный промежуток между шариками уже не является препятствием. Голубовато-белые искры с резким треском проскакивают в промежутке. Происходит колебательный разряд. Сотни тысяч колебаний в секунду! Волны, электромагнитные волны разбегаются от вибратора. Куда? Теория Фарадея — Максвелла говорит, что во все стороны, на далекие расстояния, — ну, как лучи света. Только невидимо, незримо для нас. И теперь задача в том, чтобы их «увидеть». Лучи света видит наш глаз. А что может служить глазом для электромагнитных волн? Что может ловить, различать эти электрические лучи? Как создать электрическое зрение? Генрих Герц и создает такое новое зрение — «электрический глаз». Аналогия с музыкальными струнами помогает ему совершить это открытие. Давно было известно, что можно заставить на звуки одной струны отвечать другую, если обе их одинаково настроить. Тогда при колебаниях первой струны, едва в пространстве побегут звуковые волны, начнет дрожать и струна вторая, в том же тоне. Это явление резонанса Герц решил использовать и для своей цели — перенести его из области звука в область электричества. Заставить какое-нибудь устройство, чтобы оно, как резонатор, отзывалось на колебания электромагнитных волн. Он берет металлический стержень, подобный тому, что в вибраторе, и сгибает его в виде дуги. Насаживает на оба конца по металлическому шарику. И резонатор готов. Герц помещает его на другом столе, против того, где работает катушка с вибратором. Сдвигая или раздвигая шарики резонатора, он изменяет промежуток между ними и таким путем настраивает резонатор на любую электромагнитную волну. Если настроить на волну, которую излучает сейчас вибратор, то «чудо» произойдет. В ответ на каждую искру в вибраторе проскакивает искра и между шариками резонатора. Вот оно, чудо рождения и ловли электромагнитных волн! Волны, бегущие от вибратора по всем направлениям, наталкиваются на резонатор, заставляют его «звучать» в том же тоне, вызывая в нем такие же колебания, и маленькая искра возвещает: да, они действительно существуют, эти загадочные волны. Смотрите, смотрите на них с помощью «электрического глаза», который изобрел молодой физик в Карлсруз, бледный лицом, с щетинистой бородкой, словно небритый, снедаемый жаром открытия и чахоточной лихорадки. Ему было нелегко с ней справиться, с этой искрой, единственно заявляющей о существовании волн. Она была полна капризов, эта искра. «То мы увидели, что искры усилились, — жаловался сам Герц. — Как тут же рядом они стали слабее, а рядом совсем исчезли». Весь успех опытов висел на тоненьком волоске. А явление надо было изучать, измерять, описывать. И выводить из этого твердые закономерности. Герц не жалел остатков своих сил. Он даже не думал об этом. Он делал то, что нужно, чтобы опыты и расчеты прошли удачно. Он научился даже по одному только виду искры и по характеру ее треска судить о состоянии своей аппаратуры. Он не только определил характеристики электромагнитных волн, их длину, период колебания, интенсивность распространения… Он обнаружил также, что электромагнитные волны способны проникать сквозь деревянные и каменные стены, через закрытые двери и что от них нельзя укрыться даже в запертой комнате. Поистине удивительные лучи! А потом в большой физической аудитории школы Карлсруэ, где высокий свод подпирали два ряда мрачных железных колонн, произвел он свои знаменитые опыты по сравнению «электрических лучей» с лучами света. Пришлось удалить из помещения висячие части газовых труб, снять металлические подсвечники, чтобы они не искажали картину волн. Остались только деревянные столы и скамейки, вынести которые было невозможно. Но Герц надеялся, что они не должны оказывать заметного влияния. И опыты начались. Длинная, беспрерывная вереница опытов. Он отражал лучи металлическими зеркалами, собирал в фокусе, заставлял отталкиваться от цинковых щитов, накладывал друг на друга, гасил их, преломлял сквозь призмы из смолы, подвергал поляризации… Словом, проделывал с электромагнитными волнами все то, что обычно проделывают ученые-оптики, изучая свет. И тут же, на основании опытов, строил теоретические выводы, украшая их рядами математических формул. И представьте, как и было предсказано по теории, электромагнитные волны вели себя во всем подобно световым лучам. Так же распространялись во все стороны, и так же отражались и преломлялись, и так же пронизывали пространство, с такой же огромной скоростью, как было подсчитано. Герц обнаружил, что они могут давать даже тень, если загородить их каким-нибудь непроницаемым экраном, — совсем как на солнышке. Итак, Герц подтвердил на деле правоту гениальных догадок Фарадея. Герц доказал реальное содержание Максвелловых уравнений. Новая электромагнитная теория света, став наконец на твердую почву опыта, торжествовала свою победу. Что поднялось тогда среди физиков! Какое смятение, волнение в умах! И в самой Германии, и в лабораториях Лондонского Королевского института, и в Академии Парижа, и в университете Петербурга… и, между прочим, в тех комнатах физического кабинета Минного класса на кронштадтском острове, где трудился Попов. ПОВТОРЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО Молодой ассистент Минного класса Николай Георгиевский знал, как умеет Попов таить про себя свои чувства, переживания. Разве только какой-нибудь особенно удавшийся опыт заставлял Александра Степановича вдруг открыто, почти по-детски обрадоваться. А обычно он всегда спокоен, совершенно спокоен, что бы ни произошло. Но его, Георгиевского, не проведешь! Они слишком давно и близко знакомы, еще со студенческих лет, чтобы не угадывать, что скрывается иногда за этой внешней сдержанностью. Когда приходит новый журнал с очередной статьей Герца, он откладывает все остальное и погружается в чтение. Его трудно даже тогда окликнуть. Не слышит, ничего не слышит. Лишь изредка поднимает голову, уставившись в окно, в сад Минного класса, где торчат по-зимнему голые сучья. И что он там видит? Герц называл свои статьи мемуарами. Они так и были написаны: живое воспоминание обо всем, что думал, делал и переживал он, идя к своим открытиям. Ученый трактат, звучащий как личная исповедь. Тот же дух страстного искания, что пронизывал и знаменитые серии Фарадея. Недаром Герц отдавал им в своих мемуарах такую дань восхищения и во многом следовал методу великого англичанина. Он вводил читателя в свою лабораторию в Карлсруэ, в самый интимный процесс исследования. Посвящал в круг своих мыслей, предположений, расчетов. Даже в то, что отвлекало его сначала от главного. А затем — именно это главное. Охота за волнами. За таинственными волнами, существовавшими до того лишь в догадках и математических знаках. Шаг за шагом раскрывал перед читателями Герц свое продвижение к цели. Опыт за опытом. Удачи и неожиданные результаты, неясные, сомнительные, и результаты вовсе отрицательные. И размышления над ними, уроки удач и неудач. И постепенное накопление выводов. Фундаментальные выводы, носящие характер законов. И все это Герц разворачивал последовательно перед читателем, беря его как бы в соучастники своих замечательных открытий и не гнушаясь при этом останавливать внимание на таких мелочах рабочей обстановки, как, например, кусок отрезанной газовой трубы или железная печка, которая мешала его некоторым опытам, но возле которой он, измученный и обессилевший, пытался найти тепло, укрываясь от приступов чахоточного озноба, — о чем, разумеется, он уже не писал. Герц говорил с любовью не только о волнах, но и о людях. О тех, кто своими открытиями, идеями или советами наводил его на путь исследований. Кто своими находками прояснял ему возможность его собственных находок. Или своими ошибками предостерегал от его собственных ошибок. Ни о ком не забывал Герц в своих мемуарах, ни о чьих заслугах и усилиях — начиная от самых великих и кончая любым самым скромным рядовым исследователем. Наука была для Герца не полем состязания, а полем сотрудничества. Этому взгляду на вещи тоже можно было у него поучиться. А не только тому, как получать и улавливать электромагнитные волны. Попов долго не закрывал последней статьи Герца, сидел задумавшись, словно желая побыть еще с ее автором. Потом встал, протянул журнал ассистенту и коротко сказал: — Читали? Советую… И зашагал между столиками с приборами. С ним невозможно было предаваться долгим рассуждениям. А через несколько дней на большом столе физического кабинета началось составление из приборов и разных деталей, бывших под рукой, нового замечательного устройства. Батарея элементов с индукционной катушкой. Стержни вибратора с шариками на концах. Экраны для отражения волн. Дуга резонатора с такими же шариками… Полный герцев набор, которому суждено уже стать классическим в новейшей волновой физике. Тогда повсюду, где только можно — в лабораториях, в университетах, в разных странах, — многие кинулись за герцевой искрой, как за сказочной жар-птицей. На ловлю волн-невидимок. Каждому хочется сотворить чудо и вызвать духа из бутылки, даже ученым, И пусть этим духом будут электромагнитные волны, а роль волшебной бутылки играет вибратор, откуда они вырываются на волю. Кого не прельстит треск маленьких молний у себя за столом и картина того, как эхом на них отзываются искорки, скачущие между шариками резонатора! Многие тогда брались повторить опыты Герца. Первым, кто публично демонстрировал новинку в Петербурге, был профессор Николай Григорьевич Егоров. Он тщательно скопировал приборы Герца и привез их на заседание Русского физико-химического общества, в тот самый зал с антресолями в «Же-де-пом». Приборы оказались столь громоздки, что их пришлось погрузить на телегу. Но эффект они дали очень небольшой. Зал был погружен в темноту, чтобы легче было рассмотреть герцевы искорки: как они проскакивают в ответ на разряды вибратора. Профессор пододвигал резонатор все ближе и ближе к вибратору, а ответную искорку так и не удавалось разглядеть из зала. Слишком ничтожной, слабой она была. Пришлось председателю собрания подойти вплотную к резонатору и, вооружившись очками, склониться чуть ли не к самым шарикам. Вглядевшись как следует, он удостоверил, что искра действительно наблюдается. Недаром в объявлениях о демонстрации опытов профессора Егорова указывалось: «… необходимо приходить с биноклем». Но даже и бинокли не всегда помогали убедиться в том, что чудо все-таки существует. Все это пока что мало убеждало. И, когда зажегся свет, многие из присутствующих не смогли скрыть улыбок недоверия. Сидел в зале среди прочей публики и кронштадтский преподаватель Попов. Он приехал сюда, на демонстрацию, добираясь с острова по льду Финского залива в розвальнях, укутанный в овчинный тулуп от бушевавшей над заливом вьюги. И смотрел теперь пристально на то, что показывал петербургский профессор. Да, нужно еще вдохнуть что-то в эти опыты, чтобы доказать то, что они в действительности означают. Работа в Минном классе над конструированием приборов Герца усилилась. А месяц спустя Попов уже читает лекцию для морских офицеров Кронштадта об электрических колебаниях. И производит перед аудиторией опыты в самом наглядном виде. Не надо затемнения, не требуется благородный свидетель, который рассматривал бы ответную искорку в резонаторе сквозь очки или лупу. Ее могли наблюдать все присутствующие со своих мест, так она стала заметной в руках Попова. Правда, она была, в общем-то, еще слабенькой, капризной. Вдруг не хотела почему-то появляться. Попову приходилось тогда с трудом вызывать ее снова и снова. И все же она несомненно была, более яркая и определенная. Трепетный вестник набегающих волн. Попов даже пробовал отступать с резонатором на несколько шагов. А волны все-таки давали о себе знать: искра проскакивала. Они были где-то здесь, таинственные волны, возникая, прокатываясь по залу, незримо и неощутимо окружая каждого. Но Попов ловил их на резонатор и не только отмечал их присутствие, а с помощью вспомогательных приборов заставлял волны собираться в фокусе, отражаться от экранов, преломляться в специальных призмах, показывая, как они, эти необузданные силы, подчиняются воле экспериментатора и подчиняются основным физическим законам. Ему, ученому и педагогу, было важно отметить в новом явлении именно эту печать общих закономерностей природы. Моряки шумно реагировали на каждую удачную демонстрацию. Лекция Попова несомненно имела успех. Но сам он судил несколько иначе. — Нет, погодите… — говорил он ассистенту Георгиевскому. — Что за чувствительность? Далеко еще не то, что нам нужно, — показывал на резонатор. Он больше помнил о тех моментах, когда с искрой вдруг ничего не удавалось, чем когда все-таки удавалось. Профессор Егоров доказывал, что волны можно обнаруживать и на большем расстоянии, если заставить искорку проскакивать в пустоте — в трубке с откачанным воздухом. Все гонялись за чувствительностью. Но что ее в действительности может повысить? Искал ее и Попов. Чрезвычайная громоздкость приборов его тоже мало радовала. На большом столе физического кабинета методично разворачивалось лабораторное наступление. Появлялись разрядники собственной конструкции Попова. И экраны его собственной конструкции. И свои особые призмы для преломления волн — из канифоли, из картона. Беря чужое, он тотчас же меняет в нем многое по-своему. Он приезжает опять в Петербург, в здание Главного адмиралтейства, где помещался Морской музей. Приносит в длинный зал музея лишь один чемодан, раскрывает его, и в нем оказывается все, что нужно для демонстрации герцевых волн. Все, что нужно, но в гораздо более легком, портативном виде. Перед собранием петербургских моряков показывает он, как можно вызывать вполне заметную искорку. Демонстрация в музее далеко не музейного экспоната. Ну да, Попов из Кронштадта — он же известный охотник до всяких новинок! — И все-таки настоящей чувствительности нет, — сказал он ассистенту Георгиевскому на другой день. — Резонатор — это же прутик железный, не больше. Разве его можно сравнить?… Мы говорим, электромагнитные волны и свет подобны друг другу. Но приемник света — наш глаз. С его множеством чувствительных элементиков. И этот прутик резонатора. Обидное сравнение! Пока все, что мы делаем, — это повторение пройденного, не больше, — заключил он. — А вам хотелось бы… — не удержался Георгиевский.