Приключения радиолуча - Валерий Родиков

В приложении к электрическим цепям это, по сути, единичный скачок напряжения, а математически — такая функция равна нулю во все отрицательные моменты времени и равна единице во все положительные моменты времени.

Хевисайд пользовался в своих расчетах еще одной функцией. Он назвал ее импульсной. Для его современников-ученых функция казалась по меньшей мере странной. Она равнялась нулю во всех точках, кроме одной, где ее значение взлетало в бесконечность, но таким образом, чтобы интеграл от нее был равен единице. Хевисайд подробно разобрал свойство такой функции, которую он использовал для изучения импульсных воздействий на электрические цепи. Его работа была забыта, и через тридцать лет импульсную функцию переоткрыл и ввел в обиход физики английский ученый Дирак. Теперь она носит название дельта-функции Дирака.

Хевисайд внес большой вклад в теорию передачи электрических сигналов по линиям связи. Уравнения Хевисайда принесли огромные барыши телеграфным компаниям, а сам их создатель жил в бедности. Хевисайд был горд. Он не принимал пожертвований.

В 1902 году (одновременно с американским электротехником Кеннели) Хевисайд указал на существование высоко над поверхностью Земли ионизированного слоя, который должен отражать короткие радиоволны. Специалисты не сразу поверили открытию. И только в 1924 году, за два месяца до смерти Хевисайда, было получено подтверждение существования слоя. Его раньше называли слоем Хевисайда. В современной, даже узко специализированной литературе этого названия почти не встретишь. Тем удивительнее было увидеть его в стихах…

За слоем Хивсайда, за легкой пыльюЗемной атмосферы безмолвье звучит.Холодная вечность, дремучие крыльяРасправив в мирах, беспредельно парит.   Планеты плывут по орбитам с шуршаньем,   И где-то кометы, хвосты распустив,   Летят по путям громовым мирозданья,   Маршруты, как шпаги стальные, скрестив.Дороги еще не изведаны эти,Но время идет непреклонной судьбы,Придет человек — от планеты к планетеПротянутся вдаль верстовые столбы.

Автор строк, датированных 1946 годом, поэт Сергей Орлов, фронтовик. Я недавно наткнулся на них, просматривая вышедший посмертно (в 1982 году) сборник его стихотворений. Забытое название — «слой Хивсайда» — привлекло мое внимание. Прочел стихотворение и восхитился: «Первый послевоенный год — и такая вера в будущее!» Спустя пятнадцать лет сквозь «слой Хивсайда» проложил трассу и отмерил первые космические версты Юрий Гагарин.

Кстати, Оливера Хевисайда Максвелл упоминает в своем знаменитом «Трактате об электричестве и магнетизме». Приведенные Максвеллом в главе «Измерения электрического сопротивления» результаты Хевисайда, пожалуй, самое малое, что сделал Хевисайд в области электромагнетизма.

Хевисайд купил «Трактат» Максвелла вскоре после его выхода. Можно сказать, что он определил всю его дальнейшую жизнь.

Чтобы осилить книгу, а она оказалась для него очень трудной, Хевисайду пришлось самостоятельно изучить высшую математику. На это ушло несколько лет. Но годы самоотверженной работы окупились сторицей. Ему, как и Герцу, удалось свести двенадцать уравнений, которые дал Максвелл в своем «Трактате», лишь к четырем (о них мы упоминали).

Многое из того, что сделал Хевисайд, входит в учебники по электричеству без всякого упоминания о его имени, хотя не только теоретические основы электротехники, но и ее язык, терминология в значительной мере созданы Хевисайдом. «Импеданс», «индуктивность», «проницаемость», «затухание», «отрицательное сопротивление», «линия без искажений»… Эти общеупотребительные сегодня термины введены Хевисайдом.

«…Он исследовал влияние земли, моря и верхней атмосферы на распространение радиоволн и объяснил, каким образом энергия распространяется между двумя удаленными точками, огибая кривизну земной поверхности…» — было написано в статье, посвященной памяти Хевисайда в журнале фирмы «Белл систем». Статья появилась не случайно. Американская фирма высоко оценила теоретические исследования Хевисайда для практики связи. А фирма была известна своей деловитостью.

Творчество Хевисайда многогранно и исследовано, видимо, еще не полностью. Об этом свидетельствует находка 1974 года. Она касается физического явления, названного свечением Черенкова — Вавилова. Суть явления в том, что заряженная частица при своем движении в какой-либо среде с постоянной скоростью, большей, чем скорость света, излучает в этой среде свет. Эффект обнаружил в 1934 году П. А. Черенков в серии опытов, предпринятых по инициативе академика С. И. Вавилова. Теория свечения была получена спустя три года в работах советских физиков И. Е. Тамма и И.М.Франка. Их выкладки были основаны опять же на уравнениях Максвелла. В 1958 году Тамму, Франку и Черепкову присудили Нобелевскую премию. Инициатора работы — Вавилова — в то время уже не было в живых. Он умер в 1951 году.

В середине 70-х годов из прошлого века вдруг «выплыла» на свет работа Хевисайда. В отечественном и зарубежном научных журналах в 1974 году была рассмотрена его теоретическая схема, в которой и возникает эффект Черенкова — Вавилова.

Предвидение Хевисайда намного опередило свое время и потому осталось без внимания. Открытие должно появляться вовремя, иначе о нем забудут. Небольшое упреждение необходимо, но именно небольшое, как в стрельбе по летящей цели. Конечно, вопрос о приоритете советских ученых не вызывает сомнения. Они экспериментально открыли и теоретически разобрались в загадочном свечении. Но нельзя не отдать должное и интуиции Хевисайда.

ОТ УРАВНЕНИИ МАКСВЕЛЛА К ВЕЛИКОМУ ОБЪЕДИНЕНИЮ

Хевисайд получил некоторые результаты, которые предвосхитили формулы из теории относительности. И это неудивительно, если учесть, что электродинамика Максвелла вошла полностью в специальную теорию относительности.

Можно даже сказать, что замечательные уравнения Максвелла и породили специальную теорию относительности.

Началось с того, что голландский ученый Гендрик Лоренц обнаружил интересное свойство уравнений Максвелла. Когда он определенным образом заменял в них переменные, то форма уравнений после подстановки не менялась. Выдающийся французский физик Анри Пуанкаре выражения для замены переменных так и назвал преобразованиями Лоренца. Кроме того, Пуанкаре впервые высказал мысль, что форма всех физических законов не должна меняться при замене переменных по формулам Лоренца. Эйнштейн, следуя этой мысли, изменил выражение для массы в механике Ньютона:

где m0 — масса неподвижного тела, v — скорость движения тела, c — всем известная скорость света.

Благодаря такой подстановке и наступила гармония между уравнениями Ньютона и Максвелла. Конечно, это несколько упрощенное изложение истории теории относительности. Ведь нужно было еще и глубокое осмысление таких понятий, как пространство и время, чтобы постичь истинный смысл преобразований Лоренца.

Уравнения Максвелла объединили электрические, магнитные и световые явления. Да, и световые! То, что свет имеет электромагнитную природу, показал еще Фарадей в 1846 году. Он продемонстрировал, что обычный магнит воздействует на луч света. Потом возникла мысль, а нельзя ли силы гравитации и электромагнетизма связать едиными уравнениями, то есть создать единую теорию поля. Данной проблемой занимались многие выдающиеся умы, в том числе в последние годы жизни и Эйнштейн и Хевисайд.

Бывший инженер-связист, а впоследствии писатель-фантаст А. Кларк в своей книге «Голос через океан» приводит некоторые подробности, касающиеся этого факта.

Результаты исследований по единой теории поля Хевисайд изложил в четвертом томе своего обширного труда «Теория электромагнетизма». Три первых объемистых тома были опубликованы. А вот след рукописи четвертого тома потерялся, и несмотря на усиленные поиски, ее обнаружить не удалось. Однако известно, что она существовала и что Хевисайд передал ее какому-то американскому издателю, отказавшемуся выдать ему аванс в сумме тысячи фунтов стерлингов.

«Здесь заключена мучительная загадка, — пишет Кларк, — одна из тех, которые никогда не будут разрешены… Безусловно, копия рукописи имелась у Хевисайда дома, но, когда его поместили в больницу, никто, видимо, не подумал об этой стороне дела. Сообщение о смерти Хевисайда было немедленно передано Би-би-си. На другой же день предприимчивый вор-взломщик проник в пустой дом. Ценностей он там, конечно, не нашел, но украл много книг и рукописей. И вполне возможно, что современные физики бьются над какой-либо проблемой, решение которой было украдено февральской ночью 1925 года».