Американские ученые и изобретатели - Митчел Уилсон

За несколько лет до этого Макс Планк первый сумел решить теоретическую проблему в области радиации, произвольно заменив в формуле член, обозначающий энергию, другим членом, в который входили обозначения частоты и этой самой постоянной величины. Планк обозначил эту величину через h и рассматривал всю операцию лишь как удобный математический прием, который помог ему решить задачу. Эйнштейн же увидел, что Планк невольно сделал значительно больше. При помощи «математического приема» Планка проблема решалась — значит, он точно отражал истинное положение вещей.

Эйнштейн придал этому приему буквальное значение, и его фотоэлектрическое уравнение стало первым непосредственным применением новой квантовой теории. Милликен решил проверить теорию Эйнштейна, попытавшись получить ответы на следующие три вопроса:

1. Действительно ли энергия кванта света равна частоте света, взятой h раз?

2. Является ли число h действительно постоянной величиной для всех цветов?

3. Соответствует ли фотоэлектрическое уравнение Эйнштейна тому, что имеет место в природе?

Для опытов Милликен сконструировал оригинальный аппарат, который он позднее назвал «вакуумной парикмахерской». В стеклянную вакуумную камеру он поместил поворотный диск. Этот диск можно было поворачивать при помощи магнита, расположенного за пределами камеры. С трех сторон на диске находились небольшие количества трех металлов, отличающихся высокой активностью, — натрия, калия и лития, каждый из которых реагировал на свет только одной определенной частоты.

Вследствие того, что успех эксперимента в огромной степени зависел от характера поверхности каждого из металлических образцов, в камеру было также помещено небольшое приспособление для шлифовки поверхности образцов. Оно приводилось в действие при помощи магнитов, расположенных вне камеры.

Проходя сквозь линзы и призму, белый свет лампы преломлялся. Сквозь узкую щель луч того или иного основного цвета получавшегося спектра направлялся на поверхность металлического образца, и Милликен мог наблюдать действие луча одного цвета на металл. В то время как металлическая поверхность освещалась последовательно лучом каждого основного цвета, Милликен измерял количества вылетавших электронов и их энергию, определяя количество электрической энергии, необходимой, чтобы остановить их. Если, например, для того, чтобы удержать в воздухе тело неизвестного веса, необходима сила, равная пяти фунтам, то можно сказать, что это тело весит пять фунтов. Рассуждая таким образом, Милликен определял скорость электронов путем измерения силы, требуемой для полной остановки их. Зная скорость, он мог высчитать энергию электронов, выделяющихся при освещении металлической поверхности лучом каждого цвета.

Когда этот опыт и расчеты были проделаны для всех частей спектра, Милликен смог вычертить кривую, показывающую зависимость энергии электрона от цвета луча, или частоты. Полученные им результаты дали абсолютно положительные ответы на поставленные им три вопроса и подтвердили верность теории Эйнштейна. После прямых измерений оказалось, что постоянная величина Планка равна 6,57×10-27 эрг-секунд.

Америка долго ждала такого человека, как Милликен. Он был выдающимся исследователем. Работая преподавателем в Чикаго, он отдавал много времени подготовке и поощрению молодых людей, на работу с которыми у Майкельсона не хватало терпения. Выполняя административные функции в Калифорнийском технологическом институте, он подготовил несколько поколений молодых ученых. Уровень их подготовки был настолько высок, что отпала необходимость направлять молодых американцев за границу для получения научного образования. Благодаря Роберту Эндрюсу Милликену американская наука вступила в полосу зрелости.

Братья Райт

Полет в Китти Хок

Ровные северо-восточные ветры и длинные валы Атлантического океана без устали накатываются на песчаные дюны и пляжи побережья Каролины. Ветер покрывает рябью пустынные, унылые пески. Песчаная гряда отделяет проливы Албемарль, Пэмлико и Роунок от океана. Одна ее часть носит название Китти Хок.

Холодным пасмурным утром 17 декабря 1903 года два человека распахнули двери дощатой хижины, чтобы посмотреть, какая нынче погода. Это были братья Орвил и Уилбур Райт, худощавые молодые люди с тонкими лицами, в обыкновенных костюмах, какие носят деловые люди, и в высоких крахмальных воротничках. Тридцатидвухлетний Орвил, ростом в пять футов десять дюймов, был на полтора дюйма выше своего тридцатишестилетнего брата Уилбура. Орвил носил усы и любил поддразнивать. Уилбур обладал своеобразным грубоватым юмором. Орвил, младший брат, всегда поправлял Уилбура, если тот говорил «я» вместо «мы».

Рокотал прибой, обломки льдин неслись вниз по проливу Албемарль. Ветер, дувший со скоростью двадцати семи миль в час, вздымал белый песок пляжа.

В десять часов утра стало ясно, что больше нет смысла ждать в надежде на то, что ветер уляжется. Братья подняли на мачте флаг, служивший сигналом для персонала маленькой спасательной станции, расположенной к югу от лагеря на стофутовой дюне Килл-Девил Хилл. Ожидая прихода людей, братья вытащили из укрытия свою «летающую машину» — биплан с белыми муслиновыми крыльями шириной около 40 футов. Прямоугольные рамы, обтянутые тканью, назывались «аэропланами». Незадолго до этого, 23 марта того же года, Райты направили в Бюро патентов заявление, которое гласило:

«Наше изобретение относится к тому виду летающих машин, которые держатся в воздухе благодаря тому, что один или несколько аэропланов, расположенных под небольшим углом наклона, рассекают краями воздух».

Летающая машина, по замыслу изобретателей, должна была взлететь с небольшой двухколесной повозки на велосипедных втулках, двигавшейся по рельсу, изготовленному из железной балки 2×4.

Райты, борясь с ветром, укладывали рельс, когда к ним пришли на помощь пять человек со станции; они стали очевидцами одного из важнейших исторических событий.

«Лютый холод затруднял работу, — записал Орвил Райт в своем дневнике в тот день, — мы часто бегали греться в хижину, где в пустой банке из-под карбида, заменявшей нам печку, горел жаркий огонь».

Примерно в половине одиннадцатого был заведен мотор; пока он прогревался, пропеллеры медленно вращались. Ровно в десять тридцать пять Орвил, жмурясь от ветра, вскарабкался по железным стойкам машины и улегся ничком в специальной люльке, рядом с ревущим мотором. Люльку можно было слегка двигать из стороны в сторону и таким образом контролировать боковые движения машины. Кроме того, в руке он сжимал небольшую рукоятку, управляющую спуском и подъемом.

Уилбур стоял на песке рядом с машиной, держась за край крыла, чтобы уравновесить его. Когда мотор набрал обороты, Орвил отпустил тормоз, удерживающий машину, и она устремилась вперед. Уилбур сначала шагал рядом с ней, потом часто засеменил и, наконец, перешел на бег. Вскоре он стал спотыкаться и выпустил крыло. Первый моторный летательный аппарат тяжелее воздуха поднялся над землей вместе с человеком, который управлял полетом.

Когда машина взлетела, Орвил обнаружил, что «управлять передним рулем довольно трудно… (он) …поворачивался сам по себе, так что… машину бросало то в одну, то в другую сторону». Из-за этого машина, поднявшись на высоту всего лишь 10 футов, стала пикировать вниз. Орвил все же наладил управление и пролетел сто футов, когда внезапно машина скользнула вниз и опустилась на землю. Первый полет человека на борту машины с двигателем продолжался двенадцать секунд. Орвил записал в тот день в дневнике, что «рычаг выключения двигателя был сломан и треснула рулевая стойка».

Все же в течение этих двенадцати секунд Орвил сознавал, что он «делает историю». Вот как он описывал свои ощущения в тот момент многие годы спустя: «Мотор прямо рядом со мной почти оглушал своим ревом во время всего полета, но я был так взволнован, что даже не замечал этого, пока его не выключил».

Братья целых полчаса подтаскивали машину назад к рельсу и чинили повреждения. В одиннадцать часов Уилбур совершил второй полет. Этот полет очень напоминал предыдущий. Машина летела низко, вихляя из стороны в сторону, то ныряя, то подскакивая вверх. Пролетев 175 футов, она опустилась на взвихренный песок.

Ветер начал утихать. Люди со спасательной станции помогли дотащить машину на старт для третьей попытки. В одиннадцать двадцать поднялся в воздух Орвил.

«Когда я пролетел примерно такое же расстояние, как Уилл, с левой стороны ударил сильный порыв ветра, который задрал кверху левое крыло и резко бросил машину вправо. Я немедленно перевел рукоятку, чтобы посадить машину, и потом заработал хвостовым рулем. Велико было наше удивление, когда при приземлении первым коснулось земли левое крыло. Это доказывало, что боковое управление на этой машине значительно эффективнее, чем на предыдущих».