Термином «диапазон» можно назвать объем. Например, звуковой объем голоса или музыкального инструмента. Можно назвать размах деятельности диапазоном работ. Можно сказать о человеке, что это личность широкого диапазона. Пожалуй, правильнее всего назвать диапазоном некоторую совокупность однородных вещей, свойств или понятий.
В наше время мы привыкли к выражению «диапазон радиоволн». А ведь сразу после работ Максвелла диапазон электромагнитных волн был невелик. В него входили световые волны видимого света, инфракрасного излучения с более длинной волной и ультрафиолетовый свет с волнами более короткими. Кроме того, Максвелл предсказал, что должны существовать еще электромагнитные волны гораздо более длинные, чем инфракрасные, — радиоволны. Но обнаружить их существование пока никто не мог.
Г. Герц — человек, открывший радиоволны и так и не поверивший в возможность их практического применения
И вот в 1885 году в Политехническую школу города Карлсруэ приехал новый профессор физики Генрих Рудольф Герц, до того заведовавший кафедрой теоретической физики в Киле.
Разбирая оборудование своего нового физического кабинета, профессор Герц обнаружил пару превосходных индукционных катушек, которые могли давать очень быстрые электрические колебания. Раздумывая над тем, как приспособить их для демонстрации студентам опытов по электродинамике, Герц невольно вспомнил о конкурсе, объявленном несколько лет тому назад Берлинской академией. Предлагалось доказать опытным путем связь между явлением поляризации диэлектриков и электродинамическими силами.
Поляризацией диэлектриков называются явления, когда вещества, не проводящие электричество, вдруг приобретают электрически противоположные полюса, оказываются наэлектризованными.
Задача была соблазнительной, но, занятый подготовкой докторской диссертации, Герц не нашел ни свободного времени, ни необходимых приборов. В том числе не было у него и подходящих индукционных катушек. А теперь?..
Теперь у него было и время и катушки. И Герц приступает к серии опытов. Он присоединяет к выводам катушки по куску медной проволоки и на некотором расстоянии от них располагает еще один замкнутый проводник, согнутый в прямоугольный контур.
Когда катушка работала, электрическая сила передавалась из первого проводника во вторичный контур прямо по воздуху. Передавалась как? Конечно, с помощью электромагнитных волн.
Опыт Герца
Герц ставит один за другим опыты, усложняет их. И каждый дает неожиданные результаты. Да, конечно, он решил задачу академии о влиянии изолятора на электродинамические силы. Но результаты опытов шли гораздо дальше…
Измерив длины генерируемых его прибором электромагнитных волн, он обнаружил, что они метровой длины… Вот они, предсказанные Максвеллом радиоволны!
«Исследованное нами явление, — пишет он в своей статье, посвященной результатам исследования, — мы назвали лучами электрической силы. Пожалуй, их можно было бы назвать световыми лучами с очень большой длиной волны. По крайней мере, мне представляется весьма вероятным, что описанные опыты доказывают идентичность света, тепловых лучей и электродинамического волнового движения».
Своими опытами Герц доказал, что «электрические силы могут отделяться от весомых тел и существовать самостоятельно как состояние или изменения пространства».
В 1802 году профессор Медико-хирургической академии в Петербурге Василий Владимирович Петров (1761 —1834) построил мощнейшую по тому времени гальваническую батарею. Затем с помощью служителя лаборатории профессор принялся сооружать странный прибор. На медную тарелку воздушного насоса они поставили стеклянный колпак, через вершину которого проходил медный прут с иголкой на конце. Опустив иголку так, что она едва не касалась тарелки, Василий Владимирович приказал служителю качать насос. Зачмокали поршни, вытягивая из-под колпака воздух. Тем временем экспериментатор прикрутил один провод от батареи к тарелке насоса, другой — к медному пруту. Ничего не произошло. Ведь электрическая цепь была разомкнута. Но когда воздуха под колпаком осталось совсем немного, от иголки к тарелке потянулся ярко-белый свет и иголка раскалилась.
Василий Владимирович заменил иголку шариком и повторил опыт. Теперь свет возле самого шарика оставался белым, а дальше к тарелке он, вроде бы, розовел и становился сиреневым. Чудеса!..
Это было действительно чудо. Электрический ток не проходил через воздушный промежуток, а когда воздух из-под колпака выкачивали, между электродами возникало свечение и шел ток.
Постепенно открытым и столь непонятным явлением заинтересовались во всем мире. В затемненных лабораториях разных стран бородатые профессора зачарованно следили за тем, как от конца положительного электрода — анода — распространяется бледное сияние и трепещет в разреженном газе, отделенное темным промежутком от другого сияния, которое исходит из отрицательного электрода — катода. Ученые наблюдали и изучали свойства необычного свечения и думали над его природой.
В 1869 году Иоганн Вильгельм Гитторф (1824—1914), химик и физик, профессор академии в Мюнстере, откачав трубку до такой степени, что воздуха в ней осталось совсем немного, заметил, что свечение газа погасло, но начали светиться стенки трубки. Причем светящееся пятно на стекле можно было передвигать, действуя на него магнитом. Не иначе, как из катода били какие-то лучи, которые заставляли стекло трубки фосфоресцировать. Но что эти лучи собой представляли?
Экспериментаторы налетели на лучи Гитторфа. Они выяснили, что странные лучи заставляют светиться не только стекло, но и другие минералы. Особенно ярко сверкали под их воздействием алмазы и рубины.
Скоро накопилось столько экспериментальных данных, что пора было приступать к объяснению природы этих лучей. И в 1878 году на заседании Британской ассоциации в Шеффилде известный английский химик и физик Уильям Крукс сделал доклад под названием «Лучистая материя, или четвертое агрегатное состояние».
Вы, конечно, знаете три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Разреженный газ Крукс предлагал считать четвертым состоянием, при котором молекулы газа могут существовать только в состоянии быстрого прямолинейного движения.
Ученые с сомнением слушали коллегу Крукса. Некоторые считали, что катодные лучи не что иное, как частички металла, которые отрывались от катода и летели с огромной скоростью к аноду. Но почему тогда они легко отклонялись магнитом, даже если катод был медным, и не обращали внимания на действие электрического поля?..
Немецкие физики, находившиеся под впечатлением великолепных опытов Герца, предложили гипотезу, что катодные лучи — электромагнитные волны. Но если это волны, то почему они вообще отклонялись под воздействием магнита? Ведь электромагнитные волны электрического заряда не имели и взаимодействовать с магнитом не должны… В общем, тут было много непонятного…