Многим, конечно, приходило в голову, что если вакуумную трубку сделать длиннее, то эдс на единицу длины трубки, необходимой для прохождения через нее заряда, постоянно уменьшается; так что даже при низкой частоте световой разряд можно возбудить в такой трубке, замкнутой на себя. Такую трубку можно пустить вокруг зала или по потолку и тут же получится источник хорошего освещения. Но такой прибор нелегко изготовить и трудно им управлять. Не получится сделать трубку из коротких отрезков, так как при обычной частоте на покрытии будут значительные потери, и, кроме того, если применять покрытия, лучше подавать ток напрямую в трубку, соединив покрытия с трансформатором. Но если удастся справиться со всеми этими препятствиями, всё-таки при низких частотах преобразования света будут неэффективны, как я уже говорил. При использовании крайне высоких частот длину вторичной обмотки - иными словами, размер сосуда - можно уменьшить, и эффективность преобразования света возрастает, если только придумать методы продуктивного получения таких частот. Так мы приходим из теоретических и практических соображений к необходимости применения высоких частот, а это значит - высокой эдс и малого тока в первичной обмотке. Когда мы работаем с зарядами конденсатора - а они в настоящее время являются единственным известным средством получения крайне высоких частот, - мы получаем эдс в несколько тысяч вольт на один виток первичной обмотки. Мы не можем увеличить в несколько раз электродинамический индуктивный эффект, намотав больше витков первичной обмотки, так как приходим к выводу, что лучше всего работать с одним витком, хотя от этого правила иногда приходится отступать, и нам приходится довольствоваться тем, что мы можем получить от одного витка. Но прежде чем мы проведем много опытов с крайне высокими частотами, необходимыми для получения в лампе эдс в несколько тысяч вольт, мы поймем огромную важность электростатических эффектов, а они усиливаются соответственно электродинамическим по мере роста частоты.
Итак, если нам что-то и нужно, так это увеличение частоты, а это плохо отразится на электродинамических эффектах. С другой стороны, можно усилить электростатическое воздействие, добавив витков во вторичной обмотке или соединив самоиндукцию и емкость для увеличения потенциала. Следует также помнить, что, понизив до минимума силу тока и увеличив потенциал, можно гораздо проще передавать электрические импульсы высокой частоты по проводнику.
Эти и подобные мысли вселили в меня решимость посвятить больше внимания электростатическим явлениям и попытаться получить как можно более высокие и как можно более быстро меняющиеся потенциалы. Тогда я обнаружил, что могу возбудить вакуумную трубку на значительном расстоянии при помощи проводника, соединенного с правильно сконструированной катушкой, и, преобразовав колеблющийся ток от конденсатора в больший потенциал, сформировать переменные электростатические поля, которые действовали на всём пространстве комнаты, зажигая трубку независимо от того, где ее держали. Я понял, что сделал шаг вперед и держался этого направления; но хочу сказать, что со всеми, влюбленными в науку и прогресс, делю одно желание - достичь полезного результата, действуя в любом направлении, куда ведет меня мысль или эксперимент. Я думаю, что выбрал правильное направление, так как не вижу, наблюдая за явлениями, которые проявляются по мере увеличения частоты, что еще может действовать между двумя цепями, по которым проходят импульсы с частотой, к примеру, несколько сотен миллионов колебаний в секунду, как не электростатические силы. Даже при ничтожно малых частотах энергия почти вся будет потенциальной, и я укрепился в убеждении, что какова бы ни была природа движения света, он происходит от огромного электростатического напряжения, вибрирующего с крайне высокой скоростью.
Из всех этих явлений с токами, или электрическими импульсами высокой частоты, самыми поразительными для аудитории являются, несомненно, те, которые происходят в электростатическом поле, действующем на значительном расстоянии, и начинающему лектору лучше всего начать и закончить выступление демонстрацией этих удивительных эффектов. В одной руке я держу трубку и перемещаю ее, а она загорается в любом месте; на всём пространстве действуют невидимые силы. Но беру другую трубку, и она может не загореться, так как вакуум очень высок. Я возбуждаю ее при помощи катушки с разрядником, и теперь она светится в электростатическом поле. Могу отложить ее на несколько недель или месяцев и всё же она не утратит способности возбуждаться. Какие изменения я произвел в трубке, возбудив ее? Если атомам сообщается движение, то трудно понять, как оно может продолжаться так долго, не затухая от фрикционных потерь; и если создать напряжение в диэлектрике, как это происходит при простой электризации, то нетрудно увидеть, как оно бесконечно существует, но очень трудно понять, почему такое состояние способствует возбуждению, когда мы имеем дело с часто меняющимся потенциалом.
Так как я демонстрировал эти явления впервые, я обнаружил некоторые интересные эффекты. Например, я получил накал головки, нити или провода, заключенных в трубку. Для получения такого результата необходимо было экономить энергию, полученную от поля, и направить ее на небольшой предмет, который надо было накалить. Поначалу задача казалась трудной, но накопленный опыт позволил мне быстро добиться результата. На рисунках 34 и 35 показаны две такие трубки, которые специально приготовлены для такого случая. На рисунке 34 короткая трубка Трприпаянная к еще одной длинной трубке Т, имеет стеклянную ножку s с платиновым проводом в ней. Очень тонкая нить накаливания / соединена с этим проводом, а наружу выводится при помощи медного провода w. Трубка имеет внешнее и внутреннее покрытия С и С/( соответственно, и заполнена до уровня покрытий и немного выше изолирующим порошком. Эти два покрытия служат для проведения всего лишь двух опытов с трубкой, а именно: для получения желаемого эффекта при соединении с телом экспериментатора или другим предметом провода w, или с индуктивным действием сквозь стекло. Ножка s снабжена алюминиевой трубкой а, для чего, объяснялось ранее, и только небольшая часть нити выступает из этой трубки. Если держать трубку Щ в любом месте электростатического поля, то нить накаляется.
Более интересное устройство изображено на рисунке 35. Конструкция его такая же, как и прежде, но здесь вместо нити накаливания небольшой платиновый проводок р запаян в стеклянную ножку s и согнут над ней кольцом, а затем соединен с внутренним покрытием С. Небольшая снабжена иголкой, на конце которой свободно закреплена крыльчатка v из тонкой слюды. Для того чтобы крыльчатка не упала, тонкая стеклянная ножка д надлежащим образом согнута и соединена с алюминиевой трубкой. Если стеклянную трубку держать в любом месте электростатического поля, то платиновый провод быстро накаляется и слюдяная крыльчатка начинает быстро вращаться.
Интенсивное свечение в лампе можно вызвать, просто соединив ее с пластиной внутри поля, и при этом пластине не обязательно по размеру быль больше абажура лампы. Фосфоресценция, вызываемая этими токами, несравненно более мощная, чем та, что вызывается обычным устройством. Небольшая фосфоресцентная лампа, если ее соединить с катушкой, излучает достаточно света, чтобы читать шрифт обычного размера на расстоянии пяти-шести шагов. Мне было интересно понаблюдать, как некоторые из фос-форесцентных ламп профессора Крукса будут вести себя с этими токами, и он оказал мне любезность, предоставив в мое распоряжение несколько таких ламп. Полученные эффекты замечательны, особенно при использовании сульфида кальция и сульфида цинка. От катушки с разрядником они светятся очень интенсивно, даже если их держать в руке, а другой касаться вывода катушки.
К каким бы результатам ни вели эти исследования, основной интерес заключается в производстве эффективного осветительного прибора. Ни в одной из отраслей электроиндустрии прогресс так не желателен сейчас, как в производстве света. Каждый думающий человек, когда он размышляет над варварскими методами, которые сейчас применяются, над прискорбными потерями, имеющими место в наших лучших системах производства света, должен спросить себя: а что же такое свет будущего? Это твердый элемент накаливания, как теперь, или светящийся газ, или светящееся тело, или что-то вроде горелки, но гораздо более эффективное?
Вряд ли удастся серьезно усовершенствовать газовую горелку, скорее всего не потому, что изобретательный человек ломал над этим голову несколько столетий без каких-либо радикальных шагов вперед, - хотя и этот аргумент не лишен оснований, - но потому, что в горелке вибрации более высокой частоты не могут быть получены, если не начать с низких вибраций. Ибо как еще образуется пламя, если не путем падения поднятого груза? Такой процесс нельзя поддерживать без обновления, а обновление повторяется переходом от низких к высоким колебаниям. Видимо, есть только один способ усовершенствовать горелку - постараться получить более высокий уровень накала. Больший накал означает более быструю вибрацию, и как следствие - больше света из того же материала и большая экономия. В этом направлении сделано несколько усовершенствований, но прогресс замедляется несколькими ограничениями. Оставив в стороне горелку, у нас остается три упомянутых способа, которые по природе своей электрические.
Допустим, что освещение будущего будет основано на накале твердого элемента. Тогда, не правда ли, лучше использовать маленькую головку вместо хрупкой нити? Из многих соображений следует, что головка способна давать большую экономию, если предположить, что трудности, связанные с эксплуатацией такой лампы, успешно преодолены. Но для работы такой лампы требуется высокий потенциал, а для его экономного получения нам требуются высокие частоты.
Такие рассуждения более подходят к теме производства света при помощи накаливания газа, или флюоресценции. В любом случае нам требуются высокий потенциал и высокая частота. Эти мысли посетили меня уже давно.
Кстати, при работе с высокими частотами, мы получаем много выгод, например, экономию при производстве света, возможность работать с одним проводом, возможность отказаться от подводящего провода и т. д.
Вопрос в том, насколько высокие частоты использовать? Обычные проводники быстро теряют способность передавать электрические импульсы, когда частота резко возрастает. Предположим, что производство импульсов огромной частоты доведено до совершенства, каждый тогда задастся вопросом: как передавать импульсы, если возникнет необходимость?
При передаче таких импульсов через проводники мы должны помнить, что имеем дело с давлением и потоком в обычном понимании этих терминов. Увеличьте давление до огромного значения и, соответственно, уменьшите поток, тогда такие импульсы - а они всего лишь варианты давления - без сомнения, можно передавать по проводу, даже если их частота - много сотен миллионов колебаний в секунду. Нет, конечно, и разговора о том, чтобы передавать такие импульсы по проводу, находящемуся в газообразной среде, даже если он защищен толстым слоем самого лучшего изолятора, так как большая часть энергии будет потрачена на бомбардировку и, соответственно, нагрев. Конец провода, соединенный с источником, будет нагреваться, а другой конец получит ничтожную долю передаваемой энергии. Основная задача, следовательно, заключается в следующем: чтобы использовать такие импульсы, нужно найти средство для уменьшения рассеивания.
Первая мысль - использовать тончайший провод в толстой изоляции. Следующая мысль - применить электростатический экран. Оплетка провода может быть покрыта тонким проводящим слоем, замкнутым на землю. Но это не подойдет, так как тогда вся энергия через экран уйдет в землю и мы ничего не получим на другом конце провода. Если ставить заземление, то только через провод с огромным сопротивлением или через низкоемкостный конденсатор. Это, однако, не решает других проблем.
Если длина волны импульсов намного меньше, чем длина провода, тогда соответствующие короткие волны возбуждаются в покрытии и получается то же самое, как если бы оно было заземлено. Следовательно, надо, чтобы покрытие состояло из отрезков меньшей длины, чем длина волн. Такая конструкция не дает абсолютного экранирования, но всё же это в десятки тысяч раз лучше, чем никакого. Я полагаю, что покрытие лучше поделить на отрезки, даже если длина волны больше, чем покрытия.
Если провод укрыт абсолютным электростатическим экраном, это то же самое, как если бы все предметы были удалены от него на бесконечно большое расстояние. Емкость тогда бы уменьшилась до емкости провода, то есть очень малой величины. Тогда стало бы возможным посылать по этому проводу электрические вибрации очень высокой частоты на огромные расстояния, не оказывая большого влияния на характер вибраций. Абсолютный экран - это, конечно, невозможно, но я полагаю, что с тем экраном, который я только что описал, передача телефонных вызовов через Атлантику стала бы возможной. Исходя из моей идеи, провод, изолированный гуттаперчей, имеет третье проводящее покрытие, поделенное на участки. Поверх всего этого надо опять поместить слой гуттаперчи и другого изолятора, а затем армировать провод. Но такой провод не будет создан, пока информация, передаваемая без проводов, не будет пульсирующим сигналом пронизывать всю планету как живой организм. Удивительно то, что при нынешнем уровне знаний и накопленного опыта, не делаются попытки возбудить электростатическое и магнитное поля Земли для передачи, если уж нечего больше передавать, информации.
Моей целью сегодня было представить вам явления и новые свойства и выдвинуть идеи, которые, я надеюсь, послужат отправной точкой для новых открытий. Моим желанием было показать вам несколько новых занимательных опытов. Ваши аплодисменты, звучавшие часто и подолгу, убедили меня, что я своей цели достиг.
В заключение позвольте мне сердечно вас поблагодарить за вашу любезность и внимание, и заверить, что возможность обратиться к такой именитой аудитории и удовольствие представить свои идеи перед обществом таких опытных исследователей - а среди вас есть такие, в чьих трудах многие годы я находил свет озарения и истинное наслаждение, - никогда не будут мною забыты.
4. О свете и других высокочастотных явлениях
Введение
Некоторые мысли о глазе
Когда мы смотрим на мир вокруг нас, на природу, нас впечатляют ее красота и великолепие. Каждый предмет, который мы воспринимаем, каким бы малым он ни был, есть уже мир сам по себе, как и вся Вселенная, материя и сила, которыми управляет закон, - мир, размышления о котором наполняют нас чувством восхищения и который побуждает нас мыслить и исследовать. Но во всём огромном мире, из всех предметов, доступных нашим органам чувств, самым удивительным и возбуждающим воображение является, несомненно, высокоразвитый организм, мыслящее существо. Если какое-то творение Природы и достойно восхищения, то это наверняка то самое непостижимое создание, что производит бесконечное множество движений в ответ на внешние раздражители. Понять его работу, глубже проникнуть в этот шедевр Природы - вот что всегда было делом жизни мыслителей, и после столетий титанически трудных исследований человечество пришло к более или менее правильному пониманию функций его организма и органов чувств. И вот, из всего совершенства и гармонии частей тела, частей, которые составляют материальную, осязаемую часть нашего существа, из всех органов глаз - особенно удивителен. Из всех органов чувств, или органов познания, он наиболее ценен, он - великие врата, через которые всё знание проникает в наш разум, он состоит в самых тесных отношениях с тем, что мы называем интеллектом. Эти отношения настолько интимны, что мы иногда говорим: глаза - это зеркало души.