Но отец дал сыну прекрасное образование. После казни отца юный Ампер зарабатывал на жизнь частными уроками. Революция закончилась, словно кошмарный сон. Жизнь постепенно возвращалась в обычную колею. В 1799 году Ампер женился на Катрин Каррон, а через год у него родился сын, которого назвали в честь деда – Жан-Жаком. К слову сказать, на Жан-Жаке природа не отдохнула. Впоследствии он стал известным филологом и литератором, членом Французской академии.
В 27 лет, в 1802 году, Ампер стал преподавателем физики и химии; в 1805 году – преподавателем математики в знаменитой парижской Политехнической школе; с 1814 года он – член Парижской академии наук. Членство в академии было пожизненным и хорошо оплачивалось. Так что Ампер мог всерьез заняться наукой. Специальностью Ампера в академии была математика. Он занимался теорией вероятностей и математической физикой. Впрочем, его интересы распространялись и на естественные науки. Ученый сделал первую попытку классифицировать химические элементы в соответствии с их свойствами.
Но прославили Ампера исследования в области электромагнетизма. На это натолкнули его в 1820 году опыты датского ученого Ханса Кристиана Эрстеда (Hans Christian Ørsted; 1777–1851). Эрстед обнаружил, что проволока, по которой протекает ток, притягивает к себе стрелку компаса. Ампер поставил ряд экспериментов и пришел к выводу, что магнитные явления вызываются движущимися электрическими зарядами, то есть электрическим током. Два провода, по которым протекает ток, притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления движения зарядов. Если провод свернуть в виде катушки, такая катушка будет себя вести, как полосовой магнит. На основе своих экспериментов Ампер выдвинул предположение о том, что любой магнит содержит внутри множество круговых электрических токов. Притяжение или отталкивание магнитов объясняется взаимодействием этих токов.
Классическая работа Ампера "Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта", написанная в 1826 году, навела порядок в разнообразном экспериментальном материале, накопленном к тому времени. Ампер выразил закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы и, в конечном счете, создал новую науку о движении электрических зарядов, электродинамику. По праву его считают "Ньютоном электричества".
Заслуги Ампера как основателя электродинамики получили всеобщее признание. Его имя было увековечено на Международном конгрессе электриков в 1881 году в названии единицы измерения силы тока – ампер. А единица сопротивления получила короткое название ом – по фамилии Георга Симона Ома (Georg Simon Ohm; 1787–1854). Сын небогатого баварского слесаря, он в конце жизни стал профессором физики.
Ом открыл закон, который выглядит так просто, что его может выучить даже двоечник. Победить экспериментальные трудности, возникшие при этом, смог бы только потомственный немецкий ремесленник, упрямый, с умной головой и с умными руками. Именно Ом изобрел тот прибор, который мы называем именами других ученых: гальванометр или амперметр. Прибор измеряет силу тока, протекающего по проводу, посредством измерения угла поворота магнитной стрелки; угол, как обнаружил Ом, оказался пропорционален току, по проводнику протекающему. Благодаря гальванометру была решена одна из экспериментальных трудностей: как определять силу тока?
Другая экспериментальная трудность заключалась в том, что имевшиеся в распоряжении Ома источники электричества – вольтовы батареи – были очень нестабильными. Напряжение, даваемое такой батареей, быстро падало. Поддержать стабильное напряжение в ходе эксперимента было невозможно. Из-за "плывущего" напряжения первые работы Ома, посвященные изучению проводимости, оказались неверными, и доверие к его экспериментам в научной среде было подорвано. Это не заставило упрямого Ома отказаться от их продолжения.
Во второй серии экспериментов ученый воспользовался новым, только что открытым эффектом термоэлектричества. Термопара медь – висмут, один конец которой был опущен в горячую воду, давал напряжение небольшое, зато неизменное – куда более стабильное, чем напряжение, вырабатываемое капризным вольтовым столбом.
Закон Ома не сразу был признан ученым миром. Все помнили о прежней неудаче немецкого профессора и новым данным не поверили, пока не перепроверили. Повторные эксперименты были проведены во Франции в 1831–1837 годах. С тех пор закон Ома стал одним из краеугольных камней электротехники.
Предложенная на Международном конгрессе электриков в 1881 году идея называть единицы измерения именами знаменитых ученых понравилась мировому научному сообществу. И тут же вызвала разногласия. Так, американцы выразили принципиальное несогласие с тем, что единицу измерения проводимости (величина, обратная сопротивлению) назвали сименсом в честь немецкого инженера Вернера фон Сименса (Werner von Siemens; 1816–1892).
– Что это у вас, европейцев, единицы измерения называют только в честь европейских ученых? – возмутились они. – У наших ученых заслуг не меньше!
С ними согласились и ввели в научный обиход генри, теслу и белл.
Генри – это единица индуктивности, позволяющая выразить, насколько чутко электрическая цепь реагирует на изменение тока в ней; названа в честь американского физика Джозефа Генри (Joseph Henry; 1797–1878). Он проводил эксперименты по электромагнитной индукции параллельно с Майклом Фарадеем, но опубликовал свои результаты на полгода позже. Вообще, Дж. Генри не очень везло с приоритетами. На шесть лет раньше С. Морзе он изобрел телеграф, который работал на территории Принстонского колледжа и передавал сигналы на расстояние в одну милю. Явление, на основе которого работают современные трансформаторы, тоже открыл Дж. Генри. А последней своей работой в области электричества Генри опередил Генриха Герца на 40 лет. Еще в 1842 году он обнаружил, что железные стержни, находившиеся в подвале здания, намагничивались от электрической искры, полученной на втором этаже. Да и с названной в его честь единицей измерения ему повезло не очень. В повседневной жизни мы с магнитной индуктивностью встречаемся не слишком часто. Фамилию Генри на электрических приборах не пишут. И обывателю нет повода помянуть американского профессора добрым словом.
Обычному человеку, пожалуй, не очень ясно, чем магнитная индуктивность (которую измеряют в генри) отличается от магнитной индукции, для измерения которой была предложена единица тесла. Но если он не слышал про гениального изобретателя-электротехника Николу Теслу (Nikola Tesla; 1856–1943), остается только грустно развести руками. Ведь без изобретений Теслы наша жизнь была бы сейчас гораздо менее комфортной. Переменный ток доходит до нашей электрической розетки от дальних электростанций. Электромоторы послушно выполняют самые разнообразные работы. Трансформаторы, радиостанции, даже микроволновые печи на кухнях – все они появились благодаря прозорливости и титаническому трудолюбию гениального ученого.
Тесла родился в Хорватии, в городке Смилян. Получил образование он сначала в техническом училище в Граце, а потом в Пражском университете. По окончании учебы Тесла поработал немного инженером общества по телефонизации Будапешта, после чего уехал в Париж, где в 1882–1884 годах работал в европейском отделении компании Эдисона. В 1884 году он с рекомендательным письмом руководителя отделения уехал в США и там начал работать у самого Эдисона.
Однако Тесла рассорился с Эдисоном навсегда из-за того, что тот обманул его, не заплатив обещанные 50 тысяч долларов. Хотя причины разногласий между двумя великими изобретателями были не только личные, но носили и принципиальный технический характер.
У Эдисона была уже вполне процветающая компания, нацеленная на внедрение электрического освещения на основе постоянного тока. Были, конечно, у постоянного тока определенные недостатки. Например, его нельзя было передавать на большие расстояния. Если хозяин хотел осветить свой дом электричеством, к дому не подводили, как сегодня, электрические провода от внешней сети, а устанавливали в подвале генератор, который довольно шумно вырабатывал электричество для всего дома. Это было неплохо для невысокого здания, но о том, чтобы подать электроэнергию, скажем, на 50-й этаж, речи не было. Впрочем, 50-этажных небоскребов в Америке в то время еще не строили. Так что Эдисон не считал недостатки постоянного тока принципиальными и рассчитывал с ними справиться по ходу дела. Авторитет Томаса Эдисона ценился дорого. Его компанию финансировал знаменитый миллионер Дж. П. Морган.
Тесла же был полон идей об использовании переменного тока. И не только идей. В 1888 году он получил патенты на изобретение многофазных электрических машин (в том числе асинхронного электродвигателя) и системы передачи электроэнергии посредством многофазного переменного тока. Теперь практически все было готово для электрификации не одного дома, а всей страны. Схема была простой. Мощные электростанции – это своеобразные заводы электрической энергии. Их строят на могучих реках или вблизи месторождений топлива. Трансформаторы повышают напряжение, вырабатываемое генераторами станции, что позволяет передавать энергию на большие расстояния без существенных потерь. Непосредственно перед поступлением к потребителю напряжение с помощью того же трансформатора снижается до безопасного значения. Кстати, переменный ток оказался более безопасным для человека, чем постоянный, хотя Эдисон и его сотрудники пытались доказать обратное.
Финансировать осуществление проектов Теслы взялся известный американский промышленник Джордж Вестингауз (George Westinghouse; 1846–1914). В 1869 году он получил патент на изобретенный им пневматический тормоз для железнодорожных вагонов. Позже Вестингауз придумал также новую систему сигнализации на железных дорогах, буфера для смягчения ударов при столкновениях вагонов в начале движения состава и при его остановке. Внедрение изобретений Вестингауза сделало его миллионером, и он "перевел стрелку" на другой путь: занялся электричеством и стал внедрять в жизнь идеи Н. Теслы. Компания "Вестингауз электрик" (в наше время ее название – "Дженерал электрик") стала внедрять в повседневную жизнь переменный электрический ток. В 1893 году электросеть Вестингауза освещала Всемирную выставку в Чикаго, а в 1894 году 10 электрогенераторов его конструкции были установлены на новой гидроэлектростанции Ниагарского водопада.
Сам Тесла стремился к воплощению в жизнь новых идей. В 1889 году он начал исследовать токи высокой частоты (ВЧ) и высоких напряжений. В 1899 году он переехал в штат Колорадо, известный могучими грозами, и одновременно с попытками разгадки тайн молнии начал строительство радиостанции мощностью 200 кВт.
Эксперименты с токами высокой частоты выглядели очень эффектно. Излучатели рассеивали в разные стороны искровые разряды и длинные линейные молнии. Тесла совсем не таил от журналистов и посетителей эти красивые и грозные эффекты. Демонстрации способствовали распространению слухов о нем как о настоящем чародее. Ничего удивительного нет в том, что до сих пор жива версия: это из-за экспериментов Теслы над сибирской тайгой утром 30 июня 1908 года произошел взрыв мощностью в 10–40 мегатонн (что соответствует энергии средней водородной бомбы). Тесле же приписывают эксперименты по превращению большого военного корабля США со всей его командой в невидимый объект с последующим его переносом в другую точку пространства.
Из тех американских ученых, чьи фамилии превратились в единицы измерения, хорошо известен нам Александр Грэхем Белл (Alexander Graham Bell; 1847–1922). Его известность сродни известности Колумба: все знают, кто открыл Америку, и всем известно, кто изобрел телефон.
А громкость звука измеряют в децибелах – об этом тоже все слышали. В акустике бел фактически принят за единицу громкости звука. Бел определяет соотношения двух мощностей: измеряемого звука и звука, который человеческое ухо уже не воспринимает (порог слышимости). Сравнение происходит не по обычной, а по логарифмической шкале: изменение громкости на одну единицу означает изменение соотношения мощностей в 10 раз. Так, громкость шепота – 30 дБ, значит, мощность шепота в 1 000 (10) раз превышает порог слышимости; шум легкового автомобиля – 60 дБ, то есть его мощность превышает порог слышимости в 1 миллион (10) раз; громкость нормальной человеческой речи – 70 дБ.
Александр Белл придумал аппарат для передачи на расстояние нормальной человеческой речи. Судьба, казалось, просто подталкивала его к этому изобретению. Дед, отец и дядя Белла были профессиональными риторами, то есть учителями красноречия. Да и сам он, окончив в 1860 году Королевскую школу в родном шотландском городе Эдинбурге, переехал в Лондон к деду, под руководством которого изучал литературу и ораторское искусство. Через три года, когда Александру исполнилось 16 лет, он стал учителем красноречия и музыки.
Но один за другим умерли от туберкулеза братья Александра. Признаки грозной болезни обнаружились и у него, и врачи порекомендовали ему переменить климат. В 1870 году семья, перебравшись в Канаду, поселилась в провинции Онтарио. В 1871 году Александр переехал в Бостон, где начал преподавать в школе для глухонемых, используя для обучения систему видимой речи (транскрипцию звуков буквенными символами), которую придумал еще в Шотландии его отец. В 1873 году школа влилась в состав Бостонского университета, и А. Белл стал университетским профессором.
Это было время расцвета телеграфа. Телеграфные провода потихоньку опутывали весь земной шар. Новое средство связи уже приносило ощутимый доход. Одна из крупнейших телеграфных компаний, Western Union, объявила конкурс на изобретение, позволяющее отправлять по одной линии несколько телеграмм одновременно. Это позволило бы компании сэкономить большие деньги на прокладке новых линий. Соответственно, и премия была солидной. Белл воодушевился и принял участие в конкурсе.
Идея Белла была достаточно простой – передавать по одной линии несколько телеграмм одновременно, причем каждую телеграмму на своей частоте. Гораздо позже, в 1894 году, эту идею осуществит французский инженер Жан Морис Эмиль Бодо (Jean Maurice Émile Baudot; 1845–1903); в честь него названа единица скорости передачи данных по каналу связи – бод. Сам же Белл пытался создать "музыкальный телеграф", в котором каждое отдельное сообщение должно было передаваться на частоте одной из нот музыкальной гаммы. Каждая из "рабочих частот" создавалась особыми камертонами. Вся передаваемая совокупность сообщений для постороннего уха должна была звучать странной "музыкой", вроде той, которую мы иногда слышим, отправляя факсы. И вот, пытаясь усовершенствовать телеграф, А. Белл пришел к открытию еще более эпохальному.
На грани двух тысячелетий, в 2000 году, многие журналисты забавлялись тем, что составляли различные рейтинги на тему "10 (25, 50) самых-самых изобретений (книг, событий и т. д.) прошедшего тысячелетия". Во всех подобных списках, посвященных техническим новшествам, первым стояло изобретение книгопечатания И. Гутенбергом. Ни в одном рейтинге телефон не спускался ниже пятого места по важности. А телеграф? Телеграф был где-то гораздо ниже, а иногда вообще оставался за бортом.
Поскольку А. Белл профессиональным электриком не был, он обращался за советами к физику Дж. Генри.
Генри, высоко оценив работы Белла, посоветовал ему довести дело до конца. И 14 февраля 1876 года А. Белл получил патент США № 174465, описывающий "метод и аппарат… для передачи речи и других звуков по телеграфу… с помощью электрических волн".
Белл подал свою заявку на патент всего на несколько часов раньше другого изобретателя, Элайши Грея (Elisha Gray; 1835–1901). Правда, в момент получения патента практическая ценность изобретения, которое Белл назвал телефоном, была совсем не очевидна. Элайша Грей в отличие от профессора А. Белла был одним из хозяев крупнейшей по тем временам электрической компании США, Western Electric. Но и он не принимал во внимание, насколько велико желание людей поболтать. Когда Белл попытался продать компании Western Electric свой патент за 100 тысяч долларов, экспертная комиссия отвергла это предложение как "лишенное здравого смысла". Через несколько лет Western Electric уже предлагала Беллу за его патент 25 миллионов долларов, но тот, получив в 1876 году отказ, совместно со своим тестем, юристом Хаббардом, и с помощником Ватсоном организовал собственную фирму, которая позже стала называться Bell Telephone. В 1881 году Bell Telephone поглотила Western Electric. К тому времени Белл покинул правление носившей его имя компании. Он стал богат и знаменит. В 1877 году королева Виктория и вся королевская семья участвовали в "телефонном представлении". Как детишки, играющие в "телефончики" из спичечных коробков, соединенных шпагатом, они разбежались по разным углам большого зала и увлеченно переговаривались с помощью телефонных аппаратов, пели в трубку песни, декламировали стихи, то и дело спрашивая друг друга: "Как слышишь?" Франция наградила Белла орденом Почетного легиона. Подобно Алессандро Вольте он получил премию в 50 тысяч франков за развитие науки об электричестве, учрежденную еще Наполеоном. В 1885 году А. Белл принял американское гражданство.
Белл до старости занимался всем, что было ему интересно. Он стал основателем Национального географического общества США; за два года до Эдисона, в 1875 году, изобрел фонограф, соединив звуковую мембрану с иглой, которая оставляла след на вращающемся барабане. Вот если бы он еще и прокрутил барабан, чтобы услышать, как воспроизводится записанный звук!.. В 1895 году Белл увлекся воздухоплаванием. Время самолетов еще не пришло. Белл строил большие воздушные змеи, которые могли поднять в воздух даже человека, и совершил на них несколько полетов. Он умер от диабета 2 августа 1922 года; 4 августа, когда его хоронили, в США и Канаде на одну минуту были отключены все телефоны. К тому времени их было в одной только Северной Америке 13 миллионов.
Придумка увековечивать память деятелей науки и техники в названиях единиц измерения ученым понравилась. Но многие относились к такой чести с юмором. В советском фильме "Девять дней одного года" главный герой, ученый по фамилии Гусев, умирает от лучевой болезни. Играет его обаятельный Алексей Баталов. Прощаясь с друзьями, он невесело шутит:
– Только не называйте в мою честь единицу измерения. Нехорошо как-то будет звучать: излучение мощностью в полтора гуся.
В том же ключе подшучивали сотрудники над известным американским физиком, лауреатом Нобелевской премии и изрядным болтуном Робертом Милликеном (Robert Millikan; 1868–1953). Они предложили ввести новую единицу для измерения разговорчивости, кен. Ее тысячная часть, то есть милликен, должна была превышать разговорчивость среднего человека.