Путь к изобретению радио

Великие открытия, смелые идеи не всегда бывают поняты современниками. Во времена английского физика Майкла Фарадея господствовало мнение: взаимодействие на расстоянии магнитов или заряженных электричеством тел обусловлено особыми их свойствами и никак не связано с промежуточной средой. Фарадей первый высказал гипотезу о том, что пространство, находящееся между взаимодействующими телами, пронизывается силовыми линиями, которые, подобно упругим тонким нитям, связывают между собой эти тела. Ученый считал: всякие изменения в состоянии электрических и магнитных полей передаются на расстояние с определенной и конечной скоростью в виде особых волн.

Как это нередко случается, смелая мысль Фарадея долгое время не находила всеобщего признания. Даже когда Джеймс Максвелл вывел свои знаменитые уравнения, устанавливающие связь между электричеством и магнетизмом, описывающие их изменение во времени и пространстве (с учетом характера среды, в которой происходит распространение электромагнитных волн), переворота в умах не произошло. Многие физики все еще не верили в существование электромагнитного излучения.

Гениальное предвидение Фарадея стало для всех очевидным лишь после того, как немецкий физик Генрих Герц в конце 80-х годов XIX в. своими опытами доказал существование нового вида волн. Его открытие произвело сенсацию в ученом мире.

Приборы Герца удивительно просты по своей конструкции. В качестве источника волн ученый использовал прямолинейный проводник с разрывом и двумя шарами на его концах (прибор получил название вибратор Герца). Он работал от спирали Румкорфа (индукционной катушки). Когда напряжение в искровом промежутке становилось равным пробивному напряжению, между шарами проскакивала искра – в пространство излучалась электромагнитная волна. Роль приемника выполняла металлическая круглая петля, которая обладала приблизительно той же частотой колебаний, как и вибратор (этот прибор получил название резонатор Герца). Петля имела 7,5 см в диаметре и была сделана из медной проволоки толщиною в 1 мм. На одном конце проволоки был надет отполированный латунный шар диаметром в несколько миллиметров, другой ее конец был заострен и устанавливался на нужном расстоянии от шара при помощи винтика, сделанного из токо-непроводящего материала. При улавливании резонатором электромагнитной волны между заостренным концом проволоки и латунным шариком проскакивала искра.

Если изготовить вибратор и резонатор Герца не составляло большого труда, то наблюдать с их помощью электромагнитные волны было под силу далеко не каждому экспериментатору. Это побудило исследователей искать новые способы обнаружения герцевых волн.

Французский физик Эдуард Бранли обнаружил, что тонкие слои металла обладают свойством мгновенно изменять свое сопротивление, если до них доходит электромагнитная волна, причем сопротивление уменьшается. Выяснилось, что таким же свойством обладает металлический порошок. Отдельные зерна металла, его составляющие, настолько слабо прикасаются друг к другу, что ток нескольких гальванических элементов не проходит через него. Но как только электромагнитная волна достигает массы порошка, он мгновенно делается хорошим проводником. Этот эффект Бранли использовал в сконструированном им волнообнаружителе (прибор стал широко известен под названием когерера), состоящем из заполненной металлическим порошком стеклянной трубки с двумя стержневыми электродами.

По сравнению с резонатором Герца устройство Бранли обладало значительно большей чувствительностью и было удобнее в применении, но оно имело существенный недостаток – одноразовость действия (реагирования на электромагнитные волны). Это неудобство устранил английский физик Оливер Лодж. Для восстановления чувствительности когерера он стал его встряхивать автоматическим молоточком, подключенным к часовому механизму.

Следующий и последний шаг на этом пути, ведущем к изобретению радио, сделал русский физик. Лодж писал в 1908 г.: «Я всегда высоко оценивал работы профессора Попова по беспроволочной телеграфии. Правда, что я применил автоматический молоток или другой вибратор, приводимый в действие часовым механизмом или механизмом другого вида, но Попов первый заставил сам сигнал приводить в действие декогерер».

Разница была принципиальная. Лодж заботился об удобстве обнаружения лучей Герца. Прибор Попова предназначался для приема электромагнитных сигналов.

Так родилось новое средство связи – радио.

25 апреля (7 мая) 1895 г

Лето 1894 г. Еще и еще раз Попов внимательно перечитывает доклад Лоджа «Творение Герца», опубликованный в свежем номере английского научного журнала «Электришен». А что если сам электромагнитный сигнал заставить приводить в действие декогерер? Тогда получится не просто прибор, фиксирующий наличие герцевых волн, а аппарат, способный принимать закодированную с их помощью информацию.

Имеющийся в распоряжении исследователя источник электрических лучей позволял получать лишь сигналы малой мощности. Они могли приводить в движение стрелку гальванометра, но были недостаточны для работы электрического звонка (у Лоджа звонок был включен в автономную электрическую цепь, не связанную с цепью когерера).

Схема первого в мире грозоотметчика (радиоприемника) А. С. Попова (1895 г.)

Проведя несколько опытов, Попов убедился, что такого слабого встряхивания не всегда бывает достаточно для возвращения чувствительности металлическому порошку. Поэтому Александр Степанович решил усложнить схему приемника. Он ввел в нее особую цепь механического встряхивания когерера, включающуюся через реле. Теперь электромагнитный сигнал замыкал цепь, в которой находился когерер, по ней начинал идти ток, реле срабатывало и включало электрический звонок, встряхивающий когерер и возвращающий ему прежнюю чувствительность к электромагнитным волнам. Таким образом, приемник опять был готов принимать очередной сигнал.

Стабильность приема стала намного лучше. И все же работа сконструированного аппарата не удовлетворяла исследователя. Борясь за увеличение дальности приема, он решил увеличить чувствительность когерера, варьируя материал и размер металлических опилок. Ученый пробовал порошки всевозможных металлов, изменял их состав – брал мелкие и более крупные, чистые и смешанные. Часто сам настругивал опилки, добиваясь мельчайшей пудры. Затем шла тщательная опытная проверка свойств каждого состава. После большого числа опытов выяснилось, что когерер с одним порошком чувствителен к сигналу, передаваемому лишь с соседнего столика, с другим – принимает сигнал из самого дальнего угла физического кабинета; один вид порошка позволяет отмечать все электромагнитные разряды одинаково, а другой, хотя и более чувствителен к первому сигналу, остается «глухим» к последующим.

Стремясь проверить все возможные варианты, Попов пробовал также и дробь. Ведь и она представляет собой массу так называемых свободных контактов. Но для восстановления чувствительности дробь потребовала слишком сильного встряхивания. Для приемника электромагнитных волн это явно не подходило.

Все порошки ученый распределил на разряды и виды: крупнозернистые – один вид, мелкие – другой, среднего помола – третий. Порошки чистые, однородные – один разряд, сложные, из нескольких металлов – другой.

Наконец, когда все разряды и виды были испробованы по нескольку раз, выявился оптимальный по своим качествам порошок – железный.

В 1894 г. Попову пришлось расстаться со своим ассистентом Георгиевским. Прощание было нелегким. Четыре года совместной работы в Минном офицерском классе их очень сблизили.