ГЛАВА ШЕСТАЯ

Когда Роберт Вуд занял в 1897 году скромный и плохо оплачиваемый пост младшего преподавателя физики в Висконсинском университете, в Мэдисоне, он был молодой человек, на двадцать девятом году жизни, женатый, с двумя детьми — третья, Элизабет, должна была скоро родиться, — и он не имел, никакого представления о той специальной отрасли физики, которая должна была впоследствии принести ему величайшую славу. Но хотя он еще ничего не знал в области физической оптики, в области физики в целом он был уже смелый экспериментатор и сразу же начал революционизировать технику студенческих лабораторий в Мэдисоне.

Все это началось весело, серией «цирковых» лекций, на поучение и на радость студентам, и закончилось… миражами и ураганами. Идея, что он сам, как всемогущий бог природы, сможет создать эти явления, пришла ему в голову предыдущим летом, в Сан-Франциско, когда он заметил превосходный мираж на городском тротуаре, на вершине холма, откуда можно было смотреть вдоль длинного участка сильно нагретой мостовой фоне неба. Казалось, что мостовая залита водой, в которой были ясно видны перевернутые отражения пешеходов. Вуд поставил двух своих малышей на мостовую и сфотографировал. В наши дни этот тип миража часто наблюдается шоферами на улицах, но в те времена было известно только, что это явление происходит над большими площадями горячего песка в пустыне.

Чтобы устроить себе миниатюрный оазис и настоящие песчаные ураганы, он добыл четыре плоских железных листа, длиной около четырех футов и шириной восемь дюймов. Он положил их концом к концу, укрепив на железных подставках — получилась длинная, плоская горизонтальная площадка, которую он посыпал песком. На дальнем конце ее было укреплено зеркало, которое отражало изображение неба за окном. Ряд миниатюрных гор и несколько пальм, вырезанных из бумаги и размещенных на песке перед зеркалом, изображали горизонт пустынного ландшафта, который снизу обогревался рядом маленьких газовых горелок под железными листами — вместо солнца, светящего сверху. Будет ли установка действовать в таком масштабе? Он зажег горелки и начал наблюдать. Горы и пальмы давали отчетливый силуэт на ярком фоне неба, но вдруг перед ними появилась сверкающая поверхность воды — у самого подножья гор. Если поднять глаза на дюйм или два, над уровнем песка, озеро исчезало — но опять появлялось, как только глаз приближался к поверхности «пустыни» — точь-в-точь, как настоящий мираж, если вы поднимаетесь на холм. Затем «озеро» увеличилось и в нем появилось отражение гор, «и если опустить. глаз еще ниже, подножье гор исчезало в кажущемся озере, которое обращалось в целое наводнение». Не надо говорить о том, что студенты были поражены — только что не кричали от восторга, и с этой поры новый профессор стал их любимцем.

Затем Вуд занялся торнадо [19]. Атмосферные условия (слой горячего воздуха у земли, над ним — более холодный), которые имеют место при мираже, приводят к возникновению также «песчаных вихрей», которые можно часто видеть в пустынях Америки, и — в большом масштабе — к торнадо. Один из металлических листов (очищенный от песка) был посыпан мелким порошком кремнезема и подогрет несколькими горелками. Через несколько минут красивые маленькие вихри забегали по поверхности, сворачивая легкий порошок в трубообразные вороночки, которые «жили» по десять — пятнадцать секунд. Посыпав большой лист железа нашатырем и сильно нагрев его бунзеновской горелкой, он получил белый дым, и вдруг в центре листа взвился на высоту шести или восьми футов прекраснейший миниатюрный смерч — торнадо — из белого дыма.

В этот же год, немного позднее, он изобрел новый вид псевдоскопа. Если смотреть через этот инструмент, старая полоскательница кажется белым куполом, а если туда бросить шарик — кажется, что он катится вверх по своду — на зло закону притяжения — и останавливается, достигнув вершины.

Другой замечательный лекционный трюк был показ полета бейсбольных мячей по кривым, подобным параболическим орбитам комет. Ограниченное пространство аудитории создавало большие трудности. Кривая должна была быть видимой в этом пространстве, а для этого мяч должен быть очень легким, а вращение — чрезвычайно быстрым. Вуд нашел, что обыкновенный деревянный шар вполне подходит. Мяч для пинг-понга был бы, вероятно, еще лучше. Резиновая лента длиной в восемь дюймов и шириной в одну восьмую обматывалась с натяжением вокруг шарика — достаточно двух или трех оборотов, и шарик бросался вперед, с помощью остатка ленты. Отклонение в сорок пять градусов получается совсем легко. Если же направить полет шарика, держа ленту снизу, он, начиная свой полет на горизонтали, часто поднимался чуть не до потолка. Попробуйте проделать это сами, если не верите.

Затем следовал опыт, показывающий в миниатюре эллиптические и параболические орбиты планет и комет вокруг солнца. Конический полюс вертикального электромагнита покрывали большим стеклянным листом, и маленький велосипедный шарик бросали немного в сторону от магнита, который изображал собой солнце. Шарик начинал кружиться по совершенно правильному эллипсу, с «солнцем» в одном из фокусов; Вуд доказывал с помощью стеклянной пластинки, покрытой тонким слоем сажи. В этом случае шарик сам вычерчивал свой путь на стекле. Публикация этих демонстрационных опытов заставила Вуда впервые втянуться в полемику. Старый профессор физики одного из лондонских университетов критиковал статью Вуда в письме в лондонскую Nature, говоря, что данный опыт не демонстрирует орбиты Ньютона, так как притяжение магнита изменяется обратно пропорционально пятой степени, а не квадрату расстояния, как в случае тяготения. Это был первый промах молодого Вуда, он взялся за работу всерьез, начертил детальную диаграмму и понял, что шарик перерезает магнитные линии под углом и что его орбита зависит только от горизонтальной составляющей напряженности. Он посадил одного из своих студентов за измерение напряженности магнитного поля в плоскости стекла, и оказалось, что она почти точно обратно пропорциональна квадрату расстояния. Тем временем критические отклики появились в нескольких других английских технических журналах, и Вуд с радостью послал подтверждение правильности своего опыта, приводя в нем результаты измерений.

Вероятно, дни эти были для студентов в Мэдисоне захватывающими. Вуд ввел в свои опыты драматизм, наглядность и технику, которые стали привлекать внимание во всем мире к нему и его университету.

С самого раннего детства до наших дней он был и остается любителем эффектного опыта и блестящим демонстратором. Он полон, детского тщеславия — вполне серьезно — и наслаждается восторгом аудитории и аплодисментами — но это скорее относится к показываемому явлению, чем к нему самому, так что, если и можно было бы назвать его эгоистом и любителем показного, то отнюдь не в обычном, дурном смысле этих слов. Эту разницу прекрасно чувствовал профессор Бенджамэн Сноу, руководивший тогда Отделением физики в Мэдисоне. Новый молодой преподаватель или помощник профессора, которым Вуд вскоре стал, был и остается «мелкой сошкой» в большом университете, и если бы Вуду не помогал этот важный союзник,, а вместо него руководителем была бы какая-нибудь надутая «академическая величина», он едва ли смог бы добиться необходимой поддержки. К счастью, Сноу сам был динамичным лектором-энтузиастом и любил красивые опыты, носившие характер «фокусов». То, что устраивали вместе Сноу и его молодой помощник, записано в дневнике Вуда:

«Он выбрал меня своим помощником по курсу общей физики для второкурсников. Первое время мои обязанности заключались в роли бессловесной личности, которая подает необходимые предметы лектору. Он никогда не был удовлетворен своими приборами, если они не были самыми большими на свете, и однажды я сделал удачный шаг, сконструировав огромный ящик для дымовых колец диаметром в фут, подобный тому, который я устроил для лекций в Чикаго, когда я был студентом-химиком. Движущееся кольцо дыма, которое сбивало картонную коробку на другом конце лекционного стола на пол, чрезвычайно восхитила его. Для него было новой идеей, что дым совсем не обязателен для образования кольца — ему никогда не приходило в голову, что невидимое воздушное кольцо, ударяющее о различные предметы, было еще лучшей демонстрацией. Вновь заинтересовавшись, вихревыми движениями, я подумал над этим делом и поставил ряд новых опытов с кольцами, которые были описаны с приложением фотографий — на этот раз в лондонской Nature , включая метод получения половинного дымного кольца — другая половина состояла из чистого воздуха, так что зритель видел лишь движущуюся дугу.

Это можно было сделать с помощью картонной трубки диаметром около дюйма, наполнив ее осторожно плотным дымом так, чтобы он стлался по дну трубки, расположенной горизонтально. Затем давался легкий толчок, и вылетало «полукольцо» дыма. С помощью другого приспособления можно было пускать толстые воздушные «баранки», с белой ниточкой дыма в сердцевине, вращающейся с огромной скоростью. Явление служило доказательством большой скорости вращения в середине вихревого кольца или у оси смерча. Иллюстрируя разницу между силой и работой, которая определяется как произведение силы, затрачиваемой на преодоление сопротивления, на путь, Сноу обычно упирался в конец лекционного стола и толкал его из всей силы. «Я нажимаю, жму, жму , ЖМУ!… — лицо его становилось красным, на лбу выступал пот… — «Никакого движения нет — я жму и жму, и не совершаю ни частицы работы!» — и он чуть не падал от усталости после геркулесовских усилий.

На одной из его лекций я заметил у него маленькую ошибку и, не зная правила, что «помощники должны быть видимы, но не слышимы», обратил на нее его внимание в конце лекции.

Он говорил о всемирном тяготении и напомнил студентам об истории путешествия на Луну Жюль Верна, сказав, что автор нигде не сделал ошибок и ни разу не нарушил никаких законов физики в своем произведении.

«Вспомните, — сказал он, — что когда снаряд пересекал центр притяжения между землей и Луной, его пассажиры ничего не весили и плавали в пространстве, ни на что не опираясь, — и это, джентльмены, как раз то, что должно произойти».

После лекции, когда несколько студентов столпились вокруг него, задавая вопросы и осматривая приборы, я заметил, что именно в данном случае Жюль Верн определенно допустил ошибку: пассажиры должны были бы начать летать в снаряде, как только он покинул атмосферу земли, так как сила тяготения не ощущается внутри свободно падающего сосуда. — «Я думал, что можно доказать это экспериментально, положив полдоллара на эту книгу и подбросив ее на фоне окна. Думаю, что между книгой и монетой будет виден просвет во время их падения». Это в точности подтвердилось после двух или трех попыток. Это убедило Сноу, что Жюль Верн, по крайней мере в этом случае, ошибся».

Все эти лекционные изобретения были интересны только студентам и ученым, но скоро наш молодой преподаватель выступил с «практическим» изобретением, за которое университет сразу же получил от государства премию в 200 тысяч долларов и которое экономит каждую зиму миллионы потерь от пожаров, получающихся от старинных методов отогревания труб, употребляемых водопроводчиками. Это — теперь везде известное «электротаяние». Моя собственная осведомленность в этой области ограничивается знанием номера в телефонной книжке, по которому вызывают гудящий грузовик с инструментами, точно подобными тем, которые Вуд сорок лет назад применял в Мэдисоне; все, что я понимаю в этих спиральных, внушительных приспособлениях, — это то, что они отогревают у меня водопровод без взлома полов и стен. Поэтому я уговорил самого Вудa продиктовать историю того, как он изобрел «электротаялку» и как она действует. «Вы можете хвастаться, если хотите», — сказал я ему, и он ответил с негодованием: «Вы знаете, я никогда не хвастаюсь».

«Невероятный холод, — диктовал он, — на всем северо-западе зимой 1899 года заморозил почву в Мэдисоне на глубину более восьми футов. Половина труб в Мэдисоне замерзла, и были опасения, что замерзнут и магистрали. На всех перекрестках горели костры, и водопроводчики рылись в земле, чтобы добраться до труб. В нашем доме трубы тоже замерзли, и мы заплатили мастеру двадцать долларов за отогревание их.

Однажды утром я шел по Лэнгдон-стрит в лабораторию и увидел группу водопроводчиков, которые протаскивали в трубу резиновый шланг, прикрепленный к переносному бойлеру, пытаясь таким способом отогреть трубу паром. У них «заело» — шланг не проходил через угол трубы.

Я пошел дальше, обдумывая эту ситуацию, и мне пришло в голову, что сильный электрический ток, проходя по металлу, нагревает его, и что ток пойдет по трубе, независимо от ее углов и поворотов. Не является ли это решением вопроса — просто соединить выходы труб в двух соседних домах с разноименными полюсами генератора?

Придя в лабораторию, я сразу же отправился к профессору Джексону, шефу Отделения электротехники, и предложил ему свой план. Он возразил мне, сомневаясь, не пойдет ли ток по земле вместо труб. Но когда я указал на то, что земля промерзла, а лед является непроводником, он согласился проделать вместе со мной эксперимент.

В тот же вечер электрическая компания доставила трансформатор в вагоне к Дому сенатора Вайлеса, председателя правления университета. Водопроводчики уже целую неделю рыли землю вокруг дома, пытаясь найти трехсотфутовую трубу, которая соединялась с магистралью и положение которой не было известно.

Лужайка была покрыта ямами и рвами, похожими на могилы, над которыми горели костры, размягчавшие почву. Moнтep, который приехал с трансформатором, взлез на столб и спустил провода, соединенные с осветительной линией, на землю. Их присоединили к вторичной обмотке, а первичную замкнули на кран в подвале и на водоразборный кран в трехстах футах от дома. Ток проходил через большой бак с соленой водой и двумя медными электродами, которыми можно было регулировать силу его. Ток был включен, и мы ждали результатов у открытого крана в подвале. Через десять минут мы услышали бульканье, и вдруг из крана брызнула струя ржавой воды; смешанной со льдом. Семья сенатора приветствовала это извержение возгласами радости, а через несколько минут появился лакей с шампанским, и так далее.

В Мэдисонском «Демократе» на следующее утро появилась статья в два столбца, описывающая успешное разрешение вопроса борьбы с замерзанием труб. Сообщение было подхвачено и разнесено Ассошиэйтед Пресс по всей стране.

С того времени электрический метод стал стандартным во всем мире — одной из последних побед его является отогрев двенадцатидюймовой магистрали под Гудзоном, которая замерзла с двух концов там, где труба подходила к поверхности.

Изобретение случилось в удачный для университета момент — происходила сессия самоуправления Штата, и президент университета Адамс попросил утвердить фонд в двести тысяч долларов для постройки инженерной лаборатории. Среди депутатов возникла сильная оппозиция, спрашивавшая — сделал ли университет что-нибудь для государства? На это он ответил, сказав об отданном народу новом изобретении — методе борьбы с авариями водоснабжения. После этого самоуправление дружно и с энтузиазмом утвердило просьбу университета.

Правление университета в вознаграждение за этот подарок народу изменило мое звание с преподавателя на помощника профессора».

Читатель согласится, что в этом случае профессор имел бы полное право хвастаться, если бы захотел.

Я сам полагаю, что кроме гения изобретателя, в этом случае он проявил большую практичность, выбрав для демонстрации изобретения именно трубы сенатора. Может быть, он знал, а может быть, нет, но сенатор Вайлес был главным лицом комитета, принявшего решение о фонде для университета. Что же касается водопроводчиков всего мира, то они отнюдь не были огорчены новым методом, как предсказывали некоторые газеты — они были в полном восторге. Теперь электротаяние применяется ими во всем мире.

Следующий неожиданный «вклад» молодого Вуда, взволновавший и университетский городок и весь город, не потребовал изобретательного гения. Осенью 1899 года он привез из Бостона новую блестящую игрушку — одну из первых моделей «Стэнли-Стимера» — первый автомобиль во всем штате Висконсин. Скоро Вуд поверг весь штат в ужас и тревогу, разъезжая по дорогам с дьявольской скоростью — двадцать миль в час!

Это было незадолго до «Дня Благодарения», и в первую очередь Роб решил пригласить президента Адамса, почтенного седобородого главу университета, на увеселительную поездку.

«Я взял его с собой, — ухмыляется Вуд даже через сорок долгих лет, — на праздничный футбольный матч. Поле было окружено дорожкой, по которой устраивались скачки. Мы промчались по ней под звуки духового оркестра и приветственные крики студентов. Белая борода старого президента Адамса развевалась по ветру».

А потом — верьте или нет — Вуд и профессор Джозеф Джастроу проехали до самого Мильвоки! Дорога шла восемь-десять миль через колдобины, песок и грязь, и паром выбило прокладку из парового котла. Вуд вырезал новую из резиновой шины автомобиля. Они проехали туда и вернулись — в полном смысле этого слова — под парами.. Об этом, конечно, узнали газетные корреспонденты. Мэдисонский «Демократ» сообщил, что «два ученых доказали практичность и пригодность автомобиля для обычных проселочных дорог и что „неудобства и опасность от пуганья лошадей и пешеходов на дороге невелики“.

Однако в статье под заголовком «Vox Populi» [20] в той же самой газете сразу же поднялся и крик протеста. Вуд и «Стэнли Стимер» создали адскую сенсацию. Это был один из первых хороших автомобилей, но на нем был паровой двигатель. Он издавал страшные звуки, изрыгал огонь и дым, обычные для паровых машин и китайских драконов. Часто происходили громкие взрывы, когда включалось горючее, испарялось затем, в накаленных трубках и выходило к горелке, которую поджигали спичкой. Если дул сильный ветер поперек дороги, из автомобиля вбок вырывалось длинное пламя, и мальчишки кричали: «Эй, мистер! Ваша штуковина загорелась!» Но еще худшее для завистливых душ, которые никогда не мечтали сами купить автомобиль, — было то, что эта чертова телега мчалась по самым плохим дорогам «с опасной и устрашающей скоростью». Роберта открыто обвиняла в бешеной езде в письме в редакцию одна старая добродушная леди, которая подписалась «Кэрол Стрит». Она писала:

«Может быть, я стала слишком нервной в мои пожилые годы и несправедливо преувеличиваю современный опасности, но я опасаюсь наших быстро несущихся велосипедов, а так как теперь появился еще автомобиль, я надеюсь, что меня извинят, если этой новинки я также страшно боюсь. Однако я ощущаю страх не за себя, а за своих внуков, игры которых часто происходят на улице. Автомобиль жарит, — насколько я могу судить, — со скоростью двадцать миль в час: это явно опасно для публики на наших оживленных улицах. Бешеная езда воспрещается законом. Я предлагаю, чтобы было проведено ограничение, воспрещающее автомобилям превышать скорость шесть миль в час — в пределах города. Скоро вокруг нас будет много этих машин — в этом я не сомневаюсь, и вопрос этот все равно придется улаживать. Лучше сделать это уже теперь. Такие меры, как мне сказали, уже приняты везде, где ездят автомобили. Новый экипаж задает тон в городе, и я не слишком стара, чтобы это не нравилось мне. Я даже хочу, чтобы появились другие автомобили, но пусть лучше будет издан закон раньше, чем произойдет несчастье».

После того как доктор Вуд нашел это письмо, затерявшееся среди пожелтевших листков, я сказал:

«Ну, если не говорить о том, что в Мэдисоне началась ваша серьезная научная деятельность, то эти эпизоды, пожалуй, лучше всего освещают висконсинский период вашей жизни».

Он ответил: «Да…, но я забыл сказать вам, что я теперь там сенатор…»

«Какой сенатор?»

«Я — римский сенатор, в тоге, с золотым венком и всем прочим…»

«Каким образом?»

«Это, — сказал он, — случилось несколько лет позднее, после того как я перешел в университет Джона Гопкинса и купил участок и дом в Ист Хэмптоне. Вы знаете, что Альберт Хертер уже много лет имеет здесь дачу и студию. Однажды он пришел ко мне и спросил меня, соглашусь ли я позировать ему. Я сказал, что это зависит от позы, в которой он меня хочет писать. Он сказал, что пишет картину для здания управления штата в Мэдисоне, в Висконсине, и хочет, чтобы я изобразил римского сенатора. Я позировал ему в тоге, с золотым венком на голове. Он нарисовал меня очень похоже, включая даже вихор черных волос, который торчал у меня на лбу, — довольно странная прическа для римского сенатора. Позднее я видел картину — она занимает всю стену апелляционного суда. Сенаторы сидят полукругом, а я впереди встречаю римского генерала с его свитой, несущей военные трофеи. Один из теперешних членов Отделения физики сказал мне, что они всегда водят приезжающих физиков посмотреть на этот „устрашающий пример“ того, что может случиться с молодым преподавателем».

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

Первое и окончательное решение молодого профессора Вуда — сделать физическую оптику своей главней областью науки — пришло странным образом, в конце первого года в Мэдисоне. Профессор Сноу попросил его взять на себя чтение курса лекции по этой дисциплине, которую Вуд никогда раньше не изучал. Он охотно согласился и начал читать, держась сначала «только на шаг впереди своих студентов». Он говорит, что когда звонил звонок в конце лекции, он почти целиком исчерпывал свои знания темы. Но скоро он начал набирать темп. Он читал текущую литературу по физике и обнаружил, что открываются целые области оптики, о которых ничего не говорится в учебнике, которым он пользовался, — «Теория света» Томаса Престона. В конце года он уже настолько знал предмет, что понял, что Престон отстал от жизни по крайней мере на десять лет. Тогда он решил — сделать физическую оптику своей специальностью и самому написать учебник по ней!

Нужно долго искать другой пример такой научной самонадеянности. Но вся штука в том, что он сделал то, что задумал, — и монументальный труд стоит перед нами, в третьем, пересмотренном издании, переведенный на немецкий, французский, русский и другие языки, и является одной из основных книг по данной дисциплине. Чтобы написать книгу, потребовалось пять лет, и она появилась, когда Вуд уже перешел в университет Дж. Гопкинса. Вместе с этим, он сразу же погрузился в исследовательскую работу, которая сделала его известным во всем мире, а в местной печати дала ему прозвище «Висконсинского колдуна».

Чем же была отрасль науки, которую выбрал Вуд? Физическая оптика — научное название той области, которая объединяет знания, методы и ресурсы физики, связанные с исследованием свойств и природы света, а также его применений. В этом смысле «физическая оптика» так же стара, как первая мысль человека о причине радуги. Как настоящую науку ее следует начинать с Исаака Ньютона, который впервые доказал, что призма разлагает белый свет на его «простые» цвета, при соединении вновь слагающиеся в белый световой луч. Он же открыл многое другое, касающееся света. Почти два века после Ньютона ученые занимались основными свойствами обычного света. Они измерили его скорость в пространстве. Они изучили, как преломляется световой луч, проходя через различные среды, такие, как стекло, кварц, вода, цветные растворы, — нашли законы этого преломления. До Ньютона, сам Ньютон, а впоследствии многие заметили, что луч света загибается, пройдя через узкую щель, и что ни одна тень, если ее внимательно исследовать, не имеет резкой границы — и назвали это явление дифракцией. Изучено было также явление интерференции, состоящее в том, что два родственных, когерентных луча, возникшие от расщепления одного первоначального луча, взаимодействуют один с другим, и в результате наступает полная темнота или ненормально яркий свет. В середине девятнадцатого века уже достаточно знали о свете, чтобы утверждать, что свет, лучистая теплота, электрическое и магнитное поле — родственные явления: свет — это электромагнитные волны в гипотетической среде, названной эфиром, отличающиеся друг от друга только длиной волны, или, что то же самое, частотой колебания.

Классическая теория света была вполне законченной задолго до появления на сцену Вуда.