Приключение великих уравнений - Владимир Карцев

И все же электроэнергии пока еще недостаточно, и она дорога. Вот почему так упорно бьются инженеры и физики над новыми способами ее получения.

Когда энергетикой будут освоены гигантские термоядерные или солнечные электростанции с баснословно дешевым топливом - водой и солнечными лучами, энергетический голод человечества будет побежден и последствия этого будут огромны. Можно будет, например, превратить в рай земной суровые по климатическим условиям районы нашей планеты.

Может быть, окажется целесообразным и экономически выгодным окружить Марс искусственно созданной с помощью электричества атмосферой и заселить его.

Термоядерные и атомные станции во избежание радиоактивного заражения Земли можно было бы разместить на безжизненной Луне, а электроэнергию передавать на Землю, а может быть и на Марс способом, предложенным академиком Капицей, а может быть, и каким-либо другим способом, пока неизвестным.

Изобилие электроэнергии приведет к полной электрификации и автоматизации всего хозяйства страны и как следствие к укорочению рабочего дня до 3 - 4 часов. В оставшееся свободное время люди займутся самоусовершенствованием, укреплением здоровья, наукой и искусствами.

И тогда новый, прекрасный смысл обретет ленинская фраза "Коммунизм - это есть Советская власть плюс электрификация всей страны".

Впущение червя во яблоко

Эйнштейн сказал у его гроба: "Жизнь Лоренца - драгоценное произведение искусства".

Лоренц был невысок ростом, исключительно доброжелателен, улыбчив и корректен. Его взгляд был живым и проницательным, память - исключительной. Умственное превосходство его чувствовалось всеми и сразу. Так было всегда, чуть не со школьных лет.

Генрик Антон Лоренц - голландец, один из не слишком большого числа великих, прославивших небольшую страну. Он - сверстник своих знаменитых земляков - Винцента Ван-Гога и Гейке Камерлинг-Оннеса. Все они родились в 1853 году. Генрик учился в средней школе - учреждении, в то время в Голландии мало распространенном и не слишком популярном. В классе училось всего трое - один стал администратором на Яве, другой - профессором в Гронингеме, третий Лоренцем.

Это случилось не сразу. Чтобы поступить в Лейденский университет (мы еще будем иметь возможность рассказать о сем почтенном учреждении), нужно было быстро изучить и сдать древние языки. Память и способности позволили Лоренцу сделать это всего за восемь месяцев, притом настолько основательно, что стареющий Лоренц сможет через много лет посвящать часы своего тихого досуга сочинению латинских стихов.

Восемь месяцев - два языка, причем изученных блестяще. Но это - не слишком эффектно, если учесть, что весь университетский курс фактически был пройден Лоренцем за год. Через год после поступления он уже защищает кандидатскую диссертацию с отличием.

Но он остался еще на год в университете, причем не последнюю роль сыграли в решении нераспечатанные бандероли, долго пылившиеся в библиотеке физической лаборатории. А нераспечатанными лежали они потому, что распечатавшему одну из них не приходило в голову приниматься за следующую.

Бандероли приходили из Кембриджа, были насыщены сложной математикой, "как гадюки - ядом", и вообще были непонятны. Более того, содержимое бандеролей шло вразрез со всем тем, что так тщательно пестовалось в университете, - с классическими электродинамическими теориями.

Бандеролями из Кембриджа доставлялись в Лейден работы Джеймса Клерка Максвелла, посвященные его новой теории. Лоренц был первым голландцем, оказавшимся способным оценить ее. Ему было тогда двадцать лет.

Двадцати двух лет - он доктор наук. Разумеется, "доктор с отличием".

Двадцатидвухлетнего Лоренца буквально рвут на части. Одно за другим следуют соблазнительнейшие предложения от университетов разных городов и стран. Лоренц предпочитает Лейден, и в нем - кафедру теоретической физики. Лейден - светел и спокоен, он прекрасно соответствует неторопливому, замкнутому и возвышенному стилю жизни Лоренца. Здесь он женится на кузине своего друга и покупает старинный тихий и красивый дом. Он любит семейную жизнь, тишину, уединение. Он живет здесь десятки лет размеренной и спокойной жизнью мэтра. Лишь незадолго до смерти он переехал в Харлем, где получил пост примерно эквивалентный посту президента Академии наук у нас - пост попечителя музея Тейлера.

Генрик Антон Лоренц

Энштейн о Лоренце: "Его доброта и величие души в сочетании с абсолютной безупречностью и глубоким чувством справедливости, а также верной интуицией в отношении людей и вещей превращали его в руководителя во всех областях, где протекала его деятельность. За ним следовали с радостью, потому что Лоренц никогда не стремился господствовать, но всегда - служить".

Он умер 4 февраля 1928 года, после короткой и легкой болезни, окруженный любовью и вниманием.

Через всю жизнь Лоренц пронес одну пламенную страсть. Страсть, рожденную в библиотечной тишине. Страсть к уравнениям и теории Максвелла. Он болезненно воспринимал все ее неудачи. Буквально лез из кожи вон, чтобы примирить противоречия. Иногда теория Максвелла противоречила эксперименту. Иногда оказывалась недостаточно конкретной для расчетов.

Особые нарекания, и довольно справедливые, вызывали константы среды, введенные Максвеллом и определяющие прохождение в ней электромагнитных процессов. Эти константы, например диэлектрическая и магнитная проницаемости, должны находиться из опыта. Вопрос о физическом смысле и происхождении этих констант Максвелл старался обходить.

Предсказать изменение констант в зависимости от температуры, плотности, химического строения или кристаллической структуры вещества на основании уравнений Максвелла было невозможно. Поэтому при любом изменении состояния вещества его константы нужно было бы заново находить из эксперимента.

Лоренц прекрасно понимал, что такая ограниченность теории Максвелла крупный недостаток. Недостаток, произрастающий из достоинств. По своему существу теория Максвелла - теория электромагнитная. Мир, описываемый теорией, - мир бесконечно разнообразных, налагающихся, интерферирующих, видимых и невидимых, ощущаемых и неощущаемых непрерывных волн. В этом была его сила. И его слабость.

Когда-то неминуемо должен был встать вопрос о причинах. Что, например, является причиной электрического поля? Максвелл отвечал - заряд. Отвечал с некоторой неприязнью. Введение дискретного заряда, "молекулы электричества" было подобно введению ложки дегтя в бочку меда, впущению червя в яблоко. "Молекула электричества" была нелепой дискретной надстройкой к прекрасному легкому дворцу непрерывных электромагнитных волн. Максвелл, словно предчувствуя грядущие непреодолимые трудности, уклонялся от навечного введения "молекулы электричества" в свою теорию. Он считал это делом сугубо временным:

"Крайне неправдоподобно, что в будущем, когда мы придем к пониманию истинной природы электролиза, мы сохраним в какой-либо форме теорию молекулярных зарядов, ибо мы уже будем иметь надежную основу для построения истинной теории электрических токов и станем таким образом независимы от этих преходящих гипотез".

Однако вопрос о природе констант, характеризующих среду, оставался. Чтобы объяснить влияние на них внешних факторов, нужно было дать какое-то объяснение природе констант. Лоренц писал:

"...Мы не можем удовлетвориться простым введением для каждого вещества этих коэффициентов, значения которых должны определяться из опыта; мы будем принуждены обратиться к какой-нибудь гипотезе относительно механизма в основе всех этих явлений.

Эта необходимость и привела к представлению об электронах, т. е. крайне малых электрически заряженных частичках, которые в громадном количестве присутствуют во всех весомых телах".

Здесь надо оговориться, что электрон в то время, когда Лоренц решил ввести его в теорию Максвелла, известен не был. Но он, в известном смысле, постоянно возникал "на кончике пера".

Началось это еще у Фарадея. Законы электролиза. Число Фарадея. Атомную теорию Фарадей в общем не жаловал. Но, поскольку был необычайно добросовестен, четко фиксировал и факты, не вписывающиеся в его теорию.

Было ясно, что каждый атом вещества, оседающий на электроде, несет с собой строго определенное количество электричества. Электричество раздавалось порциями. Каждый одновалентный ион получал от природы одну порцию. Двухвалентный - две. Заряд явно имел, как и вещество, атомную, дискретную структуру.

Максвелл предложил назвать заряд одновалентного иона "молекулой электричества". Предложил, скрепя сердце. Думал, временно. Очень не хотел разрушать свое прекрасное творение, состоящее из непрерывных волн. Воздвигнутое вопреки противникам: Веберу, Гельмгольцу, да мало ли их было.

Кстати, Гельмгольц в знаменитой Фарадеевской речи вслед за Джонстоном Стонеем вернулся к "атому электричества". (Стоней называл его электроном.) Дал расчет. Оказалось, наименьшим количеством электричества обладает положительный ион водорода. Меньше заряда не бывает. Больше - бывает. Но любой заряд дискретен, состоит из порций. Каждая порция - заряд водородного иона.