История лазера. Научное издание
Шрифт:
С помощью построенного им осциллятора, который он назвал трех искровой осциллятор, Риги выполнил серию знаменитых экспериментов, собранных в его книге Ottica delle Oscillazioni Elettriche (Оптика электрических колебаний, 1897 г.). В них он продемонстрировал точность электромагнитной теории.
Маркони и радио
Ртальянец Джулиельмо Маркони (18741937) сумел превзойти РјРЅРѕРіРёС… великих ученых своего времени РІ создании системы беспроволочного телеграфа. Дело Маркони можно рассматривать как хороший пример определенного типа изобретений. Фактически, РІСЃРµ технические устройства генераторы Рё резонаторы, использованные Маркони, РЅРµ были оригинальными, РЅРѕ РѕРЅ систематизировал Рё улучшал РёС…. РћРЅ сумел использовать РІСЃРµ преимущества экстраординарной Рё сулящей прибыли ситуации, РєРѕРіРґР° почти РІСЃРµ элементы, необходимые для создания системы беспроволочного телеграфа, уже существовали. РћРЅ осознал потенциальные возможности техники, которые никто РЅРµ рассматривал, Рё СЃ огромным упорством устремился Рє своей цели. Факт того, что РІСЃРµ существенные элементы для создания беспроволочного телеграфа уже были известны, Р° также Рё то, что РјРЅРѕРіРёРµ исследователи провели успешные эксперименты СЃ электромагнитными волнами, после первых успехов Маркони, вызвал среди ведущих держав соперничество Р·Р° право РЅР° законное обладание этим изобретением. Р’ действительности изобретение заключается РЅРµ РІ открытии РЅРѕРІРѕРіРѕ эффекта или изобретении какого-РЅРёР±СѓРґСЊ РЅРѕРІРѕРіРѕ устройства, Р° РІ умелом использовании того, что уже существует, собирая вместе РІСЃРµ нужное правильным СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј, Рё РІ достижении СЃ непоколебимой решительностью технологии, которая РјРЅРѕРіРёРј людям казалась недостижимой. Р’ то время люди, безусловно, верили, что электромагнитные волны, несмотря РЅР° различия РІ длинах волн, ведут себя как свет Рё распространяются прямолинейно. Поэтому передатчик Рё приемник должны располагаться РІ пределах РїСЂСЏРјРѕР№ видимости, что невозможно РЅР° расстояниях, превышающих несколько километров. Маркони РЅРµ считался СЃ этими соображениями, РІ частности, РёР·-Р·Р° того, что РѕРЅ был РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј самоучкой, РЅРµ имел теоретических РѕСЃРЅРѕРІ Рё над РЅРёРј РЅРµ довлел научный авторитет признанных научных талантов. РћРЅ шел СЃРІРѕРёРј путем РІ РґСѓС…Рµ пионера, искателя приключений.
Джулиельмо Маркони был вторым сыном преуспевающего землевладельца Рё богатой ирландки. Хотя РёС… РґРѕРј был РІ 15 РєРј РѕС‚ Болоньи, мать СЃ сыновьями проводили долгий Р·РёРјРЅРёР№ период РІ Ливорно Рё РІРѕ Флоренции. РЎ раннего обучения молодой Маркони стал проявлять большой интерес Рє экспериментальным наукам, РІ особенности РІ сфере электричества. Р’ 1892 Рі. РѕРЅ построил устройство для обнаружения атмосферного электричества, которое установил РЅР° крыше РґРѕРјР° РІ Ливорно. РћРЅ также старался сделать аккумулятор для питания системы освещения загородного РґРѕРјР°. РР· его записей РІ записной книжке, очевидно, что для молодого человека большее значение имела финансовая сторона, Р° РЅРµ слава изобретателя. РћРЅ четко понимал коммерческую значимость изобретений. Его мать организовала дружеский РІРёР·РёС‚ Рє Аугусто Р РёРіРё Рё, конечно, это было очень полезно для него, даже, если Р РёРіРё РЅРµ принимал серьезно молодого ученого-любителя, полагая, что если РѕРЅ действительно хочет посвятить себя науке, то должен сперва закончить СЃРІРѕРё исследования. Разумеется, РѕРЅ дал ему советы Рё предложения Рё позволил помогать РІ некоторых экспериментах, пользоваться библиотекой СЃРѕ всей научной литературой РїРѕ интересующему РІРѕРїСЂРѕСЃСѓ.
В 18941995 гг., в своем доме вблизи Болоньи, Маркони начал серию экспериментов, направленных на использование электромагнитных волн для связи на расстоянии в системе беспроволочного телеграфа. Он использовал в качестве передатчика осциллятор Риги, в качестве приемника когерер с металлическими опилками.
Когерер представляет СЃРѕР±РѕР№ устройство, сделанное РёР· отпаянной стеклянной трубочки диаметром несколько миллиметров, РІ концах которой располагаются РґРІР° серебряных цилиндра, разделенных коротким промежутком. Каждый РёР· цилиндров соединен СЃ платиновой проволочкой, проходящей через расплавленное стекло наружу. Между цилиндрами засыпаются металлические опилки (никель или серебро). Рти опилки (зерна) обладают значительным электрическим сопротивлением, РЅРѕ РєРѕРіРґР° РѕРЅРё подвержены действию электромагнитной волны, то сцепляются (отсюда Рё название: cohere быть сцепляемым, склеенным), С‚.Рµ. выстраиваются РІ направлении электрического тока, Рё РёС… сопротивление резко уменьшается. Рто явление уже было открыто РІ 1884 Рі. Рў.Рљ. Онести (18531922) Рё было использовано Маркони, который усовершенствовал устройство лучшим РїРѕРґР±РѕСЂРѕРј материалов Рё, добавив молоточек, который после каждого импульса электромагнитной волны автоматически восстанавливал первоначальное сопротивление (встряхивал опилки), что делало устройство готовым для регистрации следующего импульса. Также французский физик Р. Брэнли (18441940) РІ 1890 Рі. наблюдал, что металлические опилки РІ стеклянной трубке изменяются РѕС‚ непроводящего состояния Рє проводящему, РєРѕРіРґР° РЅР° некотором расстоянии РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ электрическая РёСЃРєСЂР°. Вероятно, это свойство так РЅРёРєРѕРіРѕ Рё РЅРµ заинтересовало, если Р±С‹ эта трубка, содержащая опилки, позднее названная английским физиком Оливером Лоджем когерером, РЅРµ стала существенным элементом первых радиотелеграфных приемников, благодаря его использованию Маркони. Рто вызвало волну претензий РЅР° авторство среди Рљ. Онести, Брэнли, Лоджа Рё РџРѕРїРѕРІР°, СЂРѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕРіРѕ физика, который использовал его СЃ той же самой целью.
После более или менее удачных экспериментов, известных Рє тому времени, Рё позволяющих сигналам передаваться РЅР° расстоянии РІ несколько метров, РІ августе 1895 Рі. Маркони выяснил, что для наблюдения заметных эффектов РЅР° расстоянии нужно соединить конец осциллятора, Р° также схему приемника СЃ РѕРґРЅРѕР№ стороны закопанным РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј (земля), Р° СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны изолированным РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј (антенна), который следует поднять как можно выше над землей. Рто блестящее изобретение системы антенназемля позволило уверенно принимать телеграфные сигналы РЅР° расстояниях РґРѕ 2400 Рј. Удивительно, что сигналы регистрировались РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне холма, расположенного между системами передачи Рё приема. Р’ РѕРґРЅРѕРј РёР· этих экспериментов брат Маркони подтвердил прием РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне холма выстрелом РёР· ружья, что вошло РІ легенду РѕР± изобретении Маркони.
Ртот успех убедил молодого человека, что идея заслуживает патента. Ртак, СЃ помощью своей матери, которая всегда поддерживала его, Рё, преодолев скептицизм отца, Маркони отправился РІ Англию. Там СЃ помощью РґРІРѕСЋСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ брата СЃРѕ стороны своей матери, Дж. Дэвиса, который держал консалтинговую фирму РІ Лондоне Рё был хорошо известен среди лондонских инженеров, РѕРЅ сумел привлечь интерес Рє своему изобретению СЃРѕ стороны технического генерального директора Британского почтового ведомства, Р’. РџРёСЂСЃР°, который Рє тому времени стал бароном. Р’ результате Маркони 2 РёСЋРЅСЏ 1896 Рі. получил первый патент РЅР° систему РЅРѕРІРѕРіРѕ беспроволочного телеграфа. Р’ то время Великобритания занимала ведущее положение РІ области РїСЂРѕРІРѕРґРЅРѕР№ телеграфии. Рто касалось Рё доминирующей роли британских компаний, осуществлявших прокладку Рё эксплуатацию трансконтинентальных линий. Так что выбор Маркони был, несомненно, удачен РІРѕ всех отношениях. Между июнем 1896 Рі. Рё мартом 1897 Рі. Маркони выполнил СЂСЏРґ экспериментов РѕС‚ имени Почтового ведомства, что было разрекламировано тем же самым РџРёСЂСЃРѕРј. Р’ 1897 Рі. Маркони организовал Wireless Telegraphic and Signal Co Ltd, РІ которой его кузен Дэвис стал первым административным директором. 2 июля 1897 Рі. был получен полный патент, который РІ наиболее РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕР№ форме описывал его изобретение. Его получению способствовали РґРІР° юриста, РѕРґРёРЅ РёР· которых хорошо разбирался РІ области электрических технологий, Р° РґСЂСѓРіРѕР№ изучал физику Рё математику РІ Кембридже.
Маркони осуществил первую беспроволочную СЃРІСЏР·СЊ (радио) между Англией Рё Францией РІ марте 1899 Рі., что вызвало интерес РІРѕ всем РјРёСЂРµ Рє его экспериментам, Р° 12 декабря 1901 Рі. установил СЃРІСЏР·СЊ между РЎРЁРђ Рё Великобританией РЅР° расстоянии 3200 РєРј, осуществив, тем самым, первую трансатлантическую радиосвязь. Ртот результат вызвал удивление Рё изумление. Дело РІ том, что для реализации СЃРІСЏР·Рё РЅР° английском побережье была сооружена огромная антенна РёР· РїСЂРѕРІРѕРґРѕРІ высотой 61 Рј Рё диаметром 61 Рј, Р° РЅР° американском побережье также была построена антенная система, что потребовало РіРѕРґС‹ напряженной работы. Так РІРѕС‚, РѕР±Рµ эти антенны были уничтожены РІРѕ время шторма, Рё Маркони начал использовать для передачи антенну значительно меньших размеров, Р° антенна приемника поднималась РЅР° воздушном змее.
Сразу же после этой сенсационной радиосвязи Рћ. Хэвисайд (18501925) РІ Англии, Рђ.Р•. Кеннеди (1861-1939) РІ РЎРЁРђ Рё РҐ. Нагаока (1865-1950) РІ РЇРїРѕРЅРёРё, независимо РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° выдвинули РІ 1902 Рі. гипотезу, что высоко РІ атмосфере существуют области, отражающие радиоволны. Только эта гипотеза могла объяснить, почему прямолинейно распространяющиеся электромагнитные волны СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ обогнуть Землю. Ее достоверность была экспериментально подтверждена Р•. Р’. Рплтоном (18921965), который РІ 1925 Рі. нашел, что РЅР° высоте между 100 Рё 200 РєРј слои обладают электрической проводимостью РёР·-Р·Р° того, что молекулы газа ионизируются различными агентами. Радиоволны, отражаясь РѕС‚ этих слоев, осуществляют СЃРІСЏР·СЊ РІРЅРµ пределов РїСЂСЏРјРѕР№ видимости. Рплтон был награжден РІ 1947 Рі. Нобелевской премией РїРѕ физике Р·Р° его исследования верхней атмосферы Рё, особенно, Р·Р° открытие С‚.РЅ. слоя Рплтона.
Хотя в своих экспериментах в 1896 г. Маркони использовал микроволны (т.е. волны длиной порядка нескольких сантиметров), впоследствии он использовал более длинные волны и с ними сделал первые главные географические связи. Так он вначале полагал, что электромагнитные волны могут достигать приемной антенны только благодаря дифракции, распространяясь вокруг поверхности земли и очень близко к ней. Поэтому он считал нужным стремиться к более длинным волнам. Он был убежден, что для увеличения расстояния связи требуются длинные волны и, чтобы получить их, требуется более мощные машины. Только в 1916 г. он возобновил эксперименты с короткими волнами, которые в 1920-х гг. были отданы радиолюбителям, поскольку считалось, что они не имеют коммерческой ценности.
Маркони также проделал РјРЅРѕРіРѕ экспериментов РІ Рталии. РћРЅ предоставил правительству Рталии безвозмездно пользоваться его патентами Рё получил разрешение установить его аппаратуру РЅР° крейсере Carlo Alberto, РЅР° котором король Витгорио Рммануил путешествовал СЃ июля РїРѕ сентябрь 1902 Рі., РёР· Неаполя РІ Кронштадт, чтобы нанести РІРёР·РёС‚ царю Николаю II. Р’Рѕ время плавания Маркони обнаружил, что дистанция СЃРІСЏР·Рё увеличивается ночью Рё уменьшается днем: еще РѕРґРЅРѕ явление, связанное СЃ наличием слоя ионизированной атмосферы РІРѕРєСЂСѓРі Земли. Позднее, осенью, РѕРЅ РЅР° борту того же крейсера выполнил новые эксперименты РІРѕ время плавания РёР· Англии РІ Канаду. РљРѕРіРґР° РІ 1916 Рі., РІРѕ время Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ Ртальянский флот обратился Рє Маркони СЃ РїСЂРѕСЃСЊР±РѕР№ изучить возможности РЅРѕРІРѕРіРѕ устройства для радиосвязи РІРѕ флоте, причем ставились условия защиты РѕС‚ перехвата сообщений противником даже РЅР° ограниченных расстояниях, Маркони вернулся Рє коротким волнам, принимая РІРѕ внимание определенную роль, играемую ионизованными слоями. Между тем были изобретены электронные лампы, что привело Рє замене РёСЃРєСЂРѕРІРѕР№ техники.