Рентген в то время еще не был всемирно известным первооткрывателем лучей, названных в его честь, но уже и тогда он считался выдающимся физиком-экспериментатором и пользовался заслуженным уважением как автор ряда серьезных работ. Поэтому Герц по праву гордился благоприятным отзывом старшего, проявившего себя в науке и признанного специалистами коллеги.
Но молодой исследователь не позволил себе удовлетвориться достигнутыми успехами. Ему удалось произвести и показать на прямолинейных проводах и в свободном пространстве постоянные электрические волны. Эти нередко крохотные искорки, которые он должен был с лупой отыскивать в затемненной аудитории, убедительно показывали узлы и выпуклости электрических волн. "Я считаю, писал Герц Гельмгольцу в марте 1888 года, - что волновую природу звука в свободном пространстве нельзя представить так же ясно и наглядно, как волновую природу электродинамического распространения".
Двенадцать лет спустя в своей вступительной лекции в Лейпциге Больцман сказал, что этот эксперимент "нанес почтенной теории электрического флюида такой удар, от которого она уже не смогла оправиться". Чтобы неопровержимо доказать единую сущность световых и электрических волн. Герц последовательно повторил все основные оптические опыты: отражение, преломление и поляризацию - с электрическими волнами. После первых неудач он достиг цели при помощи случайно обнаруженных им коротких волн.
С двумя большими параболическими зеркалами - цилиндрами из цинковой жести, - используя пучки электрических лучей, он мог вызывать эффект прожекторов, подобный оптическому. При помощи вылитой из твердой смолы изолирующей призмы 1,5 м высотой и 6 ц весом он добился отклонения электрического волнового пучка, соответствующего преломлению световых лучей в стеклянной призме. Наконец, он смог убедиться и в поляризации электрических волн при помощи проволочной сетки.
Благодаря этим оптическим опытам с электрическими волнами стало ясно, что невидимые электрические волны, которые распространяются по проводам и в свободном пространстве со скоростью света, ведут себя так же, как световые волны. Они различаются только по длине волн, правда, в данном случае, очень значительно: длины электрических волн в миллион раз больше, чем световых.
Таким образом, единая сущность света и электричества, которую Фарадей предполагал уже в 1845 году, а Максвелл теоретически обосновал в 1862 году, была подтверждена экспериментально. Оптика могла быть теперь включена в электродинамику так же, как акустика давно уже вошла в механику.
Одновременно была доказана несостоятельность учения об электрических силах дальнодействия. Герц, со свойственной ему осторожной манерой выражаться, сформулировал этот важный вывод так: "Освященное наукой, но неохотно принимаемое разумом господство непосредственно действующих на расстоянии сил в области электричества кажется разбитым навсегда простыми и убедительными опытами".
В классической статье "О лучах электрической силы", одной из своих самых значительных работ, Герц сообщил о своих экспериментах с вогнутым зеркалом. И эту рукопись он также послал сначала Гельмгольцу, который с радостью следил за множащимися научными успехами своего бывшего ученика, докторанта и ассистента.
"Несомненно большим достижением, - писал Гельмгольц, размышляя о прошлом, - является приведение убедительных доказательств того, что свет эта столь важная и таинственная сила природы - ближайшим образом родствен другой, столь же таинственной и, вероятно, имеющей еще большее применение силе - электричеству. Для теоретической науки, возможно, еще важнее то, что теперь стало понятным, как силы, о которых существовало представление, что они непосредственно действуют на расстоянии, распространяются путем воздействия одного слоя промежуточной среды на ближайший".
Над техническим применением результатов своих гениальных опытов с искрами сам Герц не думал. Беспроволочное телеграфирование на большие расстояния могло развиться лишь после создания для него дальнейших предпосылок. Здесь несомненны заслуги русского физика Попова, немца Брауна и итальянца Маркони. Расцвет радиотехники основывается прежде всего на многостороннем применении электронных трубок, открытых Либеном. Он в свою очередь сделал возможным повторение опытов Герца с гораздо большей точностью.
Показателем упрочения научной репутации молодого исследователя среди специалистов служит то, что многие университеты проявили интерес к нему как к преподавателю. В Гисене ему предложили стать преемником Рентгена, который принял приглашение в Вюрцбург. Герц не мог на это решиться. Потом перед ним открылась возможность стать в Берлинском университете преемником Кирхгофа, умершего в 1887 году.
В отзыве, который Гельмгольц составил для факультета и министерства, значится, что Герц своими опытами разрешил вопрос, "основываются ли электромагнитные эффекты на дальнодействии или передаются путем изменений в заполняющей пространство среде и для своего распространения нуждаются, подобно свету, во времени". Гельмгольц считал, что решение этой проблемы следует рассматривать как "достижение чрезвычайной научной важности", осуществление которого ранее "казалось почти невозможным из-за безнадежных экспериментальных трудностей". Герц добился успеха "лишь благодаря в высшей степени редкому соединению глубокой научной проницательности и практической сноровки".
Приглашение в Берлин, на кафедру знаменитого Кирхгофа, который лишь десятилетие назад был одним из его учителей, Герц считал особенно почетным. Однако, когда министерство предложило ему выбор между Берлином и Бонном, он выбрал меньший университет, на Рейне, в надежде, что там у него будет больше свободного времени для исследовательской работы. Эта возможность была предоставлена ему с тем условием, что он прежде всего должен заниматься своими "историями с распространением".
Гельмгольц, ранее сам предлагавший кандидатуру Герца Берлинскому университету, считая его самым достойным из всех возможных кандидатов, одобрил решение Герца.
"Лично я огорчен тем, - писал он 15 декабря 1888 года, - что Вы не хотите переехать в Берлин, но, как я Вам уже раньше говорил, я думаю, что, безусловно, Вы в Ваших собственных интересах действуете правильно, предпочитая в конце концов Бонн. Тот, кто ставит перед собою научные задачи и стремится к их разрешению, должен оставаться вдали от больших городов. В конце жизни, когда сильнее склоняешься к тому, чтобы использовать достигнутое для воспитания нового поколения и для государственного управления, дело обстоит иначе".
В ответе на запрос философского факультета Боннского университета Гельмгольц отметил Герца как наиболее "талантливого и богатого оригинальными идеями среди молодых физиков"; он "одинаково способен как к овладению абстрактнейшими математическими теориями, так и к решению вытекающих из них вопросов экспериментального порядка с большой ловкостью и большой изобретательностью в том, что касается методов".
Весной 1889 года Герц прибыл в Бонн как ординарный профессор физики. Здесь он стал преемником Рудольфа Клаузиуса, который заслужил мировое признание своими исследованиями в области термодинамики.
В распоряжение Герца был предоставлен красиво расположенный жилой дом, которым владел его предшественник. "То, что в доме жил один из самых знаменитых в моей науке людей, конечно, привлекательно для меня и всех физиков, которым случается меня посещать", - писал он своим родителям. Сан возле дома был очень удобен как место отдыха для него и как площадка для игр двух его маленьких дочерей. "Сегодня я все время до обеда был в саду, который сейчас весь наполнен ароматом", - гласит запись в дневнике в мае 1892 года. За несколько дней до этого он писал в дневнике, что устроил для детей большую песочницу с "волшебной пещерой", которая освещалась по вечерам.
Университет Бонна стал последним местом деятельности исследователя.
Поначалу ему пришлось преодолеть множество трудностей, чуть ли не больше, чем четыре года назад в Карлсруэ. Институт, занимавший тесные помещения, нужно было расширить и оснастить новыми приборами. Имеющаяся аппаратура большей частью не была готова к употреблению, так как Клаузиус в последние годы своей преподавательской деятельности не разрешал использовать приборы, щадя их. "Много работы с лабораторией, нет возможности идти дальше. Очень утомлен и несчастен". Так повествует дневник в конце летнего семестра 1889 года.
Следуя приглашению, Герц выступает в сентябре 1889 года на 62-м заседании Общества немецких естествоиспытателей и врачей в Гейдельберге с докладом "Об отношении между светом и электричеством".
Подготовка этого доклада, предназначенного для широкой аудитории, доставила Герцу много хлопот. Временами он был близок к тому, чтобы взять назад данное обещание. "Я так несчастен оттого, - писал он своим родителям, - что нагрузил себя докладом в Гейдельберге. Лечусь тяжелой, неприятной работой, затрачиваю на него массу времени, а то, что я получаю в результате, по моему мнению (по моему искреннему мнению), для любителя непонятно, для специалиста тривиально, мне самому противно. К сожалению, на этот раз уклониться нельзя, необходимо сказать что-либо".
Эти сомнения не подтвердились. Доклад был принят громкими аплодисментами. Гельмгольц выразил удовлетворение по поводу выступления своего ученика. Даже такой своеобразный и требовательный слушатель, как Вильгельм Оствальд, в автобиографии, написанной спустя сорок лет, с признательностью упомянул "большую и в высшей степени выразительную речь", в которой Герц сообщал "о доходящем до мельчайших деталей совпадении света и исследованных им быстрых электрических колебаний". Это было действительно мастерское изложение сложных физических взаимозависимостей в общедоступной форме.
Доклад со всей очевидностью обнаружил, что Герц не сомневался в правомерности господствовавшей тогда гипотезы светового эфира. Более того, исследование "эфира" казалось ему даже основным делом физики. Он полагал, что по примеру греческих натурфилософов можно спросить, "разве почти все существующее не создано из эфира?".
Здесь Герц остался сыном своего века. Но его замечание, что дальнодействие, изгнанное Максвеллом из учения об электричестве теоретически и его собственными опытами практически, делает сомнительной и теорию гравитации, уже намечало пути в будущее. Через четверть века Эйнштейн устранил сомнительные силы дальнодействия из теории гравитации.
В 1890 году Герц по приглашению Королевского общества отправился в Англию. В Лондоне он имел возможность осмотреть оригинальные аппараты Фарадея. В Лондоне и в Кембридже он читал доклады на английском языке, встречался со знаменитыми английскими учеными, среди них с Вильямом Томсоном. Его принимали как великого физика со всевозможными научными почестями.
Генрих Герц стоял тогда на вершине своей всемирной славы. О нем читали доклады; о нем и его открытиях писали статьи. Ему присуждали медали и премии. Научные общества, отечественные и зарубежные, принимали его в свои ряды. "Почетный член Московского общества", - как один из многочисленных примеров, гласит запись в его дневнике от 26 ноября 1890 года. Берлинская Академия наук избрала его своим членом-корреспондентом в марте 1889 года. Он принадлежал также к старейшей естественнонаучной академии "Леопольдина" в Галле.
Начиная с 1890 года многосторонний физик наряду с продолжением своих экспериментальных исследований опять занялся теоретическими вопросами.
- В работе "Основные уравнения электродинамики покоящихся тел" Герц придал учению Максвелла архитектоническую законченность. В следующей работе, относящейся к основным уравнениям электродинамики движущихся тел, он пошел дальше Максвелла. Он сделал первые шаги по пути, ведущему к теории относительности.
Особенно усердно занимался Герц основами механики. Результаты его занятий появились под заголовком "Принципы механики, изложенные в новой связи". Известность получило в первую очередь теоретико-познавательное введение, еще и сегодня сохраняющее свою ценность.
Эта работа, свидетельствующая о блестящих и прирожденных способностях Герца как физика-теоретика, была плодом уединенных размышлений, стимулированных трудами Гельмгольца, Маха, Дж.Дж. Томсона и других исследователей. "В общем, я очень благодарен прекрасной книге о развитии механики Маха", - говорится в предисловии.
В правомерности своих новых формулировок и обобщений механических законов Герц был не совсем уверен. "Все же трудно избавиться от некоторой робости, - говорил он в письме от 19 ноября 1893 года, - когда приступаешь к делу, которое никогда не обсуждалось ни одним человеком".
Гельмгольц, назвавший произведение Герца "последним памятником его земной деятельности", заметил в своем введении: "Конечно, стремление дать объяснение для отдельных разделов физики исходя из развитых Герцем основных положений встретится с большими трудностями, но в целом книга Герца об основных законах механики должна в высшей степени заинтересовать каждого читателя, которому может доставить наслаждение последовательная система динамики, представленная в совершенном и остроумном математическом изложении. Возможно, в будущем эта книга приобретет более высокую эвристическую ценность как учебное руководство к открытию нового всеобщего характера сил природы".
Самым замечательным в предложенном Герцем новом порядке механических законов природы, собственно, зерном его замысла, была попытка осуществить программу построения механики без понятия силы.
Понятие "сила" казалось Герцу пережитком донаучных представлений. Он сделал попытку показать, что при описании природных процессов достаточно понятий времени, пространства и массы, чтобы выразить то, что поддается наблюдению. "Трудно отрицать, - писал он, - что в очень многих случаях силы, которые наша механика приводит для истолкования физических вопросов, работают вхолостую за пределами действительности везде, где дело касается изображения действительных фактов".
Герц предложил рассматривать физические силы как действие жестко связанных масс. Тогда сила явилась бы не более, чем "математической, вспомогательной конструкцией, свойства которой полностью в нашей власти и которая, таким образом, не может таить в себе ничего загадочного". Свой эмпирический закон - принимать во внимание лишь фактически наблюдаемое - он, собственно, ограничил тем, что наряду с видимыми массами ввел в игру "скрытые массы".
Смелый, но не лишенный противоречий труд Герца "Механика без сил" не нашел последователей среди его коллег. Больцман в своем докладе на конференции естествоиспытателей в Мюнхене в 1899 году назвал механику Герца "программой для отдаленного будущего" и добавил, что довольно часто слышал похвалы "Механике" Герца, но не видел еще никого, кто пошел бы по пути, указанному Герцем. В том же духе как "физику будущего" оценил в 1910 году принципы механики Герца и Планк.
Набросанная Герцем программа новой механики была выражением внутреннего разлада, который должен был испытывать столь глубоко мыслящий физик, обнаружив трещины в фундаменте своей науки. Она была предвестницей кризиса, разразившегося в физике через несколько лет. Она была буревестником переворота в физике. Герц сам еще не мог указать выход из обозначившихся трудностей. Но его гениальная интуиция подсказала ему, что часы классической физики сочтены.
Большинство современных ему физиков имели собственные побудительные причины не признавать предложения Герца. Характерно, что его последний ассистент и ближайший сотрудник Филипп Ленард, впоследствии ярый антисемит и фанатический приверженец Гитлера, после 1933 года высказал нелепое предположение, что в учебнике механики как бы прорвался "сильный еврейский дух", который в ранних работах Герца "оставался более скрытым".
Герц стремился устранить из естествознания все "неправомерные вопросы" и "мнимые доказательства". Он квалифицировал вопросы о "сущности силы", "сущности электричества" как "неясные". В этом он солидаризировался с Кирхгофом, который ограничивал задачу механики наиболее простым и полным описанием наблюдаемых явлений. В духе этой "феноменологической" физики Герц разрешил вопрос о сущности теории Максвелла знаменитым положением: "Максвелловская теория есть система максвелловских уравнений".
Требование Герца, чтобы наши представления о природных явлениях были простыми, целесообразными и экономными, напоминает выдвинутый Махом принцип "экономии мышления". Но в остальном Герц отнюдь не был махистом. Ленин писал в "Материализме и эмпириокритицизме", что "философское введение Г. Герца к его "Механике" показывает обычную точку зрения естествоиспытателя, напуганного профессорским воем против "метафизики" материализма, но никак не могущего преодолеть стихийного убеждения в реальности внешнего мира".
В действительности Герц, несмотря на свою склонность к априоризму Канта и свою благодарность Маху, твердо стоял на почве естественнонаучного материализма. В духе материалистической теории познания он утверждал, что физика "отражает" вещи и зависимости с помощью своих особенных средств. Правильность отражения определяется "силой вещей"; она не подлежит "нашему произволу". Это чисто материалистическое воззрение. Герц, собственно, остался в границах механистического материализма.
Первым среди физиков в 70-е годы против механистического взгляда на природу выступил Эрнст Мах. Этот взгляд, по его словам, был исторически оправданной, но в целом искусственной гипотезой, которую следует преодолеть, потому что она мешает прогрессу естествознания. При этом Мах вместе с водой выплеснул и ребенка: вместе с механистическим материализмом он отбросил материализм вообще. Это была роковая ошибка.
Примерно в это же время Фридрих Энгельс опроверг механистическое восприятие природы, оценив его с точки зрения диалектического материализма как одностороннее и недостаточное. В "Диалектике природы" Энгельс страстно выступал против "стремления свести все к механическому движению".
Подобная оценка механицизма была чуждой Герцу. В предисловии к "Принципам механики" он писал: "Все физики согласны с тем, что задача физики состоит в приведении явлений природы к простым законам механики". Это однозначное признание механистической картины природы свидетельствует о том, что Герц - как и Максвелл - еще строго держался механики в качестве общей основы физической науки, несмотря на то что результаты его исследований подрывали доверие к механике как последнему и окончательному основанию физики.
Во всяком случае, механистический материализм Герца не застыл в тот догматический механицизм, который господствовал к концу XIX века в мышлении большинства естествоиспытателей в ущерб науке. Герц сохранял по отношению к нему скептически-критическую позицию. Со своими творческими сомнениями он выступает в "Принципах механики" почти собратом по духу великого критического мыслителя Декарта, к идеальной картине механики которого восходили его представления.
Такой осторожный и самокритичный исследователь, как Герц, никогда не устававший снова и снова проверять свои экспериментальные наблюдения и уточнять их результаты, должен был противиться любой попытке представить научные мнения неколебимыми. "Что возникло из опыта, может быть опытом же и уничтожено", - так гласит один из его девизов.
Среди публикаций боннского периода следует назвать собрание экспериментальных работ, появившееся в 1892 году под заголовком "Исследования о распространении электрической силы".
Это произведение особенно ценно тем, что Герц подробно описывает в нем, как он пришел к своим результатам. По словам Гельмгольца, мы обладаем "немногими подобными документами внутренней психологической истории науки, и мы должны быть исполнены величайшей благодарности автору за то, что он позволил нам так глубоко заглянуть в лабораторию своей мысли и даже в историю своих ошибок".