Как физик-экспериментатор Герц работал в Бонне главным образом над вопросами, связанными с прохождением катодных лучей через тонкие металлические пластинки. В 1892 году он опубликовал фундаментальную статью "О прохождении катодных лучей через тонкие слои металла".
Здесь Герц продолжил исследования, которые десять лет назад начинал в Берлине под влиянием работ Крукса и Гольд-штейна. Дело главным образом было в том, чтобы решить, несут ли катодные лучи электрические заряды, то есть корпускулярны ли они, или же обладают волновой природой, как свет. Герц склонялся ко второму взгляду - с оговоркой, что при катодных излучениях речь идет, по всей вероятности, о продольных волнах в световом эфире: предположение, впоследствии оказавшееся ложным.
В этих опытах Герц иногда - обычно он экспериментировал один - прибегал к помощи своего ассистента Филиппа Ленарда, который успешно продолжил его опыты. Через тонкую алюминиевую фольгу, называемую "окном Ленарда", он выпускал катодные лучи из вакуумной трубки на "свободу". Теперь он мог вне прибора исследовать их ближе при помощи световой ширмы и фотопластинки. При этом он пришел к важному открытию, что атомы не могут быть непроницаемыми шариками, как их представляли до сих пор, но что их масса должна быть собрана в крохотной частице пространства, занимаемой атомом. Это представление легло в основу резерфордовской модели атома.
Ленард за свои ценные экспериментальные исследования был в 1905 году вторым из немецких физиков - после Рентгена - удостоен Нобелевской премии.
Герцу не пришлось стать свидетелем научных успехов своего сотрудника. Но он избежал также участи стать свидетелем падения Ленарда: его отвратительных клеветнических выпадов против Рентгена я Эйнштейна, его проникнутой шовинизмом "Немецкой физики" и всех его фашистских бесчинств.
Последние годы жизни великого физика были омрачены болезнью, которая, как считали, началась с обычного флюса. Бесконечные операции приносили лишь временное облегчение и давали возможность Герцу продолжать педагогическую деятельность - хотя и с трудом, - но не вели к выздоровлению. В начале декабря 1893 года он вынужден был отказаться от лекций.
В день прихода нового 1894 года смерть избавила исследователя, которому шел лишь 37-й год, от непереносимых страданий, бороться с которыми тогда медицина не умела.
Запланированные и подготовленные Герцем эксперименты с искрами, во время которых он хотел применить токи высокого напряжения, опасные для жизни, остались неосуществленными. Подготовка к печати "Принципов механики", над языком которой он работал до последнего дня, была закончена Ленардом. Гельмгольц воздал должное труду своего величайшего ученика в предисловии.
Это была последняя дружеская услуга, которую он мог оказать ему и его памяти, прежде чем - несколькими месяцами позже - оборвалась и его жизнь: в тот черный 1894 год физическая наука в Германии потеряла Герца, Кундта и Гельмгольца.
Герц занимался академическим преподаванием лишь одно десятилетие. Он умер слишком рано, как Сади Карно, основатель термодинамики, как Френель и Фраунгофер, которые внесли столь значительный вклад в оптику. Он умер молодым, подобно многим великим представителям музыки, изобразительного искусства и литературы: Моцарту и Шуберту, Рафаэлю и Ван Гогу, Клейсту и Георгу Бюхнеру.
В предчувствии своей ранней смерти, 9 декабря 1893 года, Герц писал своим родителям: "Если со мной действительно что-либо случится, Вы не должны печалиться, но Вы должны немного гордиться и думать, что я принадлежу к тем избранным, которые живут мало и все-таки достаточно. Этой судьбы я не хотел и не выбирал, но, раз она меня нашла, я должен быть доволен".
О характере этого неповторимого исследователя Гельмгольц сказал: "Генрих Герц обеспечил себе своими открытиями долгую славу в науке. Но память о нем будет жить не только благодаря его работам, но и благодаря его личным достоинствам: его постоянной скромности, радостной готовности признать чужие заслуги, неизменной благодарности, которую он сохранил по отношению к своим учителям. Все это останется незабываемым для тех, кто его знал. Он сам жаждал только истины, которой он следовал с высочайшей серьезностью и с полной отдачей сил. Никогда не было в его душе и тени тщеславия или личного интереса. Даже там, где он имел бесспорное право воспользоваться открытиями, он был склонен молча отойти в сторону".
Печатные работы Герца и ставшие известными документы сообщают мало о его общественных воззрениях и политической позиции. Если он, будучи студентом в Берлине, восхищался "мужеством" старого кайзера, который в открытом экипаже ехал с Мольтке среди "частью весьма сомнительно выглядевшей массы", или, уже во времена своего ассистентства, радовался выдаче офицерского патента, то это было лишним подтверждением того, что и так очевидно: сын богатого гамбургского сенатора разделял социальные и "национальные" предрассудки своего класса и не был противником прусского милитаризма и партийным соратником Бебеля.
Нельзя утверждать, что такие взгляды были единственно возможными. Так молодой (он был на три года моложе Герца) физик-экспериментатор Лео Ароне, преподававший в Берлинском университете в качестве приват-доцента, пока прусское правительство не лишило его права на преподавание из-за его политических убеждений и деятельности в рядах марксистского рабочего движения, является примером того, что представитель точных наук, происходящий из среды крупной буржуазии, может быть "красным". Но это было исключение.
Эпоха, когда физики стали внимательно прислушиваться к общественной жизни и политике и должны были содействовать делу прогресса, если они хотели оставаться верными гуманистическим стремлениям своей науки, наступила позже. Первооткрыватель электрических волн не испытывал еще необходимости делить свое время "между политикой и уравнениями", как это делал создатель теории относительности. Но и в случае, если бы Герцу пришлось пережить события, свидетелем которых стал Эйнштейн, можно сомневаться, учитывая его происхождение и воспитание, в возможности резкого полевения его взглядов.
Большим несчастьем для науки было то, что Герц, равно гениальный и удачливый как теоретик высочайшей логической ясности и как скрупулезный и наблюдательный экспериментатор, не смог принять участия в ее дальнейшем развитии. Не подлежит сомнению, что этот ученый, счастливо соединивший в себе достоинства теоретика и экспериментатора, этот глубоко творческий мыслитель, который, по словам Гельмгольца, "соединял в себе все, что требуется для разрешения сложнейших проблем науки", внес бы значительный вклад в создание квантовой теории и теории относительности. Многое из того, что впоследствии приобрело фундаментальное значение, заложено уже в работах Герца.
Но и то, что он успел совершить, принесло ему непреходящую научную славу.
Открытие электрических волн привело к развитию беспроволочного телеграфа, который создан на основе экспериментов Герца. Радиовещание, телевидение и радарная техника неотделимы от результатов его экспериментов. Его имя получило всемирную известность, сохранившись в названии физической единицы измерения.
Методы, с помощью которых Герц осуществлял свои оптические опыты с электромагнитными волнами, помогли более чем через полстолетия создать радиоастрономию, открывшую новый век астрономических исследований. Гигантские радиотелескопы, помогающие сегодня проложить мосты через многие миллиарды световых лет, построены по принципу параболического зеркала, которым Герц пользовался в 1888 году в своей маленькой лаборатории в Карлсруэ.
Фотоэлектрический эффект, который он наблюдал и описал в 1886 году во время своих опытов с искрами, приобрел позднее громадное теоретическое и практическое значение. Его работы с катодными лучами - о природе которых он не смог составить верного представления - привели в дальнейшем столь непосредственно к проблеме физики атома, что уже поэтому мы можем приветствовать Герца как одного из первопроходцев атомного века.
Он не принадлежал к тем естествоиспытателям, которые утверждают результаты своих исследований в драматически напряженной борьбе с отсталыми взглядами или с противоположными научными мнениями, подобно Юстусу Либиху, Эрнсту Геккелю или Вильгельму Оствальду. Это были ученые-спорщики, блестящие полемисты, нападавшие на своих противников без оглядки и не останавливавшиеся перед отдельными неточностями.
Герц, образец личной скромности, искал возможность обеспечить победу своих научных идей и достижений исключительно эмпирическими средствами убеждения своих противников: правдой фактов. О нем по праву можно сказать, что его стилем было проводить свои научные взгляды и планы не в борьбе, а путем объяснения.
Очевидно, это не единственный путь и не всегда наиболее легкий. Но несомненно, герцевский стиль умственной деятельности, который впоследствии особенно ярко повторился у Нильса Бора, обладает большим и основополагающим значением.
И с этой точки зрения примечательны слова, которыми Макс Планк закончил свою речь, посвященную памяти Генриха Герца, на заседании Берлинского физического общества 16 февраля 1894 года: "Теперь наука будет двигаться вперед без него: то, что он, возможно, мог бы еще открыть, рано или поздно в этом нет сомнения - откроют другие. Но никто из работающих в его области не сможет избежать его влияния. Тысячекратно, как плоды его усилий, будут развиваться на благоприятной почве, давая жизнь новым стремлениям, те ростки, которые он заложил в своих трудах".
Вильгельм Конрад Рентген
Открытие нового вида лучей
В экспериментальной физике существуют открытия, которые можно сделать лишь с помощью особых приборов, специально созданных для исследования определенной проблемы. Одним из самых блестящих примеров такого рода является опыт Майкельсона. Для того чтобы ответить на вопрос, можно ли определить движение Земли относительно светового эфира, считавшегося неподвижным, Майкельсон, один из гениальнейших физиков-экспериментаторов в истории науки, создал зеркальный интерферометр. Он был построен с точностью, какая до сих пор не достигалась ни в одном из подобных приборов. Даже доли эффекта, который можно было ожидать по теории Лоренца, могли быть замерены этим устройством.
Известны, однако, экспериментальные открытия, осуществлявшиеся с помощью средств, с которыми физик имеет дело повседневно. Они преобладали в истории естествознания до начала XX столетия. К ним относится доказательство существования электрических волн, принадлежащее Генриху Герцу. Другим особенно впечатляющим примером является открытие, которое осенью 1895 года сделал вюрцбургский физик Вильгельм Конрад Рентген.
Он использовал при этом искровый индуктор с прерывателем, газоразрядную трубку Гитторфа и флуоресцирующий экран. Эти приборы имелись в то время в лаборатории любого института. Эксперименты с вакуумными трубками получили распространение после опытов, которые производил с ними в 1879 году английский физик Крукс и после открытия в 1886 году Гольдштейном каналовых лучей. Герц, который работал с такими трубками уже в Институте Гельмгольца в Берлине, в начале 90-х годов вновь вернулся к вопросу о газовом разряде. Его исследования продолжил Филипп Ленард.
Подобно Герцу, который экспериментировал, как правило, один, и только в порядке исключения привлекал ассистента или механика, Рентген тоже был исследователем-одиночкой. Он даже олицетворял этот тип в его крайней форме. Он работал почти всегда без помощников и обычно до глубокой ночи, когда он мог заниматься своими опытами совершенно без помех.
Вечером 8 ноября 1895 года физик обернул вакуумную трубку светонепроницаемой черной бумагой, которая задерживала все видимые и ультрафиолетовые лучи. Когда он включил ток высокого напряжения в затемненном помещении, то заметил странную вспышку маленьких флуоресцирующих кристаллов, лежавших на лабораторном столе. Бумажная ширма, которая была покрыта платиносинеродистым барием, также засияла бледно-зеленым светом.
То, что кристаллы лежали по соседству с трубкой, было случайностью. Но световая ширма оказалась в руках ученого, безусловно, не случайно, так как он уже много дней экспериментировал с катодными лучами. Он повторял описанные Герцем и Ленардом опыты с различными типами трубок, исследуя свойства катодных лучей.
Как истинного исследователя, Рентгена интересовало при этом новое, еще неизведанное. "Я искал невидимые лучи", - говорил он полгода спустя после своего открытия, в июле 1896 года, английскому коллеге. На вопрос о том, почему он применил экран, покрытый платиносинеродистым барием, он ответил: "В Германии мы пользуемся этим экраном, чтобы найти невидимые лучи спектра, и я полагал, что платиносинеродистый барий окажется подходящей субстанцией, чтобы открыть невидимые лучи, которые могли бы исходить от трубки".
Только лишь подозревал Рентген о существовании невидимых лучей? Или у него уже были определенные предположения относительно того, что трубка Гитторфа действительно испускает лучи такого рода?
Никаких очевидцев открытия Рентгена нет. Сам ученый весьма неопределенно говорил о его предыстории. Собственно, день открытия он много раз называл точно, но процесс опыта, проведенного 8 ноября 1895 года, он нигде не описал детально. Так что довольно скоро появились различные противоречащие друг другу толкования того, что предшествовало наблюдению.
Многое осталось не выясненным до конца. Слова Вальтера Герлаха, второго преемника Рентгена в Мюнхенском университете, о том, что над подлинными обстоятельствами открытия лучей Рентгена простирается "вечная тьма", несколько преувеличены, но в них есть доля правды. История науки вынуждена удовлетворяться догадками относительно обстоятельств этого открытия.
Конечно, можно предположить, что Рентген экспериментировал в тот вечер с катодными лучами без какого-либо особого повода: "из святой любознательности", как имел обыкновение говорить Эйнштейн, и с намерением проследить явления, еще не описанные в специальной литературе.
Но многое свидетельствует и в пользу того, что он пытался понять причины загадочного явления, которое он заметил несколькими днями раньше: фотоматериалы, упакованные в светонепроницаемую бумагу и лежавшие вблизи трубки Гитторфа, с которой работал Рентген, после проявления оказались необъяснимым образом засвеченными. Теперь исследователь, так сказать, пытался путем планомерных экспериментов обнаружить причины этого непредвиденного засвечивания.
Но чем бы ни руководствовался Рентген в тот вечер, ставя свои опыты, с их помощью он узнал, что от вакуумных трубок действительно исходят невидимые лучи. Лучи пробили черную упаковку и заставили светиться флуоресцирующие вещества. Ни один физик этого не заметил ранее и не сообщал об этом.
Был ли этот неизвестный химический "агент", произведенный в разрядном аппарате, "новым видом света", как вначале думал ученый? Или это было нечто совершенно иное?
Рентген поместил между трубкой и ширмой несколько предметов, оказавшихся под рукой: книгу, кусок листового алюминия, разновесы в деревянном ящике и другие вещи. С удивлением он должен был установить, что все эти вещества пронизываются лучами более или менее сильно. Теневые изображения различных вещей обозначались на экране.
Но самые волнующие минуты этой памятной ноябрьской ночи, возможно, наступили тогда, когда физик увидел скелет своей руки, которую он держал между разрядным аппаратом и световым экраном: жуткая, призрачная картина!
Развернувшиеся далее события, единственные в своем роде, не имеющие примера в истории естествознания, могут быть поняты только исходя из характера исследователя.
Рентген никому не рассказал о своем наблюдении: никому из сотрудников, никому из коллег. И даже своей жене, которую он обычно допускал к участию во всех своих опытах, он не сказал, что работает над чем-то весьма примечательным. Своему лучшему другу, зоологу, он скупо заметил, что нашел нечто интересное, но не знает безупречны ли его наблюдения. Рентген хотел основательно исследовать это новое и загадочное явление, он хотел всесторонне проверить надежность своих наблюдений, прежде чем о них говорить.
Счастье, явившееся столь неожиданно, "великий жребий", как позднее сказал Рентген, который ему выпал, он хотел заслужить как исследователь, представив совершенно "безукоризненные результаты".
На протяжении семи недель ученый в одиночестве работал в своей лаборатории над исследованием новых лучей и их свойств. Чтобы исключить зрительный обман, он запечатлел то, что наблюдал на световом экране, при помощи фотопластинки. Он даже велел приносить себе пищу в институт и поставить там кровать, чтобы не нуждаться в перерывах в работе с приборами, особенно со ртутным воздушным насосом.
Создание высокого вакуума путем выкачивания воздуха из трубок было тогда утомительным делом и нередко длилось много дней. Так как разрядные трубки большей частью спустя короткое время становились непригодными для использования и Рентген вновь восстанавливал вакуум самостоятельно, основные опыты заняли относительно много времени.
28 декабря 1895 года исследователь выступил с первым сообщением о своем открытии перед Вюрцбургским физико-медицинским обществом. Оно было незамедлительно напечатано. Под заголовком "Новый род лучей" вюрцбургское книготорговое предприятие, которое издавало сообщения о заседаниях общества, выпустило тотчас же статью в виде брошюры. Красочная бандеролька с фразой "Содержит новое открытие профессора Рентгена из Вюрцбурга" привлекала внимание к работе. За несколько недель брошюра пережила пять изданий. Она была переведена также на английский, французский, итальянский и русский языки.
В своей работе Рентген, в числе прочего, рассказывал о том, как можно получить новые лучи при помощи трубки Гитторфа или другого подобного же прибора, а также характеризовал проницаемость различных предметов, использованных в его опытах. Так как физика газового разряда тогда была еще не разработана и природа новых лучей по-прежнему оставалась загадочной, он назвал их "Х-лучами".