Научный дух лаборатории Роуленда и его университетских лекций чувствовался в электрической промышленности повсюду. Он также давал себя знать и в наших учебных заведениях. Исследования Роуленда и его студентов солнечного спектра и других проблем высшей физики сделали этот дух доминирующим среди нового поколения американских ученых. Повсеместно признавалось, что университет Д.Гопкинса был настоящим университетом. Интеллектуальное движение в пользу научного прогресса, впервые начатое А.Генри, Барнардом и доктором Д.В.Дрейпером в ранний период семидесятых годов, разрасталось всё больше под водительством Роуленда, когда я начал свою академическую карьеру в Колумбийском колледже тридцать четыре года тому назад. Роуленд возглавлял это течение как «храбрый рыцарь Трои», как называл его Максвелл. Это был дух университета Джонса Гопкинса, побудивший в начале 90-х годов целое поколение ученых к работе по развитию американского университета. Некоторые энтузиасты в Колумбийском колледже пошли в этом направлении так далеко, что стояли за ликвидацию колледжа и замену его Колумбийским университетом. Я не был среди этих энтузиастов, так как я хорошо знал историческое значение Колумбийского колледжа и других колледжей Америки. Что бы из себя представлял Кэмбриджский университет без его старинных колледжей? Колледж воспитывает достойных граждан общества; университет закладывает основания для высших знаний.

Говоря о естественных науках, я должен заметить, что в то время не было недостатка в подготовленных научных работниках, которые могли бы повысить качество обучения в американских колледжах и дополнить его более высокой программой, близкой к программе европейских университетов. Большинство из этих ученых получило высшую академическую подготовку в европейских университетах и многие были выпускниками университета Джонса Гопкинса. Но было два препятствия: во-первых, недостаток оборудования для экспериментальной работы и, во-вторых, недостаток времени у профессоров для научных исследований. Роуленд и его последователи сознавали эти препятствия и требовали их устранения. Большая часть времени и энергии профессоров естественных наук уходила на чтение лекций. Они были педагогами, «пичкающими информацией пассивных слушателей», как говорил Барнард. Мое положение было именно таково. Как мог я заниматься исследовательской работой, если в моем распоряжении находились лишь динамо, мотор, альтернатор и несколько грубых измерительных приборов, предназначенных для обучения студентов электротехнике? Когда летом 1891 г. умер профессор механики, часть его работы, «теория тепла» и гидравлика, была возложена на меня. Немного позже умер профессор динамики и его работа также была передана мне. Я должен был временно нести эту дополнительную нагрузку несколько лет, пока я не был, частично, освобожден от нее. В награду за это мой титул был повышен до адъюнкт-профессора с увеличением жалованья до двух тысяч пятисот долларов в год. Но за это царское жалованье я должен был каждое утро три-четыре часа читать лекции, а после обеда заниматься со студентами в электротехнической лаборатории. С такой педагогической нагрузкой я не мог думать о какой-нибудь серьезной научно-исследовательской работе. Мои молодые коллеги в других университетах были в таком же положении. Перегрузка молодых ученых педагогической работой угрожала приостановить и часто приостанавливала их рост, а вместе с тем и рост развивавшегося американского университета. Слова Тиндаля: «Основывайте кафедры, снабжая их не богато, но достаточно, кафедры, которые главной целью и задачей будут иметь непосредственное научное исследование» были историческим советом, данным американскому народу в 1873 году. Но в 1893 году было еще мало признаков, что он был услышан. Исключением был университет Джонса Гопкинса. Но там был Роуленд, а также несколько других научных светил первой величины, возглавлявших после А.Генри, Барнарда и Дрейпера великое движение в пользу расширения научных исследований. В 1883 году Роуленд, как вице-президент одной из секций «Американской ассоциации по развитию науки», произнес интересную речь, озаглавленную «Слово в защиту науки», где он охарактеризовал тогдашний научный дух не только университета Джонса Гопкинса, но всех своих друзей, занимавших высокое положение в научном мире. Это был научный дух, о котором говорил в Америке в 1872-1873 гг. Тиндаль и благодаря которому Роулэнд и его последователи выиграли битву за высшие идеалы в науке. Американский народ обязан великой благодарностью университету Джонса Гопкинса за его руководство в этом великом движении, создавшем, как мы видим сегодня, замечательный интеллектуальный рост в нашей стране. Почти тридцать лет тому назад я слышал, как Роулэнд заявил в публичной речи: «В Балтиморе всегда говорят, что ни один человек в этом городе не должен умереть, не завещав чего-нибудь университету Джонса Гопкинса». Говоря это, он знал, что университет Д.Гопкинса был очень беден. Сейчас он беднее чем когда-либо, и ни один богатый гражданин Соединенных Штатов не должен умереть, не завещав некоторой суммы этому передовому университету Соединенных Штатов.

Роуленд однажды сказал, что недостаток времени и экспериментального оборудования, не является существенным оправданием для тех, кто окончательно забросил научные исследования. Я был с этим мнением согласен. Пренебрежение создает безразличие, а безразличие атрофирует волю к деятельности. Машина переменного гока в электротехнической лаборатории Колумбийского колледжа по вечерам была свободна, свободен был и я, то есть если моя жена позволяла мне работать по вечерам. Но, будучи благородной и сознательной женщиной, она никогда не возражала. С помощью нескольких преданных делу науки студентов – среди них был один из выдающихся сегодня американских инженеров Гано Данн – я начал исследовать прохождение электричества через различные газы при низком давлении и опубликовал об этом две статьи в «American Journal of Science» («Американский Научный Журнал»). Вскоре я узнал, что большинство результатов моих исследований были предвидены профессором Д.Д.Томсоном в Кэмбриджском университете, который, по всей вероятности, получил толчок к таким исследованиям из того же самого источника, что и я. Он не только предсказал результаты моих исследований, но показал лучшее понимание предмета и конечно имел лучшие экспериментальные возможности. Я решил оставить это поле деятельности ему и наблюдать его работу со стороны. Это было мудрым решением, так как благодаря этому я подготовил себя к восприятию открытий в этой области, делавших эпоху. Эти открытия вскоре были объявлены – одно в Германии, а другое во Франции. Я обратился к другой области.

Я должен однако упомянуть об одном из моих исследований, не предвиденном Томсоном. Оно произвело на астрономов большое впечатление. Я заметил странное явление в электрическом разряде, проходившем от маленькой металлической сферы, которая была расположена в центре большой стеклянной сферы с воздухом малого давления. Разряды были очень похожи на корону солнца, наблюдаемую астрономами во время затмения и казавшуюся всегда загадкой в проблеме изучения солнца. Укрепив на стеклянной сфере фольговый диск так, чтобы видна была не сама металлическая сфера, а лишь проходящий от нее заряд, я сфотографировал явление этого разряда и получил интересный снимок. Сходство моих снимков с фотографиями двух типов солнечной короны резко бросается в глаза. Вот какое замечание сделал я тогда по этому поводу:

«Я не берусь судить каково отношение этих экспериментальных результатов к теории солнечной короны и предпочитаю оставить этот вопрос для решения другим. Но, кажется, они могут подсказать некоторые направления в изучении солнечных явлений».

В сообщении, сделанном позже нью-йоркской Академии Наук, я, обсудив предварительно этот вопрос с моими друзьями в университете Джонса Гопкинса и с профессором Янгом, знаменитым Принстонским астрономом, был еще смелее. Вскоре я начал сильно поддерживать электромагнитную теорию солнечных явлений. Немецкий профессор Эберт, хорошо известный авторитет по электрическим разрядам в газах, серьезно поддержал меня, что было конечно, отрадно, но приписывал эту заслугу себе. Мне было нетрудно установить мое право на приоритет через журнал «Astronomy and Astrophysic» («Астрономия и Астрофизика»), одним из редакторов которого был Г.Э.Гейл, нынешний директор Маунт-Вильсонской Обсерватории. Я был весьма счастлив познакомиться с ним в те времена, когда мы оба были молодыми людьми. Под его влиянием я стал осторожен с моей электромагнитной теорией солнечных явлений. Благодаря замечательным астро-физическим исследованиям в Маунт-Вильсонской Обсерватории в Калифорнии, проводившимся под руководством доктора Гейла, мы знаем сегодня, что на поверхности солнца циркулируют огромные электрические токи. Нам также известно из других исследований, что отрицательное электричество излучается всеми раскаленными телами, даже теми, которые раскалены в меньшей степени, чем солнце, и что солнечная корона, по всей вероятности, тесно связана с этими электрическими явлениями.

Оставив проблему электрических разрядов в газах, я стал искать другой предмет для исследований, которые я мог бы провести при ограниченных возможностях моей лаборатории. Роуленд обнаружил искажения в переменном токе, когда последний намагничивал железо электрической машины, производящей электрическую энергию. Эти искажения выражаются более высокой гармонизацией, дополнительной к нормальным гармоническим изменениям в токе. Это напоминало мне о гармонии в музыкальных инструментах и в человеческом голосе. Гельмгольц первый анализировал гласные звуки человеческой речи, изучая содержащуюся в них гармонию. Гласная «О», например, произносимая с определенной высотой, помимо ее основной высоты – допустим сто колебаний в секунду – содержит другие колебания, частота которых является краткими интегралами ста, то-есть двести, триста, четыреста... колебаний в секунду. Такие более высокие колебания называются основными гармониями. Гельмгольц обнаружил эти гармонии, применяя искусственные резонаторы. Это было выдающимся исследованием. Я стал искать средства для анализа искаженных переменных токов Роуленда и нашел их. Я сконструировал электрические резонаторы, основанные на механических принципах акустиковых резонаторов, примененных Гельмгольцем. Мои электрические резонаторы играют весьма важную роль в современной радиотехнике и не мешает, пожалуй, сказать о них несколько слов. Сегодня от Атлантического океана до Тихого миллионы людей хотят знать, что они делают, когда поворачивают валик в их радиоприемнике, чтобы найти правильную длину волны для какой-нибудь радиостанции. Я – виновник этой процедуры и я обязан им это объяснить.

Масса и форма упругого тела, скажем камертона, и его сила сопротивления определяют высоту тона, так называемую частоту колебаний. Если периодически изменяющаяся сила, скажем звуковая волна, действует на камертон, то максимальное движение концов его производится тогда, когда высота тона или частота движущей силы равна частоте камертона. Тогда говорят, что оба они находятся в резонансе, то есть движение камертона резонируется или синхронизируется с действием силы. Каждый гибкий предмет имеет присущую ему частоту. Столбик воздуха в трубке органа имеет свою частоту; то же относится и к струне рояля. Можно у всех этих предметов вызвать колебание, воспроизводя голосом ноту присущей им частоты. Нота различной частоты практически совсем не вызывает колебания. Явления акустического резонанса хорошо известны и не нуждаются здесь в дальнейшем объяснении. Существует также электрический резонанс, очень похожий на акустический. Если вы понимаете один из них, вы легко поймете и другой.

Если электрический проводник, скажем медная проволока, свертывается кольцеобразно, образуя спираль со многими оборотами, концы которой присоединяются к конденсатору, то есть к электропроводным пластинкам, разделенным между собою изолирующим материалом, то движение электричества по этой цепи тока подчиняется тем же законам, что и движение концов камертона. Всякое движение электричества или материи полностью определяется силой, производящей его, а также силами, с помощью которых движущийся предмет реагирует на движение. Если закон действия этих сил тот же самый и для движущейся материи и для движущегося электричества, то их движения подобны. Движущие силы называются действием, а противоположные им силы – противодействием. Третий закон Ньютона о движении гласит: действие равно противоположному ему противодействую. Я всегда считал этот закон самым основным законом для всех естественных наук. Он применим ко всякому движению – безразлично, что из себя представляет движущийся предмет: весомую материю или невесомое электричество. Двадцать шесть лет тому назад мой студент А.Р.Гелатин, в знак признательности за мои лекции, подарил большую индукционную катушку электрической лаборатории Колумбийского колледжа. Данная мною формулировка основного закона электричества, говорил он, сделала для него в физике всё ясным. Это было весьма лестно для молодого профессора и конечно с этого времени мы стали близкими друзьями. Он – банкир, а я всё еще профессор, но интерес к основным принципам естественных наук связывает нас в этой дружбе.

Электрическая сила, движущая электричество по только что описанной цепи тока, испытывает два главных противодействия. Одно противодействие происходит вследствие электрических силовых линий, которые, будучи присущи электрическому заряду на пластинках конденсатора, оттесняются в изолирующее их друг от друга пространство. Противодействие соответствует эластическому противодействию концов камертона и подчиняется тому же закону. В примере с камертоном эластичное противодействие пропорционально перемещению концов камертона из их нормального положения. В электричестве противодействующая сила пропорциональна электрическим зарядам, которые были разъединены друг от друга – отрицательное от положительного – и направлены к пластинкам конденсатора. Назовите это разъединение электрическим перемещением и закону может быть дана та же формулировка, что и упомянутая выше, а именно: противодействующая сила пропорциональна электрическому перемещению. Чем больше расстояние между пластинками и чем меньше их поверхность, тем больше противодействие для данного электрического перемещения. Изменяя эти два соотношения, мы можем изменять так называемую емкость электрического конденсатора. В этом и заключается ваше действие, когда вы поворачиваете валик радиоприемника и изменяете емкость его конденсатора.