Глава тринадцатая. Физика в годы первой мировой войны (1914-1918)

Физика и война

1 августа 1914 г. началась первая мировая война, изменившая ход мировой истории. Она оказала глубокое влияние и на развитие науки. Мировое научное развитие было нарушено, международные связи ученых прерваны. Многие важные теоретические исследования были приостановлены. Ученые вовлекались в разработку вопросов, имеющих военное применение, и те отрасли науки, которые казались перспективными в этом отношении, получили интенсивное развитие. В области физики к этим направлениям относились радиофизика и ультраакустика, получившие мощный импульс именно в военные годы.

В целом же война отразилась неблагоприятно на развитии науки. Молодые ученые были мобилизованы на фронт и многие из них, в частности талантливый физик Мозли, были убиты. Сотрудник Резерфорда будущий нобелевский лауреат Джеймс Чедвик томился в немецком плену. Сам Резерфорд был привлечен к военным исследованиям, и многообещающие работы по ядерной физике были прерваны. В самый разгар войны в 1916 г. Шведская Академия наук оказалась не в состоянии присудить Нобелевскую премию по физике, и этот факт отражал и нарушение международных научных связей, и снижение темпов развития теоретических исследований.

Однако, несмотря на войну, окончательно затормозить теоретические исследования не удалось. Эйнштейн, оказавшийся неудачным конструктором военных самолетов, создавал общую теорию относительности и теорию световых квантов. Он тяжело переживал войну, говоря, что даже ученые ведут себя во время войны так, словно у них удален мозг.

Во время войны появились замечательные исследования Зоммерфельда и Эренфеста по атомной физике. Сразу после окончания войны вышла известная книга Зоммерфельда "Строение атома и спектры". Таким образом, новые отрасли науки: теория относительности и атомная квантовая физика - продолжали развиваться. Но несомненно, что темпы развития в мирное время были бы иными. Если Эйнштейн, несмотря на трудности военного времени, продолжал напряженно работать, то для других физиков положение было иным и возможно, что осуществление ядерных реакций и создание квантовой механики произошло бы значительно раньше, если бы не помешала война.

Прежде чем перейти к рассказу о важнейших достижениях атомной физики, остановимся коротко на событиях в истории "военных" направлений в физике.

В своих воспоминаниях Д. Д. Томсон рассказывает, как в июле 1915 г. он был привлечен для работы в Центральном бюро Управления по изобретениям и исследованиям при Адмиралтействе. В функции этого Управления входило:

• Концентрация экспертизы научных исследований по разным проблемам, решение которых имеет значение для морского флота.
• Стимулирование исследований в тех направлениях, для которых вероятно, что результаты, имеющие значение для флота, могут быть получены путем организованных научных усилий.
• Рассмотрение схем предложений, присылаемых изобретателями и широкой публикой.

При Комитете Управления работала группа ученых, среди которых были Э. Резерфорд, В. Брэгг, В. Крукс, О. Лодж и другие видные английские ученые. Основной проблемой, стоящей перед Управлением изобретений и исследований, была проблема обнаружения подводных лодок. Резерфорд представил в Управление доклад по этому вопросу, в котором рассматривались различные методы обнаружения подводных лодок и предпочтение отдавалось акустическим методам. Были проведены экспериментальные работы под руководством В. Брэгга, и, в конце концов, был избран метод акустической локации. В разработке этого метода наибольших успехов добились, однако, не английские ученые, а Ланжевен во Франции. В мае 1916 г. он и русский изобретатель Константин Шиловский, который еще в 1912-1913 гг. изобрел "эхолокатор", представили совместную патентную заявку "Способ и аппараты для направленной подводной сигнализации и для локализации подводных препятствий на расстоянии". В этой заявке изобретатели предложили воспользоваться для подводной локализации направленным ультразвуковым пучком: "Ультразвуковой пучок... аналогичен световому прожектору и может быть точно таким же образом использован либо для сигнализации, либо для обнаружения препятствия путем наблюдения рассеянного или отраженного излучения". Разрабатывая эту идею, Ланжевен 17 сентября 1918 г. предложил патентную заявку с кварцевым пьезоэлектрическим излучателем ультразвуковых волн. Предложенная им система содержала:

• генератор незатухающих электрических колебаний,
• излучатель ультразвуковых волн, включающий кварцевый конденсатор,
• приемник ультразвуковых колебаний с кварцевым конденсатором,
• приемный колебательный контур,
• ламповый усилитель.

Суммируя свое предложение, Ланжевен писал, что его предметом является:

"1. Способ использования пьезоэлектрических свойств кварца в конденсаторе для преобразования электрических колебаний в упругие колебания той же частоты и, обратно, дающий возможность направленных посылки и приема ультразвуковых волн в воде. Этот способ может применяться для поисков подводных лодок и подводных мин, для защиты кораблей в пути, а также в области медицины и всюду, где нужны упругие волны высокой частоты".

Описав в п. 2 и 3 метод осуществления предложенного способа с помощью кварцевого конденсатора, Ланжевен заключает:

"4. Создание системы приборов, образующей пункт излучения и приема ультразвуковых волн в воде посредством кварцевого конденсатора и включающей: систему, производящую электрические колебания с постоянной амплитудой или амплитудой, периодически изменяемой при помощи альтернаторов, дуг или гетеродинных ламп; колебательный контур, состоящий из катушки и кварцевого конденсатора со своим приспособлением для подвешивания и для ориентировки; контур приема, усилитель и гетеродинный передатчики для производства биений".

Метод Ланжевена оказался весьма эффективным для борьбы с немецкими подводными лодками и после войны получил широкое распространение в физике и технике. Отсюда начала свое развитие новая отрасль физики - ультраакустика.

Следует отметить, однако, что первые ультраакустические исследования начались в России в лаборатории П. Н. Лебедева. (См. предыдущую главу.) Это были исследования Н. Н. Златовратского, В. Я. Альтберга, Н. П. Неклепаева. Генератором ультразвуковых колебаний в этих работах служил свисток Гальтона, называемый Лебедевым "пищиком". В опытах же Ланжевена, как мы видели, генератором ультразвука был кварцевый излучатель, возбуждаемый электромагнитными незатухающими колебаниями. Между первыми ультраакустическими исследованиями школы Лебедева и исследованиями Ланжевена легла целая полоса развития радиофизики и радиотехники.