Звук передается через воду или твердое тело гораздо эффективнее, чем через воздух. Я знал это, когда в качестве помощника пастуха в Идворе освоил искусство сигнализации сквозь землю. Но почему вода или твердая и тяжелая земля передают звук лучше, чем воздух? Идворский пастух не говорил мне этого, но, рано усвоив этот факт, я был готов ухватиться за динамическое объяснение, как только оно мне понадобилось; и я ощутил эту потребность в Швейцарии летом 1894 года.
Передача звука означает передачу колебательного движения от одного элемента вещества к соседним элементам. Элемент, передающий свою колебательную энергию, действует, а элементы, принимающие ее, противодействуют. Каждый элемент способен оказывать три противодействующие силы. Одна направлена против изменения скорости его движения, то есть против изменения количества движения. Эта реакция называется кинетической реакцией, и, как я уже отмечал, она была открыта Галилеем триста лет назад. Вторая реакция направлена против упругого сжатия принимающего элемента. Она называется упругой реакцией и была открыта Гуком, современником Ньютона, двести лет назад. Третья — это реакция трения, знание о которой очень старо. Таким образом, в реагирующем элементе каждого вибрирующего тела в результате работы действующего элемента генерируются три формы энергии. Первая реакция приводит к энергии движения массы реагирующего элемента; вторая приводит к энергии его упругого сжатия; а третья генерирует тепло. Первая и вторая являются энергиями звуковых колебаний и снова передаются соседним элементам, но третья не является колебательной звуковой энергией и не передается как таковая; она остается в виде тепла и представляет собой уменьшение звуковой энергии, передаваемой от любой одной части к соседним частям. Очевидно, что это уменьшение будет тем меньше относительно, чем больше первые две реакции по сравнению с реакцией трения. Тяжелые несжимаемые тела, такие как вода, металлы или твердая земля, обладают несравненно большими кинетической и упругой реакциями, чем воздух, поэтому они передают звук намного лучше, чем воздух. Этот физический принцип сослужил отличную службу во время Первой мировой войны при подводном и подземном обнаружении звуком. Помощники пастуха в Идворе, когда я был мальчиком, извлекли из него большую пользу при подаче сигналов сквозь землю. Мне неизвестно, чтобы Васки и Хевисайд отчетливо знали об этом. Если я прав, то весьма примечательно, что сербские крестьяне были осведомлены о физическом принципе, который, вероятно, оставался неизвестным английским и французским ученым мужам, таким как Васки и Хевисайд.
Переходя теперь по аналогии от движения материи к движению электричества, мы можем, выражаясь образно, утверждать, что колебательное движение электричества будет передаваться от одного конца проводящего провода к другому тем эффективнее, чем тяжелее и менее сжимаемо это электричество, или же, отбросив теперь наш фигуративный способ речи, мы можем сказать, что при прочих равных условиях: чем выше кинетическая и упругая реакции движущегося электричества, тем эффективнее энергия его колебательного движения будет передаваться по проводу. Но это означает, что индуктивность провода должна быть сделана как можно больше, а его емкость — как можно меньше. Это было совершенно очевидно из работ Томсона и Кирхгофа примерно за двадцатилетие до того, как Васки и Хевисайд занялись математической теорией телефонной передачи. Однако эти два знаменитых математика заслуживают большой похвалы за свою энтузиастскую поддержку индуктивности среди скептически настроенных телефонных инженеров, которые в то время мало что знали о математической теории и общем принципе передачи колебательных движений.
Катушка проволоки, намотанная вокруг железного сердечника, — это первая картина, возникающая в нашем воображении при упоминании индуктивности. Следовательно, если индуктивность повышает эффективность передачи в линии телефонной связи, а вы не можете ввести ее в линию в больших количествах никаким другим способом, то можно определенно предложить поместить множество катушек в телефонную линию и изучить результаты этой случайной догадки. Васки испробовал эту догадку и потерпел неудачу. Покойный мистер Пикернелл, главный инженер отдела дальней связи Американской телефонно-телеграфной компании, также попробовал это, и он тоже потерпел неудачу. Было очевидно, как выразился Хевисайд, что эксперимент не дает никаких обнадеживающих результатов в отношении индуктивности, введенной таким путем. Я попробовал это и обнаружил, что эксперимент предлагает очень многообещающие результаты для индуктивности, введенной таким образом; я преуспел, потому что не угадывал наугад, а руководствовался математическим решением обобщенной задачи Лагранжа. Что говорит это решение применительно к электрическим движениям в проводе? Оно говорит следующее: расположите катушки индуктивности на вашей телефонной линии на таких расстояниях друг от друга, чтобы для всех колебательных движений электричества, которые желательно передать, приходилось по несколько катушек на длину волны. В телефонной передаче речи это означает одну катушку каждые четыре или пять миль на воздушных линиях и одну катушку примерно на каждую милю-две в телефонном кабеле. Для этих длин волн провод, обладающий дискретными комками индуктивности в виде катушек индуктивности, ведет себя как провод с равномерно распределенной индуктивностью. Такой провод осуществляет эффективную передачу в соответствии с описанным выше общим физическим принципом. Чтобы проиллюстрировать это механической аналогией, мы можем сказать, что легкий шелковый шнур, натянутый между двумя фиксированными точками и несущий на равных расстояниях тяжелые кусочки птичьей дроби, будет вести себя как тяжелый однородный шнур для всех колебательных движений, длина волны которых охватывает несколько интервалов, разделяющих птичью дробь, и будет передавать эти движения от одного конца шнура к другому гораздо эффективнее, чем если бы дроби там не было. Этот простой эксперимент с птичьей дробью и длинным натянутым шнуром легко осуществить; это очень недорогой эксперимент, который убедит вас, даже если вы ничего не знаете о математических элементах задачи. Это тот простой эксперимент, который я держал в голове во время своих странствий по зигзагообразным дорогам в Швейцарии в 1894 году. Преподаватель физики, который часто выступал в качестве физика-консультанта телефонных компаний, подвесил такой нагруженный шнур над столом в лекционной аудитории с целью объяснения передачи волнового движения от одного конца шнура к другому, но он никогда не делал из этого никаких выводов относительно нагрузки телефонной линии катушками индуктивности. Когда я обратил его внимание на это и пошутил по этому поводу, он сослался на свое невезение, подразумевая, как мне показалось, что решение динамической задачи и создание на основе этого решения электрического изобретения — вопрос удачи.
От простого аппарата, о котором только что шла речь, до сложных электрических демонстраций, способных убедить упрямых и твердолобых инженеров-телефонистов, был очень долгий путь. Самой обременительной особенностью в этих демонстрациях было то, что я не мог позволить себе крупных денежных затрат на их проведение на реальных телефонных проводниках; кроме того, было бы неразумно раскрывать заинтересованным лицам — владельцам линий дальней связи — теорию, для которой я еще не получил удовлетворительного экспериментального подтверждения. Мне пришлось изобрести лабораторную аппаратуру, эквивалентную линиям связи или кабелям большой протяженности, которая позволила бы мне проводить все эксперименты в лаборатории. Это потребовало почти столько же раздумий, изобретательских усилий и математических достижений, сколько решение расширенной задачи Лагранжа.
Первую часть своего исследования я сообщил Американскому институту инженеров-электриков в марте 1899 года. В ней рассматривалась только математическая теория моей лабораторной аппаратуры. В ней много говорилось о Лагранже, но ничего напрямую об изобретении. В октябре того же года мой друг, доктор Кэри Т. Хатчинсон, сказал мне, что подозревает, будто в этом сообщении скрывается изобретение. «Если вы его обнаружили, то другие тоже обнаружили и к этому часу уже сидят в Патентном ведомстве», — ответил я. «Разве вы сами не там?» — спросил Хатчинсон, выглядя несколько встревоженным, а когда услышал, что меня там нет, выглядел расстроенным. Однако когда я заявил о своей готовности взяться за проектирование для некоторых его клиентов телефонного кабеля для работы между Нью-Йорком и Бостоном, пообещав использовать провод не толще, чем в обычных кабелях, способных удовлетворительно работать на расстоянии всего в двадцать миль, Хатчинсон стал весьма серьезен и посоветовал мне подать заявку на патент, прежде чем предпринимать что-либо еще. В конце концов я последовал его совету, и не слишком поздно. Помимо Хатчинсона, нашлись и другие, кто понял, что в моем сообщении Американскому институту инженеров-электриков кроется изобретение, которого телефонные инженеры с нетерпением ждали с самого зарождения телефонного искусства. Это создало коллизию в Патентном ведомстве, которая раздражала меня, но далеко не так сильно, как раздражала меня там раньше. Примерно через год после даты подачи моей заявки на патент Американская телефонно-телеграфная компания приобрела мои американские патентные права, обойдясь со мной весьма щедро. Она дала мне то, что я просил; мои друзья думали, что я запросил недостаточно, но для уроженца Идвора доллар выглядит намного крупнее, чем для уроженца Нью-Йорка, который может быть соседом какого-нибудь Моргана или Рокфеллера. К тому же мнение высшего телефонного авторитета в мире о том, что мое решение расширенной задачи Лагранжа имеет важнейшую техническую ценность, доставило мне куда большую радость, чем все деньги на свете.
В Европе и в особенности в Англии изобретение стало неожиданностью; там не ожидали, что американец сделает изобретение, требующее столь сложного математического анализа электрических процессов, в которые американский физик внес столь малый вклад, тогда как Вашши и Хевисайд исписали об этом целые тома. Но эти авторы уделяли слишком мало внимания классикам вроде Лагранжа, Томсона и Кирхгофа. Конструкция индукционной катушки требовала почти столь же сложного математического анализа, как и динамическая теория изобретения, да и метод ее испытания был нов для телефонных инженеров. Катушка эта известна теперь во всем мире как катушка Пупина, и многие думают, что сама катушка и есть изобретение.
Когда стало известно, что я учился в Кембриджском и Берлинском университетах, мои английские и немецкие друзья приписали заслугу изобретения той научной подготовке, которую я получил в их университетах. Я думаю, что у французов были для этого большие основания, поскольку именно труды Лагранжа помогли мне больше, чем любое другое математическое чтение. По сути же, наибольшей благодарности заслуживают инженеры Американской телефонной и телеграфной компании и пастухи Идвора. Первые сформулировали задачу, решение которой привело к изобретению, а вторые обучили меня искусству сигнализации сквозь землю, которое подсказало мне физический принцип, лежащий в основе изобретения.
Вице-президент Американской телефонной и телеграфной компании, являющийся весьма крупным авторитетом в телефонии, сообщил мне недавно, что примерно оценить ценность изобретения можно следующим образом: если бы за прошедшие двадцать два года его компания была вынуждена расширять свою сеть проводников так, чтобы без применения моего изобретения обеспечивать тот же уровень обслуживания, который она предоставляет сегодня, ей пришлось бы потратить по меньшей мере на сто миллионов долларов больше, чем она фактически израсходовала. Но, процитировав его, я хочу привлечь внимание к факту, который общественность часто упускает из виду. Я спрашиваю: где эти сто миллионов долларов, которые сэкономило изобретение? Я знаю, что даже микроскопическая их часть не находится в кармане изобретателя. Я также подсчитал с той же точностью, с какой некогда рассчитал само изобретение, что эти сто миллионов долларов находятся не в карманах телефонной компании. Следовательно, они должны быть в карманах американской публики. Изобретение позволило предоставлять нынешние телефонные услуги по более низкой цене, чем это было бы возможно в случае затраты дополнительных ста миллионов долларов. Любое хорошее изобретение приносит обществу несоизмеримо большую пользу, чем изобретателю или эксплуатирующей изобретение корпорации. Я, безусловно, считаю себя благодетелем общества, и Национальная академия социальных наук назвала меня таковым, вручив мне золотую медаль размером почти с полную луну. Но этот дар был бы для меня намного более радостным, если бы институт одновременно вручил другую золотую медаль Американской телефонной и телеграфной компании.
Около пятнадцати лет назад, когда Фредерик П. Фиш, знаменитый патентный поверенный, был президентом Американской телефонной и телеграфной компании, я в ходе беседы спросил его, не хотел ли бы он выкупить у меня мое изобретение обратно. «Да, — ответил он, — но только если вы купите с ним всю телефонную компанию целиком. Наше предприятие целиком приспособлено под это изобретение, и с уходом одного должно уйти и другое. Изобретение позволило нам обнаружить множество изъянов в нашей системе передачи, и если бы оно не сделало ничего другого, то и тогда стоило бы по меньшей мере в десять раз дороже того, что мы вам заплатили. Это величайший выискиватель неполадок, с которым мы когда-либо сталкивались, и это единственная разновидность выискивателя неполадок, в которой мы нуждаемся». Прогрессивная промышленная организация приветствует критику точного и дружелюбного критика. Она ведет к исследованиям и разработкам, а это снабжает жизненной энергией любую отрасль промышленности. Двадцать пять лет назад у Американской телефонной и телеграфной компании была небольшая лаборатория в Бостоне, где велись все ее научные исследования и разработки. Но вскоре такие критики, как мои изобретения, проникли в мирные и сонные пределы этой крошечной лаборатории и взбудоражили инженеров и совет директоров. Я очень радуюсь всякий раз, когда думаю, что мои изобретения, возможно, внесли некоторый вклад в это целебное встряхивание. Каков же был результат? Сегодня Американская телефонная и телеграфная компания и аффилированная с ней компания Western Electric задействуют около трех тысяч сотрудников, расходуя ежегодно порядка девяти миллионов долларов на работы по исследованиям и разработкам. Научно-исследовательская работа в наших университетах выглядит весьма скромно по сравнению с деятельностью такого масштаба. Молодые люди с высочайшей академической подготовкой и блестящими талантами день и ночь заняты исследованием сокровищ, скрытых на стыках различных наук, а также науки и искусства телефонии, и их открытия, я уверен, являются лучшим вложением средств для этой крупной промышленной организации. Например, разработанные ими многочисленные детали моего изобретения поразительны и свидетельствуют самым убедительным образом обexcellence их научных изысканий. Развитие великого искусства, подобного телефонии, и его рост вопреки всем нашим ожиданиям зависят не столько от случайного изобретателя, сколько от интеллекта хорошо организованной и щедро финансируемой научно-исследовательской лаборатории. Думая об этом, я абсолютно убежден, что при государственной собственности на телефонную связь очень немногие из великих достижений в этой области вообще бы состоялись. Этим объясняется то, что телефония в большинстве европейских стран практически мертва. Тот малый след жизни, что сохранился в Европе, обязан американским исследованиям в вышеупомянутых лабораториях.
Компания General Electric, компания Westinghouse, компания Eastman Kodak и многие другие промышленные корпорации в нашей стране поддерживают аналогичные научно-исследовательские и опытно-конструкторские лаборатории, где ученые высочайшей квалификации усердно исследуют то, что Гельмгольц называл богатыми областями вблизи границ различных наук и науки, составляющей основу их соответствующих отраслей. Это напоминает мне то, что я видел в гораздо меньшем масштабе в Германии почти сорок лет назад, когда был там студентом. Мы последовали хорошему примеру Германии, но теперь лишаем первенство мы, причем темп настолько стремителен, что европейцы отстают от нас очень быстро. Дух научных исследований перекочевал в наши университеты, а из университетов — в наши промышленные организации. Промышленные исследования предъявляют все более высокие требования к университетам в отношении высококвалифицированных ученых-исследователей; спрос превышает предложение, и поскольку промышленность может платить гораздо более высокие зарплаты, чем университеты, возникают большие трудности с привлечением способных и подающих надежды молодых ученых к академической карьере преподавателя. Качество университетских преподавателей временно ухудшается, а качество промышленных ученых-исследователей неуклонно растет; в целом же страна остается в выигрыше. Человек из университета принесет в промышленность научный идеализм академической среды. Руководители наших ведущих отраслей промышленности уже признают, как будет отмечено ниже, что культивирование научного идеализма является лучшей стратегией для американской промышленности. Послушайте доклады, которые зачитывают их исследователи, и вы увидите, что промышленность на практике претворяет в жизнь новое евангелие научного идеализма, которое она проповедует.
Но я не должен слишком далеко уходить от главной нити своего повествования. Когда стало известно, что Американская телефонная и телеграфная компания приобрела права на мои волновые проводники с высокой индуктивностью, об изобретении и баснословной цене, уплаченной за него, стали ходить всяческие легенды. Газеты любят легенды, потому что их любит публика. Публика — это ребенок, который любит слушать сказки. Единственная польза от этой публичности заключалась в том, что она помогла мне продать мои изобретения, касающиеся электрической настройки и выпрямления в беспроволочном телеграфе. Они пролежали без дела довольно много лет, ожидая дальнейшего развития искусства беспроволочной связи, прежде чем их можно было с выгодой применить. Электрическая настройка и электрическое выпрямление являются сегодня фундаментальными операциями в радиоделе, но беспроволочный телеграф ранних дней — это далекий и бедный родственник нашего нынешнего радиоискусства. Миру пришлось изрядно подождать новых открытий, которые породили эпохальные изобретения новых людей, таких как Ли Де Форест и майор Э. Х. Армстронг. Ему также пришлось дожидаться появления крупных промышленных исследовательских лабораторий, прежде чем электрическая настройка и выпрямление смогли занять подобающее им место. На заре беспроволочного телеграфа я предлагал несколько новых разработок, которые могли бы дать настройке и выпрямлению неплохой шанс, но не привлек почти никакого внимания. Упомянутые легенды заставили людей относиться к делу немного внимательнее.