Я вернулся из Европы окрыленным. Как ни плохо владел я французским языком, за время пребывания во Франции мне удалось завязать дружеские отношения с моими коллегами. При этом выяснилось, что и в Англии и во Франции ко мне относятся с гораздо большим уважением, чем на родине. Кроме того, меня ждала работа, которая, по крайней мере мне самому, не говоря уже о некоторых других, казалась вполне удачной для начинающего ученого.
Я видел разрушения, которые принесла с собой война, видел их и в Бельгии, и в Эльзасе, где мы объезжали бывшую линию фронта. Но, побывав в Англии и во Франции, я понял, что европейцы обладают гораздо большими потенциальными возможностями внутреннего обновления, чем я раньше думал. Поэтому, несмотря на войну на Западе, несмотря на измену России европейскому лагерю и вопреки известиям о боях в Польше, у меня все еще оставалась надежда, что первая мировая война — не более чем эпизод, за которым последует период длительного мира и настанет что-то вроде великого благоденствия девятнадцатого века.
Что же касается России и первых признаков будущего железного занавеса, в то время казалось, что большинство русских все еще придерживается не просто дореволюционных, а скорее довоенных взглядов; поэтому можно было надеяться на то, что между Западом и Востоком снова установится равновесие, подобно тому как сгладились противоречия в Европе после бурных лет французской революции и наполеоновских войн.
Так или иначе, аппетит, как известно, приходит во время еды. Завязав какие-то связи в Европе, я с нетерпением ждал новой возможности отправиться за океан и еще ближе познакомиться с континентом, которому Америка обязана своей цивилизацией.
3. ГОДЫ СТАНОВЛЕНИЯ. 1920—1925
Вернувшись из Страсбурга, я с особенным удовольствием взялся за работу. Заметки о броуновском движении находились в это время в стадии завершения: общие контуры работы и методы доказательства теорем были уже совершенно ясны, но оставалось еще много недоделок, которые не позволяли считать их законченными статьями. Я показал свои результаты профессору МТИ Э. Б. Уилсону и по его совету тут же отправил все, что уже было написано, в «Труды Государственной академии наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Сейчас профессор Уилсон больше не преподает, хотя продолжает заниматься различной административной деятельностью, связанной с наукой. Уилсон — ученик Гиббса, работавшего всю жизнь в Йельском университете. Сам он несколько лет преподавал в МТИ математику, к 1920 году перешел на преподавание физики и в конце концов стал ведущим математиком на факультете здравоохранения Гарвардского университета. Уилсон всегда чутко прислушивался ко всему новому в области точных наук и в течение многих лет стойко поддерживал все мои начинания.
Нашлись у меня и другие сторонники. Кафедру электротехники МТИ возглавлял проф. Дагальд К. Джексон. С ним и его сыном я познакомился еще летом 1910 года в Нью-Хемпшире, где мы оказались соседями. Джексон в течение нескольких лет искал инженера, разбирающегося в математике, или математика, разбирающегося в технике. Такой человек был ему необходим, чтобы внести ясность в некоторые насущные теоретические вопросы электротехники. Здесь мне придется сказать несколько слов о состоянии этой науки в то время. Вся электротехника делится на две более или менее четко разграничиваемые области, которые в Англии и в Америке называются электроэнергетикой и электросвязью, а в Германии соответственно «электротехникой сильных токов» и «электротехникой слабых токов».
К 1920 году первая из этих двух областей достигла относительно высокого уровня развития. Большая часть существующих сейчас электрических генераторов, двигателей и трансформаторов в то время была уже известна, а современная тенденция широко применять множество небольших электрических двигателей, каждый из которых приводит в действие только один агрегат, наметилась к тому времени вполне отчетливо. С 1920 года успехи электроэнергетики связаны главным образом не с разработкой принципиально новых конструкций, а с использованием более мощных генераторов и усовершенствованием метода передачи электроэнергии. Число крупных электростанций в Соединенных Штатах Америки и в других странах неуклонно росло, отдельные энергосистемы объединялись между собой, и вся эта новая техника прочно входила в быт.
Что же касается электросвязи, то эта область развивалась гораздо медленнее. К 1920 году радио существовало уже около двадцати лет, но его устройство оставалось почти таким же примитивным, как во времена Маркони. Радиовещание еще только готовилось распространиться по всей стране, а первые попытки создания радиотелефонов привлекали внимание главным образом любознательных молодых ученых и множества всякого рода дилетантов, но почти не были известны широкой публике. Первые электронные лампы уже появились, но никто еще не подозревал, до какой степени это изобретение изменит всю нашу жизнь. О телевидении начали говорить еще в прошлом столетии, так что сама по себе эта идея не представляла ничего нового, однако в двадцатые годы телевизионные установки только начинали превращаться из примитивных устройств, использующих селеновые элементы, в практичные и быстродействующие фотоэлектрические аппараты.
Один только телефон одержал уже решительную победу и, как спрут, раскинул щупальца кабелей по всему земному шару. В Соединенных Штатах ведущая телефонная компания А. Т. Т.[39] по размаху финансовых операций не имела равных на деловом рынке. Эта же компания усиленно поддерживала всевозможные научно-исследовательские работы. В такой ситуации не было ничего удивительного, что дальновидные инженеры-электрики типа Джексона проявляли особый интерес к проблемам теории связи.
Логические основы теории связи в то время оставляли желать лучшего, а казались они еще гораздо менее удовлетворительными, чем были на самом деле. Поскольку все понимали, что в телефонной линии речь передается пульсациями силы тока, отображающими звуковые колебания в микрофоне, основная задача состояла в том, чтобы до конца разобраться в теории пульсирующих напряжений и токов.
Теория пульсирующих напряжений и токов на самом деле играет основную роль не только в электросвязи; в своей простейшей форме, относящейся к обычному переменному току, она определила все развитие электроэнергетики. Дело в том, что постоянный ток очень неудобен для практического пользования, поскольку не существует простых способов, позволяющих повышать или понижать его напряжение. Поэтому в тех случаях, когда строились высоковольтные линии постоянного тока (как это было, например, во Франции), инженеры вынуждены были использовать ряд последовательно соединенных генераторов, что очень усложняло управление электросетью и затрудняло создание надежной изоляции.
Наибольшие заслуги в разрешении проблем, связанных с генерированием и использованием переменного тока, принадлежат, пожалуй, Николе Тесла. Этот блестящий, несколько эксцентричный югославский инженер служил в компании Вестингауза. Ему удалось убедить своих хозяев производить не постоянный ток, а переменный, меняющий свое направление шестьдесят раз в секунду. Напряжение такого переменного тока легко уменьшить или увеличить с помощью трансформатора, а создается он генераторами упрощенного типа, причем в данном случае исключается множество серьезных проблем, возникающих при использовании постоянного тока. На переменном токе могут работать самые разнообразные двигатели, включая некоторые виды асинхронных электродвигателей, не имеющих скользящих электрических контактов. Между неподвижной обмоткой двигателя, питаемой током, подающимся извне, и подвижной, являющейся одним из элементов вращающейся части двигателя, существует только электромагнитная связь того же типа, что и между обмотками трансформатора. В действительности, в некоторых видах асинхронных двигателей между обмоткой неподвижной части двигателя и обмоткой подвижной части, называемой иначе ротором, вообще не существует электрической связи. Электрический ток, намагничивающий железный сердечник ротора, возникает благодаря взаимодействию ротора с неподвижной частью, или статором, действующим, как электромагнитный трансформатор. Существенное преимущество машин такого рода заключается в том, что они не имеют никаких подвижных контактов и потому гораздо проще, надежнее и безопаснее в эксплуатации.
На заре эпохи господства переменного тока компании Вестингауза, раньше других овладевшей секретом его использования, пришлось выдержать жестокую борьбу. Ее главными противниками были «Дженерал электрик» и «Эдисон», вложившие большие капиталы в предприятия, работавшие на постоянном токе. Дело дошло до того, что «Дженерал электрик» с помощью различных махинаций добилась от властей штата Нью-Йорк постановления казнить преступников на электрическом стуле с помощью переменного тока. Это было сделано для того, чтобы запугать население, и без того с опаской относящееся ко всему новому, и заставить обывателей отказаться от использования переменного тока у себя дома. Но с течением времени выяснилось, что переменный ток гораздо более выгоден, как компании Вестингауза, так и «Дженерал электрик» и страсти понемногу улеглись.
В дальнейшем оказалось, что как раз сотрудник «Дженерал электрик» Чарльз П. Штейнмец[40] больше всего сделал для создания стройной и законченной теории электрических цепей переменного тока. Для описания переменных токов и приборов, их использующих, этот маленький человечек, обладавший громадными способностями, широко использовал математическую теорию комплексных, или мнимых, чисел (являющихся, впрочем, ничуть не менее подлинными, чем обычные вещественные числа). Причина, по которой введение комплексных чисел оказалось здесь столь удобным, состоит, грубо говоря, в том, что каждое комплексное число представляет собой пару вещественных чисел (задающих так называемые вещественную и мнимую части комплексного числа), а переменный ток заданной частоты также характеризуется двумя вещественными числами, одно из которых определяет интенсивность тока, а второе — его фазу (т. е. какой-то из моментов времени, в который сила тока обращается в нуль).