Это были семидесятые годы позапрошлого столетия. В то время ещё не нашелся ум, способный оценить новую вспышку максвелловского гения. Не только в Лейдене, но и в других научных центрах математическая форма, непривычная для физиков тех лет, затрудняла понимание сути дела, а сама идея Максвелла была столь ошеломляюща, что прошло ещё несколько десятилетий, пока получила общее признание.
Лишь через двенадцать лет живший в Германии талантливый физик-экспериментатор и теоретик Генрих Герц обнаружил на опыте электромагнитные волны, а затем молодой инженер-электрик русского флота Александр Попов применил их для связи, вернее, для радиосвязи, как говорят теперь.
Лоренц понял Максвелла, сразу поверил ему и без колебаний пошёл за ним, а затем и новым, уже своим собственным, путём. Он не только проник в смысл максвелловской идеи и развил её дальше, но объединил электромагнитную теорию с электроном и создал таким образом электронную теорию вещества.
Согласно новой трактовке, в безбрежный океан электромагнитных полей вкраплены отрицательные электрические заряды — электроны, сочетания которых с положительными зарядами образуют все существующие тела.
Взаимодействие полей и зарядов создаёт всё многообразие мира. Даже вещество, представляющееся электрически нейтральным, заключает в себе совокупность взаимно компенсирующихся электрических зарядов.
На основе своей модели Лоренц не только сумел объяснить ряд фактов, не понятых современниками, но и предсказал явления, о существовании которых не подозревал дотоле ни один человек.
…Принято считать, что поколения людей сменяют друг друга каждую четверть века. Конечно, мы живём дольше. Но история показывает, что в среднем каждые двадцать пять лет в активную жизнь вступают массы людей, вооружённых новыми умениями, обладающих новыми стремлениями, опирающихся на современные знания. Среди учёных смена поколений происходит ещё чаще. Каждое десятилетие в лаборатории вливается молодёжь, готовая к тому, чтобы обогнать своих учителей, взглянуть на старые проблемы свежими глазами, найти новые, неожиданные решения.
Наверное, это имел в виду Макс Планк, говоря: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу».
Великий Лоренц, дожив до рождения теории относительности и квантовой физики, с восхищением приветствовал все новшества, но… в пределах классической физики, в пределах той модели мира и образов, в которых сам был воспитан.
Ничто не казалось ему более ясным, чем взаимодействие электромагнитного поля с электроном — этот ключевой акт, на котором основана работа всех электрических приборов, машин, двигателей. Ничто не представлялось ему более красноречивой иллюстрацией этого акта, чем оптический спектр вещества.
Как и любой физик, он отлично знал, что каждое вещество имеет свой оптический паспорт-спектр. В нём нет ни чего, кроме тёмных или окрашенных в различные цвета полосок. Не посвященному в тайны науки человеку эти полоски не скажут ничего. Но физик по этим линиям может определить характер и строение вещества, даже если оно находится от него на расстоянии многих световых лет. Так люди узнали о составе звёзд и планет, о строении межзвёздной среды, о существовании на Солнце ещё не открытого на Земле элемента, названного затем гелием.
Линии спектра отражают многие тайны жизни макро— и микромира.
Когда Лоренц задумался над магией спектров, часть из этих тайн была уже расшифрована. Но гораздо большая их масса дразнила своей неразрешимостью. Одна из загадок особенно волновала воображение Лоренца: некоторые линии спектров атомов расщеплялись. Иногда они как бы расплывались или же удваивались, даже утраивались. Что это означает? Какие явления природы скрыты в таком зашифрованном виде?
Постепенно было установлено, что так проявляется влияние магнитного поля на исследуемое вещество. Но детали, подробности, глубина явления ускользали от исследователей. Лоренц сознавал, что его теория неспособна описать, объяснить это загадочное поведение линий спектров. Лишь через десятилетия с помощью квантовой теории было установлено, что причина крылась в магнитных свойствах электронов и ядер атомов.
Изучение этих свойств стало задачей учёных начала XX столетия. Но ни Лоренц, ни другие великие классики не могли с ней справиться. «Старикам» мешали запреты классической физики. Они признавали, что квантовая механика позволяет правильно рассчитать все детали расщепления спектральных линий. Признавали, но не хотели примириться с тем, что квантовая механика не могла нарисовать детальной картины явления и принуждала их мыслить абстрактно, оперировать только формулами.
Для людей, взгляды которых сформировались на основе классической физики, возникало затруднение: формулы квантовой физики заставляли их отказываться от привычной связи между причинами и следствиями, требовали признания невозможности точного и полного описания событий, происходящих в микромире.
Ответ должна была дать новая идеология. Лоренц не примирился с её радикальными положениями до конца своих дней. Он так и не нашёл правильную дорогу к полному пониманию законов магнетизма.
Сфере отношений электромагнитного поля и материи посвятил свою жизнь младший соотечественник Лоренца, его ученик Корнелис Якоб Гортер, впоследствии член ряда академий.
Он был молод, рождён XX веком, новые представления не казались ему ночным кошмаром. Он поклонялся старому богу — классической физике и её жрецу — своему учителю, но уже не мог не верить новым богам — квантовым закономерностям и их «апостолам» — Бору, Гейзенбергу, Шрёдингеру, де Бройлю, Дираку. Вооружённый их идеями, Гортер продолжил исследования магнитных свойств вещества.
Он играл в простую игру. Брал самодельный электромагнит, между его полюсами всовывал кусочки различных материалов — металлов, кристаллов, ампулы с жидкостями — и то включал, то выключал электрический ток в обмотке электромагнита. Гортер как бы просвечивал вещества магнитным полем. И наблюдал, что при этом происходит. Игра простая, но она привела Гортера к пониманию важных законов строения вещества.
Намагничивая различные кристаллы и жидкости при помощи сильного электромагнита и наблюдая, как исчезает эта намагниченность после выключения внешнего поля, он сумел получить ряд новых и ценных сведений о строении вещества, о влиянии теплового движения атомов на поведение твёрдых тел и жидкостей.
Казалось, само время шло навстречу Гортеру. Оно подбросило ему ещё одного помощника — радиоволны. Родилась электронная лампа. Из рук связистов она перешла в лаборатории физиков, и всё большему числу учёных становилось ясно, что, просвечивая вещества радиоволнами, можно проникнуть в тайны их строения более успешно, чем с помощью одного лишь магнитного поля.
Теоретики, опираясь на уравнения квантовой механики, предсказывали, что, пробираясь сквозь дебри, образованные внутренней структурой реальных тел, радиоволны разных частот ведут себя различно. Они по-разному поглощаются веществом — то в большей, то в меньшей степени. И это поглощение сильно зависит от частоты радиоволны и от величины и направления внешнего магнитного поля.
Где-то на какой-то частоте — специфической для данного вещества — должен возникнуть особый эффект: самое сильное поглощение, пик поглощения. Его называют «резонанс». Во многих веществах следовало ожидать появления нескольких резонансных пиков, характерных именно для них. Почему это так заинтересовало исследователей? Потому что обещало прояснить скрытые ранеё тайны поведения вещества.
Теория подсказывала, что многообещающими должны быть исследования кристаллов, особенно в том случае, когда во время облучения радиоволной они находятся в поле сильного магнита. Наиболее интересными казались именно те кристаллы, магнитные свойства которых изучал Гортер и его ученики.
Какие же явления происходят при этом в недрах кристаллов? Некоторые атомы, входящие в кристаллы, ведут себя как маленькие магнитики, стремящиеся, подобно стрелке компаса, повернуться в направлении внешнего магнитного поля. Но хаотическое тепловое движение окружающих атомов не даёт им послушно следовать велению магнитного поля. Они толкают «магниты» и поворачивают их в разные стороны. Подобные случайные толчки мешают иной раз и стрелке компаса правильно указывать на север.
