Валерий Чолаков
Нобеловите награди (20) (Учени и открития (1901–1982))

Радиото

В средата на миналия век изследванията върху електричеството, магнетизма и оптиката напреднаха дотолкова, че стана възможно те да бъдат обединени в обща теория, наречена електродинамика. Това извърши бележитият шотландски физик Джеймс Кларк Максуел. Той бе блестящ теоретик, но малко се интересуваше от експерименти. С нагледното демонстриране на новата теория се зае немският учен Хайнрих Херц.

През 1887 г. той създаде опитна установка, с която успя да получи електромагнитни вълни. Още в този опит между т.нар. вибратор, който излъчва електромагнитни трептения, и друг един апарат, наречен резонатор, бе предаден сигнал. Херц проведе обширни наблюдения върху свойствата на тези електромагнитни вълни и потвърди тяхното пълно сходство със светлината, но въобще не стигна до мисълта, че те могат да предават информация също като електрическия импулс по кабела на телеграфа. Няколко години по-късно тази идея беше вече разпространена в научния свят. Руският физик Александър Попов публикува през 1895 г. своите изследвания върху възможността за предаването на телеграфни съобщения с електромагнитни вълни. В същата година италианецът Гулиелмо Маркони, младеж на 20 г., без някаква особена теоретична подготовка, започна своите експерименти.

Правейки различни подобрения в техниката, Маркони постепенно стигна до извода, че за радиопредавателя е необходимо заземяване и антена. Увеличавайки размерите на антената, той бързо увеличи и разстоянието на предаването. От 2,5 км през 1895 г. то нарасна на 18 км в 1897 г. По това време Маркони вече бе прехвърлил своите опити в Англия и получавайки подкрепа от правителството, успя към 1902 г. да установи връзка през Атлантическия океан на разстояние 3400 км. Този успех не се дължеше само на способностите на италианския изобретател. Професорът по физика от Страсбургския университет Карл Фердинанд Браун предложи през 1898 г. нова схема за радиопредавател със значително по-големи възможности. Скоро след това той създаде кристалния детектор, който бързо намери приложение в първите радиоприемници.

В началото на века съществуването на радиото беше вече факт. В 1909 г. Нобеловият комитет по физика реши да награди Маркони и Браун. Това бе признание за големия технически успех, постигнат в резултат на теоретични открития, направени десетилетия по-рано. Трябва със съжаление да се отбележи, че работата на Попов остана малко известна на Запад. Той почина през 1906 г., без да стане обект на вниманието на Нобеловия комитет.

По същото време, когато се даваше тази награда, в Кембридж работеше Оуен Ричардсън. В знаменитата Кавендишка лаборатория той изследваше процесите на излъчване на електрони от нагрети тела. Още Дж. Дж. Томсън установи, че металите излъчват електрически заредени частици при висока температура. В 1911 г. Ричардсън изведе термодинамична формула за зависимостта на броя на електроните от температурата. Тези изследвания доста бързо престанаха да бъдат чисто теоретични. Те намериха приложение при конструирането на електронни лампи за радиотехниката. Впрочем първата електронна лампа бе създадена от самия Ричардсън в 1901 г. и тази дата може в известен смисъл да се разглежда като начало на съвременната електроника.

Радиото, попаднало вече в ръцете на изобретатели и техници, се развиваше бурно и през 20-те години от него възникна телевизията. Кинескопът, който създава изображенията, е далечен потомък на катодната електронно-лъчева тръба, създадена от Браун в 1897 г. Впечатляващите успехи на радиото и телевизията отново привлякоха вниманието на Нобеловия комитет по физика и по решение на неговите членове наградата за 1928 г. бе дадена на Оуен Ричардсън.

Десетилетия наред електронните лампи бяха връх в постиженията на инженерната мисъл. Създаваха се все по-сложни модификации, които се свързваха във все по-сложни системи и доведоха накрая до появата на първия компютър през 1946 г. Само две години по-късно едно откритие, направено в лабораториите на Бел Телефон, промени коренно положението. Джон Бардийн и Уолтър Братейн откриха транзисторния ефект и изработиха първия полупроводников транзистор. По същото време върху теорията на този процес работеше Уилиам Шокли, сътрудник на същата лаборатория.

Дори първите несъвършени транзистори бяха много по-удобни от електронните лампи и веднага започнаха да ги изместват. Транзисторният ефект сам по себе си имаше голямо значение за теоретичната физика. Поради тези причини Нобеловият комитет доста бързо взе решение и през 1956 г. даде наградата на тримата учени за техните изследвания върху полупроводниците. През изминалите три десетилетия полупроводниковата техника се усъвършенствува значително и доведе до възникването на съвременната микроелектроника. Мнозина са на мнение, че това е едно от най-големите открития на нашия век, което ще направи възможно повсеместната автоматизация и значително ще подобри живота на хората. Това развитие до голяма степен бе стимулирано от появата на радиото и радиотехниката. Изследванията върху радиовълните също доведоха до интересни открития с големи последствия.

В началото за разпространението на радиовълните съществуваха най-различни хипотези. Но още през 1902 г. английският физик Оливър Хевисайд предположи, че в горната част на атмосферата има йонизиран слой, който отразява радиовълните. Това прави възможно в Европа да се приемат сигнали от Нова Зеландия, която е възможно най-отдалечената територия. Радиовълните се отразяват последователно от атмосферата и земната повърхност и така обикалят цялата планета. Това, разбира се, важи само за вълни от определен диапазон. Ултракъсите вълни не се отразяват и затова телевизионният сигнал се улавя само в зоната на пряката видимост.

Едва в 1924 г. бе доказано съществуването на йоносферата и установено разстоянието до нея. Английският физик Едуард Епълтън, от Кавендишката лаборатория, постигна това чрез една забележителна по своята простота идея. Започвайки от факта, че излъчваният радиосигнал и неговото отражение от горните слоеве на атмосферата изминават различно разстояние, той предположи, че между тях ще се наблюдава интерференция, като двете вълни взаимно ще се усилват и отслабват. Това явление е добре известно на всички радиослушатели. Понякога радиопредаването се улавя и чува добре на далечни разстояния, а друг път е слабо дори близо до радиостанцията.

Като измери силата на сигнала, Епълтън установи с прости математически изчисления, че йоносферата се намира на височина около 90 км. Към 1927 г. той успя подробно да изучи различните отразяващи слоеве. Тези данни бяха обобщени в цяла магнито-йонна теория за горната част на атмосферата. Йоните се образуват под действие на слънчевата светлина и космическите лъчи и силно се влияят от земното магнитно поле. Тези фактори определят структурата на йоносферата и качеството на радиовръзката.

Изследванията на Едуард Епълтън имаха важно значение за радиопредаванията, физиката на земната атмосфера и околоземното пространство. За своите приноси той получи Нобеловата награда по физика за 1947 г.