Джон О'Нил - Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы
В 1845 году в Лондоне Майкл Фарадей описал свою теорию взаимосвязи между светом и электромагнитными силовыми линиями, а в 1862 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал анализ работы Фарадея, где математически обосновал теорию о том, что световые волны имеют электромагнитную природу и что такие волны могут быть как короче, так и длиннее известных волн видимого света Ученым был брошен вызов доказать существование подобных волн.
В немецком городе Бонне профессор Генрих Герц с 1886 по 1888 годы занимался исследованием более длинных волн, чем световые и тепловые. Он посылал их с помощью искрового разряда индукционной катушки и улавливал из пространства с небольших расстояний в виде крошечной искры, которая проскакивала в проволочном кольце. В это же время в Англии сэр Оливер Лодж искал способы измерения коротких электрических волн в проводных линиях.
Таково было положение в научном мире, когда в 1889 году Тесла начал свою работу. План беспроводного сообщения, который он представил в 1892 и в 1893 годах, как мы еще увидим, показывает, что своей замечательной концепцией и огромными для своего времени знаниями он намного опередил своих современников.
Когда осенью 1889 года Тесла оставил завод Вестингауза, то сразу же приступил к следующей фазе развития системы переменного тока — он занялся разработкой нового способа распределения энергии посредством высокочастотных переменных токов, которые по своему значению должны были превзойти его многофазную систему, и за два последовавших года изучил принципы, на которых возможно беспроводное распространение энергии. Действие этих принципов он показал с помощью мощных катушек в своей лаборатории. Передача информации, названная позднее «беспроводной связью», явилась лишь одним из аспектов более широкого проекта.
В 1892 году Тесла описал первую электронную лампу, задуманную как детектор в радиосистеме, и показал ее особенности в своих лекциях в Лондоне и Париже в феврале и марте того же года. (Однако, эта лампа была разработана еще в 1890 году.) В феврале и марте следующего, 1893 года в лекциях в Институте Франклина в Филадельфии и на собрании Национальной ассоциации электрического освещения в Сент-Луисе он описал свою систему радиопередачи и детально раскрыл ее принципы.
Электронная лампа Теслы, изобретенная им в 1890 году, явилась прообразом детекторных и усилительных ламп, которые используются сегодня. Демонстрация этой лампы стала событием, занесенным в архивы четырех научных обществ, которым он показывал ее в феврале-марте 1892 года, — это Институт инженеров-электриков и Королевское общество в Лондоне, Общество физиков Франции и Международное общество инженеров-электриков в Париже. На этих лекциях он говорил:
Если где-нибудь в пространстве происходит измеримое движение, такая кисть должна показать его. Это, так сказать, луч света, не имеющий ни трения, ни инерции. Думаю, она может найти практическое применение в телеграфии. С помощью такой кисти можно с любой скоростью посылать сообщения через Атлантику, например, поскольку ее чувствительность может быть настолько высокой, что она будет реагировать на малейшие изменения.
«Кистью» в лампе Теслы был пучок электронов, хотя электрон тогда еще не был открыт. Тем не менее Тесла дал правильное описание его сути и с удивительной точностью объяснил странное явление. Пучок электронов обладал такой чувствительностью, что отклонялся в сторону дугообразного магнита толщиной в 2,5 см, расположенного в 190 см от него.
Пучок, или кисть, отклонялся в противоположную сторону от человека, находившегося на расстоянии многих футов от лампы. А если человек ходил вокруг лампы на расстоянии даже трех метров, пучок тоже начинал вращаться, причем его исходный конец всегда был направлен на движущийся объект. Он колебался от малейшего движения пальцем и даже от напряжения мускула.
В той же лекции 1892 года, на которой он описал эту первую электронную лампу, он показывал и лампы, которые светили, не соединяясь проводами с источником питания (беспроводное освещение), и электродвигатель, работавший точно так же (беспроводное питание). Эти же достижения он демонстрировал и на Колумбийской экспозиции Всемирной ярмарки в Чикаго в начале 1893 года.
Опираясь на весь этот опыт, дававший ему полную уверенность в том, что его система совершенно практична и работоспособна, Тесла на собрании Национальной ассоциации электрического освещения в феврале-марте 1893 года сделал весьма осторожное и консервативное заявление относительно своего плана. Даже на этих лекциях 1893 года он смог провести демонстрацию способа беспроводной передачи информации. В лекционном зале он поместил одну из своих резонансных катушек, увенчанную одной из его электронных «кистевых» ламп, или ламп низкого давления, и заставил ее реагировать на сигналы с той же длиной волны от катушки, находившейся на значительном расстоянии от здания. В его лаборатории подобный эксперимент был самым обычным делом.
Эта установка, однако, имела локальный радиус действия, тогда как он строил планы относительно радиопередачи во всемирном масштабе, для чего требовалась гораздо более мощная аппаратура, чем имелась у него на тот момент. Подать чисто локальный эффект как пример работы системы со всемирным радиусом действия, даже если результаты наблюдений были одинаковы, означало интеллектуальную непорядочность, до которой Тесла не мог опуститься. Но эта демонстрация беспроводной связи была более эффектной и впечатляющей, чем все то, что за более чем шесть последовавших лет показали остальные изобретатели. Описывая свою систему всемирной связи на собрании Национальной ассоциации электрического освещения в 1893 году, он сказал:
В связи с резонансными эффектами и проблемой передачи энергии по одному проводу, которая уже рассматривалась, я хочу сказать несколько слов о том, что постоянно занимает мои мысли и касается всеобщего блага. Я имею в виду передачу информационных сигналов и даже, пожалуй, энергии на любые расстояния без проводов. Я все больше убеждаюсь в практической осуществимости такого замысла. И, хотя я прекрасно знаю, что подавляющее большинство ученых не поверит, что здесь можно быстро получить практические результаты, но думаю, что все согласятся с тем, что успехи, достигнутые за последние годы рядом исследователей, дают основу для размышлений и экспериментов в этом направлении. Убеждение мое окрепло настолько, что я больше не смотрю на проект передачи энергии и информации как на чисто теоретическую возможность, как на серьезную электротехническую задачу, которая должна быть когда-нибудь выполнена.
Идея передачи информации без проводов это естественное следствие самых последних результатов изысканий в области электричества. Некоторые энтузиасты выразили убеждение в возможности телефонной связи на любых расстояниях через воздушное пространство. Мое воображение не заходит так далеко, но я твердо уверен в том, что с помощью мощных машин вполне реально вызывать возбуждения в электростатическом состоянии Земли и таким образом передавать информационные сигналы, а возможно, и энергию. В самом деле, что может помешать осуществлению такого замысла?
Нам известно теперь, что электрические вибрации можно передавать по одножильному проводу. Почему бы нам тогда не воспользоваться для этой цели Землей? Не надо бояться мысли о расстоянии. Утомленному путнику, считающему помильные столбы, Земля может казаться очень большой, но счастливейшему из людей — астроному, — обозревающему небеса и судящему о размерах земного шара с их высот, он кажется очень маленьким. Я думаю, таким же он должен казаться и электротехнику, ибо, когда он думает о скорости, с какой распространяются по земле электрические возмущения, все его понятия о дальности расстояния теряют всякий смысл.
Прежде всего, очень важно узнать, какова емкость Земли и каков ее заряд, если она электризована. Хотя у нас нет явных доказательств существования в пространстве заряженного тела, если рядом нет других тел с противоположным зарядом, весьма вероятно, что Земля является таким телом, поскольку, как бы она ни отделилась — а именно таков общепринятый взгляд на ее происхождение, — она должна была сохранить заряд, как происходит при любом механическом разделении…
Если мы когда-нибудь установим частоту колебаний земного заряда при его возмущении относительно противоположно заряженной системы или известной цепи, то узнаем, возможно, важнейший для повышения благополучия человечества факт. Я предлагаю произвести измерение этой частоты с помощью электрического осциллятора или источника переменных токов.
Один из контактов этого источника будет подсоединен к земле — скажем, к городской водопроводной магистрали, — а другой к изолированному телу с большой поверхностью. Возможно, что внешние проводящие слои атмосферы, или вакуума, несут противоположный заряд и что вместе с Землей они образуют конденсатор большой емкости. В таком случае частота колебаний может быть очень большая, и для эксперимента можно использовать генератор переменного тока. Я преобразовал бы тогда ток в как можно более высокий потенциал и подсоединил бы концы вторичной — высоковольтной — обмотки преобразователя к земле и к изолированному телу. Меняя частоту токов, внимательно следя за потенциалом изолированного тела и отслеживая возмущения в различных близлежащих точках земной поверхности, можно выявить резонанс.
