"ГЕНИЙ, БЬЮЩИЙ ЧЕРЕЗ КРАЙ Жизнь Николы Теслы" - читать интересную книгу автора (ОНил Джон Дж.)*Беспроводная передача информации - это современное осуществление одного из древнейших стремлений человека, который всегда мечтал об устранении расстояний с помощью общения через разделяющее пространство без материальных проводников. Первыми экспериментаторами - главным образом, с телефоном - были энтузиасты, искавшие способ беспроводного электрического сообщения, при котором голос передавался бы через пространство также, как переносится воздухом звук. В 1879 году Дэвид Эдвард Хьюз заметил, что, когда где-нибудь в доме возникает электрическая искра, он слышит в своей телефонной трубке шум. Он проследил этот эффект до действия угольного порошка в контакте с металлическим диском в телефонной трубке: когда, действуя как детектор пространственных волн, порошок слегка слипался, сопротивление всей его массы падало, и в трубке раздавался щелчок. Профессор А.Э. Долбер из Колледжа Тафтса заинтересовался этим наблюдением и в 1882 году построил на этом принципе демонстрационную модель, но без телефонного аппарата. Он использовал индукционную катушку для создания волн и угольный порошок для их обнаружения. Этой есть та самая «беспроводная связь», которую четырнадцать лет спустя «изобрел» Маркони. Эдисон, нанятый компанией «Вестерн юнион телеграф», чтобы уничтожить монополию, связанную с изобретением телефона Беллом, добился успеха в 1885 году, послав «беспроводное» сообщение из движущегося поезда. В поезде был натянут провод, проходивший параллельно телеграфным проводам, тянувшимся вдоль железнодорожного пути. Между проводом в поезде и проводами вдоль пути возникал индукционный эффект, преодолевавший небольшое расстояние между поездом и телеграфной линией, - тот эффект, что становится иногда причиной раздражающего вмешательства в телефонные разговоры или взаимных помех между двумя телефонными линиями, проходящими рядом друг с другом. Приблизительно в то же время подобный эксперимент поставил в Англии У.М. Прис. Но из-за очень коротких расстояний, на которых работают такие системы, они не пригодны для практического применения. Совершенно иной вид беспроводной связи разрабатывался в 1880 и 1881 годах Александером Грейамом Беллом. Его называли «радиофоном», но Белл настаивал на названий «фотофон». Фотофон передавал голос посредством светового луча. Передатчик состоял из очень тонкого стеклянного или слюдяного зеркала, которое вибрировало от звуков голоса. Зеркало отражало луч - как правило, солнечного света - на отдаленное приемное устройство. Простой приемник состоял из химической пробирки, заполненной специальным материалом. Пробирка закрывалась пробкой, из которой выходили две резиновые трубочки, вставлявшиеся в уши. В качестве детектора в пробирке можно было использовать самый разнообразный наполнитель. Когда луч света, несущий вибрации голоса, соприкасался с наполнителем, тот поглощал тепло, а тепло вызывало вибрации воздуха в пробирке, который и воспроизводил голос. В качестве наполнителя Белл также использовал селен, который реагировал на видимые лучи и создавал электрический эффект. Очевидно, что как основа системы беспроводного сообщения результаты этих опытов не имели большого практического значения. 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 соб рании 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. Если, как, по всей вероятности, полагает большинство ученых, период будет крайне малым, тогда генератор не подойдет и придется сконструировать специальный электрический осциллятор. И, быть может, не удастся получить такой высокой частоты. Но удастся это или нет, есть у Земли заряд или нет и какова бы ни была частота ее колебаний, несомненно возможно вызвать электрическое возмущение, достаточно сильное для восприятия специальными приборами в любой точке земной поверхности. И в этом мы убеждаемся ежедневно. Поэтому теоретически не нужно много энергии, чтобы возбудить возмущение, ощутимое на большом расстоянии или даже на всей поверхности земного шара. Абсолютно несомненно, что в любой точке в пределах определенного радиуса от источников возмущения в настроенном соответствующим образом приборе с катушкой самоиндукции и емкостью может возникнуть резонанс. Но это не единственное, что можно сделать. Взяв еще один источник- Думаю, нет сомнений в возможности функционирования в городе электрических приборов, подключенных через почву или водопроводную систему и работающих посредством резонанса от электрического осциллятора, расположенного в центре города. Но практическое решение этой проблемы принесет несоизмеримо меньше пользы человеку, чем осуществление замысла переноса информации или даже энергии на любые расстояния через землю или окружающую среду. Если это вообще возможно, то расстояние теряет свое значение. Но сначала нужно создать специальную аппаратуру, которая позволит разрешить проблему. Много размышляя над этим, я пришел к твердому убеждению, что сделать это можно, и надеюсь, мы доживем до этого. О том же говорил он и в лекции для Института Франклина, на которой произнес и такие слова: Если посредством мощных машин вызвать высокочастотные колебания земного потенциала, то по заземленному проводу, поднятому на определенную высоту, пойдет ток, который можно будет усилить, подсоединив свободный конец провода к предмету определенных размеров… Эксперимент, представляющий огромный научный интерес, лучше всего было бы провести на судне, находящемся в открытом море. Даже если при этом нельзя было бы передавать энергию для питания оборудования, то уж информацию можно было бы передавать наверняка. Таким образом, в этих лекциях Тесла изложил теорию беспроводной связи, которую подтвердил лабораторными экспериментами за три предшествовавших года. Он описал самые необходимые условия, которые будут понятны любому не связанному с техникой человеку, имеющему элементарное представление о принципах радиосвязи. Это: 1) антенна, или направленный вверх провод; 2) заземление; 3)контур из индуктивности и емкости с антенной и заземлением; 4) регулируемая индуктивность и емкость (для настройки); 5)передатик и приемник, настроенные в резонанс друг с другом; 6) ламповые детекторы. А еще раньше он изобрел и громкоговоритель. Это основные принципы радио, которые применяются сегодня в каждом передатчике и приемнике. * Итак, сегодняшнее радио - это плод гения Николы Теслы. Он первым изобрел как систему в целом, так и все ее принципиальные электрические составляющие. Следующим за Теслой человеком, кто, как считается, в значительной степени способствовал изобретению радио, является великий английский ученый сэр Оливер Лодж, но даже он не смог уловить всей нарисованной Теслой картины. В начале 1894 года Лодж поместил искровую петлю Герца в открытый с одного конца медный цилиндр и получил тем самым луч ультракоротких колебаний, которые можно было передавать в любом направлении. Точно так же он сделал и приемник. Поскольку поступающие волны можно было принимать лишь с одного направления, то приемник мог это направление определять. С этим устройством он на два года опередил Маркони. Летом того же года во время демонстрации перед Британской ассоциацией содействия развитию науки в Оксфорде он с помощью усовершенствованного аппарата послал сигналы Морзе между двумя зданиями, отстоявшими друг от друга на несколько сотен футов. Поэтому нет ничего удивительного в том, что Маркони, начавший свои исследования в области беспроводной связи в 1895 году, не произвел особой сенсации в научных кругах Англии, когда прибыл из Италии в Лондон со своим аппаратом, во всех основных чертах напоминавшим устройство, показанное Лоджемещев1894году. Маркони использовал параболический рефлектор, поэтому его аппарат лишь немногим отличался от электрического прожектора, но он ввел альтернативу параболическому излучателю и снабдил как передатчик, так и приемник антенной, или направленным вверх отрезком провода, и заземлением. Именно это Тесла и описал в своем плане, опубликованном за три года до того. Когда Герц ставил свои опыты, чтобы показать общую природу света и длинных электромагнитных волн, он намеренно старался брать самые короткие волны, которые несложно было получать. Они измерялись в дюймах, которые намного меньше метра. Эти волны прекрасно подходили для его экспериментов. Когда же радиоинженеры перенимали его методы, они начинали использовать короткие волны, даже не задаваясь вопросом о длине волны, подходящей для беспроводной связи. Мысль о том, что можно посылать и принимать волны и другой длины, по-видимому, даже не приходила им в голову - всем, кроме Теслы. Тесла в духе истинного ученого не поленился точно повторить опыты Герца и опубликовал полученные результаты, подчеркнув ряд важных особенностей его экспериментальных методов и указав на их недостатки. Проведя эксперименты с широким диапазоном волн высокочастотных токов и изучив свойства каждой части спектра, Тесла установил, что короткие волны совершенно не годятся для связи. Он узнал, что наиболее пригодны волны длиной от 100 до многих тысяч метров и что сочетание индукционной катушки с вибратором Герца9 неприменимо для возбуждения необходимых электрических пульсаций. Даже с самой эффективной на сегодняшний день аппаратурой ученые не могут использовать для связи (кроме особых случаев) ультракороткие волны, которые разумно отверг Тесла и которые из-за своей неопытности пытался использовать Маркони. История последовавших лет развития беспроводной связи - это история отказа от коротких волн Лоджа, Маркони и их последователей и перехода на более длинные волны, описанные Теслой. Это история провала их способа передачи сигналов и замена его более совершенным и высокоэффективным методом Теслы через настройку передатчика и приемника. Это также история принятия незатухающих колебаний Теслы. Кроме того, эти продвигавшиеся на ощупь исследователи видели в беспроводной связи лишь способ передачи сигналов из точки в точку, или от одной станции на другую. Никто из них не мог предвидеть систему широкого радиовещания, которую Тесла описал еще в 1893 году. Однако именно система, задуманная Теслой, и работает сегодня, но кто слышал хотя бы слово о признании Теслы ее основателем? |
||
|