"Никола Тесла. Ложь и правда о великом изобретателе" - читать интересную книгу автора (Образцов Петр)

Глава 5 Высокая частота

После ухода от Вестингауза у Теслы образовалось вполне достаточное количество денег, чтобы поселиться в лучшей гостинице Нью-Йорка, роскошной «Уолдорф-Астории» — сейчас обычай жить в гостиницах переняли российские богачи, а тогда так жили многие не бедные американцы. Тесла арендовал помещение на Гранд-стрит и организовал там лабораторию, посвятив свои исследования высокочастотным токам. Убедившийся и убедивший, в сущности, весь мир в преимуществах, переменного тока, пока еще низкой частоты, изобретатель решил повысить эту частоту до очень больших величин, надеясь в перспективе даже устроить передачу энергии на большие расстояния без использования проводов, одним излучением. Вначале он сконструировал генератор переменного тока со статором из 348 магнитных полюсов, что позволило генерировать ток с частотой 5 тысяч герц, а затем и генератор на 10 тысяч герц. Желание увеличить и эту частоту привело его к пониманию необходимости создания генераторов на иных принципах.

Одним из таких принципов было использование явления резонанса, т. е. резкого возрастания амплитуды колебаний какой-либо механической или электрической системы при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. Действие построенного им генератора электромагнитных колебаний, который иногда называли резонанс-трансформатором, основано на резонансе первичного и вторичного контуров. Если в первых образцах своего устройства Тесле удавалось получить ток с частотой до 50 тысяч герц, то в усовершенствованных машинах Штейнмеца и Александерсона, основанных на предложенных Теслой принципах, были получены токи с частотой до 200 тысяч герц. Попутно Тесла решил еще одну задачу, да так, что это решение используют и сейчас, более ста лет спустя после патента Теслы. Для изоляции катушек сверхвысокой частоты он предложил просто помещать катушку в жидкий диэлектрик — масло, которое сейчас называют трансформаторным.

Важным элементом изобретения Теслы было использование в качестве источника электрических колебаний высокой частоты конденсаторов, а том числе простейшего из них — лейденской банки. Колебательный характер разряда банки (через катушку) был обнаружен еще за пятьдесят лет до работ Теслы, а уже совсем незадолго до начала работ изобретателя над высокочастотным генератором Генрих Герц завершил построение классической электродинамики, опираясь не выводы и уравнения теории Максвелла и представление о всемирном эфире. Открытие электромагнитных волн и доказательство того неожиданного факта, что свет также является электромагнитной волной определенной частоты, привело Теслу к решению заняться проблемой беспроводной передачи электричества.

Параллельно с этим он искал способы защиты от токов высокой частоты и первым догадался, что, возможно, особой защиты и не потребуется. Тесла знал, что постоянный ток с напряжением 120 вольт уже опасен для человека, при больших значениях появляется даже угроза для жизни. Но это относится именно к постоянному току. Если свет, т. е. электромагнитные колебания очень высокой частоты (тысяча триллионов герц), совершенно спокойно переносится человеком, то возможно, что и электрические колебания такой частоты — переменный ток — будут неопасны. Как и подобает настоящему изобретателю, Тесла ставил эксперименты на себе. Для этого он сначала пропускал ток только через пальцы одной руки и обнаружил, что действие электрического тока на организм человека складывается из нагрева и возбуждения нервных клеток. Далее он стал увеличивать напряжение и частоту тока, пропуская его уже через обе руки, — вообще это были очень опасные эксперименты, поскольку Тесла заранее результата все-таки не знал, а при пропускании электротока через обе руки ток проходит, в частности, через сердце. Но все обошлось, и ученый убедился, что при частотах тока более 700 герц никаких болезненных ощущений он не испытывает. То же самое происходит со светом; при частоте электромагнитных волн более тысячи триллионов герц глаз более не видит этих колебаний. В некоторых экспериментах Тесла достигал напряжения в миллион вольт и 100 тысяч герц.

В то же время тепловой эффект тока высокой частоты оставался, и именно тогда Тесла придумал использовать этот эффект для терапии. Электротерапевтические устройства, использующие токи высокой частоты, применяют и сейчас. Кстати, эти токи даже называют «токами Теслы». Высокочастотные колебания можно было использовать и совершенно неожиданным образом: однажды изобретатель увидел, как с окрашенного медного диска, случайно оказавшегося вблизи генератора высокой частоты, мгновенно испарилась краска. То же происходило и с рукой самого Теслы, когда он измазал ее типографской краской, — электромагнитное поле, образующееся вокруг проводника с током высокой частоты, по-видимому, вызывало микроскопические частые колебания предмета и счищало частицы краски. Тесла использовал и это явление для очистки кожи лица от мелкой сыпи, очистки пор и дезинфекции — удаления микробов, покрывающих тело человека. Надо отметить, что независимо от Теслы (и позже его) с токами высокой частоты работал француз Д'Арсонваль и в 1891 году предложил метод высокочастотной электротерапии — дарсонвализацию. «Токи Д'Арсонваля» применяются и сейчас.

Первым патентом Теслы в области генерирования высокочастотного переменного тока был патент под названием «Способ эксплуатации дуговых ламп», в котором он описал генератор, способный вырабатывать ток с частотой 5 тысяч герц. Питание дуговых ламп этим током приводило к кардинальному уменьшению шума при их работе. Можно смело предположить, что использование высокочастотного тока для решения такой, прямо скажем, не самой большой, проблемы дуговых ламп вряд ли было основной задачей изобретателя. Он получил патент в 1890 году, и известно, что уже тогда он задумывался над своей главной идеей в отношении таких токов — а именно, все о той же беспроводной передаче энергии.

Первым и самым заметным, причем в буквальном значении слова, успехом Теслы был опыт, который он, как обычно, поставил на самом себе. В противоположных углах лабораторной комнаты он разместил два металлических диска, к которым подключил свой генератор. Встав посередине комнаты и держа в руках две газоразрядные трубки, он приказал помощнику выключить свет и включить генератор. Вскоре трубки с разреженным газом довольно ярко засветились — так было впервые осуществлено освещение электрическим током без проводов. Впоследствии Тесла всегда сопровождал свои выступления демонстрациями свечения таких трубок и больших ламп, держа их просто в руках и зажигая от отделенного генератора тока высокой частоты. Например, на Колумбовой выставке он представил публике трубки, изогнутые в виде латинских букв, составляющих фамилии великих физиков — Франклина, Герца и самого Гельмгольца, который и был тогда президентом Конгресса по электротехнике. А на собрании Национальной ассоциации электрического освещения он показывал, как при пропускании через собственное тело огромных «доз» электричества из его вытянутых пальцев вырываются искры и даже целые молнии, причем никаких болезненных ощущений ученый не испытывал — разве что легкое покалывание в кончиках пальцев.

Добившись большого успеха в создании и использовании токов высокой частоты, Тесла решил отомстить Эдисону за препятствия в работе и обман с премиальными (см. главу 2 части 3). Полем битвы стала лампочка накаливания Эдисона, к тому времени выпускавшаяся в огромных количествах и казавшаяся незаменимой. Демонстрируя свечение газоразрядных трубок под действием своих токов, он прямо заявил, что самым ненужным элементом в электролампе является именно нить накаливания! Эдисон слабо отбивался, уверяя, что Тесла не открыл ничего особо нового (это неправда) и что тесловские трубки не смогут составить конкуренцию его лампочкам, т. к. дают мертвый белый свет, в отличие от красивого желтоватого ламп накаливания. Нельзя не признать, что этот аргумент Эдисона продолжает действовать и сейчас, хотя люминесцентные лампы — а именно люминесцентные лампы изобрел Тесла, работают годами и потребляют ничтожно малое количество электроэнергии. Первые промышленные образцы этих ламп были созданы незадолго до Второй мировой войны во Франции. Но альтернативой лампам накаливания, КПД которых хорошо если достигает 5 %, стали не простые люминесцентные лампы, а с добавлением паров натрия, которые дают уже вполне сносный желтый цвет и КПД которых 25 %. Кроме того, не так давно появились и люминесцентные лампочки, которые можно вворачивать в обычный электрический патрон. Так что время окончательной победы ламп Теслы еще впереди, а что такая победа состоится, можно быть совершенно уверенным.

Тесла является бесспорно признанным создателем отдельного нового направления в электротехнике — применения токов высокой частоты. Его опыты и устройства произвели на мировое сообщество электротехников огромное впечатление. Даже в далекой России показывались опыты Теслы, причем не кем иным, как одним из создателей радиосвязи Александром Поповым. Оказывается, Попов побывал на Колумбовой выставке, разобрался в устройстве тесловских агрегатов и в 1901 году продемонстрировал их действие е Петербурге на Съезде естествоиспытателей и врачей. Грант Цверава (2) цитирует:

«Особенно эффектно А. С. Поповым были показаны опыты Н. Теслы — кисти искр, вырывающиеся из конца вторичного проводника, достигали почти метровой длины, электрическое поле токов высокого напряжения наполнило всю громадную аудиторию, розданные слушателям пустотные трубки двухметровой длины светились в самых отдаленных углах». В Лондоне изобретатель термоса, сосуда для хранения низкотемпературных жидкостей, Дьюар уговорил Теслу выступить на заседании Королевского общества (в сущности, это английская Академия наук), причем Тесле была оказана великая честь расположить свои устройства для показа опытов на столе, где работал великий Фарадей, и сидеть в его кресле. Вообще-то Тесла не собирался читать лекцию в Английской академии и, будучи большим упрямцем, долго не соглашался с аргументами Дьюара. Но после того, как тот достал не допитую самим Фарадеем бутылку виски и угостил его этим драгоценным напитком, Тесла уже не мог отказаться.

Разумеется, английским академикам понравились эффектные демонстрации Теслы. Однако они были все-таки учеными, а не просто зрителями цирковых представлений, и сумели разобраться в специфике работ изобретателя. Так, лорд Рэлей, сам автор нескольких открытий в физике, говорил Тесле, что ему необходимо прекратить разбрасываться, и сосредоточиться на воплощении в жизнь для начала какой-нибудь одной из его великих идей. Как мы знаем, Тесла не воспользовался советом и несколько десятков его изобретений так и были похоронены в архивной пыли.

После лондонской лекции слава Теслы достигла величайших высот. В Белграде, куда Тесла отправился после лекции, его встретили как национального героя (кстати, в тот момент Тесла уже получил американское гражданство), пригласили на специально созванное заседание правительства, наградили медалью. В его честь была написана ода лучшим тогда югославским поэтом Йовановичем. Но, как известно, нет пророка в своем отечестве. Оказавшись в родной Хорватии, великий изобретатель предложил построить электростанцию на Плитвицких водопадах. Разумеется, она должна была питать столицу Загреб трехфазным переменным током высокого напряжения. Однако хорваты свои первые электростанции построили не на водопадах и на однофазном токе.

Беспроводная передача энергии, реализованная Теслой, привела также к созданию основ технологии индукционного нагрева. В 1898 году в журнале «Электроинженер» Тесла описал обнаруженный им высокочастотный нагрев металлов и изоляторов. Через двадцать лет об этом явлении вспомнил американский изобретатель Нортруп, который когда-то присутствовал на одной из лекций Теслы. Работая над созданием новых способов плавления металлов, желательно без контакта с нагреваемой поверхностью, он построил электропечь с питанием от генератора Теслы.

Привычка не доводить до конца свои исследования лишила Теслу возможности стать открывателем одного из важнейших явлений — рентгеновского излучения. Тесла установил, что в люминесцентных лампах с тугоплавкими электродами, вносимых в поле токов высокой частоты, возникают три вида излучений — видимый белый свет, ультрафиолет и особые лучи, дающие странные отпечатки на экранах в коробочках, помещенных рядом с лампами. Тенеобразное изображение, вызываемое этими особыми лучами, позволяло как бы видеть предметы в непрозрачных ящиках. Сейчас мы понимаем, что изобретатель обнаружил то, что довольно скоро, в 1895 году, подробно исследовал и описал Рентген. После публикации наблюдений Рентгена и прочтения этой статьи Тесла вернулся к экспериментам с особыми лучами и даже, судя по всему, одним из первых предложил использовать рентгеновские лучи для обнаружения новообразований и скрытых переломов костей конечностей и других частей скелета человека. Он также предположил, что эти лучи могут стать даже и средством лечения, но это не подтвердилось. Наоборот, лишь через немалое количество времени выяснилось, что «рентген» довольно вреден, и сейчас им стараются не злоупотреблять.

Интересно, что самому Рентгену очень пригодились высокочастотные генераторы Теслы. Он сообщал, что использование этих генераторов в рентгеноскопии значительно упростило конструкцию рентгеновских установок и резко повысило безопасность работы с высокочастотными токами. Тесла же научился получать гораздо более четкие и эффектные фотографии в рентгеновских лучах, поразившие самого Рентгена, который получил их от изобретателя.

Отметим, что эти эксперименты Тесла проводил в новой лаборатории, которую построил на кредит от «Компании Ниагарских водопадов». Дело в том, что его старая и лучше всего оборудованная лаборатория на 5-й авеню Мэнхэттена сгорела весной 1895 года. Пожар уничтожил почти все здание, практически все приборы и бумаги Теслы, погибли его механический осциллятор (генератор), новый метод беспроволочной передачи сигналов на далекие расстояния (радио), новый метод электрического освещения и метод исследования природы таинственного явления электричества (в те годы еще не был открыт даже электрон!). Однако изобретатель заявил, что он держит все свои записи в памяти и вскоре их восстановит. Безвозвратно погибли лишь письма из дома и бюст его матери. Почему Тесла возил всюду с собой бюст матери, а не фотографию — не ясно. Фрейдист бы тут разыгрался на славу.

По счастливой случайности, сам Тесла не пострадал при пожаре, поскольку той ночью он не стал задерживаться в лаборатории и спокойно спал в гостинице. «Две готовых развалиться кирпичные стены и разверстая пропасть, полная черной воды и дымящегося масла, — вот что можно было увидеть в то роковое утро. Больше ничего не осталось от лаборатории, которая для всех, кто посещал ее. была одним из самых интересных мест на земле», — так писала газета. Чтобы хоть немного подбодрить Теслу, сербский Союз почт и телеграфа произвел сенсацию, соединив проходившие одновременно концерты в двух разных городах страны «громкой» телефонной связью, так что их могли слушать жители обоих городов. Союз отправил об этом сообщение Тесле в Нью-Йорк, ошибочно полагая, что телефон изобрел их соотечественник, хотя это был Александр Белл (в 1876 году), а Тесла лишь сделал некоторые усовершенствования к его схеме передачи звука по проводам.

По городу тут же разнеслись слухи, что пожар в лаборатории организовали люди Эдисона. Благородный Тесла сразу же отверг эти предположения, назвав своего бывшего начальника слишком порядочным человеком и великим изобретателем, который не мог бы опуститься до такой низости. Стоит отметить, что в некоторых враждебных Тесле изданиях появились и намеки противоположного характера, а именно, что Тесла не случайно ушел так необычно для себя рано из лаборатории и что не он ли ее сам… Для чего? А чтобы свалить на пожар вину за не выполненные им обещания предоставить общественности новые фантастические изобретения. Следует признать, что некоторая доля иезуитской логики в таком предположении есть, но верить в это не хочется. Еще и потому, что в том, 1895 году, Тесла еще не давал множества тех полубезумных обещаний, которые уверили многих специалистов в электротехнике, что их коллега помрачился в разуме. При этом он больше ничего не поджигал — разве что через несколько лет сжег генератор электростанции в Колорадо, но исключительно из-за ошибок в расчете мощности. К тому же он сам этот генератор и починил. Противоречит этой некрасивой версии и тот факт, что помещение и оборудование не были застрахованы, а убытки составили от четверти миллиона до миллиона долларов, — правда, это оценки самого Теслы, который всегда был склонен преувеличивать стоимость своей аппаратуры. Забегая несколько вперед, приведем ответы изобретателя на процессе по поводу долгов за землю под его станцию на Лонг-Айленде и за проживание в «Уолдорф-Астории». Владелец земли и администрация гостиницы были уверены, что станция фактически принадлежит им, и перепродали землю, а башню-передатчик Теслы просто снесли и продали ее детали за гроши. Тесла же считал, что цена его оборудования составляла не менее 350 тысяч долларов. Когда его спросили, помнит ли он день передачи собственности, он ответил, что да. Он отчетливо помнит, как сообщил арендодателю, что станция стоит очень дорого и по сравнению с ее стоимостью его долги — просто пустяк, и что он ожидает от станции дохода до 30 тысяч долларов в день, если она будет достроена. И это об установке, которая никогда не работала и не заработала бы в соответствии с идеями Теслы, поскольку идеи были полностью ошибочными. Конечно, можно сказать, что Тесла не знал об их ошибочности, но строить дорогущую станцию для передачи энергии через Землю, не имея ни одного мало-мальского экспериментального доказательства справедливости своей теории, по меньшей мере неразумно.

Приведем еще один важный аргумент против выдумок желтой прессы. Согласно полицейскому протоколу, пожар начался не в лаборатории, а на нижнем этаже, в прачечной. Существует достаточно убедительная версия, что во всем был виноват ночной сторож, который курил около мусорного ведра с промасленной ветошью и стряхивал пепел в это ведро.

Новая лаборатория была готова уже в следующем году, и Тесла мог бы воспользоваться предложением одного из руководителей Ниагарской компании о получении еще одного кредита, если изобретатель примет на работу его сына. Известный своим крайним индивидуализмом и неумением работать в коллективе, Тесла отказался от выгодного предложения. Не внял он и советам коллег о необходимости довести до практической реализации хотя бы одного из своих изобретений, которое могло бы дать ему постоянный доход. Например, он мог бы применить уже разработанную им радиосвязь для сообщений о ходе международных яхтенных состязаний, проводящихся вблизи Нью-Йорка. Великий изобретатель не хотел терять время на такие, как он считал, мелочи и стремился разработать всемирную систему применения токов высокой частоты. В принципе, он хотел создать систему передачи не слабых телеграфных или телефонных сигналов, но больших количеств энергии, достаточных для питания двигателей и других мощных электрических устройств.

В те годы не существовало способов получения значительных мощностей на коротких волнах. А передача энергии для силовых целей не может проводиться так же, как передача радиосообщений. Радиоволна не в состоянии выполнить заметную работу, в приемнике ее приходится усиливать с использованием сетевого или аккумуляторного электричества. Тесла полагал, что он сможет передавать электроэнергию без проводов и с малыми потерями, используя колебания потенциала земного шара, однако эти его идеи «основаны на недоразумениях и ошибках», как сказано в предисловии к (3). Другое дело, что алхимик Бранд искал философский камень в моче и камня не нашел, зато открыл элемент фосфор. Так и Тесла в своих опытах по передаче электроэнергии открыл принципы работы целого ряда новых электротехнических аппаратов.