Текст книги "Никола Тесла. Изобретатель будущего"

Визит в компанию Westinghouse

Тесла отправился в Питтсбург в июле 1888 года, чтобы запустить производство электродвигателя переменного тока по своему проекту. В то время как Тесла уехал в Питтсбург, Жигети остался в Нью-Йорке, где продолжал работать над несколькими моторными патентами, которые не предназначались для Вестингауза{287}287
  NT, «Electromagnetic Motor», U. S. Patent 524,426 (filed 20 October 1888, granted 14 August 1894; «Electrical Transmission of Power», U. S. Patent 511,559 (filed 8 December 1888, granted 26 December 1893); «System of Electrical Power Transmission», U. S. Patent 511,560 (filed 8 December 1888, granted 26 December 1893); NT, Motor Testimony, 424.


[Закрыть].

В Питтсбурге Тесла работал в тесном сотрудничестве с Шелленбергером и другими инженерами компании Westinghouse и проникся большим уважением к Джорджу Вестингаузу. «Мне нравится думать о Джордже Вестингаузе, – писал Тесла, –

таком, как я узнал его в 1888 году… Крепкого телосложения, пропорциональный и мускулистый, с кристально ясными глазами, быстрой и эластичной походкой – он являл собой редкий пример здоровья и силы. Словно царь зверей, он глубоко и восторженно вдыхал дымный воздух своих фабрик. Тогда ему было всего сорок и он был полон молодого энтузиазма. Всегда улыбающийся, приветливый и вежливый, он разительно контрастировал с грубыми и заматерелыми мужчинами, которые мне встречались. Ни единого неоднозначного слова, ни единого обидного жеста… И все же трудно себе представить более жестокого противника, чем Вестингауз, если кто-то переходил ему дорогу. Атлет в обычной жизни, он превращался в гиганта, как только сталкивался с непреодолимыми на первый взгляд трудностями. Он наслаждался борьбой и никогда не терял уверенности. Когда другие в отчаянии сдавались, он одерживал победу. Если бы он попал на другую планету, где все было бы против него, он нашел бы возможность спастись»{288}288
  [NT] to the Electrical World, 1914, Box 18, Folder 4, KSP.


[Закрыть].

Первоначально Тесла работал над улучшением двух многофазных двигателей, которые он привез с собой из Нью-Йорка, ожидая, что Вестингауз разработает совершенно новую многофазную систему с использованием четырех проводов для соединения генераторов и двигателей. Так как его двигатели работали лучше всего на низких частотах, Тесла установил частоту 50 Гц и экспериментировал с новыми конструкциями трансформаторов{289}289
  NT, Motor Testimony, 237-38, 365–66.


[Закрыть].

Вестингауз, однако, надеялся, что один из двигателей Теслы мог бы использоваться, чтобы привести в действие трамваи и работать от существующих однофазных двухпроводных сетей. В то время системы Вестингауза работали на 133 Гц, чтобы потребители не жаловались на мерцание ламп накаливания. Хотя он считал, что его идеальный двигатель был многофазной версией, работающей на 50 Гц, Тесла согласился разработать версию двигателя с расщепленной фазой, которая могла быть запущена в производство. Чтобы адаптировать его двигатель, Тесла и инженеры компании Westinghouse сделали несколько конструктивных изменений, включая увеличение количества медного провода в роторах, а также замену сердечников ротора и статора из кованого железа на сердечники из мягкой бессемеровской стали. Замена одних только стальных сердечников удвоила производительность типичного двигателя, и Westinghouse Company много лет ревниво оберегало это открытие как коммерческую тайну. Тесла также сотрудничал с главным проектировщиком Westinghouse Альбертом Шмидтом в разработке стандартного каркаса статора, который было бы легко отливать и механизировать процесс его производства. Работая над этими изменениями, Тесла готовил патенты для Вестингауза, и в 1889 году он подал пятнадцать заявок; с точки зрения патентов это был самый продуктивный год в его карьере{290}290
  NT, Motor Testimony, 333-34; NT, Radio Testimony, 63–65.


[Закрыть].

На основе этих конструктивных изменений Westinghouse Company построила от 500 до 1000 двигателей Теслы с расщепленной фазой в начале 1889 года, но не известно, сколько из этих двигателей было на самом деле отгружено. Вместо того чтобы устанавливать их в трамваях, Вестингауз первоначально продал их для использования в горнодобывающем оборудовании{291}291
  «The Hercules Mining Machine and Tesla Motor», Electrical World 15 (1 February 1890): 77 in TC 2:40.


[Закрыть]. Кроме того, компания решила использовать в этих двигателях графитовые подшипники, которые, по мнению Теслы, перегревались и были неподходящими. Когда Вестингауз не последовал его совету и начал отгружать эти двигатели, Тесла решил, что настало время уезжать.

Разочарованный, Тесла покинул Вестингауза в августе 1889 года и поехал в Европу, чтобы посетить Парижскую выставку. Тесла порекомендовал Вестингаузу передать дальнейшую работу над двигателями переменного тока в руки его помощника, Чарльза Скотта. Выпускник инженерно-технического факультета Университета штата Огайо, Скотт начинал со смазывания динамо для Теслы, но изобретатель был впечатлен усердием и живым умом Скотта{292}292
  NT, Motor Testimony, 233-34, 283-84, 363–64.


[Закрыть]. (Мы возвратимся к истории с двигателем Теслы в компании Westinghouse в главе IX.)

Размышления об иллюзии

Опыт Теслы с электродвигателем переменного тока показывает центральную роль, которую иллюзия играет в процессе технического прогресса. Электродвигатель переменного тока Теслы не был «автоматически» принят Вестингаузом и электротехническим сообществом лишь потому, что он технически превосходил другие электродвигатели; на самом деле двигатель Теслы потребовал нескольких лет серьезной доработки, прежде чем мог использоваться в промышленности. Скорее, Тесла и его покровители преуспели в продвижении двигателя – они создали правильные иллюзии. Под руководством Пека и Брауна Тесла подал «правильные» патенты, заручился «правильным» техническим заключением от профессора Энтони, сделал «правильную» презентацию перед аудиторией Американского института инженеров-электриков и создал необходимый общественный резонанс в технической прессе. Как только о них пошла «молва», Пек знал, как играть с Вестингаузом и его партнерами, чтобы продать патенты по максимально возможной цене. Очевидно, что продвижение двигателя Теслы строилось не на голых неопровержимых фактах, а на гармоничном сочетании правильно подобранной информации и умелого предложения.

История Теслы с его электродвигателем учит нас развивать более сложные стратегии в бизнесе и выборе технологий. Принимая решение относительно неопределенных технологий, изобретателям и предпринимателям зачастую приходится экстраполировать знания о текущих технологиях и рынках на то, что может произойти в будущем. От экономистов историки научились говорить об этой ситуации с точки зрения ограниченной рациональности и траектории развития{293}293
  Herbert Simon, «A Behavioral Model of Rational Choice», in Models of Man, Social and Rational: Mathematical Essays on Rational Human Behavior in a Social Setting (New York: Wiley, 1957); Paul David, «Clio and the Economics of QWERTY», American Economic Review 75 (1985):
  332-37.


[Закрыть]. Такие концепции дают понять, как определенные контекстуальные факторы влияют на принятие ключевых решений. И все же эти концепции не принимают во внимание то, как реальные люди, подобно Тесле и Пеку, создавали стратегии и принимали технологические решения. Тщательно формируя общественное мнение о двигателе Теслы, они изменили точку зрения инженеров-электриков на двигатели в коммунальном хозяйстве и таким образом создали «пространство» для изобретения Теслы. В который раз решающую роль сыграло не то, что люди говорят, а то, как их воспринимают другие. Иллюзии играют значительную роль в нашем представлении о «реальном» мироустройстве.

Глава VI
Поиски нового идеала
(1889–1891)

К августу 1889 года Тесла укрепился в решимости покинуть Вестингауза. Он подал прекрасную идею для создания двигателя переменного тока, пускай другие разрабатывают детали. Он был готов идти дальше, к новым вершинам.

Живя за счет средств, заработанных у Вестингауза, Тесла отправился в Европу тем летом в составе делегации от Американского института инженеров-электриков на Congrès International des Electriciens[54]54
  Международный конгресс инженеров-электриков (фр.).


[Закрыть]. Этот Конгресс проводился совместно с Exposition Universelle[55]55
  Всемирная выставка (фр.).


[Закрыть] в Париже, и таким образом Тесла имел возможность посетить многочисленные электротехнические выставки, а также церемонию открытия Эйфелевой башни{294}294
  Ralph W. Pope to NT, 15 August 1889, Notecards, KSP; Jill Jonnes, Eiffel’s Tower: And the World’s Fair Where Buffalo Bill Beguiled Paris, the Artists Quarreled, and Thomas Edison Became a Count (New York: Viking, 2009).


[Закрыть]. В Париже Тесла попал на открытую лекцию молодого норвежского физика Вильгельма Бьеркнеса[56]56
  Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес (норв. Vilhelm Friman Koren Bjerknes; 1862–1951) – норвежский физик и метеоролог, основатель Бергенской (фронтологической) научной школы в метеорологии.


[Закрыть] о вибрирующих диафрагмах. Вероятно, именно Бьеркнес познакомил Теслу с электромагнитными волнами, открытыми Генрихом Герцем. В 1887 году Герц сообщил, что обнаружил электромагнитные волны, которые Джеймс Клерк Максвелл предсказал в своей теоретической работе по электричеству и магнетизму. Бьеркнес приехал в Париж, чтобы посетить лекции Анри Пуанкаре по электродинамике, и впоследствии провел два года в Боннском университете в качестве помощника Герца. Вместе, Герц и Бьеркнес, изучили резонанс в колебательных контурах{295}295
  O’Neill, Prodigal Genius, 99; NT, «On the Dissipation of the Electrical Energy of the Hertz Resonator», Electrical Engineer 14 (21 December 1892): 587-88 in Ratzlaff, Tesla Said, 22-23; entry for Bjerknes, Dictionary of Scientific Biography, 16 vols., ed. C. C. Gillespie (New York: Scribner, 1970–80), 2:167-69.


[Закрыть].

Уставший от приземленных инженерных работ в компании Westinghouse, Тесла вдохновился открытием Герца: «как так много освежающих ягод нашел на дороге утомленный странник». Электромагнитные волны показались Тесле непаханым полем, и, как он поэтично выразился в 1899 году, «поездка еще не закончена, а силы путника на исходе. Он жаждет более сладких ягод и с тревогой вопрошает: «Следовал ли этим путем кто-то до меня?»{296}296
  NT, «Some Experiments in Tesla’s Laboratory with Currents of High Potential and High Frequency», Electrical Review (NY), 29 March 1899, 193-97, 204 in TC 14:74-83, http://www.teslauniverse.com/nikola-tesla-article-some-experiments-in-teslas-laboratory-with-currents-of-high-potential-and-high-frequency (hereafter cited as NT, «1899 Experiments»).


[Закрыть].

В течение нескольких месяцев своего пребывания в Питтсбурге Тесла продолжал платить арендную плату за свою лабораторию, чтобы у Жигети было место, где он мог продолжить работу над устройствами Теслы. Когда Тесла возвратился в Нью-Йорк, он стал работать в новой лаборатории на Гранд-стрит, 175. Эта лаборатория состояла из одной комнаты, разделенной перегородками. Покровитель Теслы Браун жаловался, что пространство было слишком маленьким для той работы, которую он задумал. Сменив лабораторию, Тесла переехал жить в «Астор Хаус» на Бродвее, между улицами Баркли-стрит и Визи-стрит. «Старомодное и консервативное учреждение», «Астор» был ведущим отелем в центре Манхэттена{297}297
  NT, Motor Testimony, 323-25; King’s Handbook of New York City, 1893, 2 vols. (Boston: Moses King, 1893; repr., New York: Benjamin Blom, 1972), 1:233.


[Закрыть].

Для помощи в экспериментах на Гранд-стрит Тесла собрал небольшую команду мастеров. Наряду с немецко-американским стеклодувом Дэвидом Хиргезеллем Тесла нанял двух механиков, венгра по имени Чарльз Леонхардт и Ф. В. Кларка, который работал в компании Brown & Sharpe Works. Тесла также нанял Пола Нойеса, который помогал в работе над системой дугового освещения в Рэуэе{298}298
  NT, Radio Testimony, 12.


[Закрыть].

Ключевой персоной среди работников на Гранд-стрит был, конечно, Жигети. Он оставался верен Тесле в течение девяти лет, следуя за ним от Будапешта до Парижа, Страсбурга и Нью-Йорка. Тесла ценил рекомендации Жигети в лаборатории. «Он был, – объяснял Тесла, – человеком большой изобретательности и интеллекта и занимался установкой электрических аппаратов еще до приезда в Америку. Он не был таким же сильным теоретиком, как я, но мог полностью понять любую идею». К настоящему времени Жигети был больше, чем просто сотрудник, которому доверяют. Как сказал Тесла позже, «на протяжении всей нашей совместной работы он был моим очень близким другом, и я относился к нему так хорошо, как только мог»{299}299
  NT, Motor Testimony, 320–21.


[Закрыть].

В то время Тесла продолжал сотрудничать с Tesla Electric Company, фирмой, организованной Пеком и Брауном. В марте и апреле 1890 года Тесла зарегистрировал три дополнительных патента на электродвигатели переменного тока и ассигновал их этой компании. Это были последние патенты, которые он ассигновал компании, держателем всех последующих моторных патентов был сам Тесла{300}300
  NT, «Alternating-Current Electro-Magnetic Motor», U. S. Patent 433,700 (filed 25 March 1890, granted 5 August 1890); «Alternating-Current Motor», U. S. Patent 433,701 (filed 28 March 1890, granted 5 August 1890); and «Electro-Magnetic Motor», U. S. Patent 433,703 (filed 4 April 1890, granted 5 August 1890).


[Закрыть]. К сожалению для Теслы, Пек заболел и переехал в Эшвилл, Северная Каролина, в надежде восстановить там здоровье. Пек умер летом 1890 года{301}301
  Will of Charles F. Peck, Bergen County Wills 7893B, W 1890, Wills and Inventories, ca. 1670-1900, Department of State, Secretary of State’s Office, New Jersey State Archives, Trenton, NJ.


[Закрыть]. Несмотря на то что Тесла продолжал советоваться с Брауном следующие несколько лет, Браун не обладал деловой проницательностью Пека, которая способствовала предыдущему успеху Теслы с электродвигателем переменного тока.

В поисках нового поля для исследования в своей лаборатории на Гранд-стрит Тесла руководствовался степенью общего развития электротехнической науки и технологии. Он считал, что исследование электричества могло быть продолжено по трем основным направлениям: высокое напряжение, сильные токи или высокие частоты. Как он заметил, «существовали миллионы вольт неосвоенного электрического напряжения, которые открывали прекрасные возможности при условии их практического применения. Существовали токи в сотни тысяч ампер, которые поражали воображение своими удивительными эффектами, и самыми интересными и привлекательными из всех были мощные электрические колебания с их таинственным воздействием на расстоянии». Из этих трех направлений Тесла решил, что самым многообещающим было наименее исследованное, а именно высокочастотные явления. Он чувствовал, что в этой области мог бы сделать вклад не только в технологии, но также и в теоретическую науку. «Что может быть лучше, – спрашивал Тесла, – чем изобретение методов и поиск средств, которые позволят ученым далеко продвинуться в исследовании этих малоизученных областей?»{302}302
  NT, «1899 Experiments», 194.


[Закрыть]

Обратившись к изучению высокочастотных явлений, Тесла мог опираться на устройства, которые он уже начал разрабатывать ранее. В преддверии поездки в Питтсбург в 1888 году он начал размышлять о том, как внедрить его двигатели в существующие системы Вестингауза, которые использовали однофазный переменный ток с частотой 133 Гц. Одновременно Тесла хотел увеличить скорость своих двигателей. Чтобы решить эти две проблемы, Тесла спроектировал новый генератор переменного тока. Чтобы получить более высокие частоты, он увеличил число полюсов в статоре с четырех до двадцати четырех. Так как его двигатели были синхронными – то есть работали с той же скоростью, что и генератор переменного тока, – Тесле необходимо было придумать такую новую конструкцию генератора, которая могла бы поворачиваться с относительно высокой скоростью. Увеличивая и количество полюсов и скорость в этом генераторе переменного тока, Тесла мог генерировать токи в 2000 Гц{303}303
  NT, Radio Testimony, 1.


[Закрыть].

Но теперь в своей лаборатории на Гранд-стрит Тесла задавался вопросом, какие новые изобретения могут быть разработаны с использованием тока с частотой 10 000 или 20 000 оборотов. Чтобы добиться этих частот, Тесла в 1890 году создал несколько генераторов переменного тока с сотнями электромагнитов в роторе и статоре. Эти электромагниты должны были иметь тщательно продуманную форму в связи с тем, что быстрое изменение направления тока приводило к нежелательному нагреванию их железных или стальных сердечников. Тесла сравнил борьбу за максимизацию напряжения тока при минимизации нагрева с «всецело вагнеровской оперой», в которой изобретатель изо всех сил боролся «между Сциллой и Харибдой»{304}304
  NT, «Phenomena of Alternating Currents of Very High Frequency», Electrical World 17 (21 February 1891): 128-30, on 128 in TC 2:119–22.


[Закрыть]. Чтобы заставить эти генераторы работать со скоростью до 20000 об/мин, Тесла сделал некоторые роторы в форме спицевого колеса и переделал подшипники и другие механизмы. В этой работе Тесле пригодился опыт, который он получил при разработке динамо и двигателей для компаний Edison Machine Works и Westinghouse{305}305
  NT, Radio Testimony, 1–19.


[Закрыть].

Тесла исследовал возможность применения своих высокочастотных генераторов в дуговом освещении и распределении электроэнергии. В начале 1890-х годов дуговые лампы, которые широко использовались для уличного освещения, работали только от постоянного тока; питаясь от сети переменного тока, они издавали раздражающий шипящий звук, соразмерный частоте переменного тока. Однако, когда использовался высокочастотный переменный ток, шипение было за гранью обычного слухового восприятия, и эксплуатация дуговых ламп на цепях переменного тока стала возможна. В результате Тесла запатентовал свой первый высокочастотный генератор как метод эксплуатации дугового освещения{306}306
  NT, «Method of Operating Arc Lamps», U. S. Patent 447,920 (filed 1 October 1890, granted 10 March 1891) and «Alternating Current Generator», U. S. Patent 447,921 (filed 15 November 1890, granted 10 March 1891).


[Закрыть].

Изобретение катушки Теслы

При разработке своих генераторов Тесла повторил эксперименты Герца с электромагнитными волнами, поскольку в Париже он «зажегся праведным огнем энтузиазма и горел желанием созерцать чудо моими собственными глазами»{307}307
  14. NT, «The True Wireless», Electrical Experimenter, May 1919, pp. 28–30ff., on 28.


[Закрыть]. Этот энтузиазм привел к созданию одного из его самых известных изобретений: катушки Теслы.

В своих классических экспериментах, чтобы произвести и обнаружить электромагнитные волны, Герц использовал мощную индукционную катушку, связанную с батареей, токопрерывателем и искровым разрядником. Чтобы оценить эксперименты Герца, сначала необходимо понять, как работала эта индукционная катушка. Известная как катушка Румкорфа, индукционная катушка состояла из двух обмоток – одной с толстым проводом и другой с тонким, – которые были тщательно изолированы друг от друга с помощью парафина или гуттаперча и обмотаны вокруг общего железного сердечника. Как и в трансформаторе, толстая обмотка называлась первичной, а тонкая обмотка – вторичной. Батарея и токопрерыватель были подсоединены к первичной катушке, а искровой разрядник – к вторичной.

Как и в трансформаторе, изменение тока заставляло индукционную катушку производить высоковольтные искры. Следовательно, каждый раз, когда токопрерыватель размыкал или замыкал цепь, количество тока, поступающего от батареи в первичную обмотку, изменялось и заставляло электромагнитное поле вокруг первичной катушки расширяться или сокращаться. Поскольку магнитное поле первичной катушки изменялось, это вызвало ток во вторичной катушке. Из-за разной толщины провода во вторичной катушке было больше витков, чем в первичной, что значительно увеличивало напряжение тока во вторичной обмотке. Поскольку напряжение во вторичной катушке было таким высоким, оно могло ионизировать воздух в искровом разряднике и вызвать искру между терминалами. Тщательно сконструированные индукционные катушки могли производить искры, которые проскакивали через шестнадцатидюймовый разрядник{308}308
  von Urbanitzky, Electricity in the Service of Man, 195-98.


[Закрыть]. В середине XIX века физики использовали индукционные катушки, чтобы производить большое количество электрических зарядов для изучения электростатических эффектов.

Но вернемся к Герцу. До 1887 года он провел несколько экспериментов с индукционной катушкой, в которой он генерировал серию искр во вторичной обмотке каждый раз, когда токопрерыватель размыкал первичную цепь в его аппарате. Как напоминает нам выдающийся историк радио Хью Эткин, эти искры «представляли собой внезапный порыв электрического тока – точнее, вид ускорения электрического тока, который, согласно уравнениям Максвелла, создавал электромагнитное излучение»{309}309
  Hugh G. J. Aitken, Syntony and Spark: The Origins of Radio (New York: John Wiley, 1976; rep., Princeton: Princeton University Press, 1985), 52-53.


[Закрыть]. Герц заметил, что каждый раз, когда в индукционной катушке возникали искры, он также мог обнаружить искры повсюду в своей лаборатории, используя медное кольцо с искровым зазором. Тщательно подбирая диаметр этого кольца и корректируя положение латунных шаров по обе стороны от искрового промежутка на вторичной катушке, Герц смог показать, что его аппарат генерировал электромагнитные волны, которые распространялись в пространстве и были обнаружены с помощью его кольца{310}310
  Там же, 53-57. The definitive study of Hertz is Jed Z. Buchwald, The Creation of Scientific Effects: Heinrich Hertz and Electric Waves (Chicago: University of Chicago Press, 1994).


[Закрыть].

В 1890 году Тесла повторил эксперименты Герца и, вероятно, был первым исследователем в Америке, который это сделал. Не удовлетворенный аппаратом, который использовал Герц, Тесла изменил экспериментальную установку{311}311
  NT, «The True Wireless», 28.


[Закрыть]. Очевидной мерой была замена механического токопрерывателя его высокочастотным генератором. Вместо того чтобы использовать аппарат, производящий несколько сотен оборотов в секунду с помощью механического токопрерывателя, почему бы не использовать 10 000–20 000 оборотов от его генератора переменного тока? Тесла скоро обнаружил, что с увеличением частоты возрастало и количество производимого тепла, которое расплавляло парафиновую или гуттаперчевую изоляцию между первичной и вторичной обмотками в индукционной катушке. Чтобы решить эту проблему, Тесла внес два изменения. Во-первых, он избавился от изоляции и вместо этого сделал воздушный зазор между первичной и вторичной обмотками индукционной катушки. Во-вторых, чтобы решить проблему перегрева железного сердечника в обмотке индукции, он придумал модификацию с подвижным железным сердечником. Перемещая сердечник, Тесла обнаружил, что может корректировать индуктивность первичной катушки{312}312
  NT, «Alternating Currents of Short Period», 128 and NT, «Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination», a lecture delivered before the AIEE at Columbia College, 21 May 1891 in TCM, Inventions, Researches and Writings, 145-97, on 170-71 (hereafter cited as NT, 1891 Columbia lecture).


[Закрыть].

Тесла также столкнулся с проблемой с конденсатором, который часто использовался совместно с индукционными катушками. Чтобы увеличить силу искры, производимой вторичной обмоткой, исследователи (начиная с Армана Физо[57]57
  Арман Ипполит Луи Физо (фр. Armand-Hippolyte-Louis Fizeau; 1819–1896) – французский физик, член Парижской АН (1860).


[Закрыть] в 1853 году) обычно помещали лейденскую банку или конденсатор в шунте вокруг искрового промежутка вторичной катушки. Тесла определил, что из-за быстрого переключения тока в высокочастотном генераторе этот конденсатор часто противодействовал самоиндукции вторичной катушки и прожигал обмотку. В ответ на это Тесла переместил конденсатор в его аппарате между генератором и первичной катушкой. Кроме того, он сделал этот конденсатор регулируемым{313}313
  Aitken, Syntony and Spark, 54; NT, «Alternating Currents of Short Period», 128; NT, «The True Wireless», 28.


[Закрыть]. Изменение расположения конденсатора и катушек было довольно естественным для Теслы; при разработке своих двигателей с расщепленной фазой он использовал комбинации индукционных катушек, резисторов и конденсаторов, чтобы расщепить и распределить входящий ток по разным фазам{314}314
  В 1868 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал математический анализ взаимодействия конденсаторов и катушек индуктивности в цепях, но нет свидетельств того, что Тесла знал об этой предшествующей работе; см.: Julian Blanchard, «The History of Electrical Resonance», Bell System Technical Journal 20 (1941): 415-33, on 419-20, http://www.alcatel-lucent.com/bstj/vol20-1941/articles/bstj20-4-415.pdf.


[Закрыть].

Таким образом, Тесла обнаружил, что путем регулировки конденсатора и индукционной катушки возможно повысить частоту еще больше. Ученые-электротехники первоначально предполагали, что, когда конденсатор разряжался, электричество просто перетекало от одной пластины к другой, как вода, вытекающая из резервуара. Однако в 1856 году британский физик сэр Вильям Томсон математически доказал, что разряд конденсатора имел вибрирующий характер{315}315
  Там же, 417-18.


[Закрыть]. Так же как если спустить вертикальную пружину с грузом, она будет колебаться вверх и вниз, электрический заряд пульсирует вперед-назад между пластинами в конденсаторе до тех пор, пока не рассеется запас энергии и по цепи не начнет течь высокочастотный ток{316}316
  NT, Radio Testimony, 48-50; O’Neill, Prodigal Genius, 90. Тесла также подал патентную заявку на идею использования вибрационного разряда конденсаторов; см. «Method of and Apparatus for Electrical Conversion and Distribution», U. S. Patent 462,418 (filed 4 February 1891, granted 3 November 1891).


[Закрыть].

Чтобы в полной мере воспользоваться вибрирующим характером разряда конденсатора, Тесла тщательно скорректировал индукционную катушку. Так же как конденсатор может считаться электрическим эквивалентом пружины с грузом, индукционная катушка может быть рассмотрена как эквивалент маятника. Когда переменный ток течет через первичную обмотку, ток во вторичной обмотке колеблется между максимальным и минимальным значениями, подобно тому как шарик на механическом маятнике раскачивается из стороны в сторону. Тесла выяснил, что если сделать так, чтобы каждый электростатический разряд, или «толчок», совпадал с максимальным значением индуцированного тока, то можно увеличить напряжение тока, производимого индукционной катушкой. Так же как можно увеличить размах механического маятника, слегка подтолкнув его в точке наибольшего отклонения, Тесла отрегулировал свой конденсатор и индукционную катушку так, чтобы каждый «толчок» происходил в то время, когда ток в индукционной катушке достигал своего максимума. При этом Тесла использовал принцип резонанса – так, одна часть цепи будет усиливать другую часть цепи схемы и таким образом повысится производительность. Создавая резонанс, регулируя конденсатор и индукционную катушку, Тесла вскоре научился производить ток, который менял направление до тридцати тысяч раз в секунду{317}317
  Реджинальд О. Капп использовал метафору электромагнитного маятника для объяснения принципа работы осцилляторного трансформатора Теслы в «Tesla’s Lecture at the Royal Institution of Great Britain, 1892», in NTM, Tribute to Nikola Tesla, ed. V. Popovich (Beograd: NTM, 1961), A300–A305, on A302.


[Закрыть]. Очарованный тем, что резонанс мог создать такие мощные эффекты, Тесла искал другие области применения резонанса, и это быстро стало новым идеалом, направляющим его работу по исследованию высокочастотных явлений.

Совместив знание о вибрирующей природе разряда конденсатора с принципом резонанса, Тесла получил изобретение, способное производить токи, напряжение и частота которых были выше, чем у других машин. Тесла назвал это изобретение осцилляторным трансформатором, но, когда устройство получило широкое применение, его стали называть катушкой Теслы. Осцилляторный трансформатор лег в основу последующей работы Теслы над системой беспроводной передачи электроэнергии, и он считал, что это было одно из самых значительных его открытий. Как он вспоминал позже: «Когда в 1900 году я получил мощные разряды в 100 футов и передал ток вокруг земного шара, мне вспомнилась первая крошечная искра, которую я наблюдал в своей лаборатории на Гранд-стрит, и был взволнован этим открытием не меньше, чем когда я обнаружил вращающееся магнитное поле»{318}318
  NT, My Inventions, 75.


[Закрыть].

Используя свой высокочастотный генератор и осцилляторный трансформатор вместе, Тесла вскоре узнал о физиологических эффектах высокочастотных токов. В начале своих экспериментов он случайно коснулся электродов осцилляторного трансформатора, и высокочастотный ток прошел через его тело. К своему удивлению, он не был травмирован. Тесла понял, что в результате самоиндукции в катушке и высокой частоты ток, произведенный во вторичной обмотке, имел высокое напряжение, но маленькую силу тока. Кроме того, как мы знаем сегодня, токи в радиодиапазоне перемещаются вдоль поверхности человеческого тела и не причиняют вред нервам и внутренним органам при недолгом воздействии. На основании своего опыта Тесла в феврале 1891 года пришел к заключению, что «чем выше частота, тем большее количество электроэнергии может быть передано через тело без существенного дискомфорта»{319}319
  NT «PhenomenaofAlternatingCurrentsofVeryHighFrequency», 128inTC2:119.


[Закрыть]. Эти выводы сулили потенциальную возможность повышения безопасности эксплуатации объектов, так как, увеличив частоту в существующих системах распределения электроэнергии, можно избежать травм от ударов высоковольтным переменным током{320}320
  «Alternating Currents of Short Period», Electrical World 17 (14 March 1891): 203 in TC 2:138.


[Закрыть]. Соперник Теслы Элиу Томсон, уже давно обеспокоенный безопасностью переменного тока, продолжил исследовать физиологические эффекты высокочастотного тока{321}321
  Elihu Thomson, «Physiological Effects of Alternating Currents of High Frequency», Electrical World 17 (14 March 1891): 214.


[Закрыть]. Тесла тем временем использовал явление поверхностного эффекта на своих публичных выступлениях. Именно из-за поверхностного эффекта он смог схватить одну клемму своего высокочастотного аппарата и пропустить десятки тысяч вольт через свое тело – этой энергии было достаточно, чтобы лампа в его руке ярко загоралась.