Текст книги "Никола Тесла. Маг от науки?"

…Прежде чем продолжить рассказ о Николе Тесле, полезно сделать небольшую экскурсию в историю электротехники. Мы акцентируем внимание на достижениях героя повествования. Другие, порой не менее талантливые люди данной профессии остаются в тени. Создаётся образ титана мысли, едва ли не в одиночку творящего чудеса науки и техники.

Крупные научные направления создаются усилиями десятков выдающихся учёных, изобретателей разных стран и народов, и тысяч менее известных, но порой не менее талантливых исследователей, имена которых известны только специалистам.

Век электричества

Миф о Николе Тесле как маге от науки знаменовал наступление нового этапа земной цивилизации. Она шаг за шагом поднималась по ступеням технического прогресса. Наиболее очевидно это можно наблюдать на графике использования энергии.

Сначала, в неолите, люди стали использовать животных как тягловую силу для передвижения, перемещения крупных грузов. В Средневековье научились пользоваться энергией ветра и движущейся воды. Затем настал черёд паровых машин и механизмов. Наконец, произошло вторжение в промышленность и быт электроэнергии.

Если читать воспоминания Теслы или некоторые его биографии, можно подумать, что именно он поставил электричество на службу человечеству, обогнав развитие науки и техники на десятилетия, а то и на век. Но таких гениев не бывает. Любые крупные изобретения и открытия предваряются исследованиями многих специалистов.

Незадолго до смерти Тесла написал «Сказку об электричестве» – очерк истории электротехники. «Кто действительно хочет понять всё величие нашего времени, – писал он, – тот должен познакомиться с историей науки об электричестве. И тогда он узнает сказку, какой нет и среди сказок "Тысячи и одной ночи".

Рассказ начинается задолго до начала нашей эры, в те времена, когда Фалес, Теофраст и Плиний говорили о чудесных свойствах "электрона" (янтаря), этого удивительного вещества, возникшего из слез Гелиад, сестёр несчастного юноши Фаэтона, который пытался овладеть колесницей Феба и едва не сжёг всю землю».

Впрочем, история познания и «приручения» электроэнергии не столь поэтична и поучительна, как история о Фаэтоне (ведь он пожелал управлять природой и потерпел крах).

Английский физик и придворный врач королевы Елизаветы I Уильям Гильберт в конце XVI века первым выяснил, что кроме янтаря некоторые другие вещества после натирания способны притягивать лёгкие предметы. Гильберт ввёл в науку понятие «электричество». Оговорился, что предложил новое слово не для ложной многозначительности, а чтобы «ясно и полно выразить тайны, не имеющие названия и ни разу ещё до сих пор не подмечавшиеся».

Спустя полвека немецкий физик, изобретатель Отто Герике построил первый, как теперь называют, электростатический генератор: шар из серы на железной оси. При вращении шар электризовался рукой. Шар искрился, потрескивал, светился в темноте, притягивал льняную нить. На основе своих опытов с «пустотой» (техническим вакуумом) Герике пришёл к выводу о существовании атмосферы Земли, имеющей сравнительно небольшую толщину. В те времена изобретатели не только создавали технические устройства, но и стремились познавать природу.

Генератор Герике постоянно совершенствовали. В 1745–1746 годах в Лейдене и Померании был создан первый аккумулятор («лейденская банка»). Началось увлечение «электрическими курьёзами» и фокусами. На гравюре того времени показано, как электричество от вращающегося шара передаётся по металлической трубке человеку, стоящему на подставке из смолы (изоляторе) со шпагой. Из её острия вылетает искра, зажигая спирт в сосуде.

Аббат физик Жан Антуан Нолле в присутствии французского короля пропустил электрический ток через 180 гвардейцев, выстроившихся в живую цепь. Было очевидно, что скорость тока мгновенна.

Исследовали атмосферное электричество Вениамин Франклин в Америке, М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман в России. Рихман изобрёл измерительный прибор («электрический указатель»), с помощью которого изучал геометрию поля вокруг заряженных проводников. В 1754 году, спустя год после смерти Рихмана от удара молнии, чешский священник Прокоп Диваш устроил первый громоотвод.

Интерес к электричеству постоянно нарастал. Четырнадцатилетний итальянец Алессандро Вольта, учась в школе иезуитов, в 1759 году опубликовал мемуар «О притягательной силе электрического огня». Через 15 лет он изобрёл электрофор – прибор для получения статического электричества. Построил чувствительный электроскоп с соломинками и ввёл его в практику точных измерений.

Итальянский врач Луиджи Гальвани после ряда опытов сделал вывод о существовании «животного электричества», биотоках и электрических импульсах мозга. Повторяя его опыты, Вольта показал, что не было учтено влияние металлов на мышцу. Вольта исследовал электрические свойства металлов, располагая их в так называемый ряд напряжений. Именем ученого названа единица электродвижущей силы, разности потенциалов.

В 1799 году он создал гальваническую батарею, источник длительного постоянного тока (прообраз аккумулятора), получившую название «вольтов столб». Так было доказано, что электричество – явление всеобщее, а не только биологическое. Он называл свой прибор «искусственным электрическим органом».

Русский физик Василий Владимирович Петров в 1802 году построил «огромную наипаче» гальваническую батарею из 2100 медно-цинковых элементов с электродвижущей силой около 1700 вольт. Электролитом служил раствор нашатыря; им пропитывались бумажные листки между металлическими кружками.

В. Петров обнаружил явление электрической дуги в том же году (на 6 лет раньше Г. Дэви). Отметил зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника (эту закономерность через четверть века вывел в виде закона Г. Ом). Подверг электролизу различные жидкости, изучил электропроводность и физико-химические свойства некоторых веществ; применил изоляционное покрытие для металлических проводников.

Свои исследования в области электричества он обобщил в книгах «Известие о гальвани-вольтовских опытах» (1803), «Новые электрические опыты» (1804). Создал оригинальные электростатические машины и приборы. На основе его опытов русский офицер Павел Львович Шиллинг изобрёл электрический запал для воспламенения подводных мин (1812). Он сконструировал электромагнитный телеграф, и осенью 1832 года у себя на квартире показал его действие. Передатчик имел удобную клавиатуру. Через два года на съезде Немецкого общества естествоиспытателей Шиллинг с успехом демонстрировал своё изобретение. В 1836 году была построена такая линия связи для здания Главного Адмиралтейства (Петербург). Изобретение Шиллинга было использовано в Англии с 1837 года и быстро нашло применение на железнодорожных линиях. Следующим шагом стало создание «самопишущих» телеграфов.

Датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851), блестящий популяризатор науки, по стопам Вольта изучал электрические явления, пытаясь найти связь между светом, теплотой, электричеством и магнетизмом. В 1819 году он исследовал действие гальванического тока на магнитную стрелку и вскоре сделал научное сообщение об этом, вызвавшее большой интерес физиков. Электромагнетизм стал важным разделом электродинамики.

Французский физик и математик Андре Мари Ампер с 1820 года изучал электромагнетизм и сообщил в Парижской АН открытое им «правило пловца», показывающее направление отклонения магнитной стрелки током. Ампер установил основной закон взаимодействия электрических токов, сведя явления магнетизма к электричеству. По его гипотезе, магнитные взаимодействия определяются круговыми электрическими токами, а магнитные полюсы – это правая и левая стороны такого тока.

Другой французский академик, Доменик Франсуа Араго, повторяя опыты Эрстеда, отметил, что проволока, по которой проходит ток, притягивает железные опилки. Ампер подсказал ему: действие тока будет усилено, если придать проводу форму спирали. Помещая в такой соленоид стальную проволоку, Араго намагнитил её. Ампер догадался, что круговой ток подобен плоскому магниту. На этой основе англичанин У. Стержен и американец Д. Генри создали электромагниты с подъёмной силой до 1 тонны. В марте 1825 года Араго открыл «магнетизм вращения»: вращение немагнитного медного диска вращало помещённую над ним магнитную стрелку. (Позже идея использовать в электродвигателе эффект вращающегося магнитного поля пришла практически одновременно итальянцу Галилео Феррарису и Николе Тесле.)

В 1827 году немецкий физик Георг Ом открыл фундаментальную связь между силой тока, напряжением и сопротивлением цепи, по которой протекает электрический ток.

Английский физик и изобретатель Майкл Фарадей, сын кузнеца, самоучка, в 1821 году создал модель электродвигателя: осуществил вращение магнита вокруг прямого провода с током и вращение проводника с током вокруг магнита. Это был первый электродвигатель. Фарадей открыл электромагнитную индукцию и детально её исследовал. В результате были построены первые электромагнитные генераторы тока. В 1824 году его избрали в Лондонское королевское общество.

Фарадей доказал единство электричества, получаемого трением, разностью температур, существующего в животных. Ввел в науку термины электрод, катод, анод; создал понятие физического поля – как системы силовых линий; разработал теорию электролиза; высказал идею о превращениях энергии и её сохранении.

Выдающийся физик С. И. Вавилов в 1931 году писал: «Главные физические и химические открытия Фарадея стали источником многих новых отраслей техники… На основе электрических опытов и законов Фарадея выросла вся современная электрохимия. Вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея) естественно повлекло за собой открытие Керром двойного лучепреломления в электрическом поле; этим открытием теперь широко пользуются в технике говорящих фильмов и телевидения. Даже теоретические взгляды Фарадея, его учение о силовых линиях, полностью перешло в технику. Силовые линии – тот наглядный образ, с помощью которого техник понимает и представляет себе до сих пор электромагнитные процессы. Одновременно с этим техническим использованием наследия Фарадея оно составляет основу главнейших построений теоретической физики, “чистой науки”. Теория электромагнитного поля Максвелла – в значительной мере перевод воззрений и опытов Фарадея на строгий математический язык. Вращение плоскости поляризации света в магнитном поле – фундаментальный факт электромагнитной теории света… Электролитические законы Фарадея, как указал впервые Максвелл, являются доказательством атомистичности электричества, т. е. существования электрона».

Творчество Фарадея доказывает: не всегда выдающиеся успехи в физике достигаются с помощью сложных математических приемов. Он не владел высшей математикой, избегал формул. У него были оригинальные мысли, а не формальные выкладки (которые в науке тоже важны).

Учёный-творец охотно делился своими знаниями с другими и умел рассказать о сложных предметах просто и ясно. Свои популярные лекции для молодежи «История свечи» Фарадей завершил так: «Я могу только выразить вам своё пожелание, чтобы вы могли с честью выдержать сравнение со свечой, то есть могли бы быть светочем для окружающих». Сам он был именно таким.

…Прервём наш беглый обзор истории электротехники. Надеюсь, нет никаких сомнений, что в этой области знаний и умений трудилось много изобретателей и учёных разных стран, не менее, а то и более талантливых, чем Никола Тесла. Почему же именно он, а не кто-то другой в наше время прославлен как едва ли не самый великий изобретатель всех времён и народов?

Безусловно, сказывается нездоровый ажиотаж, поднятый вокруг его имени ловкими журналистами и писателями. Тем более что и он принял активное участие в создании мифа о себе. На мой взгляд, в значительной мере этому содействовали природно-техногенные катастрофы, которые участились и усилились за последние десятилетия. Появились предположения о действии климатического и сейсмического оружия, созданного на основе идей и опытов Николы Теслы.

Правда, если обратиться к истории электротехники, где наиболее определённо проявил свои таланты Тесла, то выясняется, что при всей важности и полезности его изобретений называть их необычайными, особо выдающимися нет никаких оснований.

Например, русский физик Эмилий Христианович Ленц ещё до рождения Николы Теслы проводил геофизические исследования в океане во время кругосветного плавания, а также на Кавказе. В работе «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией» (1834) он установил правило, определяющее это направление («правило Ленца»). Совместно с Морицем Якоби дал методы расчёта электромагнитов в электрических машинах. Анализируя процессы, происходящие в электрическом генераторе, применил изобретённый им прибор для изучения формы кривой переменного тока.

Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф в 1847 году установил закономерности течения электричества в разветвлённых цепях («правило Кирхгофа»). Ввёл понятие об электрическом потенциале. Успешно использовал математические методы для решения физических задач, в частности, в электродинамике. Не говоря уже о том, что он был одним из создателей спектрального анализа, ввёл в физику понятие абсолютного чёрного тела, поглощающего всю падающую на него энергию, открыл закон теплового излучения…

Отношение к учёным тогда было почтительным, а то и восторженным. Пользовались уважением и популярностью не «публичные люди» (артисты, журналисты, политиканы), а выдающиеся мыслители.

Королева Виктория пожелала произвести Фарадея в рыцарское звание. Он отказался из скромности (так же как от двух предложений возглавить Лондонское королевское общество). Ирландский, английский физик Уильям Томсон избытком скромности не страдал и принял титул пэра, став лордом Кельвином: «За заслуги, связанные не с ущербом для человеческой жизни, а за то, что способствовало возвышению человеческой личности, росту ее возможностей и умножению её счастья, получает новый пэр свою награду».

Он заслужил такие почести: исследовал проблемы термодинамики, математической физики, электродинамики, переноса тепла электрическим током. Ввёл понятие об абсолютном нуле температуры, когда движение атомов достигает минимума (–273,150°С) и установил абсолютную шкалу температур, измеряемых в «градусах Кельвина». Он провел измерения и расчёты размеров молекул. Сделал много изобретений, усовершенствуя приборы и создавая новые. Разработал основы теории электрических колебаний и использовал её в практике сооружения трансатлантических телеграфных кабелей.

Другой английский физик, шотландец Джеймс Клерк Максвелл, создал замечательные труды по астрофизике, проблеме цветового зрения, кинетической теории газов, термодинамике. В «Трактате по электричеству и магнетизму» (1873) вывел систему уравнений электромагнитного поля, названных его именем. Обосновал на этой основе теорию света, предположил существование электромагнитных волн, позже обнаруженных Г. Герцем. Идеи и разработки Максвелла предопределили последующие достижения в теоретической физике, электро– и радиотехнике. Он изобрёл несколько научных приборов.

Осенью 1857 года прославленный Фарадей писал начинающему ученому Максвеллу: «Предположим, математик занимается исследованием физического явления и приходит, наконец, к каким-то определённым выводам. Нельзя ли их выразить в общедоступной форме не менее полно, ясно и конкретно, чем с помощью математических формул? Если можно, то для таких, как я, было бы великим благом получить их переведенными с языка иероглифов, так чтобы мы могли оперировать ими в процессе эксперимента».

Уже тогда наметилось расхождение между описаниями физических явлений в привычных образах и понятиях и на предельно формализованном, а потому сложном языке математики. По мнению Максвелла, так проявляются два подхода к познанию: от общего к частному (у Фарадея) и от частного к общему (в математической форме). Он признался, что испытывает восхищение, читая «Исследования» Фарадея.

Г. Гельмгольц предложил своему ассистенту Генриху Рудольфу Герцу провести эксперименты для проверки теории электродинамики Максвелла, полагая, что она может быть опровергнута. Только спустя 8 лет Герц создал генератор и детектор электрических весьма быстрых колебаний. Оказалось что электромагнитные волны распространяются в загадочном эфире, подобно световым. Удалось измерить их длину, отражение, преломление, дифракцию, интерференцию. Позже эти волны нашли применение в радиосвязи. Герц подтвердил и уточнил теорию Максвелла.

Возникло и стало со временем усугубляться разделение физики на экспериментальную и теоретическую. Кроме того, всё более сложные электротехнические системы стали использоваться на транспорте, производстве, в быту. Для их обслуживания и усовершенствования требовались инженеры высокой квалификации, а не учёные, занятые разработками теоретических проблем.

Например, американец Сэмюэл Морзе, по специальности художник, в 1835 году изобрел электромагнитный аппарат, передающий короткие и длинные импульсы (точки и тире), отбиваемые на бумажной ленте. Разработал «азбуку Морзе» для данных сигналов. В 1844 году аппарат Морзе был успешно использован на линии Вашингтон – Балтимор.

Немецкий физик Мориц Герман Якоби в 1834 году сконструировал электродвигатель. Правительство России пригласило его в Петербург для проведения опытов над электродвижением судов. Он принял русское подданство и считал Россию «вторым отечеством, будучи связан с нею не только долгом подданства и тесными узами семьи, но и личными чувствами гражданина». Когда его работы по электрическим машинам перестали интересовать военное ведомство, он создал несколько вариантов телеграфных аппаратов. Построил в столице ряд кабельных телеграфных линий, создал конструкции подземных и подводных кабелей, разработав технологию их производства.

Немецкий изобретатель Филипп Рейс осенью 1861 года на заседании физического общества во Франкфурте-на-Майне аппаратом, который назвал телефоном, передавал звуки на расстояние по проводам.

В 1876 году шотландец Александер Грейам Белл получил в США патент на усовершенствованный телефон. Эта новинка быстро вошла в обиход. Первая городская телефонная станция открылась в Нью-Хейвене (Коннектикут, США) в 1877 году. На следующий год первые телефонные сети появились в 20 городах США, а также в Париже.

В России пионером телефонии стал инженер Павел Михайлович Голубицкий. Он создал в 1878 году оригинальный телефон, а затем усовершенствовал его; внедрил в 1883 году телефонную связь на Николаевской (Октябрьской) железной дороге.

Выдающимся изобретателем, проявившим себя в разных областях техники, был Томас Алва Эдисон. Не завершив среднего образования, с 12 лет работал разносчиком газет, телефонистом. Примерно с 1870 года он начал изобретать. Создал автоматический счётчик голосов, электрическое перо, улучшенную пишущую машинку. Организовал мастерские по изготовлению своих аппаратов; оборудовал лабораторию, собрав штат талантливых сотрудников. Усовершенствовал телефон Белла и лампы накаливания, наладив их производство; изобрел фонограф (прибор для записи и воспроизводства звука), систему освещения, электрические приспособления и приборы, включая счётчик, предохранитель, поворотный выключатель…

В 1882 году он пустил первую в мире электростанцию общественного пользования. Изобретения Эдисона применялись в железнодорожном транспорте, горном деле, кинематографе, строительстве, электронике. Как умелый предприниматель, он успешно внедрял свои изобретения в практику.

Александр Степанович Попов (1859–1906) весной 1895 года на заседании Русского физико-математического общества продемонстрировал первый радиоприемник – грозоотметчик, а в докладе предположил, что можно будет передавать и принимать сигналы на расстоянии без проводов. Его сообщение и схема прибора были опубликованы. Через год он передал телеграфные сигналы на расстояние 250 м, используя приёмную антенну.

Первая в мире радиограмма состояла из двух слов: «Генрих Герц». Ещё через год Попов установил радиосвязь между русскими кораблями «Африка» и «Европа» на расстоянии 5 км. Первый телеграф без проводов был установлен в 1900 году между островом Готланд и городом Котка (50 км).

Итальянский инженер и предприниматель Гульельмо Маркони, узнав о работах Герца, занимался опытами приема и передачи электромагнитных волн. В 1896 году в Англии подал заявку, а на следующий год получил патент на применение электромагнитных волн для связи без проводов. (А. С. Попов своё изобретение не патентовал.) Схема приёмника в этом патенте была сходной с аппаратом Попова.

В 1897 году он увеличил дальность передач до 18 км. Организовал акционерное общество с участием учёных. В 1901 году осуществил радиотелеграфную связь через Атлантический океан.

Необычайный успех Николы Теслы объясняется не только тем, что он был выдающимся изобретателем и умело рекламировал свои достижения. Он хорошо усвоил правила патентования и успешно использовал их.