Никола Тесла. Повелитель Вселенной

В своей лаборатории Мах создал «знаменитый инструмент, известный как «волновая машина». Это устройство могло производить поступательные и стоячие продольные и поперечные волны…». Мах при помощи этих акустических волн мог продемонстрировать множество механических явлений и «наглядно показать аналогию между акустикой и электромагнетизмом». Таким образом «можно было также доказать механическую теорию эфира».

Изучая движение акустических и механических волн, электрические и оптические явления, Мах обнаружил, что, когда достигается скорость звука, серьезно изменяется природа воздушного потока вокруг предмета. Эта пороговая величина получила название мах-1.

Мах также писал о структуре эфира и высказывал предположение, что эфир неразрывно связан с притяжением всех масс во Вселенной. Под влиянием буддийских учений, которые, несомненно, просачивались в эзотерические дискуссии студентов университета, Мах предположил, что все события во Вселенной связаны между собой. «Инерция системы сводится к функциональной взаимосвязи системы и Вселенной». Эта точка зрения была расширена до связи всех проявлений разума и внешних воздействий. Как и Штумпф, Мах соглашался, что каждое действие разума должно сопровождаться физической реакцией.

Поскольку работы Маха были очень близки поздним исследованиям Тесла и его философскому мировоззрению, кажется странным, что имя Маха не упоминается в опубликованных трудах Тесла.

Когда в конце семестра Тесла оставил университет, он уже сделал большие успехи, как в теории, так и на практике, по вопросу решения проблемы переменного тока. «В этом городе я совершил решительный скачок вперед: отделил коллектор от машины и изучил это явление в новом аспекте», – писал Тесла.

После смерти отца Тесла пришлось самому зарабатывать на жизнь. Он стал помощником учителя, но эта работа ему не нравилась. Дядя Пахо предложил Тесла переехать в Венгрию, где можно было найти заработок при помощи бывшего боевого товарища – Ференца Пушкаса, который со своим братом Тивадаром собирался открыть новую «американскую» телефонную станцию. В январе 1881 года Тесла приехал в Будапешт, но, к своему смятению, обнаружил, что этот проект еще даже не начат.

Братья Пушкас были деловыми людьми. Они следили за работой своего предприятия в Санкт-Петербурге и в Париже, держали под контролем лампу накаливания Эдисона на Парижской выставке и устанавливали систему освещения в оперном театре. Без денег и без работы Тесла пришел в инженерное отделение Центрального телеграфа Венгрии и устроился на должность чертежника и проектировщика. Получая минимальный оклад, он все те небольшие суммы, которые удавалось выкроить, тратил на приобретение оборудования, чтобы продолжить свои эксперименты.

Антони Жигети – бывший одноклассник и венгерский инженер с «телом Аполлона и большой головой, украшенной шишкой на боку, придававшей ему странный вид» – стал другом и доверенным лицом Тесла. Часто ночами, когда начинающий изобретатель не занимался своими исследованиями, приятели встречались в местных кафе, где обсуждали события дня или устраивали дружеские соревнования, выясняя, например, кто выпьет больше молока. Однажды Тесла заявил, что сдался после тридцать восьмой бутылки!

Из-за скудных финансовых средств и неумения распоряжаться деньгами у Тесла был всего один костюм, со временем совершенно износившийся. Близился религиозный праздник, и Жигети спросил, что наденет Тесла. Смущенный ученый решил надеть костюм наизнанку, посчитав, что так он сойдет за новый. Всю ночь он перекраивал и гладил. Однако заплатки не спасли. Костюм выглядел смешно, и Тесла остался дома.

Через несколько месяцев в Будапеште открылась американская телефонная станция, и Тесла с Жигети немедленно поступили туда на службу. Новая работа позволила молодым инженерам получить представление о том, как действуют самые передовые предприятия того времени. Впервые Тесла познакомился с работами Томаса Эдисона – «Наполеона изобретения», чьи усовершенствования телефона Белла способствовали революционным открытиям в области передачи телефонных сообщений. Тесла забирался на столбы, чтобы проверить линии и произвести ремонт. На земле он работал механиком и математиком. Он изучал принцип индукции, при котором масса, несущая электрический или электромагнитный заряд, может вызвать аналогичный заряд или магнитное притяжение во второй массе, не соприкасаясь с ней. Он также изучал многие изобретения Эдисона, такие, как многоканальный телеграф, позволяющий отправить четыре сообщения кодом Морзе одновременно в двух направлениях, и новый индукционный углеродный дисковый динамик – плоское, круглое, легко снимающееся устройство, которое до сих пор есть в трубке любого телефона. Тесла всегда тщательно изучал различные изобретения и искал способ их улучшить. Придав углеродному диску форму конуса, он сконструировал репродуктор, повторяющий и усиливающий сигналы, – предтечу громкоговорителя, и ему даже не пришло в голову получить на него патент!

Кроме дружеских бесед с Жигети, Тесла все свободное время посвящал работе над проблемой удаления коллектора из машин постоянного тока и подчинения переменного тока без помощи громоздких вспомогательных механизмов. Хотя решение казалось простым, ответ никак не давался. Сотни часов были потрачены на создание оборудования и обсуждение своих идей с друзьями.

Тесла сосредоточенно изучал свои вычисления и следил за работой других ученых. Позднее он писал: «Это была священная клятва, вопрос жизни и смерти. Я знал, что умру, если не решу его». Одержимый достижением цели, он не спал и не отдыхал, напрягая все силы, чтобы раз и навсегда доказать свою правоту и заблуждение профессора Пешля, а также всего остального мира. Наконец тело и мозг не выдержали, и с Тесла случился сильнейший нервный срыв, «не поддающийся описанию». Ученый уверял, что его пульс достигал двухсот пятидесяти ударов в минуту, а все тело беспрерывно подергивалось и дрожало. «Я слышал тиканье часов в трех комнатах от меня. Приземление мухи на стол глухим стуком отдавалось в моих ушах. Проносящийся вдалеке экипаж сотрясал все тело… Чтобы хоть немного отдохнуть, мне приходилось подкладывать под ножки кровати резину. Солнечные лучи так давили на мой мозг, что я едва не терял сознание. В темноте я обладал чувствительностью летучей мыши и мог определить местонахождение предмета при помощи особого покалывания во лбу». Известный врач «заявил, что болезнь уникальна и неизлечима». Тесла, отчаянно цеплявшийся за жизнь, был обречен.

Ученый приписывает свое выздоровление «непреодолимому желанию жить и продолжать работу» и помощи атлета Жигети, который силой заставлял его выходить на улицу и заниматься физическими упражнениями. Мистики считают, что Тесла выздоровел благодаря активации деятельности шишковидной железы и доступу в высшие сферы мистического сознания. Решение проблемы пришло внезапно, на закате, во время прогулки с Жигети по парку, когда Тесла декламировал вслух «великолепный отрывок» из «Фауста» Гёте.

Смотри: закат свою печать
Накладывает на равнину.
День прожит, солнце с вышины
Уходит прочь в другие страны.
Зачем мне крылья не даны
С ним вровень мчаться неустанно![4 - Пер. Б. Пастернака.]

«Когда я произнес эти вдохновенные слова, – утверждал Тесла, – внезапно мне открылась правда. На песке я палкой набросал схемы, показанные шесть лет спустя во время доклада перед Американским институтом инженеров-электриков… Пигмалион, видя оживающую статую, не мог быть потрясен сильнее. Я бы отдал тысячу тайн природы за одно это открытие, которое мне удалось вырвать у нее с риском для жизни».

Тесла подчеркнул, что его концепция включала новые принципы, а не являлась усовершенствованием предыдущих работ.

Переменный ток стал широко известен как вращающееся магнитное поле. Проще говоря, Тесла использовал для передачи энергии две электрические цепи вместо привычной одной и таким образом создал двойной поток электричества, расходящийся по фазе на девяносто градусов. В итоге принимающий магнит или якорь мотора при помощи индукции вращались в пространстве и постоянно привлекали устойчивый поток электронов независимо от того, каким был заряд: положительным или отрицательным. Тесла также разработал механизмы для объяснения этого явления.

Тесла обращался к своей диаграмме (или очень похожей на нее) в лекции перед Американским обществом инженеров-электриков в 1888 году. На рисунке изображен один и тот же механизм на разных стадиях вращения. Две независимые обмотки расположены крест-накрест. Токи в обмотках на девяносто градусов сдвинуты по фазе. В первой позиции якорь мотора (на рисунке обозначен стрелкой) обращен на север (обмотка север/юг, идущая от правого нижнего края к верхнему левому). Вторая обмотка (лево низ/ право верх) находится в стадии смены полярности, так что магнитное поле отсутствует и ни один полюс не заряжен. Если на долю секунды позже, в то время, когда ток продолжает меняться, обратить внимание на правый угол второй позиции, мы заметим, что заряд начинает появляться и во второй обмотке (идущей от нижнего левого края к правому верхнему). В этот момент в первой обмотке заряд начинает спадать, но пока сохраняет ту же полярность. Так как теперь мы имеем два «северных полюса», якорь мотора поворачивается, чтобы оказаться между ними. В третьей позиции обмотка «право низ лево верх» нейтрализуется, собираясь менять полярность, в то время как обмотка «лево низ право верх» только что обретенную полярность поддерживает. Таким образом, якорь продолжает вращение к самой северной точке и так далее.

«Менее чем за два месяца я создал практически все виды моторов и все модификации системы, которые теперь ассоциируются с моим именем, – писал Тесла. – Это было состояние счастья такого полного, какого я больше не знал в жизни. Мысли шли нескончаемым потоком, и единственной трудностью было успеть их зафиксировать». Тогда Тесла изобрел не только однофазные моторы со сдвигом по фазе в девяносто градусов, но и многофазные, которые использовали три или более цепей одной и той же частоты с разницей в определенное количество градусов. В голове ученого постоянно вращались различные схемы моторов, просчитывались варианты улучшения и дополнения системы, и, наконец, в записную книжку переносились планы и математические расчеты. Такая пошаговая процедура стала обязательной.

Ференц Пушкас, у которого первоначально работал Тесла, спросил, не хочет ли тот помочь его брату Тивадару управлять новой электрической компанией Эдисона в Париже. Тесла ответил: «Я с радостью принимаю это предложение». Жигети также предложили должность, и Тесла был доволен, что сможет разделить с лучшим другом новую радость.

Был ли Тесла первым, кто придумал вращающееся магнитное поле? Нет. Еще в 1824 году французский астроном Франсуа Араго экспериментировал с вращением стрелки магнита при помощи медного диска.

Первое вращающееся магнитное поле, похожее на открытое Тесла в 1882 году, было создано тремя годами ранее мистером Уолтером Бэйли, который продемонстрировал принцип его действия перед Лондонским физическим обществом 28 июня 1879 года, в докладе под названием «Способ создания вращений Араго». Изобретение состояло из двух батарей, присоединенных к двум парам электромагнитов, крепящихся друг к другу в форме буквы Х, а переключателем служил коллектор. Вращающееся магнитное поле создавалось и поддерживалось ручным переключением коллектора. По этому случаю Бэйли заметил: «Диск можно заставить вращаться посредством перемежающегося вращения поля, создаваемого электромагнитами».

Два года спустя, на Парижской выставке 1881 года, появилось изобретение Марселя Депре, который рассчитал, что «вращающееся магнитное поле можно создавать без помощи коллектора, заряжая электромагниты двумя несинхронизированными потоками переменного тока». Однако творение Депре, завоевавшее награду на электрической выставке, имело существенный недостаток: один из потоков «создавался самой машиной». Поэтому изобретение так и не было показано в действии.

Другими изобретателями, которые также создавали вращающееся магнитное поле, аналогичное полю Тесла, созданному в начале 1882 года, были профессор Галилео Феррарис из Турина, Италия (1885–1888) и американский инженер Чарльз Брэдли (1887). На Феррариса оказала влияние работа Люсьена Голара и Джорджа Гиббса, которые в середине 1880-х годов разработали трансформаторы переменного тока. В 1883 году они представили свою систему в Королевском аквариуме Лондона, а в 1885 году установили систему распределения энергии в Италии, где и встретились с Феррарисом. Это изобретение, купленное Джорджем Вестингаузом за 50 000 фунтов, на следующий год было установлено в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс, Уильямом Стэнли, главным инженером Вестингауза. Однако изобретение Голара-Гиббса по-прежнему было снабжено коллектором, от которого Тесла сумел отказаться.

В опубликованном труде Феррариса, посвященном независимому открытию вращающегося магнитного поля, он писал: «Этот принцип не может обладать такой же коммерческой ценностью, как мотор». После открытия Тесла Феррарис заявил: «Разработки Тесла намного глубже моих».

8 мая 1887 года Брэдли получил патент на многофазное устройство переменного тока (№ 390 439). Тесла к тому времени уже были выданы девять патентов. В том же году Газельвандер на место коллектора в устройстве постоянного тока Томсона – Хьюстона поместил скользящие кольца и также применил двух– и трехфазные обмотки в устройствах постоянного тока.

Вопрос «очередности» в отношении изобретения Тесла обсуждался Сильванусом П. Томсоном, лондонским профессором физики, в вышедшей в 1897 году статье о моторах переменного тока. Томпсон (почти однофамилец Элайхью Томсона) в то время был, «возможно, одним из самых лучших авторов, писавших о проблеме электричества». Он заявил, что открытие Тесла было совершенно не похоже на открытия его предшественников и современников – был «создан новый метод электрической передачи энергии (выделено курсивом. – Прим. авт.)».

Остается нерешенным вопрос, знал ли Тесла о работе Бэйли. Вполне возможно, что он читал его труды, хотя никто в то время, включая самого Бэйли, не осознавал важности исследования и не понимал, как применить это открытие на практике. В начале 1890-х годов Тесла сказал: «Я сознаю, что уже не ново вращать мотор, периодически изменяя полюса одного из элементов… В таких случаях я использую настоящий переменный ток, и мое изобретение состоит в открытии модели или метода использования такого тока».

Несколькими годами ранее в деле об очередности выдачи патентов, получившем известность как «многофазная система переменного тока Тесла», судья Таунсенд из окружного суда Коннектикута отметил, что до изобретения Тесла и лекции, прочитанной в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году, моторов переменного тока не существовало; более того, ни один из присутствующих на лекции не назвал никаких предшественников. В то время как Бэйли имел дело с «далекими от практики абстракциями, Тесла создал действующий механизм, послуживший толчком к началу революции в этой области». Патенты Тесла также выдержали наступление со стороны отдельных лиц, в том числе Чарльза Брэдли, сеньоров Кабанеллы и Дюмениля, Уильяма Стэнли и Элайхью Томсона.

Пересказывая похожий случай, судья Таунсенд ссылался на то, что сегодня известно под названием «доктрина очевидности»:

«Явная простота нового изобретения часто заставляет неискушенного человека думать, будто его мог бы создать любой, кто разбирается в данной области, однако из десятков, а возможно, даже и сотен людей никому не пришло в голову создать подобное изобретение (процесс Потты против Кригера, 155, 597). Бэйли и другие (Брэдли, Феррарис, Стэнли) открыли не изобретение Тесла, они говорили об электрических машинах с коллекторами. Известные электрики были едины во мнении, что из-за изменения направления и скорости чередования мотор переменного тока непрактичен и будущее принадлежит механизму постоянного тока с коллектором…

Гений Тесла сумел превратить игрушку Араго в мощный двигатель».

Открытие способа эффективного управления вращающимся магнитным полем было всего лишь мизерной частью работы Тесла. До его изобретения электричество можно было провести максимум на одну милю и только для освещения зданий. После Тесла электричество можно было передавать на сотни миль, применяя его не только для освещения, но также для работы бытовых приборов и промышленных машин на фабриках. Открытие Тесла было огромным скачком, стремительно приближающим техническую революцию.

Тесла встречается с «колдуном из Менло-Парка»

О, большой болтун и обжора! Помню, как впервые увидел его. Мы проводили кое-какие эксперименты в местечке неподалеку от Парижа, и как-то раз пришел высокий, долговязый парень и сказал, что ему нужна работа. Мы взяли его, думая, что новое занятие его скоро утомит, потому что мы трудились по 20–24 часа в день, но он работал не покладая рук, и, когда напряжение немного спало, один из моих людей сказал ему: «Что ж, Тесла, ты хорошо поработал, теперь поедем в Париж и я угощу тебя роскошным ужином». Его повели в самое дорогое кафе Парижа, где подают толстый стейк между двумя тонкими стейками. Тесла с легкостью умял огромную порцию, и мой человек спросил его: «Что-нибудь еще, сынок? Я угощаю». – «Тогда, если не возражаете, сэр, – ответил мой ученик, – я бы съел еще один стейк». После ухода от меня Тесла стал работать в других областях и немногого достиг.

    Томас Эдисон

Следуя совету своего друга Ференца Пушкаса, Тесла в апреле 1882 года отправился из Будапешта в Париж. Он был в восторге оттого, что вскоре встретит людей Эдисона, приехавших из Америки. Ученый намеревался доаботать свой мотор и найти спонсоров. Кроме того, поездку оплачивали. В 1880-х годах Париж был законодателем современной моды: мужчины в визитках и шелковых цилиндрах, женщины с заплетенными в косы волосами, в длинных кружевных платьях с турнюрами, богатые туристы, желающие увезти на родину последние утонченные новинки. Тесла встретил брат Ференца Пушкаса Тивадар – властный человек, про которого говорили, будто он «склонен витать в облаках». Тесла, также любивший предаваться мечтам, встретил надежного союзника. Помня о необходимости сохранять секретность, они обсуждали, как лучше подступиться к Чарльзу Бачелору, управляющему недавно созданной Континентальной компанией Эдисона, с новым изобретением – мотором Тесла.

Уроженец Манчестера Бачелор, «главный механик», десять лет назад был послан в Америку представлять новое оборудование по производству нитей накаливания, созданное его работодателями – «Коутс Тред Компани». Там он встретил Эдисона и вскоре стал его правой рукой. Бачелор работал над созданием первых фонографов и над улучшением нитей накаливания в лампочках. Он также вел дела в Нью-Джерси и в Европе, владея десятью процентами капитала многочисленных всемирных компаний Эдисона. Бачелор был открыт и доступен для общения, хотя у него и было много дел.

Антони Жигети, возможно, в то же самое время эмигрировал из Будапешта, поскольку он наряду с Тесла был нанят Пушкасом. Тесла и Жигети почти «постоянно вместе находились в Париже». Жигети писал: «Тесла очень волновала идея создания моторов. Он много раз говорил со мной на эту тему и поделился своим планом создания моторов без коллектора».

Недавно купив большой завод по производству генераторов и лампочек в Ивр-сюр-Сен, Бачелор – ближайший партнер Эдисона – планировал возвести по всей Европе центральные электростанции. У него также были планы в Англии, где на выставке в Хрустальном дворце демонстрировалась новая лампа накаливания Эдисона. Бачелору нужны были надежные люди для управления концернами, и он в письмах часто обращался к Эдисону с просьбой оценить того или иного сотрудника. Его определенно впечатлил Пушкас, который успешно руководил электрической экспозицией Эдисона на парижской выставке 1881 года. «Пушкас – единственный работник, обладающий буквально «пушечным» напором. Я думаю, вы захотите взять его в партнеры», – писал Бачелор.

Через шесть месяцев «Эдисон Континентал» будет производить лампочки, превосходящие те, что сделаны в Америке; компания начнет строить центральные электростанции в крупных городах Европы для освещения домов и устанавливать большие дуговые лампы на городских улицах. Тесла, работавший в Ивр-сюр-Сен, вместе с другими сослуживцами выезжал на эти объекты. «Никогда не забуду впечатления, которое произвел на меня волшебный город. По приезде я в течение нескольких дней бродил по улицам, совершенно ошеломленный новым зрелищем. В городе было так много интересного, но, увы, деньги очень быстро растаяли. Когда мистер Пушкас спросил, как у меня дела, я ответил, что «последние двадцать девять дней месяца самые тяжелые!»

По утрам перед службой Тесла вставал в пять, проплывал двадцать семь кругов в купальне на Сене, а по вечерам играл в бильярд с сослуживцами и обсуждал свое новое открытие – переменный ток. «Один из них, мистер Д. Канингем, старший механик, предложил создать акционерное общество. Это предложение показалось мне до крайности смехотворным. У меня не было ни малейшего представления, что это означает, я только знал, что именно так обычно поступают американцы».

Т.К. Мартин пишет: «Если бы не настойчивые просьбы нескольких друзей в коммерческих кругах, которые уговорили его создать компанию для использования изобретения, мистер Тесла, тогда еще не умудренный опытом молодой человек, немедленно опубликовал бы свои идеи, считая их радикальным прорывом в теории электричества, который должен оказать сильнейшее влияние на производство динамо-машин».

В свободное время Тесла, по обыкновению, заносил в записную книжку вычисления и расчеты и разрабатывал альтернативный проект собственных летательных аппаратов. Вероятно, он искал финансовой поддержки. Например, однажды он получил от «известного французского промышленника» приглашение на охоту. Вероятно также, что ученый еще не оправился от своей странной болезни, которая чуть не погубила его в Будапеште, потому что после этой прогулки ему казалось, что «весь мозг в огне». Он вспоминал: «Я видел вспышку, похожую на маленькое солнце, и всю ночь прикладывал к моей бедной голове холодные компрессы». Написав эти слова почти сорок лет спустя, Тесла добавил: «…эти световые вспышки по-прежнему появляются время от времени, когда мне в голову приходит новая мысль».

Летом он работал над освещением в парижской опере или бывал в Баварии, где помогал наладить электроснабжение местного театра, а осенью вместе с другими прокладывал подземный кабель для новой центральной электростанции в Париже и ездил в Берлин, чтобы установить лампы накаливания в кафе.

В конце года Тесла «представил одному из управляющих компании, мистеру Рау, план усовершенствования динамо и получил возможность осуществить его». Луи Рау, директор «Эдисон Континентал» на улице Моншаньен, проживал в «великолепном доме, освещенном лампами системы Эдисона»; он разрешил Тесла заняться модернизацией динамо-машины. Вскоре молодой ученый закончил работу над автоматическими регуляторами, которые были с благодарностью приняты. Вероятно, Тесла рассчитывал получить некую сумму за свое нововведение, но его отправили работать в Страсбург.

В январе 1883 года Бачелор переправил на страсбургскую фабрику, расположенную у железнодорожной станции, тысячу двести ламп. Через три месяца туда прибыл Тесла, чтобы следить за ходом работы. Там он и провел следующие двенадцать месяцев.

Бачелор уговаривал Эдисона проверять генераторы, поступающие из Америки, по крайней мере «два или три дня с полной нагрузкой», поскольку участились случаи возгорания из-за плохой изоляции. В частности, эта проблема периодически возникала на страсбургской электростанции. Поскольку «все наши предприятия устроены по-разному», для качественного управления понадобятся квалифицированные и творческие инженеры. Бачелор выразил уверенность в способностях Тесла, отправив его в Страсбург, но, по-видимому, в переписке с Эдисоном не упоминал его имени. В любом случае доклад Тесла о ситуации в Страсбурге созвучен мнению Бачелора: «В проводке был дефект, и на церемонии открытия в присутствии императора Вильгельма I из-за короткого замыкания взорвалась стена. Немецкое правительство отказалось принимать фабрику, и французская компания понесла серьезные убытки. Из-за знания немецкого языка и опыта в данной области мне доверили сложное задание: устранить неполадку».