Глава девятая Наука, одна наука… Лекция в Филадельфии. Глаз и свет. Три рода излучений

Глава девятая

Наука, одна наука… Лекция в Филадельфии. Глаз и свет. Три рода излучений

Наука, одна наука…

Дни и ночи за разрешением бесконечных вопросов, возникающих в процессе разработки способов практического использования токов высокой частоты, в поисках возможности передачи электроэнергии без проводов на любое расстояние, для связи, силовых нужд, освещения, управления механизмами.

Размышления о способах осуществления такой передачи были в самом разгаре. Никогда еще Тесла не ставил перед собой такого большого числа проблем, каждая из которых была исходной для множества следующих исследований. Конкретные решения были уже близки, но впереди еще столько работы!..

После возвращения из Европы он сразу же получил предложение прочитать лекцию в Институте Франклина в Филадельфии — крупнейшем научном учреждении Штатов, начало деятельности которого было положено самим Бенджамином Франклином. Вслед за предложением Института пришло и второе — от Национальной ассоциации электрического освещения в Сент-Луисе.

Многофазный генератор Тесла, использовавшийся «Вестингауз электрик компани» для освещения Чикагской всемирной ярмарки.

24 февраля 1893 года Филадельфия стала свидетельницей необычайного триумфа Теслы. Лекция, прочитанная им, содержала так много идей о ближайшем развитии электротехники, что, опубликованная затем в трудах института, она стала классической.

Избрав темой своего сообщения результаты проведенных им исследований различных действий токов высокой частоты, Тесла озаглавил его «О свете и других явлениях, связанных с высокой частотой». Лекцию он начал разделом, на первый взгляд весьма отдаленным от темы, — под названием «Некоторые размышления относительно глаза». В нем Тесла подробно анализирует значение зрения, то есть восприятия человеческим глазом тех электромагнитных колебаний, которые являются главной связью между внешним миром и человеческим мозгом с его способностью мыслить.

— Из всех творений природы наивысшее восхищение в нас вызывает именно эта неощутимая сущность, выполняющая свои неисчислимые функции под влиянием воздействий извне, — говорил ученый. — Это воздействие в наибольшей степени и осуществляется через глаз, являющийся как бы окном во внешний мир. Именно глаз передает внешнее раздражение — свет — на сетчатку, то есть на концы зрительных нервов, приходящих под этим воздействием в колебательное состояние, и эти колебания мгновенно передаются к соответствующим клеткам головного мозга.

Тесла предполагал, что существует и обратный процесс: в некоторых исключительных случаях, связанных с необычайной деятельностью мозга и особой силой воображения, возникновение мысли в мозгу человека вызывает на сетчатке глаза, так сказать, флуоресценцию, то есть его свечение. Эта способность глаза отражать движение мысли, по мнению Теслы, и является причиной многих поэтических представлений об отражении внутренних качеств человека в его взгляде. Поговорка, что душа светится в глазах человека, имеет серьезные обоснования, и мы чувствуем, что в ней выражается великая истина, — писал ученый.

— Только зрение дает нам возможность выйти далеко за пределы земных понятий, увидеть мириады других миров, солнц и звезд в необъятных глубинах Вселенной. Без зрения, без глаза мы не могли бы иметь даже самого отдаленного представления о мире вне пределов чувственного восприятия вещей и явлений, непосредственно механически соприкасающихся с телом человека. Поэтому справедливо будет считать глаз органом более высокого порядка, чем другие органы чувств, — рассуждал Тесла[20].

Удивительные способности глаза были бы еще более резко выделены среди всех других органов чувств, если бы то, что мы именуем светом, не встречало препятствий при продвижении среди множества мельчайших материальных частиц, заполняющих нашу земную атмосферу. Встреча частиц вызывает множество различных процессов, и они-то должны быть предметом внимательного изучения.

Все эти мысли, высказанные в начале 90-х годов позапрошлого века, так же как и убеждение ученого в непрекращающемся вечном движении любых частиц, от элементарных в виде атома (сложная структура которого тогда еще не была известна) до небесных тел Вселенной, приближают его к позициям стихийного материалиста-диалектика. Атом, элементарная частица Вселенной, подвергается вечному колебанию в пространстве… Если бы его движение прекратилось, он бы погиб. Материя в покое, если таковая и могла бы существовать, была бы мертвой материей. Но материя бессмертна, ибо во всей необъятной Вселенной все обязано двигаться, колебаться, то есть жить, — писал Тесла.

Из всех этих предпосылок он делал вывод, непосредственно связанный с предметом лекции: свет, одно из проявлений этого вечного движения материи, должен быть объектом самого тщательного изучения. Признавая электромагнитную теорию света единственно правильной и согласующейся с фактами, необходимо, следовательно, изучать различные явления, связанные с электромагнитными излучениями (волнами) очень большой частоты.

Далее Тесла изложил различные способы получения токов высокой частоты, взаимопревращения низких и высоких частот, описал принцип действия своего резонанс-трансформатора и возможность получения от него токов весьма высокой частоты и напряжения, явления дугового разряда, происходящего при достижении определенного напряжения в конденсаторе резонанс-трансформатора.

Описав затем физиологические действия токов высокого напряжения и высокой частоты, Тесла продемонстрировал на самом себе возможность пропускать без всяких опасных последствий через тело электрический ток напряжением в 200 тысяч вольт при частоте в 1 миллион периодов.

Убедительно и обоснованно Тесла рассказал о выводах из своих физиологических опытов, весьма интересовавших общественное мнение в связи с недавними утверждениями Эдисона об опасностях переменного тока.

— Наиболее опасным и разрушительным для жизни является постоянный ток, а наиболее болезненным — переменный ток очень низкой частоты, — доказывал Тесла, — что же касается токов очень высокой частоты, то действие их на организм человека часто бывает целебным.

Следующий раздел лекции он посвятил изложению своей теории движения молекул и атомов в пространстве, заполненном газом, или в вакууме под действием электростатических сил, а затем перешел к описанию явлений, происходящих при движении электрического тока в разомкнутой цепи. Да, именно в разомкнутой.

Вследствие недостаточной изученности переменных токов в течение длительного времени было принято считать электрический ток чем-то циркулирующим лишь в замкнутой проводящей цепи. Сначала казалось странным открытие, что ток может протекать через проводящую цепь, даже если цепь разомкнута, и еще более удивительным было узнать, что иногда легче заставить ток протекать через разомкнутую цепь, чем через замкнутую, с необыкновенной убежденностью в своей правоте говорил об этом ученый.

И Тесла доказал правильность такого парадоксального положения. Пользуясь лишь одним проводом, подключенным к одному полюсу источника тока большой частоты, он зажигал обычные лампы накаливания, специальные лампы с единственным вводом тока, включал и приводил в действие электрические двигатели. Этими же экспериментами была доказана возможность питания потребителей электроэнергии через однопроводную сеть.

Прежде чем перейти к рассказу о возможности использования всех этих явлений для электрического освещения, Тесла поделился весьма важным наблюдением, сделанным им в ходе своих опытов. Оно касается явления резонанса. Объяснение этого явления уже было дано выше, и нет надобности повторять его. Скажем лишь об утверждении Теслы, что резонанс может быть использован для самых различных действий с совершенно неожиданными эффектами.

— Толстый стальной стержень, — говорил ученый, — можно привести в колебание каплями воды, падающими на него через равномерные интервалы; у стекла, которое более эластично, эффект резонанса значительно сильнее: стакан можно заставить лопнуть, если, закрыв им рот, петь ноту определенного тона.

Явления резонанса в чистом виде могут вызвать весьма сильные разрушительные действия. Но возможно ли получение чистого резонанса, то есть явления незатухающего резонансного усиления колебаний? Как теория, так и опыты показывают, что в природе это невозможно, ибо, по мере того как колебания становятся все более и более энергичными, очень быстро возрастают потери в вибрирующем предмете и окружающей его среде, и эти потери неизбежно ограничивают колебания, которые в противном случае усиливались бы бесконечно. По счастью, чистый резонанс получить невозможно, а если бы это было не так, то трудно себе представить, каким опасностям подвергался бы неискушенный экспериментатор.

При освещении Чикагской Всемирной ярмарки использовалась многофазная система переменного тока Н. Теслы.

Подробно изложив возможность получения явления электрического резонанса, Тесла подошел к тому, что можно считать основной мыслью всей лекции. Связывая воедино выводы о возможностях передачи электроэнергии по одному проводнику и резонансного усиления колебаний, он сказал:

— В связи с рассмотрением явлений резонанса и проблемы передачи энергии по одному проводу я скажу несколько слов о том, что часто является предметом моих размышлений и с чем связано всеобщее благополучие. Я имею в виду передачу сигналов, сообщений, пожалуй, даже энергии на любом расстоянии без применения проводов. С каждым днем я все более убеждаюсь в возможности практической реализации этой идеи.

Я отлично знаю, что подавляющее большинство ученых не поверит в возможность уже теперь реализовать эту мечту. Несмотря на это, мне кажется, что достижения целого ряда практиков за последние годы должны дать новый толчок развитию мысли и эксперимента в этом направлении. Я настолько убежден в этом, что теперь уже рассматриваю такой способ передачи энергии и сообщений не только как чисто теоретическую возможность, а считаю его крупнейшей проблемой электрической техники, которая должна быть разрешена в ближайшее время. Идея передачи сообщений без проводов представляет закономерный результат последних достижений и исследований в области электричества.

Некоторые энтузиасты выразили мнение, будто бы возможно телефонирование на любое расстояние посредством индукции через воздух. Настолько далеко мое воображение не простирается, однако я очень твердо верю в то, что практически возможно возмутить посредством мощных машин электростатическое состояние Земли и таким образом передавать сигналы связи и даже энергию.

Мы теперь знаем, что можно передавать электрические колебания через один проводник. Почему же в таком случае не использовать для этой цели Землю? Нас не должна пугать мысль о расстоянии. Уставшему путнику, отсчитывающему верстовые столбы на дороге, Земля может казаться очень большой, но счастливейшему из всех людей, астроному, который рассматривает небеса и по их масштабам судит о размере нашей планеты, она кажется очень маленькой. И такой же, я полагаю, она представляется электрику, ибо, когда он рассматривает скорость распространения в земле электрических возмущений, все понятия о расстоянии совершенно стираются.

Но, высказав совершенно правильные мысли о возможности передачи сообщений с помощью электромагнитных волн, передачи без проводов электроэнергии, Тесла глубоко заблуждался в поисках путей практического осуществления этой идеи. Предположение о возможности использования Земли как среды, через которую можно было бы передавать электроэнергию электромагнитными волнами с наименьшими потерями энергии, было ошибочным. Тесла слишком быстро и без достаточных оснований — пожалуй, лишь потому, что мысль об этом высказывал Эдисон, — отверг возможность передачи сигналов через воздух. Тесла не проверил ни теоретическими расчетами, ни экспериментально этой возможности и со всей энергией занялся лишь разработкой идей передачи сигналов, сообщений, электроэнергии на дальние расстояния без проводов через землю с помощью явления резонанса. Для этого необходимо было прежде всего установить, обладает ли земной шар электрическим зарядом и каковы те условия, при которых можно было бы вызвать его резонанс.

Последний раздел своей лекции Тесла посвятил собственно вопросам освещения. В нем он продолжал развивать мысли, высказанные на лекциях в Лондоне и Париже. Однако тысячи опытов, успешно проведенных им за прошедший год, привели к новым открытиям, к обнаружению удивительных явлений, на которые было необходимо обратить внимание научного мира.

Пожалуй, самым важным среди открытий, сделанных Теслой в процессе изучения явлений свечения вакуумных трубок, было установление того, что в исследуемых лампах с тугоплавкими электродами, вносимыми в поле токов высокой частоты, имеют место три вида излучений: видимый свет, абсолютно черное излучение (то, что теперь называется ультрафиолетовыми лучами) и совершенно особые лучи, дававшие странные отпечатки на металлических экранах (пластинках), помещенных в металлических коробочках, пристроенных к лампам.

— Тенеобразное изображение, вызванное этими удивительными, совершенно особыми лучами, обладающими необычайным свойством проникать через предметы, непрозрачные для обычного света и ультрафиолетовых лучей, позволяет видеть предметы, находящиеся в непрозрачных ящичках. На них, на эти лучи, несомненно, следует обратить особое внимание. Но накоплено еще недостаточно данных для каких-либо более определенных выводов — исследования этих лучей будут предметом моих специальных занятий в ближайшее время, — сказал ученый.

Как видно из лекций Теслы, в 1893 году он, как и немецкий физик Ленард, был близок к одному из величайших научных событий XIX века — открытию того, что мы называем лучами Рентгена. Однако ни Ленард, ни Тесла не довели в этот год своих исследований до стадии открытия и приняли участие в разработке его лишь после опубликования статьи Рентгена: Ленард — настойчиво претендуя на приоритет, Тесла — лишь сообщением результатов своих наблюдений.

Продолжая придавать большое значение поискам способов рационального освещения, Тесла с особенным удовлетворением говорил о возможности использования фосфоресцирующих трубок для создания особого освещения, близкого к солнечному. Для этого необходимо применять токи весьма высокого напряжения и сверхвысоких частот при обычных давлениях воздуха или газов в самих трубках.

— Можно еще много сказать о световых эффектах, — говорил Тесла в лекции, — получаемых в газах при низком или обычном давлении. Обладая еще слишком незначительным опытом, мы не можем утверждать, что своеобразный характер этих великолепных явлений достаточно известен. Но исследования в этой области продвигаются исключительно интенсивно. Любое направление научной мысли по-своему привлекательно, но исследования в области электричества обладают особым очарованием, ибо в сфере этой чудесной науки нет ни одного эксперимента или открытия, которое не вызвало бы у нас восхищения. Мне лично кажется, что среди всех удивительных явлений, которые мы наблюдаем, самым великолепным зрелищем может служить эвакуированная трубка (трубка с разреженным газом. — Б. Р.), когда, возбужденная электрическими импульсами от удаленного источника, она ярко вспыхивает во тьме, наполняя комнату своим ослепительным светом.

Заканчивая свою лекцию, Тесла высказал основную мысль, прекрасно характеризующую существо всей его научной работы:

— Возможно, моя лекция и не отвечала требованиям строго научного исследования, при котором каждый результат представляет логическую последовательность по отношению к предыдущему, и, таким образом, внимательный читатель или слушатель может предугадать его заранее. Я предпочел направить свои стремления главным образом на ознакомление вас с новыми фактами или идеями, которые могут явиться исходными точками для работы других, и это должно извинить меня за отсутствие гармонии. Объяснения явлений были изложены с лучшими намерениями и с чувством студента, который готов выслушать более удачную интерпретацию.

Не будет большим злом, если студент впадет в заблуждение; если же ошибаются великие умы, мир дорого оплачивает их ошибки.

Нельзя не согласиться с этим выводом Теслы, выходящим далеко за пределы науки об электричестве.