Но как их объяснить?
«Бесконечный мир, с молекулами и их атомами, обращающимися по своим орбитам во многом тем же образом, что и небесные тела, несущими с собой, а возможно, и вовлекающими за собой во вращение эфир (иными словами, несущими с собой статические заряды), — объяснял он, — кажется мне наиболее вероятной точкой зрения, которая правдоподобно объясняет большую часть наблюдаемых явлений. Это вращение молекул и их частных эфиров вызывает напряжение эфира общего или вызывает электростатическое напряжение. Выравнивание (перераспределение) эфирного напряжения вызывает другие движения или электрические токи, а орбитальные движения производят эффекты электро-и постоянного магнетизма».
Прошло лишь три года с того момента, как, выступая перед той же группой специалистов, он представил им систему электропитания, которая должна была революционизировать промышленность и принести свет в дома в самых отдаленных уголках. Сейчас он описывал свое исследование самой природы электричества посредством световых эффектов и эффектов свечения, целиком пленяя своих слушателей.
Сцена, на которой он выступал, была освещена светящимися газовыми трубочными лампами, часть из которых фосфоресцировала для интенсификации свечения, причем для некоторых он использовал урановое стекло. Они были предшественниками современных флуоресцентных ламп. Тесла никогда не патентовал их и никогда не использовал в коммерческих целях, да и на рынке они появились только по прошествии пятидесяти лет. Именно для этой лекции он изогнул лампы особым образом, так что они образовали имена великих ученых и сербских поэтов, любимых Теслой.
Повернувшись к столу, оратор тщательно выбирал изящные приспособления. «Это обыкновенная стеклянная трубка, из которой частично удален воздух, говорил он. — Я беру ее, затем привожу свое тело в контакт с проводом, подводящим переменный ток высокого напряжения, и трубка в моей руке начинает ярко светиться. В какое бы положение я ее ни поместил, как бы я ни перемещал ее в пространстве, как угодно далеко, лишь бы мог дотянуться, ее мягкий приятный свет продолжает излучаться с неослабевающей яркостью»2.
Когда трубка, которую он держал, начала светиться (что, кроме всего прочего, было подтверждением безопасности переменного тока и служило аргументом в его пользу), агент Эдисона профессор Браун незаметно поднялся и поспешил покинуть зал. Его хозяин кусал локти, когда услышал об этой экстравагантной рекламе. Зато Джордж Вестингауз, который приехал из Питтс-бурга только ради лекции, наклонился вперед, ободряюще кивнул и улыбнулся.
Вслед за этим Тесла представил свою беспроводную или безэлектродную газоразрядную лампу, подключаемую индуктивно к высокочастотному источнику питания. Ее он изобрел, когда открыл, что при низком давлении газы обладают чрезвычайно высокой проводимостью. Тесла снова продемонстрировал — такие лампы можно было перемещать в помещении куда угодно, однако они продолжали гореть. Он никогда не пытался найти им коммерческое применение, однако их все еще продолжают исследовать спустя более чем восемьдесят лет, как это можно видеть из недавно полученных патентов.
Роланд Дж. Морин, главный инженер Международной корпорации «Сильвания» в Нью-Йорке, позже писал: «Я уверен, что демонстрации [Теслы] этого источника света на Всемирной ярмарке в Чикаго (1893) дали импульс Д. Мак-Фарлану Муру создать и выпустить флуоресцентную лампу...
Тесла щедро отдавал дань ученым, проложившим ему путь, — он говорил о том, что обязан сэру Уильяму Круксу, который в 1870 году сконструировал электронную лампу с парой электродов внутри. Ссылаясь на «такой же туманный мир» (позже определенный как поток электронов), он говорил об эффектах, достигаемых благодаря переменным токам высокой частоты и высокого напряжения: «Мы наблюдаем, как проявляется энергия переменного тока, проходящего по проводу — не столько в проводах, как в окружающем пространстве — самым удивительным образом, принимая форму тепла,
света, механической энергии и, что поражает более всего, даже химического сходства».
Его ловкие пальцы выбрали другое приспособление:
«Это вакуумная лампочка, подсоединенная к одному проводу... Я сжимаю ее, и вмонтированная в нее платиновая пуговка быстро накаливается.
А здесь, присоединенная к токоподводящему проводу, другая лампа. Если я дотрагиваюсь до ее металлического патрона, она заполняется великолепным многоцветным фосфоресцирующим сиянием.
Вот еще, — говорит Тесла, — я стою на изолированной платформе; вот я привожу свое тело в контакт с одним концом вторичной обмотки индукционной катушки... и вы видите потоки света, пробивающиеся с его дальнего конца, который сильно вибрирует...
Еще раз я присоединяю эти две пластины из металлической сетки к концам обмотки индукционной катушки. Разряд... принимает форму светящихся потоков».
Он сказал, что было просто невозможно проводить исследования с индукционной катушкой, не натыкаясь на интересные или полезные факты. Тесла начал описывать эффекты, которые он получил в лаборатории, — «большие колеса, которые в темноте издают красивое свечение благодаря изобилию потоков», и о том, как он пытался найти способ, чтобы создать «необычное пламя, которое было бы неподвижным».
Его слушателям иногда казалось, будто возбуждение зрительного зала было для него столь же важно, как и полезные результаты, но затем, в мгновение ока, он преподносил им один «полезный факт» за другим.
Например, он показывал им двигатель, который работал только на одном подводящем проводе, — обратный контур был беспроводным, просто через пространство. И вновь, зачаровывая инженеров, гордившихся своим здравым смыслом и неподверженностью обману, он рассказывал о возможности создания электродвигателей, работающих совершенно без проводов. Он говорил об энергии в космосе, свободной для использования.
«Вполне возможно, — рассказывал он, — что такие беспроводные электродвигатели, как их можно называть, могут запитываться на значительных расстояниях благодаря электропроводности разреженного воздуха. Переменный ток, особенно высокочастотный, с поразительной легкостью проходит даже через чуть разреженный газ. А ведь верхние слои воздуха разреженные. Чтобы подняться туда, конечно, требуется преодолеть некоторые трудности — преимущественно механической природы. Нет сомнения, что благодаря высоким частотам и масляной изоляции светящиеся электрические разряды могут распространяться на многие мили в разреженном воздухе. И путем такой передачи электричества на огромные расстояния двигателями мощностью во многие сотни лошадиных сил можно управлять из стационарного источника. — Но подобные схемы у Теслы упоминаются, в основном, как возможности. — У нас не будет необходимости передавать энергию таким способом. Нам совсем не надо будет передавать энергию. Еще до того, как минет несколько поколений, наши механизмы будут приводиться в движение силой, доступной в любой точке вселенной. Эта идея не нова... Мы встречам ее в чудесном мифе об Антее, который получал энергию от земли; мы встречаем ее среди тончайших рассуждений одного из наших блестящих математиков... Во всем космосе есть энергия. Кинетическая это энергия или статическая? Если она статическая, то наши надежды напрасны; если — кинетическая, а мы знаем, что так оно и есть, то это просто вопрос времени, когда люди смогут подключать свою технику к механизму природы...»3
Однако кульминацией выступлений Теслы была простая шестидюймовая вакуумная трубка (практически пустая), которую он называл углеродно-кнопочной лампой (детализированная позже на лекциях в Англии и Франции). При помощи такого исследовательского инструмента он изучал обширные новые области научных исследований4.
Итак, небольшой стеклянный шар. Внутри шара игла с крупинкой (кнопкой) материала, подключенная одним проводом к высокочастотному источнику. Эта «кнопка» внутри шара электростатически отталкивала находящиеся вокруг молекулы газа к стенкам шара. Молекулы возвращались опять к «кнопке», с лету ударялись о нее и раскаляли ее добела, поскольку удары эти повторялись миллионы раз в секунду.
В зависимости от силы источника (напряжения и тока) достигалась очень высокая температура, — большинство веществ «кнопки» плавились или испарялись мгновенно. Тесла экспериментировал с «кнопками» из алмазов, рубинов и двуокиси циркония. В конце концов он обнаружил, что карборунд не испаряется так быстро, как другие твердые материалы, или образует осадок на внутренней стенке шара, отсюда и название — «углеродно-кнопочная лампа».
Энергия тепла раскаленной лампы передавалась молекулам небольшого количества газа в трубке, что вынуждало их становиться источником света, в двадцать раз более яркого по отношению к потребляемой энергии, чем лампа накаливания Эдисона.
Пропуская через свое тело высокочастотный ток в сотни тысяч вольт, Тесла держал в руке это удивительное творение — работающую модель раскаленного солнца. С ее помощью он показывал то, что, с его точки зрения, было космическими лучами. Солнце, размышлял он, — это раскаленное тело, несущее огромный заряд электричества и испускающее потоки мельчайших частиц, каждая из которых обладала энергией благодаря своей огромной скорости. Но, будучи не замкнутым в стеклянном шаре, солнце отправляет свои лучи прямо в космос.
Тесла был убежден, что весь космос наполнен этими частицами, постоянно бомбардирующими землю, а также все другие виды материи, точно так же, как в его «углеродно-кнопочной» лампе, где самый твердый материал превращается в атомную пыль.
Он говорил, что одним из проявлений этой бомбардировки Земли Солнцем является северное сияние. Хотя не существует никаких записей его методов, он объявлял, что обнаружил космические лучи, измерил их энергию и определил, что они движутся со скоростью сотен миллионов вольт5.
Наиболее рассудительные и здравомыслящие физики и инженеры из его аудитории, слышавшие эти вопиющие заявления, скептически качали головой. Где доказательства?
Сегодня известно, что термоядерная реакция на Солнце вызывает рентгеновское, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, а также излучение радиоволн и солнечных частиц с мощностью 64 млн ватт (или вольт-ампер) на квадратный метр поверхности Солнца.
Космические лучи, согласно современным знаниям, проявляются в различной форме и являются результатом слияния и распада частиц, а также столкновения высокоэнергетичных частиц. Они летят не только от Солнца, но и от звезд, в том числе новых или взрывающихся.
Электроны и протоны Солнца, приближаясь к Земле, захватываются электромагнитным полем Земли и образуют радиационные пояса Ван Аллена. Солнечное излучение, как видимое, так и невидимое, определяет температуру поверхности планет. Северное сияние вызывается частицами, испускаемыми Солнцем (солнечный ветер), при их соударении с атомами верхних слоев атмосферы.
Спустя пять лет после лекции Теслы французский физик Анри Беккерель открыл таинственные лучи, испускаемые ураном. Мария и Пьер Кюри подтвердили его открытие своими исследованиями радия и урана, атомы которого распадались самопроизвольно. Тесла ошибочно полагал, что космические лучи являются первичной причиной радиоактивности радия, тория и урана. Но он был абсолютно прав, предсказывая, что бомбардировка «космическими лучами», то есть субатомными частицами высокой энергии, может сделать другие вещества радиоактивными, как это и было продемонстрировано Ирен Кюри и ее мужем Фредериком Жолио в 1934 году.
Хотя научный мир времен Теслы не принял его теорию космических лучей, двое ученых, ставших впоследствии знаменитыми в этой области, признавали себя обязанными его влиянию. Должно было пройти тридцать лет, прежде чем Роберт А. Милликан повторно открыл космические лучи. Он полагал, что они были скорее фотонами, а не заряженными частицами. Это привело к одной из яростных дискуссий 1940-х годов между нобелевскими лауреатами Милликаном и Артуром Г Комптоном, который считал, что космические лучи состоят из частиц вещества с очень высокими скоростями. В точности, как это описывал Тесла, и эта теория нашла подтверждение.
И Милликан, и Комптон отдавали дань интуиции своего победоносного предшественника. Но наука неумолимо продвигалась, доказывая, что состав космических лучей более разнообразен и сложен, чем каждый из них полагал.
Лампа со странным названием «углеродно-кнопочная», которой Тесла 20 мая 1891 года ослепил аудиторию в Колумбийском колледже, воплощала идею точечного электронного микроскопа. Лампа испускала наэлектризованные частицы, выстреливаемые по радиусам из крошечного активного пятна (крупинки), у которого поддерживался высокий потенциал. И на поверхности стеклянного шара эти частицы, как микроскоп, воспроизводили увеличенное фосфоресцирующее изображение той маленькой области, из которой они вылетели6.
Единственным ограничением на увеличение, которого можно было достичь, оставался размер стеклянной сферы. Чем больше будет ее радиус, тем больше будет увеличение. Электроны меньше, чем волны видимого света. И вещи слишком Маленькие, чтобы их можно увеличить при помощи световых волн, все же можно увидеть как изображения, созданные выпущенными электронами.
Владимиру Зворыкину приписывается создание электронного микроскопа в 1939 году. И все же эффект углеродно-кнопочной лампы, когда Тесла создавал в ней очень высокий вакуум, едва ли хоть чем-то будет отличаться от точечного электронного микроскопа, увеличивающего в миллион раз7
Другой эффект, полученный благодаря углеродно-кнопочной лампе, берет свое начало в явлении резонанса. При описании резонанса Тесла часто применял аналогии с винным бокалом и качелями. Бокал, разбитый звуком, взятым на скрипке, разлетается вдребезги потому, что вибрации воздуха, порождаемые скрипкой, оказались той же самой частоты, что и собственные вибрации бокала. Человек, сидящий на качелях, может весить двести фунтов, а слабый мальчик, раскачивающий его, может весить пятьдесят фунтов и толкать качели с силой не больше фунта. Но если он подстроит свои толчки под качание качелей, когда они уходят от него, и будет добавлять всего по фунту усилий, ему скоро придется остановиться, чтобы не отправить качели в космос.
«Принцип не может подвести, — говорил Тесла. — Здесь просто нужно прикладывать небольшую силу в нужный момент».
Вот почему углеродно-кнопочная лампа Теслы может быть названа предком ускорителя (ядерных частиц). Имея твердую карборундовую «кнопку» в шаре с почти полным вакуумом и подключая лампу к высокочастотному источнику тока, Тесле удалось достичь того, что на немногих оставшихся молекулах воздуха появлялся заряд. И они отбрасывались с огромной скоростью от «кнопки» к стенкам шара и обратно, разбивая вдребезги материал «кнопки» в атомную пыль. Пыль присоединялась к несущимся молекулам воздуха, вызывая дальнейшее измельчение.
«Если бы можно было сделать частоты достаточно высокими, то потери из-за несовершенной упругости стекла были совершенно незначительными...»8 — пояснял Тесла.
В 1939 году Эрнест Орландо Лоуренс из Калифорнийского университета в Беркли получил Нобелевскую премию за изобретение циклотрона.
Согласно отчету: «В 1929 году Эрнест Орландо Лоуренс... прочел об исследовании одного немецкого физика, которому удалось, подавая по два электростатических импульса вместо одного, сообщить заряженным атомам калия в электронной лампе в два раза больше энергии, чем они обычно получали при фиксированном напряжении. Лоуренс удивился: «Если импульс можно было удвоить, нельзя ли его утроить или увеличить в какое-то число раз?» Задача заключалась в том, чтобы передать частицам в лампе серию импульсов. При этом каждый последующий импульс должен быть чуть сильнее, пока (как в примере с ребенком, раскачивающим качели) количество движения частиц не возрастет достаточно сильно»9
Из стекла и сургуча Лоуренс создал прибор, разгоняющий частицы. Дископодобная вакуумная камера всего лишь четыре дюйма шириной. Внутрь поместили два электрода, каждый из которых был как полкоробки для торта. Они получили название D-пластины. Снаружи этой вакуумной камеры разместили мощный электромагнит. Ионизированные атомы (или протоны) мчались в магнитном поле внутри этой круглой камеры, пока не разгонялись до очень высокой скорости, и тогда выбрасывались из камеры в виде узкого пучка. Как пули с огромной энергией. Первая модель Лоуренса была названа циклотроном, поскольку он разгонял молекулы по кругу. Вскоре он построил аппарат большего размера, который разгонял протоны до энергии в 1,2 млн электрон-вольт.
Действительно ли Тесла разбивал ядра атомов углерода, как полагал его первый биограф, не имеет большого значения для его революционного достижения. Сам изобретатель описывал, как яростно молекулы остаточного газа ударялись об углеродную кнопку, раскаляя ее или приводя в состояние, близкое к жидкому.
Возможно, Лоуренс не знал о лампе Теслы, работающей на принципе бомбардировки мишени молекулами. Но он, без сомнения, знал о попытках построить атомный ускоритель, которые предпринимались Грегори Брейтом с коллегами в институте Карнеги. В 1929 году в Вашингтоне эта группа использовала пятимиллионо-вольтную катушку Теслы для подачи на ускоритель необходимой энергии. Без такой катушки приборы для расщепления атома никогда бы не смогли работать. Описания углеродно-кнопочной (или молекулярно-бомбардирующей) лампы Теслы можно найти в постоянно воспроизводимых протоколах пяти научных обществ*. К сожалению, к началу 1980-х годов ни одно общество не было достаточно ученым, чтобы представить себе применение этого прародителя технологий атомного века.
Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, Анри Беккерель, Роберт А. Милликан и Лоуренс, все они получили Нобелевские премии. Виктор Ф. Гесс получил Нобелевскую премию в 1936 году за открытие космического излучения. Безусловно, было бы просто справедливо, если бы научное сообщество, по крайней мере, признало перво-проходческие открытия Теслы в каждой из этих областей.
Хотя, возможно, большинство его научных современников не могли полностью понять его лекции — Тесла пробуждал воображение наиболее прогрессивных ученых. И подобно тем, кто сегодня впервые узнает о нем, их охватывало временное безумие. «Он обучал не только достижениями, — вспоминает Эдвин Армстронг, приобретший известность за вклад в развитие радио, — но он также обучал пробуждением удивительного воображения, которое отказывалось признавать кажущиеся непреодолимые трудности: воображение целей, которые, за редким исключением, все еще оставались в области рассуждений»10
Английский ученый Дж. А. Флеминг написал Тесле: «Я сердечно поздравляю вас с вашим величайшим успехом... После этого никто не может сомневаться в вашем звании волшебника первого порядка. Скажем, Ордена Пламенного Меча»11
AIEE, Columbia, Colledge, May 20, 1891. Institution of Electrical Engineers and Royal Society of Great Britain, London, February 1892; Society of Electrical Engineers of France and the French Society of Physics, Paris, February 1892.