Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Marcos Jaen Sanchez

Наука. Величайшие теории: выпуск 36: Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Пер. с исп. — М.: Де Агостини, 2015. — 176 с.

ISSN 2409-0069

Еженедельное издание

© Marcos Jaen Sanchez, 2013 (текст)

© RBA Collecionables S.A., 2013

© ООО “Де Агостини”, 2014 2015

Введение

Образ Николы Теслы, изобретателя сербского происхождения, можно назвать воплощением трагического мифа о борце за правду, в одиночку противостоящем сказочным чудовищам. Это архетип героя, который восстал против богов во благо человечества и впоследствии был уничтожен и вычеркнут из памяти людей за свою смелость. Легендарность его личности также дополняется перечнем приписываемых ему «странностей», а бунтарский дух Теслы является этическим идеалом исследователя. Первые лучи его гениальности озарили мир в конце XIX века, во время второй промышленной революции — в период господства промышленных магнатов и банкиров, заложивших основы капитализма. Свет этого гения становился все более ярким по мере того, как электричество брало верх над паровыми машинами, и не гас до тех пор, пока оно не превратилось в главную движущую силу современного мира.

Процесс внедрения электричества в промышленность стал примером взаимодействия таких неразрывно связанных понятий, как наука и технологии. Фундаментальные исследования электричества шли рука об руку с поисками практических решений по генерированию, хранению и транспортировке электроэнергии. Тесла появился тогда, когда феномен электричества был еще внове; но очень скоро ученый продемонстрировал удивительную интуицию, ясно осознав возможности исследований в данной области. В Соединенных Штатах Америки, ставших для изобретателя второй родиной, только утихали кровавые бои гражданской войны, в то время как молодой Тесла заканчивал обучение в Европе и готовил свои первые проекты — незрелые, но свидетельствующие о незаурядном даровании. Совмещая деятельность ученого и инженера, этот человек был типичным представителем своей эпохи.

Хотя улицы некоторых городов уже озарились электрическим светом, были запущены первые трамваи и освещены роскошные особняки, все же, по сути, потенциал электричества пока оставался нераскрытым. Первые электрические аппараты работали на постоянном токе (ПТ): он всегда движется в одном направлении, а его напряжение постоянно во времени. Но данная система оказалась недостаточной для питания больших сетей, призванных удовлетворить промышленность, желающую расти согласно актуальному на тот момент ритму времени. Несмотря на ограничения, связанные с постоянным током, главным его ценителем был сам Томас Альва Эдисон. Он инвестировал миллионы долларов в установки постоянного тока, уверенный в том, что его лампочки, представлявшие собой эволюционировавшую модель лампы накаливания Джозефа Уилсона Суона 1878 года, не будут работать при других условиях. Несмотря на это, некоторые инженеры и предприниматели, в том числе Джордж Вестингауз, уже догадывались о возможностях переменного тока и работали над их реализацией, хотя похвастаться им было нечем — эффективный двигатель переменного тока пока не изобрели. Величина и направление переменного тока циклично изменяются в зависимости от периодической функции времени. Из-за своей переменной природы такой ток требует наличия эффективной сети распределения энергии.

На этом перекрестке эпох никому не известный эмигрант из Европы прибыл в США, имея в кармане лишь несколько центов и смятые бумаги с описанием идей. Будучи еще в Европе, молодой человек в порыве вдохновения раскрыл принцип вращающегося магнитного поля, который помог ему разработать очень простой и эффективный асинхронный электродвигатель. Таким образом «волшебник» Никола Тесла раскрыл тайну единственной возможности массового развития электричества — переменного тока. С помощью Вестингауза он разработал электрическую сеть в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, в то время как другой великий изобретатель — Эдисон — уже планировал жестокое и бесчестное сражение, известное как «война токов».

Несомненный успех переменного тока превратил Теслу в пророка, но лишь немногие знали о жертвах, которые он принес во имя дальнейшего развития. Король в лаборатории, он был дилетантом в финансовых делах. Тесла настолько слепо верил своим догадкам, что не сомневался: будущее даст ему все, что требуется. Однако, возможно по причине такой слепой веры, ошибки в финансовых делах обернулись для него огромными потерями.

Периодом триумфа Теслы стало последнее десятилетие XIX века, когда он мог пользоваться своей славой для развития новых технологий, раздвигающих границы науки. Речь идет об электромагнитных волнах, существование которых было доказано Генрихом Рудольфом Герцем в 1887 году согласно теории Джеймса Клерка Максвелла. Это была эпоха небывалой активности, самая продуктивная и незабываемая в жизни Теслы: именно тогда появились проекты, настолько опережавшие свое время, что современники не всегда могли понять их, так же как, возможно, не мог до конца понять их и сам Тесла. Но кроме того это была эпоха растрат. Не слушая мудрых советов друзей, интенсивно работая одновременно во многих направлениях, изобретатель не имел достаточно времени, чтобы закончить свои исследования и задокументировать их, не говоря уже о получении патентов. В последующие годы это поразительное число достижений позволило сделать много открытий и способствовало развитию только зарождавшихся направлений науки. При этом очень часто вся выгода доставалась кому-то другому. Даже сегодня мы обращаемся к работам Теслы того периода, когда занимаемся поисками происхождения тех или иных базовых принципов или открытий в науке и технологии, кажущихся, бесспорно, современными.

Эксперименты, которые Тесла ставил в ту благословенную эпоху, были опасны и не могли проводиться в больших городах. Изобретателю пришлось продолжать свои работы в легендарном убежище в Колорадо-Спрингс, расположенном у подножья Скалистых гор. Там он специально построил станцию и в течение нескольких месяцев проводил серию очень важных опытов, впервые для него — детально документированных. В тот период Тесла сделал фундаментальные открытия: например, стационарные электромагнитные волны Земли. В конце концов изобретатель созрел для того, чтобы совершить самый решительный карьерный скачок и попытаться воплотить идею всей своей жизни. Он решил создать общемировую систему беспроводной передачи информации и электроэнергии. Данный проект должен был принести ему славу, во много раз большую, чем слава человека, открывшего возможности переменного тока.

В поисках необходимых средств Тесла склонил на свою сторону, иногда не гнушаясь и обманом, главных финансовых деятелей Северной Америки. Его заявления и статьи, посвященные проекту, шокируют современного читателя. В них описаны, с использованием языка того времени, базовые понятия, являющиеся частью повседневной жизни современного общества — мира коммуникаций, основанного на использовании мобильных телефонов, интернета, систем геолокации, Wi-Fi, Bluetooth... Невозможно не удивиться, читая пророческие слова Теслы, написанные еще до окончания XIX века: «В будущем газеты будут печататься в домах без проводов в течение одной ночи».

На заре XX века Тесла прилагал все возможные усилия, чтобы мир его мечты стал реальностью. Он был уверен, что достигнет этого в течение нескольких месяцев. При финансовой поддержке банкира Джона Пирпонта Моргана (1837-1913) изобретатель построил на Лонг-Айленде первую станцию беспроводной передачи, названную Ворденклиф. Башня Ворденклиф стала символом ее создателя. Хотя Тесла занимался теоретической и практической разработкой установок по радиопередаче с 1893 года, весь мир в этом плане удивил Маркони, отправив на стыке веков беспроводные сигналы через Атлантику. Морган рассчитывал, что амбициозный проект его «сотрудника» по строительству башни сможет затмить подвиг итальянца. Проблема заключалась в том, что Тесла плохо себе представлял, какую цель он преследует; Морган не знал, что Ворденклиф будет не только станцией радиопередач, но и первой в мире станцией по эффективной беспроводной передаче электричества с использованием электромагнитного резонанса Земли. Могли ли промышленные магнаты допустить переход к новому миру коммуникаций, свободной информации и дешевой энергии?