Текст книги "Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы"

Автор книги: Джон О'Нил

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 23 страниц)

Он утверждал, что на высоте около 10,5 км воздух имеет высокую проводимость, но может эффективно использоваться и на меньших высотах. Точность предсказания Теслы в отношении проводимости верхних слоев атмосферы подтверждается сегодня наличием проблемы, связанной с работой авиадвигателей на высотах, не превышающих даже 7600 м. Затрудняется подача токов высокого напряжения к свечам зажигания, воспламеняющим газ в цилиндрах, поскольку значительная часть электричества уходит в окружающую атмосферу. На более низких высотах воздух является прекрасным изолятором, особенно для постоянного тока и для низкочастотных токов, но, как обнаружил Тесла, на больших высотах, где господствует низкое давление, он становится прекрасным проводником высокочастотных токов. Идущие к свечам провода окружаются коронным разрядом, что свидетельствует об утечке тока, снижающей эффективность, а то и вовсе прекращающей работу устройств, где используются токи высокой частоты или высокого напряжения, например радиоаппаратуры. (Так как Тесла выяснил, что металлические провода и стержни, служащие превосходными проводниками для постоянных и низкочастотных токов, могут становиться столь же превосходными изоляторами для высокочастотных токов, ясно, что простое предложение о подаче тока в верхние слои атмосферы по металлическому кабелю, спущенному с аэростата, совершенно неприемлемо).

К своему предложению превратить Землю в гигантскую лампу Тесла вновь вернулся в двадцатые годы двадцатого века. А пока у него не было средств на проведение экспериментальной работы, и, поскольку он никогда не разглашал деталей до проверки их на практике, он не стал раскрывать способов осуществления задуманного. Однако он надеялся, что вскоре у него будет достаточно денег, чтобы проверить свой план.

Автор засыпал Теслу вопросами на сей счет, но Тесла был непреклонен в своей решимости хранить молчание.

– Если я отвечу еще на три ваших вопроса, вы будете знать об этом столько же, сколько я сам, – сказал он.

– Тем не менее, доктор Тесла, – ответил я, – я собираюсь описать в своей статье единственную схему, которая представляется мне осуществимой при известных физических законах, и вы можете либо подтвердить, либо отвергнуть ее. Ваши лампы с бомбардировкой молекул дают сильные ультрафиолетовые и Х-лучи и способны послать мощную струю этих лучей, которые ионизируют воздух на больших расстояниях. Ионизируя атмосферу при прохождении через нее, они превратят ее в хороший проводник всех видов электричества достаточно больших напряжений. Если с высокой горы направить струю таких лучей в небо, она создаст в атмосфере проводящий канал на любую заданную высоту, и вы сможете посылать свои высокочастотные токи в верхние слои атмосферы, не отрываясь от земли.

– Если вы опубликуете это, – сказал Тесла, – то это будет ваша схема, а не моя. Статья все-таки вышла с моими рассуждениями, но ни подтверждения, ни опровержения со стороны изобретателя так и не последовало, и прибавить к этому больше нечего. Возможно, у Теслы было более простое и более практичное решение. (Уже закончив написание этой книги, автор узнал, что Тесла планировал установить ряд мощных ультрафиолетовых ламп на специальной платформе на вершине своей Уорденклифской башни (см. стр. 188)).

Был у Теслы и еще один план, который он несколько раз упоминал, когда говорил об электропроводности Земли, и который мог иметь в виду в этой связи. Он отмечал, что Земля, как и верхние слои атмосферы, хорошо проводит электричество, тогда как нижний слой атмосферы является изолятором для многих видов тока. Все это похоже на конденсатор – устройство, хранящее и отдающее электричество. При заряде Земли верхние слои атмосферы также заряжаются, и, когда в результате этого наша вращающаяся планета превратится в лейденскую банку, она сможет поочередно заряжаться и разряжаться, создавая ток в самой Земле и в верхних слоях атмосферы. Возникший же при этом электрический ток заставит эти слои светиться. Тесла, однако, никогда не говорил конкретно об использовании идеи земного конденсатора для превращения Земли в единую лампу. Его план, возможно, еще хранится среди его бумаг, которые в настоящий момент – когда пишутся эти строки – недоступны никому, кроме государственных чиновников.

*

Из почти пустого пространства 15-сантиметровой вакуумной лампы Тесла извлек как минимум пять эпохальных открытий. Из нее вышло больше чудес, чем из лампы Аладдина. Свою «волшебную» карборундовую лампу он еще пятьдесят лет назад подарил науке как магический талисман. Не говоря о прочих вышедших из нее открытиях, она сама – как один из видов лампы – была замечательным научным изобретением, но до сих пор не находит применения. Эдисон разработал практическую лампу накаливания и заслужил огромное уважение за свое изобретение. Тесла же изобрел абсолютно оригинальную лампу – карборундовую, – которая, потребляя то же количество электроэнергии, дает в двадцать раз больше света, и это его достижение остается практически неизвестным. Эта лампа была описана Теслой в лекции для Американского института инженеров-электриков в Нью-Йорке в мае 1891 года, а в лекциях в Англии и во Франции в феврале-марте 1892 года были представлены дальнейшие достижения и разработки. В своей нью-йоркской лекции он сказал:

Есть немало способов использования электростатических эффектов для получения света. Например, в закрытую и желательно более или менее разреженную сферу можно поместить тело из тугоплавкого материала и подсоединить его к источнику высокого, быстро меняющегося напряжения, под действием которого молекулы газа будут с огромной скоростью много раз в секунду ударяться об это тело, и под ударами триллионов невидимых молотов оно раскалится. То же тело можно поместить и в сферу с очень высоким разрежением и с помощью очень высоких частот и напряжений поддерживать в нем любую степень накала.

Он провел огромное число экспериментов с этой карборундовой лампой и наиболее значительные из них описал в лекциях для английских и французских обществ весной 1892 года. Однако это был лишь один из многих видов ламп и других важных разработок, которые он включил в эти яркие демонстрации своих достижений.

Конструкция карборундовых ламп была очень проста. Они состояли из стеклянной колбы от 7,5 до 15,5 см в диаметре, в центре которой на конце проходящего сквозь колбу провода крепилась частица твердого, тугоплавкого материала. Лампы питались от источника высокочастотных токов, поступавших лишь по одному проводу, и наполнялись разреженным воздухом.

Когда к лампе подключали высокочастотный ток, молекулы воздуха в колбе, соприкасаясь с электродом в ее центре, заряжались и, отталкиваясь от него, с высокой скоростью ударялись о стенки стеклянной колбы, теряя при этом свой заряд. Вновь отталкиваясь от стенок колбы, они с такой же высокой скоростью опять ударялись об электрод. Электрод же, испытывая миллионы миллионов повторных ударов в секунду, разогревался и начинал светиться.

В этих простых стеклянных колбах Тесла получал чрезвычайно высокие температуры, верхняя граница значений которых, казалось, определяется лишь величиной тока. Он мог буквально испарить карборундовый электрод, замечая, что жидкое его состояние просто невозможно из-за своей неустойчивости.

Циркониевый ангидрид, самое теплостойкое из известных веществ, мог расплавиться мгновенно. Он пробовал применять в качестве электродов алмазы и рубины, но испарялись и они. Когда Тесла использовал колбу с этими материалами как осветительную лампу, он не собирался плавить их, но в своих экспериментах он всегда шел до нижних и верхних границ допустимых возможностей. Он заметил, что карборунд настолько тугоплавок, что лампы с электродами из этого материала (карбида кремния) способны работать при большей плотности тока, чем с электродами из других веществ. Карборунд не так легко испарялся и не оставлял налета на внутренней поверхности колбы.

Так Тесла разработал принцип работы ламп, где раскаленный электрод передает свою тепловую энергию молекулам очень небольшого количества газа в колбе, превращая их в источник света. Такая лампа горит, как Солнце: ее электрод соответствует массивному телу Солнца, а окружающий его газ – фотосфере, или светоизлучающему слою его атмосферы.

Тесла хорошо понимал значение эффектной и даже театральной демонстрации, но наверняка испытывал особое удовлетворение, не имеющее никакого отношения к театральности, когда зажигал это миниатюрное солнце токами, проходящими через его тело, – высокочастотными токами под напряжением в сотни тысяч вольт. Он стоял, как статуя Свободы, с выходным проводом своего высокочастотного трансформатора в одной руке и с поднятой лампой, внутри которой горело раскаленное миниатюрное солнце, сотворенное им же, в другой. Можно сказать, что это сверхчеловек являл свои запредельные свершения. Но было и удовлетворение, которое можно отнести только к чувствам обычного смертного. Эдисон смеялся над его идеей разработки системы переменного тока и утверждал, что этот ток не только бесполезен, но и смертельно опасен. И Тесла дал, несомненно, достойный ответ, предоставив самой Природе отвечать за него.

Наблюдая за этой действующей моделью карборундового солнца, которое он мог взять в руку, Тесла быстро увидел множество возможных приложений происходящих в ней явлений. Каждая электрическая волна, пробегавшая по крошечному электроду, заставляла его излучать град частиц, с огромной скоростью ударявшихся о внутреннюю поверхность колбы лишь за тем, чтобы, отразившись, вновь вернуться к электроду. Солнце – сделал вывод Тесла – это раскаленное тело с высоким электрическим за рядом, и оно тоже выбрасывает ливни крошечных частиц, каждая из которых несет огромную энергию, потому что мчится с чрезвычайно высокой скоростью. Но ни вокруг Солнца, ни вокруг других звезд нет барьера в виде стеклянной колбы, поэтому ливни частиц продолжают уноситься в необъятные просторы космического пространства.

Этими частицами заполнен весь космос, и они постоянно бомбардируют Землю, разрушая материю при столкновении с ней, как в лампах Теслы. Он видел, как это происходит в его колбах, где под ударами заряженных частиц самые тугоплавкие электроды рассеивались в атомную пыль.

Он хотел установить, как эти частицы сталкиваются с Землей. Одним из проявлений этой бомбардировки, говорил он, является полярное сияние. Нет никаких свидетельств об экспериментальных методах, с помощью которых он обнаружил эти лучи, но он выступил в печати с заявлением о том, что это ему удалось и что он измерил их энергию и установил, что они движутся с необыкновенно высокой скоростью, сообщенной им сотнями миллионами вольт солнечного потенциала.

Но ни ученые, ни широкая публика в начале девяностых не были расположены к таким фантастическим заключениям или к утверждениям о том, что Земля подвергается бомбардировке какими то разрушительными лучами. И сообщение Теслы, мягко говоря, не восприняли всерьез.

Когда же в 1896 году французский ученый Анри Беккерель обнаружил испускаемые ураном загадочные лучи и когда последовавшие за этим исследования увенчались открытием в Париже Пьером и Марией Кюри радия, атомы которого спонтанно разрушаются без видимой причины, то в качестве простой причины радиоактивности радия, тория, урана и других элементов Тесла смог указать на свои космические лучи. Он предсказал также, что будут найдены и другие вещества, становящиеся радиоактивными в результате бомбардировки этими лучами. Победа Теслы, однако, была лишь временной, ибо научный мир не принял его теорию. Тем не менее он был лучшим пророком, чем догадывался об этом он сам или кто-либо другой.

Тридцать лет спустя д-р Роберт Милликен вновь открыл эти лучи, решив, что, как и световые, они имеют волновую природу. За ним последовал д-р Артур Комптон, который доказал существование космических лучей, состоящих из движущихся с огромной скоростью частиц материи, как и описывал их Тесла. Они положили начало, обнаружив энергии в десятки миллионов вольт, а на сегодня известны энергии уже в миллиарды и даже триллионы электронвольт. В описании результатов этих и других исследований говорится, что эти лучи разрушают атомы материи, превращая их в потоки радиоактивных отходов, и это также предсказывал Тесла.

В 1934 году Фредерик Жолио, зять супругов Кюри, открыл явление искусственной радиоактивности обычных веществ при бомбардировке их частицами именно так, как описывал это Тесла. За свое открытие Жолио получил Нобелевскую премию, но никто так и не признал эту идею за Теслой.

Лампа Теслы с молекулярной бомбардировкой стала прообразом другого самого современного достижения – расщепляющего атом циклотрона. Циклотрон, предложенный и построенный в последние двадцать лет Э.О. Лоуренсом из Калифорнийского университета, это ускоритель заряженных частиц, в котором они движутся по плоской раскручивающейся спирали в магнитном поле в круглой камере, из которой вылетают узким пучком. Исполинская машина с магнитом, величиною с дом, сборка которой ведется сейчас, когда пишутся эти строки, будет испускать столь мощный пучок заряженных частиц, то, если, согласно проф. Лоуренсу, направить его на строительный кирпич, он полностью разрушит его. Различные вещества уже подвергались бомбардировке в моделях меньших размеров, где они либо становились радиоактивными, либо разрушались, либо их атомы превращались в атомы других элементов. Небольшая стеклянная лампа Теслы диаметром 15,5 см и даже меньше с молекулярной бомбардировкой оказывала точно такое же, а может быть, и более сильное разрушительное воздействие на твердую материю, чем любой из ныне существующих расщепляющих атом циклотронов, несмотря на их огромные размеры (даже небольшие циклотроны весят двадцать тонн).

Описывая один из экспериментов со своей лампой, где на карборундовом электроде крепился рубин, Тесла сказал:

Среди прочего установлено, что в таких случаях, где бы ни началась бомбардировка, ее воздействие – как только достигается высокая температура – приходится лишь на одно из веществ и не оказывается на другое или другие вещества. Главным образом это зависит, по-видимому, от точки плавления и от того, насколько быстро вещество «испаряется», или, проще говоря, разрушается, если иметь под этим в виду выброс не только атомов, но и более крупных образований. Сделанное наблюдение соответствует общепринятым понятиям. В лампе с большим разрежением электричество переносится с электрода независимыми носителями. Частью это атомы или молекулы остаточной атмосферы, частью – атомы, молекулы или другие образования, выброшенные из электрода. Если электрод состоит из разнородных веществ и если одно из них разрушается быстрее остальных, то большая часть электричества выходит именно из этого вещества, которое при этом нагревается сильнее остальных, и процесс ускоряется, поскольку при повышении температуры вещество разрушается еще быстрее.

Вещества, которые не плавились при температурах тогдашних лабораторных печей, легко разрушались в простой дезинтегрирующей лампе Теслы, где создавался мощный луч из разрушительных частиц, собиравшихся со всех сторон сферическим отражателем (колбой его лампы) – своего рода трехмерным зажигательным стеклом, – но направлявшим не тепловые лучи, а заряженные частицы. Лампа производила то же действие, что и тяжелые современные агрегаты для расщепления атомов, но гораздо более эффективно в колбе, такой легкой, что она едва не парила в воздухе. Простота и эффективность лампы увеличиваются еще и за счет того, что количество частиц, разрушающих в ней вещество, пополняется из этого же самого вещества.

Эта лампа явилась прообразом и еще одного самого современного открытия большой важности – эмиссионного электронного микроскопа, увеличивающего в миллион раз, или в десять-двадцать раз более мощного, чем лучший из известных электронных микроскопов, который в свою очередь дает в пятьдесят раз большее увеличение, чем оптический микроскоп.

В эмиссионном электронном микроскопе заряженные частицы вылетают из крошечной активной точки на частице вещества, находящегося под высоким напряжением, и, двигаясь по прямой, воссоздают на сферической поверхности стеклянной колбы образ микроскопического участка площади, с которого они испускаются. Степень увеличения ограничивается лишь размером стеклянной сферы, и чем больше ее радиус, тем сильнее увеличивается изображение. Поскольку электроны меньше световых волн, они с огромным увеличением изображают те объекты, которые слишком малы, чтобы их изображение могло переноситься световыми волнами.

На поверхности сферической колбы своей лампы Тесла получал фосфоресцирующие образы того, что происходило на разрушающемся электроде в условиях крайне высокого разрежения. Этот эффект он описал в своих лекциях весной 1892 года, и это описание можно почти без изменений применить к увеличивающему в миллион раз эмиссионному электронному микроскопу. Вот цитата из его лекции:

Глазу кажется, что вся поверхность электрода светится с одинаковой яркостью, но на нем происходит постоянная смена и перемещение точек, температура которых намного превышает среднюю, и это существенно ускоряет процесс износа… Создайте в лампе очень высокое разрежение, которое не пропускало бы разряды довольно высокого потенциала, то есть светящиеся разряды, так как, по всей вероятности, слабые невидимые разряды происходят всегда. Теперь медленно и осторожно поднимайте напряжение, оставляя первичный ток не более чем на мгновение. В какой-то момент на сферической колбе появятся одна, две, три или полдесятка фосфоресцирующих точек. Эти участки на стекле бомбардируются, очевидно, интенсивнее других, что объясняется неравномерной плотностью электрического заряда, обусловленной резкими выбросами, или, вообще говоря, неоднородностью электрода. Но положение ярких участков постоянно меняется, что особенно хорошо заметно, если удастся получить их совсем немного, и это свидетельствует о быстром изменении формы электрода.

Будет только справедливо, если в будущем ученые признают Теслу изобретателем электронного микроскопа. Слава его не уменьшается от того, что он не описал отдельно действие неизвестного тогда электрона, но предположил, что эффект этот объясняется действием электрически заряженных атомов.

Изучая особенности различных моделей этой и других своих газовых ламп, Тесла обратил внимание, что интенсивность видимого света меняется в зависимости от условий работы. Он знал, что лампы дают как видимые, так и невидимые лучи, и использовал целый ряд люминофоров для обнаружения ультрафиолетового, или черного, света. Обычно изменения видимого и ультрафиолетового света уравновешивают друг друга, то есть когда ослабляется один, усиливается другой, а остаточная энергия уходит с тепловыми потерями. В лекциях 1892 года он отмечал, что в лампе с молекулярной бомбардировкой он обнаружил «видимый черный свет и весьма особенное излучение». Он эксперименти ровал с этим излучением, которое, по его словам, создавало образованные тенью картины на пластинках в металлических контейнерах в его лаборатории, когда она была уничтожена пожаром в марте 1895 года.

Это «весьма особенное излучение» больше не описывалось в печати в то время, но, когда в декабре 1895 года в Германии проф. Вильгельм Конрад Рентген объявил об открытии Х-лучей, Тесла смог сразу же воспроизвести полученные им результаты посредством своего «весьма особенного излучения» и указать на очень похожие свойства этих и Х-лучей, хотя получены они были различными способами. Как только Тесла прочитал заявление Рентгена, он тут же послал немецкому ученому образованные тенью изображения, созданные его «весьма особенным излучением», на что тот ответил: «Изображения очень интересны. Не будете ли вы так любезны и не сообщите ли мне, каким образом они получены?».

Тесла не думал о том, что эта ситуация дает ему какой-то приоритет в открытии Х-лучей, и никогда не выдвигал никаких претензий на сей счет. Но он немедленно приступил к интенсивным исследованиям их природы. Пока другие пытались выкачать из подобия использовавшейся Рентгеном трубки излучение, достаточное для получения теневых фотографий таких тонких структур, как руки и ноги в непосредственной близости от лампы, Тесла делал снимки ерепа с двенадцатиметрового расстояния от нее. В это же время он описал где-то неопределенный вид излучения, исходящего из искрового промежутка при прохождении сильного тока, которое не было ни поперечными волнами, вроде световых, ни радиоволнами, и которое нельзя было остановить помещенными на его пути металлическими пластинами.

Итак, в одной лекции, охватывавшей его исследования за двухлетний период, Тесла предложил миру – помимо своих новых электронных вакуумных ламп, высокоэффективной лампы накаливания и высокочастотных токов и аппаратов высокого напряжения – по меньшей мере пять выдающихся научных открытий и достижений:

1) космические лучи;

2) искусственную радиоактивность;

3) разрушительный луч заряженных частиц, расщепляющих атом;

4) электронный микроскоп; и

5) «весьма особенное излучение» (х-лучи).

Как минимум четыре из этих новшеств, вновь открытых в течение сорока последовавших лет, принесли другим Нобелевскую премию, имя же Теслы никогда не упоминалось в связи с ними. А ведь труд его жизни еще только начинался!