Работа над лампами | Биография Николы Теслы
Тесла был плодовитым открывателем новых обширных областей знания. Он обрушивал свои открытия на мир с такой скоростью и с такой беззаботностью, что как будто парализовал умы ученых своего времени. Он был слишком занят, чтобы тратить время на техническую или коммерческую сторону каждого нового открытия, — слишком много было перед ним других новых и важных откровений, которые необходимо было явить миру. Открытия не были случайными событиями для него. Он видел их мысленным взором задолго до того, как получал их в лаборатории. У него была четкая программа изысканий в девственных областях, где еще никто не проводил исследований, и он надеялся, что, когда выполнит ее, у него будет впереди еще долгая жизнь, чтобы заняться практическим приложением того, что он уже открыл.
А между тем он обнаружил целый новый мир интересных явлений, связанных с разрядами в его катушках при пропускании через них токов чрезвычайно высоких частот. Он изготавливал катушки все больших и больших размеров и экспериментировал с самыми разнообразными их формами. От обычной цилиндрической катушки он перешел к конусной форме, а от нее к плоской спиральной или дисковой катушке.
Токи чрезвычайно высокой частоты подарили Тесле математический рай, где он мог вволю наслаждаться своими уравнениями. Благодаря математическим способностям и необыкновенному феномену воображения он нередко очень быстро делал целый ряд открытий, на которые с обычным лабораторным оснащением уходит очень много времени. Так были открыты явления резонанса и разработаны резонансные цепи.
Поскольку волны были относительно короткими, то изготавливать конденсаторы для резонансных контуров было сравнительно просто. В резонансном контуре электрические колебания происходят ритмично, как колеблется звучащая струна музыкального инструмента, образуя петли равной величины с точками покоя между ними. Петель может быть от одной до целой серии.
Не Тесла выдвинул идею электрического резонанса. Она была неотъемлемым элементом данного лордом Кельвином математического описания разряда конденсатора, а также физической сути переменных токов. Но Тесла извлек ее из глубин математического уравнения и превратил в яркую физическую реалию. Электрический резонанс аналогичен акустическому, который представляет собой естественное свойство материи. Но реальных цепей, в которых мог возникнуть резонанс, не было до тех пор, пока Тесла не начал работать с переменными токами, особенно с токами высоких частот. Приложив руку мастера к исследованиям в этой области, он развил принцип резонанса в отдельных цепях, состоящих из подобранных емкости и индуктивности, и добился усиления эффектов индуктивной связью двух резонансных контуров, а также особых проявлений резонанса в контуре, настроенном на четверть длины волны питающего тока. Только истинный гений мог нанести подобный штрих.
Две петли вибрирующей струны составляют полную длину волны, а одна петля половину этой длины, поскольку пучность одной петли находится вверху, когда пучность соседней внизу.
Между двумя петлями находится узловая точка (узел), которая не движется. Расстояние от узла до пучности петли как раз и равно четверти длины волны. Четверть длины волны принимается за единицу, узел неподвижен, а пучность соответствует вершине амплитуды колебания.
Тесла обнаружил, что при настройке катушек на четверть длины волны один конец катушки остается электрически нейтральным, тогда как другой характеризуется огромной электрической активностью. Это был уникальный случай, когда один конец небольшой катушки инертен, а другой испускает град искр под напряжением в сотни тысяч и даже миллионов вольт. В качестве физической аналогии можно представить, что воды Ниагары, достигая края пропасти, не падали бы в нее, а гигантским фонтаном устремлялись бы вверх.
Катушка, рассчитанная на четверть длины волны, это электрическое соответствие вибрирующей ножке камертона, маятнику обычных часов или язычку музыкального инструмента. Однажды созданная, она кажется простой вещью, но придумать ее мог только гений. Своей несомненностью подобная идея могла озарить лишь выдающийся ум, опирающийся на широкие принципы, каким и был всю свою жизнь Тесла, и лишь в самом невероятном случае — тех, кто без вдохновения ковыряет технические устройства в надежде наткнуться на что-нибудь, на чем можно сделать деньги.
Высоковольтная катушка, на одном из концов которой нет напряжения, значительно упрощала многие проблемы. Одной из таких серьезных проблем для Теслы был способ изоляции вторичной высоковольтной обмотки трансформатора от его низковольтной первичной обмотки, возбуждающей энергию во вторичной. Открытие Теслы позволило полностью снять напряжение с одного конца вторичной обмотки, а саму обмотку подсоединить непосредственно к первичной или заземлить. Другой же конец вторичной обмотки мог по-прежнему извергать молнии. Именно для этого разработал он конусную и дисковую катушки.
В лаборатории у Теслы было множество самых разных катушек. В начале своих исследований он установил, что если в лаборатории на какой-то длине волны работает катушка, то в остальных катушках, настроенных на эту длину волны или на одну из ее гармоник, вызывается резонансная реакция, проявляющаяся в виде искр вокруг них, хотя они никак не соединяются с работающей катушкой.
Это был пример беспроводной передачи энергии. Тесле требовалось провести ряд экспериментов, чтобы понять смысл этого явления. Он никогда не терялся на новых просторах, которые открывал. Ум его воспарял на такие высоты понимания, что он мог обозреть открытый им мир одним взглядом.
Тесла планировал эффектную демонстрацию нового принципа. На всех четырех стенах под потолком самого большого зала его лаборатории работники натянули на изолированных опорах провод, который шел от одного из осцилляторов.
Подготовка к эксперименту закончилась поздно ночью. Для испытаний Тесла взял две стеклянные трубки около метра длиной и чуть больше сантиметра в диаметре. Запаяв их с одного конца, он создал в них разрежение, и запаял с другого конца.
Тесла распорядился полностью затемнить помещение. Рабочие по его сигналу должны были включить осциллятор.
— Если моя теория верна, — пояснил он, — то, когда вы включите осциллятор, трубки превратятся в сияющие мечи.
Выйдя на середину зала, он велел выключить свет. Лаборатория погрузилась в кромешную тьму. Один из рабочих держал руку на включателе осциллятора.
— Включайте! — скомандовал Тесла.
Зал мгновенно наполнился ярким, причудливым голубовато-белым светом. Рабочие смотрели на высокую, худую фигуру Теслы, энергично размахивавшего подобием двух пламенных мечей. Стеклянные трубки горели неземным светом, а он делал выпады и парировал удары, словно сражался с двумя противниками.
Работники лаборатории уже привыкли к необычным трюкам Теслы, но этот выходил за все мыслимые рамки. Тесла и до этого зажигал вакуумные лампы, но они всегда подсоединялись к питающим катушкам, эти же две светили, не подключаясь ни к чему.
После этой демонстрации, устроенной в 1890 году, лаборатории Теслы стали освещаться именно так. Петля под потолком всегда находилась под напряжением, и, если где-то нужен был свет, достаточно было просто взять трубку и положить ее в нужном месте.
Когда Тесла приступил к разработке нового вида освещения, в качестве модели он взял Солнце. Господствовавшая тогда теория гласила, что в фотосфере, или внешней газовой оболочке Солнца, свет создается колебанием молекул. И именно такое колебание он и хотел использовать.
Грандиозное откровение, озарившее его в будапештском парке, когда он любовался пылающим диском заходящего Солнца, принесло ему, как мы видели, не только чудесную идею вращающегося магнитного поля и многих возможностей использования многофазных переменных токов, но и важный вывод о том, что все в Природе действует на принципе вибраций, соответствующих переменным токам. Множество открытий и изобретений, сделанных им за все последовавшие годы, тоже основывалось на принципе, который он вывел из этого возвышенного переживания.
Считалось, что свет Солнца излучается молекулами, которые колеблются под действием тепла. Тесла хотел воспользоваться этим явлением, но более совершенным способом, для чего нужно было заставить молекулы колебаться под действием электрических сил. Он полагал, что искры и электрические пламена, которые создаются его высоковольтными катушками, связаны с колебаниями молекул атмосферы, и если он сможет закрыть атмосферные газы в стеклянные сосуды и с помощью электричества вызвать их колебание, то они будут излучать свет без тепла, поскольку энергию будут давать холодные электрические токи.
Сэр Уильям Крукс, который задолго до Эдисона создал электрическую лампу накаливания, поместив электрически разогреваемую нить накала в вакуумную колбу, провел множество экспериментов в попытке провести электричество через газы в стеклянных сосудах в самых разных условиях — от атмосферного давления до максимальной разреженности, какой мог добиться, и получил необычные результаты. Он использовал ток высокого напряжения, который получал с помощью устаревшей катушки индуктивности.
Тесла предполагал, что когда он попробует получить те странные эффекты, что наблюдал при работе со своими токами крайне высоких частот, в закрытых стеклянных сосудах, результаты будут совершенно отличны от тех, что получили Крукс и Гесслер, который тоже работал в этой области. И он не ошибся.
Тесла создал четыре совершенно новых вида осветительных приборов, работающих на принципе электрического возбуждения молекул газа:
1) лампы с твердым нагревательным элементом;
2) лампы, наполненные люминофорами;
3) лампы с разреженными газами;
4) лампы, в которых газы светятся при обычном давлении.
Как и Крукс, Тесла пропускал высокочастотные токи через газы под разным давлением — от самого низкого до нормального атмосферного — и получал такой свет, который своей яркостью превосходил все ранее достигнутые результаты. В своих лампах он заменял воздух другими газами, в том числе и парами ртути, и отмечал полученный при этом цвет и другие особенности.
Отмечая разнообразие цветов, которыми светились различные газы и даже воздух под разным давлением, Тесла заподозрил, что не вся энергия излучается в виде видимого света, но какая-то ее часть дает черный свет. Проверяя эту гипотезу, он заполнял лампы сульфидом цинка и другими люминофорами. В этих экспериментах (проводившихся в 1889 году) Тесла положил основание современному люминесцентному освещению, которое считают изобретением самых последних лет. Именно он придумал использовать теряемый ультрафиолетовый, или невидимый черный, свет превращением его в видимый свет посредством люминофоров. Когда через шесть лет Рентген открыл излучение, названное им Х-лучами, он на своем лабораторном столе применял похожие лампы, но из простого стекла, и люминофор. Тесла придумал и неоновую лампу и даже изгибал ее в виде букв и геометрических фигур, как в современной неоновой рекламе. И хотя Крукс и Томсон еще до него и одновременно с ним проводили лабораторные эксперименты, но ни тот, ни другой так и не создали никаких ламп и ничего, что можно было бы применить на практике.
В начале 1890 года Тесла обнаружил, что высокочастотные токи настолько отличаются своими свойствами оттоков обычной индукционной или искровой катушки, что лампы светятся от них так же, а то и лучше, соединяясь с питающим высоковольтным трансформатором лишь одним проводом, а цепь возврата проходит прямо через пространство.
Работая с лампами с проводящим проводом в центре и с лампами, заполненными воздухом с частичным вакуумом, Тесла обнаружил, что газ лучше проводит высокочастотный ток, чем провод. Это наблюдение позволило ему сделать много впечатляющих экспериментов, нарушавших, казалось, фундаментальные законы электричества. Лампы и другие аппараты он закорачивал тяжелыми металлическими стержнями, которые при обычных режимах работы совершенно обесточили бы их. Но при подключении к высокочастотным токам они работали так, словно никакого короткого замыкания и не было.
Вот один из его поразительных опытов. Длинная стеклянная трубка с частично откачанным из нее воздухом помещалась внутри еще более длинной медной трубки, один из концов которой был закрыт. В середине медной трубки была сделана прорезь, позволявшая видеть внутреннюю трубку. Когда медная трубка включалась в высокочастотную цепь, воздух в стеклянной трубке начинал ярко светиться, но никаких признаков того, что по медной трубке течет ток, не было. Электричество шло не по полностью металлической трубке, а переносилось индукцией в разреженный воздух в стеклянной трубке и в результате той же индукции выходило с другого ее конца.
Газ, насколько мы теперь видим [говорил Тесла], служит проводником, способным переносить электрические импульсы любой частоты, какую мы можем генерировать. При достаточно высокой частоте можно создать необычную систему распределения, которая, вероятно, заинтересует газовые компании. Газ, текущий по металлическим трубам — где металл будет изолятором, а газ проводником, — мог бы питать фосфоресцирующие лампы или какие-то другие еще не придуманные устройства.
В 1914 году, говоря в печати об этой замечательной проводимости газов, в том числе и воздуха, при низком давлении, Тесла предложил всемирную систему освещения, в которой вся Земля с окружающей ее атмосферой рассматривалась как единая лампа.
У поверхности Земли воздух испытывает самое большое давление из-за массы более высоких слоев атмосферы. Когда мы поднимаемся от земли, все больше воздуха оказывается под нами и все меньше над нами, поэтому чем выше подъем, тем ниже давление.
Как объяснял Тесла, на больших высотах атмосферные газы находятся в том же состоянии, что и в трубках с частичным вакуумом, которые он изготавливал в своей лаборатории, поэтому они должны быть превосходным проводником высокочастотных токов. Естественным примером этому служит полярное сияние, возникающее в природе по тому же закону, о котором говорил Тесла, но об этом еще не было известно, когда он выдвинул свою идею.
Прохождение в верхних слоях атмосферы определенного вида электрического заряда достаточной мощности должно вызывать свечение воздуха. Вся Земля превратится в исполинскую лампу, и все ночное небо будет светиться. Не будет никакой необходимости в уличном освещении, указывал Тесла, разве только во время грозы или большой облачности. Морские путешествия станут менее опасными и более приятными, поскольку небо над океаном будет повсюду освещено, и день превратится в ночь.
Тесла не сообщал в печати, как именно он намеревается проводить высокочастотные токи по верхним слоям атмосферы, но когда он обрисовал свой проект, то заявил, что в нем нет никаких трудностей, которых нельзя было бы разрешить на практике, а это значит, что он уже выработал определенные способы для осуществления своего замысла.
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 зарядом, 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, что, 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 экспериментировал 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 черепа 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!
«Никола Тесла: ложь и правда о великом изобретателе»
