Статьи
Статья

Что на самом деле изобрел Тесла и в чем он был мистификатором

Фото: EAST NEWS

165 лет назад родился Никола Тесла. На чем была основана его репутация техномага и почти волшебника от мира физики? И что на самом деле подарил талантливый инженер науке? Сегодняшний материал специально для нас написал физик Илья Владимирович Блашков.

Илья Блашков
преподаватель физического факультета СПбГУ, руководитель образовательного центра по направлению «Физика»

1891 год. Начало

Ровно 130 лет назад еще никому не известный сербско-американский ученый Никола Тесла разработал устройство, генерирующее и передающее электричество без проводов. Так называемая катушка Тесла — электрический резонансный трансформатор. Радиочастотный генератор для получения высокого напряжения, при низких токах приводящий в действие трансформатор. Катушка работает по принципу электромагнитной индукции: проводник помещается в переменное магнитное поле и генерирует напряжение на проводнике. Тесла устраивал демонстрации, которые теперь можно увидеть на школьных уроках физики, показывающие, как можно использовать катушку для беспроводного зажигания газоразрядных ламп, расположенных на расстоянии до нескольких метров от источника электромагнитного поля.

По моему мнению, именно изобретение высокочастотного трансформатора и привело Теслу к многолетним мечтам о беспроводном электричестве. Ведь катушка Теслы действительно на это способна. Вот только есть ли в этом практический смысл?

Тесла намного опередил свое время. Так говорят многие. Но в целом складывается впечатление, что опережение это произошло в мечтах Теслы, а не в реальных достижениях. Его амбиции выходили за пределы катушки собственного изобретения. Он представлял мир, в котором все человечество могло бы иметь дешевое или даже бесплатное электричество.

Властелин молний, черный маг, повелитель электричества

Мифическая слава Теслы происходит из двух источников. Во-первых, шло грандиозное бизнес-сражение компаний Эдисона (различные устройства на постоянном токе) и Вестингауза (переменный ток). Можно сказать, что на рубеже XIX–XX веков зарождался современный капиталистический рынок, причем именно в США. В ход шли все методы борьбы за экономическое выживание — вплоть до физических фокусов и представлений перед публикой и громких газетных заголовков.

Тесла, судя по всему, был человеком очень мечтательным, с необъятной интуицией и богатой фантазией. Настолько богатой, что, читая отрывки из его многочисленных пресс-конференций и интервью, которые он давал для привлечения новых потоков финансов, можно вообразить Теслу эдаким полумифическим персонажем и техномагом. Однако отличительная черта почти всех его выступлений на публике — недосказанность.

Фото: Mary Evans Picture Library/Mary Evans Picture Library/East News

Например, в 1899–1900 годах проводилась исследовательская экспедиция в Колорадо-Спрингс — этот регион славился постоянными и частыми грозами. Тесла со своей командой инженеров исследовал молнии и строил первые экспериментальные установки громадных размеров для получения мощных электрических разрядов, имитирующих молнии (искровой разряд в атмосфере). Именно тогда начала складываться репутация Теслы среди далекого от науки населения США как о «властелине молний», «черном маге электричества» и т. п. Разработав конструкцию большого высокочастотного излучателя, Тесла действительно смог получать напряжения от 12 до 20 млн вольт (по данным разных источников) и токи в тысячи ампер. Это действительно было конструкторским, инженерным достижением. Попутно Тесла подтвердил перспективное применение нескольких замечательных свойств сильных электростатических полей: осаждение тумана, очистка поверхностей от ржавчины, грязи, краски. То есть миллионвольтовые схемы, разработанные Теслой, действительно открывали новые пути исследования микроволновых (высокочастотных) токов.

Однако по приезде из Колорадо в Нью-Йорк была задумана обширная статья для журнала Century, посвященная результатам колорадских экспериментов. Как часто всплывает при изучении биографии Теслы и его трудов, со статьей возникли проблемы. Она больше напоминала философский трактат или научно-фантастический роман, нежели научное сообщение о новых результатах. А надо сказать, многие фантасты начала XX века в своих романах предсказывали будущие технологии.

Второй причиной славы и популярности Теслы является фундаментальное общественное явление. В период между мировыми войнами США уже стали самой сильной мировой державой. Но все относились к американцам как ко вчерашней колонии. Это порождало сильнейший комплекс неполноценности. Особенно худо было с наукой. В Европе наука развивалась многие столетия, даже тысячелетия. По части инженерной работы американцы делали просто чудеса в плодотворных условиях стремительно развивающегося рынка, а вот для научных успехов требовалось зарождение собственной научной школы, традиций и опыта. На все это требовалось значительное время, поэтому политические деятели и стратеги стремились заполучить ученых других стран. Для этого нужен был авторитет, который и пытались заполучить как можно скорее — для этого чрезмерно пиарились достижения (часто необъективные) собственных ученых и инженеров. Не случайно многие историки физики отмечают многочисленные попытки выдвижения Теслы и Эдисона в нобелевские лауреаты, а также серьезное давление на факт признания Плутона планетой, ведь открытие было сделано американским астрономом Персивалем Лоуэллом.

Первый или нет? Какая разница!

Давайте попробуем как можно более объективно оценить труды Николы Теслы и понять, какую важную роль он сыграл во второй мировой промышленной революции начала XX века.

Условно можно разбить трудовую жизнь Теслы на два периода: до пожара в его лаборатории в Нью-Йорке в марте 1895 года и после.

До этого события изобретения Теслы уверенно можно назвать крайне эффективными, полезными и остроумными. Многие достоверно подтверждены патентами и статьями. Здесь очень важно попытаться представить, в каком состоянии пребывало научно-инженерное общество того времени. В XIX веке открытия Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея, Максвелла и других ученых привело многих к четкому осознанию, что за электромагнетизмом будущее. Огромное количество блестящих умов по всему миру было занято исследованием применения электрических и магнитных явлений. Если в одной стране один человек доходил до какого-нибудь технического открытия, то в другой точке земного шара в это же время нечто похожее вполне мог сконструировать другой. Поэтому споры о том, кто был первым, не утихают и по сей день. Хотя почему бы просто не определить, что первыми были несколько людей? Разве это умаляет их заслуги?

Фото: East News

Так многократно случалось впоследствии и с наследием Николы Теслы. Например, достоверно известно, что в 1891 году он продемонстрировал на практике применение радиосвязи с помощью передающего устройства с резонанс-трансформатором. Это подтверждает и знаменитая радиоуправляемая модель лодки Теслы. Сложно представить, но еще в конце XIX века человечество увидело дистанционное управление модели катера. Конечно, возникают споры, кто был первым — Тесла или русский физик Александр Попов, создавший радио примерно в то же время.

Также достоверно известно о факте создания Теслой в 1890-х годах «лучевых трубок», питаемых от резонансных трансформаторов его собственной конструкции и испускающих, как теперь они называются, рентгеновские лучи. До сих пор обсуждается вопрос приоритета столь выдающегося открытия, за которое Вильгельм Рентген в 1901 году получил Нобелевскую премию. Однако сам Тесла не претендовал на открытие.

Кроме того, Тесла, будучи сторонником теории существования электроэфирной среды, исследовал возможность создания каналов в эфирной среде, по которым можно было бы передавать огромные электрические импульсы. По всем признакам эта идея опередила свое время почти на полвека. Теперь подобное явление называется плазменным шнуром. Однако никаких свидетельств о каком-либо четком и обоснованном результате Теслы нет, лишь об идее и пробных экспериментах.

То же самое касается и известных домыслов о познании шаровых молний Теслой. На уровне разговоров и интервью упоминаний много. По словам самого Теслы, его не интересовало это понятное ему явление, так как оно являлось побочным атрибутом при создании мощных искровых разрядов, которыми Тесла надеялся передавать электричество без проводов. Тем не менее явление ни тогда, ни сейчас однозначно не объяснено.

12 октября 1887 года — важная дата в карьере Теслы. В этот день он опубликовал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного поля. Это важнейшее открытие способствовало тому, что впоследствии именно в честь Николы Теслы назвали единицу измерения магнитной индукции в международной системе единиц СИ.

Работая на Вестингауза, Тесла запатентовал множество различных применений самых разных многофазных систем переменного тока. До изобретения так называемого асинхронного двигателя переменный ток не находил широкого применения, поскольку не мог использоваться в ранее существовавших электродвигателях, работающих на постоянном токе.

Как русский инженер дал подсказку Тесле

В 1895 году компанией Вестингауза была пущена первая в мире гидроэлектростанция — Ниагарская ГЭС. Не вижу никакой проблемы в том, чтобы признать и ошибки Теслы. На сегодняшний день по всему миру используется трехфазная система тока, которую изобрел в 1890 году русский инженер, один из основоположников электротехники Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Тесла же считал наиболее экономичной двухфазную систему.

На выставке 1891 года во Франкфурте-на-Майне Тесла познакомился с изобретением Доливо-Добровольского и, осознав бесспорные преимущества трехфазной системы, отправился обратно в США — переделывать систему Ниагарской ГЭС. Доливо-Добровольский несправедливо забыт на фоне громкой полумифической славы Теслы, поэтому считаю важным его упомянуть. Но этот факт нельзя относить к унизительным по отношению к Тесле, это абсолютно нормальный путь развития изобретений человечества. Таким образом, к заслугам Теслы уверенно можно приписать достаточно быстрое усвоение европейской концепции трехфазной передачи тока и трехфазных электромоторов и построение указанных систем в США.

С 1889 года Никола Тесла приступил к исследованиям токов высокой частоты и высоких напряжений. Как мы говорили в начале, он изобрел первые образцы электромеханических генераторов высоких частот и высокочастотный трансформатор, создав тем самым предпосылки для развития новой отрасли электротехники — техники ВЧ.

Фото: NIKOLA TESLA MUSEUM/Science Photo Library/East News

В ходе исследований токов высокой частоты Тесла, разумеется, уделял внимание и вопросам техники безопасности. Впоследствии многим исследователям и инженерам крайне пригодился богатый накопленный опыт Теслы в этой очень важной теме. Исследуя вопросы безопасности, Николе Тесле приходилось экспериментировать и с собственным телом, чтобы лучше понять, как переменные токи различной частоты и амплитуды воздействуют на человеческий организм. Им были впервые сформулированы правила при работе с ВЧ-токами, которые применяются и сегодня. Например, Тесла на личном примере убедился, что электрический ток частотой выше 700 Гц безболезненно протекает по поверхности тела и не вредит тканям. Кроме того, инженер разработал первые электротехнические аппараты для медицинских исследований, которые стали популярны во всем мире. Электротерапия используется до сих пор: например, для очищения пор, удаления сыпи и пр. Бактерии, как оказалось, быстро погибают под воздействием электричества, и Тесла первым обнаружил, что таким образом можно легко и просто очищать загрязненные поверхности.

130 лет назад, 10 марта 1891 года, инженер запатентовал надежный способ получения токов «Метод управления дуговыми лампами». Это изобретение очень пригодилось в радиосвязи для устранения помех от шумно работающей дуговой лампы.

О башне Теслы

С 1896 года Тесла, видимо, решил, что главной целью его жизни должна стать идея о беспроводной передаче электричества в любую точку планеты.

Заручившись финансовой поддержкой американского промышленника Джона Моргана, ученый построил огромную башню Ворденклифф, впоследствии ставшую символом мифической стороны жизни Николы Теслы. Это была экспериментальная беспроводная передающая станция, построенная для телекоммуникации по всему миру. Тесла к тому моменту уже доказал, что высокочастотные сигналы могут передаваться без проводов, с помощью катушечных трансформаторов Тесла.

Он получил финансирование на строительство башни, скрыв ее как телекоммуникационную. Дальнейшие эксперименты в этой построенной лаборатории убедили его в том, что можно передавать электроэнергию, если задействовать верхние слои атмосферы. В будущем Тесла планировал сеть башен, охватывающую весь земной шар и получающую удаленный беспроводной доступ к энергии от центральной станции.

Как заявлял Тесла в интервью тех лет, он открыл основные принципы и якобы остается только развивать их коммерчески. К сожалению или к счастью, необузданные фантазии Теслы так и не увидели свет. Во-первых, практически все биографы подтверждают факт испуга Джона Моргана, когда тот узнал о реальных планах Теслы на башню и прекратил финансирование проекта в 1905 году. Промышленник (вне зависимости от конечного успеха проекта) боялся, что если электричество бесплатно будет везде, то рухнет вся система обеспечения энергией населения и производства, от углеводородов до ГЭС и ТЭЦ впоследствии.

Новых инвесторов Тесла найти не сумел — по аналогичным Моргану причинам. И башня осталась заброшенной. Кстати, эта информация очень важна при рассмотрении явления Тунгусского метеорита. К моменту его «падения» башня уже больше двух лет пребывала в бездействии. Этот факт серьезно противоречит теориям о том, что тунгусское диво — дело рук Николы Теслы.

Незавершенная башня была снесена в 1917 году, в разгар Первой мировой войны, так как могла служить, по мнению многих историков того времени, для радиопередачи информации немецкими связистами.

Возможна ли вообще беспроводная передача энергии?

Не умаляя заслуг Николы Теслы в целом, можно предположить, что он не мог полностью понимать природу явлений в своих экспериментах. Как и у любого из первопроходцев на рубеже веков, у него не было в распоряжении достаточной научной базы.

Например, Тесла предлагал создать так называемую стоячую волну огромной длины в грунте, используя Землю как огромный проводник. Мол, это для нас земной шар чрезвычайно велик, а для электромагнитной волны это просто проводник. И с этим не поспорить, но проблема такого гигантского проводника в его неоднородности: слишком много различий в зависимости от состава почвы, влажности и т. д. Зато неизменна одна характеристика — высокое сопротивление. Кроме того, много энергии уйдет на поворот диполей в поляризуемых веществах, перемагничивание доменов, различного рода «паразитных» излучений и т. д. Неоднородность массива Земли неизбежно исказит фронт волны до неузнаваемости, так что КПД такой «беспроводной» передачи энергии очень низок, потери были бы огромны. То же самое и с передачей высокочастотного сигнала по воздуху — потери огромны (вспомните, как быстро затухает сигнал Wi-Fi при удалении от передатчика). Чего уж говорить о передаче на сотни и тысячи километров? Передача электричества по медному проводу неспроста распространена во всем мире — это очень эффективный способ.

Возможно, потратив огромные средства, реально осуществить планы Теслы с помощью огромного количества передающих башен. Но на эти же деньги можно построить атомные или солнечные электростанции, теория и конструкция которых понятны и ясны.

Как показывает практика, ненаправленная беспроводная передача худо-бедно работает на расстоянии в несколько километров.

Фото: East News

Тесла, безусловно, толковый инженер, и он попал в струю лавины открытий в области электромагнетизма. Вполне вероятно, убежденно уверовав в идею беспроводного электричества, он сделал ее своей основной целью, для которой, естественно, были нужны большие деньги. В этом ему сильно помогла мистификация, которая и довела общество того и сегодняшнего времени до нездорового преувеличения роли Теслы в технологическом прогрессе.

Тот же Доливо-Добровольский сделал для мировой промышленности гораздо более важную прикладную вещь — трехфазный асинхронный электродвигатель, но много ли кто о нем знает и помнит?

Но значение Теслы все равно велико: он сыграл важнейшую роль в жизни многих изобретателей и ученых как источник вдохновения. Обладая нерядовой фантазией, он действительно косвенно указал на важные открытия последующих десятилетий.

Тесла-мифотворец

Человек, живший почти век назад, едва ли мог на самом деле владеть технологиями, способными удивить современных людей. Все же научно-технический прогресс с тех пор шагнул невероятно далеко. Как только дело доходит до предметных вопросов («При каких условиях?», «Какое КПД?»), магия исчезает. То, что на первый взгляд грозило уничтожить экономику, в крайнем случае превращается в нечто забавное, но бесполезное.

Очень многие свои замыслы Тесла сводил к так называемым каналам распространения энергии, которые по факту являются обычными пробоями воздуха при очень высоких напряжениях из-за лавинной ионизации и возросшей, как следствие, проводимости. Его мечты использовать высокочастотные токи самыми разными способами произошли от того, что он обнаружил, что такими воздух пробивается легче.

Очень многое из того, что приписывают сегодня Тесле, основывается на совпадениях названий, по большинству незнакомых неподготовленному слушателю, но не на использовании собственно его разработок.

Самые популярные мифы, связанные с Теслой, такие как Филадельфийский эксперимент (в котором корабль ВМС США в 1943 году исчез с радаров и появился в другом месте), создание электромобиля в 1931 году, разработка так называемых «лучей смерти» (то есть лазеров и мазеров) и, конечно, Тунгусский феномен, основаны на догадках и домыслах. Так что важно определиться: кто вы и чего хотите от наследия Теслы?

Если вы хотите пищи для фантазии, то мифологическая сторона жизни Теслы — крайне интересное чтение. Но если вы хотите разобраться в его истинном, безусловно богатом наследии, то придется получить техническое образование и читать его публикации, которые остались, причем в солидном количестве. Они написаны на профессиональном техническом инженерном языке. Тогда вы точно почувствуете, что верить можно только фактам и доказательствам, среди которых, безусловно, нет места «по словам очевидцев».

Тунгусский метеорит: что это было?

Современные ученые наконец разобрались в изобретении Николы Теслы столетней давности

«Свет приходит к нам с севера — из России»

Читайте также
Ученые выяснили, почему некоторые люди могут «слышать» голоса мертвых
Ученые выяснили, почему некоторые люди могут «слышать» голоса мертвых
Если вы слышите голоса, вы медиум или все-таки шизофреник?
Пятое состояние вещества удалось получить на МКС
Пятое состояние вещества удалось получить на МКС
Оно занимает промежуточное положение между квантовым и миром привычной физики.
Ученые сняли на видео, как именно происходит разряд молнии
Ученые сняли на видео, как именно происходит разряд молнии
Замедление в 10 000 раз показало, что наше представление о процессе как минимум не всегда верно.