Никола Тесла. Пробуждение силы. Выйти из матрицы

Надо сказать, что, несмотря на то что субатомная структура строения вещества в то время еще была совсем неясна и Тесла называет в качестве причины появления изображения на колбе не электроны (официально открыты только несколько лет спустя), а «наэлектризованные атомы», суть открытого им принципа это не меняет. Он не только получил увеличенное во много раз изображение электрода, но и правильно понял и идентифицировал основные принципы его появления: «наэлектризованные атомы» нормально отталкиваются от поверхности электрода, формируя изображение во многом согласно законам геометрической оптики, и первым применил простейшие методы фокусировки такого потока для достижения нагрева или свечения.

В последующем открытие автоэлектронной (полевой) эмиссии электронов было приписано американскому физику-экспериментатору Роберту Вуду, который не более чем лишь повторил вышеописанный опыт Теслы: «Открытие явления автоэлектронной эмиссии в 1897 году связано с именем замечательного экспериментатора Роберта Вуда. При исследовании вакуумного разряда Вуд заметил в сильном электрическом поле испускание электронов, наблюдая свечение стекла под их воздействием, и описал это явление» (32).

Последующие достижения, которые привели к появлению огромного класса вакуумных электронных приборов: электронных ламп различных типов, сканирующих и просвечивающих электронных микроскопов, электронно-лучевых трубок и пр., а именно управляющие сетки, магнитные линзы, флуоресцентные экраны, растровые электронные зонды, корректоры аберраций и т. д., – несомненно, потребовали высочайшего инженерного искусства и научной прозорливости, но вряд ли их можно назвать фундаментальными физическими открытиями.

Первые промышленные электронные микроскопы были разработаны фирмой Siemens по заказу концерна «Farben Industrie» в 1930-х годах (М. Кнолль и Э. Руска), а Нобелевскими лауреатами по физике за создание электронных микроскопов стали Э. Руска, Г. Биннинг и Г. Рорер, ни много ни мало, в 1986 г.! Нужно ли говорить, что в своей Нобелевской лекции никто из них и не вспомнил, что соответствующее принципиальное открытие и первое электронное изображение получил Никола Тесла почти на 100 лет раньше их нобелевского банкета.

1892 г. В той же лекции, поместив внутрь лампы (Фото 26, а) рубиновую каплю, Тесла продемонстрировал опыт, который можно трактовать как демонстрацию лазера.

В целом во время плавки были замечены великолепные световые эффекты, о которых трудно дать адекватное представление. Рисунок … должен проиллюстрировать эффект, наблюдавшийся с рубиновой каплей. Сначала можно наблюдать узкий столб белого света, который проецируется на верхнюю часть колбы, где он образовывает неровно очерченное светящееся пятно. Когда кончик рубина оплавляется, свечение становится очень мощным; но поскольку атомы испущены с намного большей скоростью с поверхности капли, вскоре стекло нагревается и «устает», и теперь светится только кромка пятна. Таким образом формируется очень яркая и четко очерченная линия, соответствующая внешнему контуру капли, которая медленно расширяется по верхней части колбы по мере того, как капля растет. Когда эта масса начинает кипеть, образуются пузырьки и мелкие пустоты, которые вызывают на поверхности колбы темные пятна.

Удивительно, но, по сути, идея о возможном существовании явления вынужденного излучения, которое лежит в основе работы лазеров, вскользь высказана Теслой еще в предыдущей лекции 1891 г. Приведем этот отрывок, где Тесла размышляет о производстве мощного практичного источника света:

Но мощные электростатические эффекты – непременное условие производства света так, как показывает теория…электромагнитные волны, длина которых во много раз больше длины световых волн и которые вырабатываются посредством резкого разряда конденсатора, использовать, кажется, нельзя… Мы не можем при помощи таких волн воздействовать на статические заряды молекул или атомов газов и заставить их вибрировать и излучать свет. Длинные поперечные волны, очевидно, не могут дать нужный эффект, тогда как крайне малые электромагнитные возмущения могут проходить мили в воздухе. Такие невидимые волны, если только они не имеют длину волн света, не могут, как кажется, возбуждать световое излучение в трубке Гейсслера, а световые эффекты, которые порождаются индукцией в трубке, лишенной электродов, я склонен считать имеющими электростатическую природу.

Дальше в лекции Тесла рассуждает о том, что если на рубиновую каплю «подавать энергию, которая волнообразно изменяется в соответствии с определенным законом», то рубин будет испускать, помимо «невидимых волн разных длин», видимые «волны вполне определенного характера», которые «не существуют при постоянной энергии, и всё же они помогают расшатать и ослабить структуру (Материала. – К.)», после чего «рубиновая капля будет излучать соответственно меньше видимых и больше невидимых волн, чем раньше». Это место в лекции почему-то буквально все исследователи совершенно неверно истолковывают, говоря о том, что Тесла имел в виду еще не открытые рентгеновские лучи. На самом деле здесь, наоборот, явно сказано о видимых волнах «с особыми свойствами», и из контекста можно допустить, что Тесла имеет в виду когерентные световые волны, которые как раз и генерируются лазером после накачки рабочего тела энергией – «не существуют при постоянной энергии»! Напомним, это сказано в 1892 году, когда даже подходящей терминологии не существовало!

Марк Сейфер (Marc J. Seifer) в своей работе «Никола Тесла: история лазера и лучевого оружия» собрал воедино отрывки из более чем 50 первоисточников и утверждает, что уже в те годы Тесла наглядно продемонстрировал и дал исчерпывающее объяснение работы двух типов излучателей, являющихся основой соответственно рубинового и газоразрядного лазеров, за 60 лет до их официального изобретения (7). Однако, по мнению автора настоящей книги, этот вопрос требует дополнительного изучения. Последующие разработки Теслы отличались от современных хотя бы тем, что позволяли преобразовывать и концентрировать в виде луча сотни киловатт электрической мощности, как в импульсном, так и в постоянном режиме (33). Это воистину оружие «звездных войн» недостижимо и по сей день, и, конечно же, даже постановка такой задачи вызовет глубокий скепсис у академической науки.

Я вполне согласен с этими сомневающимися и, вероятно, более пессимистичен в этом отношении, чем кто-либо еще, я говорю это из многолетнего опыта. Лучи необходимой энергии не могут быть произведены, и потом, опять же, их интенсивность уменьшается с квадратом расстояния. Но тот агент, который я использую, позволит передавать в далекую точку в миллиарды раз больше энергии, чем это возможно посредством луча любого вида.

Конечно, приведенного выше описания недостаточно для того, чтобы назвать Теслу изобретателем лазера, хотя, как мы видим, над идеей генерации и усиления света под воздействием различных источников он уже размышлял. Все основные элементы лазеров были им продемонстрированы в тех опытах – рабочее тело, источник накачки и даже простейшие оптические резонаторы. Что именно привело в вышеописанном эксперименте к формированию столба света с малым углом расходимости, можно только предполагать. Не исключено, учитывая, что рубин предварительно оплавлялся в этой же лампе, что во время плавки и остывания под влиянием мощного электрического поля, или по иным причинам, оптическая ось рубиновой капли (рубин – анизотропный кристалл) была установлена вдоль силовых линий поля, что в дальнейшем и привело к усилению света, распространяющегося параллельно этой оси в направлении верхней части колбы. В этом случае в качестве зеркал, формирующих оптический резонатор, могла выступить поверхность самого кристалла, так как внутреннее отражение от поверхности рубина достаточно велико (показатель преломления рубина – 1,77). Этот вопрос требует дополнительных исследований.

Заметим, что согласно общепринятой истории науки теоретически явление вынужденного излучения предсказано А. Эйнштейном в 1916 году, а экспериментально применимые методы получения вынужденного излучения и усиления света были разработаны только в 1950-х годах, за что в 1964 г. было раздадено некоторое количество Нобелевских премий (Ч. Х. Таунс, Н. Г. Басов, А. М. Прохоров). Первый мазер был создан в 1954 году, а первый лазер – в 1960-м, и это был именно рубиновый лазер.

1892 г. В ходе все той же лекции в Королевском обществе Великобритании и опытов с вышеописанной колбой Тесла поместил в центр лампы и исследовал свойства электрода из карборунда (карбид кремния), который является полупроводником.

Вне всякого сомнения, карборундовая лампа – изобретение именно Теслы. В то время этот материал только-только появился, его получил Е. Г. Ачесон из Пенсильвании, который и предоставил его Тесле, а запатентовал только год спустя, в 1893-м. Сам Ачесон изобрел карборунд для дешевой замены алмазного порошка, применяемого для шлифовки драгоценных камней. В лекции Тесла говорит о том, что еще не успел толком исследовать свойства этого нового материала, но все-таки уже обратил внимание на некоторые отличительные свойства.

Как следует из лекции, главным направлением исследований было изучение способности карборунда к свечению под воздействием электричества. Самое интересное, что, сделав напыление карборунда на металлический электрод, Тесла получил ни много ни мало, а настоящий… светодиод. Более того, он сразу заметил необычное свечение образованной пленки и отметил, что это свечение не является фосфоресцентным, а имеет какую-то другую природу, и часть лекции размышляет о причинах свечения материалов вообще и, в частности, может ли светиться «относительно прохладная поверхность».

Эта часть лекции довольно скупа, напомним, что Тесла, по его словам, получил карборунд в свое распоряжение всего лишь несколько недель назад и не торопился с выводами. Тем не менее анализ всей лекции целиком позволяет довольно уверенно восстановить ход проделанных экспериментов.

Получив карборунд в виде порошка и отдельных очень мелких кристаллов, Тесла некоторое время потратил на изготовление электродных головок из этого материала (описывается в лекции). На заключительном этапе процесса «головка сильно накаляется» или даже оплавляется. То, что Тесла плавил карборунд, не должно удивлять – его лампа могла почти мгновенно испарять даже оксид циркония и алмазы – одни из наиболее тугоплавких веществ в мире.

Испаряя карборунд, Тесла заметил, что «он нисколько не затемняет колбу, его полезно было бы использовать для покрытия нитей накаливания в обычных лампах». Очевидно, что в этих опытах уносившийся с электрода карборунд оседал в т. ч. и на подводящем ток электроде лампы (Фото 26).

Некоторые эффекты, которые я не наблюдал раньше, полученные при первых опытах с карборундом, я приписывал фосфоресценции, но в последующих экспериментах выяснилось, что он лишен этого свойства. Кристаллы обладают интересным качеством. В лампе с одним электродом в форме небольшого металлического диска, к примеру, при определенной степени разрежения электрод покрылся молочной дымкой, которая отделена темным промежутком от свечения, наполняющего лампу. Когда металлический диск покрыт кристаллами карборунда, пленка гораздо более интенсивная и снежно-белая… Я провел ряд опытов с полученными кристаллами в основном потому, что было бы интересно обнаружить их способность к фосфоресценции по причине их проводимости. Я не смог получить отчетливой фосфоресценции, но должен сказать, что нельзя делать окончательных выводов до тех пор, пока не будут поставлены дальнейшие опыты.

По всей видимости, на тот момент Тесла приписал замеченное им свечение контакта металл-карборунд (металл-полупроводник) странному поведению металла, ибо предыдущие четыре крупных абзаца с некоторым недоумением размышляет над тем, как это может быть, ведь «как известно, проводники не фосфоресцируют», да еще странным «мертвенно-бледным», холодным светом:

Допустим, в уставшей лампе, под молекулярной бомбардировкой, часть металлического предмета или другого проводника представляется сильно светящейся, но в то же время оказывается, что она остаётся достаточно холодной, можно ли это свечение назвать фосфоресценцией?

По современным понятиям, контакт металл-карборунд действительно не фосфоресцирует, а свечение вызывается рекомбинацией носителей заряда различных типов в месте контакта. Строгие ученые, вероятно, сразу скажут, что назвать Теслу первооткрывателем этого явления, столь известного в технике, было бы преувеличением.

Что ж, посмотрим, кто у нас считается первооткрывателем свечения на контакте металл-полупроводник. Оказывается, британский экспериментатор Генри Раунд из лаборатории Маркони. В 1907 г. Раунд «впервые» открыл и упомянул люминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл – карбид кремния (карборунд)!

Дальнейшая история полупроводниковой техники на длительное время тоже связана с карборундом. В 1922 г. талантливейший самоучка Олег Лосев в Нижегородской радиолаборатории обнаружил в месте контакта металл-карбид кремния «холодное свечение» и описал явление, которое в дальнейшем получило название электролюминесценции (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Мало того, Лосев установил тождественность обнаруженного им свечения свечению, которое возникает при бомбардировке карборунда в разрядной трубке (35), т. е., по сути, прямо повторил опыт Теслы.

В 1920-х гг. Олег Лосев настолько продвинул полупроводниковые приборы, что далеко обошел даже «телефункен» и американцев. Загадочное свечение карборунда за рубежом долгое время называли «Losev light». А вот почему Советский Союз не стал лидером в области полупроводниковой техники, а первые советские светодиоды (на основе карбида кремния, кстати) появились только в 1970-х годах, мы разберем позже.

Скажем только, что Нобелевская премия по физике за изобретение особо чудесных светодиодов была выдана группе американо-японских товарищей (И. Акасаки, Х. Амано, С. Накамура) в 2014 году.

1893 г. В Филадельфийской лекции Тесла высказал важнейшую мысль, которую нельзя истолковать иначе, как утверждение о квантовании заряда:

Атом настолько мал, что если бы он заряжался от вступления в контакт с наэлектризованным телом и заряд предположительно следовал бы тому же закону, как в случае с телами измеримых размеров, он должен сохранять объем электричества, который в полной мере может учесть эти силы и колоссальную скорость вибрации. Но атом ведет себя в этом отношении своеобразно – он всегда берет один и тот же «заряд».

Сама мысль о существовании некоей минимальной единицы электрического заряда, насколько можно судить, по состоянию на 1893 год уже не являлась совсем новой, но в данном случае интересно другое.

Как известно, Нобелевскую премию по физике «за работы по определению элементарного электрического заряда и фотоэлектрическому эффекту» получил в 1923 г. американский физик Роберт Милликен. Не обсуждая пока научную ценность его работ, скажем только, что в 1891 г. Милликен, в то время бывший выпускником Колумбийского колледжа, лично присутствовал на лекции Теслы и много лет спустя честно написал:

Немалая часть моей исследовательской работы была проделана с помощью принципов, о которых я узнал в тот вечер.

Впрочем, в своей Нобелевской лекции Р. Милликен не был столь откровенен и не счел нужным упомянуть имя Николы Теслы. Как будет показано позже, эта история имеет важное продолжение.

1889–1893 гг. Тесла одним из первых исследовал явление электромагнитных волн, существование которых установил Генрих Герц, опубликовавший основополагающие работы в 1887 и 1888 годах. Однако, в то время когда Герц все еще генерировал электромагнитные колебания с помощью простейшего искрового промежутка, Тесла создал самый настоящий волновой осциллятор с возможностью генерации непрерывных и затухающих колебаний, а также настройки в широком диапазоне частот и мощностей – основу любого радиопередатчика, и первым выдвинул радикально новые идеи о беспроводной передаче сообщений и энергии в промышленных целях. Нужно сказать, что Тесла совершенно иначе объяснял природу электромагнитных волн и не согласился с результатами опытов Герца.

С тех пор, как была анонсирована электромагнитная теория Максвелла, научные исследователи всего мира устремились к её экспериментальной проверке. Они были убеждены, что это будет сделано, и жили в атмосфере нетерпеливого ожидания, чрезвычайно благоприятной для восприятия каких-либо доказательств этого. Неудивительно, что публикация результатов д-ра Генриха Герца вызвала особый трепет, какой я едва ли испытывал раньше. В то время я был посреди неотложных работ в связи с коммерческим внедрением моей системы передачи энергии (Имеется в виду работа на Вестингауза. – К.), но тем не менее поймал огонь энтузиазма и сгорал от желания узреть чудо своими глазами. Соответственно, как только я освободился от настоятельных обязательств, то возобновил исследовательскую работу в моей лаборатории на Гранд-стрит, Нью-Йорк. Я начал, параллельно с генераторами переменного тока высокой частоты, конструирование нескольких видов устройств с целью изучения поля, которое открыл д-р Герц… Во второй половине 1891 года я уже так далеко продвинулся в развитии этого нового принципа, что получил в свое распоряжение средства, значительно превосходящие то, что было у немецкого физика… Для того чтобы последовательно обосновать мои сомнения, я прошел весь путь [проделанный Герцем] еще раз, очень осторожно, с этими улучшенными приборами. Сходные явления были отмечены, значительно увеличены по интенсивности, но они допускали другое и более правдоподобное объяснение. Я считал это настолько важным, что в 1892 году поехал в Бонн, Германия, чтобы обсудить с доктором Герцем мои наблюдения. Он казался разочарованным до такой степени, что я уже пожалел о моей поездке и расстался с ним с сожалением. В последующие годы я провел многочисленные эксперименты с той же целью, но результаты были неизменно отрицательными. В 1900 году, однако, после того как я развил беспроводной передатчик, который позволил мне получить электромагнитную активность во много миллионов лошадиных сил, я сделал последнюю отчаянную попытку доказать, что возмущения, исходящие от осциллятора, были колебания эфира сродни световым, но опять-таки встретился с полным провалом. На протяжении более восемнадцати лет я читал трактаты, отчеты о научных трудах и статьи по телеграфии посредством волн Герца, чтобы держать себя в курсе, но они всегда оставляли впечатление как произведения художественной литературы.

История науки показывает, что теории являются скоропортящимися. С каждой новой раскрытой истиной мы получаем более глубокое понимание природы, и наши представления и взгляды изменяются. Доктор Герц не обнаружил новый принцип. Он просто поддержал фактами гипотезу, которая была давно сформулирована. Это был вполне хорошо установленный факт, что контур, по которому проходит периодический ток, излучает некий вид пространственных волн, но мы были в неведении относительно их характера. Он, очевидно, дал экспериментальное доказательство того, что это были поперечные колебания в эфире. Большинство людей смотрит на это как на великое достижение. На мой взгляд кажется, что его бессмертная заслуга не столько в этом, сколько в фокусировке внимания исследователей на процессах, происходящих в окружающей среде. Теория волн Герца своей увлекательностью захватила воображение, сдерживает творческие усилия в беспроводном искусстве и затормозила его на двадцать пять лет. Но, с другой стороны, невозможно переоценить благотворное воздействие мощного стимула, который она дала во многих направлениях.

Нельзя не заметить особое ехидство, с которым Тесла в последующем отзывался о «так называемых волнах Герца», «если они существуют». Этот вопрос важен для понимания дальнейших работ Теслы, и мы к нему еще вернемся.

1893 г. Собственно, из предыдущего абзаца логически происходит вопрос о приоритетах в изобретении радиосвязи. Строго говоря, изобретателем радио, пожалуй, следует считать Генриха Герца, и в Германии так и считают до сих пор. Но Герц не оценил перспективы практического использования электромагнитных волн, это сделали другие. Изобретение А. С. Попова датируется 1895 годом и, строго говоря, является усовершенствованным прибором Герца, т. е. «разрядоотметчиком», а не радиоприемником в современном понимании, при этом в своих опытах Попов использовал вибратор Герца, усовершенствованный когерер Лоджа и заземленную мачтовую антенну Теслы.

Употребление мачты на станции отправления и на станции приема для передачи сигналов с помощью электрических колебаний не было, впрочем, новостью: в 1893 г. в Америке была сделана подобная попытка передачи сигналов известным электротехником Николаем Тесла.

Кроме опытов Герца, А. С. Попов первым в России воспроизвел и опыты с резонансным трансформатором Теслы (25). Напомним, что А. С. Попов познакомился с тесловской аппаратурой на чикагской выставке в 1893 г., где Тесла лично продемонстрировал свои беспроводные устройства. К сожалению, эта лекция Теслы, прочитанная 25.08.1893 г., не была опубликована и не сохранилась, и о её содержании известно только по отчетам журналистов того времени и свидетельствам участников. Однако мало сомнений, что в то время как множество ученых по всему миру повторяли опыты Герца с искровым промежутком (Э. Бранли, О. Лодж, У. Прис, А. Пуанкаре, В. Бьеркнесс, Я. О. Наркевич-Иодко, А. С. Попов, Г. Маркони, К. Ф. Браун, Э. Резерфорд, Р. Фесенден и др.), Тесла уже в тех самых первых показах использовал для беспроводной передачи и приема электромагнитных колебаний резонансным образом связанные и взаимонастроенные колебательные контуры с точно известной и настраиваемой длиной волны. В целом же основные идеи по беспроводной передаче различимых сигналов и энергии были сформулированы Теслой еще в лекциях 1891–1893 гг.

Похоже, что даже для электромагнитных волн Герца именно Тесла первым установил соотношение между длиной антенны и длиной излучаемой волны (9), обнаружил различие поля излучения в ближней и волновой зонах (По крайней мере, автор книги так понимает статью (30) с объяснениями и рисунками Теслы по этому поводу. – К.).

Что касается Маркони, то он подал заявку на свое «усовершенствование» приборов Герца в Британии в 1896 году. Позиция Теслы во время судебных разбирательств с Маркони состояла в том, что Маркони просто жульничал – получив патенты на усовершенствованные приборы Герца, на практике использовал аппаратуру Теслы, причем даже не понимая до конца принципов ее работы.

Хорошо разрекламированный эксперт (Маркони. – К.) выдал заявление в 1899 году, что мой аппарат не работал и что пройдет 200 лет, прежде чем сообщение промелькнет через Атлантику, и даже принял флегматично мои поздравления в связи с предположительной чрезвычайной ловкостью (Имеется в виду передача сигнала через Атлантику, якобы проведенная Маркони в конце 1901 г. – К.). Но последующее изучение записей показало, что мои устройства тайно использовали все это время, и с тех пор, как я узнал об этом, я относился к этим методам Борджиа-Медичи с презрением, которого они заслуживают перед всеми непредвзятыми людьми. Оптовое присвоение моих изобретений было, однако, не всегда без смешной стороны. В качестве примера к пункту я могу упомянуть мой трансформатор колебаний с воздушным зазором. Он был, в свою очередь, заменен на угольную дугу, гасящую разрыв в атмосфере водорода, аргона или гелия, с помощью механического прерывания с противоположно вращающимися элементами, ртутный прерыватель или какие-то типы вакуумных колб, и с помощью таких «объездных путей» много новых «систем» было создано. Я имею в виду это, конечно, без малейшей неприязни, давайте продвигаться вперед всеми средствами. Но я не могу отделаться от мысли, насколько лучше было бы, если бы изобретательные люди, которые породили эти «системы», изобрели что-то свое, а не в зависимости от меня вообще.