Памятная гроза. Это и были стоячие волны. Резонанс и антиподы. Сожженный генератор. Возвращение в Нью-Йорк.
Во время опытов с токами высокого напряжения - до нескольких миллионов вольт, - проводимых в лаборатории на Хаустон-стрите, 46, имели место мощные разряды. Это были искусственные молнии, изучению природы и поведения которых Тесла уделял большое внимание. Его замыслы простирались далеко: он мечтал покорить молнию, заставить эти мощные разряды атмосферного электричества совершать полезную работу, укротить природу. Тесла видел в мечтах, как в далеком будущем это грозное и разрушительное явление будет служить человеку.
На этот раз "блаженство успеха" пришло совершенно неожиданно. В апреле 1899 года, когда "агония неудач" достигла своего апогея, Тесла нашел в утренней почте письмо со штампом небольшого местечка, затерявшегося в ущельях Скалистых гор. Писал один из многочисленных поклонников Теслы - Ленард Куртис, инженер-электрик, работавший на электростанции курорта "Компания колорадских источников". Он предлагал Тесле переехать в Колорадо, где обещал обеспечить земельным участком для лаборатории и электроэнергией от станции, на которой работал. Но самым соблазнительным в письме было описание частых гроз с мощными молниями.
Предложение Куртиса заманчиво, но где взять денег для осуществления задуманного? К счастью, владелец отеля "Уолдорф-Астория", где Тесла жил уже много лет, считал его своим личным другом и, узнав о приостановке опытов из-за отсутствия средств, вручил ему 30 тысяч долларов. С радужными надеждами на успех задуманного эксперимента Тесла с небольшим штатом своих сотрудников приехал в мае 1899 года в Колорадо. Место, рекомендованное Куртисом, - "Колорадские источники" (Colorado Springs)- располагалось на обширном плато на высоте 2 тысяч метров. Тесла был поражен исключительной чистотой горного воздуха, несравненной красотой неба, прекрасным видом на цепь высоких гор и, самое главное, изумительной тишиной и уединенностью местности. Сразу же закипела работа по сооружению небольшой лаборатории и оборудованию ее требуемой установкой. На входных дверях сооружаемого здания Тесла распорядился сделать надпись из Дантова "Ада": "Оставь надежду всяк, сюда входящий!"
Тесла тщательно следил за ходом монтажа и до мельчайших подробностей вникал во все. Прокладывая новые пути в науке, он должен был сам конструировать каждую деталь невиданных ранее аппаратов и приборов, от качества изготовления которых зависели успехи его исследований. К тому же, работая с напряжениями в миллионы вольт, нельзя было допустить никаких небрежностей, неточностей и ошибок. He ожидая окончания монтажа лаборатории, Тесла начал наблюдения за грозами, действительно исключительно частыми и сильными в этой дикой местности. Многие из них, - писал Тесла о виденных им молниях, - напоминали огненные деревья со стволом, направленным вверх или вниз. Мне не удалось установить способ их образования и создать их искусственным путем".
Восторгам Теслы не было конца: он узнал о молниях много неизвестного. Вскоре, по его словам, он "знал о молниях больше, чем знает о них сам Бог".
Его не огорчило и то, что, как бы в отместку за попытку похитить у Прометея его тайну, однажды в грозу воздушной волной от удара молнии разметало почти законченное здание лаборатории. Такое вмешательство природы, задержавшее окончание монтажа лаборатории, даже порадовало Теслу - он имел случай проверить некоторые свои предположения, и прошедшая гроза полностью их подтвердила.
Наблюдения над грозами и сопровождавшими их изменениями потенциала Земли Тесла вел с помощью специально сконструированной им установки. Это был трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлен, а второй, заканчивавшийся шаром, поднят на большую высоту. Так как емкость шара зависела от высоты его подъема над землей, вывод, на котором он был укреплен, сделали составным, позволяющим изменять высоту подъема.
Во вторичную обмотку этого трансформатора было включено высокочувствительное самонастраивающееся устройство, соединенное с записывающим прибором.
Всякое изменение потенциала Земли вызывало в витках первичной обмотки импульсы тока, создававшие во вторичной обмотке вторичные токи, отмечаемые регистрирующим прибором. Наблюдение за этими приборами показало, что потенциал Земли непрерывно колеблется. Тесла с интересом занялся изучением этих явлений, пытаясь найти их объяснение. Особенно значительны были эти колебания в период гроз и разрядов молнии. От внимания Теслы не ускользнул. Один очень странный, на первый взгляд, факт - приборы отмечали более сильные колебания потенциала Земли при отдаленных разрядах, чем при разрядах, происходивших вблизи от них.
Как объяснить эту странность? Казалось бы, далекие грозовые разряды должны были вызвать меньшие колебания электрического потенциала Земли в месте установки аппаратуры, чем более близкие. Однако и Тесла и его ассистенты наблюдали именно обратное - отдаленные разряды в определенный момент вызывали более сильные колебания потенциала.
Тесла долгое время размышлял над этим явлением. Он вспомнил, что еще при подготовке к лекции в Институте Франклина и Национальной ассоциации в Сен-Луи у него появилась мысль, которую он тогда отбросил как невероятную, о возможности использовать саму нашу планету для передачи электроэнергии на далекие расстояния. Сделать это было возможно, лишь создавая в Земле стоячие волны, вызывая их появление изменением потенциала Земли. Может быть, именно это явление и наблюдал он сейчас здесь, в "Колорадских источниках"? Инстинктивно Тесла чувствовал, что в ближайшие дни найдет объяснение странным наблюдениям, и оно подтвердит его прежние догадки. Наконец во время одной из гроз разгадка была найдена. Тесла так описал это открытие:
"Третьего июля - я никогда не забуду этой даты - я получил первое неопровержимое экспериментальное доказательство истины, имеющей огромное значение для прогресса человечества. Плотная масса сильно заряженных облаков скопилась на западе, и к вечеру разразилась страшная гроза. Растратив большую часть своей ярости в горах, она понеслась с невероятной скоростью над равнинами. Через почти регулярные интервалы времени возникали длительные грозовые разряды. Мои наблюдения теперь облегчились и стали более точными за счет приобретенного опыта. Я научился уже быстро оперировать своими приборами и приготовился к наблюдению. Регистрирующие приборы были соответствующим образом отрегулированы, и их показания становились все слабее по мере возрастания расстояния до грозы, пока совсем не исчезли. Я наблюдал, полный страстного ожидания. Как я и думал, немного погодя показания прибора появились вновь, становясь все сильнее и, пройдя через максимум, постепенно спадали и снова прекращались. То же самое повторялось много раз через регулярные интервалы времени, до тех пор пока гроза, которая, как следовало из простых подсчетов, двигалась с почти неизменной скоростью, не удалилась на расстояние примерно трех сотен километров. Однако и тогда эти странные явления не прекратились, а продолжались с неубывающей интенсивностью. Впоследствии аналогичные наблюдения были выполнены моим ассистентом Фрицем Ловенштейном, и вскоре собранные сведения позволили неопровержимо установить истинную природу этого чудесного явления. Не оставалось никаких сомнений - я наблюдал стоячие волны".
Одна из важнейших задач, разрешить которую Тесла стремился в Колорадской лаборатории, заключалась в получении ясного ответа на вопрос: является ли Земля электрически заряженным телом или нет? Если бы ответ на этот вопрос был бы отрицательным, замысел Теслы оказался бы невыполненным.
Однако наблюдение явления стоячих волн в Земле ясно указывало и на наличие электрического заряда Земли и на возможность вызывать в ней стоячие волны искусственно.
Выяснение этого факта позволило Тесле осуществить эксперимент, имевший весьма важное значение для возможного осуществления его дальнейших планов. Можно ли создавать искусственно путем мощного разряда стоячие волны в Земле, вызывать в ней резонансные колебания и затем использовать их для различных целей?
Тесла глубоко продумал этот весьма сложный опыт. В высоком деревянном здании лаборатории с раскрывающейся, как у астрономических обсерваторий, крышей был смонтирован усиливающий трансформатор. Он состоял из двух катушек: на огромное заборообразное основание были намотаны витки необычайной по своим размерам первичной катушки. Вторичная катушка этого "усиливающего передатчика" соединялась с мачтой, возвышавшейся на 60 метров над землей и заканчивавшейся медным шаром диаметром в 1 метр. Мачта состояла из отдельных секций и могла быть удлинена или укорочена. Благодаря тому, что крыша над зданием была раздвижной, вокруг вторичной катушки и мачты на значительном расстоянии не было никаких предметов.
Все обмотки этих катушек были рассчитаны так, что при пропускании через первичную катушку тока напряжением в несколько тысяч вольт и при стандартной частоте переменного тока (60 периодов в секунду) во вторичной катушке можно было получить ток весьма высокого напряжения и высокой частоты. При разрядке этой катушки на землю напряжение достигало несколько миллионов вольт при частоте до 150 тысяч периодов в секунду.
Оборудование лаборатории состояло не только из описанного усиливающего трансформатора, но и из множества других аппаратов, главным образом индукционных катушек с различными характеристиками обмоток.
Как только электроэнергия по особой линии была подведена от электростанции курорта "Колорадские источники" к лаборатории, можно было приступить к проведению необычайно смелого эксперимента. Со слов самого Теслы и одного из ближайших его помощников Коломана Чито эксперимент этот проходил следующим образом.
- Когда я дам сигнал, включите ток, но не более чем на одну секунду, - сказал Тесла Чито, стоявшему у распределительного щита. Сам изобретатель расположился так, чтобы видеть и распределительный щит и вершину мачты.
- Начнем, - скомандовал Тесла.
Чито включил разъединитель и тотчас же выключил его. Множество молний в виде волосообразных разрядов появилось на обмотках вторичной катушки и на вершине мачты. - Великолепно! Все идет хорошо. Еще раз, - сказал Тесла, и Чито повторил включение и выключение. Явление разрядов повторилось.
- Теперь я хочу посмотреть на разряд через вершину мачты. Я стану снаружи. Чито, включите ток и не выключайте его, пока я не подам сигнал, - с этими словами Тесла вышел из лаборатории и вскоре распорядился о включении тока.
Когда разъединитель был снова включен, раздался характерный треск разрядов, вскоре принявший зловещие размеры. Звуки становились громче и громче и напоминали артиллерийскую канонаду. Здание лаборатории озарилось голубоватым светом, все оборудование испускало огненные иглы, разнесся характерный запах озона. Непрерывные разряды создавали шум, дополнивший грохот на вершине мачты. Чито, стоявший у щита, видел, как из его пальцев вылетали искры, становившиеся все длиннее и длиннее. Они кололи как иголки, и Чито с волнением думал, что не сможет выключить ток, когда услышит сигнал Теслы. Но сигнала не поступало, а грохот все усиливался.
Снаружи картина была еще величественнее. Из шара, укрепленного на мачте, выскакивали все более и более крупные искры, которые вскоре превратились в голубые, а затем синие нити. Но вот нити уступили место огненным стержням толщиною с руку, и, наконец, появились разряды молнии длиной на менее 135 футов (41 м), раздался гром, который слышали, как потом рассказывали очевидцы, на расстоянии до 15 миль (24,1 км).
Тесла хлопал в ладоши и радовался как дитя: весь ход опыта подтверждал его предположения. Еще немного, еще одну-две минуты, и можно начать наблюдение стоячих волн. Но внезапно все прекратилось. Настала тишина, подобная тишине, наступающей после ожесточенного артиллерийского боя.
- Чито, Чито, - закричал Тесла, - зачем вы это сделали? Скорее включите опять, я еще не подавал сигнала.
В ответ Чито молча показал на приборы: стрелки амперметров и вольтметров стояли на нуле. Тесла сразу понял, что линия выключена.
- Чито, звоните скорее на станцию. Они нарушили договор. Они не должны были выключать ток без моего распоряжения.
На электростанции "Колорадские источники" раздался телефонный звонок.
- Почему вы отключили линию? Мы не получаем электроэнергию. Немедленно включите.
- Включить? Да ведь вы сожгли генератор,- услышал Чито сердитый голос. - Вы больше никогда не получите электроэнергию.
Этого Тесла не предвидел. Он рассчитал все свое оборудование на токи, необходимые для опыта, но генератор на электростанции не был защищен от перегрузки, и обмотка его сгорела. Администрация станции отказалась подключить линию к другому генератору и сообщила, что в будущем Тесла получит электроэнергию только от сгоревшего генератора, когда он будет отремонтирован. Но это произойдет, по словам главного инженера, не ранее чем через месяц.
Тесла уговорил разрешить ему самому руководить ремонтом и действительно сумел организовать работу так, что генератор был отремонтирован за неделю. На этот раз он сам рассчитал его обмотку на режим короткого замыкания и обеспечил защиту. Через десять дней эксперименты были продолжены. В итоге работ Тесла подтвердил возможность вызвать в Земле явление электрического резонанса и получить стоячие волны. Он предполагал, что распространение возникших в ней волн происходило от "Колорадских источников" по всем направлениям, все расширяющимися окружностями, доходя до поверхности земли. Они с якобы возрастающей интенсивностью сходились затем в точке, диаметрально противоположной Колорадо, где-то около французских островов Новый Амстердам и Св. Павла, между южной оконечностью Африки и юго-западным углом Австралии. Возвращаясь обратно в "Колорадские источники", эхо волны вновь усиливалось осциллятором (усиливающим трансформатором) и отправлялось обратно к антиподам, к противоположной точке земного шара.
Что могло дать это для практических целей? Реальна ли возможность уловить "пучности" этих стоячих волн в любой точке земного шара? Где аппаратура, с помощью которой можно было бы реализовать хотя бы мощность, затраченную на создание стоячей волны?
Тесла в дальнейшем ответил на все эти вопросы. Он хорошо представлял себе самые разнообразные возможности использования тех токов высокой частоты, которые собирался передавать стоячими волнами для освещения, нагрева, управления, передвижения электрического транспорта на земле и в воздухе, действия телеавтоматов.
Ранней осенью 1899 года он вернулся в Нью-Йорк с огромным запасом новых наблюдений, множеством фотографий, невиданных в лабораторных условиях разрядов и, как он думал, замечательным открытием возможности создания стоячих волн. Искренние друзья его, обрадованные достигнутыми результатами, просили скорее опубликовать научную статью, обосновывающую возможность осуществления передачи электроэнергии без проводов через Землю на любые расстояния. Джонсон, дружба с которым стала еще более тесной, предложил опубликовать в редактируемом им журнале "Сенчури мэгэзин" такую статью и вскоре получил ее от Теслы. Но что это была за статья? Джонсон читал ее, и в душе его закипал гнев против друга, разыгравшаяся фантазия которого унесла его далеко от реальной действительности. Философские рассуждения, картины далекого будущего и ни одного факта, ни одного солидного научного доказательства осуществимости проекта!
Джонсон трижды возвращал Тесле его статью, пока не добился от него того варианта, который и был помещен в июньском номере журнала за 1900 год под названием "Проблема увеличения запасов энергии человечества, со специальными рекомендациями по использованию энергии Солнца".
Сколько поистине пророческих мыслей высказал в ней Тесла! О роли мускульной силы человека в развитии цивилизации и о путях ее увеличения; о роли других энергетических ресурсов и о трех способах извлечения энергии Солнца; о роли железа в развитии человеческого общества и о металле будущего - алюминии; о способах увеличения добычи угля и о газовых двигателях; об использовании внутреннего тепла Земли; о возможности создания "самодействующих" автоматов и машин, обладающих "мозгом"; о принципе избирательности и возможности управления автоматами на любом расстоянии; о передаче электроэнергии без проводов в любую точку земного шара и о возможности межпланетных радиосообщений, и еще десятки мыслей, самая главная из которых - беспредельный оптимизм, вера в могущество человеческого разума.
Статья произвела огромное впечатление. Снова имя Теслы не сходило со страниц печати. Опытами ученого в октябре 1899 года заинтересовался Джон Пирпонт Морган. Глава всемирно известного банкирского дома не отличался филантропией и не стал бы обращать внимания на прожектерские мечты, но опыты Теслы не могли не потрясти даже его воображение. Вскоре ученый был приглашен в дом Моргана, втайне питавшего страсть прослыть покровителем гениев.
Неизвестно, эта ли страсть Моргана или далеко идущие расчеты на огромные прибыли, которые обещало осуществление планов Теслы в случае их реальности, привели банкира к решению оказать помощь в осуществлении замысла о всемирной передаче электроэнергии, но в конце 1899 года Морган, узнав о финансовых затруднениях Теслы и его полном одиночестве, предложил изобретателю 150 тысяч долларов15. Такая незначительная сравнительно с его колоссальным капиталом затрата давала Моргану возможность использовать все знания и опыт Теслы для создания того, что в случае осуществления обещало неслыханные доходы. Пирпонт Морган принял участие в осуществлении замыслов Николы Теслы! "Будет ли он вторым Вестингаузом? Вот от чего зависит успех дела", - думал Тесла.
Но перед Вестингаузом лежали все сорок конкретных патентов Теслы на многофазные токи. Перед Морганом на журнальном столике лежал только номер "Сенчури мэгэзин" со статьей, полной радужных надежд вдохновенного мечтателя.