Никола Тесла. Изобретатель будущего. Глава II. Мечты о двигателях. (1878–1882) (Бернард Карлсон, 2013)

Знакомство с электричеством

В Йоаннеуме Тесла делал успехи в математике, но его любимыми были лекции профессора Якова Пешля по физике. «Профессор Пешль, – вспоминал Тесла, – был со странностями: говорили, что он носил одно и то же пальто в течение двадцати лет. Но недостаток личной привлекательности он с лихвой компенсировал своей манерой изъясняться. Я никогда не видел, чтобы он упустил какое-то слово или жест, и его демонстрации и эксперименты отличались необыкновенной точностью»{83}.

На лекциях Пешля Тесла познакомился с электричеством. Как и все лекторы, рассказывавшие об электричестве в XIX веке, Пешль наверняка сделал экскурс в историю электричества, со времен древних греков и до передовых изобретений электрического двигателя и освещения. Чтобы лучше понять последующие изобретения Теслы в области электричества, давайте рассмотрим ключевые моменты, которые Пешль излагал Тесле приблизительно в 1876 году.

Хотя древние греки знали, что статическую электроэнергию можно получить, натерев янтарь шелком, наше современное понимание электричества появилось в конце XVII – начале XVIII века. В то время несколько исследователей, в числе которых Генри Кавендиш[7] и Бенджамин Франклин[8], занимались изучением статического электричества. Эти естествоиспытатели сконцентрировали свое внимание на изучении природы электрических зарядов и искр. В начале XIX века наука шагнула от исследования статического заряда к исследованию явления, которое в то время называли динамическим электричеством, или электропроводностью. Опираясь на работу Луиджи Гальвани[9], в 1800 году Алессандро Вольта создал первый источник постоянного тока, состоявший из кусочков двух различных видов металла, разделенных прослойкой смоченных в кислоте бумаг. Изобретение, получившее название «вольтов столб», стало первой аккумуляторной батареей. Пока химики и философы энергично спорили, каким образом в вольтовом столбе вырабатывалось электричество, другие ученые использовали его, чтобы проводить новые эксперименты{84}.

Среди этих ученых был Ханс Кристиан Эрстед[10], который в 1820-м обнаружил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Эрстед присоединил провод к вольтову столбу и затем поднес к нему магнитный компас. К изумлению Эрстеда, стрелка компаса отклонялась, только когда он присоединял или отсоединял провод от вольтова столба. Эксперименты Эрстеда повторил Андре-Мари Ампер[11], который установил, что это было движение зарядов – ток, который взаимодействовал с магнитным полем стрелки компаса и вызывал ее отклонение. Но какова же связь между током, магнетизмом и движением?

В 1831 году Майкл Фарадей ответил на этот вопрос. Используя тороидальную катушку провода и стержневой магнит, он продемонстрировал закон электромагнитной индукции. Фарадей показал, что можно индуцировать, или создать, ток в катушке, вставляя магнит в катушку и извлекая его обратно. И наоборот, если пропустить ток через катушку, магнит будет двигаться. Однако, чтобы произошло какое-либо из этих явлений – вырабатывался ток или производилось движение, – катушка и стержневой магнит должны были находиться перпендикулярно друг другу. На самом деле вызванный ток двигался под прямым углом в третьей плоскости, перпендикулярно и катушке, и магниту. В современной науке это называется правилом правой руки.

Фарадей понял значение наблюдения Эрстеда о том, что стрелка компаса двигалась только в том случае, когда ток включали или выключали; когда ток тек по проводу постоянно, никакого движения не было. Фарадей выдвинул гипотезу, что и магнит, и электрическая катушка были окружены электромагнитным полем (часто изображаемым как серия силовых линий) и что ток или движение производились, когда одно из этих полей изменялось. Когда ток в проводе Эрстеда включали или выключали, это приводило к возбуждению либо деактивации магнитного поля провода, и это изменение взаимодействовало с магнитным полем стрелки компаса, заставляя ее двигаться. Как мы увидим позже, понимание, что изменение магнитного поля может вызвать ток или произвести движение, было важно для работы Теслы над двигателями.

В середине XIX века ученые не смогли в полной мере осознать всех тонкостей теории Фарадея. Однако, взяв за основу модели Фарадея, исследователи и производители приборов быстро схватили суть его идей и разработали множество генераторов и двигателей. Для прикладных исследователей закон электромагнитной индукции Фарадея сводился к следующему: чтобы создать электрический генератор, нужно перемещать проводник через магнитное поле, и в нем будет индуцироваться ток. Аналогично, чтобы сделать электродвигатель, нужно использовать электрический ток для создания электромагнитного поля, которое заставит магнит или проводник двигаться{85}.

Используя открытия Фарадея об индукции, исследователи вскоре добавили генераторам и двигателям несколько новых характеристик. Во-первых, для выработки электричества они хотели использовать вращательное движение – от заводной рукоятки или парового двигателя. В то же время они искали электродвигатель, который будет использовать электрический ток, чтобы произвести вращательное движение. Во-вторых, исследователи хотели, чтобы электрические машины вырабатывали или потребляли ток, подобный тому, что получали от батареи; они хотели работать с током, который обладал бы устойчивым напряжением, то есть с постоянным током. Это восхищение постоянным током, вероятно, было порождено быстрым развитием в 1840-х и 1850-х годах телеграфных систем, которые отправиляли сигналы с помощью прерывания постоянного тока.

Чтобы обеспечить обе эти функции – вращательное движение и постоянный ток, – исследователи электричества использовали коммутатор. И в генераторах, и в двигателях есть обычно два набора электромагнитных катушек: неподвижные индукторные катушки, или статор, и вращающиеся, или ротор. Коммутатор – просто устройство, с помощью которого электрический ток течет в ротор или из него. Представленный Ипполитом Пикси[12] в Париже в 1832 году, коммутатор стал важной деталью двигателей постоянного тока и генераторов.

Чтобы понять, как работает коммутатор, необходимо изучить внутреннее устройство сначала генератора постоянного тока, а затем – двигателя. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, генератор производит ток, поскольку ротор вращается и пересекает магнитное поле, созданное полевыми катушками. Если мы проследим путь, проделанный одной петлей в катушке ротора, мы увидим, что, когда эта петля вращается вниз, пересекая магнитное поле, это создает ток, который течет в одном направлении. Точно так же, когда петля продолжит свое вращение, она будет поворачиваться наверх, пересекая магнитное поле и вызывая ток, который будет течь в противоположном направлении. Чтобы использовать этот переменный ток, необходимо просто присоединить отдельное токособирательное кольцо к каждому концу петли ротора, чтобы вывести ток из генератора. Однако если мы вслед за изобретателями девятнадцатого века хотим создать постоянный ток, то нужно собрать весь ток, текущий в одном направлении на одном терминале генератора, а весь ток, текущий в противоположном направлении, – на другом терминале. Для этого на стержень ротора помещают коммутатор, состоящий из металлического цилиндра, разделенного на изолированные друг от друга сегменты. Неподвижные контакты, или щетки, размещены на противоположных сторонах цилиндра таким образом, что, когда ток, произведенный в роторе, полностью изменяет свое направление, контакты с щетками также меняют направление вращения, и ток, вырабатываемый генератором, всегда течет в одном направлении.

В двигателе постоянного тока коммутатор работает сходным образом, но его задача состоит в том, чтобы доставить ток ротору. Представим, что на коммутатор поступает электрический ток, который течет по единственной петле в катушке ротора и создает электромагнитное поле вокруг этой петли. Одновременно можно также пропустить ток через индукторные, или статорные, катушки двигателя и создать еще одно электромагнитное поле. Теперь если заставить электромагнитное поле, окружающее петлю ротора, вращаться в том же направлении, что и поле, созданное катушками статора, то эти два поля оттолкнутся и заставят ротор поворачиваться. (Вспомните, что в магнитах противоположные полюса притягиваются, а одинаковые полюса отталкиваются.) Однако, поскольку петля вращается, чтобы создать магнитное поле, которое оттолкнется полем статора, понадобится ток, текущий в противоположном направлении. Следовательно, чтобы заставить ротор вращаться непрерывно, необходимо регулярно изменять направление тока так, чтобы различные участки катушек ротора последовательно имели соответствующее магнитное поле, которое бы отталкивалось полем, созданным катушками статора. Это изменение направления тока обеспечивается коммутатором, который функционирует как поворотный переключатель и посылает ток в соответствующем направлении к каждому участку катушки ротора.

Мы так подробно рассмотрели принцип работы коммутаторов в двигателях постоянного тока и генераторах, так как они – существенный элемент электрических машин вращательного действия. Тем не менее коммутаторы были (и продолжают быть) ахиллесовой пятой машин постоянного тока: они были сложны в изготовлении и быстро изнашивались. Кроме того, коммутаторы часто воспламенялись в случае недостаточной электрической изоляции между сегментами или если щетки были неправильно прикреплены и касались слишком многих сегментов одновременно. Как мы вскоре увидим, Тесла рано понял, что коммутаторы были основной проблемой в электрическом оборудовании, и он намеревался искоренить их.

Проблема искрящихся коммутаторов

Именно во время одной из лекций Пешля в 187618–77 годах Тесла впервые столкнулся с проблемой двигателей переменного тока{86}, когда школа получила генератор Грамма, или динамо, из Парижа. Разработанная бельгийским приборостроителем Зенобом Граммом[13], эта машина поражала исследователей электричества тем, что производила более сильный и устойчивый постоянный ток. К концу 1870-х динамо Грамма использовались несколькими европейскими изобретателями для питания первых промышленных систем дугового освещения{87}.

Профессор Пешль использовал свое новое динамо Грамма для обучения студентов электрическому току. С помощью динамо часто демонстрировалась передача электроэнергии на расстояние. Эта возможность впервые была продемонстрирована на Международной выставке в Вене в 1873 году Ипполитом Фонтейном из Gramme Company. Фонтейн использовал динамо Грамма, чтобы генерировать электрический ток, который по проводам поступал в другое динамо, служившее двигателем{88}. Инженеры-электрики пришли в восторг от этой демонстрации, так как она показала потенциал для использования электродвигателей на фабриках и при транспортировке. До этого времени эксплуатация электродвигателей была ограниченной, потому как считалось, что они могли работать только от дорогостоящих батарей, но Фонтейн показал, что для этой цели могли служить динамо. Кроме того, Фонтей впервые продемонстрировал, что электричество можно передавать на расстояние, не используя неэффективные валы, ремни или веревки для соединения парового двигателя с машинами. Теперь имелась система передачи энергии, позволяющая производить электричество в любом удобном месте и затем потреблять ее там, где это необходимо.

Демонстрируя передачу электроэнергии, Пешль присоединил к динамо Грамма батарею, чтобы использовать его как двигатель{89}.

Хотя генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя, необходимо тщательно отрегулировать щетки коммутатора во избежание воспламенения. Пешль плохо отладил щетки на динамо Грамма, вспоминал Тесла: «Во время демонстрации Пешля возникла проблема с щетками, посыпались искры, и я понял, что возможно запускать двигатель без этих приспособлений. Но он заявил, что это невозможно сделать, прочитав мне по этому поводу целую лекцию, в заключение которой он заметил: «Господин Тесла может добиться больших успехов, но у него никогда не получится реализовать эту задумку. Это все равно что преобразовать постоянную силу тяги, такую, как гравитация, во вращение. Это – схема вечного двигателя, неосуществимая идея»{90}.

Хотя Пешль, вероятно, просто не хотел, чтобы комментарии Теслы отвлекли внимание других студентов от изучения работы двигателя, он выразил общее мнение. Ученые и инженеры XIX века хорошо знали, что вращательное движение, необходимое, чтобы заставить работать машины времен Промышленной революции, не существовало в природе. Многие силы – такие, как сила тяжести, магнетизм или электрические токи, – обычно проявляются как линейные силы, в том смысле, что они тянут или толкают в одном направлении. Чтобы обеспечить желаемое вращательное движение за счет этих линейных сил, требуется некий преобразователь. Примерами преобразователей могут послужить водяное колесо, преобразующее линейный поток реки, или заводная рукоятка и маховое колесо на паровом двигателе, которые трансформируют возвратно-поступательные движения поршня во вращение. Для Пешля коммутатор выступал преобразователем, превращающим линейный электрический ток в серию переменных импульсов, которые приводили ротор в движение. Поскольку эти преобразователи всегда поглощали часть энергии, идея Теслы о создании бескоммутаторного двигателя, должно быть, казалась Пешлю попыткой обмануть Природу, в связи с чем Пешль насмешливо назвал ее схемой вечного двигателя.

Пешль предполагал, что его замечания обуздают полет фантазии Теслы, но вместо этого они разбудили в нем честолюбие. Наблюдая искры от щеток и слушая замечания Пешля, Тесла почувствовал вызов. «Инстинкт, – писал Тесла позже, – это что-то, что превалирует над знанием. У нас, несомненно, есть гораздо более тонко настроенные струны, которые позволяют нам чувствовать истины, когда логическое мышление или любое другое преднамеренное усилие мозга тщетны. Какое-то время я колебался, находясь под влиянием авторитета преподавателя, но вскоре убедился, я был прав, и принял вызов со всей юношеской пылкостью и безграничной верой»{91}.

Мысленное создание двигателя переменного тока

Чтобы принять вызов и разработать устойчивый к искрообразованию двигатель, Тесла оставил свои планы стать учителем и на втором году в Йоаннеуме перешел на обучение по технической программе. Как и во всех технических институтах в Европе и Америке в конце 1870-х годов, эта программа была направлена на обучение гражданскому строительству, а не электротехнике. Когда Тесла впервые рассказывал журналистам о своем образовании в конце 1880-х, он заявил, что учился в Йоаннеуме по специальности инженер-строитель{92}.

Хотя обучение инженерному делу должно было бы подтолкнуть Теслу к построению экспериментальной модели двигателя и проведению экспериментов, он предпочел исследовать предмет в своем воображении: «Я начал с того, что представил себе машину постоянного тока, запустил ее и поменял направление тока в роторе. Затем я вообразил генератор переменного тока и исследовал его работу подобным образом. После я визуализировал системы, запускающие двигатели и генераторы, и управлял ими различными способами. Изображения, которые я видел, были для меня совершенно реальными и материальными»{93}.

Как видно, в это время Тесла сделал два шага на пути к осмыслению своего двигателя. Во-первых, хотя он начал с мыслей о машине постоянного тока, подобной динамо Грамма, он решил в конечном итоге использовать переменный ток. Возникает вопрос: почему он отказался от постоянного тока в пользу переменного, так как большая часть работ по электричеству в конце 1870-х годов использовала постоянный ток? В Париже два инженера-электрика, Павел Яблочков[14] и Дьедонне Франсуа Лонтен, использовали переменный ток, чтобы запитать несколько дуговых ламп в одной цепи, но не известно, знал ли об их работе Тесла, учившийся в то время в Граце{94}.

Вместо того чтобы черпать вдохновение в существующих машинах, Тесла после тщательного изучения работы двигателя постоянного тока принял решение использовать переменный ток. Как мы уже говорили, ротор в двигателе постоянного тока поворачивается, потому что в каждый момент времени ток, текущий через катушки ротора, производит электромагнитное поле, которое противодействует электромагнитному полю, созданному катушкой статора. Чтобы ротор продолжал вращение, коммутатор периодически полностью изменяет направление тока, текущего по обмоткам ротора. Когда участок ротора вращается от одной стороны магнитного поля статора к другой, коммутатор автоматически изменяет направление тока так, чтобы электромагнитное поле в этом участке ротора отталкивалось магнитным полем статора. Так как магнитное поле ротора в двигателе постоянно меняется, думал Тесла, почему бы не использовать вырабатываемый генератором переменный ток, чтобы создать это поле? Тесла считал, что при помощи переменного тока можно избежать искрения щетки коммутатора, так как для изменения направления тока, подаваемого на ротор, коммутатор больше не понадобится.

Во-вторых, наряду с решением использовать в своем двигателе переменный ток Тесла решил сосредоточить усилия не просто на двигателе, но «визуализировать системы, включающие двигатели и генераторы». Снова не ясно, откуда у студента второго года обучения было достаточно знаний, чтобы придумать такое в 1878 году. В то время изобретатели-электрики строили системы, которые объединяли динамо и дуговые лампы, но нигде не описывали процесс проектирования таких систем. Однако можно предположить, что Тесла позаимствовал идею рассматривать двигатель и генератор как систему из рассказа Пешля о демонстрации опыта Фонтейна в Вене. Фонтейн передавал электричество, соединив динамо и двигатель, и возможность соединения этих двух устройств, эта мысль заворожила Теслу. Его не интересовало строительство двигателя, питавшегося от батареи; Тесла хотел создать двигатель, который мог эффективно работать в связке с генератором. Как мы увидим дальше, решение Теслы создавать системы означало, что его размышления о двигателях не ограничивались никакими убеждениями, так как он мог управлять не только деталями двигателя, но и компонентами системы, к которой тот принадлежал. В итоге мысль о двигателе как части системы сыграла решающую роль в его успехе.

Но, несмотря на все свои умственные усилия, Тесла не мог придумать работоспособную систему. «Я начал обдумывать и работать над созданием машины на основе одной посетившей меня идеи, – вспоминал Тесла. – День и ночь, год за годом, я работал непрерывно»{95}.

Кризис переходного возраста

В течение первого года обучения в Йоаннеуме Тесла была прилежным студентом. «Я решил преподнести родителям сюрприз, – написал Тесла, – и в течение целого первого года я ежедневно начинал работать в три часа утра и продолжал до одиннадцати ночи, без выходных и праздников. Поскольку большинство моих сокурсников относились к учебе легкомысленно, вполне естественно, что я затмил их всех. В течение того года я сдал девять экзаменов, и преподаватели считали, что я заслуживаю больше, чем наивысший балл».

Вооруженный этими лестными экзаменационными сертификатами, Тесла поехал домой, предвкушая, как покажет свои достижения отцу. Милутин, однако, подверг его успехи критике. «Это почти убило мое стремление, – заявил Тесла – но позже, после смерти отца, я нашел связку писем, из которых с горечью узнал, что преподаватели просили забрать меня из института, иначе я умру от переработок». Напуганный, что он может потерять своего второго сына из-за перенапряжения, отец постарался ослабить энтузиазм молодого человека{96}.

Наказание Милутина вызвало вопросы в уме Теслы относительно того, существовало ли какое-либо эмоциональное вознаграждение за прилежное обучение, и что, возможно, в жизни было что-то более важное, чем школьные занятия. По словам бывшего соседа по комнате Косты Кулишича, Тесла претерпел разительное изменение в своем отношении к учебе к концу второго года обучения в Граце. Однажды Тесла столкнулся с членом одного из немецких культурных клубов, который явно завидовал успехам серба в учебе. Слегка похлопав Теслу по плечу тростью, студент сказал по-немецки: «Зачем тратить здесь свое время понапрасну, лучше поезжай домой и «насиживай стул», чтобы профессора хвалили еще больше». В ответ на этот вызов Тесла не вернулся в свою комнату, чтобы учиться, но решил продемонстрировать сокурсникам, что может кутить не хуже них. Тесла стал болтаться с другими студентами в Ботаническом саду, где допоздна гулял, курил и в больших количествах пил кофе. Он научился играть в домино, шахматы и стал опытным игроком в бильярд. Но больше всего он пристрастился играть в карты и азартные игры. «Игра в карты, – заявил Тесла позже, – была для меня квинтэссенцией удовольствия»{97}.

Тесла вернулся в Грац осенью 1877 года, интересуясь гулянками и азартными играми гораздо больше, чем учебой. И на третьем году обучения Тесла прекратил посещать лекции – по университетским отчетам видно, что он не посетил ни одной лекции весной 1878 года. Это, безусловно, привело к аннулированию его военной стипендии. В сентябре 1878 года Тесла написал письмо в просербскую газету в Нови-Саде «Пчелиную матку» с просьбой о выделении другой стипендии, чтобы он мог продолжить учебу на инженера в Вене или Брно. Тесла сообщил газете, что вынужден был отказаться от военной стипендии из-за болезни, зато теперь был свободен «от того тяжкого обязательства». О своей квалификации Тесла указал, что владеет итальянским, французским и английским языками, и подписался: «Никола Тесла, технический специалист»{98}.

Но просербская организация, публиковавшая «Пчелиную матку», отклонила запрос Теслы о выделении стипендии. Не сообщив семье, Тесла уехал из Граца в конце 1878 года и перебрался в Марибор в австрийской области Штирии (современная Словения). Марибор находился на расстоянии 45 миль (72 километра) от Граца и 185 миль (298 километров) от его семьи в Госпиче. В Мариборе Тесла устроился чертежником в магазин инструментов и краски Мастера Друско. По вечерам Тесла проводил время в пабе «Счастливый крестьянин» около вокзала. Случайно его бывший сосед по комнате Кулишич проезжал через Марибор в январе 1879 года и с удивлением обнаружил Теслу в «Счастливом крестьянине» за игрой в карты на деньги. Кулишич был рад увидеть друга живым, поскольку Тесла был крайне подавлен перед исчезновением из Граца. Когда Кулишич спросил его, хотел бы он возвратиться в Грац, чтобы закончить обучение, Тесла холодно ответил: «Мне нравится здесь, я работаю инженером, получаю шестьдесят форинтов в месяц и могу получить еще немного с каждого законченного проекта»{99}.

Кулишич оставил на усмотрение Теслы его карточные игры и работу инженером, но послал весточку его семье в Госпич о том, что Тесла живет в Мариборе. В марте 1879 года Милутин поехал в Марибор, чтобы уговорить сына вернуться, и предложил ему возобновить обучение в Праге. Милутин был особенно зол, что его сын увлекся азартными играми, которые он считал пустой тратой времени и денег. Споря с отцом по поводу азартных игр, Тесла ответил, «Я могу остановиться в любой момент, но разве стоит бросать то, на что я променял бы райское блаженство?» Тесла не послушался отца и отказался возвращаться домой. Удрученный, Милутин возвратился домой и серьезно заболел{100}.

Спустя несколько недель после визита отца Тесла был арестован полицией Марибора как «бродяга» и депортирован в Госпич{101}. Убитый горем от того, что сын вернулся домой под конвоем полиции, Милутин скончался 17 апреля 1879 года (по старому стилю) в возрасте шестидесяти лет. На следующий день со всех концов региона съехались священники, чтобы совершить по Милутину «похоронную литургию, подобающую святому»{102}.

Не зная, чем заняться, Тесла после смерти отца остался в Госпиче и продолжил играть на деньги. Как и отец, его мать Джука была обеспокоена этим, но так как она «знала, что спасение утопающих – дело рук самих утопающих», она применила другой подход. Однажды, когда Тесла спустил все свои деньги, но жаждал продолжения игры, она дала ему пачку банкнот со словами: «Иди и наслаждайся. Чем раньше ты промотаешь все наши сбережения, тем лучше. Я знаю, что ты сможешь это преодолеть». Отреагировав на слова матери, Тесла посмотрел в лицо своей игорной зависимости: «Я обуздал свою страсть в тот же момент… Я не только преодолел ее, но и выкинул из своего сердца, не оставив ни малейшего следа»{103}.

В конечном счете Тесла решил, что отдаст должное желанию отца и поедет учиться в Прагу. Для этого он обратился к своим дядям по материнской линии, Петру и Павлу Мандику, которые согласились помочь ему. Поездка в Прагу имела смысл, так как Тесла решил поселиться в Австрии и в университете в Праге мог бы продолжить изучение иностранных языков, чтобы затем переехать в Австрийскую империю. В январе 1880 года Тесла переехал в Прагу и поступил в Университет Карла-Фердинанда. Так как он опоздал к началу весеннего семестра, то начал учебу летом и посещал лекции по математике, экспериментальной физике и философии{104}.

Тесла также выбрал специальный курс с Карлом Штумпфом[15] под названием «Дэвид Юм[16] и исследование человеческого интеллекта». Штумпф познакомил Теслу с концепцией ума как чистого листа: что люди рождаются с чистым умом, который формируется в течение жизни через сенсорное восприятие. Это соответствовало уже начавшему формироваться представлению Теслы о том, как работало его собственное воображение, и он впоследствии использовал идеи Штумпфа при разработке своего автоматона, или радиоуправляемой лодки, в 1890-х годах (см. главу XII){105}.

В Праге Тесла продолжал ломать голову над созданием электродвигателя. «Атмосфера этого старого и интересного города была благоприятной для изобретений, – вспоминал он. – Голодающих художников здесь было в большом количестве, и интеллектуальную компанию можно было найти без труда»{106}. Подстегиваемый окружающей средой, Тесла вспоминал: «Я существенно продвинулся вперед, отделив коммутатор от машины и изучая явления с этой новой точки зрения, но все еще безрезультатно»{107}. Его идея состояла в том, чтобы поместить коммутатор на отдельные опоры, или шпиндели, вдали от корпуса двигателя – возможно, он полагал, что можно устранить искрение, увеличив расстояние между ротором и коммутатором. Хотя такой ход мыслей не привел к результату, процесс визуализации этих машин помог Тесле понять, как работали двигатели. «Каждый день я тщетно обдумывал эту схему, – отмечал он, – но чувствовал, что был близок к решению»{108}.

Озарение в Будапеште

Хотя в начале его пребывания в Праге Тесле оказывали поддержку его дяди по материнской линии, они не могли делать этого вечно. Как отмечалось в одной ранней биографической статье, в Праге Тесла «начал испытывать стеснение в деньгах и все реже видел изображение Франца Иосифа Первого», правящего австрийского императора, чей портрет был на купюрах. В конечном итоге, когда деньги от его дядей перестали поступать, он «стал ярким справедливым примером «скромного образа жизни и высокого образа мыслей»[17], но решил барахтаться и самостоятельно обеспечивать свое пропитание»{109}. В январе 1881 года Тесла переехал из Праги в Будапешт.

Тесла выбрал Будапешт, так как читал в пражской газете, что Тивадар Пушкаш[18] получил разрешение от Томаса Эдисона построить там телефонную станцию и что проект будет контролировать его брат Ференц. Так как Ференц был лейтенантом гусарского полка, воинской части легкой кавалерии, в которой служил его дядя Павел, Тесла попросил дядю порекомендовать его Ференцу, чтобы получить работу на проекте{110}.

Семья Пушкаш принадлежала к трансильванскому дворянству, и Тивадар в молодости изучал юриспруденцию и технические предметы. Покровитель и предприниматель, Тивадар поехал в поисках возможностей в Америку. Попробовав свои силы в добыче золота в Колорадо, он заинтересовался телеграфом и телефоном{111}. В 1877 году Пушкаш встретился с Эдисоном в Менло-Парке, где произвел фурор, прибыв в необычный повозке и невзначай демонстрируя пачку тысячедолларовых банкнот. Эдисон проникся к Пушкашу симпатией и показал ему все свои текущие изобретения, включая фонограф. Взволнованный тем, что он увидел, Пушкаш предложил за свой счет оформить в Европе патенты на телефон и фонограф Эдисона за комиссию в размере одной двадцатой доли{112}. При таких условиях соглашения возникает вопрос: кто кого обманывал – Пушкаш Эдисона или Эдисон Пушкаша. Пушкаш много лет был одним из агентов Эдисона в Европе и активно продвигал телефон, фонограф и электрическое освещение.

Пушкаш предложил Эдисону установить телефонные станции в крупнейших европейских городах. До этого времени Эдисон и Александр Белл главным образом думали об установке телефонов на частных линиях, связывающих две локации, и Эдисон был заинтригован планом Пушкаша связать друг с другом сотни абонентов посредством распределительного щита{113}. С благословения Эдисона Пушкаш построил телефонную станцию в Париже в 1879 году. Брат Ференц помог с парижской станцией и затем вернулся домой в Будапешт, чтобы установить связь там.

Но Ференц Пушкаш не смог сразу нанять Теслу. По всей вероятности, братьям Пушкаш потребовалось некоторое время, чтобы организовать финансирование будапештской станции. Вместо этого с помощью братьев Пушкаш или других друзей Тесла устроился чертежником в офис венгерского правительства Центрального телеграфа. Хотя еженедельная зарплата в размере пяти долларов была скудной, эта должность позволила Тесле приступить к практической работе с электричеством. «Я быстро заслужил уважение главного инспектора, – вспоминал Тесла позднее, – и был переведен делать расчеты, проекты и оценки по новым сооружениям». Тем не менее большую часть работы Тесла считал скучной, так как в ней было больше рутинных чертежей и вычислений, чем ему бы хотелось. «В то время он извлек несколько сотен тысяч квадратных и кубических корней во благо общества, – согласно одному отчету, – финансовые и прочие ограничения этой должности стали болезненно очевидными»{114}.

Неудовлетворенный работой в офисе телеграфа, Тесла уволился и решил сосредоточиться на изобретениях. Как и многие изобретатели-новички, он был уверен, что сможет быстро создать нечто великое, что обеспечит его средствами. «Он сразу же приступил к изобретательству, – сообщалось позже, – но ценность его изобретений была видима только глазам верящего, и никакой пользы они не приносили»{115}. Неудачи довели Теслу до «ужасного нервного срыва», и он впал в глубокую депрессию{116}.

Тесла был убежден, что умирает, но в конце концов поправился благодаря своему новому другу Антону Жигети. В Будапеште он «познакомился со многими интересными молодыми людьми. Одним из них был господин Жигети, который был замечательным человеком. Большая голова с ужасным бугром на одной стороне и болезненный цвет лица делали его определенно уродливым, но его тело от шеи до ступней могло послужить моделью для статуи Аполлона». Жигети «был спортсменом, обладавшим невероятной физической силой, одним из самых сильных мужчин в Венгрии. Он вытащил меня из комнаты и заставил делать физические упражнения… он спас мне жизнь»{117}.

Как и Тесла, Жигети увлекался бильярдом, но он также интересовался изучением электричества и вдохновил Теслу продолжать работу над двигателем. Благодаря Жигети у Теслы возникло

сильное желание жить и продолжать работу… Мое здоровье восстановилось, а с ним и умственная энергия… Когда я взялся за решение задачи, это было не за счет силы воли, как часто бывает у мужчины. Я дал священный обет, это был вопрос жизни и смерти. Я знал, что умер бы, если бы потерпел неудачу… Решение этой задачи уже было в моем подсознании, но я пока не мог его выразить{118}.

Чтобы помочь Тесле восстановить силы, Жигети убедил его каждый вечер гулять с ним в Városliget (городском парке), и во время этих прогулок они обсуждали идеи усовершенствованного двигателя Теслы. В своей автобиографии 1919 года Тесла заявил, что решение его задачи с двигателем пришло к нему во время одной из этих прогулок как момент эврики:

В тот день, который навсегда останется в моей памяти, я наслаждался прогулкой со своим другом в городском парке и декламировал стихи. В том возрасте я знал целые книги наизусть, дословно. Одной из них был «Фауст» Гете. Солнце клонилось к закату, что напомнило мне о великолепном отрывке:

Взгляни: уж солнце стало озарять

Сады и хижины прощальными лучами.

Оно заходит там, скрываяся вдали,

И пробуждает жизнь иного края…

О, дайте крылья мне, чтоб улететь с земли

И мчаться вслед за ним, в пути не уставая!

Прекрасная мечта! Но день уже погас.

Увы, лишь дух парит, от тела отрешась, –

Нельзя нам воспарить телесными крылами![19]

Когда я произнес эти вдохновляющие слова, идея озарила меня как вспышка молнии. Я нарисовал тростью на песке схемы, изложенные шесть лет спустя в моем выступлении в Американском институте инженеров-электриков, и мой друг их прекрасно понял{119}. Изображения были настолько четкими, ясными и прочными, что я сказал ему: «Посмотрите мой двигатель здесь, понаблюдайте, как я его переделываю». Я не могу описывать всей полноты своих эмоций{120}.

Через образы Гете садящегося солнца, стремительного движения вперед и невидимых крыльев, поднимающих в воздух ум, но не тело, к Тесле пришла идея использовать в своем двигателе вращающееся магнитное поле.

Невзирая на всю драматичность этой истории с закатами и Гете, к ней следует относиться осторожно. Да, эту историю об изобретении электродвигателя переменного тока Тесла рассказал в своей автобиографии 1919 года, но во время торжественного получения патента в 1903 году Тесла ничего не говорил о моменте эврики в парке с Жигети. С юридической точки зрения было бы полезно зафиксировать момент изобретения в 1882 году, так как это подкрепит заявления о первенстве Теслы в изобретении двигателя переменного тока{121}. Однако в речи Теслы на церемонии вручения патента говорилось, что ему потребовалось время на разработку своих идей. Кроме того, учитывая предполагаемый уровень знаний Теслы в 1882 году, маловероятно, что он понял в Будапеште все, что включил в свое выступление в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году.

Тем не менее понятно, что в Будапеште у него был главный прорыв. Основанный на знаниях, полученных до Будапешта, и экспериментах, которые он проводил впоследствии в 1883 и 1887 годах (см. главы III и IV), его прорыв состоял из трех взаимосвязанных выводов. Во-первых, Тесла понял, что можно заставить ротор в двигателе вращаться не за счет подачи тока, а с помощью индуцируемых вихревых токов. Во-вторых, он понял, что индуцировать вихревые токи в роторе можно? создав вращающееся магнитное поле в обмотках статора. И в-третьих, у Теслы возникла догадка, что вращающееся магнитное поле могло быть каким-то образом создано с использованием переменного тока.

Рассматривая озарения, которые посетили Теслу во время прогулки в парке, полезно поговорить об устройстве, часто описываемом в трактатах по электричеству XIX века – колесе Араго. Позвольте подчеркнуть, что нет никаких доказательств, что Тесла знал о колесе Араго и использовал его, размышляя о двигателях, но это устройство может помочь нам лучше понять успехи Теслы в Будапеште{122}.

В 1824 году французский ученый Франсуа Араго[20] заметил любопытное поведение стрелки компаса, поднесенного к вращающемуся медному диску. Если медный диск вращался достаточно быстро, стрелка компаса не только прекращала указывать на север, но и тоже начинала вращаться. Вскоре после того, как Араго сообщил о своем открытии, Чарлз Бэббидж[21] и Чарлз Гершель[22] в Англии продемонстрировали обратное явление: если под поворотным медным диском вращали подковообразный магнит, диск также начинал вращаться. Естествоиспытатели были озадачены колесом Араго и задались вопросом о связи между магнетизмом и движением.

И вновь, как и с загадкой эксперимента Эрстеда, Фарадей объяснил загадку колеса Араго – его движение было вызвано электромагнитной индукцией. Фарадей экспериментально продемонстрировал, что во время вращения магнита под медным диском движение магнитного поля вызвало в диске завихрения тока. Назвав их вихревыми токами, Фарадей указал, что эти токи производили электрическое поле, противоположное магнитному полю, и в результате их отталкивания медный диск вращался{123}.

Первым осознанием, которое пришло к Тесле в парке в Будапеште, было то, что не обязательно подавать ток на ротор в двигателе. Так же как вихревые токи заставили вращаться медный диск Араго, благодаря своей технике воображения Тесла понял, что магнитное поле статора в его двигателе могло вызвать вихревые токи в роторе и заставить его вращаться. Используя образы Гете, Тесла решил, что индуцированные токи будут невидимыми крыльями, способными поднять ротор и заставить его вращаться.

Поскольку ток индуцировался в роторе, потребность в использовании коммутатора для подачи тока на ротор отпадала. Следовательно, он действительно мог исключить коммутатор и решить проблему искрения. Не подавать ток в ротор было существенным отклонением от обычной практики, ведь большинство инженеров-электриков в начале 1880-х годов полагали, что в роторе и в статоре должны обязательно быть электромагниты, чтобы заставить двигатель вырабатывать существенную механическую силу, или крутящий момент{124}.

Как только Тесла понял, что индукционный ток заставит ротор поворачиваться, он быстро пришел ко второму и самому важному осознанию: чтобы произвести ток в роторе, необходимо вращающееся магнитное поле. Так же как и в случае с вращением подковообразного магнита под медным диском Бэббиджа и Гершеля, Тесла понял, что ключ к его двигателю состоит в создании вращающегося магнитного поля в обмотках статора. Поскольку магнитное поле вращалось вокруг медного дискового ротора, оно вызывало вращение диска.

Важно отметить, что Тесла пришел к этому второму осознанию вопреки общепринятой практике. До этого времени большинство экспертов в области электричества проектировали двигатели постоянного тока, в которых магнитное поле статора было постоянным, а магнитные полюса в роторе изменялись посредством коммутатора. Тесла же решил сделать противоположное: вместо того чтобы изменить магнитные полюса в роторе, он подумал, почему бы не изменить магнитные полюса в статоре? Тесла увидел, что вращение магнитного поля в статоре вызовет противодействующее магнитное поле в роторе и таким образом заставит ротор поворачиваться. Как мы увидим далее, это желание полностью пересмотреть общепринятую практику – быть «белой вороной» – было одним из отличительных признаков стиля Теслы как изобретателя.

Однако, в отличие от Бэббиджа и Гершеля, Тесла не хотел создавать вращающееся магнитное поле путем механического вращения магнита под ротором: эффективный двигатель должен преобразовать электричество в движение, не движение в движение. Как в таком случае Тесла мог использовать электрический ток для создания вращающегося магнитного поля?

Это приводит нас к третьему озарению Теслы. Благодаря потрясающей способности к умственному конструированию у Теслы возникла догадка, что один или несколько переменных токов можно каким-то образом использовать для создания вращающегося магнитного поля. В таком случае его видение совпадало со взглядами английского физика Уолтера Бэйли, который в 1879 году рассказал, как он использовал два электрических тока, чтобы заставить колесо Араго вращаться. Вместо подковообразного магнита Бэйли поместил четыре электромагнита под своим медным диском. Бэйли связал катушки последовательно, соединив противоположные катушки по диагонали. Затем он присоединил каждую пару электромагнитов к вращающемуся выключателю, который управлял током, что подавался к парам электромагнитов от двух разных батарей. Поскольку Бэйли вращал свой выключатель, электромагниты возбуждались последовательно, меняя свою полярность и заставляя вращаться магнитное поле под медным диском. Как ученому, Бэйли было достаточно знать, что электрические токи могли использоваться, чтобы крутить колесо Араго, и он рассматривал свой двигатель как научную игрушку{125}.

И снова нет никаких доказательств, что Тесла знал о двигателе Бэйли, когда он был в Будапеште в 1882 году. Скорее, двигатель Бэйли помогает нам визуализировать важное осознание, к которому Тесла пришел через свою способность к умственному конструированию: должен быть способ использовать один или несколько переменных токов для создания вращающегося магнитного поля. Возможно, он пришел к этой догадке об использовании переменных токов в то время, как размышлял над образами Гете о закате солнца и стремительном движении вперед. Впечатляет, что Тесла пришел к этому пониманию в возрасте двадцати шести лет, используя лишь силу своего воображения и независимо от других устройств, таких, как колесо Араго и двигатель Бэйли.

Тридцать лет спустя, в разгар патентной тяжбы, описывая изобретение своего двигателя в Будапеште, Тесла настаивал, что идея пришла к нему полностью сформированной: «Когда идея только появляется, она, как правило, сырая и далекая от идеала. Рождение, рост и развитие – это нормальные и естественные процессы. С моим изобретением дела обстояли иначе. Как только я его придумал, я сразу понял, что оно полностью зрелое и совершенное… Мои фантазии были эквивалентны реальности»{126}.

Однако, несмотря на эти заявления, маловероятно, что Тесла понял все о своем двигателе переменного тока в один момент. В частности, он, вероятно, не понял, как на самом деле использовать два или больше переменных тока. Учитывая, что у Теслы не было опыта сооружения электрических машин до прогулки в парке, маловероятно, что он мог знать, как спроектировать вращающийся выключатель, такой, как у Бэйли, чтобы управлять током от двух батарей. Также я сомневаюсь, что Тесла или любой другой инженер-электротехник в 1882 году понимал, как несколько переменных токов с различными фазами могли создать вращающееся магнитное поле{127}. Во многих отношениях ограничения прорыва Теслы в Будапеште станут ясными, только когда мы подробно исследуем первый двигатель, который он построил в 1883 году в Страсбурге (см. главу III).

Тем не менее та прогулка в парке в Будапеште была для Теслы поворотным моментом в его размышлениях. Там, рядом с Жигети, вглядываясь в закат, Тесла действительно понял что-то о том, как вращающееся магнитное поле могло использоваться в двигателе. С большой вероятностью картина была неполной, но Тесла увидел достаточно, чтобы знать, что он на пути к чему-то большому. Он обнаружил первый великий идеал в своей карьере и твердо намеревался его использовать.

Прогулка была эмоциональным поворотным моментом для Теслы, поскольку он теперь знал свой путь. В Будапеште он решил задачу, поставленную двигателем зажигания Пешля, и таким образом Тесла поверил в свои творческие способности. «Я справился с решением задачи и вообразил себя богатым и знаменитым», – написал он позже. «Но самым важным было открытие, что я действительно был изобретателем. Это было единственное, чего я хотел. Архимед был моим идеалом. Я восхищался творчеством художников, но, по моему мнению, они были только тенями и подобием. Изобретатель, думал я, производит на свет осязаемые творения, которые живут и работают»{128}.

Созидательное разрушение и субъективная рациональность

Прежде чем мы покинем Теслу и Жигети в парке, потратим одну минуту на размышления о природе озарения Теслы в тот день не только с технической стороны, но и с точки зрения познавательного процесса. Для этого рассмотрим мысли Теслы в контексте идей экономиста Йозефа Шумпетера[23] об инновациях и созидательном разрушении капитализма.

Шумпетер был очарован ролью инноваций в современной экономике и подчеркивал в своих письмах, что существует два вида инновационной деятельности. С одной стороны, есть творческий подход предпринимателей и изобретателей, которые внедряют радикально новые продукты, процессы и услуги и при этом дают выход созидательному разрушению, которое Шумпетер рассматривал как центральную особенность капитализма. Не так давно Клейтон Кристенсен[24] охарактеризовал творческий подход Шумпетера как «подрывные инновации», в том смысле, что отдельные компании иногда занимаются разработкой технологий, которые разрушают отраслевые устои и изменяют повседневную жизнь потребителей{129}.

С другой стороны, есть адаптивный подход менеджеров и инженеров, которые непрерывно и поэтапно работают над созданием корпоративных структур, производственных процедур и маркетинговых планов, необходимых для производства и потребления продуктов и услуг{130}. Очевидно, что успех любой экономики – особенно экономики Соединенных Штатов во времена Теслы, с 1870 по 1920 год, – зависит от правильного сочетания творческих и адаптивных инноваций. И получение правильного сочетания не происходит автоматически и не является очевидным, поэтому один из главных вопросов, стоящих перед историками предпринимательства и технологий, – это определение взаимосвязи творческих и адаптивных подходов.

Творческое озарение Теслы в парке позволяет нам развить вторую идею Шумпетера об инновациях. Он предположил, что в основе творческих и адаптивных подходов предпринимателей и менеджеров лежат два вида мышления, которые он назвал двумя видами рациональности. Для бизнесмена или менеджера существует объективная рациональность, в том смысле, что менеджер смотрит на рынок, измеряет спрос и действует соответственно; это было объективно в том смысле, что логика действий определялась внешним миром. В отличие от них предприниматели, по мнению Шумпетера, использовали субъективную рациональность; они руководствуются собственными мыслями, чувствами, и желаниями, и их действия заключаются в том, чтобы наложить эту внутреннюю логику на внешний мир.

Чтобы объяснить субъективную рациональность, Шумпетер описал гипотетическое столкновение между бизнесменом и инженером по рационализации производства. Поскольку бизнесмен был ориентирован на поставку товара в соответствии с пожеланиями клиентов, он не выказал большого интереса к предложениям инженера по оптимизации его работы, которые были основаны на теории и расчетах. Ориентированный на внешние сигналы рынка, бизнесмен не мог оценить внутреннюю логику инженера, опирающуюся на науку и математику; в то же время инженер не уловил важность потребительского спроса. «Я привел этот пример, – резюмировал Шумпетер, –

не только потому, что он важен сам по себе и наглядно показывает его недооцененность, но также и потому, что рациональность инженера – превосходный пример субъективной рациональности, на которую следует обратить внимание. Рациональность инженера основывается на кристально ясном мышлении. Так создаются вещи с идеальной рациональностью и целенаправленно приложенными усилиями. Такое мышление быстро реагирует на чисто рациональный новый импульс – например, новый расчет, опубликованный в профессиональном периодическом издании. Оно относительно лишено посторонних соображений. То есть функционирует конкретным способом благодаря «сознательному» качеству его намеренной борьбы за рациональность»{131}.

По моему мнению, можно легко заменить «инженера» на «изобретателя» в вышеупомянутой цитате. Многие изобретатели работают за счет внутренней логики, которая имеет для них смысл, и они стремятся претворить свои внутренние идеи в новом устройстве.

Как справедливо замечает Шумпетер, мы недооцениваем роль, которую субъективная рациональность играет в экономической жизни. Вместо того чтобы проследить, как изобретатели или предприниматели разрабатывают подрывные технологии, как ученые, так и обычные люди полагают, что источники новых идей непостижимы, приписывая их интуиции, гениальности или «инстинктивному чутью».

Однако карьера Теслы дает возможность лучше понять то, что мы подразумеваем под субъективной рациональностью. Образ вращающегося магнитного поля возник внутри Теслы, но он не просто появился из ниоткуда. Скорее, осознание выросло из его продолжительной умственной работы и было сформировано богатым сплавом идей, чувств и впечатлений, которые у него были в то время. Возможно, термин Шумпетера – рациональность – не является самым подходящим для него, но Тесла делал некоторую познавательную обработку информации. Но что еще важнее в контексте нашего рассказа и что, как мы увидим, соотносится с субъективной рациональностью, – это то, что изобретатели, такие, как Тесла, верят в свои идеи настолько сильно, что готовы перекроить внешний мир, чтобы претворить в жизнь свои идеалы. Навязывая свои мысли миру, изобретатели создают революционную технологию, которая разжигает созидательное разрушение капитализма. Но прежде чем это произойдет с Теслой, ему предстояло узнать намного больше об особенностях электротехнического бизнеса.