Беспроводная телеграфия; секрет настройки; ошибки в исследованиях герца; сверхчувствительное приёмное устройство

Первым значительным успехом моих опытов в последнем из упомянутых направлений стала система беспроводной телеграфии, описанная мною в двух научных лекциях в феврале и марте 1893 года. Ее в самом общем виде иллюстрирует схема (Ил. 13 ), верхняя часть которой демонстрирует электрическое устройство, мною тогда описанное, в то время как нижняя часть представляет ее механический аналог. Система чрезвычайно проста в принципе. Представьте себе два камертона F, F 1, — один на передающей станции, а другой, соответственно, на принимающей; к нижнему зубцу каждого из них присоединен небольшой поршень Р , помещенный в цилиндр. Оба цилиндра сообщаются с большим резервуаром R , имеющим упругие стенки, который должен быть закрытым и заполненным легкой несжимающейся жидкостью. Частые удары по одному из зубцов камертона F вызовут вибрацию находящегося внизу малого поршня Р , а его вибрации, переданные через жидкость, дойдут до дальнего камертона F 1, «настроенного» на камертон F или, говоря другими словами, имеющего точно такую же ноту, какой обладает последний. Теперь камертон F 1 начнет вибрировать, и его вибрация будет усиливаться от постоянного воздействия находящегося на расстоянии камертона F , пока его верхний зубец, увеличивая амплитуду своих колебаний, не осуществит электрическое соединение со стационарным контактом c '', включающим таким образом электрические или другие приборы, которые могут быть использованы для записи сигналов. Этим простым способом можно обмениваться сообщениями между двумя станциями, предусмотрев для этой цели контакт с ' рядом с верхним зубцом камертона F так, чтобы прибор на каждой станции мог быть попеременно и приемником, и передатчиком.

Ил. 13. Схема механической модели, иллюстрирующая беспроводную телеграфию.

Электрическая схема, представленная в верхней части чертежа, в принципе абсолютно та же: два контура ESP и E 1S 1P 1, которые вытягиваются, достигая некоторой высоты, выполняют роль двух камертонов с присоединенными к ним поршнями. Эти контуры имеют заземление через пластины E, E 1 и два находящихся на высоте металлических листа P, P 1, накапливая электричество, значительно усиливают эффект. Закрытый резервуар R с упругими стенками в этом случае заменен землей, а жидкость — электричеством. Оба контура «настроены» и действуют точно так же, как два камертона. Вместо ударов по камертону F на передающей станции в контур ESP под действием подключенного к цепи источника S возникают электрические колебания, которые распространяются по земле и достигают находящийся на расстоянии принимающий контур E 1S 1P 1 возбуждая в нем аналогичные электрические колебания. Ко второй цепи, или контуру, подключен чувствительный прибор, или приемник S 1 который таким образом приводится в рабочее состояние и предназначен для подключения реле или другого прибора. Каждая станция, конечно, снабжена и источником электрических колебаний S , и чувствительным приемным устройством S 1, а несложные устройства позволяют использовать каждый из двух контуров попеременно для отправления и приема сообщений.

Необходимым условием функционирования системы является точная настройка двух контуров. И тут возникают недоразумения: как правило, в технических докладах по этой теме представляются схемы приборов с их якобы преимуществами, тогда как сама их природа свидетельствует о невозможности этого. Для достижения лучших результатов общая длина всех проводников или контура от точки заземления до верхнего конца должна равняться одной четвертой длины волны электрического колебания или кратной нечетному числу. Без соблюдения этого правила невозможно исключить помехи и обеспечить тайну сообщений. В этом состоит секрет настройки. Однако чтобы достичь наиболее удовлетворительных результатов, необходимо настроиться на электрические вибрации низкого тона. Искровой прибор Герца, обычно используемый экспериментаторами, производит колебания очень высокой частоты, не позволяя осуществить эффективную настройку, и достаточно легких возмущений, чтобы сделать невозможным обмен сообщениями. Но созданные на научной основе эффективные приборы позволяют добиться почти безупречной настройки. Неоднократно упоминаемый опыт с усовершенствованным прибором, дающим представление об этом свойстве, показан на фото (Ил. 8 ), подпись под ним объясняет его сущность.

С тех пор как я описал простые принципы беспроводной телеграфии, часто находил повод отметить, что исследователи глубоко убеждены, будто, передавая сигналы на значительные расстояния, используют волны, идентичные по свойствам и компонентам излучениям Герца. Это только одно из многих ошибочных суждений, почерпнутых из исследований недавно оплаканного физика. Почти тридцать три года тому назад Максвелл, продолжая многообещающий опыт Фарадея 1845 года, развил идеально простую теорию, которая объединяла свет, тепловые лучи и феномен электричества, объясняя их происхождение вибрациями гипотетической жидкости непостижимо тонкой структуры, называемой эфиром. Никакого экспериментального доказательства не было найдено, пока Герц по предложению Гельмгольца не предпринял с этой целью серию опытов. Герц проявил необыкновенную изобретательность и интуицию, но уделил мало внимания усовершенствованию своего устаревшего прибора. И как следствие — он не заметил важной функции воздуха, которая проявлялась в его экспериментах и которую я впоследствии открыл. Повторяя его опыты и получая другие результаты, я решился указать на эту оплошность. Доказательства, приведенные Герцем в поддержку теории Максвелла, подкреплялись правильной оценкой частоты колебания контура, который он использовал. Но я убедился, что он не мог добиться частот, которые, как думал, получает. Колебания, получаемые с помощью прибора, идентичного тому, что использовал он, как правило, намного ниже, что происходит из-за присутствия воздуха, который действует угнетающе на вибрирующий с большой частотой электрический контур высокого напряжения, так же, как это делает жидкость, попадая на вибрирующий камертон. Но с тех пор я открыл другие причины ошибки и уже давно перестал воспринимать его результаты как экспериментальное подтверждение поэтичных концепций Максвелла. Работа великого немецкого физика явилась великолепным стимулом современных исследований в области электричества, но благодаря своей привлекательности она до некоторой степени парализовала научные умы и, таким образом, затрудняла самостоятельные исследования. Каждое новое открытое явление подгонялось под теорию, и поэтому истина часто невольно искажалась.

Когда я представил эту систему телеграфии, мое сознание было всецело поглощено идеей осуществления коммуникации на любое расстояние через Землю или окружающую среду, практическому осуществлению которой придавал сверхважное значение главным образом по причине морального воздействия, которое она могла произвести повсеместно. С этой целью в качестве первого шага я в то время предложил использовать ретрансляционные станции с настроенными контурами, надеясь осуществить на практике передачу сигналов через безбрежные пространства даже с устройством весьма средней мощности. Я, однако, был уверен, при наличии надлежащим образом сконструированного оборудования сигналы можно передавать в любую точку земного шара, каким бы ни было расстояние, без обязательного использования промежуточных станций такого рода. И пришел к этому убеждению благодаря открытию своеобразного электрического явления, названного мной «вращающейся щеткой», — именно о нем в начале 1892 года я прочитал лекции в зарубежных научных обществах. Это пучок света, который образуется при определенных условиях в вакуумной лампе и обладает чувствительностью к магнитным и электрическим воздействиям, граничащей, так сказать, со сверхъестественной. Этот световой пучок быстро вращается под воздействием земного магнетизма со скоростью двадцать тысяч оборотов в секунду, причем вращение в этой части земного шара будет противоположным тому, что было бы в Южном полушарии, в то время как в области магнитного экватора он вообще не будет вращаться. В своем наиболее чувствительном состоянии, добиться которого трудно, он невероятно восприимчив к электрическим и магнитным воздействиям. Простое напряжение мускулов руки и, как следствие, небольшое электрическое изменение в теле наблюдателя, стоящего на некотором расстоянии, окажет на пучок ощутимое воздействие. Находясь в состоянии наивысшей чувствительности, он способен различать малейшие магнитные и электрические изменения, происходящие на Земле. Наблюдение этого замечательного явления вселило в меня уверенность, что связь легкодостижима на любом расстоянии при условии, что прибор будет настолько усовершенствован, что сможет воспринимать электрическое и магнитное состояние, каким бы малым оно ни было, в пределах земного шара или в окружающей среде.

Развитие нового принципа; электрический генератор; осуществление огромных движений электричества; земля отвечает человеку; межпланетная связь становится вероятной

Я принял решение сконцентрировать свои усилия на данной смелой задаче, хотя это повлекло за собой большие жертвы: трудности, что предстояло преодолеть, были таковы, что надеяться на ее решение я мог только после многих лет упорного труда. Это означало отложить на время другую работу, которой я предпочел бы посвятить себя, но во мне росла убежденность, что мои силы не могут найти лучшего применения, как создание эффективного прибора для производства мощных электрических колебаний, ставшего бы ключом к решению других важнейших и, в сущности, общечеловеческих проблем в области электричества. С его помощью возможна не только связь на любом расстоянии, но также передача энергии в больших количествах, горение атмосферного азота, производство эффективных осветительных приборов и много других достижений, имеющих не поддающееся оценке научное и промышленное значение. Но в конце концов я испытал удовлетворение, выполнив взятое на себя обязательство: открыт новый принцип, действие которого основано на удивительных свойствах электрического конденсатора. Одно из них состоит в том, что он может разряжаться или освобождаться от накопленной в нем энергии в течение непостижимо короткого промежутка времени. Благодаря этому ему нет равных во взрывной силе. Взрыв динамита — лишь выдох туберкулезного больного по сравнению с его разрядом. Это — способ получения мощнейшего тока высочайшего электрического напряжения, сильнейшего возмущения среды. Другое его свойство, в той же степени ценное, — его разряд может иметь любую желаемую частоту колебаний, до многих миллионов в секунду.

Я получил предельно достижимую частоту, идя другим путем, когда возникла счастливая мысль прибегнуть к конденсатору. И сконструировал такое устройство, которое может в быстром темпе попеременно заряжаться и разряжаться через катушку с несколькими витками из толстой проволоки, образующей первичную обмотку трансформатора. Каждый раз, когда конденсатор разряжался, ток колебался в первичной обмотке и индуцировал соответствующие колебания во вторичной. Таким образом был создан принципиально новый трансформатор, или индукционная катушка, который я назвал «электрическим генератором колебаний», имея в виду уникальные качества, характеризующие конденсатор и дающие возможность добиваться результатов, не достижимых другими средствами. Электрические явления любого желаемого характера и интенсивности, о которых раньше не мечталось, теперь могут быть получены без труда благодаря применению созданного устройства, основные компоненты которого показаны на фото (Ил. 7 ). В некоторых случаях требуется сильное индукционное воздействие, в других — максимально возможная стремительность, в третьих — исключительно высокая частота колебаний или сверхвысокое напряжение, в то время как для некоторых других целей необходимы очень большие перемещения электричества. Фотографии экспериментов, проведенных с таким генератором (Ил. 6, 8, 9, 10 ), иллюстрируют некоторые эти качества и выражают идею значимости представленных явлений. Подробные пояснения к упомянутым иллюстрациям делают излишним дальнейшее описание.

Сколь необычными могут показаться представленные результаты, но они всего лишь пустяк по сравнению с теми, что могут дать устройства, сконструированные на тех же принципах. Я продемонстрировал электрические разряды, протяженность которых достигала, вероятно, более ста футов, но не составило бы труда достичь в сто раз большей длины. Я создавал движения электричества, происходящие при мощности приблизительно в сто тысяч лошадиных сил, но так же легко достижимы мощности в один, пять или десять миллионов лошадиных сил. Эти эксперименты привели к результатам несравнимо более значительным, чем любые когда-либо полученные при деятельном участии человека, и всё же эти результаты являются лишь эмбрионом возможного.

Тот факт, что с таким прибором беспроводная связь с любой точкой земного шара осуществима, не нуждается в доказательстве, но благодаря сделанному мной открытию я приобрел абсолютную уверенность. Говоря популярно, суть в следующем: когда мы громко кричим и слышим в ответ эхо, мы знаем, что звук достиг стены или другой границы, отразился и вернулся назад. Точно так же, как звук, электрическая волна отражается, явление это известно как «стоячая» волна, т. е. волна с фиксированными узлами и пучностями. Вместо того чтобы посылать звуковые вибрации к удаленной стене, я послал электрические колебания в глубь Земли, и вместо стены мне ответила Земля. Вместо эха я получил стоячую электрическую волну, отраженную от далеких глубин.

Стоячие волны в Земле значат нечто большее, чем простое беспроводное телеграфирование на любое расстояние. С их помощью можно получить много важных результатов, не достижимых другим способом. Например, их применение позволит вызывать по желанию электрическое воздействие от передающей станции в любом конкретном регионе земного шара, мы сможем определять относительное положение или курс движущегося объекта, например, судна в море, пройденное им расстояние или его скорость; или мы сможем послать над Землей электрическую волну, движущуюся с любой скоростью — от скорости черепахи до скорости молнии.

С такими достижениями мы будем иметь все основания предвидеть, что через какое-то непродолжительное время большинство трансокеанских телеграфных сообщений будет передаваться без проводов. Для коротких расстояний нам достаточно беспроводного телефона, который не требует квалифицированных операторов. Чем обширнее пространства, которым нужна связь, тем более целесообразной становится беспроводная коммуникация. Кабель — это не только легкоповреждаемое и дорогостоящее оборудование, он еще и ограничивает нас в скорости передачи по причине определенного электрического свойства, неотделимого от его конструкции. Должным образом сконструированная установка для осуществления беспроводной связи будет иметь пропускную способность, во много раз превышающую пропускную способность кабеля, и в то же время она потребует несравнимо меньших затрат. Пройдет немного времени, и кабельное средство связи устареет, ибо передача сигналов новым способом будет и быстрее, и дешевле, и намного безопаснее. Применение изобретенных мной устройств для защиты сообщений от несанкционированного доступа дает возможность обеспечить почти безупречную секретность.

Описанные выше явления я до сих пор наблюдал только на расстояниях, ограниченных примерно шестью сотнями миль, но ввиду того, что фактически не существует пределов мощности вибраций, производимых генератором такого рода, можно быть совершенно уверенным в успехе такой установки, осуществляющей трансокеанские связи. И это еще не всё. Мои измерения и расчеты показали, что на основе этих принципов реально производить на земном шаре движение такого количества электричества, что, и в этом нет ни малейшего сомнения, его действие будет воспринято на некоторых из наших ближайших планет, например, на Венере и Марсе. Таким образом, рассуждения о межпланетной связи перешли из области вероятного в стадию возможного. Действительно, тот факт, что мы можем произвести определенное воздействие на одну из этих планет новым способом, возмущая электрическое состояние Земли, не подлежит сомнению. Однако этот метод осуществления связи принципиально отличается от всех других, предложенных до сих пор учеными. Во всех предыдущих попытках тот или иной исследователь мог использовать в своем устройстве лишь незначительную часть всей достигающей нашу планету энергии — столько, сколько удавалось сфокусировать рефлектором. Но используя разработанный мной метод, он получил бы возможность сконцентрировать большую долю всей посылаемой на планету энергии в своем приборе, и вследствие этого воздействие на последний увеличивается во многие миллионы раз.

Кроме установки для производства вибраций необходимой мощности, мы должны иметь чувствительное устройство, способное обнаруживать проявления слабых воздействий, влияющих на Землю. Для этих целей я также разработал новые методы. Используя их, мы сможем, среди прочего, определять на значительном расстоянии присутствие айсберга или другого объекта в море. С их помощью мной открыты некоторые земные явления, пока еще не объясненные. То, что мы можем послать сообщение на какую-либо планету, несомненно, то, что мы можем получить ответ, вероятно: человек — не единственное существо в Беспредельности, наделенное разумом…