На пути к электрическому телеграфу

Еще в древности человек обратил внимание на такой минерал, как магнетит или магнитный железняк. Это рудная порода, содержащая до 72% железа (Fe) и отличающаяся способностью притягивать к себе другие металлы[206].

В древности было замечено также, что если потереть янтарь (окаменевшая сосновая смола)[207], он тоже начинает притягивать к себе другие, правда, только легкие предметы, например, волосы, соломинки.

Несмотря на то, что эти явления были известны людям с незапамятных времен, долгое время они не видели возможности их практического использования.

Едва ли не первыми такую возможность обнаружили китайцы.

В Научном центре Онтарио в Торонто хранится прибор, напоминающий ложку с короткой ручкой. Центр ее тяжести размещен так, что «ложка» касается пластины, на которой находится, лишь одной точкой, поэтому может свободно вращаться вокруг оси. Однако как бы вы не поворачивали ее, она всегда возвращается в одно и то же положение. Это изготовленный из магнетита древнейший китайский компас – синан, т. е. указатель юга. Первое упоминание синана в источниках относится к 80 г. н. э.[208].

Имел ли этот «компас» практическое применение, мы не знаем.

В письменных источниках XI в. упоминается другое такое же устройство – «плавающая» в воде на пробковой основе намагниченная иголка, которая одним концом показывала на север, другим – на юг. К тому же времени относится подобная же «плавающая» в воде рыба[209].

В XII-XIII вв. был изобретен «сухой компас». Он представлял собою модель черепахи, внутри которой помещался магнит. Черепаха одной точкой под туловищем опиралась на стержень, поэтому могла свободно вращаться, занимая при этом в состоянии покоя одно и тоже положение – головой на север[210].

В 1269 г. французский рыцарь Пьер де Марикур, получивший известность под фамилией Перегрин, направил другу «Послание о магнитах», в котором поделился своими опытами в области магнетизма[211]. Имеются сведения, что он ввел понятия северного и южного полюса и придал компасу современный вид[212].

К XVI в. относится первая известная нам попытка использовать магнит для передачи информации. Об этом в 1576 г. поведал французский изобретатель Блазиус де Видженер (Blasius дe Bigenere)[213]. Разделив окружность компаса на 26 частей, соответствующих 26 буквам латинского алфавита, он попытался с помощью магнита поворачивать через стену стрелку компаса таким образом, чтобы можно было читать передаваемое им сообщение[214].

И хотя опыт прошел удачно, предложенный им проект не получил практического использования, так как позволял передавать информацию на очень небольшое расстояние и с такой скоростью, при которой ее гораздо проще было передать из одной комнаты в другую обычным способом.

Но главное заключалось в том, что Б. Видженер впервые продемонстрировал возможность передачи информации на расстояние с помощью магнитных свойств и тем самым положил начало поискам, которые через полтора века привели к созданию электрического телеграфа.

Особое значение в этом отношении имели исследования английского придворного врача Вильяма Гильберта (Джильберта) (Gilberti) (1540–1603). В 1600 г. он издал книгу «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земля. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов», в которой поделился своими наблюдениями в этой области [215].

В. Гильберт ввел понятие «электричество» (от греческого слова «янтарь» – электрон)[216]. Исходя из того, что магнит обладает своими качествами от природы, а янтарь приобретает их только под влиянием воздействия на него, В. Гильберт считал, что магнетизм и электричество – это разные явления[217]. Он установил, что «электрическими» качествами обладает не только янтарь, но и другие вещества, например, алмаз, сера, стекло, сургуч, хрусталь. Для обнаружения электрических явлений В. Гильберт использовал специальное устройство, названное им «версор»[218].

Отталкиваясь от этих идей, немецкий физик Отто фон Герике (Guericke) (1602–1686), бывший бургомистром Магдебурга, вошедший в историю как изобретатель воздушного насоса, водяного барометра и знаменитых «магдебургских полушарий», пришел к следующему принципиально важному выводу: если некоторые минералы в отличие от магнита приобретают способность притягивать к себе другие предметы под влиянием механического воздействия на них, значит, таким образом можно генерироватьэлектричество[219].

О. Герике изготовил из серы шар диаметром около 15 см, закрепил его на вращающемся стержне и обнаружил, что если одной рукой приводить шар в движение, а другую прижать к нему, шар приобретает способность притягивать к себе легкие предметы[220].

В этом не было ничего нового. Новое заключалось в другом. Оказалось, что отмеченная способность находилась в зависимости от длительности и скорости вращения шара: чем быстрее и дольше вращался шар, чем сильнее он притягивал к себе другие предметы. Это означало, что в результате трения действительно происходит генерирование электричества.

Так была создана первая электростатическая машина.

Еще в древности было замечено, что магнит способен передавать свои магнитные качества другим металлическим предметам. Этот факт нашел отражение в трактате римского философа Лукреция Кара «О природе вещей» и в упоминавшемся послании Пьера де Марикура (Перегрина)[221].

В. Гильберт показал, что подобная способность характерна и для электричества[222].

Англичанин Стивен Грей (1670–1736) не только подтвердил это, но и разделил все материалы на две группы, которые затем получили название проводников и диэлектриков (изоляторов)[223]. Более того, натирая шелковой тряпочкой стеклянную трубку и используя прикрепленную к ней пеньковую бечевку, он сумел передать электрический заряд на расстояние около 200 м[224].

Но если электрические заряды можно генерировать и передавать на расстояние, нельзя ли их накапливать? Впервые этот вопрос поставил профессор Георг Маттиас Бозе (1710–1761) из Виттенберга, который по сути дела сформулировал идею аккумулятора или же конденсатора[225].

Интерес к электричеству привел к тому, что в середине XVIII в. стали делать опыты его использования в медицине. В 1745 г. немецкий монах Э. Ю. фон Клейст (1700–1748) решил получить для себя наэлектри-зированную воду. Он взял стеклянную банку с водой, опустил в нее обыкновенный гвоздь и подключил его к источнику электричества, а когда через некоторое время отключил контакт и голой рукой взялся за гвоздь, то вздрогнул от электрического разряда[226].

В следующем году подобный же эффект обнаружил и описал лейденский физик Питер ван Мушенбрук (1692–1761)[227].

Так был создан первый конденсатор, получивший название лей-денской банки. Он представлял собою наполненную водой стеклянную банку, оклеенную металлической фольгой. Внутри банки находился метал-лический стержень. Подключение его к источнику электричества позволя-ло накапливать электричество[228].

Идя по этому пути, немецкий физик Иоганн Винклер (1703–1770) и американский физик Бенджамин Франклин (1706–1790) почти одновремен-но предложили объединить несколько конденсаторов и создать таким образом электрическую батарею[229].

Используя такую батарею, И. Винклер сумел вызвать настолько сильный электрический разряд, что его звук был слышен за 200 м. Тогда же было доказано, что электрическим зарядом можно убить живое существо[230].

Одновременно с созданием и совершенствованием конденсатора продолжалось совершенствование электростатической машины. Сначала шар из серы заменили стеклянным шаром. Потом для генерирования электрических зарядов стали использовать не руку, а подушечку из шерсти и кожи. Затем на смену стеклянному шару пришел стеклянный диск и подушечка тоже приобрела форму диска, что позволило увеличить площадь их касания. А чтобы увеличить силу трения, диски стали вращать в разные стороны[231].

Успехи опытов с электричеством привели к тому, что в 1746–1747 гг. французский ученый Луи Гийом Лемонье начал экспериментировать с целью создания основанного на использовании электричества устройства для «сигнализации на расстоянии»[232].

Некто Ч. М. 1 февраля 1752 г. опубликовал на страницах шотландского журнала «The Scot`s Magazine» проект электрического телеграфа, который во многом напоминал проект Б. Видженера. Разница заключалась только в том, что в публикации предлагалось использовать для передачи информации не магнит, а электричество, а также воздействовать с его помощью не на стрелку компаса, а на 26 подсоединенных к источнику питания шариков из бузины, которые должны были притягивать листочки бумаги с написанными на них буквами[233].

Во второй половине XVIII в. появилось более десятка проектов электрического телеграфа[234]. Однако для того чтобы они получили практическое осуществление, необходим был другой, более мощный источник электричества.

И вскоре он появился.

От Шиллинга до Юза

Изучая влияние электричества на живые организмы, итальянский физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) предпринял попытку выяснить воздействие на них так называемого атмосферного электричества. С этой целью он взял лапки лягушки, вживил в них медные крючкообразное электроды и подвесил к железной решетке. Несмотря на то, что стояла ясная погода, и не было никаких признаков приближающейся грозы, мышцы лягушки неожиданно сократились. Повторив этот опыт в помещении, Л. Гальвани получил тот же самый результат[235].

К тому времени, ему, по всей видимости, уже было известно открытие, которое незадолго перед тем сделали англичане Джон Уолш и Генри Кавендиш. Они доказали, что некоторые виды рыб (скаты, сомы, угри) способны, защищаясь, производить сильный электрический разряд[236]. В связи с этим Г. Гальвани сделал вывод, что его опыт свидетельствует о существовании «животного электричества» у лягушек, которые при соприкосновении с металлом разряжаются как конденсатор.

Свои мысли на этот счет Л. Гальвани изложил в 1791 г. в «Трактате о силах электричества при мышечном движении»[237]. «Трактат» сразу же привлек к себе внимание. Ознакомившись с ним, другой итальянский физиолог Алессандро Вольта (1745–1827) пришел к выводу, что лягушка является не «конденсатором», а индикатором, улавливающим электрические заряды, которые возникают при взаимодействии двух разных металлов. Желая проверить это, А. Вольта создал в 1800 г. прибор, получивший название «вольтова столба»[238].

Он представлял собою столбик, составленный «из чередующихся между собой медных и цинковых кружков, которые разделялись суконными прокладками, смоченными подкисленной водой или кислотой». По существу это была первая гальваническая батарея – источник непрерывного постоянного электрического тока, прибор, в котором химическая энергия превращается в электрическую[239].

Так был создан новый, более мощный генератор электричества.

Используя «вольтов столб», английские ученые Энтони Карлайль (1768–1840) и Уильям Николсон (1753–1815) в том же 1800 г. открыли явление, получившее название электролиз. Опустив в воду два конца провода и замкнув электрическую цепь, они обнаружили, что между концами проводов возникло взаимодействие, под влиянием которого начали выделяться пузырьки воздуха – кислород.

Узнав об этом открытии, немецкий физиолог Самуэл Томас Зёммеринг (Samuel Thomas von Soemmering) (1755–1830) создал в 1809 г. первый электрический телеграф[240]. Передающий аппарат представлял собою клавиатуру из 26 клавиш, а принимающий – наполненный водой стеклянный сосуд, в который было погружено 26 металлических пластинок. Нажимая определенную клавишу передающего устройства, «телеграфист» замыкал электрическую цепь, к которой была подсоединена соответствующая пластинка принимающего устройства. В результате она начинала выделять из воды пузырьки воздуха. А поскольку на каждой пластинке была выгравирована соответствующая буква латинского алфавита, таким образом можно было передавать информацию[241].

Так был создан первый электрический телеграф.

Более практичным оказался электрический телеграф, созданный русским инженером немецкого происхождения Павлом Львовичем Шиллингом (1786–1837). Закончив кадетский корпус, он в 1803 г. оказался в Мюнхене на должности переводчика в русском посольстве. Здесь познакомился с С. Т. Зёммерингом, который являлся домашним врачом в семье русского посланника. В результате П. Л. Шиллинг не только подружился с немецким изобретателем, но и увлекся идеей создания электрического телеграфирования. Вернувшись в Россию, он тоже начал заниматься опытами с электричеством, в результате которых создал новую модель телеграфного аппарата[242].

Если изобретение С. Т. Зёммеринга было связано с открытием электролиза, то изобретение П. Л. Шиллинга с открытием электро-магнитного поля. Существует мнение, будто бы это открытие в 1820 г. сделал во время опытов профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851) один из его студентов, заметивший, что при замыкании электрической цепи находящаяся рядом стрелка компаса приходит в движение[243].

Однако на самом деле возникновение электрического поля вокруг проводника, по которому идет электрический ток, обнаружил в 1802 г. итальянский физик Джованни Доминико Романьози. Уже в 1804 г. этот факт получил отражение в печати.[244].

В 1820 г. немецкий физик И. Х. Швейгер обратил внимание, что, если магнитную стрелку поместить внутри рамки, представляющей собой провод, по которому идет электрический ток, действие тока на стрелку будет усиливаться в зависимости от увеличения витков провода. Это устройство получило название мультипликатора[245].

Исходя из этого в 1825 г. американский изобретатель В. Стерджен создал электромагнит [246].

Считается, что, используя это изобретение, П. Л. Шиллинг в 1832 г. сконструировал на его основе и продемонстрировал у себя на квартире первый электромагнитный телеграфный аппарат[247].

Однако на самом деле П. Л. Шиллинг создал свой аппарат еще в 1828 г. Он представлял собой Г-образную штангу, на которой была подвешена металлическая стрелка. Стрелка находилась между проводниками, которые были соединены с клавиатурой. Нажимая клавиши, можно было замыкать или размыкать одну из этих цепей. В зависимости от того, по какому проводнику шел ток, стрелка поворачивалась направо или налево. Набор этих движений соответствовал определенным буквам и цифрам[248].

Позднее П. Л. Шиллинг вносил в этот аппарат изменения, но принцип его работы остался прежним [249].

И хотя его телеграфный аппарат в отличие от аппарата С. Т. Зём-меринга получил практическое применение, он имел свои недостатки.

Главный из них заключался в том, что передаваемые движущейся стрелкой сигналы можно было воспринимать только с помощью зрения. Поэтому от телеграфиста требовалось очень внимательно следить за колебаниями стрелки и моментально расшифровывать передаваемый текст. В таких условиях передаваемое сообщение должно было быть предельно кратким. Но и это не застраховывало от ошибок.

Поэтому возникли две проблемы: или, идя по пути, намеченному еще Б. Видженером, сделать так, чтобы аппарат сразу показывал определенные буквы, или же чтобы он записывал передаваемые сигналы, которые потом можно было бы расшифровывать.

Первое решение в 1837 г. предложили Уильям Кук и Чарльз Уитсон[250]. Они создали аппарат, принимающее устройство которого представляло собой диск. В центре диска находилась стрелка, а вокруг нее, как на часах, – буквы и цифры. Нажимая на определенную клавишу передающего устройства, телеграфист посылал сигнал, который включал электромагнит и приводил стрелку в движение, она поворачивалась на определенное количество градусов и указывала соответствующую букву или цифру[251].

В том же 1837 г. появился аппарат американского художника Самуэля Морзе[252]. Первая его модель оказалась неудачной[253]. Но в следующем году с помощью Джозефа Генри удалось устранить ее недостатки[254].

Телеграф С. Морзе передавал информацию с помощью замыкания и размыкания электрической цепи, в результате чего на приемной станции электромагнит то притягивал к себе, то отпускал контакт, который при этом касался бумажной ленты и оставлял на ней в зависимости от длительности замыкания цепи точку или тире. С помощью сочетания этих двух знаков обозначались определенные буквы и цифры[255].

Простота и дешевизна этого аппарата привела к тому, что он получили широкое распространение не только в США, но и в других странах.

Однако азбука С. Морзе требовала не только опытного телеграфиста для передачи информации, но и времени для последующей расшифровки полученного текста. Выход из этого положения был найден, когда в 1855 г. изобретатель Дэвид Эдуард Юз сконструировал буквопечатающий телеграф[256].

В основе его изобретения лежал аппарат У. Кука и Ч. Уитсона с той лишь разницей, что у них на диске под действием электромагнита поворачивалась стрелка, а Д. Э. Юз заставил поворачиваться сам диск, на ребре которого были выгравированы буквы и цифры. Сделав поворот на определенное количество градусов, диск останавливался и, как в аппарате С. Морзе, под действием другого элзектромагнита прикасалось к бумажной ленте, оставляя на ней отпечаток соответствующей буквы или же цифры[257].

По мнению некоторых авторов, «изобретением аппарата Юза завершился начальный период развития телеграфии, период становления ее как самостоятельной отрасли техники»[258].