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 V?rosliget (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}.