Тесла: тайны и секреты великого изобретателя

Юные годы Эдисона не предвещали ни богатства, ни славы. Он происходил из рода бунтовщиков. Его дед, преуспевающий член партии тори, сражался против Джорджа Вашингтона, был обвинен в государственной измене, приговорен к казни через повешение, но сбежал в Канаду. Его отец тоже чудом сбежал, на сей раз из Канады в Мичиган, после того как принял участие в провалившемся заговоре против Королевского канадского правительства.

Томас Алва Эдисон родился в феврале 1847 года в городке Майлан, штат Огайо. Он стал седьмым – и последним – ребенком в семье. Ал, как его звали, в детстве в основном предавался мечтам, различным увлечениям и попадал во всякие переделки. Обладая энциклопедическими знаниями и живым воображением, мальчик плохо учился в школе, которая представляла собой одну комнату. Учитель характеризовал его как «слегка чокнутого». Со временем мать забрала его из школы, стала учить сама и всячески поощряла его любовь к чтению и наукам. «Меня сформировала мать, – позднее говорил Эдисон, примерно так же, как Тесла о своей матери. – Она меня понимала. Она позволяла мне следовать моим склонностям»9.

В ходе одного из своих первых экспериментов юный Эдисон спалил дотла отцовский амбар, но порка на центральной площади не смогла удержать его от дальнейших выходок. Еще он шокировал своих излишне доверчивых друзей и родственников, предлагая коснуться своего электрогенератора.

Затем семья переехала в город Порт-Гурон, штат Мичиган, где юноша проявил себя достойным телеграфистом и умелым ремесленником. В двадцать четыре года он уже самостоятельно перебрался в Ньюарк, штат Нью-Джерси, где в результате упорных, хотя и непрофессиональных занятий создал несколько полезных приборов, которые привлекли внимание промышленников и финансистов с Уолл-стрит. Например, его биржевой тикер расширил одно из узких мест телеграфной индустрии, открыв возможность передавать по 200–300 слов в минуту, а его автоматический дуплексный телеграфный аппарат позволил одновременно отправлять два сообщения по одному проводу. Перечень его изобретений звучит как литания современной технике: фонограф, кинетоскоп (киноаппарат), лампа накаливания, параллельный контур и мимеограф (копировальная машина).

В отличие от одиночки Теслы, Эдисон лучше всего работал в команде, хотя и был главной движущей силой, его настойчивость стимулировала непрестанные эксперименты. Его переполняли идеи, но успех приходил чаще в результате множества проб и ошибок, чем от представления в уме законченного продукта. Чародей из Менло-парка упорно и кропотливо трудился, создавал множество моделей, испытывал сотни материалов. Как выражался сам Эдисон, «гений – это 1 % вдохновения и 99 % пота»10.

Показательно в этом смысле изобретение лампы накаливания. Как уже говорилось выше, Эдисон перепробовал почти все химические вещества (в частности, хром, молибден, бор, кремний и оксид циркония) для покрытия почти всех возможных субстанций (рыбьи кости, хлопок, картон, древесные щепки, бамбук и волосы из бороды). Изначально он отказался от углерода в качестве «горелки» из-за его предполагаемой слабости: материал не выдерживал нагревания электротоком до 1650 °C. Но затем Эдисон решил запечь покрытую углеродом швейную нить и прикрепить обгорелую полоску к штырькам, укрепленным в колбе. После того как его новый насос откачал воздух из колбы, он подал ток. Первые восемь попыток привели к разрыву нити, но 21 октября 1879 года чуть более толстая нить горела 40 часов подряд. Она могла бы гореть и дольше, но Эдисон, как экспериментатор, стал увеличивать напряжение до тех пор, пока нить не перегорела.

Эдисон также негативно относился к вере Теслы в математику, хвастаясь тем, что не ценит научные теории. «В то время, когда я экспериментировал с лампой накаливания, я не понимал закон Ома, – признавался он. – Более того, я и не хочу понимать закон Ома. Он помешал бы мне экспериментировать»11. (Впрочем, понимание закона Ома обнаружило бы главную проблему приверженности Эдисона к постоянному току, поскольку его принцип гласит, что сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи; иными словами, постоянный ток с его низким напряжением требует толстой и дорогой медной проволоки, испытывает сопротивление, может передаваться только на короткое расстояние, что, соответственно, ограничивает его применение небольшими густонаселенными территориями.)

Тесла любил изобретательство как таковое, а Эдисон в первую очередь был предпринимателем.

За всеми его экспериментами четко просматривается одна цель – заработать денег. Он хорошо понимал мир финансов и мог ориентироваться в нем. В 1890 году они с Генри Виллардом, толковым инвестором и главной силой компании Oregon Pacific Railroad, реорганизовали и капитализировали за 12 миллионов долларов многочисленные фирмы изобретателя, создав компанию Edison General Electric.

Несмотря на различия в подходах и мотивации, оба изобретателя имели и нечто общее – в частности, умение произвести эффект и склонность к хвастовству. На 4 сентября 1892 года Эдисон назначил открытие своей электростанции на Перл-стрит, очень продуманно расположенной рядом с фондовой биржей, крупными банкирскими и финансовыми домами и редакциями ведущих газет. Он понимал, что успешная демонстрация приведет к тому, что брокеры, банкиры и владельцы газет поспособствуют его славе и финансовому успеху. Ровно в три часа дня электрик включил рубильник, который подал ток от генератора «Джумбо» (названного так в честь гигантского слона, привезенного в Америку Ф. Т. Барнумом) на 106 лампочек в офисе Моргана. Еще 52 лампочки засияли в редакторском офисе New York Times. На следующий день газета охарактеризовала искусственное освещение как «свет мягкий и приятный для глаза; писать можно было почти как при дневном свете»12. Эдисон, явно довольный произведенным эффектом, заявил: «Я сделал все, что обещал»13.

Но на обоих чародеев электричества нашлись и скептики. Профессор Генри Мортон из института Стивенса сказал, что лампочка Эдисона – «очевидный провал, который подали как грандиозный успех. Обман публики». Газета London Times’ Sunday Review предположила, что результаты Эдисона основаны на жульничестве, и заявила: «Во всем этом явный привкус подлога»14.

Чародею из Менло-парка приходилось также вести юридические войны со своими конкурентами. Отчасти потому, что ранние заявки Эдисона были неряшливыми, а чертежи – хаотичными, патентная комиссия в октябре 1883 года определила, что лампа накаливания Уильяма Сойера с углеродной нитью накаливания появилась раньше лампочки Эдисона. Они предоставили Сойеру легальную монополию продавать свои лампы на ближайшие семнадцать лет. Хайрем Максим, уже создавший первый переносной полностью автоматический пулемет, пытался усилить хрупкую углеродную нить накаливания, используемую Сойером, заполняя колбу углеводородным паром. Комментируя этот «искрящийся процесс», Illustrated Science News пророчила: «В отношении электрического освещения имя [Максима] будут помнить очень долго после того, как забудется имя его хвастливого конкурента [Эдисона]»15.

Гордость и упрямство дали возможность Тесле и Эдисону одержать верх над скептиками и юристами. На протяжении ряда лет они иногда работали вместе и часто сражались друг с другом, но их судьбы и их борьба многое говорят о формировании нашей современной экономики.

Несмотря на все неловкости при первом знакомстве, Эдисон в тот же день поручил Тесле починить систему освещения на пароходе «Орегон» – на то время самом быстроходном пассажирском лайнере и первом, где была установлена такая система. Тесла проработал всю ночь, устраняя короткие замыкания и разрывы в проводке динамо-машин судна. Возвращаясь домой в пять часов утра, на Пятой авеню он встретился с Эдисоном и Батчелором, которые тоже шли с работы. Удивленный Эдисон молча выслушал отчет своего нового сотрудника. Тесла вспоминал: «Когда они отошли на некоторое расстояние, я услышал его реплику: “Батчелор, а он очень неплохой парень”, – и с того дня я получил полную свободу действий в работе»16. Эдисон быстро предложил Тесле работу в своей компании Machine Work за 18 долларов в неделю. Тесла чинил дуговые лампы и лампы накаливания, настраивал электромоторы постоянного тока. На самом деле Эдисон получил гораздо больше, чем талантливого механика. За шесть месяцев Тесла спроектировал два десятка механизмов, которые заменили менее эффективные версии тех, что использовались в компаниях Эдисона, сэкономив своему работодателю огромные суммы.

Так получилось, что Тесла разделял увлеченность Эдисона; они оба горели на работе и не нуждались в длительном отдыхе. Эдисон был известен тем, что мог работать сутками, позволяя себе прикорнуть на пару часов на диване или прямо на столе в своем офисе. Рабочее время Теслы в Соединенных Штатах было четко регламентировано. Он приступал к работе в десять утра и заканчивал в пять утра следующего дня (Тесла даже в пожилом возрасте спал по два-три часа в сутки). Эдисон как-то сказал Тесле: «У меня было много трудолюбивых помощников, но ты превзошел всех»17.

Изобретатели различались между собой манерой поведения. Эдисон, к примеру, мог быть откровенно груб. Когда он не смог отыскать на карте маленькую деревню – родину Теслы, он решил, что серб родился в диких местах, и поинтересовался, не ел ли тот когда-нибудь человечину18. Утонченный и сдержанный Тесла был, без сомнения, удивлен.

Тем не менее Тесла без устали трудился на Эдисона, пытался убедить его в преимуществах переменного тока, говорил, что освободит системы Эдисона от оков, ограничивающих их километровым радиусом действия. По словам Теслы, Эдисон «ответил прямо, что не интересуется переменным током; у него нет будущего, и все, кто ковыряется в этой области, напрасно тратят время; кроме того, переменный ток смертельно опасен, а постоянный – безопасен»19.

Главный раскол между изобретателями произошел, когда Тесла понял, что его не просто эксплуатируют, но и обманывают. Когда Тесла стал утверждать, что может повысить эффективность динамо-машины Эдисона, босс выразил скептицизм, после чего, по словам Теслы, пообещал ему в случае успеха 50 тысяч долларов. Это была огромная сумма, учитывая скупость Эдисона и острую потребность его компании в капиталах. Тесла занимался этим шесть месяцев, пока не выяснил, что магнит с более коротким сердечником дает гораздо больше энергии и втрое превосходит производительность динамо-машины «Мэри-Энн». Тесла имел все основания гордиться своим достижением, но в начале декабря 1884 года, когда он вошел в тесный и прокуренный кабинет Эдисона и попросил обещанное, босс рассмеялся ему в лицо и сказал, что обещанные деньги – просто шутка: «Ты до сих пор парижанин! Когда станешь полноценным американцем, сможешь оценить американский юмор».

Несомненно, Тесла должен был понять преувеличение Эдисона, но все равно был уязвлен тем, что тот рассмеялся ему в лицо, по сути, высмеял его достижения. На самом деле, Тесла исправил ошибки Эдисона на железнодорожной станции в Страсбурге и на пароходе «Орегон» и существенно улучшил механизмы Эдисона. Несмотря на последовавшее предложение босса повысить ему еженедельное жалованье на 10 долларов (на 55 %), Тесла отказался, взял свой котелок и вышел. Вечером он написал в своем блокноте: «Прощайте, мастерские Эдисона!»20

Вскоре после ухода от Эдисона Тесла получил новое предложение. Бенджамин Вейл, член городского совета городка Рауэй, штат Нью-Джерси, давно уже восхищался электрическим освещением и хотел, чтобы его поселение стало известным благодаря современным технологиям. Он выделил тысячу долларов, собрал еще четыре тысячи у местных бизнесменов, и в конце декабря была создана компания Tesla Electric Light and Manufacturing. Тесла перебрался в апартаменты в Нижнем Манхэттене. В садике при доме он стал расставлять цветные стеклянные шары на декоративных подставках, которые местные дети регулярно воровали21. На Либерти-стрит, в районе оживленного оптового продуктового рынка, он открыл небольшую лабораторию.

Ученый, развивая работу с дуговым освещением, которой он занимался у Эдисона, потратил год «дневных и ночных стараний» на улучшение ламп и генераторов, за что получил несколько патентов, которые передал компании в обмен на биржевые акции. В августе 1886 года законченная система осветила улицу Рауэя и функционировала в его мастерских. Рауэй появился на первой странице Electrical Review – профессионального журнала, а компания Теслы представила свою работу как «наиболее совершенную из всех известных автоматическую, саморегулируемую систему электрического освещения дуговыми лампами… без мерцания и шипения»22.

Но в итоге Бенджамин Вейл, как и Эдисон, просто «кинул» Теслу. Вейл утратил интерес к производству осветительного оборудования, поскольку в этой области доминировали компании Brush и Thomson-Houston. Бизнесмен предпочел сосредоточиться на функционировании системы в Рауэе, для чего не требовались ни опыт, ни изобретения Теслы. Поскольку патенты Теслы перешли компании, ученый не получил никаких отчислений – лишь «прекрасно гравированный сертификат на акции гипотетической ценности»23. Тесла охарактеризовал эту ситуацию так: «Самый тяжелый удар, который я когда-либо получал. <…> Я был выдавлен из компании, потеряв не только свою долю, но и репутацию как инженера и изобретателя»24. И это был не последний случай бесчестного поведения бизнесменов по отношению к Тесле.

Буквально сломленный, без перспектив занятия инженерной деятельностью, Тесла прожил «год в душевных мучениях и горьких слезах, причем эти страдания усиливались материальной нуждой». Часто он буквально не знал, где раздобыть пропитание, однако никогда не чурался работы и в итоге присоединился к бригаде, которая копала траншеи для прокладки подземных телефонных и телеграфных линий. Хотя бригадир сначала посмеялся над его приличной одеждой и белыми руками, Тесла потом утверждал: «Я работал больше всех. В конце дня я получил 2 доллара»25.

В то время как Тесла (и тысячи других безработных) с трудом переживал экономический спад 1887–1888 годов, расширяющаяся компания Эдисона сражалась со своими собственными сотрудниками, требовавшими повышения зарплаты и улучшения условий труда. Например, на ламповом заводе в Нью-Джерси восемь рабочих, изготавливавших нити накаливания, объединились в союз и, по словам Эдисона, «вели себя очень дерзко, понимая, что без них производство ламп просто невозможно». Изобретатель из Менло-парк отреагировал просто: он спроектировал и создал три десятка аппаратов, которые автоматизировали процесс, а затем гордо заявил: «Союз исчез. Больше о нем не слышали»26.

Даже в этот тяжелый период Тесла не мог перестать придумывать новые устройства. Он оформил патентную заявку на термомагнитный мотор, в котором использовалась идея о том, что железные магниты при нагревании теряют свой магнетизм. В моторе Теслы имелся поворотный рычаг, который задвигал магнит в пламя и выдвигал его, заставляя вращаться маховик. Аппарат никакой выгоды так никогда и не принес, но на бригадира землекопов изобретательность молодого человека произвела впечатление, и он представил Теслу Альфреду Брауну, директору нью-йоркского отделения компании Western Union. Браун считался первоклассным электриком и специалистом по подземным телеграфным сетям. Он познакомил Теслу с Чарльзом Пеком, патентным юристом из Инглвуда, штат Нью-Джерси, и секретарем компании Mutual Union Telegraph, которая управляла и обслуживала в 22 штатах 25 тысяч выделенных телекоммуникационных линий для банков, желающих сохранить в тайне обмен информацией.

Пек и Браун могли предложить деловую хватку и темперамент, которых был лишен Тесла. Они сделали так, чтобы Тесла прочно стоял на земле, и предоставили ему возможность думать и изобретать. Пек и Браун знали, как финансировать компании, продвигать инновационные технологии и представлять изобретения так, чтобы они получали максимальный общественный резонанс. Не менее важно то, что они были честными и ценили таланты Теслы, который вспоминал: «Во всех своих отношениях со мной они оказались самыми лучшими и благородными людьми из всех, с кем я встречался в жизни»27.

В апреле 1887 года Тесла, Пек и Браун создали компанию Tesla Electric. Изобретателю полагалась треть доходов компании, еще треть Пек и Браун делили между собой, и последняя треть направлялась на инвестирование новых разработок. Более того, Тесле полагалось ежемесячное жалованье в размере 250 долларов (примерно 78 000 долларов в год на нынешние деньги), а также возможность пользоваться более просторной лабораторией в финансовом квартале Манхэттена на Южной Пятой авеню, 33–35 (сейчас Западный Бродвей), недалеко от городского офиса Эдисона. В распоряжении Теслы были лишь печка, рабочий стол и динамо-машина, но он получал удовольствие от нового занятия и договорился с компанией Globe Stationery & Printing, расположенной на первом этаже, чтобы ему разрешили пользоваться их электроэнергией по ночам, когда выключались печатные станки. В мае 1887 года в Нью-Йорк приехал Сигети, и друзья возобновили привычку гулять в парках, читать стихи и обсуждать новые проекты.

Тесла обещал заниматься разными проектами, не только мотором переменного тока, и новая фирма быстро разработала коллектор, который сокращал искрение динамо-машины, а также коммутатор для защиты от короткого замыкания, что повышало производительность мотора постоянного тока. Однако сам Тесла бо́льшую часть года посвятил работе над пиромагнитным генератором, который должен был преобразовывать тепло от сжигаемого угля в электричество с меньшими затратами. Тесла поочередно нагревал и охлаждал магнит, чтобы непосредственно индуцировать ток в проводнике. Этим новшеством он отходил от традиционного метода, при котором разогретая горящим углем вода превращалась в пар, пар создавал энергию для двигателя, а двигатель вращал то же самое динамо. На каждом из этих этапов расходовалась лишняя энергия. К сожалению, изобретателю не удалось получить существенную разницу температур для выработки тока, и патентное бюро отклонило заявку.

Тесла беспокоился, как бы Браун и Пек не обманули его, как это сделал Вейл в Рауэе. Однако Пек, юрист, продемонстрировал веру в изобретателя и сказал успокаивающе: «Пусть тебя не смущает, что это великое изобретение не получилось как задумывалось. Возможно, ты доведешь его до ума позже. А сейчас, может, лучше будет переключиться на какой-нибудь другой проект, а этот на время оставить. По своему опыту знаю, это хорошо помогает»28.

Тесла переключил внимание на свою любимую идею, которую обдумывал еще в Будапеште, – мотор переменного тока с вращающимся магнитным полем. Он был убежден, что это поможет решить две проблемы, стоявшие перед широким распространением электричества. Во-первых, в передаче энергии на раннем этапе царила опасная неразбериха. Жители Бруклина настолько привыкли уворачиваться от искр, летящих с дуг электрических трамваев, что даже назвали свою бейсбольную команду «Доджерс» [8]. До введения общепринятых стандартов энергия передавалась по различным проводам под различным напряжением; для перехода на другую улицу зачастую требовалось приобретать новые лампы и оборудование, потому что другой район мог находиться в ведении другого поставщика электричества. Хаотическое переплетение столбов и пересекающихся проводов заслоняло небо; на проводах нарушалась изоляция, что вызывало замыкания и фонтаны искр, а беспечные детишки, игравшие под столбами, получали удары током. Если пионеры электроэнергетики хотели привлекать потребителей и завоевывать рынок, необходимо было вводить единообразие.

Во-вторых, в Соединенных Штатах функционировало около 20 различных электрических «систем», каждая со своими ограничениями. Высоковольтная система постоянного тока Чарльза Браша обеспечивала энергией дуговые лампы уличного освещения, но эти лампы давали мертвенно-бледный яркий свет и невыносимо гудели; эта система была неприменима для освещения помещений и работы бытовой техники, не говоря уж о том, что энергию нельзя было передавать на сколько-нибудь значительное расстояние. Низковольтная система постоянного тока Томаса Эдисона обеспечивала работу ламп накаливания в густонаселенных районах Нью-Йорка, но тоже могла передавать энергию лишь на короткие расстояния, а ее мощности не хватало для работы крупных механизмов. Джордж Вестингауз планировал создать высоковольтную систему переменного тока, чтобы передавать энергию на большие расстояния, но не было моторов, работающих на переменном токе. Короче, каждая система создавалась под конкретные нужды. Ни одна из них не поставляла энергию в значительном объеме для универсального использования.

Гениальность Теслы заключалась в стремлении навести порядок в электрическом бизнесе и создать эффективный мотор переменного тока, который удовлетворял бы многочисленные потребности. Его изобретения помогли внести необходимое единообразие в зарождающуюся энергетическую промышленность.

В то время как другие инженеры стремились создать более качественные коллекторы, Тесла уже видел совершенно новый подход, при котором связывались разнофазные переменные токи. По словам Теслы, эта «полифазная система» должна была преодолеть ограниченность его конкурентов.

Браун и Пек предоставили Тесле время и финансы для превращения его идеи мотора переменного тока в прототип. Сначала Тесла попытался модифицировать в своей мастерской динамо-машину Уэстона, экспериментируя с различными обмотками. Он пробовал направлять отдельные токи на отдельные катушки, причем эти токи должны были расходиться по фазам. Идея заключалась в том, что, когда один выходит на пик положительно значения, другой достигает максимума отрицательного значения. Примерно так, как пять лет назад на заводе «Ганц и партнеры» он ставил на старый кольцевой трансформатор шарик, который начинал вращаться, Тесла расположил на своем инновационном кольце отполированную жестянку на иголке. Жестянка начала быстро вращаться. Успех!

Впрочем, от вращающейся жестянки до коммерческого мотора переменного тока предстоял долгий путь. Тесла понимал, что надежность и функциональность мотора зависят от всей системы, включая трансформатор для повышения напряжения на линии и передачи энергии на большое расстояние и другой трансформатор, который будет снижать напряжение, прежде чем электричество поступит в дома с их лампочками и моторами бытовых приборов.

Такие трансформаторы очень интересовали и Джорджа Вестингауза, который уже проявил свой технический гений, разработав воздушный тормоз для железнодорожных вагонов. Опытный бизнесмен, Вестингауз, живший в Питтсбурге, предвидел, что системы переменного тока дают прибыльную возможность бросить вызов господству Эдисона в электрической индустрии. Из-за ограниченной дальности передачи энергии постоянного тока рынок Эдисона концентрировался в густонаселенных районах. Но у системы Эдисона было преимущество в прочности положения, и она воспринималась как наиболее безопасная. Вестингауз утверждал, что если будут созданы эффективные моторы и трансформаторы, то системы переменного тока могут с выгодой обслуживать множество городов и поселков. Этот спор сторонников постоянного и переменного тока – спор между Эдисоном и Вестингаузом/Теслой – стал известен как «война токов».

Ставки были высоки. Победитель мог невероятно обогатиться, поскольку получал контроль над инфраструктурой и интеллектуальной собственностью того, что потом станет крупнейшей отраслью национальной промышленности. Однако соперничество предполагало гораздо большее, нежели личное обогащение: победитель будет определять скорость и размах новой экономической и культурной эпохи. Электричество должно было дать энергию зарождающимся отраслям промышленности, а также новым бытовым приборам, которые будут сохранять свежесть продуктов питания и создавать прохладу в зданиях. Продолжительность рабочего дня больше не будет определяться светлым временем суток. Лифты и трамваи поднимут и расширят городской пейзаж. Уличное электрическое освещение даже обещало сократить количество насильственных преступлений. Для реализации этих возможностей, естественно, требовались изобретатели, но еще и юристы, журналисты и инвесторы.

Пек и Браун были уверены в победе новаторских идей Теслы в области переменного тока, но изначально настаивали на усовершенствовании механизмов постоянного тока. Поскольку в США господствовали системы постоянного тока, эти новинки могли сразу выйти на уже готовый рынок. Тесла, упорно державшийся за переменный ток, решил устроить показательную демонстрацию, для того чтобы они изменили свои приоритеты, а инвесторы раскошелились. Он вспомнил историю про Христофора Колумба, который посрамил своих критиков, установив яйцо на одном конце. Колумб нестандартно подошел к решению вопроса: он слегка расплющил скорлупу. Согласно легенде, королева Изабелла была так поражена этим, что немедленно выделила деньги на трансатлантический проект путешественника. Тесла аналогичным образом разместил яйцо из меди на деревянном столе, под которым находился четырехкатушечный магнит, вырабатывавший переменный ток. Когда ученый включил рубильник, яйцо начало вращаться, по мере ускорения вращения перестало качаться и установилось на одном конце, оказавшись одновременно в статичном и динамичном положении. Изумленные Пек и Браун стали горячими сторонниками переменного тока.