Страница 15 из 33
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.
123
G. C. Foster and E. Atkinson, Elementary Treatise on Electricity and Magnetism (London: Longman, Green, 1896), 490. Silvanus P. Thompson, Polyphase Electric Currents and Alternate-Current Motors (Spon, 1895), 422-25.
124
Там же, 447.
125
Там же, 437-40.
126
1915 Autobiographical Sketch, 576.
127
Действительно, насколько я могу судить, понятие смещения по фазе переменного тока не появилось в инженерной литературе до документа Джон Хопкинсона 1883 года, в котором он рассматривал проблему использования нескольких генераторов переменного тока в одной цепи; см.: «Some Points in Electric Lighting», in Original Papers by the Late John Hopkinson, ed. Bertram Hopkinson (Cambridge: Cambridge University Press, 1901), 1:57-83, on 67-69.
128
1915 Autobiographical Sketch, А198
23
Йозеф Алоиз Шумпетер (нем. Joseph Alois Schumpeter; 1883–1950) – австрийский и американский экономист, политолог, социолог и историк экономической мысли. Популяризировал термин «созидательное разрушение» в экономике и термин «элитарная демократия» в политологии.