Когда будущее стало светом. Никола Тесла: жизнь, открытия и цена великого замысла

Глава 3. Медное сердце Граца

Осенью 1875 года, вскоре после того, как мне исполнилось девятнадцать, я отправился в Грац.

После болезни и долгого выздоровления сама возможность этой поездки казалась почти невероятной. Ещё недавно несколько шагов по комнате требовали от меня усилия; теперь поезд уносил меня всё дальше от Госпича, к жизни, право на которую я отстоял сам. Отец сдержал обещание, данное у моей постели, и я чувствовал, что не имею права распорядиться этим даром легкомысленно.

Колёса мерно ударяли на стыках рельсов. В приоткрытое окно проникал воздух, пахнувший угольным дымом, влажной землёй и хвойным лесом. Я следил за изгибами рек, опорами мостов и телеграфными проводами, которые то поднимались, то опускались вслед за дорогой.

Особенно меня занимали мосты. Поезд всей своей тяжестью входил на металлический пролёт, и конструкция отвечала низким гулом. Отдельная балка казалась слишком тонкой для такой нагрузки, но в составе фермы каждый элемент передавал усилие соседним, а опоры принимали общий вес. Уже тогда меня привлекала мысль, что надёжность машины или сооружения определяется не только прочностью отдельных частей, но и тем, как распределяются усилия между ними.

Грац встретил меня шумом экипажей, незнакомой речью и тесно поставленными городскими домами. Над крышами поднимался Шлоссберг; на улицах пахло каменным углём, сыростью и жареными каштанами. Однако сам город интересовал меня прежде всего потому, что здесь находилась Императорско-королевская политехническая школа.

Когда я впервые вошёл в здание школы, меня охватило волнение, напоминавшее то, которое я испытывал в физическом кабинете Мартина Секулича. Но здесь всё было значительнее по масштабу. Коридоры пахли холодным камнем, воском и меловой пылью. За дверями аудиторий доказывали теоремы, строили диаграммы, исследовали свойства веществ и разбирали устройство машин. Знание, прежде рассеянное по отдельным книгам и опытам, здесь было приведено в систему.

Я приехал с намерением посвятить учёбе все силы.

Позднее я писал, что начинал занятия в три часа утра и заканчивал в одиннадцать вечера, не делая исключения ни для воскресений, ни для праздников. Возможно, память придала этому распорядку излишнюю регулярность, но в главном она меня не обманывала: в первый год я действительно работал почти без отдыха.

Просыпаться приходилось в холодной комнате. Вода в кувшине за ночь становилась почти ледяной, и после умывания сон исчезал мгновенно. Пока город ещё не проснулся, я повторял доказательства, решал задачи и приводил в порядок записи предыдущего дня. Затем начинались лекции и практические занятия. Вечером я снова садился за книги и нередко замечал наступление ночи лишь тогда, когда лампа начинала коптить, а строчки расплывались перед глазами.

Больше всего меня увлекала связь между математическим выражением и физическим явлением. Формула переставала быть простым рядом знаков, когда я понимал, какое движение, давление или превращение энергии она описывает. Некоторые доказательства я мог воспроизводить почти построчно, но одной памяти мне было недостаточно: я старался увидеть действие закона.

Задачу по механике я превращал во внутреннюю модель. Представлял рычаг, точку опоры и приложенные силы, перемещал груз и следил, как меняются плечи. Геометрическое тело я поворачивал, рассекал воображаемыми плоскостями и снова соединял. Способность, которая в детстве помогала мне вытеснять мучительные зрительные образы, теперь становилась рабочим инструментом.

Экзамены первого года я сдал с высшими оценками. Преподаватели отмечали мои способности, но некоторых тревожил мой образ жизни. По моим позднейшим воспоминаниям, они предупреждали отца, что такой режим может снова подорвать моё здоровье.

Тогда эта тревога казалась мне преувеличенной. Болезнь осталась позади, силы вернулись, а успехи как будто доказывали, что выбранный режим оправдан. Я ещё не понимал, что способность долго работать не освобождает человека от потребности в отдыхе. Напротив, чем легче мне давалось напряжение, тем позднее я замечал его последствия.

На втором году обучения главным предметом для меня стала физика.

Физику преподавал профессор Яков Пешль, строгий и опытный экспериментатор. Он не ограничивался выводами на доске и сопровождал объяснения демонстрациями. Приборы в его кабинете не служили украшением: каждый из них должен был наглядно обнаружить действие закона, который без опыта оставался бы отвлечённым утверждением.

Зимой в аудитории было холодно. Студенты сидели на деревянных скамьях в застёгнутых сюртуках, и порой в воздухе был виден пар от дыхания. На демонстрационном столе стояли батареи, измерительные приборы и электрические машины. Металл тускло блестел при свете ламп; от изоляции и нагретых проводов исходил особый запах, с тех пор навсегда связанный для меня с лабораториями.

Однажды в аудитории показали машину Грамма.

Она была гораздо массивнее электростатических приборов, которые я видел у Секулича. На тяжёлой станине располагались магнитная система, кольцевой якорь и коллектор, составленный из медных пластин. К поверхности коллектора прижимались щётки, образуя скользящий электрический контакт. Машина предназначалась для работы в качестве генератора, но могла продемонстрировать и обратимость электрической машины: при подаче тока её якорь начинал вращаться, и машина действовала как двигатель.

Пешль объяснил устройство машины, проверил соединения и подал знак ассистенту.

После щелчка выключателя якорь пришёл в движение. Сначала он вращался медленно, затем звук машины стал выше. Между щётками и пластинами коллектора появились голубоватые искры: они то ослабевали, то вспыхивали снова. В воздухе почувствовался резкий запах озона, нагретого металла и изоляции.

Я не мог отвести глаз от этого узла.

В опытах Секулича искра служила наглядным свидетельством электрического действия. Здесь её значение было иным. Машина выполняла полезную механическую работу, но ток в обмотке вращающегося якоря переключался с помощью коллектора и щёток. Скользящий контакт нагревался и изнашивался, а коммутация сопровождалась искрением.

Разумеется, искрение не означало, что машина Грамма была непригодна. Его можно было уменьшить правильной установкой щёток, качеством поверхности коллектора и выбором подходящего режима работы. Инженеры совершенствовали такие машины и добивались устойчивой эксплуатации. Но меня занимало не улучшение существующего узла.

Я хотел устранить саму необходимость механической коммутации.

Пока якорь вращался, перед моим внутренним зрением возникла копия машины. Я мысленно убрал щётки, затем коллектор — и движение прекратилось. Я менял расположение обмоток, но не мог получить непрерывного вращающего момента. Стоило отказаться от известного способа переключения тока, как исчезал и механизм, поддерживавший вращение.

И всё же мне казалось, что решение должно существовать.

Когда профессор закончил объяснение и предложил задавать вопросы, я поднялся со своего места и спросил, нельзя ли обойтись без коллектора. Пешль в ответ потребовал объяснить, каким образом в таком случае будет поддерживаться непрерывное вращение. Я предположил, что механическое переключение можно заменить изменением переменного тока.

Я не предлагал готовой конструкции. У меня не было ни схемы обмоток, ни расчёта магнитного поля, ни объяснения того, почему вращающий момент должен сохранять одно направление. Я видел недостаток существующей машины и хотел устранить его, но между отказом от прежнего принципа и созданием нового оставался логический пробел.

Пешль возразил, что простой переменный ток лишь периодически меняет направление. Само по себе это ещё не объясняло, почему ротор должен непрерывно вращаться, а не колебаться или останавливаться.

Я ответил, что изменения тока, вероятно, можно согласовать так, чтобы они поддерживали движение ротора.

Профессор не принял этого ответа. Пока я не мог показать, откуда берётся направленный вращающий момент, у меня не было машины — только предположение о ней.

Его возражение было неприятным, но справедливым.

Позднее я описывал эту сцену как публичное столкновение и, возможно, придавал словам Пешля большую резкость, чем они имели в действительности. В автобиографическом пересказе профессор почти отвергал саму возможность двигателя без коллектора. С течением лет мне стало яснее другое: независимо от тона его ответа он требовал не покорности существующей конструкции, а доказательства нового принципа.

Простое удаление коллектора ничего не решало. Пульсирующее электрическое воздействие, которое лишь усиливается, ослабевает и меняет знак, ещё не создаёт самоочевидного направленного вращения. Требовался иной способ организации магнитного поля, но тогда я ещё не мог его сформулировать.

После лекции я вышел на улицу. Морозный воздух казался особенно резким после запаха нагретого металла и озона. Первой моей реакцией была обида: мне казалось, что профессор слишком быстро отверг возможность, которую я сам ещё не умел выразить.

Но обида скоро уступила место более сильному чувству.

Пешль поставил передо мной вопрос, поиски ответа на который я уже не мог оставить.

Я пошёл к реке Мур. Тёмная вода огибала опоры мостов, у берегов возникали водовороты. Течение сохраняло общее направление, хотя отдельные струи двигались по сложным кривым. Наблюдая за ними, я пытался представить электрическое воздействие, которое не просто меняло бы силу и направление, а перемещалось по окружности.

Перед внутренним взором появилось железное кольцо с ротором внутри. Я мысленно возбуждал разные участки кольца, заставляя магнитное воздействие переходить от одной точки к другой. Ротор начинал двигаться, но при проверке всякий раз обнаруживалось, что я незаметно ввёл в систему тот или иной переключатель. В новой конструкции возвращался тот же принцип коммутации, от которого я хотел избавиться.

Я начинал сначала.

Если магнитное воздействие только меняло направление, устойчивого вращения не возникало. Если же я заставлял его перемещаться по окружности, то не мог объяснить, что создаёт это перемещение без механического переключения. Внутренняя картина, обычно послушная моей воле, теперь обнаруживала логический разрыв.

Это раздражало меня и одновременно притягивало.

С того дня машина Грамма стала для меня не столько образцом техники, сколько воплощением нерешённой задачи. Медный коллектор был её сердцем: он переключал ток в обмотках якоря и тем самым поддерживал направленное вращение. Но это сердце искрило, нагревалось и изнашивалось. Я хотел заменить его не более совершенным контактным механизмом, а иным принципом создания вращающего момента.

В последующие месяцы я возвращался к задаче при каждом удобном случае. Я рисовал схемы обмоток, менял число полюсов, представлял роторы различной формы. Некоторые конструкции в воображении начинали работать, но при более строгой проверке выяснялось, что я незаметно ввёл в них переключатель, постоянный магнит или внешний источник движения.

Воображение могло создать видимость работы; физика требовала объяснить происхождение каждой силы и каждого движения.

Именно тогда мой способ мышления начал меняться. В детстве я научился удерживать внутренний образ, поворачивать его и приводить в движение. В Граце мне пришлось сделать следующий шаг: мысленная машина должна была подчиняться тем же законам, что и машина из металла. Я проверял, откуда поступает энергия, как замыкается электрическая цепь, при каких условиях возникает сила и почему она направлена именно так. Если хотя бы на один вопрос не находилось ответа, красота конструкции ничего не значила.

Однако решение не приходило.

Успех первого года приучил меня думать, что упорный труд почти неизбежно приводит к результату. Задача бесколлекторного двигателя впервые показала предел этого убеждения. Я мог работать дольше, рассматривать больше вариантов и точнее воспроизводить их в уме, но одно лишь количество попыток не рождало нового физического принципа.

Одновременно начал разрушаться порядок моей жизни.

Переутомление не исчезало оттого, что я отказывался его замечать. К нему прибавились денежные затруднения и чрезмерная уверенность в собственной способности управлять собой. Я уже не сохранял дисциплины, которой гордился в первый год. Всё чаще последовательная работа сменялась беспорядочным напряжением: я мог долго заниматься без отдыха, а затем на столь же долгий срок терял способность сосредоточиться.

В это же время я всё глубже втягивался в азартную игру.

Позднее я описывал эту страсть как противника, которого сумел победить одной силой воли. В действительности всё было сложнее. Меня привлекал не только возможный выигрыш: игра казалась системой, которую можно постичь расчётом, наблюдением и самообладанием. Я верил, что способен подчинить случай так же, как прежде подчинял вниманию мысленные образы.

Но случай не подчинялся.

Игра отнимала время и деньги, заставляла скрывать неудачи и разрушала привычку к последовательной работе. Чем больше я проигрывал, тем сильнее мне хотелось верить, что следующая попытка возместит прежние потери. Та же настойчивость, которая помогала в учёбе, здесь оборачивалась неспособностью остановиться.

Мои успехи становились всё менее ровными. Я пропускал занятия, отдалялся от преподавателей и постепенно утрачивал положение, завоёванное в первый год. Признать это было трудно: ещё недавно я считал себя одним из лучших студентов и верил, что могу выдержать любое напряжение. Теперь эта уверенность мешала мне трезво увидеть происходящее.

Я не окончил политехническую школу и не получил диплома.

Для отца это должно было стать тяжёлым ударом. Он отказался от прежнего намерения направить меня к духовному служению и поддержал мой выбор, а я не сумел завершить начатое. Вместо того чтобы сразу признаться в неудаче, я отдалился от семьи и некоторое время почти не давал о себе знать.

В конце 1878 года я оказался в Мариборе, где получил работу чертёжника. Здесь я впервые в полной мере почувствовал разницу между учёбой и практической службой: от меня требовали не смелых предположений, а точных линий, размеров и расчётов, которые можно было проверить. Работа давала средства к существованию, но не возвращала моей жизни утраченного направления.

Задача двигателя без коллектора оставалась со мной. По вечерам я снова строил в воображении кольца, обмотки и роторы, но каждая конструкция работала лишь до тех пор, пока я не начинал проверять происхождение вращающего момента. При строгой проверке она останавливалась.

Весной 1879 года из-за проблем с документами и правом на проживание мне пришлось покинуть Марибор и вернуться в Госпич.

Возвращение оказалось совсем не таким, как после окончания училища. Тогда передо мной лежало обещанное будущее; теперь я приезжал без диплома и без ясного плана. Но для долгих объяснений времени не осталось: вскоре отец умер.

После его смерти обещание, данное у моей постели, приобрело иной смысл. Пока отец был жив, я мог надеяться когда-нибудь доказать ему, что выбранный путь не был ошибкой. Теперь уже невозможно было исправить то, в чём я перед ним не оправдался. Оставалось продолжать путь, ради которого он однажды изменил своё решение.

При поддержке родственников в 1880 году я отправился в Прагу, надеясь возобновить образование. Однако для обычного зачисления я прибыл слишком поздно и к тому же не соответствовал некоторым формальным требованиям. Я посещал отдельные лекции в Пражском университете и продолжал заниматься самостоятельно, но полноправным студентом не стал.

Прага дала мне новые знания, но не приблизила к решению главной задачи и не обеспечила устойчивого положения. Средства подходили к концу. После Граца, Марибора и неудачной попытки возобновить образование я уже не мог рассчитывать, что одна учёба приведёт меня к цели. Требовалась работа, которая давала бы заработок и одновременно возвращала меня к электротехнике.

В начале 1881 года появилась возможность отправиться в Будапешт, где создавалась новая телефонная сеть и расширялась система электрической связи. Я принял предложение не потому, что отказался от мысли о двигателе. Мне были нужны заработок, практический опыт и доступ к действующему электрическому оборудованию.

Ни Грац, ни последующие годы не дали мне ни диплома, ни готового изобретения. Но со мной оставался вопрос, впервые возникший перед искрящей машиной Грамма: как получить непрерывное вращение без коллектора и механической коммутации?

Ответа я ещё не знал.

Но уже не сомневался, что природа допускает такой ответ.

Глава 4. Чертёж на песке

В начале 1881 года я приехал в Будапешт.

Средства, на которые я жил в Праге, почти иссякли, поэтому теперь мне была необходима постоянная служба. Создававшаяся в Будапеште телефонная сеть обещала не только заработок, но и возвращение к практической электротехнике.

Однако к моему приезду телефонное предприятие ещё не начало полноценной работы. Поэтому первое время я служил в Центральном телеграфном управлении венгерского правительства. Когда телефонную станцию ввели в действие, я перешёл туда и занялся наладкой её электрического оборудования.

После университетских аудиторий и самостоятельных занятий практическая служба потребовала от меня иного рода точности. Здесь недостаточно было понять общий принцип или предложить убедительную схему. Линия должна была передавать сигнал, контакты — замыкаться в нужный момент, батареи — обеспечивать необходимое напряжение, а неисправность следовало найти и устранить. Ошибка обнаруживалась не в замечании преподавателя и не в неверном результате вычисления, а в молчащем аппарате.

Работа захватила меня. Я проверял соединения, налаживал приборы, искал причины помех и предлагал изменения в отдельных узлах. В поздней автобиографии я утверждал, что разработал в Будапеште телефонный повторитель или усилитель, однако устройство не было запатентовано, а описания, позволяющего надёжно восстановить его конструкцию, не сохранилось. Несомненно одно: работа на станции дала мне опыт, которого не могли дать книги.

Залы телеграфа и телефонной станции жили собственным ритмом. Щёлкали ключи, звонили сигнальные устройства, операторы принимали и передавали сообщения. В воздухе смешивались запахи металла, изоляции, сургуча и электролита гальванических элементов. За каждым коротким сигналом стояла протяжённая электрическая цепь, и нарушение в одном её участке могло отозваться неисправностью на другом конце линии.

Вопрос, возникший перед машиной Грамма в Граце, не исчез. Напротив, ежедневная работа с действующими электрическими цепями заставляла меня возвращаться к нему всё чаще. Я по-прежнему хотел понять, как получить непрерывное вращение без коллектора и щёток в самом двигателе, не переключая ток механическими контактами.

К тому времени я уже яснее понимал, почему мои прежние попытки не приводили к решению.

Одна симметричная обмотка, питаемая переменным током, создавала пульсирующее магнитное поле: оно усиливалось, ослабевало и меняло направление вдоль неподвижной оси. В симметричном двигателе такое поле само по себе не создавало однозначного пускового момента. Оно могло вызвать колебательное воздействие, но не объясняло, почему ротор из состояния покоя должен начать устойчиво вращаться в определённую сторону.

По вечерам я снова строил мысленные модели. Представлял железное кольцо, размещал на нём катушки, изменял их число и взаимное положение. Внутри помещал ротор — цилиндрический, дисковый или составленный из отдельных проводящих частей. Затем мысленно задавал токи в обмотках и пытался проследить, могут ли возникающие силы последовательно создавать момент одного направления.

Почти всякий раз обнаруживалась одна и та же ошибка. Чтобы переносить магнитное воздействие от одного участка окружности к другому, я незаметно вводил в конструкцию переключатель. Он принимал форму коллектора, системы контактов или внешнего механизма. Детали и их расположение менялись, но отвергнутый принцип механической коммутации возвращался.

Воображение позволяло увидеть ротор вращающимся раньше, чем становилась понятна причина его движения. Физика же требовала объяснить, откуда возникает направленный электромагнитный момент.

Задача не оставляла меня ни на службе, ни после неё. Я снова поддался убеждению, будто разум способен работать непрерывно, если достаточно твёрдо подчинить его воле. Сон казался потерей времени, усталость — помехой, которую следовало игнорировать. Я не хотел признавать, что переутомление накапливается и тогда, когда работа увлекает.

Сначала я, как прежде, легко удерживал внимание на выбранной задаче. Затем внутренние образы стали возникать помимо воли и сохранялись дольше, чем я хотел. После рабочего дня мысленный опыт не прекращался: катушки, полюса и роторы продолжали двигаться перед внутренним взором, хотя новые комбинации уже не приближали меня к решению.

Я спал всё меньше, питался нерегулярно и почти не отдыхал. Постоянный шум станции усиливал утомление. Организм, который я привык считать послушным орудием разума, перестал подчиняться моей воле.

В поздней автобиографии я описывал это состояние как тяжёлое нервное расстройство, сопровождавшееся необычайным обострением чувств. По сохранившемуся рассказу невозможно установить точный диагноз или отделить непосредственное воспоминание от его позднейшей интерпретации. Для меня самого этот период остался одним из самых мучительных испытаний жизни.

По моему позднейшему рассказу, звуки, прежде почти незаметные, стали причинять боль. Я даже утверждал, что различал тиканье часов через несколько комнат. Шаги в коридоре воспринимались как резкие удары, а движение экипажей по мостовой вызывало ощущение дрожи во всём теле. Обычный городской шум, прежде сливавшийся в ровный фон, распадался на множество отдельных звуков, от которых, казалось, невозможно было укрыться.