МАЛЫЕ ШЕДЕВРЫ НАУКИ

George Stephenson. George Stephenson.

Малые шедевры науки

Под редакцией Джорджа Айлса

ИЗОБРЕТЕНИЕ И ОТКРЫТИЕ

Автор:

Benjamin Franklin | Alexander Graham Bell
Michael Faraday | Count Rumford
Joseph Henry | George Stephenson

НЬЮ-ЙОРК

DOUBLEDAY, PAGE & COMPANY

1902

Copyright, 1902, by Doubleday, Page & Co.
Copyright, 1877, by George B. Prescott
Copyright, 1896, by S. S. McClure Co.
Copyright, 1900, by Doubleday, McClure & Co.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для многих из нас изобретатель — истинный герой, ибо он приумножает созидательную ценность жизни. Он выполняет старую задачу с новой экономичностью, как, например, когда он создает косилку, чтобы вытеснить косу; или же он создает совершенно новую услугу, как когда он заставляет пейзаж запечатлеть самого себя на фотопластинке. У него и его брата-близнеца, первооткрывателя, есть глаза, чтобы прочитать урок, который Природа веками хранила под невосприимчивым взором других людей. Там, где обычный наблюдатель видит, или думает, что видит, разнообразие, Франклин обнаруживает тождество, как в знаменитом эксперименте, описанном здесь, который доказывает, что молния — это то же самое, что и заряд Лейденской банки. Позже Франклина, обладая преимуществом новых знаний и лучших возможностей для экспериментов, выступал Фарадей, основатель современного электрического искусства. Его работа подарила миру динамо-машину и двигатель, передачу гигантских мощностей почти без потерь на двести миль за один раз. Однако именно в передаче ничтожных количеств движения, как раз достаточных для сигналов, электричество до сих пор совершило свою самую впечатляющую работу. Среди людей, создавших электрический телеграф, Джозеф Генри занимает главенствующее место. Краткий отчет о том, что он сделал, рассказанный его собственными словами, представлен здесь. Затем следует повествование о трудной задаче прокладки первых трансатлантических кабелей, задаче, которую долгое время считали невозможной: это история, которая доказывает, сколь многим наука может быть обязана непоколебимому мужеству, вере в окончательный триумф.

Дать речи крылья электричества, позволить друзьям в Денвере и Нью-Йорке беседовать друг с другом — это чудо, которое только привычка выводит за рамки сверхъестественного. Вскоре после того, как он усовершенствовал телефон, профессор Белл описал шаги, которые привели к его созданию. Этот рассказ перепечатан здесь.

Недавнее чудо электрического искусства — это проникновение фотографического луча сквозь вещества, до сих пор называвшиеся непрозрачными. Рассказ профессора Рентгена о том, как он совершил этот подвиг, составляет одну из самых захватывающих глав в истории науки. Далее следует рассказ о телеграфе, который обходится вовсе без металлических проводников и доверяет себя тому невесомому эфиру, который доносит до глаза световой луч. За этим следует глава, рассматривающая, что означает электричество как один из высших ресурсов человеческого разума, ресурс, превосходящий даже пламя, выводящий членораздельную речь и письмо на новые уровни легкости и полезности. Показано, что быстрота, с которой в течение одного столетия электричество было покорено для служения человеку, иллюстрирует, что прогресс имеет как скачки, так и размеренные шаги, так что, наконец, пропасть, почти бесконечная, отделяет человека от его ближайших сородичей.

На этом этапе мы делаем паузу, чтобы вспомнить наш долг перед физической философией, которая лежит в основе расчетов современного инженера. В таком эксперименте, как эксперимент графа Румфорда, мы наблюдаем, как был заложен краеугольный камень знания о том, что тепло — это движение, и что движение в любом обличье, будь то свет, электричество или что-то еще, одинаково не поддается ни созданию, ни уничтожению, как бы неуловимо оно ни переходило из фазы в фазу и ни исчезало из виду. В овладении пламенем для замены мускульной силы, силы ветра и водопада главная заслуга принадлежит Джеймсу Уатту, изобретателю паровой машины. Рядом с ним стоит Джордж Стефенсон, который сконструировал локомотив, сокративший пространство, продливший жизнь и добавивший к ней высшие удовольствия. Наш том завершается рассказом о соревновании, которое решило, что «Ракета» Стефенсона намного превосходит своих соперников, и тем самым открыло новую главу в истории человечества.

Джордж Айлс.

CONTENTS

FRANKLIN, BENJAMIN

Lightning Identified with Electricity

Франклин объясняет действие Лейденской банки. Предлагает громоотводы. Запускает воздушного змея в облака во время грозы; через бечевку змея получает искру молнии, которая заставляет расходиться свободные волокна бечевки, точно так же, как это сделал бы обычный электрический разряд. | 3

FARADAY, MICHAEL

Preparing the Way for the Electric Dynamo and Motor

Замечает индуктивный эффект в одной катушке при замыкании или размыкании цепи в концентрической катушке. Замечает подобные эффекты, когда провод с током приближается к другому проводу или удаляется от него. Вращает стрелку гальванометра электрическим импульсом. Индуцирует токи в катушках при изменении магнетизма в их железных или стальных сердечниках. Наблюдает линии магнитной силы при намагничивании железных опилок. Магнитный стержень, перемещаемый в катушку провода и обратно, возбуждает в ней электричество — механическое движение преобразуется в электричество. Генерирует ток путем вращения медной пластины в горизонтальной плоскости.

7

HENRY, JOSEPH

Invention of the Electric Telegraph

Улучшает электромагнит Стерджена, изолируя его провод шелковой нитью и располагая провод в нескольких катушках вместо одной. Экспериментирует с большим электромагнитом, возбуждаемым девятью отдельными катушками. Использует батарею настолько мощную, что получаются электромагниты в сто раз энергичнее, чем у Стерджена. Устраивает телеграфную цепь длиной более мили и на этом расстоянии звонит в колокольчик с помощью электромагнита.

23

ILES, GEORGE

The First Atlantic Cables

Предшественники в Нью-Йорке и Дувре. Гуттаперча — незаменимый изолятор. Проволока используется для обшивки кабелей. Проект Сайруса Уэста Филда по прокладке атлантического кабеля. Первый кабель выходит из строя. 1858 год — то же самое происходит со вторым кабелем в 1865 году. Триумф мужества, 1866 год. Путь для преемников расчищен. Уроки кабеля.

37

BELL, ALEXANDER GRAHAM

The Invention of the Telephone

Обязан изучением отцом голосовых органов, формирующих звуки. Исследует метод Гельмгольца для анализа и синтеза вокальных звуков. Предлагает электрическое приведение в действие камертонов и электрическую передачу их тонов. Различает прерывистые, пульсирующие и волнообразные токи. Разрабатывает в качестве своего первого артикулирующего телефона арфу из стальных стержней, приводимых в вибрацию электромагнетизмом. Оптически демонстрирует вибрации звука, используя препарат человеческого уха: поражен эффективностью тонкой слуховой мембраны. Прикрепляет кусочек пружины от часов к куску золотой кожи, говорит в него, слышимое сообщение принимается на отдаленном и аналогичном устройстве. Это усовершенствованное приспособление демонстрируется на Столетней выставке в Филадельфии в 1876 году. Сначала один и тот же тип инструмента передавал и доставлял сообщение; вскоре были изобретены два отдельных инструмента для передачи и для приема. Достаточно чрезвычайно маленьких магнитов. Одиночная травинка образует телефонную цепь.

57

DAM, H. J. W.

Photographing the Unseen

Рентген обязан исследованиям Фарадея, Клерка Максвелла, Герца, Лоджа и Ленарда. Человеческий зрительный нерв реагирует на очень узкий диапазон волн, существующих в эфире. За пределами видимого спектра обычного света находятся вибрации, которые давно известны как тепловые или как фотографически активные. Крукс в вакуумной трубке получил мягкий свет от электричества высокого напряжения. Ленард обнаружил, что лучи из трубки Крукса проходят сквозь вещества, непрозрачные для обычного света. Рентген расширил эти эксперименты и использовал лучи в фотографии, делая снимки костей руки сквозь живую плоть и так далее.

87

ILES, GEORGE

The Wireless Telegraph

Что может последовать за электрической индукцией. Телеграфия на движущийся поезд. Индукционный метод Приса; его пределы. Система Маркони. Его предшественники: Герц, Онести, Бранли и Лодж. Когерер и вертикальный провод составляют сущность аппарата. Беспроводная телеграфия на море. | 109

ILES, GEORGE

Electricity, What Its Mastery Means: With a Review and a Prospect

Электричество делает все, что когда-либо делал огонь, делает это лучше и выполняет бесчисленные услуги, невозможные для пламени. Его освоение означает такой же большой шаг вперед, как и покорение огня. Незначительное изобретение или открытие просто добавляет к человеческим ресурсам: великое завоевание, подобное пламени или электричеству, является множителем и поднимает искусство и науку на новый уровень. Рост медленен, цветение быстро: прогресс порой настолько быстр, что фактически становится скачком. Освоение электричества основано на освоении огня. Электричество значительно шире по диапазону, чем тепло: это энергия в ее наиболее доступной и желаемой фазе. Телеграф и телефон в сравнении с сигнальным огнем. Электричество как слуга механика и инженера. Бытовое использование тока. Электричество как агент исследования теперь изучает Природу в новых аспектах. Исследователь и коммерческий эксплуататор оказывают помощь друг другу. Социальные выгоды электричества в телеграфии, в быстром передвижении. Ток должен обслуживать каждый городской дом.

125

RUMFORD, COUNT (BENJAMIN THOMPSON)

Heat and Motion Identified

Наблюдает, что при сверлении пушки выделяется много тепла: чем дольше длится сверление, тем больше тепла производится. Он утверждает, что, поскольку тепло без предела может быть таким образом произведено движением, тепло должно быть движением. | 155

STEPHENSON, GEORGE

The “Rocket” Locomotive and Its Victory

Что это будет: система стационарных двигателей или локомотивов? Два лучших практических инженера того времени выступают за стационарные двигатели. Однако предлагается испытание локомотивов, и Джордж Стефенсон и его сын Роберт обсуждают, как им лучше построить двигатель, чтобы выиграть первый приз. Они применяют паровой дутьевой аппарат для усиления тяги в топке и быстро поднимают пар в котле, имеющем двадцать пять небольших жаровых трубок из меди. «Ракета» с максимальной скоростью двадцать девять миль в час обгоняет своих соперников. С грузом воды ее вес составлял всего четыре с четвертью тонны.

163

ИЗОБРЕТЕНИЕ И ОТКРЫТИЕ

Top

ФРАНКЛИН ОТОЖДЕСТВЛЯЕТ МОЛНИЮ С ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ

[Из сочинений Франклина, отредактированных в десяти томах Джоном Бигелоу, том I, страницы 276-281, авторское право G. P. Putnam's Sons, Нью-Йорк.]

Доктор Стубер, автор первого продолжения биографии Франклина, дает такой отчет об электрических экспериментах Франклина:—

«Свои наблюдения он сообщал в серии писем своему другу Коллинсону, первое из которых датировано 28 марта 1747 года. В них он показывает силу острий в притягивании и отбрасывании электрической материи, что до сих пор ускользало от внимания электриков. Он также совершил великое открытие «плюса» и «минуса», или положительного и отрицательного состояния электричества. Мы отдаем ему честь за это без колебаний; хотя англичане приписали это своему соотечественнику, доктору Уотсону. Статья Уотсона датирована 21 января 1748 года; Франклина — 11 июля 1747 года, на несколько месяцев раньше. Вскоре после этого Франклин, исходя из своих принципов «плюсового» и «минусового» состояния, удовлетворительно объяснил явления Лейденской банки, впервые наблюдавшиеся г-ном Кунеусом или профессором Мушенбруком из Лейдена, которые сильно озадачивали философов. Он ясно показал, что в заряженном состоянии бутылка содержит не больше электричества, чем прежде, но что столько же было взято с одной стороны, сколько добавлено на другую; и что для ее разрядки не требовалось ничего, кроме создания сообщения между двумя сторонами, посредством которого могло быть восстановлено равновесие, и что тогда никаких признаков электричества не останется. Впоследствии он экспериментально доказал, что электричество не находится в покрытии, как предполагалось, а в порах самого стекла. После того как банка была заряжена, он удалил покрытие и обнаружил, что при наложении нового покрытия удар все еще может быть получен. В 1749 году он впервые предложил свою идею объяснения явлений грозовых порывов и северного сияния на электрических принципах. Он указывает на многие детали, в которых молния и электричество согласуются; и он приводит много фактов и рассуждений, основанных на фактах, в поддержку своих положений.

«В том же году он задумал удивительно смелую и грандиозную идею проверки истинности своей доктрины путем фактического притягивания молнии с помощью остроконечных железных стержней, поднятых в области облаков. Даже в этом неопределенном состоянии его страсть быть полезным человечеству проявлялась мощным образом. Допуская тождество электричества и молнии и зная силу острий в отталкивании тел, заряженных электричеством, и в проведении огня бесшумно и незаметно, он предложил идею защиты домов, кораблей и тому подобного от повреждения молнией путем установки остроконечных стержней, которые должны возвышаться на несколько футов над самой высокой частью и опускаться на несколько футов в землю или воду. Эффект от них, как он заключил, будет заключаться либо в предотвращении удара путем отталкивания облака за пределы дистанции удара, либо путем отвода электрического огня, который оно содержало; или, если они не смогут этого сделать, они, по крайней мере, проведут электрическую материю в землю без какого-либо вреда для здания.

«Только летом 1752 года он смог завершить свое великое и несравненное открытие экспериментально. План, который он первоначально предложил, состоял в том, чтобы воздвигнуть на какой-нибудь высокой башне или возвышенном месте сторожевую будку, из которой должен подниматься остроконечный железный стержень, изолированный путем закрепления в куске смолы. Электризованные облака, проходящие над ним, будут, как он полагал, передавать ему часть своего электричества, что станет очевидным для чувств благодаря искрам, испускаемым, когда к нему подносили ключ, костяшку пальца или другой проводник. Филадельфия в то время не давала возможности провести эксперимент такого рода. Пока Франклин ждал возведения шпиля, ему пришло в голову, что он может иметь более легкий доступ к области облаков с помощью обычного воздушного змея. Он подготовил его, прикрепив две перекрестные палки к шелковому платку, который не так сильно страдал от дождя, как бумага. К вертикальной палке был прикреплен железный наконечник. Бечевка была, как обычно, из пеньки, за исключением нижнего конца, который был шелковым. Там, где заканчивалась пеньковая бечевка, был прикреплен ключ. С этим аппаратом, при появлении приближающегося грозового порыва, он вышел на пустырь в сопровождении своего сына, которому единственному сообщил о своих намерениях, хорошо зная насмешки, которые, слишком часто для интересов науки, ожидают неудачные эксперименты в философии. Он поместил себя под навес, чтобы избежать дождя; его змей был поднят, грозовое облако прошло над ним, никаких признаков электричества не появилось. Он почти отчаялся в успехе, когда внезапно заметил, что свободные волокна его бечевки движутся к вертикальному положению. Теперь он поднес костяшку пальца к ключу и получил сильную искру. Какими изысканными должны были быть его ощущения в этот момент! От его эксперимента зависела судьба его теории. Если бы он преуспел, его имя заняло бы высокое место среди тех, кто улучшил науку; если бы он потерпел неудачу, он неизбежно подвергся бы насмешкам человечества или, что еще хуже, их жалости как благонамеренный человек, но слабый, глупый прожектёр. Тревогу, с которой он ожидал результата своего эксперимента, легко представить. Сомнения и отчаяние начали преобладать, когда факт был установлен настолько ясно, что даже самые недоверчивые уже не могли отказать в своем согласии. Повторные искры были извлечены из ключа, банка была заряжена, дан удар, и были проделаны все эксперименты, которые обычно выполняются с электричеством».

ОТКРЫТИЯ ФАРАДЕЯ, ПРИВЕДШИЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДИНАМО-МАШИНЕ И ДВИГАТЕЛЮ

Top

[Майкл Фарадей в течение многих лет был профессором натуральной философии в Королевском институте в Лондоне, где его исследования сделали для покорения электричества на службу человеку больше, чем исследования любого другого физика, когда-либо жившего. «Фарадей как первооткрыватель», написанная профессором Джоном Тиндалем (его преемником), описывает ум редчайших способностей и характер величайшего обаяния. Эта биография опубликована издательством D. Appleton & Co., Нью-Йорк: приводимые ниже отрывки взяты из третьей главы.]

В 1831 году мы видим Фарадея на пике его интеллектуальной силы, сорока лет от роду, наполненного знаниями и полного оригинальной мощи. Благодаря чтению, лекциям и экспериментам он стал досконально знаком с электрической наукой: он видел, где нужен свет и где возможно расширение. Явления обычной электрической индукции принадлежали, так сказать, к алфавиту его знаний: он знал, что при обычных обстоятельствах присутствие наэлектризованного тела было достаточным, чтобы возбудить путем индукции ненаэлектризованное тело. Он знал, что провод, по которому течет электрический ток, является наэлектризованным телом, и все же все попытки заставить его возбудить в других проводах состояние, подобное его собственному, терпели неудачу.

В чем была причина этой неудачи? Фарадей никогда не мог работать на основе экспериментов других, как бы ясно они ни были описаны. Он хорошо знал, что из каждого эксперимента исходит своего рода излучение, светящееся в разной степени для разных умов, и он едва ли доверял себе рассуждать об эксперименте, который он не видел. Осенью 1831 года он начал повторять эксперименты с электрическими токами, которые до того времени не давали положительного результата. И здесь, ради молодых исследователей, если не ради всех нас, стоит на мгновение остановиться на силе, которой Фарадей обладал в необычайной степени. Он сочетал огромную силу с совершенной гибкостью. Его импульс был импульсом реки, которая сочетает вес и прямолинейность со способностью уступать изгибам своего русла. Направленность его зрения в любом направлении, по-видимому, не уменьшала его способности восприятия в других направлениях; и когда он брался за предмет, ожидая результатов, он обладал способностью сохранять свой ум бдительным, чтобы результаты, отличные от тех, которые он ожидал, не ускользнули от него из-за предвзятости.

Он начал свои эксперименты «по индукции электрических токов», составив спираль из двух изолированных проводов, которые были намотаны бок о бок вокруг одного и того же деревянного цилиндра. Один из этих проводов он соединил с вольтовой батареей из десяти элементов, а другой — с чувствительным гальванометром. Когда соединение с батареей было установлено и пока ток протекал, никакого эффекта в гальванометре не наблюдалось. Но он никогда не принимал экспериментальный результат, пока не применил к нему всю мощь, находившуюся в его распоряжении. Он увеличил свою батарею с десяти элементов до ста двадцати, но безрезультатно. Ток спокойно протекал через провод батареи, не производя во время своего протекания никакого заметного результата на гальванометре.

«Во время его протекания», и это было время, когда ожидался эффект — но здесь в игру вступила способность Фарадея к боковому зрению, отделяющаяся, так сказать, от линии ожидания — он заметил, что слабое движение стрелки всегда происходило в момент, когда он устанавливал контакт с батареей; что стрелка впоследствии возвращалась в свое прежнее положение и оставалась там спокойно, не затронутая протекающим током. Однако в момент, когда цепь прерывалась, стрелка снова двигалась, и в направлении, противоположном тому, которое наблюдалось при замыкании цепи.

Этот результат и другие подобные ему привели его к заключению, «что ток батареи через один провод в действительности индуцировал подобный ток через другой; но что он продолжался лишь мгновение и по своей природе был ближе к электрической волне от обычной Лейденской банки, чем к току от вольтовой батареи». Мгновенные токи, генерируемые таким образом, были названы индуцированными токами, в то время как ток, который их генерировал, был назван индуцирующим током. Было немедленно доказано, что ток, генерируемый при замыкании цепи, всегда был противоположен по направлению своему генератору, в то время как ток, развивающийся при разрыве цепи, совпадал по направлению с индуцирующим током. Казалось, как будто ток при своем первом броске через первичный провод искал опору во вторичном и, своего рода толчком, направлял назад через последний электрическую волну, которая затихала, как только первичный ток полностью устанавливался.

Фарадей одно время полагал, что вторичный провод, хотя и находился в покое, когда первичный ток был уже установлен, не был в своем естественном состоянии, возвращение к которому объявлялось током, наблюдаемым при размыкании цепи. Он назвал это гипотетическое состояние провода электротоническим состоянием: впоследствии он отказался от этой гипотезы, но, казалось, вернулся к ней в поздние годы жизни. Термин «электротонический» также сохраняется профессором Дюбуа-Реймоном для выражения определенного электрического состояния нервов, и профессор Клерк Максвелл умело определил и проиллюстрировал эту гипотезу в десятом томе «Трудов Кембриджского философского общества».

Простое приближение провода, образующего замкнутую кривую, ко второму проводу, через который протекал вольтов ток, было затем показано Фарадеем как достаточное для возбуждения в нейтральном проводе индуцированного тока, противоположного по направлению индуцирующему току; удаление провода также генерировало ток, имеющий то же направление, что и индуцирующий ток; эти токи существовали только во время приближения или удаления, и когда ни первичный, ни вторичный провод не находились в движении, как бы близко ни было их соседство, никакой индуцированный ток не генерировался.

Фарадея называли чисто индуктивным философом. Я боюсь, что в этой стране, Англии, произносится много чепухи об индукции и дедукции. Некоторые претендуют на то, чтобы поддерживать одно, другие — другое, в то время как реальное призвание исследователя, такого как Фарадей, состоит в непрерывном браке обоих. Он был в это время полон теории Ампера, и нельзя сомневаться, что множество его экспериментов было выполнено просто для проверки его дедукций из этой теории. Начиная с открытия Эрстеда, знаменитый французский философ показал, что все явления магнетизма, известные тогда, могут быть сведены к взаимным притяжениям и отталкиваниям электрических токов. Магнетизм был получен из электричества, и Фарадей, который всю свою жизнь питал сильную веру в такие взаимные действия, теперь попытался осуществить эволюцию электричества из магнетизма. Вокруг сваренного железного кольца он поместил две отдельные катушки из изолированного провода, заставив катушки занимать противоположные половины кольца. Соединив концы одной из катушек с гальванометром, он обнаружил, что в момент, когда кольцо намагничивалось путем посылки тока через другую катушку, стрелка гальванометра вращалась вокруг своей оси четыре или пять раз подряд. Действие, как и прежде, было действием импульса, который немедленно исчезал. При прерывании тока происходило вращение стрелки в противоположном направлении. Только во время намагничивания или размагничивания эти эффекты производились. Индуцированные токи объявляли только изменение состояния, и они исчезали в момент, когда акт намагничивания или размагничивания был завершен.

Эффекты, полученные со сваренным кольцом, были также получены с прямыми железными стержнями. Намагничивались ли стержни электрическим током или возбуждались контактом постоянных стальных магнитов, индуцированные токи всегда генерировались во время нарастания и во время спада магнетизма. От использования железа затем отказались, и те же эффекты были получены простым вдвиганием постоянного стального магнита в катушку провода. Бросок электричества через катушку сопровождал вставку магнита; равный бросок в противоположном направлении сопровождал его извлечение. Точность, с которой Фарадей описывает эти результаты, и полнота, с которой он определил границы своих фактов, удивительны. Магнит, например, не должен быть пропущен совсем через катушку, а только наполовину, ибо если пропущен полностью, стрелка останавливается как от удара, и затем он показывает, как этот удар является результатом обращения электрической волны в спирали. Затем он работал с мощным постоянным магнитом Королевского общества и получил с ним в повышенной степени все вышеперечисленные явления.

И теперь он направил свет этих открытий на самое темное физическое явление того дня. Араго обнаружил в 1824 году, что диск из немагнитного металла обладает способностью быстро приводить в покой вибрирующую магнитную стрелку, подвешенную над ним; и что при вращении диска магнитная стрелка вращалась вместе с ним. Когда оба были в покое, между стрелкой и диском не было ни малейшего измеримого притяжения или отталкивания; все же при движении диск был способен увлечь за собой не только легкую стрелку, но и тяжелый магнит. Вопрос был исследован с восхитительным мастерством как Араго, так и Ампером, и Пуассон опубликовал теоретический мемуар по этому предмету; но никакой причины нельзя было приписать столь необычайному действию. Он также был исследован в этой стране двумя знаменитыми людьми, г-ном Бэббиджем и сэром Джоном Гершелем; но он все еще оставался загадкой. Фарадей всегда рекомендовал воздерживаться от суждений в случаях сомнения. «Я всегда восхищался, — говорит он, — благоразумием и философской сдержанностью, проявленными г-ном Араго в сопротивлении искушениям дать теорию эффекта, который он открыл, до тех пор, пока он не смог придумать ту, которая была бы совершенна в своем применении, и в отказе согласиться с несовершенными теориями других». Теперь, однако, пришло время для теории. Фарадей мысленно видел вращающийся диск под действием магнита, залитый его индуцированными токами, и из известных законов взаимодействия между токами и магнитами он надеялся вывести движение, наблюдаемое Араго. Эту надежду он реализовал, показав фактическим экспериментом, что когда его диск вращался, токи проходили через него, их положение и направление были такими, которые должны, в соответствии с установленными законами электромагнитного действия, производить наблюдаемое вращение.

Вводя край своего диска между полюсами большого подковообразного магнита Королевского общества и соединяя ось и край диска, каждый проводом с гальванометром, он получил при вращении диска постоянный поток электричества. Направление тока определялось направлением движения, причем ток менялся на обратный при изменении направления вращения. Теперь он формулирует закон, который управляет производством токов как в дисках, так и в проводах, и при этом впервые использует фразу, которая с тех пор стала знаменитой. Когда железные опилки рассыпаются по магниту, частицы железа располагаются в определенных определенных линиях, называемых магнитными кривыми. В 1831 году Фарадей впервые назвал эти кривые «линиями магнитной силы»; и он показал, что для производства индуцированных токов ни приближение к магнитному источнику, или центру, или полюсу, ни удаление от них не было существенным, но что было необходимо только надлежащим образом пересекать линии магнитной силы. Первая статья Фарадея по магнитоэлектрической индукции, которую я здесь попытался сократить, была прочитана перед Королевским обществом 24 ноября 1831 года.

12 января 1832 года он представил Королевскому обществу вторую статью о «Земной магнитоэлектрической индукции», которая была выбрана в качестве Бейкеровской лекции на этот год. Он поместил железный стержень в катушку провода и, поднимая стержень в направлении наклонения стрелки, возбудил этим действием ток в катушке. При переворачивании стержня ток в противоположном направлении устремился через провод. Тот же эффект был произведен, когда при удержании спирали на линии наклонения в нее вдвигался железный стержень. Здесь, однако, Земля действовала на катушку через посредство железного стержня. Он отказался от стержня и просто заставил медную пластину вращаться в горизонтальной плоскости; он знал, что линии магнитной силы Земли тогда пересекали пластину под углом около 70°. Когда пластина вращалась, линии силы пересекались и генерировались индуцированные токи, которые производили свой надлежащий эффект при передаче от пластины к гальванометру. «Когда пластина находилась в магнитном меридиане или в любой другой плоскости, совпадающей с магнитным наклонением, тогда ее вращение не производило никакого эффекта на гальванометр».

По предложению ума, плодотворного на предложения глубокого и философского характера — я имею в виду сэра Джона Гершеля — г-н Барлоу из Вулиджа экспериментировал с вращающейся железной оболочкой. Г-н Кристи также выполнил сложную серию экспериментов на вращающемся железном диске. Оба они обнаружили, что при вращении тело оказывало особое действие на магнитную стрелку, отклоняя ее таким образом, который не наблюдался во время покоя; но ни один из них в то время не знал об агенте, который производил это необычайное отклонение. Они приписывали это некоторому изменению в магнетизме железной оболочки и диска.

Но Фарадей сразу увидел, что здесь должны вступить в игру его индуцированные токи, и он немедленно получил их от железного диска. С полым латунным шаром, более того, он произвел эффекты, полученные г-ном Барлоу. Железо ни в коем случае не было необходимо: единственным условием успеха было то, чтобы вращающееся тело было такого характера, чтобы допускать формирование токов в своем веществе: оно должно, другими словами, быть проводником электричества. Чем выше проводящая способность, тем обильнее были токи. Теперь он переходит от своего маленького латунного шара к шару Земли. Он играет, как фокусник, с магнетизмом Земли. Он видит невидимые линии, вдоль которых осуществляется ее магнитное действие, и, проводя своей палочкой поперек этих линий, вызывает эту новую силу. Помещая простую петлю провода вокруг магнитной стрелки, он сгибает ее верхнюю часть к западу: северный полюс стрелки немедленно отклоняется к востоку: он сгибает свою петлю к востоку, и северный полюс движется к западу. Подвешивая обычный стержневой магнит в вертикальном положении, он заставляет его вращаться вокруг своей собственной оси. Его полюс соединен с одним концом провода гальванометра, а его экватор — с другим концом, электричество устремляется вокруг гальванометра от вращающегося магнита. Он отмечает «сингулярную независимость» магнетизма и тела магнита, который его несет. Сталь ведет себя так, как будто она изолирована от своего собственного магнетизма.

И затем его мысли внезапно расширяются, и он спрашивает себя, не генерирует ли вращающаяся Земля индуцированные токи, когда она вращается вокруг своей оси с запада на восток. В его эксперименте с вращающимся магнитом провод гальванометра оставался в покое; одна часть цепи находилась в движении относительно другой части. Но в случае с вращающейся планетой провод гальванометра неизбежно переносился бы вместе с Землей; относительного движения не было бы. Каким должно быть следствие? Возьмем случай телеграфного провода с двумя его концевыми пластинами, погруженными в землю, и предположим, что провод лежит в магнитном меридиане. Земля под проводом находится под влиянием, как и сам провод, вращения Земли; если в проводе генерируется ток с юга на север, подобный ток с юга на север генерировался бы в земле под проводом; эти токи бежали бы против одних и тех же концевых пластин и, таким образом, нейтрализовали бы друг друга.

Этот вывод кажется неизбежным, но его глубокое видение осознало его возможную недействительность. Он увидел, что по крайней мере возможно, что разница в проводящей способности между землей и проводом может дать одному преимущество перед другим, и что, таким образом, может быть получен остаточный или дифференциальный ток. Он комбинировал провода из разных материалов и заставлял их действовать в противовес друг другу, но нашел комбинацию неэффективной. Более обильный поток в лучшем проводнике точно уравновешивался сопротивлением худшего. Все же, хотя эксперимент был таким образом категоричен, он хотел очистить свой ум от всякого дискомфорта, воздействуя на саму Землю. Он отправился к круглому озеру возле Кенсингтонского дворца и натянул четыреста восемьдесят футов медного провода, с севера на юг, над озером, заставив пластины, припаянные к проводу на его концах, погрузиться в воду. Медный провод был перерезан посередине, а перерезанные концы соединены с гальванометром. Никакого эффекта вообще не наблюдалось. Но хотя спокойная вода не давала эффекта, движущаяся вода могла. Поэтому он работал на Лондонском мосту в течение трех дней во время прилива и отлива, но без какого-либо удовлетворительного результата. Все же он настаивает: «Теоретически кажется необходимым следствием, что там, где течет вода, должны формироваться электрические токи. Если представить линию, проходящую от Дувра до Кале через море и возвращающуюся через землю, под водой, к Дувру, она прочерчивает цепь проводящей материи, одна часть которой, когда вода движется вверх или вниз по каналу, пересекает магнитные кривые Земли, в то время как другая находится относительно в покое... Есть все основания полагать, что токи действительно бегут в общем направлении описанной цепи, либо в одну сторону, либо в другую, в зависимости от того, идет ли проход вод вверх или вниз по каналу». Это было написано до того, как подумали о подводном кабеле, и он однажды сообщил мне, что фактическое наблюдение на этом кабеле было найдено в соответствии с его теоретической дедукцией.

Через три года после публикации этих исследований, то есть 29 января 1835 года, Фарадей прочитал перед Королевским обществом статью «О влиянии путем индукции электрического тока на самого себя». Удар и искра особого характера были замечены молодым человеком по имени Уильям Дженкин, который, должно быть, был юношей с некоторыми научными перспективами, но который, как однажды сообщил мне Фарадей, был отговорен своим собственным отцом от того, чтобы иметь что-либо общее с наукой. Исследование факта, замеченного г-ном Дженкином, привело Фарадея к открытию экстратока, или тока, индуцированного в самом первичном проводе в моменты замыкания и размыкания контакта, явления которого он описал и проиллюстрировал в прекрасной и исчерпывающей статье, о которой идет речь.

Семь и тридцать лет прошло со времени открытия магнитоэлектричества; но, если мы исключим экстраток, до самого недавнего времени ничего существенного не было добавлено к предмету. Фарадей придерживался мнения, что первооткрыватель великого закона или принципа имеет право на «добычу» — это был его термин — возникающую из его иллюстрации; и, руководствуясь принципом, который он открыл, его удивительный ум, поддерживаемый его удивительными десятью пальцами, перекрыл за одну осень эту обширную область и едва ли оставил позади себя клочок факта, который мог бы быть собран его преемниками.

И здесь в некоторых умах может возникнуть вопрос: в чем польза всего этого? Ответ заключается в том, что если интеллектуальная природа человека жаждет знаний, то знания полезны, потому что они удовлетворяют эту жажду. Если вы требуете практических целей, вы должны, я думаю, расширить свое определение термина «практический» и включить в него все, что возвышает и просвещает интеллект, а также все, что служит телесному здоровью и комфорту людей. Все же, если потребуется, ответ другого рода мог бы быть дан на вопрос «в чем его польза?». Насколько электричество применялось в медицинских целях, это было почти исключительно электричество Фарадея. Вы замечали те линии проводов, которые пересекают улицы Лондона. Это токи Фарадея, которые мчатся с места на место через эти провода. Приближаясь к мысу Дандженесс, моряк видит необычайно яркий свет, и от благородного маяка Ла-Эв тот же свет вспыхивает через море. Это искры Фарадея, возвеличенные подходящей техникой до солнцеподобного великолепия. В настоящий момент Совет по торговле и Братья Дома Троицы, а также Комиссары Северных огней рассматривают введение магнитоэлектрического света в многочисленных точках на наших побережьях; и будущие поколения смогут ссылаться на эти путеводные звезды в ответ на вопрос, какова была практическая польза трудов Фарадея? Но я бы снова решительно сказал, что его работа не нуждается в оправдании, и что если бы он позволил своему видению быть потревоженным соображениями относительно практического использования своих открытий, эти открытия никогда не были бы сделаны им. «Я скорее, — пишет он в 1831 году, — стремился к открытию новых фактов и новых отношений, зависящих от магнитоэлектрической индукции, чем к возвеличению силы тех, что уже получены; будучи уверенным, что последние найдут свое полное развитие в будущем».

В 1817 году, читая лекцию перед частным обществом в Лондоне об элементе хлоре, Фарадей так выражается относительно этого вопроса полезности. «Прежде чем оставить этот предмет, я укажу на историю этого вещества как ответ тем, кто имеет привычку говорить на каждый новый факт: «В чем его польза?». Доктор Франклин говорит таким: «В чем польза младенца?». Ответ экспериментатора: «Постарайся сделать его полезным». Когда Шееле открыл это вещество, оно, казалось, не имело никакого применения; оно было в своем младенческом и бесполезном состоянии, но, достигнув зрелости, станьте свидетелями его сил и увидите, что сделали попытки сделать его полезным».

ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕЛЕГРАФА ПРОФЕССОРОМ ДЖОЗЕФОМ ГЕНРИ

Top

[В 1855 году Регенты Смитсоновского института, Вашингтон, округ Колумбия, по настоянию своего секретаря, профессора Джозефа Генри, приняли свидетельства относительно его претензий как изобретателя электрического телеграфа. Существенные параграфы заявления профессора Генри взяты из Протоколов Совета регентов Смитсоновского института, Вашингтон, 1857 год.]

Существует несколько форм электрического телеграфа; во-первых, та, в которой предлагалось использовать фрикционное электричество для производства искр и движения бузиновых шариков на расстоянии.

Во-вторых, та, в которой гальванизм использовался для производства сигналов с помощью пузырьков газа от разложения воды.

В-третьих, та, в которой электромагнетизм является движущей силой для производства движения на расстоянии; и опять же, из последних есть два вида телеграфов: те, в которых информация указывается движением магнитной стрелки, и те, в которых звуки и постоянные знаки делаются притяжением электромагнита. Последний — это класс, к которому принадлежит изобретение г-на Морзе. Ниже приводится краткое изложение нескольких шагов, которые привели к этой форме телеграфа.

Первый существенный факт, который сделал возможным электромагнитный телеграф, был открыт Эрстедом зимой 1819-1820 годов. Он проиллюстрирован на рисунке 1, на котором магнитная стрелка отклоняется действием тока гальванизма, передаваемого через провод A B.

Fig. 1 Fig. 1

Второй важный факт, открытый в 1820 году Араго и Дэви, проиллюстрирован на рис. 2. Он заключается в том, что пока ток гальванизма проходит через медный провод A B, он является магнитным, он притягивает железные опилки, а не опилки меди или латуни, и способен развивать магнетизм в мягком железе.

Fig. 2 Fig. 2

Следующее важное открытие, также сделанное в 1820 году Ампером, состояло в том, что два провода, через которые проходят гальванические токи в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются друг от друга. На этом факте Ампер основал свою знаменитую теорию, что магнетизм состоит просто в притяжении электрических токов, вращающихся под прямым углом к линии, соединяющей два полюса магнита. Намагничивание стального или железного стержня, согласно этой теории, состоит в установлении внутри металла путем индукции серии электрических токов, все из которых вращаются в одном направлении под прямым углом к оси или длине стержня.

Fig. 3 Fig. 3

Именно эта теория побудила Араго, как он заявляет, принять метод намагничивания швейных игл и кусков стальной проволоки, показанный на рис. 3. Этот метод состоит в пропускании тока электричества через спираль, окружающую иглу или проволоку, которую нужно намагнитить. Для целей изоляции игла была заключена в стеклянную трубку, и несколько витков спирали находились на расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить прохождение электричества через всю длину провода, или, другими словами, чтобы предотвратить его поиск более короткого пути путем срезания с одного витка на другой. Спираль, использованная Араго, очевидно, приближается к расположению, требуемому теорией Ампера, чтобы развить путем индукции магнетизм железа. При внимательном прочтении оригинального отчета об экспериментах Араго будет видно, что, собственно говоря, он не сделал никакого электромагнита, как утверждали Морзе и другие; его эксперименты ограничивались магнетизмом железных опилок, швейными иглами и кусками стальной проволоки диаметром в миллиметр, или около толщины небольшой вязальной спицы.

Fig. 4 Fig. 4

Г-н Стерджен в 1825 году сделал важный шаг вперед по сравнению с экспериментами Араго и произвел то, что правильно известно как электромагнит. Он согнул кусок железной проволоки в форме подковы, покрыл ее лаком для изоляции и окружил спиралью, витки которой были на расстоянии. Когда ток гальванизма пропускался через спираль от небольшой батареи из одной чашки, железная проволока становилась магнитной и оставалась таковой во время прохождения тока. Когда ток прерывался, магнетизм исчезал, и таким образом был произведен первый временный магнит из мягкого железа.

Электромагнит Стерджена показан на рис. 4. Сравнивая рис. 3 и 4, можно увидеть, что спираль, использованная Стердженом, была того же типа, что и использованная Араго; однако вместо прямой стальной проволоки, заключенной в трубку из стекла, первый использовал согнутую проволоку из мягкого железа. Разница в расположении на первый взгляд могла показаться небольшой, но разница в полученных результатах была важной, поскольку временный магнетизм, развитый в устройстве Стерджена, был достаточен для поддержания веса в несколько фунтов, и таким образом был произведен инструмент, ценный для будущих исследований.

Fig. 5 Fig. 5

Следующее улучшение было сделано мной. После прочтения отчета о гальванометре Швейггера мне пришла в голову идея, что гораздо более близкое приближение к требованиям теории Ампера может быть достигнуто путем изоляции самого проводящего провода, вместо стержня, который нужно намагнитить, и путем покрытия всей поверхности железа серией катушек в тесном контакте. Это было осуществлено путем изоляции длинного провода шелковой нитью и наматывания его вокруг стержня из железа тесными катушками от одного конца до другого. Тот же принцип был расширен путем использования еще более длинного изолированного провода и наматывания нескольких слоев его поверх первого, при этом была проявлена забота об обеспечении изоляции между каждым слоем путем покрытия шелковой лентой. Благодаря этому расположению стержень был окружен составной спиралью, образованной длинным проводом из многих катушек, вместо одиночной спирали из нескольких катушек (рис. 5).

В устройстве Араго и Стерджена несколько витков проволоки не были точно под прямым углом к оси стержня, как они должны быть, чтобы произвести эффект, требуемый теорией, а были слегка наклонными, и поэтому каждый стремился развить отдельный магнетизм, не совпадающий с осью стержня. Но при наматывании проволоки поверх самой себя наклон нескольких витков компенсировал друг друга, и результирующее действие было под прямым углом к стержню. Расположение, введенное затем мной, было лучше, чем у Араго и Стерджена, во-первых, в большей множественности витков проволоки, и во-вторых, в лучшем применении этих витков к развитию магнетизма. Мощность инструмента при том же количестве гальванической силы была благодаря этому расположению увеличена в несколько раз.

Fig. 6 Fig. 6

Однако максимальный эффект при такой схеме и использовании одной батареи еще не был достигнут. После того как на железо наматывали определенную длину проволоки, мощность уменьшалась при дальнейшем увеличении числа витков. Это объяснялось возросшим сопротивлением, которое более длинная проволока оказывала прохождению электричества. В связи с этим напрашивались два способа улучшения. Первый заключался не в увеличении длины катушки, а в использовании нескольких отдельных катушек на одном и том же куске железа. Благодаря такой схеме сопротивление прохождению электричества уменьшалось, и от той же самой батареи вокруг железа циркулировало большее количество электричества. Второй способ получения аналогичного результата состоял в увеличении числа элементов батареи, или, иными словами, движущей силы электричества, что позволяло ему проходить через большее число витков проволоки и, таким образом, за счет увеличения длины проволоки развивать максимальную мощность железа.

Для проверки этих принципов в более широком масштабе был сконструирован экспериментальный магнит, показанный на рис. 6. В нем на одном и том же стержне было размещено несколько составных спиралей, концы которых оставались выступающими и были пронумерованы таким образом, что их можно было соединить в одну длинную спираль или по-разному комбинировать в наборы меньшей длины.

На основе серии экспериментов с этим и другими магнитами было доказано, что для получения наибольшей величины магнетизма от батареи из одного элемента требуется несколько спиралей; но когда используется составная батарея, необходимо применять одну длинную проволоку, делая много витков вокруг железа, причем длина проволоки и, следовательно, число витков должны быть соразмерны с движущей силой батареи.

При описании результатов моих экспериментов, чтобы избежать многословия, были введены термины «магниты интенсивности» и «магниты количества», которые предназначались для использования исключительно в техническом смысле. Под «магнитом интенсивности» я обозначил кусок мягкого железа, окруженный проволокой таким образом, что его магнитная сила могла быть приведена в действие батареей интенсивности, а под «магнитом количества» — кусок железа, окруженный таким количеством отдельных катушек, что его магнетизм мог быть полностью развит батареей количества.

Я первым указал на эту связь двух видов батарей с двумя формами магнитов в своей статье в «Журнале Силлимана» за январь 1831 года и четко заявил, что когда магнетизм должен быть развит с помощью составной батареи, следует использовать одну длинную катушку, а когда максимальный эффект должен быть получен от одной батареи, следует использовать несколько отдельных жил.

Эти шаги в развитии электромагнетизма, хотя и небольшие, были таковы, что заинтересовали и поразили научный мир. При использовании той же батареи, что и у мистера Стерджена, было получено по меньшей мере в сто раз больше магнетизма, чем можно было бы получить в его эксперименте. Эти разработки в то время считались весьма важными с научной точки зрения, и впоследствии они послужили средством, с помощью которого были открыты магнитоэлектричество, явления диамагнетизма и магнитные эффекты в поляризованном свете. Они дали толчок к созданию различных форм электромагнитных машин, которые с тех пор занимали изобретательность изобретателей во всем мире, и были непосредственно применимы при внедрении магнита в телеграфные цели. Ни электромагнит Стерджена, ни какой-либо другой электромагнит, созданный до моих исследований, не был пригоден для передачи энергии на расстояние.

Принципы, которые я разработал, были по достоинству оценены научным умом доктора Гейла и применены им для управления машиной мистера Морзе на расстоянии.

До моих исследований способы развития магнетизма в мягком железе понимались несовершенно. Электромагнит, изготовленный Стердженом и скопированный Даной из Нью-Йорка, был несовершенным магнитом количества, слабая сила которого развивалась одной батареей. Он был совершенно непригоден для длинной цепи с батареей интенсивности, и никто, обладающий необходимыми научными знаниями, не попытался бы использовать его в этой связи после прочтения моей статьи.

При отправке сообщения на расстояние используются две цепи: первая — длинная цепь, по которой электричество посылается на удаленную станцию, чтобы привести в действие вторую, короткую цепь, в которой находится местная батарея и магнит для работы машины. Чтобы придать движущую силу, достаточную для передачи энергии на расстояние, необходимо использовать батарею интенсивности в длинной цепи, и в связи с этим на удаленной станции должен быть использован магнит, окруженный множеством витков одной длинной проволоки, чтобы принять и умножить эффект тока, ослабленного его прохождением через длинный проводник. В местной или короткой цепи может быть использован либо магнит интенсивности, либо магнит количества. Если используется первый, то для него потребуется составная батарея; и поэтому из-за повышенного сопротивления, обусловленного большим количеством кислоты, при данном количестве материала будет выполнено меньше работы; и, следовательно, хотя эта схема осуществима, она отнюдь не экономична. В своей оригинальной статье я указываю, что преимущества большей проводимости при использовании нескольких проволок в магните количества могут быть в меньшей степени получены путем замены их одной толстой проволокой; но в этом случае из-за большей наклонности витков и других причин магнитный эффект будет меньше. В соответствии с этими принципами принимающий магнит, или тот, который вводится в длинную цепь, состоит из подковообразного магнита, окруженного многими сотнями витков одной длинной проволоки, и приводится в действие батареей из двенадцати-двадцати четырех и более элементов, в то время как в местной цепи принято использовать батарею из одного или двух элементов с гораздо более толстой проволокой и меньшим числом витков.

Я думаю, беспристрастному читателю будет очевидно, что это были усовершенствования электромагнита, которые впервые сделали его пригодным для передачи механической энергии на расстояние; и если бы я опустил всякое упоминание о телеграфе в своей статье, добросовестный историк науки все равно отдал бы мне должное, каким бы малым ни был сделанный мною шаг вперед. Араго и Стерджен в отчетах о своих экспериментах не упоминают телеграф, и все же их имена всегда ассоциировались и будут ассоциироваться с этим изобретением. Я, однако, кратко обратил внимание на факт применимости моих экспериментов к созданию телеграфа; но, не будучи знакомым с историей попыток, предпринятых в отношении этого изобретения, я назвал его «проектом Барлоу», хотя должен был бы указать, что исследование мистера Барлоу лишь склонялось к опровержению возможности создания телеграфа.

Я не имел в виду исключительно игольчатый телеграф, когда в своей статье утверждал, что магнитное действие тока от желоба по крайней мере не заметно уменьшается при прохождении через длинную проволоку. Это очевидно из того факта, что непосредственный эксперимент, из которого был сделан этот вывод, проводился с помощью электромагнита, а не с помощью игольчатого гальванометра.

Fig. 7 Fig. 7

По завершении серии экспериментов, которые я описал в «Журнале Силлимана», у меня на уме были два применения электромагнита: одно — создание машины, приводимой в движение электромагнетизмом, а другое — передача или приведение в действие энергии на расстоянии. Первое было осуществлено при создании машины, описанной в «Журнале Силлимана», том xx, 1831 г., а для целей экспериментирования в отношении второго я расположил вокруг одной из верхних комнат в Олбанской академии проволоку длиной более мили, с помощью которой я мог подавать сигналы, звоня в колокольчик (рис. 7). Механическое устройство для достижения этой цели представляло собой просто стальной стержень, постоянно намагниченный, длиной около десяти дюймов, поддерживаемый на шарнире и помещенный северным концом между двумя плечами подковообразного магнита. Когда последний возбуждался током, конец стержня, помещенный таким образом, притягивался одним плечом подковы и отталкивался другим, и таким образом заставлялся двигаться в горизонтальной плоскости, а его дальний конец ударял по соответствующим образом отрегулированному колокольчику.

Я также разработал метод размыкания цепи, тем самым заставляя падать большой груз. Это предназначалось для иллюстрации осуществимости приведения в действие большой силы на расстоянии, способной производить механические эффекты; но поскольку описание этого не было напечатано, я не ставлю его в один ряд с экспериментами, о которых я опубликовал отчет, или фактами, которые можно было непосредственно вывести из моих статей в «Журнале Силлимана».

На основе тщательного изучения истории электромагнетизма в его связи с телеграфом можно установить следующие факты:

1. До моих исследований способы развития магнетизма в мягком железе понимались несовершенно, и существовавший тогда электромагнит был непригоден для передачи энергии на расстояние.

2. Я первым доказал на реальном эксперименте, что для развития магнитной силы на расстоянии необходимо использовать гальваническую батарею интенсивности, чтобы пропустить ток через длинный проводник, и что для приема этого тока должен использоваться магнит, окруженный многими витками одной длинной проволоки.

3. Я первым фактически намагнитил кусок железа на расстоянии и обратил внимание на факт применимости моих экспериментов к телеграфу.

4. Я первым фактически позвонил в колокольчик на расстоянии с помощью электромагнита.

5. Принципы, которые я разработал, были применены доктором Гейлом, чтобы сделать машину Морзе эффективной на расстоянии.

ПЕРВЫЕ ТРАНСАТЛАНТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ

Top

Джордж Айлс

[Из книги «Пламя, электричество и камера», авторское право Doubleday, Page & Co., Нью-Йорк.]

Электрический телеграф на суше прошел огромное расстояние от механической сигнализации Шаппе, точно так же, как масштаб и доступность французского изобретения резко контрастируют с грубыми сигнальными кострами первобытного дикаря. Поскольку первые сухопутные телеграфы соединяли деревню с деревней и город с городом, пересечение воды стало второстепенным инцидентом; провода легко прокладывались по мостам, перекинутым через реки умеренной ширины. Там, где река или залив не были перекрыты мостами или канал был слишком широк для дорожного полотна инженера, возникал вопрос: можем ли мы проложить электрический провод под водой? При использовании обычной наземной линии воздух служит настолько хорошим непроводником и изолятором, что, как правило, для провода можно использовать дешевое железо вместо дорогой меди. В поисках непроводников, пригодных для погружения в реки, каналы и море, пришлось столкнуться с препятствиями упорного рода. Их преодоление потребовало новых материалов, более совершенных инструментов и полного пересмотра электрической философии.

Еще в 1795 году Франсиско Сальва рекомендовал Академии наук в Барселоне покрывать подводные провода смолой, которая одновременно непроницаема для воды и является непроводником электричества. Изоляторы того или иного рода, конечно, были достаточно распространены, но каждый из них был дефектным в каком-то качестве, необходимом для успеха. Ни стекло, ни фарфор не являются гибкими, поэтому прокладка непрерывной линии из того или другого была исключена. Смола и деготь были еще более дефектными, поскольку были чрезвычайно хрупкими и ломкими. А как насчет таких волокон, как пенька или шелк, если их пропитать дегтем или каким-либо другим хорошим непроводником? Для очень коротких расстояний под спокойной водой они служили довольно хорошо, но любое воздействие каменистого берега с его истирающим действием, любое трение проходящего якоря было для них фатальным. То, что нужно было медной проволоке, — это покрытие, непроницаемое для воды, неизменное по составу со временем, прочное по текстуре и обладающее высочайшей степенью непроводящих свойств. К счастью, все эти свойства объединены в гуттаперче: они не существуют ни в чем другом, известном искусству. Гуттаперча — это затвердевший сок большого дерева (Isonandra gutta), распространенного на Малайском архипелаге; она прочная и крепкая, легко формуется при умеренном нагревании. По сравнению с медью она обладает проводимостью лишь в 1/60 000 000 000 000 000 000-ю часть. Поскольку без гуттаперчи не могло бы быть океанской телеграфии, стоит вспомнить, как она попала в поле зрения инженера-электрика.

В 1843 году Хосе д'Алмейда, португальский инженер, представил Королевскому азиатскому обществу в Лондоне первые образцы гуттаперчи, привезенные в Европу. Несколько месяцев спустя доктор У. Монтгомери, хирург, передал другие образцы Лондонскому обществу искусств, которое выставило их; но прошло четыре года, прежде чем была признана главная характеристика этой камеди. В 1847 году мистер С. Т. Армстронг из Нью-Йорка во время визита в Лондон осмотрел фунт или два гуттаперчи и обнаружил, что она в два раза лучше проводит электричество, чем стекло. В следующем году при его содействии между Нью-Йорком и Джерси-Сити был проложен кабель, покрытый этим новым изолятором; его успех побудил мистера Армстронга предложить проложить аналогично защищенный кабель между Америкой и Европой. Восемнадцать лет неустанных усилий, затрудненных ошибками, неизбежными для первопроходца, отделяли это предложение от его выполнения. В 1848 году братья Сименс проложили под водой в порту Киля провод, покрытый бесшовной гуттаперчей, такой же, как та, которую они использовали для подземных проводников, начиная с 1847 года. Этот конкретный провод не использовался для телеграфии, а был частью системы подводных мин. В 1849 году мистер К. В. Уокер проложил экспериментальную линию в Ла-Манше; он доказал возможность передачи сигналов на две мили через провод, покрытый гуттаперчей, и тем самым подготовил почву для предприятия, которое соединило берега Франции и Англии.

Fig. 58.—Calais-Dover cable, 1851 Fig. 58.—Calais-Dover cable, 1851

В 1850 году кабель длиной двадцать пять миль был проложен от Дувра до Кале, но оказался бесполезным из-за дефектной изоляции и отсутствия брони против волочащихся якорей и трущихся камней. В 1851 году эксперимент был повторен с успехом. Проводником теперь была не одна медная проволока, а четыре проволоки, навитые по спирали, чтобы сочетать прочность с гибкостью; они были покрыты гуттаперчей и окружены просмоленной пенькой. В качестве средства придания дополнительной прочности вокруг пеньки было навито десять железных проволок — особенность, которая была скопирована в каждом последующем кабеле (рис. 58). Инженеры быстро усваивали жесткие условия подводной телеграфии; по своим основным характеристикам линия Дувр-Кале продолжает оставаться типом глубоководных кабелей и сегодня. Успех провода, проложенного через Ла-Манш, побудил к другим подобным предприятиям. Многие из них из-за небрежного строительства или неумелой прокладки были полным провалом. Наконец, в 1855 году подводная линия длиной 171 миля стала отлично работать, соединив Варну с Константинополем; это была наибольшая длина удовлетворительного кабеля до прокладки атлантической линии.

В 1854 году Сайрус Уэст Филд из Нью-Йорка открыл новую главу в электрическом предпринимательстве, решив проложить кабель между Ирландией и Ньюфаундлендом вдоль кратчайшей линии, соединяющей Европу с Америкой. Он выбрал Валентию и Хартс-Контент, расположенные на расстоянии чуть более 1600 миль друг от друга, в качестве своих конечных пунктов и сразу же начал привлекать к сотрудничеству своих друзей. Хотя мистер Филд был непоколебимым энтузиастом, как только его захватила великая идея, он был человеком здравого смысла. От начала до конца он опирался на хорошо установленные факты; когда он терпел неудачу, это происходило просто потому, что другие факты, о которых он никак не мог знать, должны были быть раскрыты дорогостоящим опытом. Мистерам Уайтхаусу и Брайту, электрикам его компании, было поручено начать предварительную серию экспериментов. Они соединили непрерывный участок проводов, проложенных под землей и водой на расстоянии 2000 миль, и обнаружили, что через эту необычайную цепь они могут передавать до четырех сигналов в секунду. Они сделали вывод, что атлантический кабель будет оказывать лишь немного большее сопротивление и поэтому будет электрически работоспособным и коммерчески выгодным.

В 1857 году кабель был немедленно изготовлен, разделен пополам и уложен в трюмы кораблей «Ниагара» военно-морского флота США и «Агамемнон» британского флота. «Ниагара» отплыла из Ирландии; корабль-побратим направился к Ньюфаундленду и должен был встретиться с ней посреди океана. Когда «Ниагара» проложила 335 миль своего кабеля, он оборвался под внезапным увеличением нагрузки на механизме для разматывания; все попытки восстановления были безуспешными, и работы в том году были прекращены. В следующем году они были возобновлены, так как было изготовлено большое количество нового кабеля, чтобы заменить потерянную секцию и справиться с любой новой чрезвычайной ситуацией, которая могла возникнуть. Был принят новый план рейсов: теперь суда вместе отправились в середину моря, соединив там обе части кабеля; затем один корабль направился в Ирландию, другой — к побережью Ньюфаундленда. Оба достигли своих пунктов назначения в один и тот же день, 5 августа 1858 года, и, пусть слабый и нерегулярный, электрический импульс впервые пронес сообщение из полушария в полушарие. После того как через провод прошло 732 депеши, он навсегда замолчал. В одной из этих депеш из Лондона Военное министерство отменило отправку двух полков, собиравшихся отплыть из Канады в Англию, что сэкономило около 250 000 долларов. Этот широко цитируемый факт с убедительным эффектом продемонстрировал ценность кабельной телеграфии.

Теперь последовали годы борьбы, которые обескуражили бы любую менее решительную душу, чем мистер Филд. Разразилась Гражданская война с ее опасностями для Союза, ее тревогами и беспокойствами для каждого американского сердца. Но в то время как линкоры и крейсеры патрулировали побережье от Мэна до Флориды, а полки маршировали через Вашингтон на пути к битве, со стороны великого проектировщика не было никакого ослабления усилий.

Действительно, в недоразумениях, которые выросли из войны и в одно время грозили международным конфликтом, он ясно видел, как кабель мог бы стать миротворцем. Одно слово объяснения по его проводу, и гневные чувства по обе стороны океана были бы утихомирены во время инцидента с «Трентом». В этом убеждении его поддержала английская пресса; лондонская «Таймс» писала: «Мы чуть не пошли войной на Америку, потому что у нас не было телеграфа через Атлантику». В 1859 году британское правительство назначило комитет выдающихся инженеров для изучения возможности атлантического телеграфа с целью выяснения того, что необходимо для успеха, и с намерением добавить к своей первоначальной помощи в случае, если предприятие будет возобновлено. В июле 1863 года этот комитет представил отчет, полностью благоприятный по своим условиям, подтверждающий, «что хорошо изолированный кабель, должным образом защищенный, с подходящим удельным весом, изготовленный с осторожностью, испытанный под водой на всем протяжении с помощью наилучшего известного аппарата и уложенный в океан с помощью самого совершенного оборудования, обладает всеми перспективами не только быть успешно проложенным в первом случае, но и может разумно рассчитывать на то, чтобы оставаться в течение многих лет в эффективном состоянии для передачи сигналов».

Опираясь на это одобрение, мистер Филд теперь занялся задачей сбора крупной суммы, необходимой для изготовления и прокладки нового кабеля, который должен был быть настолько лучше старых, чтобы вознаградить своих владельцев триумфом. Он нашел своих английских друзей готовыми рискнуть необходимым капиталом, и без дальнейшего промедления было начато производство нового кабеля. Во всех деталях рекомендации Научного комитета были выполнены до буквы, так что кабель 1865 года был несравненно лучше кабеля 1858 года. Во-первых, центральная медная проволока, которая была нервом, по которому должна была бежать молния, была почти в три раза больше, чем раньше. Старый проводник представлял собой жилу, состоящую из семи тонких проволок, шесть из которых были навиты вокруг одной, и весил всего 107 фунтов на милю. Новый состоял из такого же количества проволок, но весил 300 фунтов на милю. Он был изготовлен из лучшей меди, которую можно было достать.

Для обеспечения изоляции этот проводник был сначала внедрен в состав Чаттертона, препарат, непроницаемый для воды, а затем покрыт четырьмя слоями гуттаперчи, которые были наложены попеременно с четырьмя тонкими слоями состава Чаттертона. Старый кабель имел только три покрытия из гуттаперчи, без ничего между ними. Вся его изоляция весила всего 261 фунт на милю, в то время как изоляция нового весила 400 фунтов. [1] Внешние проволоки, числом десять, были из бессемеровской стали, каждая отдельно обмотана пропитанной дегтем пеньковой пряжей, береговые концы специально защищены тридцатью шестью проволоками, опоясывающими все целиком. Здесь было сочетание цепкости стали с большой долей гибкости веревки. Изоляция меди была настолько превосходной, что стократно превышала изоляцию жилы 1858 года, которая, хотя и была дефектной, тем не менее была достаточной для сигналов. Столько неудобств и риска было встречено при разделении задачи прокладки кабеля между двумя кораблями, что в этот раз было решено зафрахтовать одно судно, «Грейт Истерн», которое, к счастью, было достаточно большим, чтобы вместить кабель в непрерывной длине. Фойлхоммерум-Бэй, примерно в шести милях от Валентии, был выбран компанией в качестве нового ирландского терминала. Хотя самая тревожная забота проявлялась в каждой детали, все же, когда было проложено 1186 миль, кабель порвался в 11 000 футов воды, и хотя трижды его захватывали и подтягивали к поверхности, трижды он соскальзывал с захватных крюков и ускользал на дно океана. Мистер Филд был вынужден вернуться в Англию и встретиться, как мог, с людьми, чей капитал лежал на дне моря — возможно, такой же бесполезный, как столько же атлантического ила. С героической настойчивостью он доказывал, что все трудности уступят возобновленной атаке. Должны быть удвоены меры предосторожности и бдительность, ни на мгновение не ослабевающая. Все, чего с тех пор достигла глубоководная телеграфия, было в тот момент ясно как день его пророческому взору. Никогда не было более яркого примера силы энтузиазма, способного взволновать хладнокровных деловых людей; никогда не было более поразительной иллюстрации того, насколько наука может зависеть в своем успехе от интеллекта и мужества капитала. Электрики могли бы продолжать совершенствовать изысканные аппараты для океанской телеграфии или указывать на слабые места в сравнительно грубом оборудовании, которое изготавливало и прокладывало кабель, но их усилия были бы потрачены впустую, если бы люди богатства не откликнулись на возобновленный призыв мистера Филда о помощи. Трижды эти люди вкладывали значительные средства, и трижды катастрофа преследовала их предприятия; тем не менее у них была вера, пережившая все несчастья для четвертой попытки.

В 1866 году была организована новая компания для двух целей: во-первых, восстановить кабель, потерянный в предыдущем году, и довести его до американского берега; во-вторых, проложить другой рядом с ним по параллельному курсу. «Грейт Истерн» снова был введен в эксплуатацию и переоборудован в соответствии с опытом предыдущего рейса. В этот раз внешние проволоки кабеля были из оцинкованного железа, чтобы лучше противостоять коррозии. Механизм для разматывания был реконструирован и значительно улучшен. 13 июля 1866 года огромный пароход начал разматывать свой кабель в двадцати пяти милях к северу от линии, проложенной во время экспедиции 1865 года; он прибыл без происшествий в Ньюфаундленд 27 июля, и электрическая связь между Америкой и Европой была восстановлена. Пароход теперь вернулся к месту, где он потерял кабель несколько месяцев назад; после восемнадцатидневных поисков он был поднят на палубу в хорошем состоянии. Было осуществлено соединение с кабелем, уложенным в резервуары внизу, и нос судна снова был повернут к Ньюфаундленду. 8 сентября этот второй кабель был благополучно доставлен в Тринити-Бэй. Несчастья теперь были позади; мужество мистера Филда наконец познало победу; высшие почести двух континентов были осыпаны на него.

'Tis not the grapes of Canaan that repay,
But the high faith that failed not by the way.

Fig. 59.—Commercial cable, 1894 Fig. 59.—Commercial cable, 1894

То, что поначалу было в равной степени дерзким приключением и деловым предприятием, теперь заняло свое место как задача, не более необычная, чем строительство парохода или возведение консольного моста. Учитывая его цену, которая будет включать слишком умеренную прибыль, чтобы выдать какое-либо ожидание неудачи, ответственная фирма возьмется проложить кабель через сам Тихий океан. В атлантических линиях равномерно низкая температура океанского дна (около 4° C) и огромное давление вышележащего моря способствуют огромному повышению как изоляции, так и пропускной способности провода. В качестве примера недавней работы в океанской телеграфии давайте взглянем на кабель, проложенный в 1894 году Коммерческой кабельной компанией Нью-Йорка. Он соединяет Кейп-Кансо на северо-восточном побережье Новой Шотландии с Уотервиллом на юго-западном побережье Ирландии. Центральная часть этого кабеля во многом напоминает кабель своего предшественника 1866 года. Его внешняя броня из стальных проволок гораздо более сложна. Первая часть рис. 59 показывает детали производства: центральная медная жила покрыта гуттаперчей, затем джутом, на который по спирали навиты стальные проволоки, за которыми следует прочное внешнее покрытие. Для наибольших глубин в море используется тип A общей длиной 1420 миль; диаметр этой части кабеля составляет семь восьмых дюйма. По мере уменьшения глубины воды оболочка увеличивается в размерах, пока диаметр кабеля не становится равным одной и одной шестнадцатой дюйма на протяжении 152 миль, как тип B. Кабель теперь подвергается третьему увеличению, а затем его четвертые и последние пропорции представлены, когда он касается берега, на расстоянии одной и трех четвертей мили, где тип C имеет диаметр два с половиной дюйма. Вес материалов, использованных в этом кабеле: медная проволока — 495 тонн; гуттаперча — 315 тонн; джутовая пряжа — 575 тонн; стальная проволока — 3000 тонн; состав и деготь — 1075 тонн; итого — 5460 тонн. Телеграфное судно «Фарадей», специально спроектированное для прокладки кабеля, выполнило работу без происшествий.

Электрическая наука многим обязана атлантическим кабелям, в частности первому из них. В самом начале он развеял идею о том, что электричество при прохождении через металлические проводники имеет что-то похожее на свою скорость в свободном пространстве. Вскоре было обнаружено, как говорит профессор Менденхолл, «что не более правильно приписывать определенную скорость электричеству, чем реке. Как скорость потока реки определяется характером ее русла, ее градиентом и другими обстоятельствами, так и скорость электрического тока, как выяснилось, зависит от условий, при которых происходит поток». [2] Миля за милей оригинальный атлантический кабель имел в двадцать раз больший замедляющий эффект, чем хорошая воздушная линия; лучшие современные кабели уменьшают эту цифру почти наполовину.

В экстремальной форме это замедление напоминает нам о препятствии для света, когда он входит в атмосферу Земли, о дальнейшем препятствии, с которым сталкиваются лучи, если они проходят из воздуха в море. В основном причины, которые препятствуют импульсу, переданному кабелю, две: индукция и электростатическая емкость провода, то есть способность провода принимать собственный заряд, точно так же, как если бы он был металлом лейденской банки.

Давайте сначала рассмотрим индукцию. Когда ток проходит через медную жилу, он индуцирует в своем окружении второй и противоположный ток. Для этого средство слишком дорогостоящее, чтобы его можно было применить. Если бы кабель был изготовлен в виде двойной линии, как в лучших телефонных цепях, индукция с ее замедляющими и гасящими эффектами была бы нейтрализована. Здесь стальная проволочная броня, которая окружает кабель, играет нежелательную роль. Индукция всегда пропорциональна проводимости массы, в которой она появляется; поскольку сталь является отличным проводником, в броне океанского кабеля, близкой к медной жиле, индуцируется ток гораздо более сильный, а следовательно, более замедляющий, чем если бы стальная проволока отсутствовала.

Теперь слово о второй трудности при работе под морем — той, что связана с поглощающей способностью самой линии. Атлантический кабель, как и любой другой протяженный проводник, фактически является длинной цилиндрической лейденской банкой, где медная проволока образует внутреннюю обкладку, а ее окружение — внешнюю обкладку. Прежде чем сигнал может быть принят на удаленном терминале, провод должен быть сначала заряжен. Эффект несколько похож на передачу сигнала через воду, которая заполняет резиновую трубку; прежде всего трубка растягивается, и ее сжатие, или вторичный эффект, действительно передает импульс. Средством для этого является конденсатор, образованный чередующимися листами оловянной фольги и слюды, C, соединенный с батареей, B, чтобы сбалансировать электрический заряд кабельного провода (рис. 60). В первой атлантической линии импульсу требовалась одна седьмая секунды для своего путешествия. Это было уменьшено, когда мистер Уайтхаус сделал важное открытие, что скорость сигнала увеличивается втрое, когда провод попеременно соединяется с цинковым и медным полюсами батареи. Сэр Уильям Томсон установил, что эти последовательные импульсы наиболее эффективны, когда они имеют соразмерную длину. Соответственно, он разработал автоматический передатчик, который протягивает должным образом перфорированную полоску бумаги под металлической пружиной, соединенной с кабелем. Сегодня отправляется от 250 до 300 букв в минуту вместо пятнадцати, как вначале.

Fig. 60.—Condenser Fig. 60.—Condenser

Во многих отношениях глубоководный кабель поучительным образом преувеличивает явления телеграфии по длинным воздушным линиям. Два конца кабеля могут находиться в регионах с широко различающимся электрическим потенциалом, или давлением, точно так же, как показания барометра в этих двух местах могут сильно различаться. Если бы медной проволоке позволили предложить себя в качестве беззатворного проводника, она уравняла бы эти колебания потенциала с серьезным ущербом для себя. Соответственно, принято правило работать с кабелем не напрямую, как если бы это была наземная линия, а косвенно через конденсаторы. Поскольку пульсация, посылаемая через такой аппарат, является лишь мгновенной, кабель не подвергается риску от сильных токов, которые протекали бы через него, если бы ему позволили быть открытым каналом.

Fig. 61.—Reflecting galvanometer L, lamp; N, moving spot of light reflected from mirror Fig. 61.—Reflecting galvanometer
L, lamp; N, moving spot of light reflected from mirror

Серьезной ошибкой при работе с первыми кабелями было предположение, что они требуют сильных токов, как в наземных линиях значительной длины. Все как раз наоборот. Мистер Чарльз Брайт в «Подводных телеграфах» говорит:

«Мистер Латимер Кларк соединил проводник линий 1865 и 1866 годов на ньюфаундлендском конце, образовав таким образом непрерывную длину в 3700 миль в цепи. Затем он поместил немного серной кислоты в очень маленький серебряный наперсток с фрагментом цинка весом в гран или два. С помощью этого примитивного средства ему удалось передать сигналы через двойную ширину Атлантического океана чуть более чем за секунду после установления контакта. Отклонения не были сомнительного характера, а были полными и сильными, из чего было очевидно, что даже меньшей батареи было бы достаточно для получения несколько похожих эффектов».

Fig. 62.—Siphon recorder Fig. 62.—Siphon recorder

Сначала при эксплуатации атлантического кабеля в качестве приемника использовался зеркальный гальванометр. Принцип этого приемника часто иллюстрировался озорным мальчиком, когда он с легким и почти незаметным движением руки использовал кусочек зеркала, чтобы пустить луч отраженного солнечного света через широкую улицу или большую комнату. По тому же плану чрезвычайно минутное движение гальванометра, когда он принимает последовательные пульсации сообщения, увеличивается невесомым рычагом света, так что слова легко читаются оператором (рис. 61). Это прекрасное изобретение исходит из рук сэра Уильяма Томсона [ныне лорда Кельвина], который больше, чем любой другой электрик, сделал океанскую телеграфию установленным успехом.

Fig. 63.—Siphon record. “Arrived yesterday” Fig. 63.—Siphon record. “Arrived yesterday”

В другом приемнике, также его конструкции, сифонном самописце, он начал с того, что воспользовался фактом, замеченным задолго до этого Бозе, что электрический заряд стимулирует поток жидкости. В своей первоначальной форме чернильница, в которую окунался сифон, была изолирована и заряжена до высокого напряжения с помощью индукционной машины; чернила, сильно отталкиваемые, выбрасывались из точки сифона на движущуюся полоску бумаги внизу (рис. 62). Впоследствии оказалось лучше использовать деликатный механический шейкер, который выбрасывает чернила мелкими каплями, когда кабельный ток мягко раскачивает сифон туда и обратно (рис. 63).

Минутным, как ток, который достаточен для кабельной телеграфии, является то, что важно, чтобы металлическая цепь была не только неразорванной, но и неповрежденной на всем протяжении. Ни одна часть его обязанностей не облагала ресурсы электрика более сурово, чем обнаружение разрывов и утечек в его океанских кабелях. Один из его методов — вливать электричество, так сказать, в разорванный провод, как если бы это была узкая трубка, и оценивать длину провода (и, следовательно, расстояние от берега до дефекта или разрыва) по количеству тока, необходимого для его заполнения.

СНОСКИ:

[1] Генри М. Филд, «История атлантического телеграфа». Нью-Йорк: Скрибнер, 1866.

[2] «Век электричества». Бостон, Хоутон, Миффлин и Ко., 1887.

ТЕЛЕФОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЛЛА

Top

[Из книги «Электрические говорящие телефоны Белла», автор Джордж Б. Прескотт, авторское право D. Appleton & Co., Нью-Йорк, 1884]

В лекции, прочитанной перед Обществом инженеров-телеграфистов в Лондоне 31 октября 1877 года, профессор А. Г. Белл представил историю своих исследований в области телефонии, а также эксперименты, которые он был вынужден предпринять в своих попытках создать практическую систему многоканальной телеграфии, а также реализовать передачу членораздельной речи. После обычного вступления профессор Белл сказал, в частности:

Сегодня вечером мне приятно, а также является моим долгом дать вам некоторый отчет о телефонных исследованиях, которыми я так долго занимался. Много лет назад мое внимание было направлено на механизм речи моим отцом, Александром Мелвиллом Беллом из Эдинбурга, который всю жизнь изучал этот предмет. Многие из присутствующих могут вспомнить изобретение моим отцом средства представления удивительно точным образом положений голосовых органов при формировании звуков. Вместе мы провели довольно много экспериментов, стремясь открыть правильный механизм английских и иностранных элементов речи, и я особенно помню исследование, в котором мы были заняты относительно музыкальных отношений гласных звуков. Когда голосовые звуки произносятся шепотом, каждый гласный, кажется, обладает своей собственной особой высотой, и при шепоте определенных гласных подряд можно отчетливо различить музыкальную шкалу. Нашей целью было определить естественную высоту каждого гласного; но появились неожиданные трудности, ибо многие гласные, казалось, обладали двойной высотой — одна, вероятно, из-за резонанса воздуха во рту, а другая — из-за резонанса воздуха, содержащегося в полости за языком, охватывающей глотку и гортань.

Я наткнулся на уловку для определения высоты, которая в то время казалась мне оригинальной. Она состояла в вибрации камертона перед ртом, пока положения голосовых органов для различных гласных принимались молча. Было обнаружено, что каждое положение гласного вызывало усиление какого-то конкретного камертона или камертонов.

Я написал отчет об этих исследованиях мистеру Алексу Дж. Эллису из Лондона. В ответ он сообщил мне, что описанные эксперименты уже были выполнены Гельмгольцем, и гораздо более совершенным образом, чем это сделал я. Действительно, он сказал, что Гельмгольц не только проанализировал гласные звуки на их составляющие музыкальные элементы, но и фактически выполнил их синтез.

Ему удалось искусственно произвести некоторые из гласных звуков, заставив камертоны разной высоты вибрировать одновременно с помощью электрического тока. Мистер Эллис был любезен предоставить мне интервью с целью объяснения аппарата, используемого Гельмгольцем при производстве этих необычайных эффектов, и я провел большую часть восхитительного дня с ним в исследовании предмета. В то время, однако, я был слишком слабо знаком с законами электричества, чтобы полностью понять данные объяснения; но интервью возымело эффект пробуждения моего интереса к предметам звука и электричества, и я не успокоился, пока не получил копию великого труда Гельмгольца «Теория тона» и не попытался, грубым и несовершенным образом, это правда, воспроизвести его результаты. Размышляя о возможностях производства звука электрическими средствами, мне пришло в голову, что принцип вибрации камертона прерывистым притяжением электромагнита может быть применен к электрическому производству музыки.

Я вообразил себе серию камертонов разной высоты, расположенных вибрировать автоматически способом, показанным Гельмгольцем — каждый камертон прерывает при каждой вибрации вольтаический ток — и пришла мысль: почему бы нажатию клавиши, подобной клавише пианино, не направить прерывистый ток от любого из этих камертонов через телеграфный провод к серии электромагнитов, управляющих струнами пианино или другого музыкального инструмента, в каковой случай человек мог бы играть на камертонном пианино в одном месте, а музыка была бы слышна от электромагнитного пианино в далеком городе.

Чем больше я размышлял об этой схеме, тем более осуществимой она мне казалась; действительно, я не видел причин, почему нажатие нескольких клавиш на камертонном конце цепи не должно сопровождаться слышимым производством полного аккорда от пианино в далеком городе, причем каждый камертон воздействует на принимающем конце на ту струну пианино, с которой он находится в унисоне. В это время интерес, который я испытывал к электричеству, привел меня к изучению различных систем телеграфии, используемых в этой стране и в Америке. Я был поражен простотой алфавита Морзе и тем фактом, что его можно было читать по звуку. Вместо того чтобы записывать точки и тире на бумаге, операторы имели привычку наблюдать за длительностью щелчка инструментов и таким образом могли различать на слух различные сигналы.

Мне пришло в голову, что подобным образом длительность музыкальной ноты может быть сделана представляющей точку или тире телеграфного кода, так что человек мог бы управлять одной из клавиш камертонного пианино, упомянутого выше, а длительность звука, исходящего от соответствующей струны далекого пианино, наблюдалась бы оператором, находящимся там. Мне казалось, что таким образом можно было бы одновременно отправлять несколько отдельных телеграфных сообщений от камертонного пианино к другому концу цепи операторами, каждый из которых манипулирует разной клавишей инструмента. Эти сообщения читались бы операторами, находящимися у далекого пианино, причем каждый принимающий оператор слушал бы сигналы для определенной высоты и игнорировал бы все остальные. Таким образом можно было бы осуществить одновременную передачу нескольких телеграфных сообщений по одной проволоке, причем число их ограничивалось бы только тонкостью слуха слушателя. Идея увеличения пропускной способности телеграфной проволоки таким образом полностью овладела моим разумом, и именно эту практическую цель я имел в виду, когда начал свои исследования в электрической телефонии.

Fig. 1 Fig. 1

В прогрессе науки повсеместно обнаруживается, что сложность ведет к простоте, и при изложении истории научных исследований часто целесообразно начинать с конца.

Оглядываясь назад на свои собственные исследования, я нахожу необходимым обозначить отдельными именами множество электрических токов, с помощью которых могут быть произведены звуки, и я направлю ваше внимание на несколько отдельных видов того, что можно назвать телефонными токами электричества. Чтобы особенности этих токов были ясно поняты, я спроецирую на экран графическую иллюстрацию различных разновидностей.

Графический метод представления электрических токов, показанный на рис. 1, является лучшим средством, которое я смог разработать для изучения точным образом эффектов, производимых различными формами телефонного аппарата, и он привел меня к концепции того особого вида телефонного тока, здесь обозначенного как «волнообразный», который сделал осуществимым искусственное производство членораздельной речи электрическими средствами.

Горизонтальная линия (g g´) принимается за ноль тока, а импульсы положительного электричества представлены выше нулевой линии, а отрицательные импульсы — ниже ее, или наоборот.

Вертикальная толщина любого электрического импульса (b или d), измеренная от нулевой линии, указывает интенсивность электрического тока в наблюдаемой точке; а горизонтальное расширение электрической линии (b или d) указывает длительность импульса.

Можно различить девять разновидностей телефонных токов, но будет необходимо показать вам только шесть из них. Три основные разновидности, обозначенные как прерывистые, пульсирующие и волнообразные, представлены на линиях 1, 2 и 3.

Подразновидности их можно различить как прямые или обратные токи, в зависимости от того, являются ли электрические импульсы все одного вида или попеременно положительными и отрицательными. Прямые токи могут быть далее различимы как положительные или отрицательные, в зависимости от того, являются ли импульсы одного вида или другого.

Прерывистый ток характеризуется попеременным присутствием и отсутствием электричества в цепи.

Пульсирующий ток является результатом внезапных или мгновенных изменений интенсивности непрерывного тока; и

Волнообразный ток — это ток электричества, интенсивность которого изменяется способом, пропорциональным скорости движения частицы воздуха во время производства звука: таким образом, кривая, представляющая графически волнообразный ток для простой музыкальной ноты, является кривой, выражающей простое маятниковое колебание — то есть синусоидальной кривой.

И здесь я могу заметить, что, хотя концепция волнообразного тока электричества является полностью оригинальной для меня, методы производства звука с помощью прерывистых и пульсирующих токов давно известны. Например, давно было обнаружено, что электромагнит издает отчетливый звук, когда он внезапно намагничивается или размагничивается. Когда цепь, на которой он расположен, быстро замыкается и размыкается, от магнита исходит последовательность взрывных шумов. Эти звуки производят на ухо эффект музыкальной ноты, когда ток прерывается достаточное количество раз в секунду....

Fig. 2 Fig. 2

В течение нескольких лет мое внимание было почти исключительно направлено на создание инструмента для замыкания и размыкания вольтаической цепи с чрезвычайной быстротой, чтобы заменить передающий камертон, используемый в исследованиях Гельмгольца. Не вдаваясь в детали, я просто скажу, что великие дефекты этого плана многоканальной телеграфии заключались, во-первых, в том факте, что от принимающих операторов требовалось обладать хорошим музыкальным слухом, чтобы различать сигналы; и во-вторых, что сигналы могли проходить только в одном направлении вдоль линии (так что потребовались бы две проволоки, чтобы завершить связь в обоих направлениях). Первое возражение было преодолено путем использования устройства, которое я называю «вибрационным прерывателем цепи», посредством которого музыкальные сигналы могут быть автоматически записаны....

Ранее я упоминал, что Гельмгольцу удалось искусственно воспроизвести гласные звуки путем объединения музыкальных тонов различной высоты и интенсивности. Его аппарат показан на рис. 2. Камертоны разной высоты помещаются между полюсами электромагнитов (a1, a2 и т. д.) и поддерживаются в состоянии непрерывной вибрации за счет действия прерывистого тока от камертона b. Резонаторы 1, 2, 3 и т. д. расположены таким образом, чтобы усиливать звуки в большей или меньшей степени в зависимости от того, расширены или сужены их внешние отверстия.

Fig. 3 Fig. 3

Таким образом, видно, что в схеме Гельмгольца сами камертоны производят тоны одинаковой интенсивности, а громкость варьируется за счет внешнего усиления; однако мне пришло в голову, что тех же результатов можно достичь гораздо более совершенным способом, заставив сами камертоны вибрировать с разной амплитудой. Поэтому я разработал аппарат, показанный на рис. 3, который стал моей первой моделью артикулирующего телефона. На этом рисунке используется арфа из стальных стержней, прикрепленных к полюсам постоянного магнита N. S. Когда любой из стержней приводится в вибрацию, в катушках электромагнита E возникает волнообразный ток, и электромагнит E´ притягивает стержни арфы H´ с переменной силой, заставляя вибрировать тот стержень, который находится в унисоне с вибрирующим стержнем на другом конце цепи. Более того, амплитуда вибрации одного стержня определяет амплитуду вибрации другого, поскольку интенсивность индуцированного тока определяется амплитудой индуцирующей вибрации, а амплитуда вибрации на приемном конце зависит от интенсивности притягивающих импульсов. Когда мы поем в фортепиано, некоторые струны инструмента начинают вибрировать симпатически под воздействием голоса с разной степенью амплитуды, и фортепиано издает звук, приближенный к произносимой гласной. Теория показывает, что если бы у фортепиано было гораздо больше струн на октаву, гласные звуки воспроизводились бы идеально. Моя идея работы аппарата, показанного на рис. 3, заключалась в следующем: произнести звук вблизи арфы H, и некоторые стержни начали бы вибрировать с разной амплитудой. На другом конце цепи соответствующие стержни арфы H вибрировали бы с надлежащим соотношением сил, и тембр [характерное качество] звука был бы воспроизведен. Расходы на создание такого аппарата, как показанный на рис. 3, удержали меня от попытки, и я стремился упростить конструкцию, прежде чем решиться на ее изготовление.

Fig. 4 Fig. 4

Я уже упоминал об изобретении моим отцом системы физиологических символов для обозначения действий органов речи, и Бостонский совет по образованию пригласил меня провести серию экспериментов с этой системой в Бостонской школе для глухонемых. Хорошо известно, что глухонемые являются немыми только потому, что они глухие, и что в их органах речи нет дефектов, препятствующих произношению. Поэтому возникла мысль, что система пиктографических символов моего отца, широко известная как «видимая речь», может стать средством, с помощью которого мы сможем научить глухонемых пользоваться органами речи и говорить. Большой успех этих экспериментов убедил меня в целесообразности разработки метода оптического отображения звуковых вибраций для использования в обучении глухонемых. Некоторое время я проводил эксперименты с манометрической капсулой Кёнига и фоноавтографом Леона Скотта. Научное оборудование Технологического института в Бостоне было свободно предоставлено в мое распоряжение для этих экспериментов, и так случилось, что в то время студент Технологического института, г-н Мори, изобрел усовершенствование фоноавтографа. Ему удалось заставить вибрировать с помощью голоса деревянный стилус длиной около фута, прикрепленный к мембране фоноавтографа, и таким образом он смог получить увеличенные трассировки на плоской поверхности закопченного стекла. С помощью этого аппарата мне удалось получить очень красивые трассировки вибраций воздуха для гласных звуков. Некоторые из этих трассировок показаны на рис. 4. Я был очень поражен этой усовершенствованной формой аппарата, и мне пришло в голову, что существует поразительное сходство между тем, как этот кусок дерева вибрировал под воздействием мембраны фоноавтографа, и тем, как слуховые косточки [ossicula] человеческого уха приводились в движение барабанной перепонкой. Поэтому я решил сконструировать фоноавтограф, еще более точно моделирующий механизм человеческого уха, и для этой цели обратился за помощью к выдающемуся бостонскому отоларингологу, доктору Кларенсу Дж. Блейку.

Fig. 5 Fig. 5

Он предложил использовать само человеческое ухо в качестве фоноавтографа, вместо того чтобы создавать его искусственную имитацию. Идея была новой и сразу меня заинтересовала, и я попросил своего друга подготовить для меня образец, что он и сделал. Аппарат в окончательном виде показан на рис. 5. Стремя [stapes, самая внутренняя из трех слуховых косточек] было удалено, а к концу наковальни [incus, средняя из трех слуховых косточек] был прикреплен заостренный кусочек сена длиной около дюйма.

Fig. 6 Fig. 6

После увлажнения барабанной перепонки [membrana tympani] и слуховых косточек смесью глицерина и воды была достигнута необходимая подвижность частей, и при пении во внешнее искусственное ухо кусочек сена начинал вибрировать, а трассировки получались на плоской поверхности закопченного стекла, быстро проходящего под ним. Во время этих экспериментов меня поразила значительная диспропорция в весе между мембраной и косточками, которые она приводила в движение. Мне пришло в голову, что если мембрана, тонкая как папиросная бумага, может управлять вибрацией костей, которые по сравнению с ней имеют огромный размер и вес, то почему бы более крупной и толстой мембране не быть способной заставить вибрировать кусок железа перед электромагнитом? В этом случае можно было бы отказаться от сложной системы стальных стержней, показанной в моей первой модели телефона (рис. 3), и поместить простой кусок железа, прикрепленный к мембране, на каждом конце телеграфной цепи.

Fig. 7 Fig. 7

На рис. 6 показан вид аппарата, который я тогда использовал для создания волнообразных электрических токов с целью многоканальной телеграфии. Стальной язычок A был прочно зажат одним концом на открытой ножке h электромагнита E, а свободный конец язычка выступал над закрытой ножкой. Когда язычок A приводился в вибрацию любым механическим способом, ток батареи превращался в волны, и электрические колебания проходили по цепи B E W E´, заставляя вибрировать соответствующий язычок A´ на другом конце цепи. Я немедленно приступил к проверке своей новой идеи на практике и для этой цели прикрепил язычок A (рис. 7) одним концом к открытому полюсу h магнита, а другой конец прикрепил к центру натянутой мембраны из золотой кожи [goldbeaters' skin] n. Я предполагал, что при разговоре вблизи мембраны n она начнет вибрировать и заставит стальной язычок A двигаться аналогичным образом, вызывая колебания в электрическом токе, которые будут соответствовать изменениям плотности воздуха во время воспроизведения звука; и я также полагал, что изменение плотности тока на приемном конце заставит находящийся там магнит притягивать язычок A´ таким образом, чтобы он копировал движение язычка A, в результате чего его движения вызвали бы звук из мембраны n´, сходный по тембру с тем, который вызвал первоначальную вибрацию.

Fig. 8 Fig. 8

Результаты, однако, были неудовлетворительными и обескураживающими. Мой друг, г-н Томас А. Уотсон, помогавший мне в этом первом эксперименте, заявил, что слышал слабый звук, исходящий из телефона на его конце цепи, но я не смог подтвердить его утверждение. После многих экспериментов, сопровождавшихся такими же лишь частично успешными результатами, я решил максимально уменьшить размер и вес пружины. Для этого я приклеил кусочек часовой пружины размером и формой с ноготь моего большого пальца к центру диафрагмы и установил аналогичный инструмент на другом конце (рис. 8); после этого мы смогли получить отчетливо слышимые эффекты. Я помню эксперимент, проведенный с этим телефоном, который в то время доставил мне огромное удовлетворение и радость. Один из телефонов был помещен в моей лекционной аудитории в Бостонском университете, а другой — в подвале соседнего здания. Один из моих студентов отправился к удаленному телефону, чтобы наблюдать за эффектами членораздельной речи, в то время как я произнес фразу: «Вы понимаете, что я говорю?» в телефон, установленный в лекционном зале. К моей радости, через сам инструмент был получен ответ, из стальной пружины, прикрепленной к мембране, донеслись членораздельные звуки, и я услышал фразу: «Да, я понимаю вас прекрасно». Однако ошибочно полагать, что артикуляция была хоть сколько-нибудь совершенной, и ожидание, несомненно, сыграло большую роль в моем распознавании фразы; тем не менее, артикуляция присутствовала, и я осознал тот факт, что нечеткость была полностью обусловлена несовершенством инструмента. Я не буду утомлять вас подробным описанием различных этапов, через которые прошел аппарат, а лишь скажу, что спустя некоторое время я создал форму инструмента, показанную на рис. 9, которая очень хорошо служила в качестве приемного телефона. В таком виде мое изобретение в 1876 году было представлено на Столетней выставке в Филадельфии. Телефон, показанный на рис. 8, использовался как передающий инструмент, а телефон на рис. 9 — как приемник, так что голосовая связь была установлена только в одном направлении...

Fig. 9 Fig. 9

Артикуляция, воспроизводимая инструментом, показанным на рис. 9, была удивительно четкой, но его большой недостаток заключался в том, что его нельзя было использовать в качестве передающего инструмента, и поэтому на каждой станции требовалось два телефона: один для передачи, а другой для приема устных сообщений.

Fig. 10 Fig. 10

Было решено изменить конструкцию телефона, показанного на рис. 8, и я стремился путем изменения размера и натяжения мембраны, диаметра и толщины стальной пружины, размера и мощности магнита, а также катушек изолированной проволоки вокруг их полюсов эмпирически обнаружить точный эффект каждого элемента комбинации и, таким образом, вывести более совершенную форму аппарата. Было обнаружено, что заметное увеличение громкости звуков достигается за счет сокращения длины катушек проволоки и увеличения железной диафрагмы, приклеенной к мембране. В последнем случае также улучшилась четкость артикуляции. Наконец, мембрана из золотой кожи была полностью отброшена, и вместо нее использовалась простая железная пластина, благодаря чему сразу была получена разборчивая артикуляция. Новая форма инструмента показана на рис. 10, и, как давно предполагалось, было доказано, что единственное назначение батареи — намагнитить железный сердечник, поскольку эффекты были одинаково слышны, когда батарея была исключена, а вместо железного сердечника магнита был подставлен стержень из намагниченной стали.

Fig. 11 Fig. 11

Моим первоначальным намерением, как показано на рис. 3, и я всегда утверждал, что окончательная форма телефона будет работать от постоянных магнитов вместо батарей, и многочисленные эксперименты проводились г-ном Уотсоном и мной в частном порядке с целью достижения этого эффекта.

В то время, когда инструменты были впервые представлены публике, результаты, полученные с помощью постоянных магнитов, были не столь впечатляющими, как при использовании гальванической батареи, поэтому мы сочли лучшим демонстрировать только последнюю форму инструмента.

Интерес, вызванный первыми опубликованными сообщениями о работе телефона, побудил многих людей исследовать этот предмет, и я не сомневаюсь, что множество экспериментаторов независимо обнаружили, что вместо гальванических батарей можно использовать постоянные магниты. Действительно, один джентльмен, профессор Долбир из колледжа Тафтса, не только утверждает, что изобрел магнитоэлектрический телефон, но, насколько я понимаю, обвиняет меня в том, что я получил эту идею от него через общего друга.

Еще более мощная форма аппарата была сконструирована с использованием мощного составного подковообразного магнита вместо прямого стержня, который использовался ранее (см. рис. 11). Действительно, звуки, производимые с помощью этого инструмента, были достаточно громкими, чтобы быть слабо слышимыми для большой аудитории, и в таком состоянии инструмент был продемонстрирован в Эссекском институте в Сейлеме, штат Массачусетс, 12 февраля 1877 года, когда короткая речь, прокричанная в аналогичный телефон в Бостоне за шестнадцать миль оттуда, была услышана аудиторией в Сейлеме. Тона голоса говорящего были отчетливо слышны аудитории из шестисот человек, но артикуляция была отчетливой только на расстоянии около шести футов. В том же случае отчет о лекции был передан устно из Сейлема в Бостон и опубликован в газетах на следующее утро.

От формы телефона, показанной на рис. 10, до нынешней формы инструмента (рис. 12) — всего один шаг. По сути, это устройство с рис. 10 в портативном исполнении, где магнит F. H. помещен внутрь ручки и предусмотрена более удобная форма мундштука...

Я всегда верил, что между отдельными частями телефона будет найдено определенное соотношение и что размер инструмента не имеет значения; но профессор Пирс первым продемонстрировал чрезвычайную малость магнитов, которые могут быть использованы. И здесь, чтобы показать параллельные линии, по которым мы работали, я могу упомянуть тот факт, что через два или три дня после того, как я сконструировал телефон портативной формы (рис. 12), содержащий магнит внутри ручки, доктор Чаннинг любезно прислал мне пару телефонов аналогичного образца, которые были изобретены экспериментаторами в Провиденсе. Удобная форма мундштука, показанная на рис. 12, принятая мною сейчас, была изобретена исключительно моим другом, профессором Пирсом. Я также должен выразить свою признательность моему другу и коллеге, г-ну Томасу А. Уотсону из Сейлема, штат Массачусетс, который в течение последних двух лет оказывал мне личную помощь в проведении моих исследований.

Проводя свои исследования, я всегда преследовал одну цель — практическое улучшение электрической телеграфии, но я наткнулся на многие факты, которые, не имея прямого отношения к предмету телеграфии, тем не менее могут представлять для вас интерес.

Например, я обнаружил, что музыкальный тон исходит от куска графита или ретортного угля, когда через него пропускается прерывистый электрический ток, и я наблюдал самые любопытные звуковые эффекты, возникающие при прохождении обратных прерывистых токов через человеческое тело. Прерыватель был включен в цепь с первичными проводами индукционной катушки, а тонкие провода были соединены с двумя латунными полосками. Одна из этих полосок плотно прижималась к уху, и из нее раздавался громкий звук всякий раз, когда другой рукой касались другой полоски. Затем латунные полоски держали по одной в каждой руке. Индуцированные токи вызывали мышечный тремор в пальцах. Приложив указательный палец к уху, я услышал громкий треск, казалось, исходящий от самого пальца. Присутствовавший друг приложил мой палец к своему уху, но ничего не услышал. Я попросил его самого подержать полоски. Тогда он отчетливо осознал шум (который я не мог воспринять), исходящий от его пальца. В этом случае часть индуцированного тока проходила через голову наблюдателя, когда он прикладывал ухо к собственному пальцу, и возможно, что звук был вызван вибрацией соприкасающихся поверхностей уха и пальца.

Когда два человека получают удар от катушки Румкорфа, сцепившись руками, причем каждый держится свободной рукой за один провод катушки, из сцепленных рук исходит звук. Эффект не проявляется, когда руки влажные. Когда один из них касается тела другого, из соприкасающихся частей доносится громкий звук. Когда рука одного прикладывается к руке другого, производимый шум можно услышать на расстоянии нескольких футов. Во всех этих случаях ощущается легкий удар до тех пор, пока сохраняется контакт. Введение листа бумаги между соприкасающимися частями не мешает возникновению звуков, но позволяет избежать неприятных последствий удара.

Fig. 12 Fig. 12

Когда прерывистый ток от катушки Румкорфа пропускается через руки, можно услышать музыкальную ноту, если плотно приложить ухо к руке испытуемого. Звук, по-видимому, исходит от мышц предплечья и бицепса. Г-н Элиша Грей также получал звуковые эффекты при прохождении электричества через человеческое тело.

Чрезвычайно громкая музыкальная нота вызывается искрой катушки Румкорфа, когда первичная цепь замыкается и размыкается с достаточной быстротой. Когда два прерывателя разной высоты тона одновременно заставляют замыкать и размыкать первичную цепь, из искры исходит двойной тон.

Любопытное открытие, которое может быть вам интересно, сделал профессор Блейк. Он сконструировал телефон, в котором вместо постоянного магнита использовался стержень из мягкого железа длиной около шести футов. Друг пропел непрерывный музыкальный тон в мундштук телефона, подобного тому, что показан на рис. 12, который был соединен с упомянутым выше инструментом из мягкого железа. Было обнаружено, что громкость звука, производимого в этом телефоне, варьируется в зависимости от направления, в котором удерживался железный стержень, и что максимальный эффект достигался, когда стержень находился в положении наклонения магнитной стрелки. Это любопытное открытие профессора Блейка было подтверждено мной.

Когда телефон включается в цепь телеграфной линии, обнаруживается, что он, по-видимому, издает звуки сам по себе. Часто возникают самые необычные шумы, причины которых в настоящее время очень неясны. Один класс звуков вызывается индуктивным влиянием соседних проводов и утечкой из них, при этом сигналы азбуки Морзе, проходящие по соседним проводам, слышны в телефоне, а другой класс можно проследить до земных токов на проводе, причем любопытная модификация этого звука выявляет наличие дефектных соединений в проводе.

Профессор Блейк сообщает мне, что он смог использовать железнодорожный путь для разговорных целей вместо телеграфного провода, и далее он заявляет, что когда к пути был подключен только один телефон, звуки работы Морзе были отчетливо слышны в телефоне, хотя ближайшие телеграфные провода находились на расстоянии не менее пятидесяти футов.

Профессор Пирс наблюдал самые необычные звуки, производимые телефоном, соединенным с телеграфным проводом во время северного сияния, и я только что услышал о любопытном явлении, недавно наблюдавшемся доктором Чаннингом. В городе Провиденс, штат Род-Айленд, есть надземный провод протяженностью около одной мили с телефоном на каждом конце. Однажды в одном из телефонов слабо слышались музыка и пение. Казалось, будто кто-то упражняется в вокальной музыке под аккомпанемент фортепиано. Естественным предположением было то, что эксперименты проводились с телефоном на другом конце цепи, но при наведении справок это оказалось не так. Поскольку внимание было привлечено к этому явлению, за инструментами велось наблюдение, и в последующем тот же факт наблюдался на обоих концах линии доктором Чаннингом и его друзьями. Было доказано, что звуки продолжались около двух часов и обычно начинались примерно в одно и то же время. Тщательное обследование линии не выявило ничего ненормального в ее состоянии, и я не могу дать вам никакого объяснения этого любопытного явления. Доктор Чаннинг, однако, направил письмо по этому поводу редактору одной из газет Провиденса, указав названия распознанных песен и полные подробности наблюдений в надежде, что огласка может привести к обнаружению исполнителя и тем самым дать решение этой загадки.

Мой друг, г-н Фредерик А. Гауэр, сообщил мне о любопытном наблюдении, сделанном им относительно слабого заземления, необходимого для создания цепи для телефона, и вместе мы провели серию экспериментов с довольно поразительными результатами. Мы взяли пару телефонов и изолированный провод длиной около 100 ярдов в сад и смогли вести разговор с величайшей легкостью, когда держали в руках то, что должно было быть проводом заземления, так что соединение с землей осуществлялось на обоих концах через наши тела, при этом наши ноги были обуты в хлопчатобумажные носки и кожаные ботинки. День был погожий, и трава, на которой мы стояли, казалась совершенно сухой. При стоянии на гравийной дорожке голосовые звуки, хотя и значительно ослабленные, были все еще вполне разборчивы, и тот же результат был при стоянии на кирпичной стене высотой в один фут, но никакого звука не было слышно, когда один из нас стоял на блоке тесаного камня.

Один эксперимент, который мы провели, настолько интересен, что я должен рассказать о нем подробно. Г-н Гауэр осуществил заземление на своем конце линии, стоя на лужайке, в то время как на другом конце линии я стоял на деревянной доске. Я попросил г-на Гауэра пропеть непрерывную музыкальную ноту, и к моему удивлению звук был очень отчетливо слышен из телефона в моей руке. Осмотрев свои ноги, я обнаружил, что одна травинка согнулась через край доски и что моя нога коснулась ее. Удаление этой травинки сопровождалось прекращением звука из телефона, и я обнаружил, что в тот момент, когда я касался носком ботинка травинки или лепестка маргаритки, звук снова становился слышимым.

Естественно возникает вопрос: через какую длину провода можно использовать телефон? В ответ на это я могу сказать, что максимальная величина сопротивления, через которое будет проходить волнообразный ток, сохраняя при этом достаточную силу для создания слышимого звука на удаленном конце, еще не определена; однако в лабораторных экспериментах не возникло никаких трудностей при разговоре через сопротивление в 60 000 Ом, что было максимумом, имевшимся в моем распоряжении. Однажды, не имея под рукой реостата [для создания сопротивления], я пропустил ток через тела шестнадцати человек, стоявших рука об руку. Самая большая длина реальной телеграфной линии, через которую я пытался разговаривать, составляла около 250 миль. В этом случае не возникло никаких трудностей, пока не работали параллельные линии. Воскресенье было выбрано как день, когда другие цепи, вероятно, будут бездействовать. Разговор велся между мной в Нью-Йорке и г-ном Томасом А. Уотсоном в Бостоне до начала работы на других проводах. Когда это произошло, голосовые звуки стали намного слабее, но все еще были слышны. Это действительно было похоже на разговор во время бури. Разговор, хотя и был возможен, велся с трудом из-за отвлекающего характера мешающих токов.

Мой друг г-н Прис сообщил мне, что разговор успешно велся через подводный кабель длиной шестьдесят миль, проходящий от Дартмута до острова Гернси, с помощью ручных телефонов.

ФОТОГРАФИРОВАНИЕ НЕВИДИМОГО: РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Top

Г. Дж. У. Дам

[С разрешения McClure's Magazine, апрель 1896 г., авторское право S. S. McClure, Limited.]

За всю историю научных открытий, пожалуй, никогда не было столь общего, быстрого и драматического эффекта, произведенного в научных центрах Европы, как тот, что последовал за последние четыре недели после объявления, сделанного Вюрцбургскому физико-медицинскому обществу на их декабрьском [1895 г.] заседании профессором Вильгельмом Конрадом Рентгеном, профессором физики Королевского университета в Вюрцбурге. Первая новость, достигшая Лондона, пришла телеграфом из Вены и гласила, что некий профессор Рентген, до того момента обладавший лишь местной известностью в упомянутом городе, открыл новый вид света, который проникает сквозь все и фотографирует через него. Эта новость была встречена с умеренным интересом, некоторым недоверием и большим скептицизмом; прошла неделя. Затем по почте и телеграфу ежедневно стали приходить ясные свидетельства того волнения, которое открытие вызывало во всей великой череде университетов между Веной и Берлином. Затем прибыл отчет самого Рентгена, настолько спокойный, деловой и по-настоящему научный по характеру, что он не оставил сомнений ни в истинности, ни в огромной важности предыдущих сообщений. Сегодня, через четыре недели после объявления, имя Рентгена, по-видимому, есть в каждой научной публикации, вышедшей на этой неделе в Европе; а отчеты о его экспериментах, об экспериментах других, следующих его методу, и о теориях относительно странной новой силы, которую он первым наблюдал, заполняют страницы каждого научного журнала, который попадает в руки. И прежде чем истечет необходимое время для публикации этой статьи в Америке, вполне вероятно, что лаборатории и лекционные залы Соединенных Штатов также дадут полное свидетельство этого заразительного возбуждения интереса к открытию, настолько странному, что его важность еще нельзя измерить, его полезность даже предсказать, а его окончательный эффект на давно устоявшиеся научные убеждения даже смутно предсказать.

Рентгеновские лучи — это определенные невидимые лучи, во многом напоминающие лучи света, которые высвобождаются при разряде электрического тока высокого напряжения через вакуумную трубку. Вакуумная трубка — это стеклянная трубка, из которой был откачан весь воздух до одной миллионной доли атмосферы после вставки платиновой проволоки в каждый конец трубки для соединения с двумя полюсами батареи или индукционной катушки. Когда разряд посылается через трубку, от анода — то есть проволоки, соединенной с положительным полюсом батареи, — исходят определенные полосы света, цвет которых варьируется в зависимости от цвета стекла. Но они незначительны по сравнению с ярким свечением, которое исходит от катода, или отрицательной проволоки. Это свечение вызывает яркую фосфоресценцию в стекле и многих веществах, и эти «катодные лучи», как их называют, наблюдались и изучались Герцем, а более глубоко — его ассистентом, профессором Ленардом, который в 1894 году сообщил, что катодные лучи могут проникать через тонкие пленки алюминия, дерева и других веществ и производить фотографические результаты за ними. Однако профессору Рентгену предстояло обнаружить, что во время разряда высвобождаются совсем другие лучи, которые сильно отличаются от тех, что описаны Ленардом как катодные лучи. Самое заметное различие между ними заключается в том, что рентгеновские лучи не отклоняются магнитом, что указывает на очень существенное различие, в то время как их дальность и проникающая способность несравненно выше. Фактически, все те качества, которые придали сенсационный характер открытию лучей Рентгена, в основном отсутствовали у лучей Ленарда, так что, хотя Рентген работал не в совершенно новой области, ему по общему согласию были свободно предоставлены все почести великого открытия.

Точно, какую именно силу открыл профессор Рентген, он не знает. Как будет видно ниже, он отказывается называть это новым видом света или новой формой электричества. Он дал этому название X-лучи. Другие называют их рентгеновскими лучами. Пока известны только их результаты, а не их сущность. В научной терминологии это обычно называют «новым способом движения», или, другими словами, новой силой. Является ли это на самом деле новой для науки силой или одной из известных сил, маскирующейся под странными условиями, — об этом уже спорят авторитетные ученые. Более одного выдающегося ученого уже сделали вид, что видят в этом ключ к великой тайне закона гравитации. Все, кто высказался в печати, признали с большей или меньшей откровенностью, что в свете открытия Рентгена наука должна немедленно пересмотреть, возможно, до революционной степени, давно принятые теории относительно явлений света и звука. То, что X-лучи по своему способу действия сочетают странное сходство как со звуковыми, так и со световыми вибрациями и призваны существенно повлиять, если не сильно изменить, наши взгляды на оба явления, уже несомненно; и за этим открывается путь в новую и неизвестную область физического знания, относительно которой уже ведутся оживленные спекуляции, а экспериментальные исследования уже ведутся в Лондоне, Париже, Берлине и, возможно, в большей или меньшей степени в каждой хорошо оборудованной физической лаборатории Европы.

Таков нынешний научный аспект открытия. Но, в отличие от большинства эпохальных результатов лабораторных исследований, это открытие в необычайной степени доступно для популярного и нетехнического воображения. Среди других видов материи, которые эти лучи проникают с легкостью, — человеческая плоть. То, что внезапно возникла новая фотография, способная фотографировать кости, а вскоре и органы человеческого тела; что был найден свет, способный проникать так, чтобы делать фотографическую запись, сквозь все, от кошелька или кармана до стен комнаты или дома, — это новость, которая не может не поразить каждого. То, что глаз врача или хирурга, долгое время сбитый с толку кожей и тщетно пытавшийся проникнуть в прискорбную темноту человеческого тела, теперь будет дополнен камерой, делающей все части человеческого тела в некотором роде такими же видимыми, как и внешние, кажется, безусловно, большим благом для человечества, чем даже листеровская антисептическая система хирургии; и ее преимущества неизбежно должны быть больше, чем те, что были дарованы Листером, какими бы великими они ни были. Уже за несколько недель, прошедших с момента объявления Рентгена, результаты хирургических операций по новой системе становятся объемными. В Берлине не только немедленно фотографируются новые переломы костей, но и сросшиеся переломы, чтобы изучить результаты недавней хирургической работы. В Вене фотографируют внедренные пули, вместо того чтобы зондировать и извлекать их с относительной легкостью. В Лондоне раненый матрос, полностью парализованный, чья травма была загадкой, был спасен благодаря фотографированию объекта, внедренного в позвоночник, который при извлечении оказался маленьким лезвием ножа. Операции при деформациях, до сих пор неясных, но теперь четко выявленных новой фотографией, уже становятся обычным явлением и сообщаются со всех сторон. Профессор Чермак из Граца сфотографировал живой череп, лишенный плоти и волос, и начал адаптацию новой фотографии к изучению мозга. Отношение новых лучей к лучам мысли оживленно обсуждается в так называемых неточных кругах и журналах; и вся та многочисленная группа исследователей оккультного, верующих в ясновидение, спиритизм, телепатию и родственные порядки предполагаемых явлений, уверена в нахождении в новой силе давно искомых фактов в доказательство своих претензий. Профессор Нойссер в Вене сфотографировал желчные камни в печени одного пациента (камень на негативе выглядит белоснежным), а у другого пациента — камень в мочевом пузыре. Его результаты пока побуждают его объявить, что все органы человеческого тела могут быть и вскоре будут сфотографированы. Ланнелонг из Парижа продемонстрировал Академии наук фотографии костей, показывающие наследственный туберкулез, который иначе не проявлялся. В Берлине уже сформировано общество из сорока человек для немедленного продолжения исследований как характера новой силы, так и ее физиологических возможностей. В ближайшие несколько недель эти странные объявления утроятся или учетверятся, давая лучшее свидетельство со всех сторон о великом будущем, которое ожидает рентгеновские лучи, и поразительном импульсе к всеобщему поиску знаний, который пришел в конце девятнадцатого века из скромной маленькой лаборатории на Плейхер-Ринг в Вюрцбурге.

Физический институт, особое владение профессора Рентгена, представляет собой скромное двухэтажное здание с подвалом, верхний этаж которого составляет его частную резиденцию, а остальная часть здания отдана под лекционные залы, лаборатории и сопутствующие им офисы. У двери меня встретил старый служитель идолопоклоннического толка, чья боль была очевидна, когда я спросил «профессора» Рентгена, и он мягко поправил меня: «Герр доктор Рентген». Поскольку, однако, было очевидно, что мы имеем в виду одного и того же человека, он провел меня по широкому, пустому коридору, тянущемуся вдоль всего здания, с классными досками и диаграммами на стенах. В конце он показал мне небольшую комнату справа. В ней находился большой письменный стол и маленький столик у окна, покрытый фотографиями, а на стенах стояли ряды полок, заваленных лабораторными и другими записями. Открытая дверь вела в несколько большую комнату, примерно двадцать на пятнадцать футов, и я обнаружил, что смотрю в лабораторию, которая была местом открытия — лабораторию, которая, хотя и скромная во всех отношениях, суждено стать исторической на века.

Вдоль дальней стороны, перед двумя окнами, которые были высокими и давали много света, шла широкая полка-стол. В центре стояла печь; слева — небольшой шкаф, на полках которого хранились мелкие предметы, которыми пользовался профессор. В левом углу стоял стол; а другой маленький столик — тот, на котором впервые были сфотографированы живые кости, — находился возле печи, а катушка Румкорфа — справа. Урок этой лаборатории был красноречив. По сравнению, например, с продуманным, дорогим и полным оборудованием, скажем, Лондонского университета или любого из великих американских университетов, она была пустой и непритязательной до крайности. Она безмолвно говорила о том, что в великом марше науки именно гений человека, а не совершенство приборов, прокладывает новые пути на великой территории неизвестного. Это также заставляло удивляться и пытаться представить великие вещи, которые будут сделаны с помощью продуманных приборов с рентгеновскими лучами — область, в которой Соединенные Штаты с их передовым гением в изобретательстве, очень возможно, если не вероятно, возьмут на себя лидерство, — когда сам первооткрыватель сделал так много с таким малым. Уже за несколько недель опытный лондонский оператор г-н А. А. К. Суинтон сократил необходимое время экспозиции для рентгеновских фотографий с пятнадцати минут до четырех. Однако он использовал масляную катушку Теслы, разряжаемую двенадцатью полугаллонными лейденскими банками с переменным током напряжением двадцать тысяч вольт. Здесь не было никаких масляных катушек, лейденских банок или специально продуманных и дорогих машин. Были только катушка Румкорфа, трубка Крукса (вакуумная) и сам человек.

Профессор Рентген вошел поспешно, как дружелюбный порыв ветра. Это высокий, стройный и худощавый человек, весь облик которого свидетельствует об энтузиазме и энергии. Он был одет в темно-синий костюм, а его длинные темные волосы стояли прямо от лба, как будто он был постоянно наэлектризован собственным энтузиазмом. Его голос полон и глубок, он говорит быстро, и в целом он кажется человеком, который, однажды напав на след тайны, которая его привлекла, будет преследовать ее с неустанной энергией. Его глаза добрые, быстрые и проницательные; и нет сомнений, что он гораздо больше предпочитает смотреть на трубку Крукса, чем видеть посетителя, так как посетители в настоящее время отнимают у него много ценного времени. Встреча, однако, была по договоренности, и его приветствие было сердечным и радушным. Помимо своего родного языка, он хорошо говорит по-французски и по-английски научно, что отличается от разговорного языка. Поскольку эти три языка были более или менее в арсенале его посетителя, разговор велся на международной или полиглотной основе, так сказать, меняясь по мере необходимости.

В ходе расспросов выяснилось, что профессор женат и ему пятьдесят лет, хотя в его глазах энтузиазм двадцатипятилетнего. Он родился недалеко от Цюриха, там же получил образование, завершил обучение и получил степень в Утрехте. В Вюрцбурге он около семи лет и до рассматриваемого открытия не делал открытий, которые считал бы очень важными. Эти подробности были даны под добродушный протест, так как он не понимал, почему его личность должна интересовать публику. Он отказывался восхищаться собой или своими результатами в какой-либо степени и смеялся над идеей быть знаменитым. Профессор слишком глубоко увлечен наукой, чтобы тратить время на размышления о себе. Его император чествовал, льстил и награждал его, и он был лояльно благодарен. Было очевидно, однако, что слава и аплодисменты мало привлекали его по сравнению с тайнами, все еще скрытыми в вакуумных трубках в другой комнате.

«Ну что ж», — сказал он, улыбаясь и с некоторым нетерпением, когда предварительные вопросы, которые его раздражали, были закончены, — «вы пришли посмотреть на невидимые лучи».

«Невидимое видимо?»

«Не для глаза; но его результаты — да. Проходите сюда».

BONES OF A HUMAN FOOT PHOTOGRAPHED THROUGH THE FLESH BONES OF A HUMAN FOOT PHOTOGRAPHED THROUGH THE FLESH
From a photograph by A. A. C. Swinton, Victoria Street, London. Exposure, fifty-five seconds

Он повел меня в другую упомянутую квадратную комнату и указал на индукционную катушку, с помощью которой проводились его исследования, — обычную катушку Румкорфа с искрой от четырех до шести дюймов, заряжаемую током в двадцать ампер. Два провода вели от катушки через открытую дверь в меньшую комнату справа. В этой комнате стоял маленький столик с трубкой Крукса, соединенной с катушкой. Самым поразительным объектом в комнате, однако, был огромный и таинственный жестяной ящик высотой около семи футов и четыре фута в квадрате. Он стоял вертикально, как огромный упаковочный ящик, его сторона находилась, возможно, в пяти дюймах от трубки Крукса.

Профессор объяснил тайну жестяного ящика, сказав, что это его собственное устройство для получения портативной темной комнаты. Когда он начал свои исследования, он использовал всю комнату, что было видно по тяжелым жалюзи и шторам, расположенным так, чтобы исключить проникновение любого мешающего света из окон. В стороне жестяного ящика, в точке, непосредственно прилегающей к трубке, находился круглый лист алюминия толщиной в один миллиметр и диаметром, возможно, восемнадцать дюймов, припаянный к окружающему олову. Чтобы изучать свои лучи, профессору нужно было только включить ток, войти в ящик, закрыть дверь и в полной темноте осматривать только тот свет или световые эффекты, которые он имел право считать своими, скрывая свой свет, по сути, не под библейским сосудом, а в более вместительном ящике.

«Заходите внутрь», — сказал он, открывая дверь, которая находилась на стороне ящика, наиболее удаленной от трубки. Я немедленно сделал это, не совсем уверенный, будет ли мой скелет сфотографирован для всеобщего обозрения или мои тайные мысли выставлены на свет на стеклянной пластине. «На полке вы найдете лист бариевой бумаги», — добавил он, а затем ушел к катушке. Дверь закрылась, и внутри ящика воцарилась черная тьма. Первое, что я нашел, был деревянный табурет, на который я решил сесть. Затем я нашел полку на стороне, прилегающей к трубке, а затем лист бумаги, подготовленный с платиноцианидом бария. Таким образом, мне показывали первое явление, которое привлекло внимание первооткрывателя и привело к его открытию, а именно — прохождение лучей, самих по себе совершенно невидимых, присутствие которых указывалось только эффектом, который они производили на куске сенсибилизированной фотографической бумаги.

Мгновение спустя черная тьма была прорезана быстрым щелкающим звуком тока высокого напряжения в действии, и я понял, что трубка снаружи светится. Я держал лист вертикально на полке, возможно, в четырех дюймах от пластины. Однако никаких изменений не произошло, и ничего не было видно.

«Вы что-нибудь видите?» — позвал он.

«Нет».

«Напряжение недостаточно высокое»; и он приступил к увеличению давления, управляя аппаратом ртути в длинных вертикальных трубках, автоматически приводимых в действие рычагом с грузом, который стоял возле катушки. Через несколько мгновений звук разряда снова начался, и тогда я впервые познакомился с рентгеновскими лучами.

Как только ток прошел, бумага начала светиться. Желтовато-зеленый свет распространился по всей ее поверхности облаками, волнами и вспышками. Желто-зеленая люминесценция, тем более странная и сильная в темноте, дрожала, колыхалась и плыла над бумагой в ритме щелчков разряда. Сквозь металлическую пластину, бумагу, меня самого и жестяной ящик летели невидимые лучи с эффектом странным, интересным и жутким. Металлическая пластина, казалось, не оказывала заметного сопротивления летящей силе, и свет был таким же богатым и полным, как если бы между бумагой и трубкой ничего не было.

«Поднимите книгу», — сказал профессор.

Я нащупал на полке в темноте тяжелую книгу толщиной в два дюйма и приложил ее к пластине. Это ничего не изменило. Лучи пролетели сквозь металл и книгу, как будто ни того, ни другого там не было, и волны света, катящиеся облаками по бумаге, не показали никаких изменений в яркости. Это была ясная, материальная иллюстрация того, с какой легкостью проникают бумага и дерево. А затем я положил книгу и бумагу и подставил глаза под лучи. Все было черно, и я ничего не видел и не чувствовал. Разряд был в полной силе, и лучи летели сквозь мою голову и, насколько я знал, сквозь сторону ящика позади меня. Но они были невидимы и неосязаемы. Они не давали никакого ощущения вообще. Чем бы ни были эти таинственные лучи, их нельзя увидеть, и судить о них можно только по их делам.

Мне не хотелось покидать этот исторический жестяной ящик, но время поджимало. Я поблагодарил профессора, который был счастлив в реальности своего открытия и музыке своих искр. Затем я сказал: «Где вы впервые сфотографировали живые кости?»

«Здесь», — сказал он, ведя в комнату, где стояла катушка. Он указал на стол, на котором стоял другой — последний, маленький деревянный на коротких ножках, больше похожий по форме и размеру на деревянное сиденье. Он был два фута в квадрате и выкрашен в угольно-черный цвет. Я осмотрел его с интересом. Я бы купил его, ибо маленький столик, на котором свет впервые был пропущен сквозь человеческое тело, когда-нибудь станет великой исторической диковинкой; но он не продавался. Фотография его была бы утешением, но по ряным причинам ее в настоящее время получить было нельзя. Однако исторический стол был там и был должным образом осмотрен.

«Как вы сделали первую фотографию руки?» — спросил я.

Профессор подошел к полке у окна, где лежало несколько подготовленных стеклянных пластин, плотно завернутых в черную бумагу. Он положил трубку Крукса под стол, в нескольких дюймах от нижней стороны его столешницы. Затем он положил руку плашмя на верхнюю часть стола и свободно положил стеклянную пластину на свою руку.

«Вам следовало бы заказать свой портрет в этой позе», — предложил я.

«Нет, это чепуха», — сказал он, улыбаясь.

«Или сфотографироваться». Это предложение было сделано с глубоко скрытой целью.

Лучи из глаз Рентгена мгновенно пронзили глубоко скрытую цель. «О, нет», — сказал он; «я не могу позволить вам делать мои снимки. Я слишком занят». Очевидно, профессор был слишком скромен, чтобы удовлетворить желания любопытного мира.

— Ну что же, профессор, — сказал я, — не расскажете ли вы мне историю этого открытия?

— Истории нет, — ответил он. — Я уже давно интересовался проблемой катодных лучей в вакуумной трубке, которую изучали Герц и Ленард. Я с большим интересом следил за их исследованиями и исследованиями других ученых и решил, как только появится время, провести собственные изыскания. Такое время у меня нашлось в конце октября прошлого года. Я работал уже несколько дней, когда открыл нечто новое.

— Какого числа?

— Восьмого ноября.

— И в чем же заключается открытие?

— Я работал с трубкой Крукса, закрытой экраном из черного картона. На столе лежал листок бумаги, покрытый платиноцианидом бария. Я пропускал ток через трубку и заметил на бумаге странную черную линию.

— И что же это значит?

— Этот эффект, говоря обычным языком, мог быть вызван только прохождением света. Но свет не мог исходить из трубки, поскольку экран, закрывавший ее, был непроницаем для любого известного света, даже для света электрической дуги.

— И что вы подумали?

— Я не думал, я исследовал. Я предположил, что эффект должен исходить из трубки, поскольку его характер указывал на то, что он не может исходить ниоткуда больше. Я проверил это. Через несколько минут сомнений не осталось. Из трубки исходили лучи, которые оказывали люминесцентное воздействие на бумагу. Я успешно повторил опыт на все больших расстояниях, даже на двух метрах. Сначала это показалось новым видом невидимого света. Это было явно что-то новое, нечто ранее не зафиксированное.

— Это свет?

— Нет.

— Это электричество?

— Ни в какой известной форме.

— Что же это такое?

— Я не знаю.

Так первооткрыватель рентгеновских лучей столь же спокойно заявил о своем неведении относительно их сущности, как и все остальные, кто писал об этом явлении до сих пор.

«Открыв существование нового вида лучей, я, конечно, начал исследовать, на что они способны». Он взял серию фотографий кабинетного формата. «Вскоре из опытов стало ясно, что лучи обладают проникающей способностью доселе неизвестной степени. Они с легкостью проникали сквозь бумагу, дерево и ткань; и толщина вещества в разумных пределах не имела заметного значения». Он показал фотографии коробки с лабораторными гирьками из платины, алюминия и латуни; они сами и латунные петли были сфотографированы внутри закрытой коробки, без каких-либо признаков самой коробки. Также была фотография катушки тонкой проволоки, намотанной на деревянную катушку, где проволока была сфотографирована, а дерево — нет. «Лучи, — продолжил он, — проходили через все испытанные металлы с легкостью, варьирующейся, грубо говоря, в зависимости от плотности металла. Эти явления я тщательно обсудил в своем отчете для Вюрцбургского общества, и вы найдете там все технические результаты». Он показал фотографию небольшого листа цинка. Он состоял из пластинок, спаянных сбоку припоями с различным содержанием металлов. Различающиеся линии тени, вызванные различием в припоях, были наглядным доказательством того, что найден новый способ обнаружения дефектов и химических различий в металлах. Фотография компаса показала стрелку и циферблат, снятые через закрытую латунную крышку. Деления циферблата были нанесены красной металлической краской, поэтому они препятствовали лучам и были воспроизведены. «Поскольку лучи обладали такой большой проникающей способностью, казалось естественным, что они должны проникать сквозь плоть, что и подтвердилось при фотографировании руки, как я вам показывал».

Подробное обсуждение характеристик своих лучей профессор счел невыгодным и ненужным. Однако он полагает, что эти таинственные излучения не являются светом, поскольку их поведение существенно отличается от поведения световых лучей, даже тех, которые сами по себе невидимы. Рентгеновские лучи нельзя отразить отражающими поверхностями, сконцентрировать линзами, преломить или подвергнуть дифракции. Они вызывают фотографическое действие на чувствительной пленке, но их действие пока слабое, и в этом заключается первая важная область их развития. Экспозиции профессора были сравнительно долгими — в среднем пятнадцать минут для легко проницаемых сред и полчаса или более при фотографировании костей кисти. Что касается вакуумных трубок, он сказал, что предпочитает трубку Гитторфа, поскольку в ней самый совершенный вакуум, а наивысшая степень откачки воздуха является наиболее желаемым результатом. Отвечая на вопрос «Что ждет нас в будущем?», он сказал:

— Я не пророк и противник пророчеств. Я продолжаю свои исследования и, как только мои результаты будут проверены, я сделаю их достоянием гласности.

— Как вы думаете, можно ли модифицировать лучи так, чтобы фотографировать органы человеческого тела?

В ответ он взял фотографию коробки с гирьками. «Вот уже и модификации, — сказал он, указывая на различные степени тени, создаваемые алюминиевыми, платиновыми и латунными гирьками, латунными петлями и даже металлическими штампованными буквами на крышке коробки, которые были едва заметны».

— Но профессор Нойссер уже объявил, что фотографирование различных органов возможно.

— Поживем — увидим, — сказал он. — Начало положено; развитие придет со временем.

— Вы знаете об аппарате для введения электрического света в желудок?

— Да.

— Как вы думаете, станет ли этот электрический свет вакуумной трубкой для фотографирования из желудка любой части брюшной или грудной полости?

Идея проглотить трубку Крукса и послать высокочастотный ток в собственный желудок показалась ему чрезвычайно забавной. «Когда я это сделаю, я вам скажу», — сказал он, улыбаясь, твердо намереваясь опираться только на результаты.

«Нужно многое сделать, а я занят, очень занят», — сказал он в заключение. Он протянул руку на прощание, его глаза уже блуждали в сторону работы во внутренней комнате. И посетитель поспешно оставил его; слова «я занят», сказанные со всей искренностью, казалось, описывали одной фразой сущность его характера и девиз этого весьма необычного человека.

Возвращаясь через Берлин, я навестил господина Шписа из «Урании», чьи фотографии, сделанные по методу Рентгена, были первыми обнародованными и на сегодняшний день — лучшими из виденных. Говоря об открытии, он сказал:

— Как только стала очевидна проницаемость плоти, я применил его для фотографирования руки человека. Что-то в ней причиняло ему боль годами, и фотография сразу же выявила небольшой инородный предмет, как вы можете видеть; — и он показал копию соответствующей фотографии. — Это пятнышко — маленький кусочек стекла, который был немедленно извлечен и который, по всей вероятности, в противном случае оставался бы в руке человека до конца его дней. Все это указывает на то, что игла, которая столько лет путешествовала в телах стольких людей, будет побеждена камерой.

— Моя следующая цель — сфотографировать кости всей ноги, — продолжил господин Шпис. — Я не предвижу трудностей, хотя это требует некоторого размышления при манипуляциях.

Видно, что рентгеновские лучи и их удивительные практические возможности все еще находятся в зачаточном состоянии. Первое успешное изменение действия лучей, благодаря которому можно будет фотографировать органы тела с различной плотностью, позволит включить в сферу фотографии все такие болезненные новообразования, как опухоли и рак, не говоря уже о жизненно важных органах, которые могут быть аномально развиты или дегенерировать. Мало воображения нужно, чтобы понять, как много это значит для медицинской и хирургической практики. Диагностика, долгое время бывшая мучительно неопределенной наукой, получила неожиданного и замечательного помощника; и насколько сильно мир выиграет от этого, сколько боли будет предотвращено, может определить только будущее. В науке открылась новая дверь там, где, как считалось, ее не существовало, и появился боковой свет на явления, результаты которых могут оказаться столь же проникающими и поразительными, как и сами рентгеновские лучи. Самая приятная черта открытия — это возможность, которую оно дает другим рукам помочь; и работа этих рук добавит много новых слов в словари, много новых фактов в науку и в грядущие годы заполнит гораздо больше томов, чем абзацев в этом кратком и несовершенном отчете.

БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕГРАФ

Top

Джордж Айлс

[Из книги «Пламя, электричество и камера», авторское право Doubleday, Page & Co., Нью-Йорк.]

В ряде экспериментов, достаточно интересных, но лишенных практической пользы, вода канала, реки или залива часто служила проводником для телеграфа. Среди электриков, которые таким образом поставили воду на службу, был профессор Морзе. В 1842 году он передал несколько сигналов через канал от Касл-Гарден, Нью-Йорк, до Губернаторского острова, на расстояние в милю. С гораздо лучшими результатами он передавал сообщения позже в том же году с одной стороны канала в Вашингтоне на другую, на расстояние восемьдесят футов, используя большие медные пластины на каждом терминале. Огромный ток, необходимый для преодоления сопротивления воды, препятствовал практическому применению этого метода.

Поэтому мы переходим к электрической связи, осуществляемой посредством индукции — влияния, которое один проводник оказывает на другой через промежуточный изолятор. С самого начала нам следует помнить, что магнитные явления, которые так тесно связаны с электрическими, всегда являются индуктивными. Чтобы наблюдать обычный пример магнитной индукции, нам достаточно переместить подковообразный магнит вблизи стрелки компаса, которая мгновенно закачается, словно сдуваемая туда-сюда резким порывом ветра. Это действие происходит, если между стрелкой и ее возмутителем поместить грифельную доску, оконное стекло или дранку. Не существует известного изолятора для магнетизма, и индукция такого рода ощутимо проявляется на многие ярды, когда большие массы железа поляризованы, так что нарушение работы компасов в море из-за перемещения железных предметов на борту судна или из-за залегания железных руд под морским побережьем является постоянной опасностью для мореплавателя.

Электрические проводники ведут себя почти как магнитные массы. Ток, передаваемый проводником, индуцирует противоток во всех окружающих телах, причем в степени, пропорциональной их проводимости. Этот эффект, конечно, наиболее силен на ближайших телах, и мы уже отмечали его серьезное замедляющее действие в океанской телеграфии. Когда исходный ток имеет высокую интенсивность, он может индуцировать заметный ток в другом проводе на расстоянии нескольких миль. В 1842 году Генри отметил, что электрические волны обладают этим качеством, но в те ранние дни электрической интерпретации полное значение этого факта ускользнуло от него. В верхней комнате своего дома он произвел искру длиной в дюйм, которая индуцировала токи в проводах, натянутых в его подвале, через два толстых перекрытия и две комнаты, которые находились между ними. Индукция такого рода вызывает раздражение, знакомое в одиночных телефонных цепях, когда приходится подслушивать других абонентов, чьи провода часто находятся далеко от наших собственных.

Первое практическое использование индуцированных токов в телеграфии произошло, когда мистер Эдисон в 1885 году позволил поездам на линии железной дороги Статен-Айленд поддерживать постоянную связь с телеграфным проводом, подвешенным обычным способом вдоль пути. Крыша вагона была из изолированного металла, и каждый удар ключа оператора внутри стен электризовал крышу ровно настолько, чтобы индуцировать короткий импульс через телеграфную цепь. При отправке сообщения в вагон этот провод момент за моментом электризовался, вызывая отклик сначала в крыше вагона, а затем в «звуковом аппарате» под ней. Этот замечательный аппарат, впоследствии использовавшийся на железной дороге Лихай-Вэлли, был снят с эксплуатации из-за отсутствия коммерческой поддержки, хотя, казалось бы, было бы выгодно поддерживать такую службу не только по коммерческим соображениям. В случае случайных препятствий на пути или другой опасности возможность связаться в любой момент с поездом, пока он мчится, могла бы означать безопасность вместо катастрофы. Главная статья расходов в этой системе — большие затраты на специальный телеграфный провод.

Следующим электриком, применившим индуцированные токи в телеграфии, был мистер (ныне сэр) Уильям Г. Прис, инженер, возглавлявший тогда британскую телеграфную систему. Приведем один пример его работы. В 1896 году был проложен кабель между Лаверноком, недалеко от Кардиффа, в Бристольском канале, и Флэт-Холмом, островом в трех с третью милях от него. Поскольку канал в этом месте является оживленным маршрутом и местом якорной стоянки, кабель рвался снова и снова. В качестве замены ему мистер Прис в 1898 году натянул провода вдоль противоположных берегов и обнаружил, что электрический импульс, посланный через один провод, мгновенно становился слышимым в телефоне, подключенном к другому. Казалось бы, в этой эфирной форме телеграфии две противоположные линии проводов должны быть каждая такой же длины, как расстояние, которое их разделяет; следовательно, для связи через Английский канал от Дувра до Кале потребовалась бы линия вдоль каждого побережья длиной не менее двадцати миль. Там, где такие линии существуют для обычной телеграфии, они могли бы легко подойти для системы сигнализации Приса в случае разрыва подводного кабеля.

Маркони, приняв электростатические волны вместо электромагнитных, добился поразительных результатов. Отметим главных его предшественников, поскольку они подготовили для него путь. В 1864 году Максвелл заметил, что электричество и свет имеют одинаковую скорость, 186 400 миль в секунду, и сформулировал теорию о том, что электричество распространяется волнами, которые отличаются от световых только тем, что они длиннее. Это было доказано Герцем, который в 1888 году показал, что там, где в открытой цепи возникают переменные токи очень высокой частоты, энергия может быть передана полностью из цепи в окружающее пространство в виде электрических волн. Его детектором был почти замкнутый круг из проволоки, концы которого были припаяны к металлическим шарикам, почти соприкасающимся. С помощью этого простого аппарата он продемонстрировал, что электрические волны движутся со скоростью света и что они могут отражаться и преломляться точно так же, как если бы они образовывали видимый луч. При определенной интенсивности напряжения воздушная изоляция нарушалась, и воздух становился проводником. Это явление перехода довольно внезапно из непроводящего состояния в проводящее, как мы увидим, также следует отметить, когда воздух или другие газы подвергаются воздействию рентгеновских лучей.

Теперь об эффекте электрических волн, подобных тем, что производил Герц, когда они падают на вещества, измельченные в порошок или опилки. Проводники, такие как металлы, неоценимы для электрика; не менее ценны непроводники, такие как стекло и гуттаперча, поскольку они строго ограничивают электрический поток. Третья и замечательная перспектива открывается для эксперимента, когда он имеет дело с веществами, которые в своем нормальном состоянии являются непроводящими, но которые, будучи взволнованными электрической волной, мгновенно становятся проводящими в высокой степени. Еще в 1866 году мистер С. А. Варли заметил, что черный свинец, измельченный в рыхлую пыль, эффективно перехватывал ток от пятидесяти элементов Даниэля, хотя полюса батареи находились очень близко друг к другу. Когда он увеличил электрическое напряжение в четыре-шесть раз, частицы черного свинца мгновенно уплотнялись, образуя мостик отличной проводимости. На этом принципе он изобрел молниезащиту для электрических приборов, при которой входящая вспышка заставляла крошечную кучку угольной пыли обеспечить ей путь, по которому она могла безопасно пройти в землю. Профессор Темистокле Кальзекки Онести из Фермо в 1885 году в независимой серии исследований обнаружил, что масса порошкообразной меди является непроводником, пока на нее не воздействует электрическая волна; тогда в одно мгновение масса превращается в проводник, почти такой же эффективный, как если бы это был толстый, неразрывный провод. Профессор Эдуард Бранли из Парижа в 1891 году на этом принципе разработал когерер, который переходил от сопротивления к проводимости при воздействии электрического импульса издалека. Он повысил ценность своего устройства жизненно важным открытием, что проводимость, приданная опилкам электрическими разрядами, может быть разрушена простым встряхиванием или постукиванием, чтобы разъединить их.

В обыденном смысле принцип когерера часто иллюстрируется в обычной телеграфной практике. Оператор замечает, что его инструмент работает плохо, и подозревает, что в какой-то точке его цепи есть дефектный контакт. Немного грязи, или оксида, или сырости попало между двумя металлическими поверхностями; конечно, они все еще касаются друг друга, но не так прочно и совершенно, как требуется для его работы. Соответственно, он посылает мощный ток резко в линию, который тщательно очищает путь, сметает грязь, оксид или влагу, и цепь снова становится такой, какой должна быть. По всей вероятности, на когерер воздействуют таким же образом. Среди физиков, изучавших его в первоначальном виде, был доктор Оливер Дж. Лодж. Он улучшил его настолько, что в 1894 году в Королевском институте в Лондоне смог показать его как электрический глаз, который регистрировал воздействие невидимых лучей на расстоянии более сорока ярдов. Он осмелился сказать, что это расстояние может быть увеличено до полумили.

Еще в 1879 году профессор Д. Э. Хьюз начал серию экспериментов по беспроводной телеграфии, во многом по тем же линиям, которые в других руках достигли теперь коммерческого, а также научного успеха. Профессор Хьюз был изобретателем микрофона, и этот инструмент, заявил он, предоставляет непревзойденное средство приема беспроводных сообщений, поскольку не требует постукивания для восстановления своей непроводящей способности. В своих исследованиях этот ученый был убежден, что его сигналы распространяются не электромагнитной индукцией, а воздушными электрическими волнами, распространяющимися от электрической искры. В начале 1880 года он показал свой аппарат профессору Стоксу, который внимательно наблюдал за его работой. Его вердикт заключался в том, что он не видит ничего, что нельзя было бы объяснить известными электромагнитными эффектами. Это ошибочное суждение настолько обескуражило профессора Хьюза, что он перестал продолжать свои эксперименты, и таким образом, по всей вероятности, рождение беспроводного телеграфа было задержано на несколько лет. [3]

Fig. 71.—Marconi coherer, enlarged view Fig. 71.—Marconi coherer, enlarged view

Когерер, усовершенствованный Маркони, представляет собой стеклянную трубку длиной около полутора дюймов и внутренним диаметром около одной двенадцатой дюйма. Электроды вставлены в эту трубку так, чтобы почти касаться; между ними около одной тридцатой дюйма, заполненной щепоткой чувствительной смеси, которая составляет основу всего устройства. Эта смесь состоит из 90 процентов никелевых опилок, 10 процентов твердых серебряных опилок и лишь следов ртути; из трубки откачан воздух до одной десятитысячной части (Рис. 71). Как эта крошечная частица металлической пыли умудряется громко издавать свои сигналы через телеграфный звуковой аппарат или с силой вдавливать их на движущуюся полоску бумаги? Не напрямую, а косвенно, как самое последнее уточнение инициации. Давайте представим обычную телеграфную батарею, достаточно сильную, чтобы громко выстукивать сообщение. Будь она хоть сколько сильна, она остается безмолвной, пока ее цепь не замкнута, и для этого замыкания достаточно малейшего прикосновения. Теперь нить пыли в когерере составляет часть такой телеграфной цепи: как рыхлая пыль она является эффективным барьером и препятствием, под влиянием электрических волн издалека она мгновенно превращается в когерентное металлическое звено, которое сразу замыкает цепь и доставляет сообщение.

Электрический импульс, почти слишком слабый для вычисления, здесь способен произвести такое изменение в щепотке пыли, что она становится свободным проспектом вместо баррикады. Через этот проспект мощный удар от местного запаса энергии становится слышимым и ощутимым. Никакое устройство триггерного класса не сравнится с этим по чувствительности. Через мгновение после того, как сигнал прошел через когерер, маленький молоточек ударяет по крошечной трубке, встряхивая ее частицы, так что они возвращаются в свое нормальное состояние высокого сопротивления. Мы можем быть удивлены чувствительностью металлических опилок к электрической волне, возникшей за много миль, но давайте вспомним, как ясно глаз может видеть яркую лампу на том же расстоянии, когда она излучает сестринский луч. До сих пор не было обнаружено ни одного вещества с механической отзывчивостью на столь слабый луч света; в мире природы и искусства когерер стоит особняком. Электрические волны, используемые Маркони, имеют длину около четырех футов или частоту около 250 000 000 в секунду. Такие колебания легко проходят сквозь кирпичные или каменные стены, сквозь обычные крыши и полы — действительно, сквозь все вещества, которые являются непроводящими для электрических волн обычной длины. Если бы энергия передающего инструмента Маркони была применена к дуговой лампе, она создала бы луч в тысячу свечей. Таким образом, у нас есть средство сравнения чувствительности сетчатки к свету с отзывчивостью когерера Маркони к электрическим волнам после того, как оба излучения совершили путешествие в несколько миль.

Важной особенностью этого метода эфирной телеграфии, принадлежащей самому Маркони, является подвешивание перпендикулярного провода на каждом терминале, его длина двадцать футов для станций на расстоянии мили, сорок футов для четырех миль и так далее, телеграфное расстояние увеличивается как квадрат длины подвешенного провода. На регате в Кингстауне, июль 1898 года, Маркони отправил с яхты под полным паром отчет на берег без потери ни мгновения от старта до финиша. Этот подвиг был повторен во время затянувшегося состязания между яхтами «Колумбия» и «Шемрок» в Нью-Йоркской бухте, октябрь 1899 года. 28 марта 1899 года сигналы Маркони установили связь Вимере, в двух милях к северу от Булони, с маяком Саут-Форленд, в тридцати двух милях от него. [4] В августе 1899 года, во время маневров британского флота, подобные сообщения были отправлены на расстояние до восьмидесяти миль. Было ясно продемонстрировано, что в руки военно-морского командира была передана новая сила. «Прикосновения к кнопке на флагмане теперь достаточно, чтобы инициировать любую тактическую эволюцию во флоте и обеспечить почти автоматическую точность в результирующих движениях кораблей. Мигающий фонарь заменен ночью, флаги и семафор днем, или, если они сохранены, то для услуг чисто вспомогательных. Отвратительные и сбивающие с толку вопли паровой сирены больше не нужно слышать в тумане, а ненадежная система сигналов пушками скоро станет делом прошлого». Интерес военно-морского и военного стратега к аппарату Маркони выходит далеко за рамки передачи разведданных. Любой электрический прибор может быть приведен в действие той же волной, которая приводит в действие телеграфный звуковой аппарат. Предохранитель может быть воспламенен, или двигатель запущен и направлен аппаратом, соединенным с когерером, несмотря на всю его миниатюрность. Мистер Уолтер Джеймисон и мистер Джон Троттер разработали средства для управления торпедами с помощью эфирных волн, таких как те, что используются в беспроводном телеграфе. Два стержня, выступающие над поверхностью воды, принимают волны и находятся в цепи с когерером и реле. По воле удаленного оператора полая проволочная катушка, несущая ток, втягивает железный сердечник вправо или влево, перемещая руль соответственно.

Когда новости об успехе телеграфа Маркони дошли до Лондонской фондовой биржи, произошло падение акций кабельных компаний. Страх соперничества со стороны нового изобретения был беспочвенным. Поскольку система Маркони позволяет передавать лишь пятнадцать слов в минуту, она очевидно не конкурирует с кабелем, таким как тот, что между Францией и Англией, который может передавать 2500 слов в минуту без труда. Телеграф Маркони приходит меньше как конкурент старым системам, чем как способ связи, который создает свою собственную область. Мы видели, чего он может достичь на войне, намного превосходя любой подвиг, возможный для других аппаратов, акустических, световых или электрических. Столь же поразительно он прокладывает новые пути в сфере торговли и бизнеса. Он позволяет маякам постоянно произносить свои названия, так что приемники на борту судна могут давать рулевым их координаты даже в шторм и туман. В условиях переполненности пароходных «полос», пересекающих Атлантику, человеку у руля обеспечивается бесценная защита от столкновений. 15 ноября 1899 года Маркони телеграфировал с американского лайнера «Сент-Пол» на Нидлс, за шестьдесят шесть морских миль. 11 и 12 декабря 1901 года он получил беспроводные сигналы недалеко от Сент-Джонса, Ньюфаундленд, отправленные из Полду, Корнуолл, Англия, то есть с расстояния 1800 миль — подвиг, который поразил мир. Во многих случаях телеграфный бизнес на острове слишком мал, чтобы оправдать прокладку кабеля; поэтому мы видим, что Тринидад и Тобаго должны быть соединены беспроводной системой, как и пять островов Гавайской группы, на расстоянии от восьми до шестидесяти одной мили друг от друга.

Слабым местом первого аппарата Маркони было то, что любой человек в рабочем радиусе передающего инструмента мог прочитать его сообщения. Чтобы смягчить это возражение, иногда использовались секретные коды, как в коммерции и дипломатии. Полное избавление от этой трудности обещается при настройке передатчика и приемника на одну и ту же ноту, так что один приемник, и никакой другой, будет реагировать на определенную частоту импульсов. Эксперименты, которые указывают на успех в этой жизненно важной детали, проводились профессором Лоджем.

Fig. 73—Discontinuous electric waves Fig. 73—Discontinuous electric waves

Fig. 74—Wehnelt interrupter Fig. 74—Wehnelt interrupter

Когда электрики двадцать лет назад доверяли энергию проводу и таким образом позволяли ей обогнуть угол, они чувствовали, что сделали хорошо. Волны Герца, отправленные Маркони, не просят провода, так как они находят свой путь не вокруг угла, а сквозь угол. 1 мая 1899 года группа французских офицеров на борту «Ибиса» в Сангатте, недалеко от Кале, говорила с Вимере с помощью аппарата Маркони, при этом мыс Гри-Не, высокий мыс, находился между ними. В выяснении того, насколько земля и море могут препятствовать волнам Герца, есть широкое и плодотворное поле для исследований. «Может быть, — говорит профессор Джон Троубридж, — что такие длинные электрические волны катятся вокруг поверхности таких препятствий очень похоже на то, как это делали бы волны звука и воды».

Удивительно, как открытия иногда приходят одновременно, чтобы оказать взаимную помощь или удовлетворить насущную потребность почти сразу, как только она ощущается. Когерер в его нынешнем виде приводится в действие волнами сравнительно низкой частоты, которые поднимаются от нуля до полной высоты в чрезвычайно короткие периоды и разделены периодами определенно более длинными (Рис. 73). Что нужно, так это план, по которому волны могут течь либо непрерывно, либо так близко друг к другу, что они могут поддаваться настройке. Доктор Венльт, благодаря необычайному открытию, может, по всей вероятности, предоставить недостающее устройство в виде своего прерывателя, который разрывает электрическую цепь до двух тысяч раз в секунду. Средства для этого удивительного исполнения — сама простота (Рис. 74). Банка, а, содержащая раствор серной кислоты, имеет два электрода, погруженных в нее; один из них — свинцовая пластина большой поверхности, b; другой — маленькая платиновая проволока, которая выступает из стеклянной трубки, d. Ток, проходящий через ячейку между двумя металлами в с, прерывается, в обычных случаях пятьсот раз в секунду, а в крайних случаях в четыре раза чаще, пузырьками газа, выделяемыми из проволоки мгновение за мгновением.

СНОСКИ:

[3] «История беспроводного телеграфа», Дж. Дж. Фэхи. Эдинбург и Лондон, Уильям Блэквуд и сыновья; Нью-Йорк, Додд, Мид и Ко., 1899. Эта работа полна интересных деталей, хорошо иллюстрирована.

[4] Ценность беспроводной телеграфии в отношении катастроф на море была доказана удивительным образом вчера утром. В то время как канал был окутан густым туманом, который длился большую часть ночи, плавучий маяк «Ист-Гудвин» чудом избежал затопления на своих швартовах, будучи протараненным пароходом «Р. Ф. Мэтьюз», 1964 тонны валовой вместимости, из Лондона, направлявшимся из Темзы. Плавучий маяк «Ист-Гудвин» — одно из четырех таких судов, обозначающих пески Гудвин, и, как ни странно, это именно тот корабль, который был оснащен установкой синьора Маркони для беспроводной телеграфии. Судно было пришвартовано примерно в двенадцати милях к северо-востоку от маяка Саут-Форленд (где есть еще одна установка беспроводной телеграфии), и оно находится примерно в десяти милях от берега, прямо напротив Дила. Информация о столкновении была немедленно передана по беспроводному телеграфу с поврежденного плавучего маяка на маяк Саут-Форленд, где мистер Буллок, помощник синьора Маркони, получил следующее сообщение: «Мы только что были протаранены пароходом «Р. Ф. Мэтьюз» из Лондона. Пароход стоит рядом с нами. Наши носовые части очень сильно повреждены». Мистер Буллок немедленно переслал эту информацию властям Тринити-Хаус в Рамсгейте. — Times, 29 апреля 1899 г.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ЧТО ОЗНАЧАЕТ ЕГО ОСВОЕНИЕ: С ОБЗОРОМ И ПЕРСПЕКТИВОЙ

Top

Джордж Айлс

[Из книги «Пламя, электричество и камера», авторское право Doubleday, Page & Co., Нью-Йорк.]

С освоением электричества человек вступает в свое первое настоящее господство над природой. Когда мы слышим гул динамо-машины или слушаем телефон, когда мы поворачиваем кнопку лампы накаливания или путешествуем на электромобиле, мы являемся участниками революции, более быстрой и глубокой, чем когда-либо прежде происходившей на земле. До девятнадцатого века огонь справедливо считался самым полезным и универсальным слугой человека. Сегодня электричество делает все, что когда-либо делал огонь, и делает это лучше, выполняя при этом бесчисленные задачи, недоступные для пламени, как бы изобретательно оно ни применялось. Мы можем таким образом наблюдать на наших глазах такой же импульс к человеческому разуму и силе, как когда огонь был впервые покорен для целей человека, с тем огромным преимуществом, что, тогда как подчинение огня требовало веков утомительных и неопределенных экспериментов, освоение электричества является, по большей части, уверенной работой девятнадцатого века, и, по правде говоря, в значительной степени его последних трех десятилетий. Триумфы электрика представляют собой захватывающий интерес сами по себе, они несут более высокое значение для исследователя человека как существа, которое постепенно стало тем, чем оно является. Прослеживая новые горизонты, завоеванные электрической наукой и искусством, луч света падает на длинные и извилистые пути, по которым человек поднялся к своему превосходству задолго до того, как драма человеческой жизни была записана или воспета.

Из шагов, сделанных человечеством на пути к вершине земной жизни, есть лишь четыре, достойные упоминания как подготавливающие путь для побед электрика — достижение прямохождения, преднамеренное разжигание огня, созревание эмоциональных криков в членораздельную речь и изобретение письменных символов для речи. Изучая электричество в его плодах, мы обнаружим, что оно несет неизменный знак любого другого решающего фактора человеческого прогресса: его освоение — не просто дополнение к ресурсам расы, а их умножитель. Случай не такой, как когда исследователь открывает растение, доселе неизвестное, такое как индейская кукуруза, которая занимает свое место рядом с рисом и пшеницей как новая пища, и так измеряет услугу, которая на этом заканчивается. И не такой, как когда старатель находит новый металл, такой как никель, с единственным эффектом увеличения разнообразия материалов, из которых кузнец может изготовить молот или лезвие. Почти бесконечно выше польза, достигнутая, когда энергия в своей самой полезной фазе впервые подчиняется воле человека, с зарождающимся знанием ее недосягаемых сил. Она начинает сразу же соединять ресурсы механика и химика, инженера и художника, с результатом, засвидетельствованным всей ее собственной плодовитостью, в то время как ее лучи открывают провинцию за провинцией, о которых не мечтали и которые, по сути, не существовали до ее прихода.

Любой другой первозданный дар человека поднимается на новую высоту по велению электрика. Вся ловкость и мастерство, которые последовали за прямохождением в создании человеческой руки, были доведены до нового края и более широкого диапазона через электрическое искусство. Между использованием пламени и электричества возникли союзы, которые создали новое богатство для шахтера и металлурга, производителя и капитана судна, с новыми озарениями для человека науки. Членораздельная речь, переносимая на электрических волнах, становится слышимой через всю Америку, а слова, сведенные к символам символов — выраженные в перфорациях полоски бумаги — совершают полет через телеграфный провод в двадцать раз быстрее речи. Поскольку последний скачок в знаниях и способностях был выигран электриком, он расширил научный кругозор значительно больше, чем любой исследователь, который был до него. Больше, чем любой предшественник, он начал с лучшего оборудования и большего капитала, чтобы доказать прибыльность, которая всегда сопровождает эксплуатацию высшего агента открытия.

Прослеживая некоторые из бесконечных переплетений электрической науки и искусства с другими науками и искусствами и изучая их взаимно стимулирующие эффекты, мы будем напоминать серию перестановок, где последний из факторов, будучи последним, умножает все предыдущие факторы в беспрецедентной степени. [5] Мы найдем основания полагать, что это не просто наводящая аналогия, а действительно верно как тенденция, не только в отношении достижений человека путем завоевания электричества, но также в отношении любой другой значительной победы, которая привела его к нынешней вершине проницательности и правления. Если этот перестановочный принцип в прежних достижениях оставался необнаруженным, он ясно выступает в том последнем доступе к мастерству и интерпретации, который был введен Франклином и Вольтой, Фарадеем и Генри.

Хотя и менее значимое, чем триумфы электрика, открытие фотографии занимает второе место по важности среди научных подвигов девятнадцатого века. Камера — это искусственный глаз почти с каждой силой человеческой сетчатки и со многими, которые отказаны зрению — как бы изобретательно оно ни было укреплено изготовителем линз. Краткий очерк истории фотографии покажет параллель с перестановочным импульсом, столь заметным в прогрессе электричества. В точках, где электрик и фотограф сотрудничают, мы отметим достижения, которые могут вызвать только самые высокие первозданные силы.

Краткая история того, что электричество и его необходимый предшественник, огонь, сделали и обещают сделать для цивилизации, может иметь привлекательность сама по себе; так же, как и обзор, пусть самый беглый, работы камеры и всего, что к ней привело: ибо провинции здесь так же широки, как искусство и наука, и их границы охватывают почти всю совокупность человеческих подвигов. И между строк этой истории мы можем прочитать другую — ту, которая может рассказать нам что-то о самых ранних спотыканиях на заре человеческих способностей. Когда мы сравниваем человека и его ближайших родственников, мы находим между ними великую пропасть, безусловно, самую широкую между любыми родственными семьями в природе. Могло ли существо интеллекта, совести и стремления возникнуть в любое время, как бы отдаленно, из того же запаса, что орангутан и шимпанзе? С 1859 года, когда Дарвин опубликовал свое «Происхождение видов», теория эволюции стала настолько общепринятой, что сегодня она подвергается нападкам не больше, чем доктрина гравитации. И все же, в то время как средний человек интеллекта склоняется перед формулой, что все, что сейчас существует, произошло из самого простого мыслимого состояния вещей — универсальной туманности, если хотите, — в своей тайной душе он делает одно исключение — себя. То, что в мире гораздо больше согласия, чем убеждения, — это упрек, который может исходить так же справедливо со стола учителя, как и с кафедры проповедника. Теперь, если мы только уловим смысл освоения человеком электричества, мы получим свет на его более ранние шаги как разжигателя огня и как гравера картин и символов на кости и камне. По мере того как мы таким образом отступаем от цивилизации к первобытной дикости, процесс создания человека может стать настолько ясным, что аргументы Дарвина будут приняты с убеждением, а не с молчаливым отпором.

По мере того как мы продолжаем вспоминать, одну за другой, выдающиеся главы в истории огня и искусств изображения, которые предшествовали камере, мы осознаем истину высокого значения. Мы увидим, что, хотя каждая новая способность имеет свои корни глубоко в старых силах и хотя ее рост мог продолжаться век за веком, все же ее цветение может быть как событие утра. Даже как наши сады показывают нам столетние растения, которые, как предполагалось, цветут только в конце ста лет, так история, в широком смысле, демонстрирует открытия, урожаи которых собираются только после истечения эонов вместо лет. Искусства огня медленно разрабатывались, пока человек не произвел тигель и перегонный куб, через которые его труды завершились очищенными металлами, кислотами, гораздо более коррозийными, чем кислоты растительности, стеклом и фарфором, одинаково устойчивыми к пламени и электрической волне. Они были объединены в час Вольтой, чтобы построить свою ячейку, и в этот час началась новая эра для человеческих способностей и проницательности.

Обычно воображают, что прогресс человечества шел довольно равномерным темпом. Наш обзор этого прогресса покажет, что здесь и там на его пути были скачки, поскольку радикально новые силы были приведены под власть человека. Мы, люди электрической революции, резко отличаемся от наших прадедов, которые смотрели на ячейку Вольты как на любопытную игрушку. Они, в свою очередь, глубоко отличались от людей семнадцатого века, которые не узнали, что пламя может превзойти лошадь как перевозчик и молоть пшеницу лучше, чем мельница, подгоняемая ветром. И ничто иное, как пропасть, простирается между этими людьми и их далекими предками, которые не нашли способа согреть свои обмороженные пальцы или удлинить лампой или свечой короткие темные дни зимы.

На страницах этой книги будет некоторое изложение побед, одержанных создателем огня, электриком, фотографом и многими другими в пэрстве эксперимента и исследования. В основе очерка появится значительный контраст между приращениями малого и высшего достоинства. Нахождение нового дерева, такого как тис, означает лучшие луки для лучника, более прочные ручки для изготовителя инструментов; подчинение универсальной силы, такой как огонь или электричество, означает возвышение силы в каждой области труда, создание новой земли для работника, новых небес для мыслителя. Как следствие, мы заметим, что увеличивающаяся ширина разрыва отделяет последовательные стадии человеческого прогресса друг от друга, так что его последний шаг — самый длинный и самый решительный. И будет далее очевидно, что, хотя каждая новая способность имеет вековое происхождение от старых сил и древних склонностей, она тем не менее рождается в одно мгновение, как бы, и накладывает напряжение, вероятно, фатальной тяжести на тех участников, которые упускают новый дар, пусть даже на немного. Мы, следовательно, обнаружим, что принцип перестановки, здесь лишь указанный, объясняет в значительной мере три кардинальных факта в истории человека: во-первых, его скачки вперед; во-вторых, постоянные ускорения в этих скачках; и в-третьих, пробел в записи племен, которые в безграничном прошлом поддались, когда силы нового края и размаха стали вовлечены в борьбу. [6]

Переплетения искусств огня и электричества интимны и всепроникающи. В то время как многие виды использования пламени восходят к заре человеческого мастерства, многие другие приобрели новое и более высокое значение в течение последних ста лет. Огонь сегодня дает движущую силу с десятикратной экономией по сравнению со ста годами назад, и движущая сила, полученная таким образом, является основным источником современных электрических токов. В металлургии долгое время шла неосознанная подготовка к приходу электрика, и здесь услуги огня в девятнадцатом веке одержали триумфы, на которых во многом основываются более поздние успехи электричества. В производстве сплавов и в необычном использовании тепла для осуществления собственного изгнания были зафиксированы новые и радикальные разработки в течение последних десятилетия или двух. Они также делают задачи электрика более легкими и смелыми. Открывающие главы этой книги, следовательно, бросят взгляд на основные виды использования огня, как они были выявлены и применены. Этот взгляд прояснит, как огонь и электричество дополняют друг друга новыми и замечательными достижениями, в то время как в других областях, не менее важных, электричество есть не что иное, как вытеснитель самой силы, которая сделала возможным его собственное открытие и использование.

[Здесь следуют главы, которые обрисовывают основные применения пламени и электричества.]

Давайте сравним электричество с его предшественником, огнем, и мы поймем революцию, посредством которой огонь сейчас во многих задачах вытесняется электрическим импульсом, который, в то же время, создает для себя тысячу областей, недоступных для пламени. Медь — отличный тепловой проводник, и все же она передает тепло почти бесконечно медленнее, чем проводит электричество. Один конец толстого медного стержня длиной десять футов можно безопасно держать в руке, пока другой конец нагрет докрасна, однако одна миллионная часть этой же энергии, если она в форме электричества, пересекла бы стержень за одну 100 000 000-ю часть секунды. Сравните затем электричество со светом, часто спутником тепла. Свет распространяется только по прямым линиям; электричество может обогнуть угол каждый дюйм на многие мили и, ничуть не хуже, дать блестящий луч в конце своего пути. Косвенно, следовательно, электричество позволяет нам проводить либо тепло, либо свет, как если бы оба были гибкими карандашами лучей и подвергались лишь малейшим потерям в своем путешествии.

Мы отмечали такие методы, как методы электрической сварки, которые вызывают интенсивный жар без огня, и мы взглянули на электрические лампы, которые светят просто потому, что горение невозможно из-за их жесткого исключения воздуха. Затем на мгновение мы остановились, чтобы посмотреть на гальванические ванны, которые развились в командующее соперничество с пламенем плавильной печи, с пламенем, которое с незапамятных времен наполняло ковш литейщика и формовщика. Таким образом, методы, которые начинались с отказа от пламени, заканчиваются смело тем, что лишают самого тепла. Но, можно сказать, это узурпирующее электричество обычно находит свой источник, в конце концов, в сгорании под паровым котлом. Верно, но заметьте обуздание Ниагары, порогов Лашин недалеко от Монреаля, тысячи потоков в других местах. В ближайшем будущем движущая сила, данная природой, будет тратиться все меньше и меньше и по необходимости будет все больше и больше исключать тепло из цепи трансформаций, которые приводят к полету локомотива, к вихрю фабрики и мельницы. Таким образом, в некоторой степени развеивается страх, никогда не имевший под собой оснований, что когда угольные месторождения земного шара будут исчерпаны, цивилизация должна рухнуть. Когда электрик слышит это предчувствие, он вспоминает, сколько топлива тратится при преобразовании тепла в электричество. Он смотрит за пределы турбины или вала, вращаемого ветром или приливом, и, помня, что металл, растворенный в его батарее, отдает по его воле все свое содержание энергии, либо как тепло, либо как электричество, он спрашивает: почему уголь или лесное дерево, которые являются лишь другими видами топлива, не могут быть заставлены делать то же самое?

Одним из древнейших способов использования света была передача сведений, и по сей день сигнальный фонарь и красный огонь моряков столь же полезны, как и в старину. Но насколько шире область применения электричества, создающего телеграф и телефон! В телеграфе мы имеем все то, чем мог бы быть луч света, будь он длиною с экваториальный пояс и гибок, как шелковая нить. В телефоне на расстоянии почти двух тысяч миль пульсации голоса говорящего не только слышны, но и сохраняют свои характерные тона.

В области механики электричество определенно предпочтительнее любого другого агента. Тепло может быть преобразовано в движущую силу с помощью подходящего двигателя, но на этом его приспособляемость заканчивается. Электрический ток приводит в действие не только мотор, но и каждую машину или инструмент, присоединенный к нему, причем все вместе они выполняют задачи такой тонкости и сложности, которые являются новыми для промышленного искусства. На электрической железной дороге тот же самый ток приводит в движение поезд, управляет им посредством телеграфа, обслуживает его сигналы, обеспечивает освещение и отопление, оставаясь при этом готовым обеспечить постоянную вербальную связь с любой станцией на линии, если это необходимо.

В быту электричество обладает такой же универсальностью, одновременно способствуя здоровью, комфорту и безопасности. Его крошечная кнопка вытесняет опасную спичку, зажигая лампу, которая не испускает вредных паров. Электрический вентилятор приносит в дом свежий воздух — летом в виде приятного бриза. Простые телефоны, вполне эффективные для своих нескольких ярдов провода, обеспечивают лучшее, потому что более гибкое обслуживание, чем переговорные трубы. Мало кто из больных слишком слаб, чтобы прошептать что-то в легкую переносную металлическую трубку. Швейные машины и более требовательные приборы кухни и прачечной переносят свои нагрузки с утомляющихся человеческих мышц на неутомимые жилы электрических моторов, которые не требуют платы, когда стоят без дела. Подобные моторы уже пользуются популярностью при работе лифтов в высоких городских домах. Если домовладелец опасается грабителей, электрик предложит ему неусыпного сторожа в виде автоматической сигнализации; если он боится пожара, пусть разместит на стенах ряд термометров, которые в самом начале возгорания ударят в гонг в штаб-квартире. Но все это, в конце концов, вопросы второстепенной важности по сравнению с тем фундаментом, на котором может быть воздвигнута не новая деталь механизма, а новая наука или новое искусство.

В недавнем стремительном покорении территории, открытой как для химика, так и для электрика, где каждый продвигается быстрее благодаря компании другого, мы находим новое подтверждение старой истины: границы, отделяющие одну область науки от другой, чисто искусственны и установлены лишь для временного удобства. Химику достаточно копнуть достаточно глубоко, чтобы обнаружить, что он и физик занимают общую почву. «Углубись от поверхности своей сферы к ее центру, и твой радиус сразу соединится со всеми остальными». Даже самый беглый взгляд на электрохимию должен признать ее глубокий долг перед новыми теориями о связях атомов при образовании молекул и о непрерывности между раствором и электрической диссоциацией. Как бы ни видоизменялись эти гипотезы по мере пролития большего света на геометрию и перемещения молекул, они на данный момент зарекомендовали себя как поисковые идеи золотой ценности. Эти размышления химика вынужденно возвращают его в дни детства. Соединяя тогда свои черные и белые кубики, он обнаружил, что может строить кубы самых разных узоров. Именно выдвинув теорию молекулярной архитектуры, Кекуле дал толчок обширной и растущей отрасли химической промышленности — синтетическому производству красителей и родственных соединений.

Именно в чистых исследованиях, на путях, не направленных на рынок, были выработаны такие теории. Рассмотрим электричество как вспомогательное средство для исследований, проводимых ради них самих. Главное физическое обобщение нашего времени, да и всех времен — сохранение силы — появилось только с рассветом электрического искусства. Когда было замечено, что электричество может превращаться в тепло, свет, химическое действие или механическое движение, и что, в свою очередь, любое из них может производить электричество, сразу стало ясно, что все эти фазы энергии могут отличаться друг от друга лишь так же, как движения по кругам, волютам и спиралям в обычном механизме. Это предположение подтвердилось, когда электрические измерители были доведены до предельной точности, и был обнаружен единый квант энергии — настоящий Протей в своих обличьях, но под этими обличьями скрывалось не что иное, как само постоянство.

«Иной раздает щедро, и ему еще прибавляется; а другой бережлив сверх меры, и однако же беднеет». Поскольку геометры древности терпеливо исследовали свойства треугольника, круга и эллипса просто из чистой любви к истине, они заложили краеугольные камни для искусств архитектора, инженера и навигатора. Точно так же именно бескорыстная исследовательская работа, проведенная Ампером, Фарадеем, Генри и их коллегами по установлению законов электричества, сделала возможными телеграф, телефон, динамо-машину и электрическую печь. Жизненно важные отношения между чистыми исследованиями и экономической выгодой наконец прояснились. Совершенно очевидно, что человек, способный открывать законы материи и энергии, делает несравненно больше для своего вида, чем если бы он понес свои таланты на монетный двор для превращения в монету. Путешествие Колумба, возможно, не принесло немедленно столько плодов, сколько находки старателя, но в конечном итоге Колумб делает возможным нахождение многих рудников, которые без него ни один старатель никогда бы не увидел. Поэтому пусть семена знаний лучше будут посеяны, чем съедены. Но при выборе между одним исследованием и другим невозможно предсказать, какое из них окажется богаче урожаем; например, все попытки экономически окислить углерод для производства электричества до сих пор терпели неудачу, однако в наблюдениях, которые поначалу казались столь же бесплодными, содержались намеки, которыми мы обязаны лампе накаливания и беспроволочному телеграфу.

Пожалуй, наиболее перспективной областью электрических исследований являются разряды при высоких давлениях; здесь ведущими американскими исследователями являются профессор Джон Троубридж и профессор Элиу Томсон. Используя напряжение, оцениваемое в полтора миллиона вольт, профессор Троубридж создавал вспышки молнии длиной шесть футов в атмосферном воздухе; в трубке, откачанной до одной седьмой атмосферного давления, вспышки удлинялись до сорока футов. По мнению этого исследователя, привычное расщепление деревьев молнией происходит из-за интенсивного тепла, мгновенно развиваемого электрической искрой; внезапное расширение воздуха или пара в полостях древесины вызывает взрыв. Эксперименты профессора Томсона сталкивают его с некоторыми кажущимися противоречиями, которые всегда ждут исследователя новой научной территории. В атмосфере электрический разряд облегчается, когда металлический терминал (например, громоотвод) имеет форму острия; под маслом острие — это форма, наименее благоприятная для разряда. В том же ряду парадоксов наблюдается, что масло неуклонно улучшает свой изоляционный эффект по мере повышения электрического давления, доверенного его хранению; с воздухом в качестве изолятора дело обстоит наоборот. Эти и множество подобных загадок, без сомнения, будут разрешены, когда студенты двадцатого века перейдут от сумерек аномалий к солнечному свету установленного закона.

«Прежде чем может появиться прикладная наука, должна быть наука, которую можно применять», и именно благодаря тому, что электричество позволяет исследователю познать природу в новом аспекте, оно поднимается до своего высочайшего предназначения. Лабораторная рутина по установлению проводимости, поляризуемости и других электрических свойств материи — это скучная и кропотливая работа, но она открывает студенту новые окна, через которые можно заглянуть в архитектуру материи. Эта архитектура, по мере того как она предстает перед его взором, раскрывает один закон структуры за другим; то, что при первом и туманном взгляде казалось аномалией, теперь разрешено и примирено; порядок проявляет себя там, где раньше виделась лишь анархия. Когда исследователю теперь нужно вещество с особыми свойствами, он знает, где его найти, или имеет намек на его создание — создание, возможно, новое в истории мира. Когда он думает о богатстве качеств, которыми обладает его запас сплавов, солей, кислот, щелочей, ему приходят на ум новые способы их применения. Более того, возможна новая оркестровка исследований с помощью инструментов, созданных для него электриком, благодаря достижениям в методах, которые эти инструменты обеспечивают. Со вторым и более глубоким взглядом приходит новая тригонометрия частиц, тригонометрия, немыслимая в доэлектрические дни. Следовательно, идет процесс охвата, который в начале двадцатого века может завершиться, сделав атом и молекулу столь же послушными химику, как кирпич и камень — строителю сегодня.

Лабораторный исследователь и коммерческий эксплуататор его открытий поочередно были заемщиком и кредитором, к большой выгоде обоих. Какая Лейденская банка могла бы сравниться по размеру и раскрывающей силе с трансатлантическим кабелем? И сколько уточнений измерений, очистки металлов, точности производства было навязано колоссальными инвестициями только в глубоководную телеграфию! Когда ток, подаваемый в океанский кабель, такой как между Брестом и Нью-Йорком, может выбрать для своего пути либо 3540 миль медной проволоки, либо четверть дюйма гуттаперчи, возникает опасная возможность утечки в море, если только ток не имеет точно отрегулированную силу, а изолятор не был изготовлен и уложен с наиболее информированным мастерством и самой добросовестной заботой. При постоянных испытаниях, необходимых при прокладке первых кабелей, лорд Кельвин (тогда профессор Уильям Томсон) почувствовал потребность в более совершенных и чувствительных гальванометрах или измерителях тока. Его огромное мастерство как математика и механика создало существующие инструменты, которые кажутся не подлежащими улучшению. Они служат не только в торговле и производстве, но и в содействии строго научной работе лаборатории. Теперь, когда электричество очищает медь так, как огонь не может, математик способен решать свои задачи передачи на большие расстояния, тяги, проектирования машин с экономией и уверенностью, невозможными, когда его материалы были не просто нечистыми, а нечистыми в разной и неопределенной степени. Фабрика и мастерская изначально взяли свои магнитоэлектрические машины из экспериментальной лаборатории; они вернули их, переделанными до неузнаваемости в динамо-машины и моторы почти идеальной эффективности.

Гальванометр, приводимый в действие термоэлектрическим столбом, представляет собой самое чувствительное средство обнаружения изменений температуры; следовательно, электричество позволяет физику изучать явления тепла с новой легкостью и точностью. Именно так профессор Тиндаль проводил классические исследования, изложенные в его труде «Тепло как форма движения», установив удивительную способность поглощать земное тепло, благодаря которой водяные пары атмосферы действуют как незаменимое одеяло для Земли.

И насколько сильно электричество, будь то в мастерской или лаборатории, расширило наши представления о силах, пронизывающих пространство, о веществах, кажущихся такими простыми, которые окружают нас — веществах, которые ставят вопросы о структуре и поведении, заставляющие умолкнуть самого острого исследователя. «Вы спрашиваете меня, — сказал великий физик, — есть ли у меня теория Вселенной? Да у меня даже нет теории магнетизма!»

Условная фраза «проведение тока» теперь понимается как простая фигура речи; считается, что провод делает не что иное, как придает направление электрической энергии. Пульсации высокого напряжения, как было доказано, в основном поверхностны в своих путешествиях, поэтому их лучше всего передавать (или конвоировать) проводниками трубчатой формы. И что же движется, когда мы говорим о проводимости? Похоже, это то молекула атомной химии, то тот же самый эфир, который колеблется со светом или лучистым теплом. Действительно, завоевание электричества значит так много, потому что оно ставит молекулу и эфир на службу в качестве своих средств связи. Вместо старинных масс металла или полос кожи, которые двигались с трудом на сравнительно короткие расстояния, сегодня используется среда, которая может преодолевать 186 400 миль в секунду, причем с сопротивлениями, наиболее ничтожными в сравнении с сопротивлениями механического трения.

А что такое трение в конечном анализе, как не производство движения в нежелательных формах, позволение ценной энергии совершать бесполезную работу? В том удивительном случае передачи на большие расстояния, обычном солнечном свете, солнечный луч прибывает на Землю от Солнца ничуть не слабее после своего путешествия в 92 000 000 миль. Весьма вероятно, что мы окружены подобными случаями полного отсутствия трения в явлениях как физики, так и химии, и что искусство будет все ближе и ближе подходить к природе в этой невосприимчивости, что подтверждается тем, как много шагов в этом направлении уже сделано инженером-электриком. На предыдущей странице было приведено краткое описание теории о том, что газы и пары находятся в непрерывном движении. Это движение не ослабевает от трения, и, следовательно, мы можем сделать вывод, что рассматриваемые молекулы идеально упруги. Среди физиков крепнет мнение, что все свойства материи — прозрачность, химическая способность к соединению и прочее — обусловлены имманентным движением по определенным орбитам с различными скоростями. Если это будет установлено, то и эти движения также не испытывают трения и продолжаются без сопротивления вечно.

По мере того как исследователи в авангарде науки обсуждают строение материи и плетут более или менее плодотворные гипотезы о взаимодействии ее сил, растет вера в то, что близок день, когда связь между электричеством и гравитацией будет раскрыта — когда причина, по которой материя имеет вес, перестанет озадачивать мыслителя. Кто может сказать, какое облегчение участи человека может быть связано со способностью преобразовывать любую фазу энергии в любую другую без окольных путей и серьезных потерь сегодняшнего дня! В сфере экономического прогресса одним из величайших достижений стало изобретение денег, предоставление средства, на которое можно обменять любую продаваемую вещь, за которое можно купить любую покупаемую вещь. Как только ракушка, шкура или кусочек металла были признаны обладающими универсальной конвертируемостью, все задержки и скидки бартера остались в прошлом. В мире физики и химии соответствующим средством является электричество; пусть оно будет производиться так же легко, как оно производит другие виды движения, и человеческое искусство сделает шаг вперед, подобный тому, когда Вольта расположил свои цинковые и серебряные диски вместе или когда Фарадей заставил магнит двигаться вокруг медной проволоки.

Несмотря на то, что электрический ток пока еще не производится так экономично, как следовало бы, мы поступим неправильно, если будем считать его младенческой силой. Как бы много ни сделало новое знание с электричеством в лаборатории, на фабрике или на бирже, некоторая часть его лучшей работы уже выполнена. Вряд ли оно когда-нибудь совершит более великий подвиг, чем установление связи между всеми людьми в пределах слышимости друг друга. Если бы электричество не было покорено, не могло бы существовать демократическое правительство Соединенных Штатов. Сегодня драма национальных дел более непосредственно видна каждому американскому гражданину, чем столетие назад общественные дела Делавэра могли быть видны жителям этого маленького штата. И когда на более широкой сцене международной политики возникают недопонимания, заметим, как телеграф изменил жесткие правила дипломатии старого времени. Сегодня через колонки прессы факты спора мгновенно публикуются по всему миру и таким образом столь быстро вызывают авторитетные комментарии, что создается серьезное напряжение для переговорщиков, чья традиция — быть одновременно скрытными и медлительными.

Железные дороги со всем, что они значат для цивилизации, не могли бы расширяться без телеграфа для управления ими. А железные дороги и телеграфы — это жилы и нервы национальной жизни, главные агенты в сплочении разнообразных и широко разнесенных штатов и территорий Союза. Бостонский купец строит хлопчатобумажную фабрику в Джорджии; нью-йоркский капиталист открывает медный рудник в Аризоне. Телеграф, который изо дня в день сообщает им, как процветают их инвестиции, подсказывает безработным, где они могут найти работу, где работа может искать безработных. Чикаго лежит в пепле, Чарльстон рушится от землетрясения, Джонстаун затоплен наводнением, и мгновенно континент бросается им на помощь. А какие выгоды приносят строго коммерческие использования телеграфа! По его щелчку и локомотив, и пароход спешат на помощь голодающим в любой части земного шара. Во времена изобилия или нехватки рынки мира объединяются и доставляются к дверям каждого человека. Не менее поразительна соседская гильдия науки, также рожденная телеграфом. На следующий день после того, как Рентген объявил о своих X-лучах, физики на каждом континенте повторяли его эксперименты — применяли его открытие для исцеления раненых и больных. Пусть будет предложен антитоксин от дифтерии, чахотки или желтой лихорадки, и сотни исследователей по всему миру направят свое мастерство на подтверждение или опровержение, как если бы предложивший жил по соседству.

На сцене менее драматичной, или, скорее, вовсе не драматичной, электричество совершает не меньшее благо. Его мотор, освобождая нас от зависимости от лошади, расширяет наши города и поселки в прилегающую сельскую местность. Поле и сад конкурируют с душными улицами. Солнечный коттедж активно соперничает с отвратительным многоквартирным домом. Обнаружено, что транспорт внутри ворот мегаполиса имеет значение, уступающее только средствам передвижения, связывающим один город с другим. Инженер наконец заполняет пробел, который слишком долго существовал между тягой лошадей и тягой пара. С точки зрения скорости, чистоты и комфорта такой электрический метрополитен, как в Южном Лондоне, не оставляет желать лучшего. По всей Америке электрические дороги, поначалу пригородные, теперь быстро соединяют город с городом, в то время как в качестве вспомогательных средств к паровым железным дорогам они помещают малонаселенные общины в артериальный поток мира и создают готовый рынок для молочника и садовода. Экономя то, что г-н Оскар Т. Кросби назвал «человеко-часами», система третьего рельса начинает вытеснять пар как движущую силу с магистральных линий. Уже проницательные железнодорожные менеджеры предоставляют партнерства электрикам, которые в противном случае могли бы посягнуть на их дивиденды. Услуга, поначалу ограниченная пассажирами, теперь распространилась на перевозку писем и посылок и начинает охватывать обычные грузы. Мы вскоре можем увидеть, как крик фермера о хороших дорогах будет удовлетворен хорошими электрическими линиями, которые доставят его урожай на рынок гораздо дешевле и быстрее, чем это когда-либо делали лошади и макадам. В городах электромобили-кэбы и фургоны неуклонно увеличиваются в количестве, способствуя тишине и чистоте, привнесенным троллейбусом.

Было сказано слово о благах, которые электричество обещает сельским жителям, но еще большие дары оно готово даровать в муравейниках населения. До нескольких десятилетий назад водоснабжение городов было делом не муниципальным, а частным; вода в значительной степени черпалась из колодцев здесь и там, из линий труб, проложенных в благоприятных местах, и всегда была недостаточной. Многие эпидемии брюшного тифа были вызваны загрязнением источника выгребной ямой в нескольких ярдах от него. Сегодня снабжение, подобное нью-йоркскому, обильно и дешево, потому что оно входит в каждый дом. Пусть централизованная электрическая служба пользуется такой же привилегией, и она предложит ток, который является теплом, светом, химической энергией или движущей силой, и все это при плате более низкой, чем у любого другого слуги. Невольно, таким образом, инженер-электрик является политическим реформатором высокого уровня, ибо он устанавливает новую премию за способности и справедливость в мэрии. Его единственное условие — чтобы электричество находилось под контролем, одновременно компетентным и честным. Будем надеяться, что его призыв, присоединенный к другим, столь же весомым, сможет оживить дух гражданской праведности, чтобы некоторые из самых богатых плодов, когда-либо рожденных в саду науки и искусства, не были предложены напрасно. Пламя, слуга старого времени, индивидуально; электричество, его преемник и наследник, коллективно. Пламя сидит на очаге и собирает семью вместе; электричество, исходящее из общественного источника, может связать в единое целое все семьи огромного города, потому что оно делает благо каждого интересом всех.

Но не каждое обещание, выдвинутое от имени электрика, имеет его согласие или санкцию. Так много было сделано электричеством и так много еще явно осуществимо, что отражение его триумфов позолотило немало беспочвенных мечтаний. Одно из них заключается в том, что дешевый электрический мотор, поставляя энергию на дом, разрушит фабричную систему и вернет домашнее производство старых дней. Но если бы эта энергия вообще ничего не стоила, этот дар оставил бы фабрику нетронутой; ибо мы должны помнить, что стоимость энергии неуклонно снижается из года в год, так что во многих отраслях она занимает лишь незначительное место среди расходов на производство. Сила и прибыль фабричной системы заключаются в объединении широкого разнообразия машин, первая из которых передает свой продукт второй для следующего шага к завершению, и так далее, пока готовое изделие не будет отправлено на склад. Именно это мелкое разделение труда, вместе с экономией и эффективностью, которые присущи бизнесу, ведущемуся в огромном масштабе под единым управлением, заставляет нас верить, что фабрика пришла, чтобы остаться. Конечно, ткач, гончар или шлифовщик линз с особым мастерством может процветать за своим станком или колесом дома; но такой человек далеко не типичен для современного производства. Кроме того, весьма сомнительно, не игнорируют ли сетования по поводу домашних промыслов прошлого такие злые сопутствующие явления, как те, что до сих пор сохраняются в домашних промыслах настоящего — например, в мастерских потогонной системы.

Этот быстрый обзор того, что электричество сделало и может еще сделать — при отбрасывании тщетных ожиданий — показал его создателем тысячи материальных ресурсов, совершенствователем той коммуникации вещей, энергии, мысли, которая на каждой предшествующей стадии прогресса отмечала последовательные подъемы человечества. Это было много, когда дикарь нагружал поклажу на лошадь или вола вместо собственной спины; это было еще больше, когда он мог заставить сигнальный огонь передать новости или предупреждение всей округе, вместо того чтобы ограничиваться сообщениями, которые можно было прочитать по его машущим рукам. Все, что современный инженер смог сделать с паром для передвижения, поднято на более высокий уровень с приходом этой новой силы, в то время как передача электрической энергии на большие расстояния сокращает размеры планеты до масштаба, при котором ее водопады в пустыне приводят в движение веретена и станки фабричного города или освещают улицы городов. Помимо и выше всех таких услуг, электричество является краеугольным камнем физического обобщения, раскрывателем истин, непроницаемых для любого другого луча.

Покорение огня сделало многое, дав человеку новую независимость от природы, мощную броню против зла. Сокращая самые тяжелые и огрубляющие формы труда, электричество, этот более тонкий вид огня, продвигает это освобождение на большой шаг вперед и тем временем дарует беднякам многие предметы роскоши, которые еще недавно были исключительным достоянием богатых. Более тесно связывая благо пчелы с благополучием улья, оно является воспитателем и утвердителем каждой социальной связи. В той мере, в какой оно предлагает новую помощь в войне с болью и болезнями, оно укрепляет уверенность человека в Порядке Справедливости и Счастья, который на протяжении стольких мрачных веков был скорее предметом надежды, чем видения. Разве мы не оправданы, считая электричество умножителем способностей и проницательности, средством возвышения разума и души, не имеющим аналогов с тех пор, как человек впервые разжег огонь и возрадовался?

Мы проследили, как ловкость привела к добыванию огня, как добывание огня привело к покорению электричества. Большая часть самой важной работы огня может быть лучше выполнена его великим преемником, в то время как электричество выполняет многие задачи, возможные только для него самого. Невольная истина была в простой басне о пленнике, который спустил паучью нить, вытянувшую нить, которая, в свою очередь, подняла веревку — и свободу. Именно в 1800 году, на пороге девятнадцатого века, Вольта изобрел первую электрическую батарею. За сто лет сила, тогда высвобожденная, жизненно вплела себя в каждое искусство и науку, принося плоды, которые не могли быть воображены даже людьми масштаба Уатта, Лавуазье или Гумбольдта. Сравните этот быстрый марш завоевания с медленной адаптацией, век за веком, огня к приготовлению пищи, плавке, закалке. И все же это было отчасти, возможно, главным образом потому, что использование огня развило интеллект человека и культивировало его мастерство, что он был готов в полноте времени так быстро ухватиться за электричество и покорить его.

Электричество является столь же законным порождением огня, как огонь — простого навыка, в котором один дикарь из десяти тысяч был богаче своих собратьев. Принцип перестановки, предложенный в обеих победах, интерпретирует не только то, как огромная империя завоевывается новым оружием первостепенной важности; он объясняет, почему такие империи приводятся под управление с постоянно ускоряющимся темпом. Каждый талант лишь прокладывает путь для более богатых талантов, которые рождаются из него.

СНОСКИ:

[5] Перестановки — это различные способы, которыми два или более разных предмета могут быть расположены в ряд, причем все предметы появляются в каждом ряду. Перестановки легко иллюстрируются квадратами или кубами разных цветов, числами или буквами.

Перестановки двух элементов, 1 и 2, составляют (1 x 2) две: 1, 2; 2, 1; или a, b; b, a. Из трех элементов перестановки составляют (1 x 2 x 3) шесть: 1, 2, 3; 1, 3, 2; 2, 1, 3; 2, 3, 1; 3, 1, 2; 3, 2, 1; или a, b, c; a, c, b; b, a, c; b, c, a; c, a, b; c, b, a. Из четырех элементов перестановки составляют (1 x 2 x 3 x 4) двадцать четыре; из пяти элементов — сто двадцать и так далее. Новый элемент или перестановщик умножает на возрастающую цифру все перестановки, которые он находит.

[6] Несколько лет назад я отправил набросок этого аргумента Герберту Спенсеру, который ответил: «Я признаю новизну и ценность вашего вывода о том, что закон подразумевает увеличивающуюся ширину разрыва между низшими и высшими типами по мере продвижения эволюции».

ГРАФ РУМФОРД ОТОЖДЕСТВЛЯЕТ ТЕПЛО С ДВИЖЕНИЕМ.

Top

[Бенджамин Томпсон, получивший титул графа Румфорда от курфюрста Баварии, родился в Уоберне, штат Массачусетс, в 1753 году. В возрасте тридцати одного года он поселился в Мюнхене, где посвятил свои замечательные способности общественной службе. Двенадцать лет спустя он переехал в Англию; в 1800 году он основал Королевский институт в Лондоне, ставший впоследствии знаменитым как театр трудов Дэви, Фарадея, Тиндаля и Дьюара. Он завещал Гарвардскому университету фонд для учреждения профессуры по применению науки к искусству жизни: он учредил премию, присуждаемую Американской академией наук за наиболее важные открытия и улучшения, касающиеся тепла и света. В 1804 году он женился на вдове прославленного химика Лавуазье: он умер в 1814 году. Граф Румфорд 25 января 1798 года прочитал в Королевском обществе доклад под названием «Исследование источника тепла, возбуждаемого трением». Описанные в нем эксперименты доказали, что тепло идентично движению, вопреки представлению о том, что тепло — это материя. Таким образом, он заложил краеугольный камень современной теории о том, что тепло, свет, электричество, магнетизм, химическое действие и все другие формы энергии по своей сути являются движением, превращаемыми друг в друга и как движение неразрушимы. Следующий реферат доклада графа Румфорда взят из книги «Тепло как форма движения» профессора Джона Тиндаля, опубликованной издательством D. Appleton & Co., Нью-Йорк. Эта работа и «Корреляция и сохранение сил» под редакцией д-ра Э. Л. Юманса, опубликованная тем же домом, послужат отличным введением в современную теорию о том, что энергия — это движение, которое, как бы ни варьировались его формы, неизменно в своем количестве.]

Будучи занят руководством сверлением пушек в мастерских военного арсенала в Мюнхене, граф Румфорд был поражен весьма значительной степенью тепла, которое латунная пушка приобретает за короткое время при сверлении, и еще более интенсивным теплом (гораздо большим, чем у кипящей воды) металлических стружек, отделяемых от нее сверлом, он задал себе следующие вопросы:

«Откуда берется тепло, фактически производимое в механических операциях, упомянутых выше?

«Поставляется ли оно металлическими стружками, которые отделяются от металла?»

Если бы это было так, то теплоемкость частей металла, превращенных таким образом в стружку, должна была бы не только измениться, но и изменение, претерпеваемое ими, должно было бы быть достаточно большим, чтобы объяснить все произведенное тепло. Однако никакого такого изменения не произошло, так как было обнаружено, что стружки имеют ту же емкость, что и срезы того же металла, отрезанные тонкой пилой, где нагревание было предотвращено. Следовательно, очевидно, что произведенное тепло никак не могло быть получено за счет скрытой теплоты металлических стружек. Румфорд подробно описывает эти эксперименты, и они являются убедительными.

Затем он сконструировал цилиндр специально для генерации тепла трением, заставляя тупое сверло давить на его сплошное дно, в то время как цилиндр вращался вокруг своей оси силой лошадей. Чтобы измерить развиваемое тепло, в цилиндре было просверлено небольшое круглое отверстие для введения маленького ртутного термометра. Вес цилиндра составлял 113,13 фунта эвердьюпойс.

Сверло представляло собой плоский кусок закаленной стали толщиной 0,63 дюйма, длиной четыре дюйма и почти такой же ширины, как полость канала цилиндра, а именно три с половиной дюйма. Площадь поверхности, которой его конец соприкасался с дном канала, составляла почти два с половиной дюйма. В начале эксперимента температура воздуха в тени, а также температура цилиндра составляли 60° по Фаренгейту. Через тридцать минут, после того как цилиндр совершил 960 оборотов вокруг своей оси, температура составила 130°.

Убрав сверло, он удалил металлическую пыль, или, скорее, чешуйчатое вещество, которое было отделено от дна цилиндра тупым стальным сверлом, и обнаружил, что его вес составляет 837 гран тройских. «Возможно ли, — восклицает он, — чтобы весьма значительное количество тепла, произведенное в этом эксперименте — количество, которое фактически подняло температуру более чем 113 фунтов пушечного металла по крайней мере на 70° по термометру Фаренгейта, — могло быть поставлено столь незначительным количеством металлической пыли, и это лишь вследствие изменения ее теплоемкости?»

«Но не настаивая на невероятности этого предположения, нам достаточно вспомнить, что, согласно результатам фактических и решающих экспериментов, проведенных специально для установления этого факта, теплоемкость металла, из которого отливаются большие пушки, не меняется заметно при превращении в форму металлических стружек, и нет оснований полагать, что она может сильно измениться, если вообще изменится, при превращении в гораздо более мелкие кусочки сверлом, которое менее острое».

Затем он окружил свой цилиндр продолговатым ящиком из еловых досок таким образом, чтобы цилиндр мог вращаться водонепроницаемо в центре ящика, в то время как сверло прижималось к дну цилиндра. Ящик был наполнен водой до тех пор, пока весь цилиндр не был покрыт, а затем аппарат был приведен в действие. Температура воды в начале составляла 60°.

«Результат этого прекрасного эксперимента, — пишет Румфорд, — был очень поразительным, и удовольствие, которое он мне доставил, с лихвой окупило все хлопоты, которые я имел при придумывании и устройстве сложного механизма, использованного при его проведении. Цилиндр находился в движении лишь короткое время, когда я почувствовал, опустив руку в воду и коснувшись внешней стороны цилиндра, что тепло генерируется».

«Через час температура жидкости, которая весила 18,77 фунта, или два с половиной галлона, поднялась на сорок семь градусов и составила 107°.

«Еще через тридцать минут, то есть через час и тридцать минут после того, как механизм был приведен в движение, температура воды достигла 142°.

«По прошествии двух часов с начала эксперимента температура составила 178°.

«Через два часа двадцать минут она достигла 200°, а через два часа тридцать минут вода фактически закипела!»

«Трудно описать удивление и изумление, отразившиеся на лицах присутствующих, когда они увидели, что такое большое количество воды нагрелось и фактически закипело без какого-либо огня. Хотя в этом деле не было ничего, что можно было бы счесть очень удивительным, я честно признаюсь, что это доставило мне своего рода детскую радость, которую, если бы я стремился к репутации серьезного философа, мне следовало бы скорее скрыть, чем обнаружить».

Затем он тщательно оценивает количество тепла, накопленного каждой частью его аппарата к моменту завершения эксперимента, и, суммируя все, находит общее количество, достаточное для того, чтобы нагреть 26,58 фунта ледяной воды до точки кипения, или на 180° по Фаренгейту. Путем тщательных вычислений он находит, что это тепло равно теплу, выделяемому при сгорании 2303,8 грана (что равно четырем и восьми десятым тройской унции) воска.

Затем он определяет «скорость», с которой генерировалось тепло, подводя итог следующим образом: «Из результатов этих вычислений следует, что количество тепла, производимого равномерно, или непрерывным потоком, если можно так выразиться, в результате трения тупого стального сверла о дно полого металлического цилиндра, было больше, чем количество тепла, производимого при сгорании девяти восковых свечей, каждая диаметром три четверти дюйма, горящих вместе с чистым ярким пламенем».

«Одна лошадь справилась бы с этой работой, хотя фактически использовались две. Таким образом, тепло может быть получено просто за счет силы лошади, и в случае необходимости это тепло можно было бы использовать для приготовления пищи. Но невозможно представить обстоятельства, при которых этот метод получения тепла был бы выгодным, поскольку больше тепла можно было бы получить, используя корм, необходимый для поддержания лошади, в качестве топлива».

[Это чрезвычайно важный отрывок, поскольку он дает понять, что Румфорд ясно видел, что сила животных происходит от пищи; в организме животного не происходит никакого создания силы.]

«Размышляя над результатами всех этих экспериментов, мы естественным образом приходим к тому великому вопросу, который так часто был предметом размышлений среди философов, а именно: что такое тепло — существует ли такая вещь, как огненная жидкость? Есть ли что-то, что с полным основанием можно назвать теплородом?

«Мы видели, что значительное количество тепла может быть возбуждено трением двух металлических поверхностей и выделяться постоянным потоком во всех направлениях, без прерывания или перерыва, и без каких-либо признаков уменьшения или истощения. Рассуждая на эту тему, мы не должны забывать о том самом примечательном обстоятельстве, что источник тепла, генерируемого трением в этих экспериментах, по-видимому, был неисчерпаем. [Курсив Румфорда.] Едва ли нужно добавлять, что все, что любое изолированное тело или система тел может продолжать поставлять без ограничений, не может быть материальной субстанцией; и мне кажется чрезвычайно трудным, если не совсем невозможным, сформировать какое-либо отчетливое представление о чем-либо, способном возбуждаться и передаваться в этих экспериментах, кроме как о Движении».

Когда будет написана история динамической теории тепла, человека, который, вопреки научным убеждениям своего времени, мог экспериментировать и рассуждать на основе эксперимента, как это делал Румфорд в упомянутом здесь исследовании, нельзя будет легко обойти вниманием. С тех пор вряд ли было приведено что-то более мощное против материальности тепла, вряд ли что-то более убедительное в плане доказательства того, что тепло — это то, чем считал его Румфорд, а именно Движение.

ПОБЕДА ЛОКОМОТИВА «РАКЕТА».

Top

[Часть главы XII. Часть II, из книги «Жизнь Джорджа Стефенсона и его сына Роберта Стефенсона», Сэмюэл Смайлс, Нью-Йорк, Harper & Brothers, 1868.]

Работы на Ливерпульской и Манчестерской железной дороге приближались к завершению. Но, как ни странно, директора еще не решили, какая тяговая сила будет использоваться для работы линии после ее открытия для движения. Разногласия во мнениях среди них были настолько велики, что казались непримиримыми. Однако необходимо было прийти к какому-то решению без дальнейшей потери времени, и поэтому было проведено много заседаний совета директоров для обсуждения этого вопроса. Старомодная и хорошо проверенная система конной тяги имела своих сторонников; но, учитывая большой объем перевозимых грузов и вероятную задержку при переходе от станции к станции в случае принятия этого метода, директора после посещения ими железных дорог Нортумберленда и Дарема в 1828 году пришли к выводу, что использование конной тяги недопустимо.

Стационарные двигатели имели много сторонников; локомотив — очень немногих: он все еще оставался почти в меньшинстве из одного человека — Джорджа Стефенсона...

Тем временем продолжалась дискуссия о том, какой вид энергии следует постоянно использовать для работы железной дороги. Директоров завалили всевозможными схемами для облегчения передвижения. Проектировщики из Англии, Франции и Америки, казалось, набросились на них. Были планы перемещения вагонов вдоль линии с помощью энергии воды. Некоторые предлагали водород, другие — углекислый газ. Атмосферное давление имело своих ярых сторонников. И предлагались различные виды стационарных и локомотивных паровых двигателей. Томас Грей настаивал на своем плане смазанной дороги с зубчатыми рельсами; а господа Виньоль и Эрикссон рекомендовали принять центральный фрикционный рельс, против которого два горизонтальных ролика под локомотивом, прижимаясь к сторонам этого рельса, должны были обеспечить средства для подъема по наклонным плоскостям...

Два лучших инженера-практика того времени сошлись во мнении, что в основном следует использовать стационарные двигатели. Не удалось найти ни одного выдающегося профессионала, который согласился бы с инженером железной дороги в его предпочтении локомотивной тяги перед стационарной. У него почти не было сторонников, и казалось, что локомотивная система вот-вот будет заброшена. Тем не менее он не отчаивался. Имея против себя профессиональное сообщество и общественное мнение — ведь ходили самые ужасные истории об опасностях, неприглядности и неудобствах, которые создаст локомотив, — Стефенсон придерживался своей цели. Даже в этот, казалось бы, самый темный час для локомотива он не побоялся заявить, что локомотивные железные дороги через несколько лет станут «великими магистралями мира».

Он отстаивал свои взгляды перед директорами всеми способами, вовремя и, как некоторые из них думали, не вовремя. Он указывал на большее удобство локомотивной тяги для целей общественного пути, сравнивая ее с рядом коротких несвязанных цепей, любую из которых можно было удалить и заменить другой без прерывания движения; тогда как систему стационарных двигателей можно было рассматривать как непрерывную цепь, простирающуюся между двумя конечными пунктами, выход из строя любого звена которой привел бы к расстройству всей системы. Но партия стационарных двигателей была очень сильна в совете, и, возглавляемая мистером Кроппером, они настаивали на целесообразности немедленного принятия отчета господ Уокера и Растрика. Мистер Сандарс и мистер Уильям Рэтбоун, с другой стороны, желали, чтобы локомотиву был предоставлен честный шанс; и они обоснованно возражали против расходования большого капитала, необходимого для строительства предложенных машинных отделений со стационарными двигателями, канатами и механизмами, пока они не испытают возможности локомотива, как рекомендовал их собственный инженер. Джордж Стефенсон продолжал убеждать их, что локомотив все еще способен на большие улучшения, если изобретателям и машинистам будут предложены надлежащие стимулы для их создания; и он пообещал, что, если ему дадут время, он построит двигатель, который удовлетворит их требования и докажет свою способность работать с тяжелыми грузами вдоль железной дороги со скоростью, регулярностью и безопасностью. Наконец, под влиянием его настойчивой серьезности, а также его аргументов, директора по предложению мистера Харрисона решили предложить приз в 500 фунтов стерлингов за лучший локомотивный двигатель, который в определенный день будет представлен на железной дороге и выполнит определенные указанные условия наиболее удовлетворительным образом. [7]

Требования директоров относительно скорости не были чрезмерными. Все, что они просили, — это поддержание скорости десять миль в час. Возможно, они имели в виду критические замечания «Quarterly Review» об абсурдности путешествий с большей скоростью, а также замечания, опубликованные мистером Николасом Вудом, которого они выбрали одним из судей конкурса вместе с мистером Растриком из Стаурбриджа и мистером Кеннеди из Манчестера.

Теперь стало ясно, что судьба железных дорог в значительной степени зависит от исхода этого обращения к механическому гению Англии. Когда было опубликовано объявление о призе за лучший локомотив, ученые люди стали более пристально направлять свое внимание на новую силу, которая таким образом боролась за свое существование. Тем временем общественное мнение по вопросу работы железных дорог оставалось в подвешенном состоянии, и за ходом предприятия следили с огромным интересом.

Во время этого важного спора относительно вида энергии, который будет использоваться для работы железной дороги, Джордж Стефенсон постоянно общался со своим сыном Робертом, который часто посещал Ливерпуль с целью помощи отцу в подготовке отчетов для совета директоров по этому вопросу. Мистер Суонвик помнит яркий интерес вечерних дискуссий, которые тогда происходили между отцом и сыном о наилучшем способе увеличения мощности и совершенствования механизма локомотива. Он удивлялся их быстрому восприятию и быстрому суждению о предложениях друг друга; механическим трудностям, которые они предвидели и учитывали при практической компоновке машины; и он говорит об этих вечерах как о самых интересных демонстрациях двух активно изобретательных и способных умов, стимулирующих друг друга к подвигам механического изобретательства, благодаря которым было предопределено, что локомотивный двигатель станет тем, чем он является сейчас. Эти дискуссии стали более частыми и еще более интересными после того, как директора железной дороги предложили общественный приз за лучший локомотив и нужно было утвердить рабочие чертежи двигателя, который они собирались построить.

Одним из наиболее важных соображений в новом двигателе была компоновка котла и расширение его поверхности нагрева, чтобы позволить пару подниматься быстро и непрерывно с целью поддержания высоких скоростей — поскольку было установлено, что эффект двигателей высокого давления зависит главным образом от количества пара, который может генерировать котел, и от его степени эластичности при производстве. Количество пара, генерируемого таким образом, очевидно, должно главным образом зависеть от количества топлива, потребляемого в топке, и, как следствие, от высокой температуры, поддерживаемой там.

Следует помнить, что в своих первых двигателях в Киллингворте Стефенсон предложил и применил остроумный метод стимулирования горения в топке путем выброса отработанного пара в дымовую трубу после выполнения им своей работы в цилиндрах, тем самым ускоряя подъем потока воздуха, значительно увеличивая тягу и, следовательно, температуру огня. Этот план был принят им, как мы видели, еще в 1815 году, и он был настолько успешным, что он сам приписывал ему большую экономичность локомотива по сравнению с конной тягой. Отсюда и продолжение его использования на Киллингвортской железной дороге.

Хотя использование парового дутьевого аппарата значительно ускорило горение и способствовало быстрому производству пара высокого давления, ограниченный объем поверхности нагрева, представленной огню, все еще ощущался как препятствие для полного успеха локомотивного двигателя. Мистер Стефенсон попытался преодолеть это, удлинив котлы и увеличив поверхность, представленную дымогарными трубами. «Ланкаширская ведьма», которую он построил для железной дороги Болтон — Ли и использовал при формировании насыпей Ливерпульской и Манчестерской железной дороги, была сконструирована с двойной трубой, каждая из которых содержала огонь и проходила продольно через котел. Но эта компоновка неизбежно приводила к значительному увеличению веса этих двигателей, который составлял около двенадцати тонн каждый; а поскольку шесть тонн были пределом, разрешенным для двигателей, допущенных к ливерпульскому конкурсу, было ясно, что пришло время, когда двигатель Киллингворта должен подвергнуться дальнейшей важной модификации.

В течение многих лет до этого периода изобретательные механики пытались решить проблему лучшего и наиболее экономичного котла для производства пара высокого давления.

Использование труб в котлах для увеличения поверхности нагрева было известно давно. Еще в 1780 году Мэтью Болтон использовал медные трубы продольно в котле двигателя Wheal Busy в Корнуолле — огонь проходил через трубы — и было обнаружено, что производство пара при этом значительно увеличивалось. Использование трубчатых котлов впоследствии стало обычным явлением в Корнуолле. В 1803 году Вулф, корнуоллский инженер, запатентовал котел с трубами с той же целью увеличения поверхности нагрева. Вода находилась внутри труб, а огонь котла — снаружи. Подобные приемы предлагались и другими изобретателями. В 1815 году Тревитик изобрел свой легкий котел высокого давления для портативных целей, в котором, чтобы «подвергнуть большую поверхность воздействию огня», он сконструировал котел из ряда небольших перпендикулярных труб, «открывающихся в общий резервуар наверху». В 1823 году У. Х. Джеймс придумал котел, состоящий из серии кольцевых труб из кованого железа, расположенных бок о бок и скрепленных болтами, чтобы образовать своим соединением длинный цилиндрический котел, в центре которого, на конце, располагалась топка. Огонь играл вокруг труб, содержащих воду. В 1826 году Джеймс Невилл получил патент на котел с вертикальными трубами, окруженными водой, через которые проходил нагретый воздух топки, объясняя также в своей спецификации, что трубы могут быть горизонтальными или наклонными, в зависимости от обстоятельств. Мистер Голдсуорси, настойчивый адаптатор паровых карет для передвижения по обычным дорогам, применил трубчатый принцип в котле своего двигателя, в котором пар генерировался внутри труб; в то время как котел, изобретенный господами Саммером и Оглом для их паровой кареты для шоссейных дорог, состоял из серии труб, расположенных вертикально над топкой, через которые проходил нагретый воздух, прежде чем достичь дымовой трубы.

Примерно в то же время Джордж Стефенсон пробовал эффект введения небольших труб в котлы своих локомотивов с целью увеличения их испарительной способности. Так, в 1829 году он отправил во Францию два двигателя, построенных на заводах в Ньюкасле для железной дороги Лион — Сент-Этьен, в котлах которых были размещены трубы, содержащие воду. Поверхность нагрева была таким образом значительно увеличена; но этот прием не был успешным, так как трубы, покрываясь отложениями, вскоре прогорали и удалялись. Именно тогда М. Сеген, инженер железной дороги, преследуя ту же идею, как говорят, принял свой план использования горизонтальных труб, через которые нагретый воздух проходил струйками, и на который он получил французский патент.

Тем временем мистер Генри Бут, секретарь Ливерпульской и Манчестерской железной дороги, чье внимание было привлечено к этому предмету после того, как был предложен приз за лучший локомотив для работы на этой линии, предложил тот же метод, который, сам того не зная, Мэтью Болтон использовал, но не запатентовал в 1780 году, а Джеймс Невилл запатентовал, но не использовал в 1826 году; и он был осуществлен Робертом Стефенсоном при строительстве «Ракеты», которая выиграла приз в Рейнхилле в октябре 1829 года. Ниже приводится рассказ мистера Бута в письме автору:

«Я почти ежедневно общался с мистером Стефенсоном в то время, и я не знал, что он намерен бороться за приз, пока не сообщил ему о своей схеме многотрубного котла. Этот новый план котла включал введение многочисленных небольших труб диаметром два или три дюйма и толщиной менее одной восьмой дюйма, через которые нужно было пропускать огонь вместо одной трубы или дымохода диаметром восемнадцать дюймов и толщиной около половины дюйма, благодаря чему мы не только получаем гораздо большую поверхность нагрева, но и поверхность нагрева гораздо более эффективна, так как между огнем и водой находится только тонкий лист меди или латуни толщиной не более одной восьмой дюйма вместо железной пластины, которая в четыре раза толще, а также является худшим проводником тепла».

«Когда были опубликованы условия испытаний, я сообщил о своем многотрубном плане мистеру Стефенсону и предложил ему совместно построить двигатель и побороться за приз. Мистер Стефенсон одобрил план и согласился на мое предложение. Он определил способ, которым топка и трубы должны быть взаимно расположены и соединены, и двигатель был построен на заводах господ Роберта Стефенсона и Ко, Ньюкасл-апон-Тайн.

«Я не осведомлен о действиях М. Сегена во Франции, но я претендую на то, чтобы быть изобретателем в Англии, и чувствую себя вправе заявить без оговорок, что до тех пор, пока я не назвал свой план мистеру Стефенсону с целью побороться за приз в Рейнхилле, он не был опробован и не был известен в этой стране».

Учитывая хорошо известную высокую репутацию мистера Бута, мы верим, что его заявление сделано в полной добросовестности и что он был в таком же неведении относительно плана, запатентованного Невиллом, как и относительно плана Сегена. Как мы видели, из множества планов трубчатых котлов, изобретенных в течение предыдущих тридцати лет, эта идея отнюдь не была новой; и мы считаем, что мистер Бут имеет право на заслугу в изобретении метода, с помощью которого многотрубный принцип был так эффективно применен при строительстве знаменитого двигателя «Ракета».

Основные обстоятельства, связанные со строительством «Ракеты», как описал их Роберт Стефенсон автору, можно кратко изложить. Трубчатый принцип был принят в более полном виде, чем это было предпринято ранее. Двадцать пять медных труб, каждая диаметром три дюйма, простирались от одного конца котла до другого, нагретый воздух проходил через них на пути к дымовой трубе; и поскольку трубы были окружены водой котла, очевидно, что таким образом было эффективно обеспечено значительное расширение поверхности нагрева. Основная трудность заключалась в установке медных труб в торцах котла, чтобы предотвратить утечку. Они были изготовлены ньюкаслским медником и припаяны к латунным винтам, которые были ввинчены в торцы котла, выступая большими выступами. Когда трубы были таким образом установлены и котел был наполнен водой, было применено гидравлическое давление; но вода брызнула из каждого соединения, и пол фабрики был вскоре затоплен. Роберт пришел домой в отчаянии; и в первый момент горя он написал отцу, что все это — провал. С ответной почтой пришло письмо от отца, в котором говорилось, что об отчаянии не может быть и речи — что он должен «попробовать снова»; и он предложил способ преодоления трудности, который его сын уже предвидел и начал применять. Он заключался в том, чтобы просверлить чистые отверстия в торцах котла, вставить гладкие медные трубы как можно плотнее, запаять, а затем поднять пар. Этот план удался идеально, расширение медных труб полностью заполнило все промежутки, создав идеально водонепроницаемый котел, способный выдерживать экстремальное внешнее давление.

Способ использования парового дутьевого аппарата с целью увеличения тяги в дымовой трубе также был предметом многочисленных экспериментов. Когда двигатель был впервые опробован, возникла мысль, что тяга в дымовой трубе недостаточно сильна для поддержания интенсивности огня в топке, чтобы производить пар высокого давления с требуемой скоростью. Поэтому был принят прием постукивания медных труб в точке, где они входили в дымовую трубу, благодаря чему тяга значительно усилилась; и при дальнейшем испытании было обнаружено, что тяга увеличилась до такой степени, что позволила поднять большое количество пара. Обоснование дутьевого аппарата можно просто объяснить, сославшись на эффект сужения трубы водяного шланга, благодаря чему сила струи воды пропорционально увеличивается. Расширьте сопло трубы, и струя аналогичным образом уменьшится. Так же обстоит дело и с паровым дутьевым аппаратом в дымовой трубе локомотива.

Однако высказывались сомнения, не компенсируется ли большая тяга, полученная за счет сужения дутьевой трубы, в некоторой степени отрицательным давлением на поршень. Поэтому была проведена серия экспериментов с трубами разных диаметров, и их эффективность проверялась по величине вакуума, который создавался в дымовой коробке. Степень разрежения определялась стеклянной трубкой, прикрепленной к дну дымовой коробки и опускающейся в ведро с водой, причем трубка была открыта с обоих концов. По мере того как происходило разрежение, вода, конечно, поднималась в трубке, и высота, на которую она поднималась над поверхностью воды в ведре, была принята за меру величины разрежения. Эти эксперименты доказали, что значительное увеличение тяги было получено за счет сужения отверстия; соответственно, две дутьевые трубы, открывающиеся из цилиндров в обе стороны дымовой трубы «Ракеты» и повернутые вверх внутри нее, были сужены немного ниже площади паровых портов, и до того, как двигатель покинул фабрику, вода поднялась в стеклянной трубке на три дюйма выше воды в ведре.

Другие устройства «Ракеты» были вкратце таковы: котел был цилиндрическим, с плоскими торцами, длиной шесть футов и диаметром три фута четыре дюйма. Верхняя половина котла использовалась как резервуар для пара, нижняя половина была заполнена водой. Через нижнюю часть проходили медные трубы, открытые к топке с одного конца и к дымовой трубе с другого. Топка, или печь, шириной два фута и высотой три фута, была прикреплена непосредственно за котлом и также была окружена водой. Цилиндры двигателя были расположены по обе стороны котла в наклонном положении, один конец был почти на уровне верха котла в его задней части, а другой указывал к центру передней или ведущей пары колес, с которыми соединение было сделано непосредственно от поршневого штока к пальцу на внешней стороне колеса. Двигатель вместе с грузом воды весил всего четыре с четвертью тонны; и он был установлен на четырех колесах, не соединенных между собой. Тендер был четырехколесным и по форме напоминал вагон — передняя часть удерживала топливо, а задняя — бочку с водой.

Когда «Ракета» была закончена, ее поместили на Киллингвортскую железную дорогу для эксперимента. Новая компоновка котла оказалась совершенно успешной. Пар поднимался быстро и непрерывно, и в количестве, которое тогда казалось удивительным. В тот же вечер Роберт отправил письмо отцу в Ливерпуль, сообщая ему к его великой радости, что «Ракета» «в полном порядке» и будет в полной рабочей готовности к дню испытания. Вскоре после этого двигатель был отправлен на вагоне в Карлайл, а оттуда перевезен в Ливерпуль.

Время, которого так жаждал Джордж Стефенсон, наступило, когда достоинства пассажирского локомотива должны были быть подвергнуты испытанию. Он вел битву за него до сих пор почти в одиночку. Поглощенный своими ежедневными трудами и тревогами, и измученный трудностями и разочарованиями, которые сломили бы дух менее решительного человека, он твердо придерживался своей цели, несмотря на добрые и злые слухи. Враждебность, которую он испытал со стороны некоторых директоров, выступавших против принятия локомотива, была обстоятельством, которое причинило ему наибольшее горе; ибо там, где он искал поддержки, он находил только придирки и противодействие. Но его мужество никогда не покидало его; и теперь «Ракета» была на месте, чтобы доказать, говоря его собственными словами, «человек ли он слова или нет».

В день, назначенный для великого соревнования локомотивов в Рейнхилле, на приз были заявлены следующие двигатели:

1. «Новинка» господ Брейтуэйта и Эрикссона.

2. «Sanspareil» («Несравненный») мистера Тимоти Хэкворта.

3. «Ракета» господ Р. Стефенсона и Ко.

4. «Настойчивость» мистера Берстолла.

Площадкой, на которой должны были испытываться двигатели, был ровный участок железной дороги длиной около двух миль. Каждый должен был совершить двадцать поездок, что равно путешествию в семьдесят миль, в течение дня, и средняя скорость движения должна была быть не ниже десяти миль в час. Было решено, что во избежание путаницы каждый двигатель должен испытываться отдельно и в разные дни.

Днем, назначенным для соревнования, было 1 октября, но, чтобы дать достаточно времени для приведения локомотивов в хорошее рабочее состояние, директора продлили его до 6-го. Было вполне характерно для Стефенсонов, что, хотя их двигатель не стоял первым в списке для испытаний, он был первым, который был готов, и поэтому судьи приказали вывести его для экспериментальной поездки. Тем не менее «Ракета» отнюдь не была «фаворитом» ни у судей, ни у зрителей. Николас Вуд с тех пор заявил, что большинство судей были сильно предрасположены в пользу «Новинки» и что «девять десятых, если не десять десятых присутствующих были против «Ракеты» из-за ее внешнего вида». Почти каждый человек отдавал предпочтение какому-то другому двигателю, так что для «Ракеты» не оставалось ничего, кроме практического испытания. Первая поездка, совершенная ею, была вполне успешной. Она проехала около двенадцати миль без перерыва примерно за пятьдесят три минуты.

Затем была вызвана «Новинка». Это был легкий двигатель, очень компактный на вид, несущий воду и топливо на тех же колесах, что и двигатель. Вес всего устройства составлял всего три тонны и один центнер. Особенностью этого двигателя было то, что воздух нагнетался или принудительно подавался через огонь с помощью мехов. Поскольку день был уже далеко за полночь, и возник спор относительно метода назначения надлежащей нагрузки для «Новинки», никаких особых экспериментов не проводилось, кроме того, что двигатель прошел по линии в порядке выставки, иногда двигаясь со скоростью двадцать четыре мили в час. «Sanspareil», сконструированный мистером Тимоти Хэквортом, был выставлен следующим, но никаких особых экспериментов с ним в этот день не проводилось. Этот двигатель мало чем отличался по своей конструкции от локомотива, последним поставленного Стефенсонами на железную дорогу Стоктон — Дарлингтон, где мистер Хэкворт был локомотивным мастером.

Состязание было отложено до следующего дня; но до того, как судьи прибыли на площадку, мехи для создания тяги в «Новинке» вышли из строя, и она оказалась неспособной выполнить свою работу. Дефект был также обнаружен в котле «Sanspareil», и было предоставлено некоторое дополнительное время для его ремонта. Большое количество зрителей, собравшихся, чтобы стать свидетелями состязания, были очень разочарованы этой отсрочкой; но, чтобы уменьшить ее, Стефенсон снова вывел «Ракету» и, прицепив к ней вагон с тридцатью людьми, провез их по линии со скоростью от двадцати четырех до тридцати миль в час, к их большому удовольствию и изумлению. Перед тем как разойтись, судьи приказали подготовить двигатель к восьми часам следующего утра, чтобы пройти его окончательное испытание в соответствии с предписанными условиями.

Утром 8 октября «Ракета» была снова готова к состязанию. Двигатель был доставлен к краю сцены, топка была заполнена коксом, огонь зажжен, и пар поднят до тех пор, пока он не поднял предохранительный клапан, нагруженный до давления пятьдесят фунтов на квадратный дюйм. Эта процедура заняла пятьдесят семь минут. Затем двигатель начал свое путешествие, волоча за собой около тринадцати тонн веса в вагонах, и совершил первые десять поездок туда и обратно вдоль двух миль дороги, проехав тридцать пять миль, включая остановки, за час и сорок восемь минут. Вторые десять поездок были аналогичным образом выполнены за два часа и три минуты. Максимальная скорость, достигнутая во время пробной поездки, составила двадцать девять миль в час, или примерно в три раза больше скорости, которую один из судей конкурса объявил пределом возможности. Средняя скорость, с которой были выполнены все поездки, составила пятнадцать миль в час, или на пять миль больше скорости, указанной в условиях, опубликованных компанией. Все выступление вызвало величайшее изумление среди собравшихся зрителей; директора почувствовали уверенность, что их предприятие теперь находится на пороге успеха; и Джордж Стефенсон радовался мысли, что, несмотря на всех лжепророков и непостоянных советчиков, локомотивная система теперь в безопасности. Когда «Ракета», выполнив все условия состязания, прибыла на «главную трибуну» в конце своего успешного дневного пробега, мистер Кроппер — один из директоров, благосклонных к системе стационарных двигателей, — поднял руки и воскликнул: «Теперь Джордж Стефенсон наконец-то оправдал себя...»

«Ракета» затмила показатели всех локомотивных двигателей, которые были построены до сих пор, и превзошла даже самые смелые ожидания своих конструкторов. Она удовлетворительно ответила на отчет господ Уокера и Растрика и установила эффективность локомотива для работы на Ливерпульской и Манчестерской железной дороге, и, действительно, на всех будущих железных дорогах. «Ракета» показала, что в мир родилась новая сила, полная активности и силы, с безграничными возможностями работы. Именно простое, но замечательное изобретение парового дутьевого аппарата и его сочетание с многотрубным котлом сразу же дали локомоции энергичную жизнь и обеспечили триумф железнодорожной системы. [8]

The “Rocket” The “Rocket”

СНОСКИ:

[7]

1. Двигатель должен эффективно потреблять свой собственный дым.

2. Двигатель, если он весит шесть тонн, должен быть способен тянуть за собой изо дня в день двадцать тонн веса (включая тендер и бак для воды) со скоростью десять миль в час при давлении пара в котле, не превышающем пятьдесят фунтов на квадратный дюйм.

3. Котел должен иметь два предохранительных клапана, ни один из которых не должен быть закреплен, и один из них должен быть полностью вне контроля машиниста.

4. Двигатель и котел должны быть установлены на пружинах и опираться на шесть колес, высота всего устройства не должна превышать пятнадцати футов до верха дымовой трубы.

5. Двигатель с водой должен весить не более шести тонн; но двигатель меньшего веса будет предпочтительнее, если он тянет за собой пропорциональный груз; если он весит всего четыре с половиной тонны, то его можно поставить только на четыре колеса. Компания будет иметь право испытать котел и т. д. давлением в сто пятьдесят фунтов на квадратный дюйм.

6. На машине должен быть установлен ртутный манометр, показывающий давление пара выше сорока пяти фунтов на квадратный дюйм.

7. Двигатель должен быть доставлен в комплекте и готов к испытаниям на ливерпульский конец железной дороги не позднее 1 октября 1829 года.

8. Цена двигателя не должна превышать 550 фунтов стерлингов.

Многие влиятельные лица объявили условия, опубликованные директорами железной дороги, химерическими в высшей степени. Один джентльмен, имеющий определенный вес в Ливерпуле, мистер П. Юарт, который впоследствии занимал должность правительственного инспектора почтовых пароходов, заявил, что только кучка шарлатанов могла издать такой набор условий; что было доказано, что невозможно заставить локомотивный двигатель двигаться со скоростью десять миль в час; но если это когда-нибудь будет сделано, он обязуется съесть тушеное колесо двигателя на завтрак.

[8] Когда на дорогу были выведены более тяжелые и мощные двигатели, старая «Ракета», став считаться вещью, не имеющей никакой ценности, была продана в 1837 году. С тех пор она была передана в Музей патентов в Южном Кенсингтоне, Лондон, где ее можно увидеть и по сей день.

Примечания транскрибатора:

Страница 30 — imployed изменено на employed.

Страница 31 — subsequenty изменено на subsequently.

Страница 47 — build изменено на building.

Страница 147 — suggestor изменено на suggester.

Страница 166 — supgestion изменено на suggestion.

Сноска 7 — Вопросительный знак заменен на точку.

Несоответствия в словах с дефисом были приведены к единообразию.

Очевидные опечатки принтера, включая пунктуацию, были исправлены без примечаний.