Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени
Шрифт:
Шлирен-фотография ударных волн, вызванных пулей в аэродинамической трубе. Фото иллюстрирует феномен, который в 1889 году в ходе экспериментов наблюдал Эрнст Мах. (В его честь скорость звука получила название Мах-1). Технику шлирен-фотографии впервые применил Август Топлер в 1864 году для «наблюдения» за звуковыми волнами
Есть события, которые можно сравнить с перекрестками магистральных линий, пересекающих все полотно паутины перемен. В своих странствиях по ней мы периодически оказываемся на таких перекрестках. К их числу относятся и открытия Уатта, и исчисление бесконечно малых величин, и движение романтизма, и Ньютон, и книгопечатание, и углеродная сажа. Открытие свойств селена является еще одним примером такого основополагающего события, за которым следует множество революционных
Например, немецкий изобретатель Пауль Нипков использовал селен в конструкции диска для считывания изображений и преобразования их в электрические сигналы. Затея не удалась, но сам принцип работы, предложенный Нипковым, позднее лег в основу механического телевидения 50 — 40 , 280 , прообраза современного телевидения с электронной разверткой. Это будет потом, а пока было ясно, что испускаемое селеном электричество не зависит от световых волн и носит характер отдельных импульсов электрического заряда. Количество испускаемых электронов возрастало с увеличением интенсивности освещения. Тем не менее опыты показали, что изменение частоты света не оказывало никакого влияния на заряд, как следовало бы ожидать, если бы дело было в световых волнах как таковых. С увеличением частоты волн возрастала только скорость высвобождения электронов. Решение загадки нашел Эйнштейн: свет можно охарактеризовать и как волны, и как частицы (он назвал их фотонами), все зависит от метода исследования. Наблюдатель может измерить либо количество частиц света, либо частоту волн, но не оба параметра одновременно.
Людей кинематографа мало волновала важность этого фундаментального открытия для науки. Новое свойство селена значило для них только одно — возможность снимать звуковое кино. Если бы селен мог испускать электроны под действием мерцания света, вызванного электрическими колебаниями, которые, в свою очередь, происходили бы вследствие вибрации мембраны под действием звука, то мерцающий свет можно было бы записать на движущуюся кинопленку как последовательность светлых и темных пятен. При проецировании пленка с таким движущимся изображением также вызвала бы мерцание света, а его с помощью селеновой батареи можно было бы преобразовать в электрические импульсы и посредством другой мембраны воспроизвести исходный звук 51 — 33 . Таким образом, по замыслу профессора Тыкоцинера из Университета Иллинойса (он проработал над проблемой с 1900 по 1918 год) можно было бы записать звук на кинопленку. К несчастью для Тыкоцинера, звук получался слишком уж слабым для кинотеатра, так что он забросил этот проект и не попал в Голливудский пантеон.
Человек, носивший по-голливудски звучное имя Ли де Форест, преодолел возникшее препятствие и изобрел устройство, без которого наш мир был бы начисто лишен электронного звучания. В то время было уже известно, что в вакуумных двухэлектродных лампах поток частиц 52 — 38 , 239 движется в направлении от разогретой нити накала, служащей катодом, к холодному металлическому аноду лампы. Де Форест предположил, что этот поток можно использовать для усиления звука. В нити накаливания заряд отрицательный, и отрицательно заряженные частицы движутся по направлению к положительно заряженному аноду. Если между ними поместить металлическую сетку и ее заряд также будет отрицательным, движение частиц остановится (одноименные заряды отталкиваются). Однако если подать на сетку даже слабый положительный заряд, то поток частиц значительно ускоряется. Таким образом, если положительный заряд, поданный на сетку, вызван слабым сигналом (например, таким, как в случае с селеновой батареей), то на выходе он будет многократно усилен. Аудион, как назвал свое изобретение де Форест, стали использовать для усиления звукового сигнала в кино. Теперь зрители могли наслаждаться озвученным кинематографом.
Наслаждаться смогли не только ценители кино, но и обладатели приемников, поскольку попутно изобретение де Фореста помогло наконец как следует расслышать слабые сигналы радио 53 — 236 . При помощи нескольких аудионов сигнал усиливался в миллионы раз, а принимаемый диапазон расширялся стократно. Де Форест продемонстрировал это в 1910 году, организовав прямой эфир выступления Энрико Карузо. Однако заслуга де Фореста была не только в усовершенствовании развлекательной техники. Его технология позволяла наладить передачу информации любого типа на дальние расстояния. До изобретения аудиона сигнал телефона 54 — 34 , 276 передавался только на расстояние триста двадцать километров, а уже в 1914 году благодаря серии усилителей на линии была налажена телефонная связь между Нью-Йорком и Сан-Франциско. Кроме того, по одному кабелю можно было вести одновременно шесть разговоров, каждый из которых передавался
К идее аудиона де Форест пришел после случая, который произошел в Нью-Джерси, в лаборатории самого знаменитого (в том числе благодаря собственной же саморекламе) изобретателя всех времен и народов Томаса Альвы Эдисона 55 — 31 , 41 , 104 . В 1883 году он трудился над новой двухэлектродной лампой накаливания и обратил внимание, что колба покрывается копотью у основания, где находилась металлическая пластина анода. Не сознавая того, что это явление вызвано потоком частиц, он скромно окрестил его эффектом Эдисона и даже запатентовал. Де Форесту очень пригодился этот эффект, хотя он никогда не признавал за Эдисоном роль его первооткрывателя.
Свой путь к сияющим (во всех смыслах) вершинам славы молодой Эдисон начал с должности оператора телеграфа. У него были умелые руки и много свободного времени. Он работал на железной дороге, и начальство не раз грозилось вышвырнуть его за бесконечные эксперименты с током, магнитами, цепями и другими электрическими штуковинами. Широкие перспективы открылись перед Эдисоном (равно как и перед другими предпринимателями и изобретателями) благодаря беспрецедентному железнодорожному буму в США 56 — 26 .
По мере экспансии железных дорог на Американский Запад стремительно развивались новые рынки. В мгновение ока, как по волшебству, возникали новые деревянные городки, стоило только распространиться слухам о приближении бригад железнодорожных строителей. Одновременно с этим с той же быстротой и по той же причине вырубались целые леса. В середине XIX века в США уничтожение лесов стало первым прецедентом безудержной эксплуатации природных ресурсов. Если бы развитие железнодорожного строительства шло теми же темпами, то лесов в стране не осталось бы вовсе. Эта экологическая проблема могла привести к непредсказуемым последствиям.
На нужды железных дорог уходило огромное количество древесины. Не раздумывая, из дерева изготавливали все что угодно: мосты, товарные и пассажирские вагоны, телеграфные столбы, древесина также использовалась как топливо для паровозов (три тысячи поленниц на месяц), но самое главное — из нее делали шпалы. В 1850 году общая протяженность железнодорожных путей составляла пятнадцать тысяч километров, а во времена Эдисона, в 1890 году, их было уже двести шестьдесят четыре тысячи километров 57 — 28 . Строительная бригада укладывала больше пятнадцати километров колеи за день. Для десяти километров рельсов требовалось около двенадцати тысяч шпал. Иными словами, один день работы одной бригады «съедал» две тысячи деревьев. На постройку шестисотметрового моста между городами Рок-Айленд в Иллинойсе и Дэвенпорт в Айове в 1856 году ушло триста тысяч погонных метров бревна. Неудивительно, что штат Мичиган к концу XIX века был вырублен почти под корень — мичиганские сосны очень ценились в производстве шпал. Великие девственные леса Америки опустошались, и древесина целыми составами уходила на запад для прокладки магистрали к Тихому окену — в Калифорнии набирала силу золотая лихорадка 58 — 1 . В 1850 году шесть лесопилок в окрестностях городка Сагиноу в Мичигане обрабатывали около миллиона погонных метров древесины в год. К концу века лесопилок было уже восемьдесят, а ежегодная выработка составляла около десяти миллионов метров. В 1856 году штат Мичиган уже называли прерией, в радиусе пятидесяти километров вокруг Чикаго не осталось ни одного дерева, из которого можно бы было нарубить дров. На деревообработке сколачивались состояния. Один из будущих миллионеров, Эзра Корнелл, оставил торговлю плугами и занялся поставкой деревянных столбов для телеграфной компании «Вестерн юнион». Со временем он вошел в число акционеров компании и заработал достаточно денег, чтобы открыть университет в Итаке (куда в свое время построил дорогу) и назвать его своим именем.
Самая большая беда заключалась в том, что древесину необходимо было менять. Срок службы шпал и телеграфных столбов составлял пять — семь лет, дальше они начинали гнить. В 1856 году леса Америки были спасены. К этому привела цепь событий, начавшаяся с появлением новомодного способа освещения, которое на железной дороге впервые появилось в городах Галена и Чикаго. Это был коксовый газ. Учитывая специфику отрасли, где всюду использовались паровые машины, забавным является тот факт, что первым человеком, доказавшим экономическую целесообразность использования этого газа (и таким образом спасшим леса Америки от полного уничтожения) был коллега Джеймса Уатта Уильям Мердок 59 — 16 , 103 . Именно он в 1792 году предложил промышленное применение коксового газа. К 1802 году газовые осветительные горелки были установлены на фабрике Уатта в окрестностях Манчестера.