Людство очима фізика
Феномен життя складний і не цілком збагненний, але, якщо висловлювати його одним всеосяжним поняттям, це буде «рух». Рух має на увазі тіло, здатне рухатися, і силу, яка наводить це тіло в рух. Будь-яке тіло, будь воно в стані руху чи спокою, прагне зберегти свій стан. Сила ж викликає однакову протидію. Тому всякий рух у природі ритмічний: припливи та відливи, хід маятника, коливання струму, саме життя людини з народженням, дорослішанням, старістю, смертю.
Говорячи про людину, Тесла має на увазі все людство загалом. Безумовно, мільйони жителів Землі пов’язані безліччю ниток, утворюють цілісну єдність. Чому б не уявити людство як масу, схильну до якоїсь силі? Енергія цієї маси дорівнює половині добутку маси на квадрат певної швидкості, яку ми поки що не можемо визначити. Як збільшити загальну енергію людства? Ось найважливіше наукове завдання.
Припустимо, на масу людства діють дві сили – одна сприяє її руху, інша ж цей рух гальмує. Тоді є лише три способи збільшення енергії людства:
- збільшити масу без зміни обох протидіючих сил;
- зменшити гальмівну силу, залишивши масу і силу, що спонукає незмінними;
- збільшити силу, що спонукає, залишивши масу і гальмуючу силу незмінними.
Розглянемо їх у порядку.
Як збільшити масу людства, чи Чудотворний азот
Ціла низка звичок і заходів сприяє розвитку людства:
- уважне ставлення до здоров’я та дотримання необхідних гігієнічних правил;
- повноцінне, але помірне харчування;
- міцні сімейні спілки та гармонійне виховання дітей;
- дотримання релігійних заповідей.
Якщо діти досягають вищого ступеня освіченості, ніж батьки, загальний внесок у збільшення енергії людства зростає. Якщо молоде покоління поступається батькам, то й загальна енергія згасає.
Все, що суперечить здоровим звичкам та релігійним поглядам, веде до зменшення маси людства.
- Легковажне ставлення до свого здоров’я можна прирівняти до смертних гріхів. Зберігаючи свої тіла здоровими та чистими, ми віддаємо належне божественному задуму.
- Азартні ігри та нездорове пожвавлення брокерів на біржі ніяк не можна віднести до корисних звичок.
- Тютюн, спиртне, кава та інші збуджуючі засоби скорочують життя. Разом з тим ці звички існують століттями, тож забороняти їх було б марною тратою сил. Розумніше дотримуватися тут поміркованості, ніж проповідувати повну помірність.
Краще спрямувати реформаторську енергію в інше русло. Так, на кожну людину, яка гине від дії спиртного, припадає тисяча вмираючих від брудної води. Чи не розумніше зайнятися проблемою її очищення?
Основним злом навіть освічених суспільств залишається нестача здорової їжі. І справа не лише в найбідніших країнах, де панує голод, — йдеться про нестачу саме здорового харчування. Вчені говорять про створення штучних продуктів харчування, але навряд це раціональний шлях. Вирощування великої рогатої худоби звичніше, але теж затратно. Найздоровіше рішення – вегетаріанство.
Воно, однак, потребує збільшення продуктивності ґрунту. Найефективніший спосіб збагатити ґрунт — удобрювати його сполуками азоту. В атмосфері Землі азоту надміру, проте цей інертний газ відмовляється з’єднуватися з іншими елементами. На допомогу приходить електрика. «Порушений» електричними струмами азот входить у ефективну реакцію з киснем.
Отже, для окислення азоту у будь-яких кількостях потрібні лише механічна енергія та електрична установка.
Як зменшити гальмівну силу, або Роботи на війні
Що гальмує людство з його шляху? Дурність, невігластво, фанатизм, прожектерство. Одні сили – скажімо, енергію фанатика – можна спрямувати у корисне русло. Інші – такі як непомірну активність дурня або дії невігласа – можна лише стримувати. Головним гальмом слід визнати невігластво. Протистояти цій силі можна лише шляхом поширення знань.
Серед негативних сил, які можна перенаправити в інше русло, найнебезпечнішою є війни.
- Одні кажуть, що створення зброї величезної руйнівної сили зупинить війну стане ідеальним інструментом стримування. Навряд чи: швидше, знову розв’язані війни стануть ще кривавішими.
- Інші переконані, що поява літальних машин призведе до загального світу. Так, поява «повітряних держав» не за горами (і першою, ймовірно, стане Америка), але як це зменшить бажання панувати? Ніяк.
Енергію війни важко погасити, але можна перенаправити. Першим кроком було б рішення всіх країн зменшити збройні сили в однаковій пропорції, адже захищеність держави залежить лише від відносної, а чи не абсолютної кількості солдатів. Звернімо увагу і на те, що з розвитком цивілізації війни ставали все більш цивілізованими: тепер результат битв визначається не так арміями, як дипломатичними переговорами. То чому б не виключити людський чинник? Нехай на полях борються людиноподібні машини, які керують людьми на відстані. Театр воєнних дій стане у повному розумінні слова театром, у якому люди будуть лише глядачами.
1898 року на виставці електротехніки Тесла продемонстрував прообраз такого пристрою. Це був човен, сконструйований із заліза, що харчувався від акумуляторної батареї власного дизайну Тесла і оснащений радіомеханічним приймачем, який приймав команди від бездротового радіопередавача. Сигнал з пульта управління змушував човен плисти з різною швидкістю в різні боки, робити різноманітні маневри, запалював лампи на носі і кормі судна. Публіка була вражена.
Однак Теслі цього було замало. Наступною та найважливішою метою він бачить створення автоматів, які мали б власну свідомість, реагували на зовнішні умови, подібно до людей, і не потребували б операторів, реалізуючи закладену в них програму дій. Така машина мала б уміти накопичувати досвід, вчитися на своїх помилках, розуміти різницю між тим, що робити необхідно, а що заборонено. Однак ідея розумних автоматів залишилася нерозробленою.
Як збільшити силу, що спонукає, або Енергія без проводів
Огляньтеся навколо: всі матеріальні вигоди у вашому будинку залежать від енергії. Вся енергія, завдяки якій можливе життя, походить від сонця.
Давним-давно батьки навчилися отримувати сонячну енергію зі шматків дерева чи вугілля. Наступним важливим кроком стало приборкання електрики. Ми готові до наступного радикального кроку. Тут є кілька рішень:
- спалювати вугілля ефективнішим способом;
- ефективніше задіяти іншу енергію навколишнього середовища;
- налагодити бездротову передачу електроенергії на будь-яку відстань.
Спосіб 1. Енергія вугілля
Завдяки електриці тепер не потрібно перевозити вугілля на великі відстані: можна спалювати його поряд із шахтою, отримувати електрику за допомогою динамо-машини та передавати струм у віддалені райони. Фабричні механізми можуть керуватися не ременями та приводними валами, а перетвореною на електрику енергією пари.
Щоправда, поїзди та пароплави досі рухаються додатком енергії пари до приводних механізмів. Адже динамо-машини, керовані спеціально спроектованими паровими і газовими двигунами, були б значно економічнішими, особливо для океанських суден.
Але як отримувати електрику з вугілля прямим способом, без відчутних втрат теплової енергії? Виходом може бути низькотемпературний вугільний акумулятор. Однак чи можна енергію з’єднання вуглецю з іншим елементом перетворювати безпосередньо на електрику, ще невідомо. Це завдання скоріше для хіміків, а не для фізиків.
Спосіб 2. Енергія із навколишнього середовища
Енергія вітру. Багато століть мореплавці цінували енергію вітру значно більше, ніж сухопутні громадяни. Правда, на суші у цього способу свої обмеження: механізми надто великі на одиницю потужності, а в безвітряну погоду марні.
Енергія сонячних променів. Безперервно виливаючись на землю, вони постачають її енергією у розмірі понад чотири мільйони кінських сил на квадратну милю. Що якщо використовувати тепловий або термодинамічний двигун, що працює на рідині, що випаровується в казані під впливом тепла променів? Щоправда, після довгих дослідів Тесла переконався, що промислова експлуатація такого двигуна неможлива: дуже мало корисної енергії вдається акумулювати.
Енергія тепла із надр Землі. Земля всередині неймовірно гаряча: виміри показують, що температура в міру наближення до центру зростає приблизно градус на кожну сотню футів глибини. Що якби вдалося заглибитись хоча б на 12 000 футів і помістити там котли? Тому це завдання не здавалося нездійсненним.
Втім енергії чимало і на поверхні планети. У розрядах блискавки величезна кількість енергії — вся річ у тому, щоб її вловити та акумулювати. Крім того, верхні шари повітря мають постійні електричні заряди, протилежні до заряду Землі. Сама планета утворює сильно заряджений електричний конденсатор, що містить величезну кількість електричної енергії, яку потенційно можна звернути всім на користь.
Нарешті, у майбутньому, напевно, відкриють нові джерела енергії, які нині здаються фантастичними. Як щодо сил магнетизму чи гравітації? Поки що це здається неймовірним, але неймовірне не означає недосяжне.
«Самодеюча машина». Однією з найзухваліших ідей Тесли стало створення двигуна, що працює необмежено довго шляхом отримання енергії з навколишнього середовища. Поштовхом послужила заява лорда Кельвіна про неможливість пристрою, що самоохолоджується, яке підтримувало б роботу за рахунок тепла ззовні. Але представимо металеві дроти, простягнуті від Землі у відкритий космос. Земля тепліша за космос; теплота, що йде знизу вгору по цих проводах, охолоджуватиме землю, а в результаті виникне електричний струм. Після цього залишається тільки приєднати до клем цього термоелемента електричний мотор, який працюватиме доти, доки середа внизу не охолоне до температури міжпланетного простору. Ця машина, всупереч заяві Кельвіна, працює на теплоті.
Проект апарату, який давав би можливість отримувати енергію із середовища в процесі безперервного охолодження атмосферного повітря, був майже готовий, але нові розрахунки Тесли показали, що зі звичайними механізмами недосяжний результат. Для цього йому слід було створити конструкцію з п’яти складових механізмів, причому кожен із них спроектувати з нуля. Ключовою метою всього процесу стало досягнення максимальної економії при перетворенні теплоти в механічну енергію, а перспективним напрямом — зрідження газів.
Першим елементом став механічний генератор коливань, другим повітряний компресор. Так було створено інструмент для стиснення повітря практично будь-якого бажаного тиску. Тесла розпочав розробку третього компонента, але тут у його лабораторії сталася пожежа, яка знищила всі напрацювання. Правда, успішні спроби зрідження повітря в процесі його охолодження були продемонстровані іншими колегами, так що Тесла не втрачав надії. Крім того, його думки захопила ще неймовірніша ідея — бездротова передача енергії.
Спосіб 3. Бездротова передача енергії
Провідність повітря – явище настільки ж природне, як і дивовижне. Тесла присвятив його вивченню не один рік, а у процесі створив кілька спеціальних механізмів. Одним із перших важливих результатів, отриманих за допомогою цих машин, став дивний вплив високочастотних електричних коливань на організм людини. Виявилося, що потужні електричні розряди в кілька сотень тисяч вольт можна пропускати через тіло без будь-яких небезпечних наслідків . Більше того, високочастотні струми навіть надають оздоровлюючу дію – це підтвердили лікарі.
Ще один корисний наслідок дослідів: завдяки високочастотним струмам можна отримувати світло економнішим способом, за допомогою вакуумних трубок замість ламп з ниткою розжарювання.
Ключовим стало відкриття в 1892 році електричного явища, яке Тесла назвав «щіткою, що обертається». Суть його така: у вакуумній лампі за певних умов утворюється світловий пучок, що неймовірно чутливий до магнітних та електричних впливів. Навіть просте напруження м’язів руки спостерігача, який знаходиться від лампи на деякій відстані, легко вловлюється пучком. Ця чутливість означає можливість передачі повідомлень на відстані. Так Тесла відкрив бездротовий телеграф.
Але ж передавати на відстані можна не лише повідомлення, а й чисту енергію. Наступним кроком було створення електричного трансформатора, чия вихідна напруга сягала мільйонів вольт. Така напруга створювала повітря електричні розряди багатометрової довжини. Публіка, яка була присутня на демонстрації дослідів, була вражена.
Для Тесли ці вправи були лише початком розробки принципово нової технології, яка згодом змінить промисловість. Людям більше не потрібні дроти, щоб передавати енергію! Бездротовий зв’язок можливий з абсолютно будь-якою точкою земної кулі! Нова технологія і швидше, і безпечніше, і дешевше за кабельну передачу електрики.
Ще одне важливе спостереження Тесла: провідність, повідомлена повітрям електричними імпульсами з напругою в мільйони вольт, швидко зростала залежно від ступеня розрідженості повітря. Значить, передача струмів можлива і на середній, легкодоступній висоті. А відстань між об’єктами майже не важлива.
Експорт енергії може стати головним джерелом доходу для таких вдало розташованих поблизу великих водойм країн, як США або Канада: вода створювала б електрику, а вона поширювалася б у найвіддаленіші куточки Землі. Люди могли б селитися будь-де, ефективно обробляючи землю за допомогою доступної енергії.
Жодне досягнення у сфері електрики не зрівняється з принципом передачі енергії на будь-яку відстань повітрям. Жодне технічне досягнення не може ефективніше сприяти зближенню різних народів та зростанню їхнього добробуту. Ось головне вирішення проблеми збільшення енергії людства.
Метал майбутнього
Який би метод отримання енергії не був реалізований, ключову роль відіграватиме залізо — матеріал для моторів та генераторів. Дуже важливо вдосконалювати його виробництво та використання. Поки що ці процеси дуже неефективні. Крім того, залізо йде на військові потреби, тобто має негативну силу.
Потрібно вчитися виробляти залізо, максимально ефективно використовуючи енергію сонця і взагалі не витрачаючи вугілля. Сам Тесла розробив один такий спосіб — про застосування електричних струмів, отриманих від енергії водоспаду, але не для плавлення руди, а для розкладання води. Водень, що звільнився внаслідок електролітичного розкладання, згоряє або возз’єднується з киснем — не з тим, від якого був відокремлений, а з атмосферним. Внаслідок цього майже вся електрична енергія, витрачена на розкладання води, повертається у вигляді теплоти, отриманої в результаті возз’єднання водню. Вона використовується для плавки руди.
Залізо – необхідний промисловості, але все-таки не ідеальний матеріал. Поки технологи використовують слабкі магнітні сили, залізо необхідно, але як тільки будуть знайдені способи отримання потужних магнітних сил, потреба в залізі відпаде. Тесла вже побудував електричні трансформатори, в яких залізо не використовується зовсім, а продуктивність у 10 разів вища, ніж у залізних трансформаторів.
Втім, у недалекому майбутньому залізо явно поступиться алюмінієм. Він набагато легше піддається обробці, у нього висока електропровідність, він легкий. Алюміній обійдеться в рази дешевше, якщо видобувати його тим же способом, яким був запропонований Теслой для отримання заліза. У будівництві літальних апаратів алюміній необхідний. XX століття Тесла назвав віком алюмінію.
10 найкращих думок
1. Життя – це рух.
2. Все, що суперечить здоровим звичкам та релігійним поглядам, скорочує енергію людства.
3. Помірність шкідливих звичок ефективніше, ніж повна заборона.
4. Вегетаріанство – дієта майбутнього.
5. Енергію воєн важко погасити, але легко перенаправити. Нехай воюють людиноподібні машини, наділені здатністю приймати рішення у бойовій обстановці.
6. Енергія оточує нас усюди, її дають сонце, вітер, блискавки. А в майбутньому, мабуть, джерелом енергії можуть стати гравітація чи магнетизм.
7. Справа у пошуку нових джерел енергії, а й у пошуку економічніших способів її видобутку.
8. Головним металом ХХ століття стане алюміній.
9. Бездротова передача електрики – ключове вирішення проблеми збільшення енергії людства.
10. Людство — єдиний організм , і чим досконаліша технологія, тим більше ми відчуваємо цю єдність, тим краще живеться кожному з нас.
Вільям Томсон, лорд Кельвін (1824-1907) – британський фізик, відомий своїми роботами в галузі термодинаміки та механіки.
Мова про змінному струмі, котрим межа небезпечної напруги значно вище, ніж постійного, і це межа відсувається з підвищенням частоти.