Perypetie Tesli

Nikola Tesla był jednym z najwybitniejszych i zagadkowych jednocześnie wynalazców żyjących na Ziemi. Urodził się 10 lipca 1856 roku w Smiljan (Chorwacja). Przypisuje mu się setki rozmaitych wynalazków, które miały bezpośredni wpływ na postęp ówczesnego przemysłu, jak i mniej znanych bądź nawet utajnionych przez rząd USA.

Wiele spośród marzeń Tesli doczekało się realizacji, ale najambitniejsze wizje nie urzeczywistniły się za życia ich autora. Można domyślać się, dlaczego Tesli, mimo wielu wspaniałych osiągnięć, nie udało się wprowadzić w życie niektórych zamierzeń. Choć otaczano go powszechnym szacunkiem jako wielkiego inżyniera i wynalazcę, wciąż znajdowali się ludzie, którzy – jak niegdyś jego profesor – nie wierzyli, by te wszystkie pomysły miały większy sens. Inni z kolei finansowo i technologicznie współzawodniczyli z Tesla i Edisonem, więc starali się na przykład wyśmiewać i deprecjonować odkrycia przeciwników. Wreszcie sponsorzy i finansiści wspierali Teslę lub nie, by osiągnąć pożądany skutek. Zasoby pieniężne samego Tesli nigdy nie pozwoliły mu na pełne sfinansowanie projektów, a że zazwyczaj wymagały one większych pieniędzy, niż się spodziewał, zdawał się na łaskę i niełaskę różnego pokroju inwestorów i dobroczyńców. Przez całe życie Tesla każdą otrzymaną pokaźną sumę natychmiast przeznaczał na nowe urządzenia i wynalazki – by wkrótce popaść w gigantyczne długi. Na początku 1899 roku Tesla uzyskał pieniądze od wielu bogatych osób, w tym od pułkownika Johna Jacoba Astora, właściciela nowojorskiego hotelu Waldorf Astoria. Dzięki tym sumom udało mu się stworzyć w Colorado Springs dobrze wyposażone laboratorium, w którym emitował sztuczne błyskawice wyładowań o napięciu kilku milionów woltów (czym spowodował wybuch w lokalnej stacji prądotwórczej). Był przekonany, że sygnały radiowe można przesyłać na odległość setek', a nawet tysięcy kilometrów po całej ziemi. W ostatniej dekadzie XIX wieku opatentował wiele urządzeń do transmisji radiowej. W pierwszych latach następnego stulecia potrzebował dużych sum do realizacji projektu ogólnoświatowego bezprzewodowego przekaźnika telefonicznego. Po nieudanych próbach współpracy z wieloma inwestorami Tesla trafił do J. Pierponta Morgana, sponsora Edisona w czasach, gdy ten rozwijał technologię prądu stałego. Zwyczajem Morgana było przejmowanie 51 % interesu, w który wchodził, więc gdy zgłosił się do niego Tesla i przedstawił plany radia o zasięgu ogólnoświatowym, z radością wypłacił mu 150 000 dolarów w zamian za prawa do 51 % udziałów w patentach radiowych. Tesla nie zdradził Morganowi swych planów, którymi kiedyś podzielił się z obecnie mało znaczącym Westinghouse'em: Wiesz oczywiście, że rozważam ten rodzaj komunikacji głównie jako pierwszy krok na drodze do pracy bardziej zaawansowanej i ważniejszej, to znaczy do przekazywania mocy. Ale ponieważ będzie to przedsięwzięcie na znacznie większą skalę, a zatem dużo droższe, zmuszony jestem najpierw przedstawić obecne osiągnięcia, by mieć pewność uzyskania kapitałów. W licznych eksperymentach Tesla przekonał się, że możliwy jest przekaz nieograniczonych ilości energii elektrycznej do dowolnego miejsca na ziemi bez wykorzystania konwencjonalnych nośników w rodzaju kabla miedzianego. W liście z 1900 roku opisał, w jaki sposób wpadł na ten pomysł: Przez długi czas byłem pewien, że ten rodzaj przekaźnictwa nie jest możliwy na skalę przemysłową, lecz pewne odkrycie odwiodło mnie od tego przekonania. Zauważyłem, że w pewnych warunkach atmosfera – zazwyczaj bardzo dobry izolator-wykazuje właściwości przewodnika i nadaje się do przenoszenia dowolnych porcji energii elektrycznej''. Jednak żeby przeprowadzić wszystkie eksperymenty, należało najpierw zbudować stację radiową o ogólnoświatowym zasięgu. Ku własnej satysfakcji Tesli udało się dowieść, że możliwa jest emisja sygnałów i odbiór z odległości ponad 1100 kilometrów. Zwrócił się więc do Morgana z propozycją ustanowienia transoceanicznej komunikacji radiowej. Tesla kupił dwustuakrowy obszar ziemi na Long Island, który ochrzcił mianem Wardenclyffe – Klifu Wartownika. Wkrótce pojawiły się pierwsze wydatki związane z budową wieży transmisyjnej – symbolu projektu życia Tesli. Wieża w Wardenclyffe była wysoka na 57 metrów i zakończona przypominającą grzyb kopułą o masie 55 ton. Tam właśnie mieścił się najistotniejszy element – przekaźnik wzmacniający, zdolny do generowania sygnałów oscylacyjnych o napięciu dochodzącym do setek milionów woltów. W ciągu mniej więcej dwóch lat, które Tesli pochłonęła budowa przekaźnika, pojawiły się dwa zasadnicze problemy. Pierwszym była fatalna sytuacja finansowa wywołana rosnącymi kosztami i opóźnieniem. Drugim był Marconi, któremu 12 grudnia 1901 roku udało się przesłać pierwszy sygnał radiowy z Kornwalii w Anglii do Nowej Fundlandii w Kanadzie. Marconi wykorzystał patenty Tesli, o czym nie wiedział ani Morgan, ani wielu innych ludzi, a co stało się przedmiotem sporu, zakończonego w 1943 roku uznaniem pierwszeństwa Tesli. Morgan nie wiedział, jak Marconiemu udało się znacząco obniżyć koszty i posłużyć się prostszym sprzętem. Nie odgadł też, choć był tego bliski, prawdziwego celu, do którego zmierzał Tesla-bezprzewodowej transmisji energii. Tesla uzyskał już jeden ze związanych z tym patentów (Patent Stanów Zjednoczonych nr 787412 "Sztuka transmisji energii elektrycznej przez nośniki naturalne"), a wkrótce miał rozpocząć starania o drugi, ważniejszy – Patent Stanów Zjednoczonych nr 1119732 "Aparat do transmisji energii elektrycznej", którego pomysł powstał w czasie pracy w Wardenclyffe. Wyobrażał sobie, że wszyscy mieszkańcy planety otrzymają odbiorniki, przez które –jak przez radio – będą mogli odbierać nieograniczoną ilość energii. Wreszcie 3 lipca 1903 roku Tesla zwrócił się z prośbą o pieniądze, całkowicie zdając się na miłosierdzie Morgana – miłosierdzie, którego ten nie okazywał w żadnej sytuacji: "Gdybym wcześniej poinformował cię o tym, wylałbyś mnie z miejsca. (...) Pomożesz mi, czy też moja wielka praca – niemal ukończona – pójdzie na marne?"

Odpowiedź nadeszła 14 lipca: "Otrzymałem twój list (...) powiedziałbym, że nie czuję się obecnie zobowiązany do dalszych dotacji". Niby wyraz gniewu bogów, w nocy niebo nad wieżą Wardenclyffe rozjaśniły strumienie i kule sztucznych błyskawic zasilanych z przekaźnika wzmacniającego. Był to jednak ostatni taki popis. Ani Morgan, ani Westinghouse, ani żaden inny zamożny człowiek nie chciał rozpocząć kolejnej rewolucji w elektryfikacji, ponieważ wciąż płynęły zyski z poprzedniej, w której i Tesla miał swój udział. Wieża Wardenclyffe uległa w końcu doszczętnemu zniszczeniu, a jej konstruktor zajął się bardziej akceptowalnymi projektami. Nie opuściło go jednak marzenie o wyprodukowaniu energii dostępnej za darmo. Generatory darmowej energii Tesli Bezprzewodowa transmisja energii to w gruncie rzeczy technika jej dystrybucji. Jej założenia oparte były na konwencjonalnych metodach produkcji energii – z wykorzystaniem węgla lub turbiny parowej – w ilości zaspokajającej niezwykle duże zapotrzebowanie. Lecz wiele lat wcześniej Teslę fascynował pomysł nowych, nieograniczonych źródeł energii. W trakcie jednego ze słynnych odczytów w 1892 roku mówił zdumionej publiczności: Nim miną pokolenia, maszyny zaopatrywane będą w moc, którą da się uzyskać z dowolnego miejsca wszechświata (...). Przestrzeń wypełnia energia. Czy będzie to energia statyczna, czy kinetyczna? Jeśli statyczna, na próżno żywimy nadzieję. Jeśli kinetyczna – a wiemy z pewnością, że właśnie taka – kwestią czasu pozostaje, by człowiek podłączył urządzenia do koła zamachowego przyrody. W czerwcu 1900 roku w "Century Illustrated Monthly Magazine" Tesla opublikował artykuł Problem rosnącej energii ludzi, który sam oceniał jako bardzo ważny. Zawierał on opis radykalnych, wręcz sensacyjnych pomysłów i wywołał spory zarówno wśród naukowców, jak i laików. Jakkolwiek obfite miałyby być źródła energii potrzebnej w przyszłości, jeśli chcemy kierować się rozsądkiem, musimy umieć uzyskać ją, nie zużywając żadnych materiałów – już dawno doszedłem do tego wniosku. Możliwe są dwie drogi (...) wykorzystanie energii słonecznej zgromadzonej w atmosferze lub spożytkowanie energii słonecznej i przekazywanie jej z miejsc, w których się ją zgromadzi, do miejsc, w których jest potrzebna, w taki sposób, by nie zużywać żadnych materiałów. Jeden z pomysłów na źródła energii dla przyszłych pokoleń Tesla wyraził przez odważny eksperyment myślowy: Jest możliwe, a nawet prawdopodobne, że za jakiś czas odkryjemy nieznane dziś źródła energii. Być może uda nam się nawet posłużyć siłami w rodzaju oddziaływań magnetycznych i grawitacyjnych jako jedynym napędem. Choć podobne rozwiązanie wydaje się niewiarygodne, jest możliwe. Dla przykładu rozważmy, na jakie osiągnięcia możemy mieć nadzieję, a czego nigdy uzyskać nam się nie uda. Wyobraźmy sobie dysk z jednorodnego materiału, idealnie wytoczony i wprawiony w ruch na poziomym wale, do którego umocowany jest za pomocą łożysk o pomijalnym tarciu. Dysk ów, który w tych warunkach znajduje się w stanie doskonałej równowagi, mógłby być umieszczony w dowolnej pozycji. Możliwe jest odkrycie sposobu na wprawienie tego dysku w ciągły ruch i wykorzystanie siły grawitacji jako jedynego źródła energii. Natomiast jest zupełnie niemożliwe, by dysk wirował i wykonywał pracę bez istnienia siły zewnętrznej. Gdyby tak było, mielibyśmy do czynienia z czymś, co nauka zwie perpetuum mobile, czyli z maszyną, która sama wytwarza potrzebną energię napędową. By dysk wirował dzięki grawitacji, potrzeba ekranu zdolnego przesłonić tę siłę. Ekran zasłaniałby połową dysku przed oddziaływaniem grawitacyjnym, a to spowodowałoby ruch. Nie jesteśmy w stanie zaprzeczyć takiej możliwości, dopóki w pełni nie poznamy natury siły grawitacyjnej. Załóżmy, że sile tej właściwy jest ruch podobny do ruchu strumienia powietrza płynącego z góry ku ziemi. Oddziaływanie takiego strumienia byłoby równe dla obu połówek dysku – gdyby jednak przysłonić jego część, zacząłby on wirować. Ekran dla grawitacji? Do dziś podobna idea zachwyca i kusi – tak jak inne spostrzeżenie Tesli, zgodnie z którym wszystko, czego trzeba, by uzyskać darmową energię, to magnes o jednym biegunie, czyli inaczej – sposób na zatrzymanie oddziaływań magnetycznych. Stwierdzenie to stało się podstawą badań nad "wiecznymi silnikami magnetycznymi" – silnikami, które nie miałyby innego napędu niż ich własny magnetyzm. W latach 20. XX wieku Werner Heisenberg, jeden z ojców mechaniki kwantowej i autor zasady nieoznaczoności, poparł myśl, że moglibyśmy użyć magnesów jako źródła energii, wbrew konwencjonalnej teorii, że magnes nie może wykonać pracy w znaczeniu fizycznym. Jeden z wielu patentów Tesli (nr 685957 zgłoszony 21 marca 1901 roku i przyjęty 5 listopada 1901 roku) zawierał opis "Aparatu do wykorzystywania energii promienistej", maszyny wyłapującej promienie słoneczne i zmieniającej je w prąd elektryczny. Zasada działania była względnie prosta – wysoko w powietrzu należy umieścić izolowany metalowy talerz, a drugi wetknąć w ziemię. Od obu biegły przewody do kondensatora. Słońce, tak jak inne źródła energii promienistej, wysyła cząstki dodatnio naładowanej materii, które padają na [górny] talerz i przekazują mu tym samym ładunek. Druga końcówka kondensatora biegnie do ziemi, czyli wielkiego zbiornika ładunku ujemnego. Słabe napięcie płynie nieprzerwanie do kondensatora, w zależności od ładunku cząstek (...) aż zostanie on naładowany tak bardzo, że – co zdarzyło mi się obserwować – przepali się materiał izolacyjny". Prosty przepis na gromadzenie dużego ładunku elektrycznego, a więc wzbudzanie prądu, mógł być punktem wyjścia dla pracy T. Henry'ego Moraya  i jego następców, którzy próbowali zmienić energię promienistą w prąd elektryczny (w rozdziale dziewiątym przyjrzymy się, jak idee energii promienistej czy eteru odżywają we współczesnej fizyce). Inne bezpaliwowe źródło energii, jakie przedstawił Tesla w zamieszczonym w piśmie "Century Illustrated" artykule Problem rosnącej energii ludzi, to oscylator mechaniczny, którego prototyp zaprezentowano na Wystawie Światowej w Chicago w 1893 roku. "Przedstawiłem wówczas zasady działania oscylatora, ale po raz pierwszy wyjaśniam właściwe zastosowanie tej maszyny". Tesla wyliczył ilość ciepła, jaką można by uzyskać z atmosfery dzięki oscylatorowi wysokoobrotowemu, maszynie napędzanej parą i wytwarzającej prąd o wielkiej częstotliwości. Wnioski, do jakich doszedłem, wskazują, że bardzo staranna konstrukcja maszyny określonego typu pozwoliłaby na realizację mego planu, zdecydowałem więc kontynuować pracę nad takim jej udoskonaleniem, by uzyskać optymalne wskaźniki oszczędności ciepła przy przemianach termicznych. Tesla przewidywał, że oscylator mechaniczny stanie się częścią techniki odzyskiwania dyferencjałów energetycznych – formą pompy energetycznej, wycofał się jednak nie tyle z powodu złożoności wymaganych elementów, ile ze względu na finansową stronę projektu: Długo pracowałem w przekonaniu, że praktyczna metoda uzyskiwania energii z promieniowania słonecznego miałaby niezmierzoną wartość przemysłową. Po dalszych badaniach stało się jednak jasne, że choć potwierdzenie moich przypuszczeń wiązałoby się z dużymi zyskami, to w przeciwnym wypadku straty byłyby niewyobrażalne. Tym, co między innymi zachęciło Teslę do pracy nad "pompami energii", było stwierdzenie lorda Kelvina, że nie da się zbudować maszyny, która czerpałaby energię z otoczenia i używała jej jako własnego napędu. W jednym z licznych eksperymentów myślowych Tesla wyobraził sobie bardzo długą wiązkę metalowych prętów, prowadzącą od Ziemi w przestrzeń kosmiczną. Skoro Ziemia jest cieplejsza niż przestrzeń kosmiczna, ciepło powinno wędrować w górę po prętach, a wraz z nim ładunki elektryczne. Jedyne, czego potrzeba by do przejęcia energii elektrycznej, to kabel wystarczająco długi, by łączył oba końce wiązki z urządzeniem odbiorczym w rodzaju baterii albo silnika. Tesla twierdził, że silnik pracowałby do momentu, gdy Ziemia ochłodziłaby się do temperatury przestrzeni kosmicznej, co – przy odpowiednim rozmiarze urządzenia –zapewne nigdy by nie nastąpiło. "Byłaby to nieruchoma maszyna, która stopniowo obniżałaby temperaturę nośnika poniżej temperatury otoczenia i działała wyłącznie dzięki przemianom termicznym". W ten sposób, podsumowywał Tesla, urządzenie mogłoby być źródłem energii, choć nie zachodziłoby zużycie żadnych materiałów – a o to wynalazcy chodziło.