Артур Кларк Голоc через океан

V. ЛОРД ОТ НАУКИ

В списке выдающихся учёных имя Вильяма Томсона - лорда Кельвина - находится, пожалуй, ниже таких имён, как Дарвин или Максвелл, но, тем не менее, это один из наиболее выдающихся учёных девятнадцатого столетия. С именем Томсона связаны удивительные изобретения и технические достижения того времени. Он был мостом, соединившим лабораторию с промышленным миром.

Обладая даром поразительной проницательности и исключитетельно умелым подходом к решению самых насущных npоблем современности, он был также выдающимся физиком и математиком, человеком разносторонних знаний и замечательных способностей. Томсон - первый учёный, получивший за свои заслуги звание пэра. Круг его интересов и занятий был огромен. В наши дни, когда развитие науки делает специализацию учёных всё более неизбежной, такая универсальность кажется невероятной.

В данном случае Томсон интересует нас лишь с точки зрения его влияния на развитие подводной телеграфии и того участия, которое он в ней принимал; однако это такая яркая личность и такая кипучая натура, что не рассказать о нём немного подробнее просто нельзя.

Отец Томсона, профессор математики университета в Глазго, настойчиво готовил Вильяма к научной карьере. Он никогда не учился в школе; его образованием целиком занимался отец. Мать умерла рано, когда ему было всего шесть лет. Всё это отразилось на характере одарённого мальчика, который в своих увлечениях кидался от одной крайности к другой.

Поступив в десятилетнем возрасте в высшее учебное заведение, молодой талант вскоре доказал, что его способности распространяются не только на науку; два года спустя он получил награду за перевод одного из диалогов греческого сатирика Лукиана - автора первого романа о межпланетных путешествиях ("Истинная история" - 160 г. н.э.).

В шестнадцатилетнем возрасте Вильям Томсон написал блестящий очерк на 85 страниц, посвященный проблемам строения земли. Не удивительно, что после такого начала уже к 22 годам он стал профессором натурфилософии университета в Глазго. Здесь он сразу же основал физическую лабораторию для практических занятий студентов, какой в Англии, а может быть, и во всём мире, до той поры не существовало. Для её оборудования он получил значительную по тому времени сумму в сто фунтов стерлингов.

Как лектор Томсон не пользовался особенным успехом, но его личность и его гений оказали большое влияние на два поколения физиков и инженеров. Он был одним из основоположников термодинамики - науки о теплоте, вёл широкие исследования в области магнетизма, электричества и оптики, не говоря уже о его увлечении телеграфией. Не без успеха занимался он также астрономией и геофизикой. Некоторые из наиболее известных его вычислений касались возраста Солнца и Земли. Он поверг в смятение геологов, заявив, что земной шар не так стар, как они утверждают. По его мнению, как твёрдое тело он существует не более 20 миллионов лет. Это единственный случай, когда Томсон оказался абсолютно неправ. Он дожил до открытия радиоактивности, которое показало, что земной шар гораздо старше, чем он предполагал *. Но к тому времени Томсону было уже за семьдесят, он не смог оценить этот новый скачок в познании Вселенной и никогда не признал своей ошибки.

* Современная наука исчисляет возраст Земли несколькими миллиардами лет.

Вильям Томсон (лорд Кельвин) - выдающийся английский физик (1824-1907 гг.)

В историю телеграфа Томсон оказался вовлечённым в результате своих исследований токов неустановившегося режима. Что происходит в ничтожную долю секунды между моментом подключения батареи к цепи и моментом, когда ток достигает своей полной величины? - задавался Томсон вопросом в 1853 году. Трудно представить себе исследование, которое на первый взгляд имело бы меньшее практическое значение. Однако именно оно привело к пониманию возможности связи с помощью электричества, а спустя три десятка лет - и к открытию радиоволн. Если бы Томсон смог получить хотя бы пять процентов выгоды от практического использования выведенных им уравнений, он стал бы самым богатым человеком на земле. Томсон показал, что ток может достигать своего установившегося значения двояко, в зависимости от электрической характеристики цепи. Точную аналогию этого даёт качание маятника, погруженного в какую-либо среду, создающую сопротивление. Если трение велико, маятник будет медленно опускаться и не перейдёт за точку покоя; наоборот, если трение незначительно, маятник, прежде чем перейти в состояние покоя, проделает ряд колебаний с затухающей амплитудой. Такое же явление происходит и с электрическим током, хотя в 50-х годах прошлого века подтвердить это экспериментально было не так-то легко. В наши дни с подобным явлением мы десятки раз встречаемся в быту. Включая, например, в сеть электрический прибор, мы одновременно слышим щелчок в радиоприёмнике. Это проявляется процесс установления тока в сети.

Год спустя Томсон занялся исследованием режима работы телеграфного кабеля. Нетрудно понять результаты его исследований и оценить их значение, даже если не знаешь математики. Суть этой сложной проблемы заключалась в определении времени, необходимого для того, чтобы посланный сигнал достиг приёмника на противоположном конце кабеля. Многие ошибочно полагают, будто электрический ток идёт по проводу со скоростью света, равной 300000 километров в секунду. В действительности же только при определённых условиях возможно приближение к такой скорости. В большинстве случаев ток течёт по проводам в несколько раз медленнее, чем распространяется свет.

Скорость тока в кабеле уменьшается тем сильнее, чем больше его ёмкость. К счастью для телеграфной связи, на заре её, при появлении первых наземных линий это явление не имело никакого практического значения. Их ёмкость была настолько мала, что сигналы проходили по ним без сколько-нибудь заметной задержки. Но когда были проложены подводные кабели через Па-де-Кале и Северное море, эта задержка послужила источником многих волнений. Основной причиной была окружающая кабель морская вода, обладающая токопроводящей способностью. Проникая сквозь бронепокровы вплоть до изоляции, она значительно увеличивала его электрическую ёмкость.

От скорости прохождения электрической волны по кабелю зависит в известной мере скорость телеграфной передачи. Исследования Томсона привели к появлению его знаменитого "закона квадратов", согласно которому скорость телеграфирования по кабелю обратно пропорциональна квадрату его длины. Другими словами, если увеличить длину кабеля, например, в десять раз, то скорость передачи уменьшится в сто раз. Ясно, что такое открытие имело исключительно важное значение для подводного телеграфирования на дальние расстояния.

Компенсировать уменьшение скорости передачи по мере возрастания длины линии можно было только увеличением диаметра токопроводящей жилы.

В то время когда решался вопрос прокладки первого трансатлантического телеграфного кабеля, нужно было, следуя этому закону, рассчитать оптимальное сечение токопроводящей жилы. Однако многие специалисты того времени в области телеграфа не придали этому значения. Напротив, нашлись учёные, которые пытались доказать несостоятельность этого закона. В их числе оказались Уайтхауз, Морзе, Фарадей и другие. Поэтому немудрено, что первый атлантический телеграфный кабель имел такие же шансы на успех, как мост, построенный инженерами, не понимающими законов сопротивления материалов.

Будучи только одним из директоров компании, Томсон не имел достаточной власти, чтобы настоять на своём. Он был в трудном положении, так как оказался не главным действующим лицом во время первого акта разворачивающейся драмы. Томсону оставалось лишь критиковать, на что главный режиссёр мог и не обращать внимания.

В связи с решением проложить кабель в течение лета 1857 года, у составителей проекта совершенно не оставалось времени для проведения необходимых испытаний кабеля. Доля ответственности за это падает на Сайруса Филда, кипучая энергия которого подгоняла и без того быстро развивающиеся события. Прибыв на место действия, Томсон обнаружил, что вся техническая документация на кабель уже направлена изготовителям и изменять что-либо слишком поздно. Результаты оказались плачевными. Проверяя готовый кабель, Томсон был поражён, обнаружив, что качество меди в его секциях различно, а поэтому электропроводность одних участков кабеля чуть ли не в два раза больше электропроводности других. Однако теперь оставалось лишь настоять на том, чтобы следующие секции кабеля изготовлялись из однородной и качественной меди.

Глубоководный трансатлантический кабель 1858 года

Устройство кабеля было простым. Его единственная жила состояла из семи тонких медных проволок, свитых воедино и изолированных тремя слоями гуттаперчи. Если бы появилось отверстие или какое-либо иное повреждение в одном из слоев, другие два слоя обеспечили бы достаточную изоляцию. Авария могла произойти, как предполагалось, только в том совершенно невероятном случае, если бы все три слоя изоляции оказались повреждёнными в одном месте.

Изолированный таким образом сердечник кабеля обматывался затем слоем пеньки и покрывался бронёй из восемнадцати наложенных в один слой по спирали стальных проволок *. Наружный диаметр кабеля составлял 16 миллиметров, а его вес 620 килограмм на 1 километр. Это обстоятельство сейчас же выдвинуло новую серьёзную проблему, поскольку общий вес кабеля достигал 2500 тонн, что превышало грузоподъёмность существовавших в то время кораблей.

* Точнее, каждая такая "бронепроволока" была, в свою очередь, скручена из семи тонких высокопрочных стальных проволок диаметром 0,8 мм каждая.

Изолирование токопроводящей жилы кабеля производила компания "Гутта-Перча", а его бронирование из-за ограниченности срока выполнялось двумя фирмами - "Гласс, Эллиот и К°" и "Ньюолл и К°". Вследствие оплошности, что характерно вообще для предприятий подобного рода, бронирование обеих половин кабеля (т.е. спиральное наложение стальных проволок) оказалось сделанным в противоположных направлениях. Это обстоятельство вызвало дополнительные трудности. Ведь когда дело дойдёт до соединения двух половин кабеля посреди океана, заниматься перебронированием одной из них несколько поздновато, особенно если учесть, что длина каждой из половин равна 2000километров.

На изготовление кабеля ушло всего шесть месяцев - срок крайне непродолжительный; к июлю 1857 года кабель был уже готов, и можно было выходить в море.

Руководить прокладкой должен был Уайтхауз. Но в последний момент этот джентльмен, сославшись на плохое здоровье, остался на берегу. Тогда дело, а с ним и все неполадки легли на плечи Томсона. Надо отдать должное благородству учёного, который согласился взять на себя эту нелёгкую задачу, причём без какого-либо материального вознаграждения. Уродливое дитя оказалось подброшенным к его порогу, но он сделал всё для того, чтобы спасти ему жизнь.