Беспроводная передача информации — это современное осуществление одного из древнейших стремлений человека, который всегда мечтал об устранении расстояний с помощью общения через разделяющее пространство без материальных проводников. Первыми экспериментаторами — главным образом, с телефоном — были энтузиасты, искавшие способ беспроводного электрического сообщения, при котором голос передавался бы через пространство также, как переносится воздухом звук. В 1879 году Дэвид Эдвард Хьюз заметил, что, когда где-нибудь в доме возникает электрическая искра, он слышит в своей телефонной трубке шум. Он проследил этот эффект до действия угольного порошка в контакте с металлическим диском в телефонной трубке: когда, действуя как детектор пространственных волн, порошок слегка слипался, сопротивление всей его массы падало, и в трубке раздавался щелчок.
Профессор А.Э. Долбер из Колледжа Тафтса заинтересовался этим наблюдением и в 1882 году построил на этом принципе демонстрационную модель, но без телефонного аппарата. Он использовал индукционную катушку для создания волн и угольный порошок для их обнаружения. Этой есть та самая «беспроводная связь», которую четырнадцать лет спустя «изобрел» Маркони. Эдисон, нанятый компанией «Вестерн юнион телеграф», чтобы уничтожить монополию, связанную с изобретением телефона Беллом, добился успеха в 1885 году, послав «беспроводное» сообщение из движущегося поезда.
В поезде был натянут провод, проходивший параллельно телеграфным проводам, тянувшимся вдоль железнодорожного пути. Между проводом в поезде и проводами вдоль пути возникал индукционный эффект, преодолевавший небольшое расстояние между поездом и телеграфной линией, — тот эффект, что становится иногда причиной раздражающего вмешательства в телефонные разговоры или взаимных помех между двумя телефонными линиями, проходящими рядом друг с другом. Приблизительно в то же время подобный эксперимент поставил в Англии У.М. Прис. Но из-за очень коротких расстояний, на которых работают такие системы, они не пригодны для практического применения.
Совершенно иной вид беспроводной связи разрабатывался в 1880 и 1881 годах Александером Грейамом Беллом.
Его называли «радиофоном», но Белл настаивал на названий «фотофон». Фотофон передавал голос посредством светового луча. Передатчик состоял из очень тонкого стеклянного или слюдяного зеркала, которое вибрировало от звуков голоса. Зеркало отражало луч — как правило, солнечного света — на отдаленное приемное устройство. Простой приемник состоял из химической пробирки, заполненной специальным материалом. Пробирка закрывалась пробкой, из которой выходили две резиновые трубочки, вставлявшиеся в уши. В качестве детектора в пробирке можно было использовать самый разнообразный наполнитель. Когда луч света, несущий вибрации голоса, соприкасался с наполнителем, тот поглощал тепло, а тепло вызывало вибрации воздуха в пробирке, который и воспроизводил голос. В качестве наполнителя Белл также использовал селен, который реагировал на видимые лучи и создавал электрический эффект. Очевидно, что как основа системы беспроводного сообщения результаты этих опытов не имели большого практического значения.
В 1845 году в Лондоне Майкл Фарадей описал свою теорию взаимосвязи между светом и электромагнитными силовыми линиями, а в 1862 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал анализ работы Фарадея, где математически обосновал теорию о том, что световые волны имеют электромагнитную природу и что такие волны могут быть как короче, так и длиннее известных волн видимого света Ученым был брошен вызов доказать существование подобных волн.
В немецком городе Бонне профессор Генрих Герц с 1886 по 1888 годы занимался исследованием более длинных волн, чем световые и тепловые. Он посылал их с помощью искрового разряда индукционной катушки и улавливал из пространства с небольших расстояний в виде крошечной искры, которая проскакивала в проволочном кольце. В это же время в Англии сэр Оливер Лодж искал способы измерения коротких электрических волн в проводных линиях.
Таково было положение в научном мире, когда в 1889 году Тесла начал свою работу. План беспроводного сообщения, который он представил в 1892 и в 1893 годах, как мы еще увидим, показывает, что своей замечательной концепцией и огромными для своего времени знаниями он намного опередил своих современников.
Когда осенью 1889 года Тесла оставил завод Вестингауза, то сразу же приступил к следующей фазе развития системы переменного тока — он занялся разработкой нового способа распределения энергии посредством высокочастотных переменных токов, которые по своему значению должны были превзойти его многофазную систему, и за два последовавших года изучил принципы, на которых возможно беспроводное распространение энергии. Действие этих принципов он показал с помощью мощных катушек в своей лаборатории. Передача информации, названная позднее «беспроводной связью», явилась лишь одним из аспектов более широкого проекта.
В 1892 году Тесла описал первую электронную лампу, задуманную как детектор в радиосистеме, и показал ее особенности в своих лекциях в Лондоне и Париже в феврале и марте того же года. (Однако, эта лампа была разработана еще в 1890 году.) В феврале и марте следующего, 1893 года в лекциях в Институте Франклина в Филадельфии и на собрании Национальной ассоциации электрического освещения в Сент-Луисе он описал свою систему радиопередачи и детально раскрыл ее принципы.
Электронная лампа Теслы, изобретенная им в 1890 году, явилась прообразом детекторных и усилительных ламп, которые используются сегодня. Демонстрация этой лампы стала событием, занесенным в архивы четырех научных обществ, которым он показывал ее в феврале-марте 1892 года, — это Институт инженеров-электриков и Королевское общество в Лондоне, Общество физиков Франции и Международное общество инженеров-электриков в Париже. На этих лекциях он говорил:
Если где-нибудь в пространстве происходит измеримое движение, такая кисть должна показать его. Это, так сказать, луч света, не имеющий ни трения, ни инерции. Думаю, она может найти практическое применение в телеграфии. С помощью такой кисти можно с любой скоростью посылать сообщения через Атлантику, например, поскольку ее чувствительность может быть настолько высокой, что она будет реагировать на малейшие изменения.
«Кистью» в лампе Теслы был пучок электронов, хотя электрон тогда еще не был открыт. Тем не менее Тесла дал правильное описание его сути и с удивительной точностью объяснил странное явление. Пучок электронов обладал такой чувствительностью, что отклонялся в сторону дугообразного магнита толщиной в 2,5 см, расположенного в 190 см от него.
Пучок, или кисть, отклонялся в противоположную сторону от человека, находившегося на расстоянии многих футов от лампы. А если человек ходил вокруг лампы на расстоянии даже трех метров, пучок тоже начинал вращаться, причем его исходный конец всегда был направлен на движущийся объект. Он колебался от малейшего движения пальцем и даже от напряжения мускула.
В той же лекции 1892 года, на которой он описал эту первую электронную лампу, он показывал и лампы, которые светили, не соединяясь проводами с источником питания (беспроводное освещение), и электродвигатель, работавший точно так же (беспроводное питание). Эти же достижения он демонстрировал и на Колумбийской экспозиции Всемирной ярмарки в Чикаго в начале 1893 года.
Опираясь на весь этот опыт, дававший ему полную уверенность в том, что его система совершенно практична и работоспособна, Тесла на собрании Национальной ассоциации электрического освещения в феврале-марте 1893 года сделал весьма осторожное и консервативное заявление относительно своего плана. Даже на этих лекциях 1893 года он смог провести демонстрацию способа беспроводной передачи информации. В лекционном зале он поместил одну из своих резонансных катушек, увенчанную одной из его электронных «кистевых» ламп, или ламп низкого давления, и заставил ее реагировать на сигналы с той же длиной волны от катушки, находившейся на значительном расстоянии от здания. В его лаборатории подобный эксперимент был самым обычным делом.