The True Wireless

Nikola Tesla

Poté, co byla oznámena Maxwellova elektromagnetická teorie, vědečtí výzkumníci z celého světa se pokoušeli o její experimentální ověření. Byli přesvědčeni, že je to možné, a žili v atmosféře dychtivého očekávání, neobyčejně příznivé k přijetí jakéhokoli důkazu v její prospěch. Nebylo potom divu, že výsledky Dr. Heinricha Hertze způsobily vzrušení, které stěží mělo obdoby.

Když jsem poznal omezení přístrojů, které používal, soustředil jsem svoji pozornost na výrobu výkonné indukční cívky, ale neudělal jsem žádný významný pokrok, dokud mě šťastná inspirace nepřivedla k vynálezu oscilačního transformátoru. V druhé polovině roku 1891 jsem ve vývoji tohoto nového principu pokročil již tak daleko, že jsem měl k dispozici prostředky, které zdaleka předčily zařízení tohoto německého fyzika. Celé mé předešlé úsilí s Rhumkorfovými cívkami mě nepřesvědčilo, a abych rozptýlil své pochyby, zopakoval jsem své experimenty od začátku celé znovu, velmi pečlivě, s tímto novým zařízením. Všiml jsem si podobného fenoménu, který se nyní manifestoval s mnohem větší intenzitou, ale bylo pro něj i jiné, pravděpodobnější vysvětlení.

Považoval jsem svá pozorování za tak důležitá, že jsem v roce 1892 jel do Bonnu pohovořit si s dr. Hertzem o svých pozorováních. Zdál se být do takové míry zklamaný, že jsem litoval své cesty a zarmouceně se s ním rozloučil. Během následujících let jsem provedl řadu experimentů se stejným předmětem, ale výsledky byly stále stejně negativní. V roce 1900, v době, kdy jsem vyvinul svůj bezdrátový vysílač, který mi umožnil vyvolat elektromagnetickou aktivitu mnoha milionů koňských sil, jsem učinil poslední zoufalý pokus dokázat, že poruchy vycházející z oscilátoru, jsou vibrace éteru příbuzné světlu, ale opět jsem se setkal s naprostým selháním. Více než 11 let jsem čítával pojednání, vědecké zprávy a články o Hertzově vlnové telegrafii, abych zůstal informován, ale vždy na mě působily jako beletristická díla (fikce).

Dějiny vědy ukazují, že teorie jsou pomíjivé. S každou novou pravdou, která je odhalena, získáme lepší pochopení Přírody a naše představy a pohledy se změní. Dr. Hertz neobjevil nový princip. Pouze poskytl materiál na podporu hypotézy, která byla formulována dlouho předtím. Byl to dokonale zjištěný fakt, že obvod, jímž prochází střídavý proud, emituje do prostoru nějaký druh vln, ale nevěděli jsme, jakého jsou charakteru. Zřejmě poskytl experimentální důkaz, že to jsou příčné vibrace éteru. Mnozí se na to dívali jako na velký úspěch. Mě připadá, že jeho nesmrtelná zásluha nespočívá v tomto objevu, ale v tom, že soustředil pozornost badatelů na procesy, které se odehrávají v okolním médiu. Hertzova vlnová teorie tím, že byla vzrušující a podněcovala představivost, utlumila tvořivé úsilí v bezdrátové technice a zbrzdila ji o 25 let. Ale, na druhé straně, měla blahodárný účinek jako mocný stimul, který poskytla v mnoha směrech.

Pokud jde o komunikaci bez drátů, použití radiace pro tento účel bylo zcela zřejmé. Když byl dr. Hertz dotázán, zda by takový systém mohl mít praktickou hodnotu, domníval se, že ne, a jeho předpověď byla správná. V nejlepším případě bylo možno očekávat metodu komunikace podobnou heliografické, která by měla stejná nebo ještě větší omezení.

Na jaře roku 1891 jsem uspořádal demonstraci vysokofrekvenčního stroje před Americkým sdružením elektrotechnických inženýrů (American Institute of Electrical Engineers) na Kolumbijské univerzitě, která položila základy pro nový a mnohem slibnější směr. Přestože zákony elektrické rezonance byly v té době dobře známy a můj nešťastný přítel dr. John Hopkinson dokonce naznačil její konkrétní aplikaci na alternátor v Proceedings of the Institute of Electrical Engineers, Londýn, 13. 11. 1889, nic nebylo podniknuto pro praktické využití této znalosti a je pravděpodobné, že tyto mé experimenty byly prvním veřejným předvedením rezonančních obvodů, zejména vysokofrekvenčních. Zatímco spontánní úspěch mé přednášky byl způsoben okázalými efekty, jejím hlavním přínosem bylo ukázat, že přístroje všeho druhu mohou být provozovány po jednom drátu bez návratu. Toto byl první krok ve vývoji mého bezdrátového systému. Potom mě napadlo, po zkoumání podmínek rezonance, že by bylo možné přenášet elektrickou energii zemí, tedy bez jakýchkoli umělých vodičů. Každý, kdo by si mohl přát objektivně prozkoumat podstatu mého raného návrhu, se na něj nesmí dívat ve světle dnešní vědy. Chtěl bych jenom říct, že až v roce 1893, kdy jsem připravoval podrobnou kapitolu o mém bezdrátovém systému, zabývaje se různými technickými prostředky a budoucími výhledy, pan Joseph Wetzlar další mí přátelé důrazně protestovali proti jejímu zveřejnění s odůvodněním, že takové jalové a nerealistické spekulace by mě poškodily v očích konzervativních podnikatelů. Tak se stalo, že pouze malá část toho, co jsem zamýšlel říci, byla začleněna do mé přednášky před Franklin Institute and the National Electric Light Association s názvem "O elektrické rezonanci". Tato malá záchrana od pohromy mi vynesla titul "Otec bezdrátového přenosu" od mnoha odborně zdatných kolegů, spíš než vynálezy tuctů přístrojů, které by byly dosažitelné každému mladému amatérovi, a které - v ne příliš vzdálené době - povedou k podnikání, které zastíní, co do velikosti a důležitosti, všechny minulé úspěchy inženýrů.

Oblíbenou představou je, že má práce na bezdrátovém přenosu začala v roce 1893, ale ve skutečnosti jsem strávil dva předešlé roky výzkumem a používáním různých druhů přístrojů. Některé z nich byly podobné těm dnešním. Od samého začátku mi bylo jasné, že úspěšného uskutečnění může být dosaženo pouze s pomocí řady radikálních vylepšení. Nejdříve musely být vyrobeny vhodné vysokofrekvenční generátory a elektrické oscilátory. Jejich energie musela být transformována v účinných vysílačích a přijímána v dostatečně velké vzdálenosti vhodnými přijímači. Takový systém by byl velmi omezený ve své použitelnosti, pokud by nebylo možné zabránit všem vnějším interferencím a zaručit výlučnost. Během času jsem však poznal, že zařízení tohoto druhu, aby byla co nejúčinnější a nejúčelnější, by měla být zkonstruována s ohledem na fyzikální vlastnosti této planety a její elektrické podmínky. Stručně se dotknu významných úspěchů, kterých jsem docílil během postupného vývoje tohoto systému.

Vysokofrekvenční alternátor, který jsem použil při svých prvních demonstracích, je ilustrován na obr. 1. Skládal se z rotoru s 384 vyniklými póly a diskové armatury s cívkami navinutými v jedné vrstvě, které byly spojeny různými způsoby podle požadavků. Pro experimentální účely to byl vynikající stroj, dodávající sinusové proudy v rozsahu 10 - 20 tisíc cyklů za sekundu. Výstup byl poměrně velký díky faktu, že cívkou mohl bez poškození procházet proud až 30 ampér na čtvereční milimetr.

Provozování přístrojů pomocí jednoho drátu bez návratu bylo zprvu tajemné, protože se jednalo o novou věc, ale mohu to okamžitě vysvětlit pomocí vhodné analogie. Pro tento účel jsou zde obrázky 3 a 4.

S tímto záměrem se podívejme na obr. 5, na němž je zobrazen vodič vybuzený oscilátorem připojeným k jednomu konci. Je evidentní, že drátem procházejí periodické impulsy, podél něho vznikají rozdíly potenciálů, stejně jako v pravém úhlu v okolním médiu a oba způsoby lze užitečně aplikovat. Tedy v případě a obvod skládající se z indukčnosti a kapacity je rezonančně vybuzen příčně, v případě b podélně. V c je energie čerpána pomocí obvodu, který je paralelní k vodiči, ale není s ním v kontaktu, a konečně v d v obvodu, který je částečně ponořen ve vodiči a může nebo nemusí s ním být elektricky spojen. Je důležité mít tato typická uspořádání na paměti, protože ať je dálkové působení oscilátoru skrze nesmírnou velikost zeměkoule jakkoli modifikováno, principy přenosu energie jsou stále stejné.

Nyní uvažujme účinek takového vodiče obrovských rozměrů na obvod, který ho budí. Horní schéma na obr. 6 ilustruje známý oscilační systém skládající se z rovné tyče o vlastní indukčnosti 2L s malými kapacitami c a uzlem uprostřed. Na spodním schématu je zobrazena velká kapacita C připojená k tyči na jednom konci s výsledkem, že uzel je přesunut doprava do vzdálenosti, která odpovídá vlastní indukčnosti X. Protože obě části systému na každé straně kmitají stejnou rychlostí, máme evidentně (L + X)c = (L - X)C, odkud

Můj původní plán na přenos energie bez drátů je znázorněn na horním schématu obr. 7, zatímco spodní schéma ilustruje jeho mechanickou analogii, kterou jsem poprvé publikoval ve svém článku v červnovém čísle 1900 časopisu Century. Alternátor, pokud možno s vysokým napětím, má jeden ze svých vývodů spojen se zemí a druhý je připojen na kondenzátor umístěný ve výšce a svými oscilacemi působí na zemi. Na vzdáleném místě je umístěn přijímací obvod, jehož jeden vývod je podobně připojen na zem a druhý je spojen s kondenzátorem umístěným nad zemí, který přijímá energii a pohání vhodné zařízení. Navrhnul jsem mnohonásobné použití takových jednotek, abych tyto efekty zintenzivnil, a tato myšlenka se může ukázat být hodnotnou. V analogickém obvodu jsou použity dvě ladicí vidličky, jedna představuje vysílací stanici, druhá přijímací zařízení. Každá z nich je svým spodním hrotem spojena s pístem umístěným ve válci. Oba válce jsou spojeny s velkou elastickou nádrží, naplněnou nestlačitelnou kapalinou. Vibrace jedné vidličky jsou kapalinou přenášeny na druhou vidličku, která je naladěna na stejný tón. Mohu říci, že toto není pouhá mechanická ilustrace, ale jednoduchá reprezentace mého přístroje pro podmořskou signalizaci, který jsem vyvinul v roce 1892, ale v té době nebyl oceněn, přestože byl účinnější než přístroje, které se používají nyní.

Popisované zařízení je detailně zobrazeno na obr. 8. V tomto případě alternátor budí primár transformátoru, který je indukčně svázán s vysokonapěťovým sekundárem, jenž je spojen se zemí a s výškovým kondenzátorem, a je naladěn na vnucené oscilace. Přijímací obvody jsou složeny z indukčnosti připojené na zem a k výškovému terminálu, a rezonančně reagují na vysílané oscilace. Konkrétní forma přijímacího zařízení nebyla zmíněna, ale měl jsem v úmyslu přijaté proudy transformovat, aby měly takové výstupní napětí, které by bylo vhodné pro jakékoli účely. Toto, v podstatě, je systém dneška a nejsem si vědom jediného ověřeného případu úspěšného přenosu na značnou vzdálenost jinými prostředky. Mohlo by být jasné těm, kdo prostudovali můj první popis těchto vynálezů, že - vedle jiných nových a efektivních typů přístrojů - jsem dal světu bezdrátový systém s potenciálem, který zdaleka přesahuje vše, co jsem předtím vymyslel. Vyslovil jsem a několikrát opakoval tvrzení, že jsem vymyslel přenos, kterým je možné na neomezenou pozemskou vzdálenost přenášet neomezené množství energie. Ale přestože jsem musel překonávat všechny překážky, které se zpočátku zdály být nepřekonatelné, a našel elegantní řešení všech problémů, s nimiž jsem se setkal, odborníci jsou stále slepí k možnostem, které jsou snadno dosažitelné.

Má víra, že signál může být snadno vysílán po celé zeměkouli, byla posílena objevem "rotujícího kartáče", podivuhodného fenoménu, který jsem úplně popsal ve své přednášce pro Sdružení elektrotechnických inženýrů (Institution of Electrical Engineers) v Londýně roku 1892, a který je ilustrován na obr. 9. Toto je bezpochyby nejcitlivější známy bezdrátový detektor, ale dlouho bylo těžké navodit a udržovat takový citlivý stav. Tyto potíže již nyní neexistují a nyní hledám hodnotné aplikace pro tento přístroj, zvláště ve spojení s vysokorychlostními fotografickými metodami, které jsem navrhl pro bezdrátový přenos, stejně jako pro přenos pomocí drátů.

Možná nejdůležitějším pokrokem během následujících tří nebo čtyř let byl můj systém kaskádních laděných obvodů a metody regulace, nyní všeobecně přijaté. Použití těchto vynálezů pro vývoj bezdrátové techniky je zřejmé z obr. 10, který ilustruje uspořádání popsané v mém patentu z 22. listopadu 1896 (U.S. Patent No. 568178). Titulky u jednotlivých schémat jsou podle mého názoru dostatečně jasné, že nepotřebují žádný komentář. Pouze poznamenám, že v tomto raném záznamu, vedle poznámky, že může být připojeno a regulováno libovolné množství rezonančních obvodů, jsem ukázal výhodu správného časování primárních impulsů a použití harmonických. V jedné směšné soudní při v Londýně, týkající se bezdrátového přenosu, nějací inženýři, nedbající na svoji pověst, tvrdili, že mé obvody nebyly vůbec naladěny; prohlašovali, že vzhlížím k rezonanci jako divoké a nezkrotné zvíře.

Bude zajímavé porovnat můj systém, který jsem poprvé popsal v jednom belgickém patentu z roku 1897 s Hertzovým vlnovým systémem z té doby. Významné rozdíly mezi nimi jsou patrné na první pohled. První z nich nám umožňuje ekonomicky přenášet energii na jakoukoli vzdálenost a má neocenitelnou hodnotu, ten druhý je schopný vysílat v okruhu pouhých několika mil a je bezcenný. V mém systému nejsou žádná jiskřiště a účinnost je neobyčejně zvýšena pomocí rezonance. Jak u vysílače, tak u přijímače jsou proudy transformovány, aby byly účinnější a vhodnější pro pohon jakéhokoli požadovaného zařízení. Pokud je můj systém řádně zkonstruován, je odolný proti statickému rušení a dalším interferencím, a množství energie, které může být vysíláno, je miliard-krát větší než s Hertzovým systémem, který nemá žádnou z těchto předností, nikdy nebyl úspěšně použit a dnes už po něm nenajdeme ani stopy.

Hodně propagovaný odborník v roce 1899 vydal prohlášení, že můj přístroj nefunguje, a že uplyne 200 let než bude moci být přes Atlantik vyslána zpráva a dokonce nechápavě přijal mé blahopřání k údajnému velkému činu. Ale následné zkoumání záznamů ukázalo, že mé přístroje byly tajně používány po celou dobu a vždycky jsem se dozvěděl, že k těmto opovrženíhodným metodám a la Borgia-Medici se uchylovali jinak vážení a ctihodní muži. Hromadné přivlastňování si mých vynálezů však nebylo bez zábavné stránky. Například se můžu zmínit o mém oscilačním transformátoru se vzduchovou mezerou. Ta byla postupně nahrazena uhlíkovým obloukem, zhášenou mezerou, atmosférou z vodíku, argonu nebo hélia, mechanickým zhášením oblouku s opačně rotujícími prvky, rtuťovým spínačem nebo určitou formou vakuové baňky a dalšími novými systémy, které jsem vynalezl. Říkám to ovšem bez nejmenšího pocitu hořkosti, jděme kupředu všemi prostředky. Ale myslím si, že by bylo mnohem lepší, kdyby tento geniální muž, který je původcem těchto "systémů", vynalezl něco sám od sebe a neustále se nespoléhal na mě.

Před rokem 1900 jsem udělal dva nejhodnotnější kroky vpřed. Prvním z nich byl můj individualizovaný systém s vysílači emitujícími složené vlny a přijímače obsahující odděleně laděné prvky kooperativně sdružené. Základní princip lze vysvětlit několika slovy. Předpokládejme, že existuje n jednoduchých kmitů vhodných pro použití v bezdrátovém přenosu. Pravděpodobnost, že jeden z nich bude narušen vnější poruchou je 1/n. Zbyde potom a-1 kmitů a pravděpodobnost, že jeden z nich bude porušen, je

A tak dále. Ihned je vidět, že tímto způsobem můžeme získat jakoukoli požadovanou bezpečnost proti statickému rušení nebo jakémukoli druhu poruchy za předpokladu, že přijímací přístroj je zkonstruován tak, že jeho činnost je umožněna společnou činností všech laděných prvků. To byl obtížný problém, který jsem úspěšně vyřešil, takže nyní je možné přenášet současně jakékoli množství zpráv zemí, stejně jako umělými vodiči.

Převažující nesprávný úsudek o mechanismu, týkajícího se bezdrátového přenosu, je zodpovědný za různá neopodstatněná oznámení, která uvedla v omyl veřejnost a způsobila mnoho škod. Když budeme mít stále na mysli, že přenos elektrické energie zemí je v každém ohledu identický s přenosem elektřiny přímým drátem, jasně pochopíme tento fenomén a budeme schopni správně posoudit hodnotu jakéhokoli nového návrhu. Aniž bych chtěl ubírat na hodnotě jakémukoli plánu, který byl nebo je předkládán, mohu říci, že na nich není nic nového. Tak například na obr. 12 je ilustrováno uspořádání vysílacích a přijímacích obvodů, které jsem popsal v v mém patentu z 8. listopadu 1898 (U.S. Patent No. 613809) s názvem Metoda a přístroj pro řídicí mechanismus pohybujících se lodí nebo vozidel, a který byl nedávno předložen jako původní objev. V jiných patentech a technických publikacích jsem navrhl vodiče v zemi jako jednu ze samozřejmých modifikací systému naznačeného na obr. 5.

Na obr. 13 je znázorněn vysílač vyzařující prostorové vlny o značné frekvenci. Všeobecně se věří, že se tyto vlny šíří po zemském povrchu, a tímto způsobem mají vliv na přijímače. Těžko si mohu myslet, že je něco více nepravděpodobné než tato teorie "klouzavé vlny" a koncepce "řízeného bezdrátového přenosu", který je v rozporu se všemi zákony akce a reakce. Proč by tyto poruchy měly lnout k vodiči tam, kde působí proti indukovaným proudům, když se mohou šířit ve všech ostatních směrech, které jim nekladou žádný odpor?

Pravdou je, že vyzařování z vysílače podél zemského povrchu brzy zanikne. Výška neaktivní zóny, naznačená na obrázku, je jistou funkcí vlnové délky. Nad ní je množství vln, které se volně šíří v atmosféře. Pozemní fenomén, který jsem s konečnou platností vysvětlil, ukazuje, že žádná Heavysidova vrstva (Dnes známá spíš pod pojmem ionosféra - pozn. překl.) neexistuje, nebo pokud existuje, nemá na šíření vln žádný vliv. Jistě by bylo politováníhodné, kdyby lidská rasa takto byla uvězněna a navždy bez síly proniknout do hloubek kosmu.

Působení na dálku nemůže být přímo úměrné výšce antény a proudu v ní. Pokusím se to vysvětlit s odkazem na obr. 14. Terminál ve výšce, nabitý na vysoký potenciál, indukuje stejný, ale opačný náboj v zemi. Je zde Q linií, které dávají průměrný proud =4Qn, který místně obíhá a je neužitečný s tou výjimkou, že přidává moment. Relativně malé množství linií q však jde do velké vzdálenosti. Jim odpovídá střední proud ie=4qn, který způsobuje přenos na dálku. Celkový průměrný proud v anténě je tedy Im=4a(Q+q) a jeho intenzita není kritériem výkonu. Elektrická účinnost antény je rovna zlomku

Dr. L.W. Austin a Mr. J.L. Hogan provedli kvantitativní měření, která jsou hodnotná, ale mají daleko k podpoře Hertzově vlnové teorii, ale naopak přinášejí důkazy, jež ji vyvracejí, jak snadno pochopíme, pokud vezmeme v úvahu výše uvedená fakta. Výzkum dr. Austina je zvláště užitečný a poučný a lituji, že s ním v této věci nemohu souhlasit. Nedomnívám se, že na jeho přijímač působily Hertzovy vlny a že existují takové vztahy, jak tvrdí, ale myslím si, že by těchto výsledků pravděpodobně dosáhl, kdyby byly Hertzovy vlny z velké části eliminovány. Na velkou vzdálenost mají prostorové vlny a proudové vlny stejnou energii, protože ty první jsou pouhou doprovázející manifestací těch druhých, jak plyne z fundamentální teorie Maxwella.

Obr. 14 Efektivní versus změřený proud anténou

Napadá mě otázka: Proč byly Hertzovy vlny redukovány z původních frekvencí na ty, které jsem obhajoval pro můj systém, když se tím aktivita vysílacího přístroje redukuje miliard-krát? Vybízím každého odborníka, aby provedl experiment, zobrazený na obr. 15, který ukazuje klasický Hertzův oscilátor a můj uzemněný vysílací obvod. Tento experiment jsem uskutečnil a demonstroval jsem s ním, že ačkoli můžeme mít v Hertzově oscilátoru aktivitu tisíckrát větší, jeho účinek na přijímač nelze srovnávat s účinkem, jaký na něj má uzemněný obvod.

To ukazuje, že při vysílání z letadla pracujeme pouze prostřednictvím kondenzátoru, jehož kapacita je funkcí logaritmického poměru mezi délkou vodiče a vzdáleností od země. Přijímač je ovlivněn přesně stejným způsobem jako obyčejný vysílač, jediný rozdíl spočívá v určité modifikaci činnosti, která může být předem určena z elektrických konstant. Není těžké udržovat komunikaci mezi letadlem a pozemní stanicí.

Na obr. 19 jsou dva vysílací obvody, jeden z nich je uzemněn přímo a druhý, jak je vidět, přes vzduchovou mezeru. Z pozorování chování obvodů je zřejmé, že první z nich je mnohem efektivnější než v případě Hertzových vln. Podobně, pokud jsou dva uzemněné obvody denně pozorovány, zjistíme, že účinnost přenosu se zvýší, pokud je země vlhčí, a ze stejného důvodu je přenos mořskou vodou také účinnější.

Na obr. 20 je naznačen experiment, na němž jsou zobrazeny dva uzemněné vysílače, jeden z nich má velkou a druhý malou kapacitu terminálu. Předpokládejme, že ten druhý má kapacitu desetkrát menší než první z nich, ale že je nabit na desetkrát větší potenciál a nechť frekvence obou obvodů, a tudíž proudy v obou anténách, jsou přesně stejné. Obvod s menší kapacitou bude potom mít desetinásobek energie toho druhého, ale účinky na přijímač nebudou v žádném případě přímo úměrné výkonu.

Ke stejným závěrům dojdeme s vysílacími a přijímacími obvody, pokud budeme mít dráty zakopané pod zem. Je možné uvést četné další důkazy, které lze snadno ověřit. Tak například oscilace o nízké frekvenci mají mnohem vyšší účinnost přenosu, což je v rozporu s převládajícím názorem. Má pozorování v roce 1900 a nedávné přenosy signálů na velmi velké vzdálenosti jsou dalším významným vyvrácením teorie Hertzových vln.

Překlad z angličtiny: Ladislav Kopecký