От костров до радио

1. Кто изобрел?

Около двухсот лет назад в Париже произошло событие, которое сейчас никто даже по назовет событием. Но в то время оно поразило многих людей. Ученому Лемонье удалось передать электрический заряд по железной проволоке на 4 километра. Опыты показали, что электричество с молниеносной быстротой мчится по проволоке. А нельзя ли приручить эту молнию? Нельзя ли заставить ее передавать мысли на расстояние?

Вскоре шотландский ученый Чарлз Морисон уже придумал такой телеграф. Он предложил соединить две станции проволоками и по ним пускать электрические заряды. В общем все очень просто: проведите для каждой буквы отдельную проволоку с небольшим шариком на конце, и вам даже не надо учиться, чтобы стать отличным телеграфистом.

Вы посылаете по проволоке электрический заряд. Он мгновенно переносится на следующую станцию. Там заряд электризует шарик. Шарик притягивает к себе легкую бумажку. На бумажке написана буква. Если вы послали заряд по первой проволоке, то шарик притянет бумажку с буквой «а», по второй — бумажку с буквой «б», по третьей— «в». Действительно, учиться, выходит, нечему. Только на деле все это получилось гораздо сложнее.

Прежде всего даже на близком расстоянии заряд оказался слишком слабым, чтобы притянуть легкую бумажку. Но через двадцать лег швейцарец Лесаж усовершенствовал этот телеграф и произвел удачные опыты. Впрочем, насколько они были удачны, судите сами.

Минут десять-пятнадцать передавал он только одно слово, да и то на близкое расстояние. За час — четыре-пять слов, а на какую-нибудь длинную фразу, вроде вот этой, которую вы сейчас читаете и из-за многих вводных слов и предложений никак дочитать не можете, — на такую фразу, пожалуй, не хватит и целого дня. Вот вам и молниеносная быстрота… Повторилась та же история, как с телеграфом Полибия. Там от скорости света, а здесь от скорости электричества не осталось и следа.

Десятки ученых пытались усовершенствовать электрический телеграф, но не достигли успеха. Молниеносное электричество оказывалось медлительнее улитки. Телеграф стоил слишком дорого. И он не мог соперничать ни с семафорами, ни с верховыми гонцами, ни даже со скороходами. Наука об электричестве была еще в колыбели.

2. Магнитная стрелка и электромагнит

Только полтораста лет назад врач Луиджи Гальвани случайно открыл электрический ток. Гальвани сам об этом не догадался, но вскоре знаменитый физик Александро Вольта придумал очень простой прибор, для того чтобы получать электрический ток. Позже этот прибор стали называть вольтовым столбом.

Вольтов столб похож на высокий слоеный пирог. Он состоит из чередующихся друг с другом кружков меди, сукна и цинка. Стоит слегка смочить суконки слабым раствором кислоты, и на противоположных концах — полюсах столба — появится электричество двух разных видов: на крайнем медном кружке положительное, а на противоположном — цинковом — отрицательное электричество.

Если соединить полюсы такого элемента проволокой, по ней побежит электрический ток. Условились считать, что ток гальванического элемента всегда движется в направлении от положительного полюса к отрицательному. Это был первый источник электрического тока.

В 1802 году было сделано еще одно очень важное и незаслуженно забытое открытие. Физик Романьези установил, что электрический ток заставляет отклоняться магнитную стрелку. Через восемнадцать лет это открытие было сделано вторично. И тогда французский ученый Ампер предложил устроить стрельчатый телеграф. «Стрельчатым» он назывался потому, что главной его частью служила магнитная стрелка.

Электрический ток отклонял стрелку, а та указывала определенную букву. И опять для каждой буквы требовался отдельный провод. И опять телеграф стоил слишком дорого. И опять работал он слишком медленно. Многие ученые и изобретатели пытались усовершенствовать Амперов телеграф. Самый удобный стрельчатый телеграф изобрел талантливый русский ученый Павел Шиллинг в 1830 году.

Шиллингу уже не нужен был отдельный провод для каждой буквы. Электрический ток направлялся по одному из шести проводов и заставлял магнитную стрелку прыгать то вправо, то влево. По числу прыжков в разные стороны и различали 30 условных сигналов букв и знаков.

Этот телеграф очень поправился как забавное развлечение царю Николаю I. Он даже решил использовать его, но… только для секретных переговоров со своими жандармами. Правда, через несколько лет Шиллингу было предложено устроить телеграф между Петербургом и Кронштадтом. Телеграфная линия была уже почти закончена, но в это время Шиллинг умер, и об его изобретении забыли. Зато не забыли о нем за границей.

Ловкий делец Вильям Кук случайно прослышал в Германии об этом аппарате и тотчас же помчался в Англию.

Там он предложил ученому Уитстону усовершенствовать шиллинговский телеграф, выдав его за свое изобретение.

Уитстон действительно улучшил аппарат, и стрельчатым телеграфом стали пользоваться английские железные дороги.

Стрельчатый телеграф Уитстона

Позже мы познакомимся еще с одним очень важным изобретением Уитстона. Но его компаньон отнюдь не отличался изобретательскими способностями.

Вернее, Кук был весьма находчив, когда дело касалось наживы. Он даже осмелился предложить «свой» телеграф русскому правительству.

Недаром Уитстон в конце концов порвал всякие отношения с Куком.

В то время, когда Шиллинг еще работал над своим телеграфом, английский физик Стерджон сделал замечательное изобретение. Тогда уже было известно, что с помощью электрического тока можно намагнитить железо. Однако ни один ученый не пытался приспособить такой электромагнит для работы. Впервые это удалось Стерджону.

Он взял брусок мягкого железа, обмотал его изолированной проволокой и пустил по ней ток. Железо тотчас же стало магнитом, но сохраняло это свойство только до тех пор, пока по проволоке бежал ток. Как только ток прерывался, брусок сразу терял магнитные свойства. Своим электромагнитом Стерджон удерживал груз весом больше 3 килограммов. Теперь сильный электромагнит может поднять и перенести с места на место десятки тонн сразу. Но не только в этом великая ценность изобретения Стерджона.

Вашу комнату освещает электрическая лампа. Вы ежедневно слушаете радио. Для этого необходим электрический ток. Он движет трамваи и троллейбусы. Электромоторы заставляют работать бесчисленные машины на заводах и фабриках. Нам требуется огромное количество электрического тока. Его получают сейчас не от гальванических элементов. Электрический ток вырабатывается на электрических станциях сложными машинами с электромагнитами— электрогенераторами. Без электромагнита не могут обойтись ни генераторы, ни электромоторы. Но еще до изобретения этих машин электромагнит сослужил великую службу телеграфии.

3. Рождение телеграфа

Теперь в городах каждый человек пользуется своеобразным «телеграфом». И очень часто, гораздо чаще, чем вы предполагаете, — по нескольку раз в день. Не удивляйтесь, пожалуйста: мы «телеграфируем» машинально, совершенно не задумываясь о том, что используем великое изобретение Морзе. Но сначала познакомимся с самим изобретателем.

Есть мною общего в судьбах творцов телеграфа и парохода— Морзе и Фультона. Оба в юности мечтали стать великими живописцами. Оба уехали из Америки в Англию, чтобы учиться любимому делу у известных художников. Наконец, оба, вернувшись на родину, завоевали мировую славу, но совсем не в искусстве.

Может показаться странным, как это люди, далекие от техники, вдруг делают замечательные изобретения. Такие вещи «вдруг» не случаются. Ни одно крупное изобретение не было совершено случайно. Только настойчивая работа в одной области, упорное и терпеливое изучение теории, постоянная сосредоточенность на одной мысли в конце концов приводили выдающихся изобретателей к цели. Так было с Фультоном. Так было и с Морзе.

Еще в юности он изучал физику, слушал лекции известных ученых, сам проводил многочисленные опыты. Впервые мысль об электрическом телеграфе зародилась у Морзе еще в 1810 году, когда ему было девятнадцать лет.

Возвратившись из Англии, он уже приобрел известность своими картинами. Но юношеское увлечение не покидало молодого художника. Напротив, он внимательно следил за успехами физики. Особенно его поразило, что электрический ток мгновенно пробегает самую длинную проволоку. А если ток встречает на своем пути узенький промежуток— обрыв проволоки, он перепрыгивает через это препятствие и дает искру.

Нельзя ли в таком случае использовать электрические искры для передачи отдельных сигналов на расстояние? Эта мысль всецело овладела художником. Ей отдает он все свои силы и скудные средства.

Пять лет неутомимого труда. Пять лет суровой нужды. Сотни, тысячи неудачных опытов. Но впереди — великие надежды. И они оправдались: в 1837 году Морзе создал свой первый аппарат. Этот аппарат не использовал электрических искр. Он работал, в сущности, как привычный нам электрический звонок.

Вы нажимаете кнопку и этим включаете ток. По проводам ток бежит к обмоткам двух катушек. А внутри катушек— железный брусок, изогнутый в виде подковы. Брусок тотчас же становится электромагнитом и притягивает к себе рычаг с молоточком и пластинкой.

Пластинка эта устроена с хитрым расчетом. Когда молоточек прикасается к колокольчику, пластинка отходит от винтика. Из-за этого ток прерывается сам, автоматически, и электромагнит сразу теряет свои магнитные свойства. Здесь вмешивается небольшая пружинка и оттягивает молоточек в прежнее положение.

Пластинка снова подходит к винтику. Ток снова включается. И снова электромагнит притягивает рычаг, а молоточек ударяет по колокольчику. Так продолжается до тех пор, пока вы нажимаете кнопку звонка. И каждый раз молоточек ударяет о колокольчик, и по квартире разносится звон. Это вы «телеграфируете» о своем приходе.

В телеграфном аппарате Морзе электромагнит точно так же притягивает к себе рычаг. К концу рычага прикреплено маленькое колесико с острым ободком, который погружен в ванночку с чернилами. Пока тока нет, аппарат в покое. Но едва только проходит ток, колесико подскакивает к узкой бумажной ленте, как молоточек к колокольчику. И каждый раз колесико оставляет след на ленте. Следов этих много, потому что лента все время движется часовым механизмом. Следы получаются двоякого рода.

Дело в том, что на станции, принимающей депешу, ток прерывается совсем не автоматически, как в звонке. Ток прерывается по воле телеграфиста другой станции, передающего депешу. Телеграфист может включить ток на короткий или на более продолжительный срок. При коротком включении колесико оставляет на ленте коротенькую черточку— точку, при продолжительном — тире.

Морзе устроил очень удобный ключ-передатчик для последовательного включения и размыкания цепи. Ключ состоит из металлического стержня с круглой деревянной рукояткой и выполняет обязанности кнопки в электрическом звонке. Каждый раз, когда телеграфист нажимает на рукоятку, ток включается. Он мчится по проводам на приемную станцию и там чертит на бумажной ленте условные точки и тире.

Сам Морзе разработал телеграфную азбуку. Говорят, что он сделал это еще до того, как изобрел свой аппарат. И азбука Морзе настолько проста и удобна, что ею почти без изменения пользуются до сих пор.

4. Земной шар окутан проводами

Прошло три года после того, как Морзе изобрел телеграф. Еще три года терпеливых ожиданий, суровых лишений и нужды. За это время изобретатель усовершенствовал свой аппарат, и тот безупречно передавал сигналы.

Но здесь начались новые злоключения. Морзе никак не мог убедить депутатов Конгресса — американского парламента— в том, что телеграф необходим. Одни считали предложение изобретателя «бредом мечтателя», другие — «дьявольским наваждением». Морзе почти потерял всякую надежду осуществить когда-либо идею, в которой видел единственную цель своей жизни. Но совсем неожиданно для изобретателя Конгресс «передумал».

Сто лет назад, в 1843 году, Морзе приступил к строительству первой в мире линии электромагнитного телеграфа между Вашингтоном и Балтиморой. А 27 мая 1844 года была передана первая телеграмма, которая сообщила о выборе нового президента Соединенных штатов.

Сначала к телеграфу относились так же недоверчиво, как к первому пароходу Фультона. Немало было людей, которые решительно заявляли: «Не может быть такого чуда, чтобы по обыкновенной проволоке бежали слова из города в город».

И действительно, поверить было трудно. Еще никогда человечество не обладало таким чудесным средством связи. Телеграф одинаково надежно работает в любых условиях, независимо от погоды, днем и ночью, в дождь и туман. С неведомой прежде быстротой и точностью он передает сообщения на огромное расстояние и сохраняет их секретность.

Очень скоро у телеграфа появились три крупных «заказчика». Прежде всего, конечно, военные министерства всех стран: во время войны армия особенно нуждается в быстрой и надежной связи. Затем — железные дороги: только телеграф мог обеспечить точность отправления поездов и полную безопасность сообщений. Наконец, быстрота телеграфных передач обладает поистине драгоценнейшими достоинствами для газет. Благодаря изобретению Морзе газеты впервые получили возможность через несколько часов сообщать своим читателям последние новости со всего света.

Сэмюэль Морзе, его телеграфный аппарат, ключ и азбука

Быстро распространилось великое изобретение Морзе по всему миру. В Америке и Европе строили все новые и новые линии. Они соединяли не только города, но и государства друг с другом. Электрической связи не могли помешать ни горы, ни моря и океаны.

Когда была открыта первая линия телеграфа, Морзе уверенно заявил, скоро подводный кабель соединит Америку с Европой. В то время такая мысль еще казалась фантастической мечтой. Но уже через семь лег, в 1851 году, начал работать первый в мире морской кабель между Англией и Францией по проливу Па-де-Кале. Англия приобрела постоянную связь с материком.

А через пятнадцать лет, после многих происшествий и приключений, был проложен кабель по Атлантическому океану между Старым и Новым Светом. С тех пор десятки подводных телеграфных линии перерезали воды Атлантического, Великого, Индийского океанов. До начала нынешней войны уже более 7000 кабелей соединяло все части света. Общая длина этих кабелей достигла 650 000 километров. Еще длиннее сухопутные телеграфные линии. Земной шар окутан густой сетью проводов длиною в десятки миллионов километров.

Корабль «Грет Истерн» прокладывает кабель в 1865 году. Внизу — подводный кабель того времени в натуральную величину

5. Нельзя ли еще скорее?

Вспомним о нервах. Едва вы нечаянно прикоснулись к горячему предмету, как тотчас же отдергиваете руку. От прикосновения до отдергивания не проходит и двадцатой доли секунды. Но если бы мы с такой же быстротой передавали телеграммы, это вряд ли было бы удобно.

В самом деле, ощущения по двигательным нервам пробегают 40–50 метров в секунду. За час наша телеграмма продвинулась бы всего на 180 километров. От Москвы до Ленинграда она тащилась бы больше трех с половиной часов. Воздушная почта на самолете скорее домчится, чем эта «нервная» телеграмма. Наши нервы — совершеннейшие органы, которые создала природа. Но для связи на большие расстояния они оказались бы менее удобны, чем даже «живой» телефон.

Вообразите себя великаном. Таким великаном, что могли бы протянуть руку до самого солнца. Знаете, когда вы почувствовали бы ожог? Через сотню лет. А свет от солнца до земли доходит всего через 8 минут 20 секунд.

Сравните: сто лет и восемь с третью минут! Электрический ток мчится со скоростью света, в 6–7 миллионов раз быстрее, чем наши ощущения по нервам!

У великого английского писателя Шекспира есть комедия «Сон в летнюю ночь». В этой комедии-сказке добрый дух Пук хвастает:

Мы можем сказать:

Даже меньше. Ведь мгновенье, миг, то есть одно мигание века глаза, продолжается треть секунды. Электрический ток может совершить кругосветное путешествие меньше чем за седьмую долю секунды.

Казалось бы, скорость телеграфа — предел достижений. Больше не о чем и даже бесполезно мечтать. Ведь электроток мчится с колоссальной быстротой — 300 000 километров в секунду. Это наибольшая скорость, какая только существует в природе. И все же в электротелеграфии с самого ее зарождения до сих пор идет борьба за скорость. Как же это может быть?

Вспомните, что телеграф Морзе передает сообщения не буквами, а точками и тире. Чтобы доставить по адресу телеграмму, нужно расшифровать ее — перевести содержание с языка точек и черточек на обыкновенный язык. Это требует немало времени и задерживает доставку телеграммы.

Вот если бы передавать сообщения не азбукой Морзе, а сразу печатными буквами? Тогда можно было бы вдвойне сберечь время. Во-первых, каждую букву не придется выстукивать двумя, тремя, даже четырьмя знаками. Во-вторых, бумажную ленту телеграммы можно немедленно наклеить на бланк и послать по адресу.

Такой буквопечатающий аппарат изобрел еще в 1854 году американец Юз. Его телеграфный аппарат похож на маленькое пианино с клавишами. На каждой клавише буква, цифра или знак препинания. Клавиши связаны с основной частью аппарата — металлическим колесом. А на окружности колеса тоже выгравированы буквы, цифры и знаки.

Нажмите какую-нибудь клавишу — и колесо тотчас же начнет вращаться, а потом остановится. И остановится не как попало. Если вы нажали клавишу с буквой «р», то в самой нижней части колоса как раз и будет эта буква.

Колеса на передающей и приемной станциях устроены так, что всегда занимают одинаковое положение. А при телеграфировании они вращаются с одинаковой скоростью.

Телеграфист на передающей станции нажал клавишу «р»— и на приемной станции эта буква также устанавливается в нижней части колеса. А в это время электромагнит поднимает и прижимает к колесу валик с бумажной лентой. На ней и отпечатывается буква «р».

Аппарат Юза работал уже в полтора-два раза быстрее: на старом аппарате «морзе» можно было передать 60–70 букв в минуту, а на «юзе» — до 125 букв. И расшифровывать юзовскую депешу уже не приходится. Она изготовляется для доставки по адресу в пять раз скорее. Можно сказать, что новый аппарат в десять раз ускорил обработку телеграммы. Но у «юза», как и у «морзе», есть серьезный недостаток.

Чтобы передать одну букву, телеграфист нажимает и отпускает клавишу. Для этого нужно всего семь сотых секунды. Телеграмма в 20 слов, по шесть букв и каждом, требует меньше 8 1/2 секунд — не так уж много. К сожалению, в действительности на передачу такой телеграммы уходит гораздо больше времени.

Предположим, вам нужно передать слово «война». Вы нажимаете клавишу «в» и отпускаете ее. Затем переносите палец на клавишу «о», нажимаете ее, снова отпускаете, и так далее. Нажим, отпуск, перерыв… Нажим, отпуск, перерыв… И так каждую букву, каждое слово.

Маленькие перерывы между передачами букв незаметно похищают время, совсем мало времени, меньше мгновения-всего около четверти секунды. Но беда в том, что их много, этих четвертушек, очень много. На каждое слово пять-шесть-семь перерывов, а на телеграмму — в пятнадцать-двадцать раз больше.

И вот получается, что на передачу одной буквы уходит уже не семь сотых, а полсекунды. За одну минуту даже опытный юзист мог «выжать» из аппарата только 120–125 букв. Он выстукивал телеграммы целый час. Но на «полезную работу» ушло только 13 минут. Остальное время затрачено на вынужденный, неизбежный «отдых».

Провод был занят час, а телеграфист успел передать шесть-семь тысяч знаков, или тысячу слов. Целый час на передачу только одного-двух срочных сообщений в газету? Оказывается, перегнать быстроногого шекспировского героя не так легко даже при помощи электричества.

Еще сам Морзе, а затем и другие изобретатели стремились ускорить передачу депеш. Вот почему в телеграфии началась борьба за скорость — не за минуты, даже не за секунды, а за десятые и сотые доли секунды.

6. Телеграммы стоят в очереди

Через четыре года после изобретения Юза появился новый аппарат. Изобрел его уже знакомый лам Уитстон, который усовершенствован телеграф Шиллинга.

В новых аппаратах Уитстона вместо пальцев телеграфиста работает… бумажная лента. На этой ленте пробиты три ряда круглых дырочек. Средний ряд направляет ленту и служит для передвижения ее через аппарат. Два крайних ряда изображают отдельные знаки по азбуке Морзе. Если дырочки в этих рядах расположены прямо одна против другой, это обозначает точку, если наискось, по диагонали, — тире.

Телеграфист должен только вставить ленту с заранее пробитыми дырочками в аппарат и привести его в действие. Дальше аппарат уже сам продвигает ленту и автоматически передаст на приемную станцию точки и тире. И все они в точности соответствуют расположению дырочек на ленте.

Какой же смысл в этом сложном устройстве? Ведь вдобавок к обычной передаче приходится еще возиться с лентой, пробивать дырочки, тратить на это время. Смысл тот, что автоматический телеграф работает гораздо быстрее человека. Что же касается ленты, то ее приготовляют заранее, в то время, когда провод еще занят передачей другой телеграммы.

На аппаратах Уитстона можно было передавать 300–400, а теперь даже до 600 знаков в минуту. В десять раз больше, чем на первых аппаратах Морзе, в четыре-пять раз больше, чем на «юзах». Зато юзовские телеграммы можно немедленно доставить по адресу, а уитстоновские предварительно нужно еще расшифровывать.

Борьба за скорость в телеграфии тогда еще только начиналась. Основной недостаток всех аппаратов быт не только в том. что они медленно работали. Ни один аппарат но мог полностью использовать провода. Какой это большой порок, мы сейчас увидим.

До войны только одна Москва получала и отправляла в среднем больше 60 телеграмм в минуту. А теперь и того больше. Днем и ночью, беспрерывно, из месяца в месяц, каждую секунду — телеграмма! Все они несут срочные сообщения, которые необходимо быстро, немедленно доставить на место.

Короткая телеграмма занимает провод целую минуту, а длинная — даже несколько минут. Сколько же проводов нужно Москве, для того чтобы справиться с бесконечным, непрерывным потоком воинских приказов и донесений, газетных сообщений, нетерпеливых требований, тревожных запросов, радостных поздравлении!

Пожалуй, все дороги вокруг нашей столицы и других больших городов пришлось бы застроить телеграфными столбами с их проволочной изгородью. Это и неудобно и очень дорою. Ведь при устройстве телеграфной линии дороже всего обходятся линейные сооружения, то есть столбы и особенно провода.

Вот почему на телеграфе дорога не то что каждая минута. но даже секунда. Между тем при работе на «юзах» провода «отдыхают» из пяти минут четыре. «Уитстоны» работают быстрее, но и они полностью загрузить провода не могут. Сравнительно медленно движется бумажная лента и постепенно, знак за знаком, передаст депешу.

Телеграммы как бы стоят в очереди друг за другом, для них нет места на проводе. Однако место есть. Нужно только заполнить «пустые» промежутки между передачами отдельных знаков или букв. Тогда вместо одной телеграммы за одно и то же время можно будет передать несколько.

Но каким образом одновременно передавать несколько телеграмм но одному проводу? Эту трудную задачу разрешил французский изобретатель Бодо. Он придумал специальный распределитель, который автоматически присоединяет к проводу последовательно несколько телеграфных аппаратов.

Во время передачи распределитель Бодо включает в цепь поочередно то один, то другой аппарат, и провода работают беспрерывно. В то время как одни аппарат передает телеграмму из Москвы в Ленинград, другой, московский аппарат по тем же проводам принимает телеграмму из Ленинграда, и не одну. Теперь по цепи из двух проводов можно вести восемнадцать приемов и передач одновременно.

7. Говорящий телеграф

Александр Грэхем Белл преподавал в школе для глухонемых ребят. Однажды молодой учитель задумал создать удивительный аппарат. Он должен был дать глухим людям возможность услышать звуки. В сущности, Белл решил построить «искусственное ухо». С чего же начинать опыты? Прежде всего нужно изучить ухо человека. Изобретатель задал себе вопрос: как мы воспринимаем звук?

Когда вы бросаете камешек в ровную гладь воды, по ее поверхности кругами расходятся волны. Каждый листок или щепка на волнующейся водной поверхности начинает колебаться, то есть подниматься и опускаться. Точно так же от звенящего колокольчика во все стороны разбегаются воздушные колебания — звуковые волны.

Невидимые звуковые волны проникают через нашу ушную раковину и заставляют колебаться упругую перепонку. Эта тонкая кожица внутри уха туго натянута, как кожа на барабане. Недаром она так и называется — барабанная перепонка. Колебания перепонки передаются многочисленным, очень чувствительным нервным волокнам и раздражают их. А по этим тончайшим волокнам-проводам раздражения, как телеграммы, бегут к слуховому нерву. Вот эти-то «телеграммы» мы и воспринимаем как звуки.

Наше ухо очень чуткий орган. Мы слышим разнообразнейшие звуки и легко отличаем их друг от друга. Но все же слуховые возможности человека весьма ограничены. В природе существует бесконечное множество неслышимых д ля нас, «беззвучных» звуков. Если источник звука вызывает меньше 16 или больше 20 000 колебаний воздуха в секунду, человеческое ухо уже не может их воспринять. Чем чаще колебания, тем выше тон звука. Например, тонкое комариное гудение выше, чем басистый голос большой музыкальной трубы. По звуковой частоте, то есть по числу воздушных колебаний, мы и различаем высоту звуков, отличаем один звук от другого.

Однако вернемся к Беллу. Он внимательно изучил устройство человеческого уха и стал производить опыты в своей лаборатории. Впрочем, вряд ли она заслуживала это название. Изобретатель сильно нуждался и должен был работать в сыром и темном подвале. Позже подземная лаборатория переселилась в поднебесье — на высокий чердак. Оттуда Белл соединялся проводами с соседней квартирой своего приятеля — способного механика Ватсона.

Совместно с Ватсоном Белл построил в 1875 году совсем простой аппарат. Внутри катушки изолированной проволоки помещался постоянный магнит. Над магнитом находилась тонкая и упругая железная пластинка. Она была укреплена так, что свободно могла колебаться. Пластинка в «искусственном ухе» должна была играть роль барабанной перепонки. Недаром эту пластинку и назвали мембраной, что означает — перепонка. А чем заменить передачу раздражений по нервным волокнам человеческого уха? Тем же, что и в телеграфе, — движением электричества по проводам.

Телефон Белла

Еще в 1831 году великий английский физик Фарадей открыл замечательное явление — электромагнитную индукцию. Как вы помните, Стерджон при помощи электротока создал сильный магнит. Фарадей поставил себе другую задачу: получить при помощи магнита электрический ток.

Долго проводил свои опыты знаменитый ученый и сделал очень важное открытие. Вокруг любого магнита существуют невидимые магнитные силовые линии, которые создают магнитное поле. Если сквозь это невидимое поле двигать проволоку, то в ней возникает, или, как говорят физики, индуктируется, электричество. То же самое получается, если проволока остается неподвижной, а изменяется сила магнита, следовательно и его магнитное поле. Вот этим открытием Фарадея и решил воспользоваться Белл.

В его аппарате железная мембрана над магнитным бруском и сама тоже намагничивалась. Если такую мембрану попеременно то приближать к бруску, то удалять от него, что получится? Мембрана будет то увеличивать, то ослаблять действие постоянного магнита, а вследствие этого магнит станет возбуждать в окружающей его обмотке электроток. Вот и все несложное устройство первого аппарата Белла.

Он сделал два таких совсем одинаковых аппарата: один для передачи разговора, другой для приема. Белл произносил над передаточным аппаратом слова. Звук его голоса, звуковые волны заставляли колебаться мембрану. Она то приближалась к магниту, то удалялась от него и попеременно то усиливала, то ослабляла действие магнита на об мотку. А в зависимости от этого усиливался и ослаблялся электрический ток в обмотке.

Таким образом звуковые колебания человеческого голоса превращались в электрические колебания так называемой звуковой частоты. По проводам эти электрические колебания бежали в квартиру Ватсона, к приемному аппарату. А в этом аппарате все происходило в обратном порядке. Когда электрический ток усиливал действие магнита, тот притягивал к себе мембрану. Когда ток ослаблялся, упругая мембрана снова удалялась от бруска.

Мембрана колебалась точно таким же образом, как в передаточном аппарате. Там мембрану заставляли колебаться звуковые волны. В приемном аппарате, наоборот, мембрана заставляла колебаться воздух, сама создавала воздушные волны. И волны были точно такие же, как от слов Белла, которые он произносил над передаточным аппаратом.

Изобретатель настойчиво и терпеливо совершенствовал свое детище. И вот однажды Ватсон, приложив ухо к пластинке приемною аппарата, довольно отчетливо уловил слова: «Если вы слышите меня, Ватсон, подойдите к окну и махните шляпой».

Сказав это, Белл взволнованно отбежал от своего аппарата к окну чердака. Услышал ли Ватсон его слова? Разобрал ли он их? Почему же он не подходит? Наконец-то он появился и, как пишет Белл, «стал яростно махать шляпой». Это произошло 14 марта 1876 года.

8. «Не разговаривайте ушами и не слушайте ртом!»

Если бы вы сейчас прочли где-либо такое объявление, то, наверно, решили бы, что его написал не очень остроумный шутник. Между тем дощечки с такими странными надписями всего лет шестьдесят назад висели над всеми телефонами общественного пользования. Почему вдруг понадобилось учить людей, как разговаривать?

Когда выросло много больших городов, понадобилась особая внутригородская связь, быстрая и, главное, непосредственная. Возникла необходимость в разговоре на расстоянии. Насколько велика была эта потребность, показывает такой факт.

14 марта 1876 года в бюро изобретений явился Грэхем Белл. Он предъявил проект аппарата, «передающего человеческую речь на расстояние». Через два часа в бюро пришел другой изобретатель — Грей. Он тоже сделал подобное изобретениe. Грею было отказано в выдаче патента — его получил Белл.

В том же 1876 году Белл уже демонстрировал свое изобретение на выставке в Филадельфии. Телефонный аппарат привлек всеобщее внимание как… забавная научная игрушка. Тогда никто не предполагал, что этой «игрушке» предстоит великое будущее. Однако в том же году уже появились телефоны общественного пользования.

В одну и ту же трубку сначала произносили слова, затем прикладывали к ней ухо и слушали. При разговоре все время приходилось поворачивать голову то в одну, то в другую сторону. Приспособиться к этому, наловчиться быстро вести переговоры было совсем не так легко и просто. Поэтому-то над аппаратами и помещали смешное объявление. Оно напоминало, что слушать нужно не ртом, а ушами.

В первых телефонах звук передавался еще не очень отчетливо и лишь на близкое расстояние. Ведь чем длиннее провод, тем большее сопротивление оказывает он электрическому току. А в телефонах Белла работал очень слабый индуктированный ток, который едва колебал мембрану приемного аппарата. Даже в километре от передаточного аппарата можно было только при большом напряжении различать отдельные слова. Но вскоре очень несложное изобретение во мною раз увеличило и слышимость и дальность телефонных переговоров.

9. Звуковой микроскоп

— Сейчас летчик Иванов расскажет о своем воздушном бое с фашистскими истребителями. Внимание! У микрофона летчик Иванов…

Мы часто слышим по радио выступления героев отечественной войны, выдающихся общественных и ученых деятелей. Но при чем тут микрофон?

Этот очень чуткий прибор радио заимствовало у телефона. Как и самый телефон, так и микрофон был создан почти одновременно двумя изобретателями. Один из них уже знаком нам по буквопечатающему телеграфному аппарату— это Давид Юз. Вы слыхали, наверное, и о другом изобретателе — знаменитом американце Томасе Эдисоне.

Микрофон совершил революцию в телефонии. Без него нельзя было бы передать живую речь или музыкальное произведение по радио. Между тем первый микрофон Юза был так прост, что каждый может сам его устроить.

Прибор состоял из маленького угольного стержня, заостренного с обоих концов, и двух тонких угольных пластинок с углублениями посредине. Пластинки были укреплены в горизонтальном положении на деревянной стойке, а в углубления их свободно вставлены заостренные концы стержня. Вот, в сущности, и весь микрофон, а выполнял он очень важную задачу.

Верхняя угольная пластинка была соединена с одним полюсом гальванической батареи, а нижняя — с одним из проводов телефонного аппарата. Другой провод аппарата, а также второй полюс батареи были присоединены к телефонной сети. Таким образом, электрическому току вместо короткого пути между полюсами гальванической батареи приходилось совершать длинное и сложное путешествие.

Сначала ток по проволоке направлялся к верхней пластинке микрофона. В ее углублении, там, где пластинка соприкасалась со стержнем, ток перескакивал на стерженек. Далее ток по нему проходил к другому концу и здесь перепрыгивал на нижнюю пластинку. Отсюда по телефонному проводу ток поступал в приемный аппарат и пробегал через обмотку его магнита. По другому проводу ток проходил в телефонную сеть и мог наконец пробраться ко второму полюсу гальванической батареи.

Сколько затруднений приходилось преодолевать току на своем пути! При этом по проволоке он еще бежал спокойно, а в микрофоне начинались настоящие скачки с препятствиями. Зачем же понадобилось это лишнее сопротивление, которое только уменьшает силу тока? В том-то и дело, что не только уменьшает.

Когда вы произносите слова у микрофона, звуковые волны вашего голоса заставляют колебаться угольный стерженек. Он то плотнее прижимается к пластинкам, то отходит от них. Колебания стержня то ухудшают, то улучшают соприкосновение с углублениями в пластинках, и сопротивление электрическому току изменяется. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока в цепи, и наоборот. Что же происходит в микрофоне?

Пока стерженек микрофона в покое, сила тока в. цепи не изменяется. Но едва вы заговорили, звуковые волны начинают колебать стерженек и этим изменяют сопротивление микрофона электрическому току. А в зависимости от этого ток то усиливается, то ослабляется. Во время разговора сила тока колеблется и притом точно так же, как воздух от голоса. Другими словами, микрофон превращает звуковые колебания, воздушные волны, в электрические колебания звуковой частоты.

От микрофона эти электрические колебания по проводу передавались к телефону Белла. Там электрический ток пробегал по обмотке магнита и попеременно то усиливал, то ослаблял его действие. А в зависимости от этого магнит то сильнее, то слабее притягивал к себе мембрану. И ее колебания в точности соответствовали колебаниям стерженька микрофона, или звуковым волнам. Таким образом, телефон снова превращал электрические колебания в звуковые. В приемном аппарате уже совершенно отчетливо были слышны слова, произнесенные у микрофона.

Благодаря микрофону телефон Белла стал работать уже не слабым индуктированным, а более сильным током от гальванической батареи. Это позволило увеличить дальность телефонных переговоров до нескольких километров.

Для удобства телефонную трубку соединили с микрофоном. При разговоре по такой микротелефоной трубке уже не нужно было вертеть головой из стороны в сторону. С тех пор исчезли и смешные объявления.

И телефонные аппараты и микрофоны непрерывно совершенствовались. В новых микрофонах вместо угольных пластинок и стержня был использован угольный порошок. Каждая крупинка его как бы заменяет отдельный стержень, и чувствительность такого прибора еще больше увеличилась. Недаром микрофон называют «электрическим ухом». С одинаковым правом его можно назвать и «звуковым микроскопом». Как микроскоп увеличивает маленькие или совсем невидимые простым глазом предметы, так микрофон во много раз усиливает очень слабые или совсем неуловимые ухом звуки.

Человеческий голос стал звучать совсем отчетливо на расстоянии десятков, потом сотен, даже тысяч километров. Телефон связал между собою не только близкие города — москвичи могут разговаривать с ленинградцами, с сибиряками, даже с дальневосточниками. При этом для телефонных переговоров используются телеграфные провода. Мы знаем, что по одной и той же цепи можно передавать одновременно 18 телеграмм. По той же цепи можно, без ущерба для передачи телеграмм, одновременно вести 15 телефонных переговоров.

Всего лишь сорок лет назад телефон был еще редкостью В России до самой Великой Октябрьской революции он оставался роскошью, доступной лишь очень состоятельным людям. Телефоны существовали у нас только в крупнейших городах. В деревнях их не видывали. Теперь все города нашей родины связаны телеграфно-телефонными проводами. И почти не осталось сельсоветов без телефона.

10. Всеведущее и вездесущее

«12 января 1930 года, закончив свою обычную передачу, я дал сигнал: «Всем, всем, всем» с просьбою ответить на волне 42 метра и вдруг услышал позывные, а затем вопрос о моем местопребывании и о том, на каком языке я могу объясняться. Я ответил, что лучше всего на немецком и что нахожусь на Земле Франца-Иосифа.

«Дорогие друзья, — передавал мне неожиданный собеседник, — очевидно, мы сейчас перекрыли рекорд дальности радиосвязи. Вы разговариваете с базой американской экспедиции адмирала Бэрда в Антарктике».

Завязалась беседа. Я сообщил, что у нас полярная ночь, холодно. На зимовке 7 человек. Мой собеседник ответил, что v них всего 2 градуса мороза. Стоит конец лета, и под влиянием солнечных лучей лед оттаивает…

Эта беседа вызвала у нас огромную радость. Подумать только — Арктика говорит с Антарктикой!»

Так писал Герой Советского Союза товарищ Кренкель, вспоминая о своей зимовке на радиостанции в бухте Тихой. Лучший в мире радист беседовал на расстоянии 19 000 километров! Один этот факт показывает безграничные возможности самого молодого вида связи — радио. А ведь ему еще не исполнилось и пятидесяти лет.

В 1895 году знаменитый русский ученый Попов решительно заявил: отныне можно «телеграфировать без проволоки», посредством электромагнитных волн, нужно только усовершенствовать этот способ.

Меньше чем через год Попов уже передал без проводов сигналы по азбуке Морзе на расстояние в 5 километров.

Александр Степанович Попов и его радиостанция

Не раз обращался Попов к правительству и просил отпустить средства для дальнейших опытов. Невежественные царские чиновники не могли оценить значение одного из величайших изобретений нашего времени. Попова постигла судьба Кулибина, Ползунова, Шиллинга, многих русских исследователей и изобретателей.

Почти на два года позже Попова такое же изобретение сделал итальянец Маркони. Тот был практичным предпринимателем-дельцом, не то что скромный русский ученый. Маркони немедленно взял патент и организовал частную торговую компанию. Он получил крупные средства и стал совершенствовать свое изобретение. В 1901 году была уже установлена беспроволочная связь через Атлантический океан. С тех пор радио стало стремительно развиваться во всем мире.

По сравнению с проволочной телеграфией радио имеет огромное преимущество. Оно не нуждается в дорогостоящих линейных сооружениях. Оно передает сообщения действительно с молниеносной быстротой и притом одновременно для любого числа людей. Оно переносит на любое расстояние живую человеческую речь, лекции мировых ученых, концерты певцов и музыкантов, даже театральные представления. Но и это еще не все.

Телеграф не может установить связь с движущимися предметами. Радио вы слышите в быстро мчащихся автомобилях и поездах. Морские и океанские корабли посылают радиограммы и получают на них ответы. Самолеты в воздухе не только устанавливают телеграфную радиосвязь с наземными станциями, но могут вести с ними даже переговоры по радиотелефону.

Для радио доступны такие заповедные области Арктики, где ни о какой иной связи и мечтать невозможно. Для радио нет препятствий, не существует расстояний.

Через болотные трясины и песчаные степи, сквозь непроходимые лесные чащи и горные хребты, над промерзшей тайгой, над безлюдными пустынями, морями и океанами проникает оно в самые далекие, глухие уголки земного шара. За сотни и тысячи километров доносит оно сообщения, живую человеческую речь, музыку с неведомой прежде быстротой.

11. Пассажиры на волнах

Мы совершили долгое путешествие во времени и наконец добрались от костров до радио. Сейчас вам предстоит новое путешествие уже не во времени, а в пространстве — от радиостудии до вашей комнаты.

В студии микрофон ловит слова, музыку, пение, а ваш репродуктор тотчас же их повторяет. Как будто то же самое, что и в обычном телефоне. Звуки путешествуют в преображенном виде. Сначала микрофон превращает звуковые колебания в электрические, затем они бегут по проводам к телефону, а он вновь превращает электрические колебания в звуковые. Но ведь проводов-то у радио нет…

Каким же образом доносятся звука из студии к репродуктору? Они тоже путешествуют, только не по проводам, а по радиоволнам. С ними-то нам прежде всего и интересно познакомиться поближе.

Вспомните замечательное открытие Фарадея: вокруг каждого магнита существует невидимое магнитное поле. Точно так же и каждый электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле. А если по проводу бежит электрический ток, то вокруг этого провода тотчас же возникает электрическое поле. Одновременно возникает и магнитное поле.

Но можно получить электрический ток разных видов. Одно дело — ток гальванического элемента. Такой ток всегда бежит в одном направлении — от положительного полюса к отрицательному — и называется постоянным. А вот волоски электрической лампочки в нашей квартире чаще всего накаливаются, если можно так сказать, другим током. Его вырабатывают на электростанциях специальные машины — электрогенераторы.

Этот ток движется по проводу то в одну сторону, то в другую. Это переменный ток. Он меняет свое направление, как часовой маятник, только несравненно скорее. Маятник стенных часов совершает примерно одно полное колебание в секунду. Переменный ток в проводах нашей квартиры совершает пять десятков колебаний в секунду. Но ток может совершать десятки и сотни тысяч, даже миллионы колебаний в одну секунду. Это уже быстропеременный ток, ток очень высокой частоты.

Быстропеременный ток поступает в провод. Что при этом происходит? Вокруг провода тотчас же создаются магнитное и электрическое поля. Рождаются оба поля одновременно и вместе образуют одно электромагнитное поле, обладающее удивительным свойством: электромагнитное поле высокой частоты не остается у места своего рождения, а с огромной скоростью распространяется во все стороны.

У провода, по которому течет быстропеременный ток, все время зарождаются новые и новые электромагнитные поля. Одно за другим, как волны, уносятся они в пространство. Вот эти-то разбегающиеся от провода поля и называются электромагнитными волнами или радиоволнами.

На передающих радиостанциях эти волны создаются антенной. Разбегаясь во все стороны от передающей антенны, радиоволны встречают на своем пути другие антенны — приемные, в том числе и вашу. И тотчас же таким антеннам радиоволны передают быстропеременные электромагнитные колебания, которыми были порождены сами радиоволны. Эти колебания имеют такую же высокую частоту, как и на передающей антенне. Правда, они уже во много раз слабее, но это не беда: их можно усилить. И тогда вы слова услышите у себя в комнате слова, музыку, пение, которые попали в микрофон радиостудии. Однако все эти звуки на пути своем пережили ряд чудесных превращений.

Прежде всего микрофон превратил звуковые волны в электрические колебания звуковой частоты — так же, как это происходит в проволочной телефонии. Микрофонный ток вполне достаточен для того, чтобы колебать мембрану телефона, но он все же очень слаб. Поэтому его усиливают при помощи особых аппаратов и в таком виде направляют по проводам на радиовещательную станцию. Здесь преображенные и усиленные звуковые волны переживают новое превращение.

Радиовещательную станцию можно узнать по высоким мачтам, между которыми протянута длинная антенна. По сравнению с мачтами-великанами карликом кажется здание самой станции, где находится радиопередатчик. Но этот карлик — сердце станции. Радиопередатчик создает переменный ток очень высокой частоты. Ток проходит в антенну и порождает вокруг нее электромагнитные волны.

Но вот на радиостанцию из студии примчался микрофонный ток. Он принес колебания звуковой частоты, то есть гораздо меньшей, чем у быстропеременного тока радиопередатчика. Ведь частота звуковых волн, доступных нашему уху, исчисляется сотнями и тысячами колебаний в секунду, а быстропеременного тока — сотнями тысяч колебаний в секунду. Придя на радиостанцию, микрофонный ток начинает хозяйничать там.

Как вы знаете, сила микрофонного тока зависит от сопротивления, которое то увеличивается, то уменьшается звуковыми волнами. А на радиостанции микрофонный ток в свою очередь, изменяет силу быстропеременного тока. Таким образом, на колебаниях высокой частоты отмечаются все пришедшие из студни колебания низкой, звуковой частоты. Быстропеременный ток служит только как бы канвой для микрофонного тока. На этой канве микрофонный ток вышивает свой звуковой узор, который он принес из студни. А от антенны радиовещательной станции электромагнитные волны разносят канву вместе с узором во все стороны.

Сами по себе колебания звуковой частоты не могли бы путешествовать без проводов, а на радиоволнах они странствуют по всему свету. Радиоволны доставляют своих пассажиров и к вашей антенне. По ней они спускаются к радиоприемнику, и здесь начинаются новые превращения.

Когда узор вышит, канву выдергивают. В этом и состоит основная задача радиоприемника. Он выделяет из быстропеременного тока только колебания звуковой частоты, а дальше путь их уже хорошо нам известен. Из приемника электрические колебания поступают в телефонные наушники, приводят в движение мембрану. А она в точности воспроизводит все звуки, «услышанные» микрофоном в радиостудии. Если вы хотите усилить звук, к вашим услугам специальный усилитель и громкоговоритель, который представляют собою, в сущности, более мощный телефон.

12. Самая совершенная связь

Может быть, телеграф после великого изобретения Попова вообще отжил свой век? Нет, радио, телефон и телеграф — не соперники. Напротив, они дополняют друг друга.

Одновременное вещание для миллионов слушателей — величайшее преимущество радио. Маленький, неприметный в углу комнаты репродуктор невидимыми нитями соединяет каждого из нас со всем миром.

Несколько раз в день мы узнаем о важнейших событиях, которые произошли всего три-четыре часа назад в тысячах километров от нас. Можно ли мечтать о большей победе над пространством!

Долгие тысячелетия, десятки некогда всесильных и давно погибших государств, сотни человеческих поколений отделяют радио от сигнальных огней костров, тех древних костров, которые медленно из селения в селение несли радостные или тревожные вести. Разве можно сравнивать «живой» телефон с нынешним?

А самые быстрые бегуны и гонцы древности? Или оптический телеграф Шаппа? Или греческие гемеродромы, персидские ангары, голуби? Какие это медлительные черепахи по сравнению с нынешним телеграфом!

Телеграф, телефон, радио сократили месяцы до часов и минут. Эти самые совершенные средства связи изменили наши представления о времени и пространстве, изменили жизнь всего человечества.

Особенно велико значение быстрой связи на войне, где дорога каждая минута, каждое мгновение. Но значит ли это, что мы должны отказаться от медлительных предков телеграфа, телефона и радио?