تاریخ انتشار: ۲۳ خرداد ۱۳۹۸

نیکولا تسلا از نمادهای فرهنگ عامه است؛ نماد دانشمندی مستعد و عجیب و مخترعی که جلوتر از زمان خود حرکت می‌کرد و شاید به همین سبب آنچنان که باید درک نشد. کتاب‌ها و فیلم‌های مستند درباره او داستان‌های جذابی تعریف می‌کنند؛ گرچه او نیز به قهرمان فیلم‌ها و داستان‌های مصور تخیلی بی‌شباهت نبود. جایگاه این ابرقهرمان دنیای علم چنان اسطوره‌ای است که حتی ادیسون را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. اما آیا همه اختراعاتی که به وی نسبت می‌دهند واقعا کار او بود؟ در ادامه، شماری از بزرگ‌ترین دستاوردهای تسلا و نیز برخی از ایده‌های جاه‌طلبانه‌ای که او موفق به اجرای‌شان نشدند را مرور می‌کنیم.

۱۵۶۰۱۶۴۹۳۰

۱. سیم‌پیچ تسلا

نیکولا تسلا در سال ۱۸۹۱ وقتی ۳۵ ساله بود اختراعی به ثبت رساند که مادر بیش از ۳۰۰  حق اختراع دیگر او محسوب می‌شد و آن چیزی نبود جز سیم‌پیچ تسلا. این سیم‌پیچ، ترانسفورماتوری الکتریکی متشکل از چندین مدار رزونانس دوتایی بود. تسلا انواع مختلفی از آن را مبنای آزمایش‌های دیگر قرار داد که مطالعه پدیده فسفرسانس یا اشعه ایکس، نورافشانی الکتریکی و انتقال بی‌سیم برق را شامل می‌شد.

گرچه سیم‌پیچ تسلا در اولین نسل رادیوتلگراف‌ها به کار گرفته شد، امروزه جز در حوزه سرگرمی کاربرد دیگری ندارد. معمولا در موزه‌های علمی نمونه‌ای از این نوع سیم‌پیچ را به نمایش می‌گذارند، زیرا جرقه‌ها و نحوه تخلیه الکتریسیته در آن تماشایی است. این نوع سیم‌پیچ جریان برق متناوبی تولید می‌کند که ولتاژ و فرکانس آن زیاد اما شدت جریان آن کم است. اگر کسی نحوه کار سیم‌پیچ تسلا را درک کند درباره نحوه کار برق نیز به سرنخ‌های مهمی می‌رسد.

۲. فرستنده بزرگ‌نما

نیکولا تسلا در زندگی‌نامه خویش می‌نویسد: «مطمئنم که فرستنده بزرگ‌نما (magnifying transmitter) مهم‌ترین و ارزشمندترین اختراع من برای نسل‌های آینده خواهدبود.» فرستنده بزرگ‌نمای گنبدی‌شکل، نسخه پیشرفته‌تر سیم‌پیچ تسلا بود. تسلا با طراحی این فرستنده می‌خواست آزمایش‌هایی صورت دهد که ممکن بود او را به آرزوی دیرینش رهنمون شوند: مخابره راه دور و انتقال برق بدون استفاده از سیم.

شکل 1. تسلا کنار فرستنده کروی بزرگ‌نما یا magnifying transmitter در آزمایشگاه خود در کلرادو اسپرینگز، 1899

شکل ۱. تسلا کنار فرستنده کروی بزرگ‌نما یا magnifying transmitter در آزمایشگاه خود در کلرادو اسپرینگز، ۱۸۹۹

تسلا در سال ۱۸۹۹ در کلرادو اسپرینگز آزمایشگاهی تاسیس کرد. این آزمایشگاه در واقع، فرستنده تقویت‌کننده‌ای‌ به قطر ۱۵ متر بود که می‌توانست جریان‌هایی با ولتاژ بسیار بالا (تا ۴ میلیون ولت) تولید کند و آذرخش‌های الکتریکی به طول ۴۰ متر به اطراف بپراکند. تسلا ۱۰۰ هزار دلار بابت این تاسیسات هزینه کرد. البته هزینه آن را مخترع دیگری تامین کرده بود که می‌خواست سیستم برق‌رسانی همگانی جدیدی ایجاد کند. تسلا پس از نه ماه آزمایش به این باور رسید که توانسته است برق را بدون نیاز به ‌سیم انتقال دهد و لذا گام بعدی را برای واقعیت بخشیدن به رویای بی‌سیم برداشته است.

۳. سیستم جهانی بی‌سیم

تسلا که از نتایج آزمایش‌های خود در کلرادو اسپرینگز دلگرم شده بود، در اواخر ۱۹۰۰ به نیویورگ بازگشت و بانکداری به نام جان پیرپونت مورگان را متقاعد کرد تا در ساخت یک ایستگاه مخابراتی بی‌سیم سرمایه‌گذاری کند. او می‌خواست پیش از رقیبش گولیلمو مارکونی به آن‌سوی اقیانوس اطلس پیغام مخابره کند.

مارکونی سعی داشت این کار را با استفاده از رادیوتلگراف انجام دهد. اما تسلا درصدد استفاده از فناوری جدیدی بود. تسلا به‌خاطر بلندپروازی‌های خود پروژه‌اش را آن‌قدر ارتقا داد که ایده انتقال بی‌سیم برق را هم در بر گرفت. اما مورگان حاضر نشد اضافه سرمایه لازم برای این کار را تقبل کند. درنتیجه برج تسلا یا برج واردن‌کلیف که در واقع یک ایستگاه فرستنده بی‌سیم بود در سال ۱۹۰۶ متروک شد و هرگز راه نیافتاد.

شکل 2. برج تسلا یا برج واردن‌کلیف، ایستگاهی آزمایشی که تسلا آن را با هدف مخابره بی‌سیم پیغام‌ به راه دور ساخت. او معتقد بود زمین خاصیت رسانایی دارد و با استفاده از این خاصیت می‌توان سیگنال‌ها را به کیلومترها دورتر ارسال کرد.

شکل ۲. برج تسلا یا برج واردن‌کلیف، ایستگاهی آزمایشی که تسلا آن را با هدف مخابره بی‌سیم پیغام‌ به راه دور ساخت. او معتقد بود زمین خاصیت رسانایی دارد و با استفاده از این خاصیت می‌توان سیگنال‌ها را به کیلومترها دورتر ارسال کرد.

تسلا آرزو داشت با شبکه‌ای متشکل از تقریبا ۳۰ ایستگاه بی‌سیم، برق و ارتباطات را به همه‌جای جهان تسری دهد. تسلا امواج ایستای جدیدی کشف کرده بود که با استفاده از آن، شبکه مدنظر او می‌توانست از خود زمین و اتمسفر آن برای رسانش برق بهره ببرد. تسلا چند دهه جنگید تا ثابت کند سیستمی که او طراحی کرده است، بر امواج رادیویی برتری دارد اما در واقع، هرگز نشان نداد که می‌تواند برق بی‌سیم را به فاصله بیش از چند متری بفرستد.

۴. ماشین‌های پربازده‌تر تسلا

تسلا در سال ۱۹۰۶ به‌مناسبت ۵۰ سالگی خود، توربین بی‌پره‌ای به نمایش گذاشت که از حیث بهره‌وری، رقیب موتورهای پیستونی بود. او در سال ۱۹۱۳ این اختراع را ثبت کرد (که هرگز در مقیاس تجاری توسعه نیافت) و آرزو داشت آن را در حوزه انرژی‌ زمین‌گرمایی به کار ببرد.

سال‌ها پیش از آن، او حق اختراع یک ژنراتور الکتریکی را به ثبت رسانده بود. این ژنراتور، نوسان‌ساز تسلا (Tesla Oscillatorr) نام داشت و جایگزین پیشنهادی تسلا برای موتورهای بخار کم‌بازدهی بود که در آن زمان برای تولید برق به کار می‌رفتند. اما توربین‌های بخار مدرن توانستند از حیث بازده بر اختراع تسلا پیشی بگیرند. تسلا نسخه کوچکی از نوسان‌ساز خود را آزمود و بر پایه همان آزمایش مدعی شد که به فرکانس رزونانس آن (که می‌تواند ارتعاش‌های شدیدی ایجاد کند‌) دست یافته است. همسایگان تسلا از لرزش‌‌ها و ارتعاشات نامتعارفی که این نوسان‌ساز ایجاد می‌کرد نگران شدند و با پلیس تماس گرفتند.

شکل 3. نمونه‌ای از توربین تسلا بدون درپوش فوقانی

شکل ۳. نمونه‌ای از توربین تسلا بدون درپوش فوقانی

تسلا در هفتادونهمین جشن تولدش به گزارشگران گفت که نوسان‌ساز او می‌تواند برج امپایر استیت را فروبریزد یا پوسته زمین را دو نیم کند. به همین جهت آن را به نام ماشین زلزله تسلا هم می‌شناختند، اما در سال ۲۰۰۶ وقتی نسخه مدرنی از این نوسان‌ساز در برنامه‌ای تلویزیونی آزمایش شد، نتوانست ارتعاشات شدیدی ایجاد کند.

۵. نظریه تسلا درباره آموزش الکتریکی

تسلا که مزایای جریان برق متناوب را باور کرده بود، ایده خاصی برای پرورش مغز مطرح کرد و آن را در قالب نظریه‌ای توضیح داد. طبق نظریه او، اعمال برق به مغز می‌توانست هوش را تحریک کند، «همانطور که رشد گیاهان را تحریک می‌کند». در سال ۱۹۱۲ مجله «پاپیولار الکتریسیته» از طرح خود برای پیاده‌سازی نوعی پیغام مولکولی خبر داد که هدف آن تسهیل یادگیری با استفاده از جریان برق با فرکانس بالا بود و حتی ادعا می‌شد که این کار، دانش‌آموزان کندذهن را به دانش‌آموزان تیزهوش تبدیل می‌کند. برای این منظور کلاس‌ها باید از امواج الکتریکی بسیار کوچکی پر می‌شدند.

در پروژه مدنظر تسلا که هدف آن ارتقای آموزش و سلامت دانش‌آموزان بود، دیوارهای کلاس باید به‌دقت و بی‌آنکه دانش‌آموزان متوجه شوند، سیم‌کشی می‌شد. ویلیام اچ. ماکسول، مدیر وقت مدارس نیویورک، ابتدا طرح تسلا را تایید کرد اما آن آزمایش هیچگاه انجام نگرفت.

۶. چراغ‌های نئونی تسلا؟

چراغ‌ نئونی از دیگر اختراعات بزرگی است که آن را به تسلا نسبت می‌دهند. چندین منبع گفته‌اند که تسلا این اختراع را در سال ۱۸۹۶ در نمایشگاه جهانی شیکاگو رونمایی کرد. اما موضوع این است که گاز نئون تا پیش از سال ۱۸۹۸ اصلا کشف نشده بود و نخستین لامپ نئونی را ژرژ کلود فرانسوی در نمایشگاه موتور پاریس در سال ۱۹۱۰ رونمایی کرد.

شکل 4. علائم نوری تسلا نخستین بار در 1893 در نمایشگاه جهانی شیکاگو به نمایش درآمدند.

شکل ۴. علائم نوری تسلا نخستین بار در ۱۸۹۳ در نمایشگاه جهانی شیکاگو به نمایش درآمدند.

نیکولا تسلا از پیشگامان ساخت لامپ‌های تخلیه در گاز (gas discharge lamp) و مطمئنا از نخستین کسانی بود که با خم کردن لامپ‌های حاوی گازهای مختلف، این اختراع را در جهت ساخت علائم نوری به کار گرفت. با این حال، چراغ‌هایی که تسلا در سال ۱۸۹۳ نمایش داد نه تجاری و در دسترس عموم، و نه اصلا نئونی بود.

۷. تسلا و اشعه ایکس

تسلا در سال ۱۸۹۴ هنگام آزمایش لامپ‌های تخلیه در گاز به وجود تشعشعی نامرئی در یکی از آن‌ها پی برد. این تشعشع نامرئی به چند لوح عکاسی که نزدیک لامپ‌ها بودند آسیب رسانده بود. او بررسی‌های خود در این باره را ادامه داد اما در مارس ۱۸۹۵ یادداشت‌ها، وسایل و نتیجه تلاش‌های او طعمه حریقی شد که در آزمایشگاه رخ داده بود. بعدها در همان سال ویلهلم رونتگن آلمانی اعلام کرد که هنگام کار با یکلامپ کروکس (شبیه همانی که تسلا به کار برده بود) اشعه ایکس را کشف کرده است.

پس از اعلام رونتگن، تسلا نیز به‌راحتی سامانه تولید اشعه ایکس خود را طراحی کرد. او با استفاده از سیم‌پیچ‌های معروفش، تخلیه ولتاژ بالایی را به لامپ اعمال کرده بود که لازمه تولید این اشعه جدید بود. او همچنین از نخستین کسانی بود که با اشعه ایکس از بدن انسان عکس گرفت و آن را سایه‌نگاری نامید. خود رونتگن نیز که مخترع رادیوگراف بود وقتی کیفیت و سطح جزییات ثبت شده در تصاویر تسلا را دید شگفت‌زده شد.

تسلا هرگز درباره اختراع همکار آلمانی خود بحث نکرد و شاید اگر آن آتش‌سوزی اتفاق نیافتاده بود، اینک او را با کشف اشعه ایکس می‌شناختند و نوبل رونتگن در سال ۱۹۰۱ نیز به او می‌رسید. در هر حال، تسلا از پیشگامان این راه بود و به توسعه اشعه ایکس خدمت زیادی کرد.

۸. موتور القایی تسلا

نیکولا تسلا در مه ۱۸۸۸ مقاله‌ای علمی منتشر کرد و در آن جزییات عملکرد بزرگ‌ترین دستاورد خود را به‌عنوان یک مخترع شرح داد: موتور القایی جریان متناوب که بر موتورهای الکتریکی جریان مستقیم برتری زیادی داشت. بنیان کار موتور القایی چنین بود که به‌وسیله چرخش میدان‌های مغناطیسی ناشی از جریان متناوب چندفاز، درون موتور حرکت ایجاد می‌شد.

شکل 5. موتور القایی اصلی تسلا (1887)

شکل ۵. موتور القایی اصلی تسلا (۱۸۸۷)

دو ماه بعد، «گالیله فراری» ایتالیایی موتور القایی خود را به نمایش گذاشت که اتفاقا از همان فناوری خلاقانه تسلا بهره برده بود. جورج وستینگ‌هاوس بانفوذ که می‌خواست کاربردهای تجاری جریان متناوب را گسترش دهد، به هر دو طرح علاقمند شد و سرانجام نتیجه گرفت که اختراع تسلا امکانات بیشتری دارد. وستینگ‌هاوس می‌خواست موتور القایی‌اش در رقابتی که «جنگ جریان‌ها» نام گرفته بود بر توماس ادیسون و شرکت جنرال الکتریک پیروز شود؛ البته باید این افتخار را با فراری هم سهیم می‌شد. در تاریخ علم بسیار اتفاق افتاده است که افرادی همزمان اما مستقل از هم به اکتشافات یا اختراعات یکسانی دست زده‌اند (جدول تناوبی عناصر یا اختراع تلفن از آن جمله است) و البته آن‌ها نیز از نظرات پیشین پژوهشگران دیگری بهره برده‌اند.

۹. تسلا و رادیو

شایع است که رادیو را در اصل تسلا اختراع کرد. اما ارتباط رادیویی دستاورد مشترکی بود که دانشمندان و مهندسان زیادی در توسعه آن نقش داشتند. هم کسانی که به‌صورت تجربی رابطه بین برق و مغناطیس را دریافتند (مثل اورستد، آمپر، هنری و فارادی)، هم دانشمندانی که هر دو پدیده را با نظریه الکترومغناطیس ماکسول یکی کردند، و هم فیزیکدانی که نخستین بار توانست امواج الکترومغناطیسی ارسال کند (هرتز در سال ۱۸۸۷)، همگی در پیدایش ارتباط رادیویی سهم داشتند.

شکل 6. رادیویی که مارکونی در سال 1901 اختراع کرد از برخی از حق اختراع‌های تسلا بهره برده بود.

شکل ۶. رادیویی که مارکونی در سال ۱۹۰۱ اختراع کرد از برخی از حق اختراع‌های تسلا بهره برده بود.

گولیلمو مارکونی در سال ۱۸۹۶ بر اساس امواج رادیویی (که امواج هرتزی هم نامیده می‌شود) نخستین تلگراف بی‌سیم را طراحی کرد و با استفاده از آن توانست بین دو نقطه کیلومترها دورتر از هم سیگنال ارسال کند. مارکونی را هم به‌ این سبب و هم به این خاطر که در سال ۱۹۰۱ نخستین ارتباط رادیوتلگرافی جهان را در دو سوی اقیانوس اطلس بین انگلستان و کانادا برقرار کرد مخترع رادیو قلمداد می‌کنند. تسلا برای رسیدن به این هدف علمی با مارکونی در رقابت بود، اما سیستم تسلا از امواج رادیویی بهره نمی‌برد. در واقع تسلا شک داشت که آیا امواج رادیویی اصلا وجود دارند یا نه، و تصور می‌کرد که اگر هم وجود داشته باشند نهایتا در خطوط مستقیم حرکت می‌کنند و لذا برای ارتباطات راه دور بی‌فایده هستند. بنابراین، تسلا به اختراع رادیو حتی نزدیک هم نشد. با این حال، مارکونی در رادیوتلگراف خود از برخی اجزای الکتریکی‌ای که تسلا به ثبت رسانده بود بهره برد.

۱۰. کنترل از راه دور

اختراعات بزرگ تسلا رسیدن برق به خانه‌های مردم را ممکن کرد. وستینگ‌هاوس به تلاش‌های تسلا درخصوص برق متناوب (موتور القایی، ترانسفورماتور و سیستم چندفاز) نیاز مبرم داشت تا بتواند فناوری برق متناوب را به دیگران بقبولاند. تسلای مخترع و وستینگ‌هاوس کارآفرین در سال ۱۸۹۶ تصمیم فوق‌العاده‌ای گرفتند: تولید برق در آبشارهای نیاگارا در آمریکا و انتقال آن برق به خانه‌های شهری موسوم به بوفالو در آن حوالی. از آن به بعد، شهرها به‌سرعت با کابل‌های برق پر شدند. البته گام بعدی یعنی رویای برق بی‌سیم تسلا همچنان یک رویا باقی ماند.

تسلا در حوزه فناوری بی‌سیم نقش چشمگیری ایفا نکرد. بدون فهم پایه‌های علمی پدیده بی‌سیم نمی‌شد چنین چیزی را پیاده‌سازی کرد، و تسلا به‌رغم همه استعدادهایش اصول جدید فیزیک را قبول نداشت؛ اصولی که انتقال ضربه‌های الکتریکی از طریق هوا را توضیح می‌داد. با این حال، تسلا بی‌آنکه امواج الکترومغناطیسی را باور داشته باشد، آن‌ را در قالب وسیله‌ای شگفت‌انگیز به کار گرفت: اولین سیستم کنترل از راه دور که با امواج رادیویی کار می‌کرد.

شکل 7. این نقاشی، تسلا را در سال 1898 در حال نمایش قایقی نشان می‌دهد که از دور کنترل می‌شود.

شکل ۷. این نقاشی، تسلا را در سال ۱۸۹۸ در حال نمایش قایقی نشان می‌دهد که از دور کنترل می‌شود.

او در سال ۱۸۹۸ در نمایشگاهی با موضوع برق، با استفاده از این فناوری قایق کوچکی را به‌صورت بی‌سیم هدایت کرد و بازدیدکنندگان را در بهت فروبرد؛ طوری که برخی از آن‌ها تصور کردند تسلا قدرتی فراطبیعی دارد و می‌تواند اشیا را از دور حرکت دهد و عده‌ای دیگر گمان کردند که درون قایق حقه‌ای به کار رفته است. اختراع ظاهرا کوچک تسلا پیش‌قراول فناوری‌ای شد که امروزه برای هدایت پهپادها و تلویزیون‌ها از دور به کار می‌رود.

نظرات شما

دیدگاه شما

( الزامي )

(الزامي)