«Я был в замешательстве, — вспоминал Тесла, — пока меня не посетило вдохновение. Я спросил: “Помните ли вы про Колумбово яйцо?”» Тесла напомнил Пеку известную историческую байку: по преданию, когда Колумб во время обеда у кардинала Мендосы рассказывал о том, как он открыл Америку, один из присутствующих сказал: «Что может быть проще, чем открыть новую землю?» В ответ на это Колумб предложил ему простую задачу: как поставить яйцо на стол вертикально? Когда ни один из присутствующих не смог этого сделать, Колумб, взяв яйцо, разбил его с одного конца и поставил на стол, показав, что это действительно просто. Увидев это, все запротестовали, сказав, что так смогли бы и они. На что Колумб ответил: «Разница в том, господа, что вы могли бы это сделать, а я действительно сделал».
«Вы тоже собираетесь установить яйцо на столе?» — спросил Теслу Пек. «Да, но не повреждая скорлупы. Если мне это удастся, вы признаете, что я обошел Колумба?» Пек согласился. Более того, пообещал помочь. «В наших кошельках оленьей кожи найдется несколько дукатов, и мы могли бы помочь вам в некоторой степени», — иронически сказал он.
После этой встречи Тесла пошел к местному кузнецу со сваренным вкрутую яйцом и попросил изготовить такое же — только из металла и покрыть его медью. Затем сделал круглое ограждение, по периметру которого был пропущен многофазный ток.
Эксперимент состоялся на следующий день. Тесла поместил «яйцо» в центр и подал ток. «Яйцо» тут же начало вращаться и постепенно, к изумлению присутствующих, приняло вертикальное положение. Таким образом, Тесла не только «обошел Колумба», но и с легкостью продемонстрировал принципы действия вращающегося магнитного поля. Зрители были в восхищении.
Потом Тесла еще не раз демонстрировал этот «фокус», внося в него различные изменения. Например, он демонстрировал «теорию планетарного движения» — в этом эксперименте использовались, как правило, один большой и несколько маленьких медных шариков. Когда включалось поле, все шарики начинали вращаться: крупные оставались в центре, а маленькие кружились вокруг них, словно луны вокруг планет, постепенно отступая, пока не достигали внешнего края поля, и тогда все начиналось заново.
Эксперимент с «Колумбовым яйцом» сыграл в судьбе Теслы важную роль. Вскоре Тесла, Пек и Браун зарегистрировали новую компанию «Тесла электрик». Средства в основном предоставил Пек, техническое оснащение — Браун, ну а с идеями все было в порядке — у Теслы их хватало. Первая его американская лаборатория была открыта по адресу Либерти-стрит, 89, недалеко от причалов и портовых складов на реке Гудзон. Тесла с головой погрузился в работу.
Теперь он снова не выходил из лаборатории целыми сутками. У него появилась возможность доказать преимущества своего двигателя переменного тока. А в том, что он более удобен и эффективен в эксплуатации, Тесла был уверен.
Эксперименты с переменным током в Америке уже шли. Так, Элихью Томсон из «Томсон-Хьюстон электрик компани» установил генератор переменного тока на фабрике в Линне, штат Массачусетс. Потом, правда, Томсон перейдет в лагерь противников переменного тока.
Изобретатель железнодорожного тормоза Джордж Вестингауз, купивший патенты француза Люсьена Голара и англичанина Джона Диксона Гиббса на распределительные системы переменного тока, дал задание своему главному инженеру Уильяму Стенли «поколдовать» над ними. Стэнли разработал для системы Голара — Гиббса параллельную схему и независимое управление отдельными частями. А кроме того — трансформатор, который повышал напряжение переменного тока с 500 до 3000 вольт, пока он проходил по проводам, а затем, при его поступлении в дома, снова понижал. Подобное изобретение позволяло передавать ток на четверть мили дальше, чем при системах постоянного тока на низком напряжении. В ноябре 1886 года Вестингауз ввел в действие первую в Америке коммерческую систему переменного тока в Буффало, а вскоре у него работало уже более тридцати станций.
Впрочем, Эдисон не воспринимал эти достижения всерьез. «Пусть Вестингауз изобретает железнодорожные тормоза, у него это хорошо получается», — говорил он. Накануне пуска системы Вестингауза в Буффало Эдисон писал: «Вестингауз наверняка убьет покупателя через полгода после установки его системы любого размера. Он создал новую вещь, и чтобы проверить ее на практике, понадобятся сотни экспериментов. Но это никогда не будет безопасно».
Повторим: главной проблемой тогда (она во многом остается актуальной и сегодня, только в других масштабах) была передача тока на большие расстояния. В 1881 году французский инженер Марсель Депре установил мировой рекорд, передав постоянный ток на расстояние в 57 километров — из Мисбаха в Мюнхен. Затем он построил линию электропередачи из Крея в Париж (тоже около 60 километров). Его эксперименты показали неплохой по тем временам КПД передачи — 40—45 процентов. Но результат достигался тем, что Депре увеличивал напряжение со 100 до 6000 вольт, то есть делая его смертельно опасным, чего так боялся Эдисон. Можно было бы, конечно, рискнуть безопасностью и для более эффективной передачи тока еще больше увеличить напряжение, но это требовало сложного оборудования. Это и сейчас не так просто.
Сторонники переменного тока, в свою очередь, утверждали — выход в том, что сделал Стэнли. То есть производить переменный ток низкого напряжения, затем повышать его до требуемой величины, передавать на большие расстояния, а на месте снова понижать. Это сделать просто — с помощью трансформаторов. Сейчас переменный ток передают на ЛЭП при напряжении 500 и 750 тысяч вольт. Самой высоковольтной ЛЭП в мире считается построенная еще в СССР линия Экибастуз—Кокчетав в Казахстане. Ее номинальное напряжение — 1 миллион 150 тысяч вольт. Правда, говорят, что сейчас она эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением.
Но в конце XIX века сторонники переменного тока упирались в серьезную проблему: как этот переданный ток использовать в промышленных и коммерческих масштабах? Ведь надежных электродвигателей для него еще не было, а именно электродвигатель, который бы крутил станки на заводах или колеса различных транспортных машин, справедливо считался будущим человечества. То есть попытки создать такой двигатель делались и раньше, но заканчивались неудачно: двигатели выходили либо слишком неэкономичными, либо сложными и ненадежными.
И вот теперь в это противостояние постепенно втягивался и Тесла. У него были все шансы занять в рядах сторонников переменного тока командные позиции. Он с головой ушел в работу. Разрабатывал практически все необходимое оборудование для всей системы: генераторы, трансформаторы, счетчики и, главное, — двигатель. Одновременно он вел и теоретические расчеты.
Через шесть месяцев после открытия своей мастерской Тесла послал в Патентную комиссию США две заявки на многофазные двигатели и оформил свои первые патенты на двигатели переменного тока. 1 мая 1888 года Тесле были выданы патенты за номерами 381968 и 382280. В тот же день он послал патентные заявки на свое изобретение в Англию и Германию и вскоре получил патенты и в этих странах.
В чем же были главные особенности двигателей Теслы? Предоставим слово первому отечественному биографу ученого, электротехнику и популяризатору науки Борису Ржонсницкому:
«Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил себе, что если каким-либо образом осуществить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя двумя различными переменными токами, отличающимися друг от друга лишь сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов или вращение магнитного поля. Вращающееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.
Построив специальный источник двухфазного тока (двухфазный генератор) и такой же двухфазный электродвигатель, Тесла осуществил свою идею. И хотя конструктивно его машины были весьма несовершенны, принцип вращающегося магнитного поля, примененный в первых же моделях Теслы, оказался правильным.