Величайшим изобретением Александра Грейама Белла был телефон. Но если бы вы сказали это мистеру Беллу, он бы не согласился.
3 июня 1880 года Александр Грейам Белл передал первое беспроводное телефонное сообщение по только что изобретенному им “фотофону” — устройству, которое позволяло передавать звук по лучу света. Это произошло за 19 лет до первой беспроводной радиопередачи.
Белл назвал изобретение фотофона величайшим достижением своей жизни, но в то время значение этой работы не было осознано в полной мере. Пройдет еще столетие, прежде чем работа Белла будет оценена по достоинству.
Иллюстрация передатчика фотофона.
Что такое фотофон?
Фотофон был устройством, похожим на современный телефон, только в нем в качестве средства беспроводной передачи использовался модулированный свет, а не модулированное электричество, которое передавалось по проводам. В своей простейшей форме аппарат состоял из плоского зеркала, созданного из гибкого материала, на обратную сторону которого направлялся голос говорящего. Давление воздуха, создаваемое речью, заставляло гибкое зеркало вибрировать, становясь попеременно то выпуклым, то вогнутым, тем самым попеременно рассеивая и конденсируя свет.
Сильный луч света отражался от этого вибрирующего зеркала. При наблюдении с места расположения приемника луч света, казалось, пульсировал в соответствии с частотой звуковых волн, воздействующих на зеркало. Преобразовать пульсирующий луч света обратно в звук оказалось сложнее. В одном из экспериментов Белл построил приемник, используя осадок ламповой черноты. Он издавал звук, который Белл назвал “болезненно громким” для уха, прижатого к устройству.
Иллюстрация фотофонного приемника.
В 1878 году, во время медового месяца в Европе со своей невестой, Белл прочитал статью Роберта Сабина, опубликованную в журнале Nature, где тот обсуждал недавно открытое свойство селена иметь переменное сопротивление при воздействии света. В своих экспериментах Сабин использовал измерительный прибор, чтобы увидеть эффект воздействия света на селеновый стержень, соединенный в цепь с батареей. Сабин писал: “Малейшая тень или другое изменение интенсивности света вызывало значительное изменение электродвижущей силы пары и последующую индикацию”.
Сабин предположил, что селен можно использовать в качестве одного из элементов мокрого гальванического элемента, но Белл нашел более практическое применение этому открытию. Белл рассудил, что, добавив к той же схеме телефонную трубку, он сможет услышать то, что Сабин мог только увидеть.
Белл нанял Чарльза Самнера Тейнтера, изготовителя приборов, и вместе им удалось создать в своей лаборатории функциональный фотофон, прикрепив набор металлических решеток к диафрагме, причем луч света прерывался движением решеток в ответ на произносимые звуки. Когда модулированный луч света падал на их селеновый приемник, Белл, надев наушники, мог отчетливо слышать, как Тэйнтер поет Auld Lang Syne.
1 апреля 1880 года Белл и Тейнтер успешно общались на расстоянии около 79 метров. Через несколько месяцев, 21 июня, им удалось установить четкую связь на расстоянии около 213 метров, используя в качестве источника света обычный солнечный свет. Тейнтер расположился на крыше школы Франклина и разговаривал с Беллом, который находился в своей лаборатории и слушал. Затем Белл подал Тейнтеру ответный сигнал, энергично размахивая шляпой из окна.
Школа Франклина, где состоялась первая беспроводная связь.
В итоге Белл и Тейнтер разработали более пятидесяти способов голосовой модуляции световой волны, после чего перешли к разработке усовершенствованных методов записи звука и другим проектам. Популярная пресса того периода не была открыто впечатлена. Газета “Нью-Йорк Таймс” была открыто враждебна к этой идее. В августе 1880 года газета писала:
Обычному человеку <…> будет трудно понять, как будут использоваться солнечные лучи. Намерен ли профессор Белл соединить Бостон и Кембридж <…> линией солнечных лучей, подвешенных на телеграфных столбах, и, если да, то какого диаметра должны быть солнечные лучи <…> [и] нужно ли изолировать их от непогоды <…> пока (публика) не увидит человека, идущего по улицам с катушкой солнечных лучей №12 на плече и подвешивающего их от столба к столбу, будет общее ощущение, что в фотофоне профессора Белла есть что-то такое, что оказывает огромное давление на человеческую доверчивость”.
Белл, однако, был очень воодушевлен своим новым изобретением. Он написал письмо своему отцу, в котором сообщал:
Я слышал членораздельную речь под воздействием солнечного света! Я слышал, как солнечный луч смеется, кашляет и поет! …Я смог услышать тень и даже воспринял на слух прохождение облака по диску солнца. Ты — дедушка фотофона, и я хочу поделиться своим восторгом от успеха”.
Белл надеялся, что его новый фотофон можно будет использовать на морских судах. Он также видел, что беспроводная связь вытеснит путаницу телефонных линий, расцветавших вдоль оживленных городских бульваров. “Может ли воображение представить, каким будет будущее этого изобретения?, — спрашивал Белл. — Мы сможем общаться с помощью света на любом видимом расстоянии без проводов. В общей науке с помощью фотофона будут сделаны открытия, о которых сейчас даже не мечтают”.
К сожалению, Белл не смог защитить свои передачи от внешних помех, таких как облака, туман, дождь, снег и т.д., которые могли легко нарушить передачу света. Вскоре радиопередачи Маркони стали намного превосходить максимальный радиус действия фотофона.
Фотофон пережил кратковременное возрождение и был принят на вооружение в немецком флоте на рубеже 20-го века благодаря немецко-австрийским экспериментам. Немецкий физик Эрнст Румер создал превосходный приемник, с помощью которого достиг дальности передачи до 15 километров, используя мощные прожекторы, предоставленные военно-морским флотом. Немецкая компания Siemens & Halske производила коммерческие устройства для немецкого флота, которые обеспечивали связь на расстоянии до 11 километров с помощью корабельных прожекторов с голосовой модуляцией. Правительства Великобритании и США также работали над техническими усовершенствованиями системы Белла во время Первой мировой войны.
Сегодня световые лучи являются основным носителем информации во всем мире, хотя и не в той форме, которую предполагал Белл. Вместо беспроводной передачи световых сигналов они теперь передаются через континенты по оптическим волокнам.
