Искусство большего. Как математика создала цивилизацию - Майкл Брукс
И это изменило все. Теперь, рассчитывая влияние конденсаторов (которые накапливают энергию, создавая электрическое поле) и индукторов (которые временно хранят энергию в магнитном поле, создаваемом электричеством) на электрическую цепь, инженеры просто учитывают их вклад как “чисто мнимые” компоненты уравнения. Анализ с помощью комплексных чисел также помог решить многие загадки: например, почему в некоторых цепях наблюдаются всплески общего переменного тока, когда цепь разветвляется и делит ток пополам. Комплексные числа показали, что всплески объясняются реакцией измеряющих силу тока приборов на переменный ток.
Электроинженерия вдруг стала достаточно простой наукой – по крайней мере, проще, чем была прежде. Через несколько лет она захватила мир, и Чарльз Протеус Штейнмец стал настоящей знаменитостью. Он общался с Теслой, Эйнштейном, Эдисоном, Маркони и множеством других научных светил. Как и они, он слыл эксцентриком. Он держал дома аллигаторов, черных вдов и аризонских ядозубов. Он часто плавал на каноэ по реке Мохок, прихватив с собой свои книги и бумаги. Из-за озорного нрава его прозвали волшебником из Скенектади, после того как он собрал в исследовательской лаборатории General Electric генератор грозовых импульсов мощностью 120 тысяч вольт и использовал его, чтобы разрушить специально построенный по такому случаю макет деревни (статья об этой проделке в газете The New York Times вышла под заголовком “Современный Юпитер своевольно мечет молнии”)[166]. И все же, несмотря на яркость своего характера, Штейнмец заработал и поддерживал репутацию благодаря своему гению. Глубину уважения к нему иллюстрирует одна чудесная история, опубликованная в журнале Life в 1965 году[167]. На заре своего существования автомобильная компания Генри Форда испытывала проблемы с генераторами, питавшими сборочный конвейер. За советом обратились к Штейнмецу, и тот нашел решение, лежа на полу генераторного зала. Два дня и две ночи он слушал, как работает генератор, и вел какие-то подсчеты в блокноте. В конце концов он встал, забрался на гигантскую машину и мелом поставил крестик у нее на боку. Затем он спустился и сказал инженерам заменить 16 генераторных катушек, которые находились в отмеченной области. Инженеры выполнили указание, снова включили генератор и пораженно отметили, что он работает без нареканий.
Одной этой истории было бы достаточно, но дальше – лучше. Компания General Electric, штаб-квартира которой находилась в Скенектади (штат Нью-Йорк), выставила Форду счет на 10 тысяч долларов за услуги Штейнмеца. Форд попросил объяснить, за что именно он должен заплатить такую астрономическую сумму. Штейнмец ответил ему лично. В детализированном счете значилось:
Отметка мелом на генераторе – 1 доллар.
Умение поставить отметку в нужном месте – 9999 долларов.
По всей видимости, после этого счет незамедлительно оплатили.
Совершив переход к комплексным числам, электрическая отрасль уже не оглядывалась назад. Теперь инженеры могли проектировать сети и компоненты, генераторы и трансформаторы, точно зная, какого поведения от них ожидать. Как отметил Генри Роуланд, это принесло огромную пользу науке: широкая доступность электричества изменила возможности лабораторий, и научные организации стали производить гораздо больший объем работ. Через несколько лет были изобретены радио и телевидение, а также появились катодные трубки. Радиоинженерия привела к появлению усилительных схем, которые Лео Фендер и Джим Маршалл впоследствии превратили в знаковые культурные и коммерческие объекты. И царили в эту эпоху не только General Electric и Westinghouse, но и Лаборатории Белла и AT&T, производители лампочек Philips и Osram, а также International Business Machines Corporation (IBM). Так, в 1901 году был выдан первый патент на производство полупроводникового устройства, а через несколько лет появились диоды и триоды – самые важные компоненты электрического и электронного оборудования, которое в последующие десятилетия стали производить новые высокотехнологичные компании. В завершение этой главы рассмотрим одну из инноваций: схему, которая создает и усиливает сигналы звуковой частоты. Возможно, вас не слишком впечатляет эта концепция, но именно благодаря ей возникла Кремниевая долина.
Мнимые числа приносят вполне реальные деньги
Если вы окажетесь в Калифорнии и заглянете по адресу Аддисон-авеню, 367, в Пало-Альто, то увидите еще одну памятную табличку. Она стоит возле гаража, внесенного в Национальный реестр исторических мест, поскольку, как значится в надписи, это “место рождения первого в мире высокотехнологичного региона”.
Гараж принадлежал Дэвиду Паккарду. Именно в нем Паккард и его друг Уильям Хьюлетт основали компанию по производству электроники, первым продуктом которой стал сконструированный Хьюлеттом “звуковой генератор”. Хьюлетт спроектировал его, когда изучал электроинженерию в магистратуре Стэнфордского университета. Он сдал свою магистерскую диссертацию на тему “Резистивно-емкостный генератор нового типа” 9 июня 1939 года. В ней всего 15 страниц, но там описывается легкая и портативная, простая в производстве и использовании конструкция, сочетающая “качество звучания с дешевизной сборки и дающая в итоге идеальный лабораторный генератор”.
Нам интересно приложение к диссертации Хьюлетта. Помня, что инженеры-электрики в своих записях вместо i используют букву j (поскольку буквой i обозначается электрический ток), вы можете понять важность комплексных чисел. Хьюлетт объясняет основные принципы работы своего генератора с помощью нескольких уравнений с целым сонмом чисел j.
Научным руководителем Хьюлетта был Фредерик Терман, который подталкивал своих студентов открывать собственные компании на Западном побережье, вместо того чтобы отправляться на Восточное, где происходило все самое интересное в сфере электрики и электроники – и где главную роль играли Лаборатории Белла. С помощью Паккарда Хьюлетт так и поступил: гараж Паккарда стал первым производственным предприятием в области, которая впоследствии прославилась как Кремниевая долина, а комплексные числа стали основным столпом технологий Западного побережья. Хьюлетт и Паккард дали своему генератору название HP200A, чтобы не возникало мысли, что их компания разработала лишь один продукт. Вскоре свет увидела модель HP200B. Компания Уолта Диснея купила восемь таких генераторов для нового многообещающего проекта – новаторского мультфильма “Фантазия”. В результате Хьюлетт и Паккард оказались на острие революции в сфере развлечений.
В “Фантазии” Уолта Диснея была впервые использована технология “Фантасаунд”, разработанная для реалистического воссоздания звучания симфонического оркестра в кино. Она предполагала применение целого ряда сложных электронных систем, включая устройства Hewlett-Packard, и когда мультфильм вышел на экраны в 1940-х годах, он показал, что можно сделать со звуком с помощью “электронных усилителей” наподобие тех, что были встроены в HP200B. Хьюлетт и Паккард внезапно обрели серьезную репутацию.
Но денег у них было немного:
