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交流电之父 尼古拉·特斯拉「最接近神的男人」

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)出生在Smiljan(现在称为Gospić),于1856年7月10日(格里历)出生,他是一位将电力商业化的重要推广者,而直至26岁之前,特斯拉一直都是担任一名工程师。

尼古拉·特斯拉,Nikola Tesla

1882年,在26岁的某一天,特斯拉来到爱迪生(Thomas Alva Edison)的法国巴黎分公司工作,开发了各种运用「旋转磁场(Rotating magnetic field)」的设备,还拿到了专利。

特斯拉在1882年发明了第一个异步电动机(感应电动机) Induction Motor by Nikola Tesla in 1882

异步电动机,异步电机,感应电动机,异步马达,induction motor

In 1882, Nikola Tesla had a flash of inspiration that resulted in one of his most important inventions: the AC (alternating current) motor. AC is electric current that repeatedly changes the direction it flows along a wire, unlike DC (direct current) which flows in one direction only. Inside Tesla’s motor, AC passes through a clever arrangement of current that repeatedly changes the direction it flows along a wire, unlike DC (direct current) which flows in one direction only. Inside Tesla’s motor, AC passes through a clever arrangement of spins the rotor (the rotating part).

而在1894年,特斯拉来到了美国纽约,他一无所有的来到这边,查尔斯·巴奇勒(Charles W. Batchelor)帮特斯拉写了一封推荐信,写给了爱迪生,信上面写道:「我知道有两个伟大的人,你是其中之一,另外一个就是这位年轻人了。」。

查尔斯·巴奇勒,Charles W. Batchelor,Charles Batchelor

Charles W. Batchelor

很快地,爱迪生安排特斯拉到一家机械公司工作,但特斯拉的志向并不会止步于此,他一直有一个梦想,就是设计自己的交流电系统。他之所以会进入爱迪生的公司,除了对发明大王的崇拜,主要还是他认为能够帮助他实现梦想的只有爱迪生。

爱迪生,Thomas Alva Edison

Thomas Alva Edison

在1885年,爱迪生答应特斯拉只要可以完成这项工程,就可以得到5万美金的奖励。 5万美金在当时来说无异于一笔巨款,以特斯拉当时每周18美金的薪水来计算,他需要工作53年才能赚到。

不到两年,特斯拉完成了这项工程,并且发明了24项新技术,这些技术中甚至有全新的直流发电机的设计。这些技术全部都由爱迪生注册了专利,使爱迪生获得巨大的利润。

当特斯拉要求爱迪生兑现许诺的5万美金酬金时,爱迪生的回答却是:「特斯拉,你不懂我们美国人的幽默。」

爱迪生的言而无信令特斯拉感到愤怒。在建立了商业帝国以后,快速累积了巨额财富的爱迪生,也不免在资本的大潮中迷失了方向。

特斯拉终于看清了爱迪生的真实面目,那个伟大的科学家、发明家,已经变成了一个被金钱冲昏头脑的、唯利是图的人。最重要的是,特斯拉知道这个人是无论如何都不不能容忍交流电的存在的,因为这会冲垮他建立在直流电系统上的一切成就。

特斯拉很快就辞职并选择了单干。1886年,特斯拉创建了自己的公司『特斯拉电灯与电气制造公司(Tesla Electric Light & Manufacturing)』,但很快因为投资商不同意他关于交流电马达的计划而被罢免了职务。生活拮据的特斯拉,甚至一度靠挖水渠来维持生计。

特斯拉电灯与电气制造公司,Tesla Electric Light & Manufacturing

特斯拉电灯与电气制造公司股票签证

特斯拉为了梦想而苦苦坚持的时候,另一个人也看到了交流电的光辉前景,他就是西屋电气公司(Westinghouse Electric)的创始人乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse, Jr.)。乔治不仅是一个商人,还是一个科学家,曾发明了铁路的气动制动器,并因此发迹。

乔治·威斯汀豪斯,George Westinghouse, Jr.

George Westinghouse

特斯拉和乔治之所以能注意到交流电的前景,主要是因为他们都是科班出身,而交流电需要大量的数学计算,他们能通过计算知晓交流电的长处,这一点也是连小学都没上完的爱迪生所不能比的。

西屋电气公司,Westinghouse Electric

1888年,乔治找到了特斯拉,两人一拍即合,开始全力研制特斯拉酝酿了6年之久的交流电系统。一个人有技术,一个人有资金,半年后特斯拉就完成了他的交流电发电机,并取得了发明专利。

在现代社会,由于技术的发展,我们现在用的电,是两种点结合以后的产物,但在特斯拉的年代,交流电的优点远远大于直流电。

当时,因为直流电的损耗太大,如果要做到远程输电,就不得不每隔1公里就建一个发电站。而交流电则不同,通过变压器,交流电可以轻松改变电压,以适应电的高压远程输送和低压家庭应用。最要命的是,交流电的造价要比直流电更低。

所以,交流电取代直流电,在当时的科学水平下是必然的。这当然就触动了一批依赖直流电体系吃饭的人的既得利益,其中就包括爱迪生。

如日中天的爱迪生,开始靠着自己的赫赫威名大肆抨击特斯拉,并将其冠以“科学异端”之名,一场被后世称为“电流大战”的科学论争由此开始。

特斯拉vs爱迪生,Tesla vs Edison

1889年8月,巴黎世博会期间,爱迪生来到巴黎,他的主要目的,就是宣传自己的一些列新发明,当然,主要还是宣传直流电系统。那届世博会的参与者高达2800万,爱迪生无论如何都不可能放过这个机会。

1889年巴黎世博会

为此次展出,爱迪生花了10万美金。他的展品在巨大的设备大厅里占了数千英尺的地方,在所有展品的中间位置,有一个巨大的爱迪生灯泡为无数普通的小灯泡簇拥着。

但会场的明星并不是爱迪生大灯泡,而是他新发明的留声机。在博览会召开的半年里,每一天都有从全世界赶过来的无数观众排着长队等着在留声机上留下自己的声音,轰动效应可想而知。

爱迪生留声机

phonograph by Edison

代表着落后的直流电和代表着先进的留声机,反映的是爱迪生的A面和B面。一方面他因循守旧,为维护利益不惜打压新技术;另一方面,他却还在不断发明新技术。

爱迪生在巴黎的3个月里,当地的报纸上要是哪天没有报道爱迪生,都不能下版印刷。最终爱迪生还获得了法国政府颁发的荣誉勋章。巴黎世博会似乎只是电流大战的前奏,爱迪生绝对想不到,1889年的风光,将在4年后荡然无存。

爱迪生为了使人们惧怕交流电,便不遗余力地宣扬交流电的危险性。当着记者的面,他做了一系列残忍的实验。先是将一块白铁皮板和一台可达1000伏电压的交流电发电机相联,然后再把小猫小狗放在铁板上,小猫小狗会在瞬间死亡。他甚至将一头叫托普西的大象用交流电电死,并把影像公之于众。


(Electrocuting an Elephant in 1903)

爱迪生最疯狂的举动,就是为了诋毁交流电发明了电椅这种死刑工具,威廉·凯姆勒(William Kemmler)就是第一个坐电椅被处死的死囚。

威廉·凯姆勒坐电椅

William Kemmler – First execution by electric chair

为了证明交流电的安全性,特斯拉亲自做演示。他曾脚穿软木底鞋,身穿晚礼服,用双手连接交流电和灯泡,用身体传导电,点亮了一个灯泡。

Engraving of Croatian-born inventor Nikola Tesla (1856 – 1943) ‘lecturing before the French Physical Society and The International Society of Electricians,’ 1880s. (Kean Collection/Getty Images)

在当时,电学还是一门十分不普及的科学,人们不了解基本的电学理论,有些电学知识甚至还被魔术师们用来表演魔术。这种叹为观止的娱乐活动,无形之中也传播了交流电是安全的这一尝试。

1893年的世博会将在芝加哥举行,展会的主办者决定为展馆使用供电系统,这是有史以来的第一次。不论是爱迪生在金融大亨摩根的操纵下组建的通用电气公司,还是特斯拉所效力的西屋公司,都很希望能得到这次机会,最终被报价更低的西屋电气公司获得。

World Expo in 1893

1893年5月1日,当总统格罗弗·克里夫兰(Grover Cleveland)按下按钮时,整个会场一瞬间被9万盏五颜六色的灯点亮,当时,直流电可不能一次性点亮这么多灯泡。在全场十万观众的欢呼声中,电流大战的胜利者终于决出,胜利者就是尼古拉·特斯拉。

格罗弗·克里夫兰,Grover Cleveland

Grover Cleveland

特斯拉不放弃收取每马力2.53美金的专利费,他将是世界上最富有的人之一,但他并没有这样做。在1897年,为了得到一笔充足的资金以便继续自己的发明,特斯拉以26.66万美金的价格,一次性将他关于交流电的40余项专利权卖给了威氏。

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)一生中的所有专利

关于特斯拉的这种做法,有很多猜测。有人说他是没有经济头脑,也有人说他是为了人类而无私奉献出了专利,高风亮节实在让人敬佩。

无论哪种猜测是对的,特斯拉的对第三次工业革命的贡献都是巨大的,丝毫不比爱迪生差,后来特斯拉也一直在自己的发明道路上孜孜以求。

无线电遥控船,Tesla Remote Control Boat

1898年 特斯拉发明了远程遥控的小船

前面提到的无线电技术,虽然到底是谁先发明的有争议,但1943年美国高等法院还是将专利权判给了特斯拉。

无线电遥控船,Tesla Remote Control Boat

Tesla Remote Control Boat 电路图

特斯拉早年的发明,偏向实用主义,但晚年的特斯拉,想法更加地天马行空,提出的一些设想和理论,特别有未来主义感。

比如,1931年《纽约时报》刊登了“78岁的特斯拉发现死亡光束”,“这种全新的发明能够集中粒子束达到不可思议的能量,穿越空间把近400千米之外的1万架敌机击落。”特斯拉描述,死光可以为每个国家设置看不见的长城,使战争发动不起来。

特斯拉死亡射线,Death Ray by Nikola Tesla

这样子天马行空的想法即使在现在看来都是有点难以实现,虽然引起了诸多人的兴趣和争论,但没有人资助他。直到1937年,眼看战争就要在欧洲打响,特斯拉只好把有关和平粒子束的技术论文和图纸寄给了许多盟军国家,包括美国、加拿大、英国、法国和苏联等,这个论文第一次对现在的粒子束武器进行了技术性的描述。

1957年,美国的全国发明家理事会在其发表的所需的军事发明列表内,当中仍然包括有死光。

进入20世纪,特斯拉开始沉迷于无线供电技术,说白了就是想通过空气传播电流。在实验的过程中,他证明了大地是导体,并造出了人造闪电(特斯拉线圈 Tesla Coil)。

特斯拉线圈,人造闪电,Nikola Tesla lighting the sky

特斯拉线圈 (Nikola Tesla lighting the sky)

特斯拉线圈(英语:Tesla Coil)是一种使用共振(谐振)原理运作的变压器(谐振变压器),由尼古拉·特斯拉在1921年发明,主要用来生产超高电压但低电流、高频率的交流电力。

1900年,他倾家荡产开始建造沃登克里弗塔(Wardenclyffe),也就是特斯拉塔,希望进行跨大西洋无线电广播和无线电能传输实验。特斯拉在摩根的资助下,最终建成了一座高187英尺的铁塔,铁塔顶部有一个直径为68英尺的半球型圆顶。

沃登克里弗塔,特斯拉塔,Wardenclyffe,Tesla Tower

Wardenclyffe Tower in 1901

但随着摩根的撤资,这项研究也就不了了之。但直到现在,科学家对无线供电的研究还在继续。

1943年1月7日,特斯拉在纽约的一家旅馆孤独地逝去,死时无妻无子,债台高筑,陪伴他的,唯有自己的科学研究。去世前,特斯拉仍然在继续死亡射线的研究。去世后,他的所有个人物品都被查封,美国政府宣布他的研究为最高机密。

尼古拉·特斯拉,Nikola Tesla

Nikola Tesla Plaque on the door of Room 3327 at the New Yorker Hotel

特斯拉晚年,Nikola Tesla old age

Nikola Tesla old age

因此特斯拉的成就并不太为当时的人所知,直到上世纪90年代,他的成就才重新出现在世人面前。

2003年,马丁·艾伯哈德(Martin Eberhard)和马克·塔彭宁(Marc Tarpenning)共同创立特斯拉公司,以纪念尼古拉·特斯拉。

Martin Eberhard and Marc Tarpenning

从特斯拉和爱迪生的电流大战,我们能够得到最重要的启示,就是科学权威的两面性。他们既可以成为推动科学进步的重要力量,同时也会成为阻碍人类发展的绊脚石。

利用科技谋取利益,其实无可厚非,但当你只想着用科技谋取利益,而和大众的利益产生冲突时,无论是科学家,还是科学组织,就该掂量掂量了。

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