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神一样的旷世奇才尼古拉·特斯拉 人类历史上曾经存在过公认的旷世天才

来源:奇闻网 更新时间:2019-02-10 20:50

有人说他是被世人所遗忘的天才,也有人说他是20世纪最伟大的电机工程师。他所设计的交流电发电机击败托马士.爱迪生所支持的直流电系统,使得交流电成为现今世界供电标准。他是第一个实践无线电通信实验的人,也被称为军事武器之父,却身无分文的老死在旅馆房间里。在美国,连三岁小孩都认识爱迪生,却很少人知道他的名字。究竟他是什么样的神祕人物?他就是尼古拉.特斯拉。

神一样的旷世奇才尼古拉·特斯拉 人类历史上曾经存在过公认的旷世天才

Photo Credit: thierry ehrmann@ Flickr CC BY 2.0

出生与求学过程

尼古拉‧特斯拉(Nikola Tesla)于1856 年7月10日,出生于现今克罗埃西亚的一个小村庄。父母是塞尔维亚人。他的父亲是一位东正教的神父,原本希望特斯拉长大后能继承父业,担任神职,但特斯拉从小就对科学与工程学充满兴趣。

特斯拉以全额奖学金进入大学后,大一期间表现得十分杰出,其中一位教授还曾写信给特斯拉的父亲,称赞他儿子是“顶尖学生中的闪耀明星”。没想到大二时,特斯拉迷上了赌博,到了大三,甚至连家里给的生活费与学费几乎都快被他输光了,这种情况下他根本无心念书,也没有参加考试,还没拿到学位就退学了。虽然后来特斯拉把输掉的钱都赢回来,还是觉得无颜见江东父老,隐瞒退学的事实,偷偷跑到另外一个城镇躲起来打工维生。过了大半年,特斯拉的父亲终于打听到儿子的下落,好说歹说之下特斯拉还是不肯回家。

不久之后,特斯拉的父亲中风过世,特斯拉决心力图振作。有两位好心的亲戚凑了一笔钱,想资助他到另外一个大学就读,但阴错阳差的,他竟没有赶上注册的期限。自此,特斯拉放弃了求学之路,专心在工作上钻研技术。

从欧洲到美国

1882年,26岁的特斯拉到了巴黎,进入爱迪生公司的欧洲分部工作,两年后,他申请转到美国纽约曼哈顿的爱迪生总公司工作。爱迪生于1879年发明可商品化的电灯泡后,成立爱迪生公司(美国奇异公司General Electronic Company的前身),致力于推广直流电配电系统。

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Photo Credit: Intel Free Press@ Flickr CC BY-SA 2.0

特斯拉抵达美国爱迪生公司后,被指派进行直流发电机的改良任务。根据特斯拉的说法,爱迪生曾允诺过,等特斯拉完成工作后,将颁给特斯拉5万美元,相当于今日100万美元的奖金。经过数月的努力,特斯拉完成了交付的任务,但爱迪生却拒绝支付这笔奖金,并表示当时他只是开玩笑的。爱迪生对特斯拉说:“特斯拉,你不懂我们美国人的幽默”。特斯拉愤而辞职。

后人无从得知,当初爱迪生是否真的曾经向特斯拉做过这样的承诺;就算真有其事,也不知道爱迪生只是开玩笑还是反悔了。但当年特斯拉替爱迪生公司工作,一个星期的薪水才10美元,而爱迪生公司还没有开始赚钱,照理说应该是拿不出这么大笔的奖金。但无论如何,这个转折造成特斯拉与爱迪生的交恶,不仅使得爱迪生失去了一位有力的帮手,更让爱迪生的竞争对手—美国西屋公司的创办人乔治西屋(George Westinghouse)捡到宝。

电流大战

在开始发展电力系统时,有两种技术主张相争不下,一派是以爱迪生为代表的直流电派,另一个是以西屋公司为代表的交流电派。直流电(Direct Current,DC),顾名思义就是系统中的电流一直往同一个方向流动;而交流电(Alternating Current,AC)的电流则以某个频率反覆改变流动方向。

爱迪生发明白炽灯泡后,认为直流电可以直接为照明装置所用,是比较好的供电系统,因此大力推广直流电系统,并使其成为早期美国的供电标准。然而直流电有个致命伤,也就是传输过程中能量损耗大,因此点对点的传输距离无法太远。当时使用的直流电系统,用户距离发电站必须在一英哩以内,才能保证有足够的电压可用。因直流电变压器不容易制造,直流电供电系统规画所有发电站都统一输出110伏特低电压,直接连接到用户而不经过变压器(之所以选择110伏特,是因为扣除10伏特左右的电压损耗,用户使用100伏特电压电灯泡,可以产生与煤油灯类似的亮度)。

相较之下,交流电在电力传输上有很大的优势。交流电供电系统中,发电厂输出几千伏特的高压电,到达用户端前,利用变压器(transformer)将电压降至安全可用的范围。传输相同的电量下,电压越高需要的电线越细;在同样的传输电线与相同的电压损耗下,电压越高可传送的距离越远。此外,在爱迪生的直流供电系统中,不同电压需求的用户需要有不同的输电网,工业设备使用的高电压仪器与一般用户的灯泡就不能使用相同的电网,因此设置输电线路的成本增加许多。而交流电系统没有这种限制,以高压电传输到达用户前,用户可根据需要,将电压降至适当的范围,不管是交通设施,工业用的大型机具,或是家用的小型电器,都可以连接到同一个电力来源。

爱迪生深信直流电才是安全实用的供电系统,他的公司投注了大笔资金在研发并改进直流发电系统,并申请了许多专利。对于直流电无法传输超过一英哩的限制,爱迪生单纯的认为,只要广设发电站就可以解决这个问题。在人口稠密的都市,这样的做法或许还说得过去,但对偏远乡村人口稀少处,要特地在附近建立发电厂才能使用电力,成本相当昂贵。

特斯拉离开爱迪生公司后,成立自己的公司发展交流电发电机与马达,并受邀在美国电机协会(American Institute of Electrical Engineers,现今的IEEE前身)展示他的发明。这个消息很快的传到西屋公司的老板乔治西屋的耳中。他检视特斯拉的发明及交流电相关专利后,决定以6万美金买下特斯拉专利的使用权,再加上一笔丰厚的权利金,还聘请特斯拉当西屋公司的顾问,与技术团队共同研发交流电系统。

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西屋公司根据特斯拉专利所生产的交流电发电机 Photo Credit: SchoolWorkHelper

爱迪生与西屋两派人马选择不同的供电技术,在19世纪末的美国引发后世所谓的“电流大战”(The War of Current)。以现代的眼光看来,或许会认为,这有什么好争的?交流电可以传输得比较远又有弹性,既符合经济效益又能满足不同电压需求,当然应该选择交流电系统!然而,在当时“电学”还处于萌芽阶段,爱迪生与19世纪末其他科学家,对于这个新兴的能量模式的许多地方尚未充分了解,自然无法像现代人习惯“电”就像习惯空气一样,因此他们对交流电有误解甚至错判形势,并不算是重大失误。

然而,爱迪生与支持他理念的人,为了说服世人相信交流电很危险而直流电才是正确的路,用了许多激进的宣传手法。例如,爱迪生本人虽然反对死刑,但他的雇员曾经当众用高压交流电电死一只脾气暴躁,据说曾伤害三个人的大象,“连大象都可以轻易电死,交流电多危险呀!”这是他们希望灌输人们的印象,甚至设计建造世界上第一个执行死刑的“电椅”,这电椅用的当然是交流电。

为了与爱迪生派抗衡,特斯拉曾经亲身试验。他出席一个公开场合,身穿晚礼服,脚踩软木底鞋,头戴大礼帽,特斯拉把手放在带电的端子,让电传到他身上,发出大量的电火花,旁观的人们吓得目瞪口呆,但特斯拉却好好地安然无事。借此,特斯拉想证明,只要小心防范,人们是可以安全地使用交流电。

这些残酷或是听起来荒谬的故事,代表着“电流大战”虽然没有砲火烟硝,但却真真实实的是一场激烈的“战争”!

芝加哥世博会与尼加拉瀑布水力发电厂

这场“电流大战”,在1893年到达最高潮。那一年,美国芝加哥举办了世界博览会,当年正好是哥伦布发现新大陆的400周年,因此也被称为“哥伦布纪念博览会”。为了向世人展示新兴电能如何改变生活,除了计画设立一个专门展示电相关新产品的展场,整个博览会场摒弃传统煤油灯,全部改用电灯照明。

这可是个为自家系统宣传的大好时机,奇异与西屋两家公司卯足全力,都想标下这个供电合约。结果西屋公司的交流电系统,以低于奇异公司直流电系统15万美元的价格得标。西屋公司得标后,特斯拉日以继夜的工作,终于完成建造大型的交流电发电设备,提供整个展场电力需求。1893年5月1日,超过10万热情的观众涌进芝加哥世博会。夜幕低垂时,美国总统克里夫兰演说完,按下按钮,霎时五颜六色的灯,绽放出耀眼的光芒,人们见证了新城市光明的未来,无不惊声赞叹。

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1893年芝加哥世博会 Photo Credit: AP/达志影像

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1893年芝加哥世博会所展示的特斯拉交流电马达与其他发明 Photo Credit: PESWiki

同一年,尼加拉瀑布电力公司决定采用西屋公司交流电系统,利用瀑布水位的落差产生电力,供给水牛城及附近乡镇的电力所需。三年之后,水力发电厂建造完成顺利运作,这是世界上第一座大型水力发电厂。不久之后,奇异公司宣布进入交流电市场,至此,“电流大战”宣告结束,交流电大获全胜。

1976年南斯拉夫(特斯拉的祖国)送给纽约州一个特斯拉的雕像,这个雕像至今仍然竖立在尼加拉瀑布旁,纪念这位伟大工程师。

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美国尼加拉瀑布旁 Goat Island上特斯拉的雕像 Photo Credit: Zen Skillicorn@ Flickr CC BY-ND 2.0

无线通信专利之争

电流大战后,特斯拉将研发重点放在无线电通信与能量传输上面。1893年特斯拉在密苏里州的圣路易斯城当众展示,利用无线电可以传递讯息,这比大众熟知第一个成功完成跨大西洋无线通信的意大利发明家马可尼还要早八年。

1903年马可尼试图在美国申请无线电通信技术的专利,一开始被美国专利商标局拒绝,原因是特斯拉早一步在1898年就以类似的技术获得了专利。1904年美国专利局突然改变主意,同意授予马可尼关于无线电的美国专利,之后数十年两方针对无线电专利权进行了一连串的侵权诉讼,直到1943年特斯拉过世之后,美国最高法院才最终判决,马可尼不能指控他人侵害他的专利权,因为特斯拉比马可尼更早申请的专利是有效的。

撇开无线电专利权的争议,特斯拉在无线通信上许多前瞻性的见解,在今日一一实现。

1908年特斯拉在一篇关于未来无线电技术的文章上写道:

“As soon as it is completed, it will be possible for a business man in New York to dictate instructions, and have them instantly appear in type at his office in London or elsewhere. He will be able to call up, from his desk, and talk to any telephone subscriber on the globe, without any change whatever in the existing equipment. An inexpensive instrument, not bigger than a watch, will enable its bearer to hear anywhere, on sea or land, music or song, the speech of a political leader, the address of an eminent man of science, or the sermon of an eloquent clergyman, delivered in some other place, however distant. In the same manner any picture, character, drawing, or print can be transferred from one to another place.”

“当它实现的时候,纽约商人可以即时下指令到伦敦或是任何地点的办公室。他可以在书桌前打电话与地球上任何人通话,无需改变现有装置。一个平民价格的装置,不超过手表的大小,可让使用者收听到,无论身在海上或陆地上,任何音乐或歌曲,政治家、科学家或牧师在其他地方的演讲,无论距离多么遥远。相同的道理,照片,文字,画作,或是出版物也可以从任何地方传到其他地方。”

这段文字所描写的情境与今日使用行动装置的生活完全符合,早在100多年前特斯拉就准确地勾勒出无线通信对人类生活的影响。

无线电力传输

除了无线通信,特斯拉更深信可以无线传输电能。他所梦想的无线传电,比今日我们熟知的无线充电技术还要大胆。特斯拉认为,地球是一个持续转动的大磁场,充满着巨大能量,只要找到正确方法,就可以直接穿过大气层,将能量传输到地球上任何地方。

现代无线充电产品多数是利用磁感应,能量源与接收器必须互相靠近,才能进行能量传递;而特斯拉所钻研的是一种远距离无线传电技术,利用的是磁共振,能量发射端与接收端在相同的共振频率下进行能量传递。特斯拉对于大气层中的闪电有着深入的研究,认为借由研究闪电可以更加了解传递电能的方法。有许多记录显示,特斯拉可以随意在实验室中产生几百万伏特的人造闪电,甚至球型闪电。可惜详细的实验方法并没有保留下来。

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特斯拉实验室的仪器发出闪光而特斯拉端坐其中 Photo Credit: Tesla Memorial Society of New York

为了实现他关于无线传输能量的伟大梦想,特斯拉先后在科罗拉多州与纽约建立实验室,进行高电压与高频率实验。他在纽约长岛盖了一座名为沃登克里弗塔的巨大电塔,计画向全球无线发射电能。为了建造这座电塔,除了四处向有钱的实业家募款,特斯拉还投入了之前因交流发电技术授权金所累积的全部积蓄,但最终仍因为经费短缺而宣告失败。

无线传输电能实验,使得附近居民家里的灯泡就算电源关掉也还是亮着;人们看到实验室上方不时出现像闪电一样的神祕光线,更是心生恐惧。这些实验对周遭居民的生活造成了影响,舆论的压力对特斯拉的实验室投资计画所造成的负面影响,也是他始终无法成功的原因之一。

1904年沃登克里弗塔 Photo Credit: 维基百科

军事武器概念

沃登克里弗塔计画的失败,对特斯拉而言不啻是个重大打击。为了筹措资金延续他的研究计画,特斯拉向美国国防部推销他设计的无线通信系统,此系统可以用来控制并引导鱼雷,而这个在当时看来匪夷所思的发明,却是现代无线遥控与导弹系统的最早构思,但最后仍遭到美国国防部拒绝。特斯拉只好向外寻求其他国家的帮助。由于特斯拉对“电”以及“能量”相关技术有许多超乎当时想像的创见,德国、苏联、英国等国家都对他的研究相当有兴趣,但他与这些国家从未有正式的合作关系。

二次大战前,特斯拉宣称已发展出足以致命的远距离能量发射装置"Teleforce",被当时的人们称之为“死光”(Death Ray),然而他一直没有公开展示过他所设计的这项装置。1935年特斯拉曾经挖了一个深井,将不同频率的震波送入井中,想借此研究地壳的共振频率,结果却导致小型地震,造成附近的房屋倒塌。

今日所有的人为控制地球气象,例如闪电、地震、风暴等,以作为武器的技术(地球物理武器),其源头都可追朔到特斯拉的研究成果,包括美国军方研究大气层中电离层的HAARP(High-Frequency Active Auroral Research Program高频主动式极光研究计划)。

由于特斯拉的研究对当时的人们而言,太过于先进以及具有潜在的大规模杀伤力,在1943年1月特斯拉过世后,虽然他早已成为美国公民,也没有任何证据显示他有叛国的迹象,他所有的遗物立刻遭到美国政府专门接管外国人资产的单位扣留,一切的文字资料都被联邦调查局封存。美国政府曾经邀请MIT的教授检视特斯拉遗留下的文稿,声称并未找到任何秘密技术,但却一直不愿意交出特斯拉遗留的所有资料,这整个处置过程,替特斯拉的研究增添许多神秘的色彩。有人说特斯拉已经可以跟外星人通信,也有人说特斯拉发明了能量罩可以抵挡任何武器,甚至1908年在俄国西伯利亚通古斯发生奇怪的大爆炸,也被怀疑是特斯拉的实验所导致的,不过这些说法都未经证实,很可能是以讹传讹。

梦想家或是伟大工程师?

特斯拉的一生充满了戏剧化发展。因为在爱迪生公司欧洲分部工作,他才有机会到美国参与当时电机技术的研发。因为奖金的争议与爱迪生分道扬镳,促使他投入交流电的研究而声名大噪。他不喜欢爱迪生,却得到美国电机工程师协会所颁发的最高荣誉“爱迪生勳章”(注2)。虽然他比马可尼更早成功地完成无线电通信的实验,也申请到专利,却没有专注于无线通信技术的改进,让马可尼在商品化的过程中抢了先机。他投注大量精力建造高压电塔,却因财务短缺宣告破产,所有精密的实验器材被当成破铜烂铁拆解卖掉。

特斯拉身高6呎2吋(约188公分高),据说有过目不忘的记忆力,每天只需睡两个小时。他作实验不喜欢在纸上用算式推导,一切运算过程都在他的脑中完成。朋友形容他是个温文儒雅的人,颇受当时名媛淑女的欢迎,但他不喜欢女人香水的味道,也没时间与她们打交道。他终生未婚,年轻时喜欢玩棋盘游戏,年老时唯一的娱乐就是到附近的公园去喂鸽子,最终一个人孤单的死在旅馆里。

由于专注于技术而不是商业利益,特斯拉晚年经济状况不佳,加上人们对他的实验感到害怕,媒体也对他十分不友善,竟冷嘲热讽的称他为“特斯拉,作梦家”,还称沃登克里弗塔为“特斯拉百万元的愚蠢建筑”。

发展法国第一个雷达系统的工程师Émile_Girardeau曾说:人们戏称特斯拉为预言家或梦想家,因为他手上没有足够工具实现他的梦想。但不要忘记,就算特斯拉是在作梦,至少他作的是正确的梦。(" (Tesla) was prophesying or dreaming, since he had at his disposal no means of carrying them out, but one must add that if he was dreaming, at least he was dreaming correctly.")

特斯拉死后被人们遗忘了几十年,直到1990年代他的成就才逐渐地受到重视。国际标准单位的磁感应强度是以他命名,1特斯拉等于1韦伯/平方公尺(1T = 1Wb/M2)。美国着名的纯电动车厂Tesla Motors,为了向这位伟大的电机工程师致敬,特地将公司命名为特斯拉车厂。事实上,Tesla Motors生产的第一台纯电动车Roaster,就是根据当年特斯拉的电动车概念所设计的。

沃登克里弗塔虽然已被拆除,但原址已经由一个民间组织买下,正在筹款并计画几年后兴建一座特斯拉纪念博物馆。纽约市政府还将曼哈顿区第六大道与第40街的交叉路口命名为Nikola Tesla Corner,用以纪念特斯拉在纽约市成立实验室为人类科技发展作出贡献的事迹。

神一样的旷世奇才尼古拉·特斯拉 人类历史上曾经存在过公认的旷世天才

Photo Credit: Heather Paul@ Flickr CC BY-ND 2.0

由于特斯拉戏剧化的一生,加上美国政府对于他研究成果的谨慎对待,使得近年来他在大众文化中,变成一个悲剧性的英雄人物。特斯拉的许多构想,如远距离无线传递能量、将自然界无处不在的电能转化为免费能源为世人所用、“引力门”打开虫洞穿越时空旅行、统一场理论等等,还有待更进一步的研究证明其可实现性。但就事论事,特斯拉勇于尝试的实验精神,与丰富的想像力,的确是值得所有科技人学习的。

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