4. 被遗忘了的天才-特斯拉

物理教材中，经常提到Tesla的地方是在电磁学中，度量磁感应强度的一个单位（T）。它的来源是为了纪念美籍塞尔维亚电气工程师尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856-1943）。

过去，人们对特斯拉的故事所知不多，也不知道为什么，几年之前，这个快要被遗忘了的天才突然不知被哪个媒体发掘出来，成了众人心中的科技之神。特斯拉坎坷的一生本来就颇具传奇性，加上近几年来被文学艺术人士及传媒界极力渲染，蒙上了许多神秘色彩。有人把他描述成一个具有特异功能的超人，甚至怀疑他是来自外星球的高等生物，又怀疑地球上发生的许多神秘事件，都与他的研究有关……等等，这些古怪离奇的说法，实在太吸引眼球了。不管特斯拉是人还是神，他的发明创造及研究范围大多与电气、电子、光、无线电等有关，因此，在继续叙述半导体物理之前，笔者忍不住要为这个伟大的发明家写上一节，脱去神秘外衣，还其科学本质！

A。为电而生

著名的美国发明家爱迪生（1847-1931）的名字家喻户晓。他超过一千多项的发明专利，无时无刻不在造福于人类。家家户户都有的电灯泡，就是最简单而普通的例证。

过去，有人会说，如果没有爱迪生，也许人类还只能用烛光照亮黑夜。

现在，有人会说，如果没有爱迪生，还有特斯拉呢，特斯拉才是上帝派给人类的普罗米修斯，电气电子之神！

也有人会说，即使没有爱迪生和特斯拉，还会有别的什么人啊，人类社会是一定会向前发展的，是时势造英雄，而不是英雄造时势！

其实，历史没有‘如果’。在无线电通信和电力系统发展的过程中，我们既有爱迪生，又有特斯拉，上帝给人类派来了两位伟大的发明家。

在爱迪生9岁的那一年，尼古拉·特斯拉，随同一道闪电来到了人间。

三岁时，特斯拉用手抚摸他的宠物猫，突然看到一道细微闪光穿过手掌与猫之间，随即给手上带来一阵奇怪的麻感。父亲告诉惊魂未定却又固执不停地问“Why？”的儿子，那是电，和天空打雷时一样的电！小特斯拉心里想：和打雷闪电一样！难道天地宇宙是一只大猫吗？如果是一只大猫，又是谁在抚摸它呢，是上帝吗？太多的疑问，纠结着这个不停思考的孩子。从此，电这个名字，深深地刻在了特斯拉的脑海中；从此，孩童和少年时代的特斯拉经常出现幻觉，眼中总是看到火花电光闪烁一片。

父亲希望他将来做牧师，特斯拉却暗暗立志，要毕生研究电！直到特斯拉染上了霍乱，这一场大病动摇了父亲的信念，成就了儿子的梦想，从此，特斯拉与电结下不解之缘。

从用旋转磁场的方法改进马达，而发明交流感应电动机、发电机，到后来，创造第一台无线电遥控机、发明推广交流电体系、发明特斯拉线圈、制造人工闪电、研究全球无线供电系统，特斯拉的大部分发明专利，都与电有关，他不愧为是电气化领域的先驱，是为电而生的天才。

B。电流大战

1884年，特斯拉带着他的美国梦，从巴黎来到纽约，一路上钱和车船票全被小偷偷掉了，口袋里只剩下4美分，他慕名而投靠到已经大名鼎鼎的爱迪生门下。

两年前，爱迪生，这个新泽西门罗公园的奇才，用他的白炽灯泡和华莱士的直流发电机，第一次点亮了曼哈顿！

那是1882年6月17日的晚上，万籁俱寂、悄夜无声，天上几点星光闪烁，曼哈顿富人区的仆人们正在慢慢地、一盏一盏点亮家中的蜂蜡蜡烛和煤油灯。突然，位于36街麦迪生大道上的意大利式摩根豪宅，二百多只灯泡同时亮了起来，宝石一般柔和明亮的灯光，像奇迹一样，照亮了这位开明的华尔街金融大亨新家的每个角落！

之后，爱迪生的直流供电系统从曼哈顿向各地延伸，人们为新技术的成功而欢呼雀跃的同时，也被它带来的危险及不便所困惑、烦恼和惊吓。

比如，JP摩根的邻居布朗太太，受不了摩根家地下室里发电机运转时震耳欲聋的声音，还有那种整栋房屋都跟着发抖、震荡摇晃的恐怖感觉；路人们也抱怨那些成天往外冒着讨厌浓烟的蒸汽机污染了空气；更为可怕的是，还经常有些小的电力灾难，因短路而造成起火和触电、进而死人的危险性，让人们对这个新技术既爱又怕、耿耿于怀。

这时，正好来了个特斯拉，爱迪生称他为“我们的巴黎小伙子”。

爱迪生立刻发现这个塞尔维亚裔的年轻古怪工程师是个很有用的人才，便委以重任，让他去改良很不完善的直流供电设备，并口头承诺5万美元的奖赏。特斯拉兢兢业业地工作，不到一年就设计出了24种不同的机器来取代旧机器。但是当他向爱迪生提到承诺的奖金时，得到的却是爱迪生轻飘飘的一句话：“啊，你太不懂我们美国式的幽默！”

还不仅仅如此，特斯拉当时太天真了，实际上，他连周薪从18美元涨到25美元都很难争取到，却异想天开地指望爱迪生会给他几万美元的奖金，这不是天方夜谭吗？

更令特斯拉不快的是，爱迪生的公司里，没有一个人，愿意接受他关于交流电的看法和建议。要知道，特斯拉早在几年前的学生时代，就在脑袋中完成了有关交流感应发电机的构想，他是带着他的交流之梦来找爱迪生的！但是，正如历史屡屡证实的，技术的发展并不只与技术本身有关。市场的走向、商业的运作、公司的发展、投资者的利益，诸多的因素掺杂其中。历史总是重复和类似，20世纪末21世纪初，世界上演了一场互联网大战。而在100多年之前，特斯拉和爱迪生之间则曾经有一场‘电流大战’。

图4.1：特斯拉和他的旋转磁场及感应电动机

爱迪生当然不会接受特斯拉有关交流电的突发奇想，特别那时正是他的直流供电系统蒸蒸日上的时候，爱迪生本人也已经因此而腰缠万贯，变成了一个被众星捧月的名流。

在爱迪生的公司里，特斯拉实现不了他的交流电之梦，又被爱迪生不遵守承诺而激怒。因此，特斯拉一气之下便辞职离开了爱迪生公司。当然，为自己鲁莽仓促的决定，特斯拉付出了沉重的代价，他一、两年的生活全靠体力劳动支撑，直到……

直到连特斯拉的工头都发现，这个塞尔维亚年轻人不是一个普通的、认真干活的工人，起码能算是一个有经验的工程师吧，甚至是一位电学专家。因此，工头把他介绍给自己认识的大人物。终于有一天，特斯拉有了重圆电子梦的机会，他在自由街87号有了他的第一个电气实验室，他开始研发早就在脑海里完成多次的整套交流电供电设备！

在特斯拉为贫困所趋到处打工的时日里，交流电和直流电的‘电流之战’已经悄然而起，这场战争是从来自匹兹堡的乔治·威斯汀豪斯（Westinghouse）的交流电公司侵犯到爱迪生的供电市场而开始的。

乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse, Jr.，1846-1914），是美国著名的实业家、发明家，西屋電氣创始人。1888年7月底，特斯拉带着交流电方面的多项专利，正式加盟威斯汀豪斯，使其与爱迪生的电流之战达到白热化。

交流电比较直流电，在发电和配电方面，有许多的优越之处，这也是为什么特斯拉所发明的三相交流电及其感应电机设备，以及110伏特、60赫兹的供电标准在美国沿用至今的原因。

特斯拉发明的多项交流发电机可以很经济方便地把机械能、化学能等转换成电能；交流电系统利用电磁感应的原理，建造变压器后，可以很方便的升高降低电压，达到远距离传输的目的。因为在高压的情形进行传输，才能降低损耗，传得远。而爱迪生当时的直流电，只能以较低的功率和电压发电，在整个线路上，每隔几十米就必须安装一台发电机。

当然，从物理的角度看，直流电输电也有其优越之处，没有因为电容电流而产生的损耗；没有因为趋肤效应而引起的电线有效面积的减少；不需要交流输电的同步调整……等等。

交流电最独特的优势是容易变压。因为传输的损耗与电流平方成正比，所以，传输电流越小，损耗就越小。而传输的功率则等于电压和电流相乘，要减小电流从而达到减小损耗的目的的话，就必须要增大电压，才能将同样数值的功率传输到用户端。比如，传输同样的功率，如果电压加倍，电流则减半，损耗则减到四分之一。并且，用户离得越远，就需要将传输电压升得越高。交流电容易变压的特点正好适合高压输电，使用结构简单的变压器即可将电压升至几千至几十万伏特，传送到几百公里之外，这是爱迪生的直流供电系统望尘莫及的。

然而，爱迪生为了商业的利益，极力维护他的直流电独立王国，用尽心机和手腕，拼全力拒绝和诋毁交流电。

最后，这场电流大战以威斯汀豪斯和特斯拉的胜利、爱迪生的失败而告终。

当时，交流电打败直流电的里程碑有两件大事：一是1893年的芝加哥世博会。在这次会上，威斯汀豪斯的西屋电气公司用三相交流电点亮了十几万只灯泡，在夜晚，将整个博览会照耀得如同白昼一般。特斯拉则在这个世界性博览会上第一次为电子展品开设的展区中出尽风头。他展示了他的荧光灯、和没有电线连接却能发光的灯泡等等新发明，还有通电后就能旋转而站立的铜蛋（称为哥伦布蛋），特斯拉以此向人们说明他的感应电动机和旋转磁场的原理。

交流电的另一个具历史意义的事件，则是1896年11月在尼亚加拉大瀑布新落成的尼亚加拉水电站。电站落成送电后，各媒体兴奋地竞相报道：“电闸一合上，汹涌澎湃的瀑布便流向了山巅。”后来，人们在尼亚加拉大瀑布公园中竖起一尊特斯拉的铜像，以纪念他对人类电气化事业的无私奉献，因为特斯拉放弃了交流电专利的版税，弄得到老年一贫如洗。此是后话，下次再继续。

参考资料：

JohnPatrick Barrett, Electricity at the Columbian Exposition. R.R. Donnelley 1894(World's Columbian Exposition, 1893, Chicago, Ill.) Page 168–169

Cheney,Margaret, "Tesla: Man Out of Time", 1979.

《光电帝国》(Empires of Light) 中译本，作者: 吉尔.琼斯，译者: 吴敏，中信出版社，2006.

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