许多大型项目建设都位于人烟稀少的荒凉地区,例如高桥建设、铁路铺设、风电设施吊装,除了人之外看不到其它动物;如果在雨林或者草原施工,也许还有毒蛇和毒蜂一起叫唤、河马和老虎互相呲牙作为娱乐节目,只不过看见它们就得赶紧拔腿跑,否则有殉职危险。无疑,给偏远地区的施工工地架设可以满足施工和施工人员需求的供电设施颇具难度而且得不偿失,但无论是设备运转保养还是人员生活,电力都是刚需。这时候,我们就需要一台柴油发电机来解决困难。
一般而言,内燃机往往用来直接驱动设备行驶,而内燃机能够通过烧油发电,离不开某位长时间不为人所熟知、其成就重新进入众人视野后又被过度吹捧的工程师。上一期中,我们介绍了发现电磁感应理论、发明了电动机和发电机的法拉第先生。法拉第的主要精力放在了基础理论研究上,与生产直接相关的领域涉及较少。不过,世上总是少不了善于发明创造、将新理论化为变革世界的强大器物的能人异士。今天我们所要介绍的发明家就是一位出色的电气工程师,他的名字相信大家早有耳闻,营销号和阴谋论者为他编造过无数故事,他便是“科学怪人”原型尼古拉·特斯拉。
(1)坎坷求学,艰难生活
1856年,尼古拉·特斯拉出生于奥地利帝国米斯湾村,1862年时随家庭搬迁至戈斯皮奇。他幼时便展现出很强的创造力,不过求学经历比较坎坷,在格拉茨理工大学学习一年物理学、数学和机械学后,1876年因军事边境局关闭而失去助学金,不得不放弃学业,1877年特斯拉前往布拉格的大学里旁听课程,同时在图书馆中学习。此时特斯拉生活拮据,依旧付不起学费,刻苦学习的同时还得为生活发愁,学了两年后迫于生计尝试在马里博尔寻找工作,碰壁后返回布拉格继续学业。
1881年,特斯拉终于找到了一份稳定又靠谱的工作——在匈牙利政府中央电报局担任电气工程师。此时正是第二次工业革命蓬勃开展之际,欧洲的工业化高速发展,各种科学理论与新发明不断涌出,还有人拿着新发明去街头或者公园给来往人群表演,特斯拉也是在公园散步时看到有人演示旋转磁场。
旋转磁场,是磁感应矢量在空间中以固定频率旋转的一种磁场;是电能和机械能相互转化的基本条件。体现在我们平时使用的设备上就是发动机的运作带动发电机内部转子转动,转子的转动使电磁铁的磁感线被切割,机械能转变电能,从而给设备内的各种电器通电。
身为将来被阴谋论者认为制造了通古斯大爆炸的科学怪人,特斯拉展现出与普通人的不同,周围人对旋转磁场或是啧啧称奇然后当做茶余饭后的闲谈、或是不屑一顾然后丢到脑后时,他确定了未来的研究方向。不过,特斯拉也有与许多人相似的一点——看见高等数学就头疼。特斯拉对高等数学和理论物理一窍不通,基本告别基础理论研究,日后的发明工作中使用的也大多是古希腊数学,这是他和同时代大多数发明家与科学家之间的差距。
也许是为了追求爱好,也许是因为工资更高,特斯拉在遇见旋转磁场的同年秋天前往爱迪生电话公司巴黎分公司任职,第二年又受雇于欧洲大陆公司。我们可以确信,特斯拉的工作非常出色,因为特斯拉在1884年前往美国求职时,他的前雇主查尔斯·巴切罗写给爱迪生的推荐信里有这样一句话:“我知道有两个伟大的人,一个是你,另一个就是这个年轻人(指特斯拉)。”
(2)决战电流之峰
1884年特斯拉开始在爱迪生实验室工作,很快展现出惊人才能,顺利完成各种工作,完全负责爱迪生公司直流电机的重新设计工作,并着手进行交流电发电机改进。在他之前,同时代也有许多科学家与发明家进行交流电机或直流电机的改进工作,来自同行的竞争外加爱迪生并不看好交流的前景,特斯拉的压力并不小,但他还是成功改进交流发电机、向爱迪生证明了交流电机的可行性。
特斯拉和爱迪生之间的矛盾也由此开始。完成交流电机改进工作后不久,特斯拉离开爱迪生公司并自立门户,与他的昔日老板成为竞争对手。两人分道扬镳的原因说法颇多,一种说法认为是爱迪生爽约在先、拒绝向特斯拉支付改进交流电机的高额奖金,导致特斯拉心生不满;另一种说法是特斯拉对薪水要求过高,即使爱迪生为他的周薪水增加十美元(注:彼时美国中产阶级家庭年收入大致在200美元左右)依旧没能让特斯拉满意(也许是过去穷怕了),再加上特斯拉本身就有天赋和能力,他干脆出去单干,在外面建立自己的实验室。
1882年,洛克菲勒创造了人类历史上第一个“托拉斯”(注:一种垄断组织),众多规模庞大的企业先后建立,人类用以生产物质财富的组织空前巨大并持续扩张,各位商业奇才重视新兴科学技术的商业价值。不过,要想获得投资者的青睐也并非易事,毕竟光头钱再多也不会为了生活囤积洗发水;如果想让自己的天才设想昭然世间名垂青史,就要让人看到它的价值。
在交流电机广泛使用之前,直流电已经推广了一段时间,并成功供应电灯泡、城市电车所需电力,而他的主要支持者正是爱迪生。然而,在当时的技术条件下,直流电长途运输损耗巨大,许多发明家觉得交流电也许可以降低电力传输过程中的损耗,比如出去单干的特斯拉。他于86年创立自己的公司,主要业务就是安装特斯拉自己研发的弧光照明系统,并于此期间发明在电机工作中扮演重要角色的整流器。1887年铁路大亨威斯汀豪斯与特斯拉合作一起推广交流电,特斯拉得到充足资金支持,参与19世纪末的电流大战之中。
19世纪新兴的交流电阵营众星璀璨,除了人们所熟知的尼古拉·特斯拉,还有1832年根据法拉第圆盘发动机原理发明第一台交流电机的皮可西、现代交流电多布罗沃利斯基、制造大型双相交流发电机的戈登、成功提高交流发电机频率的汤姆森和费兰蒂等等。而他们面对的主要对手爱迪生,不仅是一位发明家,更是一位精明的商人,精通营销宣传,深谙打击竞争对手之道。
爱迪生为了打击交流电使用一些堪称“无耻”的手段:他买通州政府官员,将死刑实行方式由绞刑改为交流电电刑;再雇佣小学生用交流电给猫狗做实验,在实验过程中电死实验动物。虽然这些把戏从逻辑上讲只能说明他们没有正当使用交流电才导致了死亡事件,但爱迪生希望以此将“死亡”“事故”之类的词和“交流电”揉在一起,以此打击竞争对手。
这些下作手段一般被认为是爱迪生专门用来打击特斯拉而使用的,但当时特斯拉并不出名,再加上19世纪末交流电勃勃生机、万物竞发的发展态势,爱迪生的想法可能是:不不不,我不是针对特斯拉,而是说在座试图改进交流电机的各位,都是——会遭遇失败的。
威斯汀豪斯和特斯拉就比较耿直:只要好好做事、认真做事,拿出好产品,让群众认识到产品的高质量和可靠性,自己的发明和产品必然会得到认可。威斯汀豪斯的西屋公司始终支持特斯拉,使特斯拉能够专注于交流电机改进工作。1893年,西屋公司在竞拍中获得中芝加哥世博会用交流电照明的工程,特斯拉的发明照亮琳琅厅堂,人类的智慧因他的电流熠熠发光,流光溢彩点缀艺术的凝聚与科学的结晶,文明再次迎来一个灯火璀璨的夜晚。
特斯拉赢得了“电流大战”,并于1894年成功进行短波无线通信试验,而无线通信技术是蓝牙、手机和无数鼠标能够被发明出来的重要基础;1897年,运行一百多年的尼亚加拉水电站建成,它采用了九项特斯拉的专利。此后十多年里,特斯拉发明不断,还顺手帮了一把为了推广交流电陷入经营困境的西屋公司。威斯汀豪斯还也没忘老本行,于1905年生产第一台由电力驱动的火车,美国由此进入电气火车时代。
(3)被迫成为故事主角
特斯拉一生贡献颇多,还差一点拿了诺贝尔奖。他晚年深居寡出,生活依然清贫,言行略为怪异,成为日后文艺作品中许多早期科学怪人的原型。但他绝对没想到,他对文艺创作的贡献不止于提供一个角色形象,各种阴谋论者幻想家创作者喜好编造故事吸引眼球的家伙全都来他的故事里寻找创作灵感了。
某日,一位想象力丰富、逻辑奇葩且精于移花接木联系事物的讲故事者,将各种特斯拉真实经历和不知道从哪个角落里捡来的闲话拼接在一起,组成“纪录片”《科学超人尼古拉·特斯拉》,大量有关特斯拉的谣言由此而生,再加上其它人的异想天开,尼古拉·特斯拉成为了一名超越爱因斯坦却饱受打压致使其被埋没的“科学超人”。根据他们所说,特斯拉超人主持设计的“沃登克里夫塔”能够实现全球范围内电能传输,只不过机器被摩根财团给拆了;成功制造出球状闪电;首先发现X射线,还给伦琴寄过去相关的照片,但因为他认为X射线有害所以停止研究并把成果全给了伦琴;以及最离谱的,认为特斯拉的研究造成了通古斯大爆炸。
但实际上,正如前文所说,特斯拉对于高等数学一窍不通,基本告别需要大量复杂数学语言的基础物理,他和爱因斯坦、波尔、麦克斯韦等人分属两个领域——吃苹果要的是甜,吃柠檬要的是酸,怎么可能放在一起比呢,所谓特斯拉超越爱因斯坦自然是我无稽之谈;“沃登克里夫塔”作用是远程无线通信,而且特斯拉固执使用电弧放电来传输信号,耗能巨大且收效甚微,最终摩根财团在马尼可用谐振电路实现跨洋通信后停止对特斯拉支持,那座大金属塔也被拆了拿去抵债;X射线则由伦琴发现,特斯拉只是有所研究。至于通古斯大爆炸,经过科学家对爆炸场地的土壤和岩石进行研究,确定造成通古斯大爆炸的物体来自于天外,和特斯拉并无关联。
特斯拉并未料到他身后会被人安排这么多故事、莫名其妙多了一堆对手和创造。不过,即使他知道了,估计也是像昔日面对爱迪生对交流电的抹黑一样,安心科研,认真做事,纵使生活清苦(应该习惯了)、只能在一家旅馆中度过晚年,为自己所热爱的事业奉献,将自己的才智与信念刻在人类历史的大道上,便是无上的荣光和财富。特斯拉发明不断,研究领域广泛,发电机与电动机、无线电系统和无线电能传输等与我们今日生活密切相关的设备都有所涉及,并且产出一定成果。1917年,特斯拉获得以他的老上司老对手名字命名的爱迪生奖章;1934年获得约翰·斯科特奖章,其它奖章和荣誉学位更是无数,1942年还在他所居住的纽约人旅馆与流亡在外的南斯拉夫国王会面。
1943年1月7日,新的一年刚刚开始、第二次世界大战即将迎来破晓时分之时,尼古拉·特斯拉,与同时代无数科学家发明家一起用智慧点燃文明之光的电气工程师因心脏衰竭溘然长逝。无论他生活和个性如何,无论世人给他编造多少奇谈怪论,都无法掩盖这样一点:尼古拉·特斯拉,用自己真实的创造、独有的智慧和才能,创造了改变世界的发明,他的丰碑立在人类前进的道路上,为我们今日的现代生活打下坚实基础,他人编造的任何谎言谣言都无法侵蚀。
十九世纪中期后和二十世纪初,人类的科学技术迎来一个高速发展期,基础理论、能源、动力、材料和计算机技术蓬勃发展,前所未有地增强人类改造世界的能力。也正是在这一段时间里,我们今日施工所使用的设备得益于新技术新发明逐渐成型。介绍完迈克尔·法拉第和尼古拉·特斯拉两位为我们今日能够使用电器而做出卓越贡献的先人后,我们接下来要了解几位发明并改进内燃机的科学家和工程师,如果没有他们的理论成果和发明,我们的设备不会有现在这么大的“力气”和速度。