特斯拉：电气时代的开创者

在布拉格的时候是舅舅们资助了特斯拉，但是他们不能永远把他当学生资助。正如一篇早期的传记文章所说的，在布拉格时特斯拉“开始感到压力，并且越来越陌生于弗朗西斯·约瑟夫一世的形象”，也就是展现在货币上的当政奥匈帝国皇帝的肖像。最终，当舅舅们不再汇钱来的时候，他“成了思想发达生活朴素的典范；不过他下定决心要奋斗并决定完全靠自己的本事挺过去”。³⁰ 1881年1月，特斯拉离开布拉格搬到布达佩斯。

30 Tesla biography, 1890.

特斯拉选择布达佩斯是因为他在布拉格的报纸上读到，蒂瓦道尔·普什卡什（Tivadar Puskás）已经获得了托马斯·爱迪生的许可要在那里建造电话交换机，并让其兄弟费伦茨（Ferenc）监管该项目。由于费伦茨曾是胡萨尔轻骑兵团的一名中尉，而特斯拉的舅舅帕夫莱也在该兵团服役，所以特斯拉请求舅舅向费伦茨推荐自己以得到一份帮助建造新交换机的工作。³¹

31 Mrkich, Tesla: The European Years , 100.

普什卡什家族属于特兰西瓦尼亚贵族，而蒂瓦道尔年轻时学过法律和技术学科。蒂瓦道尔是一个发起人和企业家，曾前往美国寻找机会。在科罗拉多试手掘金之后，他开始对电报和电话感兴趣。³² 1877年，普什卡什乘坐着豪华大马车并挥舞着一卷千元大钞在门洛帕克拜访了爱迪生，给当地留下了深刻的印象。爱迪生对普什卡什表示了喜爱，并向他展示了他当前所有的发明，包括留声机。普什卡什对他看到的每样东西都很激动，并提出他愿意自费在欧洲办理爱迪生的电话和留声机的专利，目的是换取专利收益的1/20。³³ 这个交易可能让人好奇，到底是普什卡什占了爱迪生的便宜，还是爱迪生占了普什卡什的便宜。普什卡什担任爱迪生在欧洲的代理商多年，并积极参与电话、留声机和电灯的推广。

32 关于蒂瓦道尔·普什卡什的传记信息，参见：http://www.budpocketguide.com/TouristInfo/famous/Famous_Hungarians10.asp .

33 Edward Johnson to Uriah Painter, 17 December 1877, The Papers of Thomas A. Edison , ed. R. A. Rosenberg et al. (Baltimore: Johns Hopkins University Press), 3:676–679; Paul Israel, Edison: A Life of Invention (New York: John W. Wiley, 1998), 148–149.

普什卡什向爱迪生提议说可以在欧洲的主要城市建立电话交换机。到目前为止，爱迪生和亚历山大·格雷厄姆·贝尔主要考虑了在连接两个位置的私有线路上安装电话机，而普什卡什的交换机计划（成百用户能通过交换台彼此连接）吸引了爱迪生。³⁴ 带着爱迪生的祝福，普什卡什于1879年在巴黎设立了一台电话交换机。其兄弟费伦茨在帮忙设立巴黎的交换机后返回家乡布达佩斯，要在那里建立一台交换机。

34 普什卡什不是电话交换机的发明者，而是看到其潜力的企业家之一。1877年5月，E. T. 霍姆斯（E. T. Holmes）在波士顿建立了第一个电话交换机，也就是把电话加到他已有的防盗报警网络。参见：Carlson, “The Telephone as a Political Instrument,” 25–55, on 42.

但是费伦茨·普什卡什不能马上雇佣特斯拉。最可能的原因是，普什卡什兄弟还需要一些时间为布达佩斯的交换机筹措资金。相反，在普什卡什兄弟或其他朋友的帮助下，特斯拉谋得了匈牙利政府中央电报局的绘图员工作。尽管只有五美元的微薄周薪，然而这份工作让特斯拉接触到了实际的电气工作。“我很快赢得了总督察的注意，”特斯拉后来回忆说，“之后他让我从事关于与新站点连接的计算、设计和估算。”然而特斯拉发现很多的工作很无聊，包含了太多的例行绘图与计算工作，这让他不喜欢。“到那时他已为公共利益开了几十万个平方根和立方根，”据一篇报道说，“这个职位的局限性、低收入和其他问题让特斯拉明显感到痛苦。”³⁵

35 引自NT, My Inventions , 59以及Tesla biography, 1890。由于特斯拉在回忆录中提供了几个不同的版本，所以很难确定在布达佩斯的事件的精确顺序。根据Tesla biography, 1890以及1915 Autobiographical Sketch中的顺序，特斯拉先是在电报局工作，然后才有了他的尤里卡时刻。另外的说法是，My Inventions , 59, 65表明特斯拉在等待普什卡什电话公司的工作时生病了，并且是在公园里有了尤里卡时刻之后才去政府电报局当绘图员。

不满于在电报局的工作，特斯拉辞了职并决定专心发明。像许多新手发明者一样，特斯拉自信能快速开发出一项能养活他的伟大发明。“他马上开始做出发明，”一个后来的故事提到，“然而这些发明只有在对之有信心的人眼里看来才有价值，所以它们没有带来什么实际帮助。”³⁶ 饱受挫折的特斯拉“神经完全崩溃”并陷入深深的抑郁之中。³⁷

36 Tesla biography, 1890; NT, Motor Testimony, 191.

37 NT, My Inventions , 59.

特斯拉相信自己会就此死去，不过在一位新朋友安东尼·西盖蒂（Anthony Szigeti）的帮助下他最终康复了。在布达佩斯，他开始“接触到许多我感兴趣的年轻人。其中一位是西盖蒂先生，他是仁爱的标杆。他的头很大，在一边有一个可怕的肿块，并且面色萎黄，这都使他显得很丑陋，然而他自脖子以下的躯体可以媲美阿波罗雕像”。西盖蒂“是一个拥有非凡体能的运动员，是匈牙利最强壮的人之一。他把我拽出房间并强迫我做体育锻炼……他救了我的命”。³⁸ 就像特斯拉一样，西盖蒂也喜欢台球，然而他对电气玩意儿也感兴趣，并鼓励特斯拉继续概念化他的电动机。在西盖蒂的帮助下，特斯拉获得了38 1915 Autobiographical Sketch, 537; NT, Motor Testimony, 321.

生活和继续工作的强烈愿望……我的头脑活力与健康一起恢复了……我要做一件事可不像一般人无志者常立志。对我来说那是神圣的誓言，是关乎生死的问题。不成功毋宁死……解决方案潜藏在我的大脑深处，然而我还不能把它外在地表达出来。³⁹

39 NT, My Inventions , 60–61.

为帮助特斯拉恢复体力，西盖蒂说服特斯拉跟他每晚在布达佩斯城市公园散步。他们在散步时讨论了特斯拉改善电动机的想法。在1919年的自传中，特斯拉说他在其中一次散步时获得了电动机问题的解决方案，就像一个尤里卡时刻：

我在回忆录中提到过，一天下午，我和朋友在城市公园里一边惬意地散步，一边背诵诗歌。在那个年龄我心里能记下整本整本的书，只字不差。其中一本是歌德的《浮士德》。太阳刚刚下山，让我想起了那恢宏的篇章：

落日西沉，白昼告终，

乌飞兔走，又促进新的生命流通。

哦，可惜我没有双翅凌空，

不断飞去把太阳追从！

……

一场美丽的梦，可是太阳已经去远。

唉！肉体的翅膀

毕竟不易和精神的翅膀作伴。

当我吟诵这些鼓舞人心的词句时，头脑中的想法如一道闪电般划过，刹那间，真理浮现在我眼前。我用棍子在沙里画了图，我的同伴完全理解了，并且我在六年后向美国电气工程师学会（AIEE）的演讲中展示了这些图。⁴⁰ 这些图非常鲜明而又清晰，又有着金石般的实在感，以至于我告诉西盖蒂：“我的电动机在这儿，看我把它翻过来。”我那时的情绪，难以言表。⁴¹

40 特斯拉在1903年的专利证词中没有提到1882年在布达佩斯当着西盖蒂在沙中画图。然而他的确回忆了大约1883年在巴黎外边的爱迪生灯泡厂，他在尘土中画图向几个同事讲解他的电动机。

41 NT, My Inventions , 61.［《浮士德》的译文取自董问樵的译本。——译者注］通过歌德的落日西沉而去和隐形精神之翅的意象，特斯拉形象地设想了在电动机中使用旋转磁场。

这个日落与歌德的故事是如此充满了戏剧性，我们必须小心解读那个时刻。的确，特斯拉在1919年的自传中是用那种方式叙述他的交流电动机发明过程，但是在1903年的专利证词中，特斯拉完全没有 提到跟西盖蒂一起在公园的时候有过一个尤里卡时刻。从法律的角度看，把发明的时刻设在1882年是有利的，因为这将支持特斯拉宣称他是发明交流电动机的第一人。⁴² 相反，特斯拉的专利证词表明他是花了时间去产生所有这些想法。此外，根据特斯拉在1882年可能具备的知识，他在布达佩斯的时候不太可能理解包含在他1888年AIEE演讲中的所有东西。

42 西盖蒂1889年证实特斯拉1882年5月在巴黎跟他讲过多相电动机，不过他没有谈到在布达佩斯的尤里卡时刻。参见：Szigeti, 1889 deposition.

不管怎样，显然他在布达佩斯时有过重大突破。基于他在布达佩斯之前所知道的以及他在1883年和1887年所做的后续实验（参见第三章和第四章），这个突破包含三个相关的洞见：首先，特斯拉意识到不必发送电流而是利用感应出的涡电流就能让电动机中的转子旋转；其次，他意识到通过在定子绕组中创建旋转磁场就能在转子中感应出涡电流；最后，特斯拉预感到使用交流电总有办法产生旋转磁场。

先谈一下在19世纪的电学文献中经常被讨论到的一种设备——阿拉戈铜盘，将有助于探讨特斯拉在公园里散步时所获得的这些洞见。我必须强调，没有证据表明特斯拉知道阿拉戈铜盘并用到了电动机的思考当中，不过这个设备能帮助我们形象地理解特斯拉在布达佩斯时的所获所得。⁴³

43 确实，阿拉戈设备里的铜盘与特斯拉最早的电动机转子盘之间有惊人的相似之处，这种相似之处导致一位教科书作者得出结论说，“特斯拉的电动机是阿拉戈实验的一种变种……在其中一个旋转磁铁带动圆盘形导体转圈”。参见：G. C. Foster and E. Atkinson, Elementary Treatise on Electricity and Magnetism (London: Longman, Green, 1896), 490.

1824年，罗盘指针在其下方旋转铜盘作用下的古怪行为迷住了法国科学家弗朗索瓦·阿拉戈（François Arago）。如果铜盘旋转得足够快，罗盘指针不仅会偏离指北而且还会开始旋转（图2.7）。在阿拉戈报告了他的发现之后不久，英格兰的查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）和约翰·赫歇尔（John Herschel）证明了相反的现象：如果在一个置于轴上的铜盘下方旋转一个马蹄形磁铁，铜盘也会旋转。自然哲学家们对阿拉戈铜盘感到困惑并想知道磁力与运动的关系。

就像处理奥斯特实验的困惑那样，又是法拉第解开了阿拉戈转盘之谜——是电磁感应导致了其运动。通过实验，法拉第证明了当磁铁在铜盘下方旋转的时候，磁场的运动在铜盘中感应出电流漩涡（图2.8）。法拉第称之为涡电流，并指出这些电流产生了一个反抗磁场的电场，铜盘在这种互斥作用下发生运动。⁴⁴

44 Silvanus P. Thompson, Polyphase Electric Currents and Alternate-Current Motors (Spon, 1895), 422–425.

让我们回到特斯拉，他那可能是在布达佩斯的公园里获得的第一个洞见是，意识到不必向电动机转子提供电流。正如涡电流导致阿拉戈的铜盘旋转，特斯拉也通过自己的脑力设计意识到电动机中的定子磁场能在转子中感应出涡电流并导致它旋转。套用歌德的隐喻，感应电流就是带动转子使之旋转的隐形之翅。

由于转子中能感应出电流，所以不必用换向器向转子提供电流。因此，他确实可以消除换向器及其火花。由于19世纪80年代早期的多数电气技师认为必须在转子和定子中都有电磁铁才能使电动机产生显著的机械力或扭矩，因此特斯拉不向转子提供电流的决定是对当时主流做法的重要偏离。⁴⁵

45 Ibid., 447.

在知道了感应电流能导致转子转动之后，特斯拉跟着快速找到了第二个也是最重要的洞见：为了在转子中产生电流，需要一个旋转磁场。一如巴贝奇和赫歇尔在铜盘下旋转马蹄形磁铁的情形，特斯拉现在意识到他的电动机的关键是在定子绕组中创建旋转磁场。当磁场在铜盘转子周围旋转时，应该能导致铜盘旋转。

值得注意的是，特斯拉是通过颠覆常规做法找到了他的第二个洞见。此前，多数电气专家设计的都是直流电动机，在其中定子磁场保持不变，而转子的磁极通过换向器改变。相反，特斯拉选择反过来做：与其改变转子的磁极，为什么不改变定子的磁极呢？特斯拉发现，如果定子中的磁场旋转，就能在转子中感应出一个对抗的磁场因而导致转子转动。我们将会看到，敢于颠覆常规、标新立异是特斯拉发明风格的一个显著特征。

然而与巴贝奇和赫歇尔不同的是，特斯拉不想通过在转子下方以机械方式转动磁铁而创建旋转磁场；有效的电动机应把电能转化为运动，而不是把运动转化为运动。那么特斯拉是如何用电流产生旋转磁场的呢？

这将把我们带到特斯拉在公园里的第三个洞见。基于他广泛深入的脑力设计，特斯拉预感到通过使用一个或多个交流电流总有办法产生旋转磁场。如果是这样的话，那么他的思想与同期英国物理学家沃尔特·贝利（Walter Baily）的想法类似，贝利于1879年报告了如何用两个电流使阿拉戈铜盘旋转。贝利用的不是马蹄形磁铁，而是在铜盘下方放了四个电磁铁（图2.9）。贝利把这些线圈两两对角连接串联起来，然后他把每对电磁铁连接到旋转开关，该开关控制从两个独立电池到两对电磁铁的电流。当贝利旋转开关的时候，电磁铁被依次供电成为磁极的北极或南极，其效果是铜盘下方的磁场发生旋转。身为科学家的贝利似乎觉得知道电流能用于转动阿拉戈铜盘就已经够了，而这个电动机在他看来只是一个科学玩具。⁴⁶

46 Ibid., 437–440.

同样，也没有证据表明特斯拉1882年在布达佩斯的时候知道贝利的电动机。然而，贝利的电动机能帮我们形象地了解特斯拉通过自己的脑力设计获得的重要洞见——总有办法用一个或多个交流电流产生旋转磁场。特斯拉可能是在反思歌德的夕阳西下之后继而向前的意象时获得了这个使用交流电的直觉。事实上，特斯拉作为一个26岁的年轻人在仅凭想象力而没有参考阿拉戈铜盘和贝利电动机之类的设备的情况下获得了这一洞见，这是令人折服称道的。

30年后，当专利诉讼结束的时候，特斯拉撰文讲述了他在布达佩斯时发明电动机的经过。他坚称他当时的想法是完善的：“一个想法初现的时候一般来说是粗糙而不完美的。出生、成长和发展是一般事物正常而又自然的必经阶段。我的发明则不同。当我开始意识到它的那一刻，它就已经完善和完美地呈现出来……我的想象与现实实现并无二致。”⁴⁷

47 1915 Autobiographical Sketch, 576.

然而，尽管有这些说法，那时的特斯拉不太可能明白交流电动机的一切。特别是，他可能不懂实际上如何使用两个或多个交流电。鉴于特斯拉在公园散步之前没有构建电机的第一手经验，他不太可能知道如何改装像贝利所做的那样的旋转开关，以控制来自两个电池的电流。同样重要的是，就此事而言，我非常怀疑特斯拉或任何其他电气发明者是否在1882年就能了解几个不同相位的交流电流是如何产生出旋转磁场的。⁴⁸ 如果我们仔细检查特斯拉1883年在斯特拉斯堡构建的第一台电动机（参见第三章），那么他在布达佩斯所取得的突破性进展在许多方面的局限性就会变得更加清晰。

48 事实上，据我所知，同相或异相交流电的概念直到1883年才出现在工程文献中，那是约翰·霍普金斯的一篇讨论在同一个电路中使用几个交流发电机问题的论文。参见：“Some Points in Electric Lighting,” in Original Papers by the Late John Hopkinson , ed. Bertram Hopkinson (Cambridge: Cambridge University Press, 1901), 1:57–83, on 67–69.

但不管怎样，在布达佩斯公园的散步是特斯拉的思想转折点。在那里，在西盖蒂的相伴下，凝视夕阳，特斯拉确实获得了对于如何在电动机中使用旋转磁场的某种理解。当时的设想可能是非常不完善的，然而特斯拉清楚地感知到他已经走在了成就大事的路上。他找到了职业生涯中的第一个宏大理念并决心全情投入加以充分利用。

这次散步也是他的情感转折点，因为他现在知道了自己的道路。在布达佩斯，他解决了由波西尔冒火花的电动机所引出的问题，并且在这个过程中，特斯拉确信了自己的创造力。“我实现了我所承诺担当的事情，并梦想自己名利双收，”他后来写道，“然而超越这一切的是我从中所受到的启示：其实我是一个发明家。这是我想成为的人物。阿基米德是我心中的英雄。我很钦佩艺术家的作品，然而从我心里来说，那些只是世界的影子和表象。而我认为发明家带给世界的创造物是真实可感、生动活泼而又有效实用的。”⁴⁹

49 1915 Autobiographical Sketch, A198.