特斯拉：电气时代的开创者

对这台突破性的电动机满怀激动的特斯拉于1887年夏末邀请布朗，他那具备技术头脑的资助人，来看他演示。不过在布朗观看了铁罐在原型中旋转之后，特斯拉现在面临的挑战是说服资助人旋转磁场可作为商业实用的交流电动机的基础。为什么他们要把钱投入到一个旋转的铁罐？开发交流电动机对我们来说可能是显而易见的，然而1887年的电气专家们可不这么看。要理解为什么是这种情况，我们需要探讨一下19世纪80年代电气工业的形势。

一方面，佩克和布朗可能会因为电气界中对于在中心电站使用电动机日益增长的讨论而对特斯拉的电动机研究感到欣慰。19世纪80年代中期，随着中心电站数量的增长和公用设施行业竞争的加剧，中心电站运营者们开始对通过增加电动机业务来扩展客户群产生兴趣。中心电站运营者们一边可以继续在夜间为照明供电，另一边则可以把电动机作为在白天向工厂和有轨电车线路销售电力的方式。作为响应，电气制造公司在产品线中增加了电动机。到了1887年，在该领域有15家公司，总计产出10 000台电动机。²⁵ 如果中心电站能用电动机向工厂分送电力，那么可能一种新的高效电动机就能帮助佩克和布朗分配从他们雄心勃勃的海洋蒸汽计划中产生的电力。²⁶

25 Louis C. Hunter and Lynwood Bryant, A History of Industrial Power in the United States (Cambridge, MA: MIT Press, 1991), 3: 210.

26 正如特斯拉多年以后所说的，佩克和布朗把海洋蒸汽跟他的电动机联系了起来：“他们想，如果能用我的系统经济地远距离传输能量，并且海洋电厂的成本能大幅度下降的话，那么这种取之不尽的蒸汽资源就能被成功利用。”(NT, “Our Future Motive Power,” 78.) 在佩克和布朗的鼓励下，特斯拉显然进行了相关的热力学研究，并且后来发明了自己的使用来自地壳的热能而不是海洋温差的系统。

另一方面，佩克和布朗对特斯拉开发交流电动机的想法非常犹豫，因为19世纪80年代中期美国几乎所有的中心电站都使用直流电，而不是交流电。²⁷ 19世纪70年代末，一些法国电气发明者（还有美国的伊莱休·汤姆孙）实验过在弧光灯照明系统中使用交流电。交流电吸引这些发明者，是因为采用交流电，他们就能用一个基本的变压器解决如何用一台发电机同时向几个弧光灯供电这一基本问题；这就是19世纪70年代电气技师所称的“电灯分路问题”。然而，当克利夫兰的查尔斯·布拉什推出了带有改进的发电机和调节器的直流弧光灯照明系统时，美国的电气技师们就转向了直流电系统的开发。采用直流电，企业家们能建立中心电站向几十个美国城市提供弧光灯和白炽灯照明。²⁸

27 “Tesla's Egg of Columbus,” Electrical Experimenter 6 (March 1919): 774–475ff., on 775.

28 Carlson, Innovation as a Social Process , 81–82, 87–108.

不过在欧洲，交流电并没有被遗忘，那里的发明者改善了变压器；在单个铁芯上缠绕两个不同的线圈，就能提升或降低交流电的电压。并且他们很快就开始以各种方式来使用这个新设备。例如，1883年在伦敦，吕西安·戈拉尔（Lucien Gaulard）和约翰·吉布斯（John Gibbs）用了最早的一个变压器把弧光灯和不同的白炽灯串联到一个大的发电机。²⁹ 大约同一时间在布达佩斯，特斯拉在甘兹公司遇到的工程师，济佩尔诺夫斯基、布拉蒂和德里（ZBD），看到交流电可用于开发能在更广阔区域提供服务的白炽灯照明系统。通过让发电机产生高压交流电，他们发现能用更细的铜线远距离分送电力。为保护客户远离高压，在电流进入住宅和商店前，他们用变压器降低电压。几年之内，ZBD系统被用于欧洲好几个城市的照明。戈拉尔–吉布斯和ZBD系统都采用单相交流电，因为那对于确保想要的电压变化来说已经足够了。³⁰

29 Hughes, Networks of Power , 87–91.

30 Ibid., 95–97.

欧洲交流变压器的工作很快引起了精明的美国电气企业家的重视。在1885年的一次出国旅行中，汤姆孙–豪斯顿的查尔斯·A. 科芬（Charles A. Coffin）了解了ZBD系统。他回来后，力促汤姆孙恢复其交流电工作。1886年，爱迪生的欧洲代理警告称，他们正在与甘兹公司竞争照明合同，并且他们说服爱迪生机构要确保对ZBD系统在美国专利的使用权。³¹

31 Carlson, Innovation as a Social Process , 251–252; Passer, The Electrical Manufacturers , 172.

但是美国企业家中对交流变压器最感兴趣的是乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse，1846—1914）。威斯汀豪斯在纽约斯克内克塔迪他父亲的机器车间学习过，在他身上体现了技术天才和商业头脑的独特结合。威斯汀豪斯不仅能够开发空气制动器和改进的铁路信号系统，他也同样擅于运营公司以大规模制造和营销这些创新产品。1884年，威斯汀豪斯开始对电气照明感兴趣，起初是作为其联合开关与信号公司扩大经营范围的一种方式。其中第一步是，威斯汀豪斯雇佣了拥有白炽灯和自调节直流发电机专利的小威廉·斯坦利。

起初，威斯汀豪斯仅仅旨在开发一个类似爱迪生的直流电系统，但在1885年春，他在《工程》期刊上读过戈拉尔和吉布斯的交流变压器系统之后就被之吸引了。³² 威斯汀豪斯感到再开发多一个直流电系统的回报是有限的，因此决定开辟一个全新的方向。特别是，他想是不是能用交流电在爱迪生机构无法服务的辖区设立中心电站。由于发电机和铜线分配网络的高成本，因此爱迪生机构只能把系统销售到具有人口密集中心区的大城小镇；爱迪生中心电站要盈利的话，必须位于能服务众多家庭和企业的地区。威斯汀豪斯相信利用交流电可以实现规模经济；采用变压器，可以提升电压，在更广阔的地区分配电力，进而服务更多的客户。他的交流电系统会被设计得在人口分散的城镇也能盈利。

32 “Electric Lighting at the Inventions Exhibition,” Engineering (London) 39 (1 May 1885): 454–460.

威斯汀豪斯一旦看到交流电的潜力，就果断地行动起来。他派副手吉多·潘塔莱奥尼（Guido Pantaleoni）到欧洲去获得对戈拉尔–吉布斯系统的使用权。1885年夏，威斯汀豪斯订购了几台戈拉尔–吉布斯变压器并运送到匹兹堡的工厂，并且要求斯坦利设计一个交流白炽灯照明系统。³³ 斯坦利工作于马萨诸塞州大巴灵顿的一间小实验室，开发出变压器的一个实用设计，并证实了变压器应当与发电机并联的想法，而不应当像戈拉尔和吉布斯那样串联。为了展示其变压器的价值，斯坦利于1886年3月在大巴林顿沿街的树上布线以向家庭和企业提供交流电。³⁴ 建立在斯坦利演示系统的基础上，西屋公司紧接着于11月在纽约州布法罗安装了第一个商用交流电系统。汤姆孙–豪斯顿决心跟上西屋，于1887年5月在林恩电灯公司安装了一个交流电系统。到年底，汤姆孙–豪斯顿又安装了另外22个系统。³⁵

33 Passer, The Electrical Manufacturers , 131–132.

34 George Wise, “William Stanley's Search for Immortality,” American Heritage of Invention & Technology 4 (Spring–Summer 1988): 42–49; Bernard A. Drew and Gerard Chapman, “William Stanley Lighted a Town and Powered an Industry,” Berkshire History 6 (Fall 1985): 1–40; Laurence A. Hawkins, William Stanley (1858–1916): His Life and Work (New York: Newcomen Society, 1951).

35 Carlson, Innovation as a Social Process , 259.

电气工程界对1887年期间交流电照明系统的迅速发展非常关注。在1887年1月《电气世界》的技术发展现状年度评论中，交流变压器还只是被简略提及，而该期刊在1888年1月的年度评论中，采用变压器开发的照明系统已被视为最重要的突破之一。³⁶

36 在1887年1月，《电气世界》评论说：“采用次级发电机［即变压器］形式的分配系统终于在这个国家有了立足之地。如果所有其预期的前景都实现了的话，那么用不了多久它就能获得大众的广泛拥护。”参见：Joseph Wetzler, “The Electrical Progress of the Year,” Electrical World 9 (1 January 1887): 2–3. 一年之后，还是这个韦茨勒写道：“这一年电气照明的显著特征在于已产生或设计的采用感应变压器形式的分配系统的数量。在这其中最突出的是西屋系统。”参见：“The Electrical Progress of the Year 1887,” Electrical World 11 (14 January 1888): 18–19.

电气界如此着迷于交流电，不是因为他们确信交流电是未来的技术，而是因为他们看到了理想与现实之间的严重差距。确实，在理想情况下，交流电应当能让中心电站把电力分配给更多数量的客户，然而实际上这还远远没有实现。照1887年底的情况看，交流电展示出的既有商业机遇，也有重大的技术问题和风险。尽管变压器能提升和降低电压，然而西屋和汤姆孙–豪斯顿的工程师们发现很难设计出高效的变压器。其他批评者则担心大型交流发电站的成本。西屋声称交流电的主要优势是能在城市郊外建立产生廉价电力的大型电厂。爱迪生和许多中心电站运营者熟知筹资建设电站的困难，他们相信大型交流电站建造成本太高，而光是投资的利息就会抵消运营利润。³⁷

37 TAE to Villard, 11 December 1888, LB881112, p. 354, Edison National Historic Site (ENHS), West Orange, NJ.

还有另一个担心是安全。爱迪生和他的同事们花了大量时间试图为其低压系统找出更好的绝缘材料，而他们压根不相信西屋能安全地保护人们免受高压冲击。³⁸ 最终，几个评论家指出，西屋和汤姆孙–豪斯顿推行的交流电系统没有直流电系统那么方便和多功能，两家公司都没有电表能测量每个客户以及为工厂和有轨电车供电的每个电动机用了多少电。在全面研究了交流电的优缺点之后，爱迪生总结了交流电的问题并评论说，它简直“不值得实干家关注”。³⁹

38 TAE, “Reasons against an Alternating Converter System,” N860428, pp. 261–265, ENHS.

39 TAE to Villard, 24 February 1891, Box 63, Folder 475, Villard Papers, Baker Library, Harvard Business School, Boston.