特斯拉：电气时代的开创者

但是特斯拉不满足于听任由威斯汀豪斯和亚当斯来商定传输系统的选择问题。特斯拉回想起儿时开发尼亚加拉的梦想，认定应当用他的多相系统来传输电力。正如他后来在1917年解释的：“当我听说像开尔文男爵和W. C. 昂温（W. C. Unwin）教授这样的权威人士为从尼亚加拉瀑布到布法罗的电力传输提出了这样的建议（一个说直流电系统而另一个说压缩空气）时，我认为再任由事情这样走下去是很危险的，于是就去见了亚当斯先生。”²³ 特斯拉会见了亚当斯，并在1893年的头几个月里与他保持通信。

23 NT, Edison Medal Speech.

在会见了亚当斯之后，特斯拉回顾了发电站的计划，并提议大瀑布公司不应当以每分钟150转的频率来运行涡轮机和发电机（如昂温所提议的），而应当是以250转（如西屋的施密德所提议的）。特斯拉不赞成低转速，是因为那将毁坏发电站中发电机所构成的那幅壮丽景象：“如果要降低速度，那么就有必要……把发电机的直径做得相当大，那么机器和墙之间就只能留出更小的空间，并且我想这么壮美的机械也一定会有元首们来看，所以那绝对不好。”²⁴

24 NT to EDA, 9 January 1893, National Grid Collection. W. C. 昂温是伦敦的一位工程学教授，并且跟开尔文一样，也是亚当斯所设立的国际尼亚加拉委员会的成员。

尽管亚当斯算得上是一位电气行业的密切观察者，他还是询问了特斯拉该领域的最新进展。比如说，亚当斯就很困惑于欧洲电气公司为什么会突然从推行多相交流电转向推广单相交流电。欧瑞康和德国电气公司起先不是在法兰克福用的多相交流电吗？在特斯拉看来，问题的答案是赫利俄斯公司正在德国用他的专利来起诉侵权者。特斯拉在1893年3月给亚当斯写信说：“我丝毫不怀疑，除了我公司授权的赫利俄斯公司，所有其他公司将不得不停止制造多相电动机。赫利俄斯公司正采取最积极的方式向侵权者提起诉讼。正是由于这一原因，我们的对手无路可走只好选择单相系统，所以才会这么快改变主意。”²⁵

25 NT to EDA, 2 February 1893, National Grid Collection.

亚当斯发现特斯拉的回复是靠谱的，并要求他综述一下电气工程期刊上关于交流电的各种文章。特斯拉以效率低下或不切实际为由否定了其他人在文章中所提议的计划，并不时强调他自己电动机的优点。正如他向亚当斯解释的：

比起直流机来说……运行［我的］没有换向器和电刷的机器要容易得多……更不要说这些机器的完美简单性优势所能带来的长期好处。

在常见的实际条件下，任何系统都完全不可能比得过这台简单到极致的电动机……这是我的电动机的第三种形式。对手们从来都没能以一个好的理由来批评我电动机的这种形式，因为这是迄今为止所有电机当中最有效的形式。我已经展示过，在适宜的条件下，在这种机器中可获得97%的能效。²⁶

26 NT to EDA, 6 February 1893, National Grid Collection.

特斯拉把写信给亚当斯看作是推进多相系统的机会，而亚当斯则视通信为获取业内信息的方式。到1893年3月，亚当斯对于专利状况越发特别担心起来。尽管西屋公司声称特斯拉的专利能让他们独家掌控多相交流电，然而情况远未那么清楚。通用电气一直都在通过利用伊莱休·汤姆孙的研究和从包括查尔斯·S. 布拉德利（Charles S. Bradley）在内的几个发明者那里购买交流电专利来开发自己的多相技术。模糊不清的专利状况警示了大瀑布公司的首席专利律师弗雷德里克·H. 贝茨。他在1893年3月警告亚当斯说，如果使用特斯拉的专利，公司就有可能卷入与通用电气的专利诉讼当中。²⁷

27 F. H. Betts to [EDA], 11 March 1893, quoted in Adams, Niagara Power , 2:241.

为了获取对专利情况的一些看法，亚当斯又找了特斯拉。在贝茨警告亚当斯的第二天，特斯拉向亚当斯提供了他对通用电气手中汤姆孙和布拉德利专利的评估：

汤姆孙的专利……跟我在1888年基础专利中所揭示的旋转磁场的发现以及电力传输系统的全新特性绝对没有关系……

至于布拉德利的专利……我想对其历史和关系做一个彻底检查应该能给你所担心的问题一个交代。我已经丝毫不带个人偏见地做了这样一个检查，它将令你相信在其最早的专利中并无全新电力传输方法的任何蛛丝马迹。²⁸

28 NT to EDA, 12 March 1893, National Grid Collection.

虽然亚当斯对于特斯拉“丝毫不带个人偏见”地评估布拉德利专利的声明很可能心存疑虑，但亚当斯从这封信中得到的信号是，特斯拉和威斯汀豪斯相信他们在法律地位上占优势，并且他们将积极扞卫其专利。

亚当斯也想知道为什么在1893年3月各自提交的计划中西屋鼓吹二相系统而通用电气鼓吹三相系统。在二相系统中，发电机产生出两个相位差为90度的电流；而在三相系统中，发电机产生出三个相位差为60度的电流。在两种系统中，电流都通过分离的电路传输，然后在用电点组合起来以运行电动机。在回答亚当斯的询问时，特斯拉推荐了二相电流。特斯拉此前在专利和出版物中强调了三相电流，这在很大程度上是因为他发现三相电流相对二相电流来说能在电动机中产生出更均衡的旋转磁场。为了其专利，特斯拉个人对于鼓吹三相电流更感兴趣。然而现在，他告诉亚当斯使用二相电流会有实际上的优势。正如特斯拉指出的，二相电流的一个关键优势是，西屋公司已经发现其中每个电流能被独立出来为单相白炽灯供电。对于大瀑布公司来说，这意味着对于新尼亚加拉电厂的巨量产出还有另外一种销售方式。因此，公司最终决定对本地电力分配用二相电流，而对长途传输用三相电流。²⁹

29 NT to EDA, 21 March 1893; NT to E. D. Adams, 12 and 22 March 1893, National Grid Collection; Adams, Niagara Power , 2:235–236.

不过在亚当斯就二相还是三相系统等事宜从特斯拉那里探询信息的时候，他还没有打定主意。正如尼亚加拉项目的官方历史所写的：“为了能在国内外最新经验的指导下选择所产生电流的类型，相关决定直到最后一刻才被做出。”让特斯拉非常沮丧的是，亚当斯仍在考虑使用直流电的可能性，这是因为以10 000—20 000伏特的电压还是有可能用直流电把电力有效传输一段距离。亚当斯发送给特斯拉的一个这样的计划是由一位直流电的“著名倡导者”提出来的。亚当斯之所以会趋向于认真考虑这样一个直流电计划，可能是因为委员会成员开尔文男爵在坚持推介直流电，并且开尔文在1893年5月给亚当斯发电报说：“相信你能避免采用交流电这一巨大错误。”³⁰

30 Adams, Niagara Power , 2:233–235.

在特斯拉看来，如果大瀑布公司采用直流电反而会是一个更大的错误。为了说服亚当斯这一点，特斯拉首先争辩说，电力的产生和传输从根本上来说是交流的：

我希望你不要把“著名倡导者”的声明太当一回事。为了看清此人的毫无经验和其观点的荒谬，你只需认识到所有电力传输都是交流的就行了。直流电系统的过程是这样的。我们在机器中产生出交流电（现在在用的所有机器都是这样的），再用换向器和电刷的方式将之改造成直流电。从导线中送来的直流电也不能直接驱动电动机，而必须在电动机中再次用换向器和电刷将之变成交流电。现在我的系统所能做到的是，在发电机和电动机中都移除换向器和电刷，而功能不受影响。总的来说，这使得系统更简单、更廉价也更有效。然而这些只是顺带产生的优势。而主要的增益包含在这些特性中：绝对恒定的速度、高压下绝缘的便利性、转换为任意电压的简易性，以及通往沿途所有用电点导线的［原文无法辨识］的便利性。这些特性在直流电系统中实际上是无法实现的，特别是当预期要传输很长的距离时。事实上，我认为如果硬要执行这样一个计划的话，那将无可挽回地成为商业上也许再加上技术上的失败。当然如果有充足的资本支出，无论多么荒谬的计划都能执行。不过这里的问题是，要达成实际商业上的成功，那么无论如何都要用最好和最安全的电气设备。

接下来，根据自己的实际经验，特斯拉争辩说，高压直流电系统将遇到严重的问题：需要大量额外的绝缘处理，难以避免电流变化，并且需要额外设备（可能是电动机–发电机组合）以使电流适用于不同的照明和动力应用。

我想很少有工程师做出过10 000伏特的直流机。我从为某些实验目的而构建此类机器的过程中获得的经验是，它们总是会出各种故障。原因在于，换向器的存在使得绝缘很困难。人们已经发现要成功操作弧光灯是不可行的（它们用到了超过4000伏特的直流电，而如果要用20 000伏特的话，那么直观地说，其困难将增大至25倍）。当使用太厚的绝缘层时，机器的效率就会降低，并且最糟的是，机器将变得难以调节而不能适用于其目的。你用这种机器提供的电力对于很多用途来说是不可用的，比如说电气照明。可能，并且是非常可能，其中会有20%的电流变化，而你都承受不了2%—3%的变化，因为这将使得照明效果不能令人满意。在更小的机器中所产生的这种变化则更加不能忽视。假定所有这些本质的困难都被解决了，你离商业上的成功还是很远。你将无法完成沿途连线的计划（至少将会是非常困难的），并且在这种情况下你将不得不在每一地点使用两台机器，因为你不能期望在一台机器中有两个绕组，那行不通也很危险。维护的成本将不可小视。我想客观地估算一下，就算用两倍的资本支出，你也不可能做到以足够的安全性来运作这样一个系统，更不要提上述所说的一些不可克服的困难。让“著名倡导者”来完成这样一个系统吧，他将得到他应得的报酬。

在结束的时候，特斯拉延伸了亚当斯的梦想，不只是要把尼亚加拉的电力传输到布法罗，还要传输到全纽约州包括纽约城。特斯拉提醒亚当斯说，他知道他的“要在比布法罗更远的距离范围内使用电力的筹划——这也恰是我一直在考虑的事项。采用交流电系统，你将取得绝对的毫无疑问的成功”。³¹

31 NT to EDA, 26 March 1893, National Grid Collection.

1893年5月，亚当斯和大瀑布公司就其在尼亚加拉采用哪项技术宣布了他们的决定。在特斯拉论证的影响下，亚当斯宣布尼亚加拉将采用二相交流电。³² 并且尽管亚当斯已得出结论西屋对于建造其所需的大型设备的准备工作做得更好，他还是再次拒绝了通用电气和西屋两家所提交的计划。在某种程度上，拒绝的原因可能是在通用电气工程办公室找到了西屋设计蓝图这一事实；商业间谍的指控满天飞，因此亚当斯可能想与这两家公司撇清关系。但拒绝的另一个原因是，尼亚加拉委员会的另一成员乔治·福布斯（George Forbes）教授正在制定自己的发电机设计，并且鼓动大瀑布公司用他的计划。

32 NT to EDA, 11 May 1893, National Grid Collection.

西屋公司仍然决定要拿下尼亚加拉合同，因此在1893年夏的芝加哥世博会上使出全身解数，展示了一个全面完整的交流电系统。在博览会上特斯拉有自己的个人展览，他通过展示其早期电动机、哥伦布蛋装置、振荡变压器以及一系列新电灯强调了交流电的神奇和潜力。³³ 而且特斯拉的个人展览也帮助把参观者的注意力吸引到所有用于博览会供电的西屋设备上。为了给博览会上所有的白炽灯供电，西屋安装了24台500马力单相60赫兹发电机。这些发电机被成对安装在单个轴上以便为特斯拉电动机电路提供二相交流电。为了给电气铁路供电，西屋的工程师用旋转变流机把交流电变成500伏特的直流电。该网络中也用了变压器来提升或降低电压，以满足使用特斯拉电动机的不同应用所需。这是用交流电同时服务于电气照明和动力应用的第一个系统。西屋在世博会上的这一展示让来自美国和欧洲的电气工程师们相信交流电已是大势所趋。³⁴

33 TCM, Inventions, Researches, and Writings , 477–485.

34 Passer, The Electrical Manufacturers , 281–282.

同时，特斯拉代表多相交流电继续进行说服亚当斯的工作。结果是亚当斯在1893年10月授予西屋建造发电机的合同。福布斯的计划一到了西屋那里，就被拉米作了大幅修正。为确保在将来还能把两大电气制造商都用上，亚当斯也授予通用电气另外一个建造从尼亚加拉到布法罗30公里传输线的合同。尽管结果是不得不与通用电气分享尼亚加拉的业务，西屋的高管们也没有忘记是特斯拉帮他们获取了这项业务。正如1893年11月一位西屋经理祝贺特斯拉时所说的：“一想到世界上最大的水力资源将为你匠心独创的系统所用，这对你来说必定是足可欣慰的。你的成功正逐步展露出来……继续努力吧。”³⁵

35 Ibid., 290–292; Lamme, Autobiography , 64–66; Chas. A. Bragg to NT, 10 November 1893, Folder 7, Box 18, KSP.

从1893年到1896年，亚当斯和兰金都一门心思地在监督发电站的建设，该发电站最终会拥有10台西屋发电机，每台额定5000马力。为设计发电站的建筑以及几十间员工房屋，亚当斯聘请了著名建筑师斯坦福·怀特（Stanford White）。由于新发电站将发送超出先前任何电站四倍之多的电量，亚当斯和兰金开始展望用多相电流把电力分配给更广泛的区域，首先是到纽约州内布法罗附近的其他城市，然后甚至到更远的地方。正如兰金宣告的：“如果以适度的商业利润向奥尔巴尼传输电力行得通的话，那么勇于实践的人们不会就此打住，而是倾向于按照尼古拉·特斯拉的大胆预期，去试探着在一个方向的线路上把100 000马力的电力发送450英里到纽约，而在另一个方向上发送500英里到芝加哥，以供应这些超级社区的需求。”³⁶ 我们将看到，亚当斯和兰金对特斯拉的超凡技术印象相当深刻，以至于他们在1895年帮他设立了一间用以推广其无线电力发明的公司（参见第十一章）。

36 P. M. Lincoln, “Some Reminiscences of Niagara,” Electrical Engineering , May 1934, pp. 720–725, on 720; Rankine, Memorabelia of William Birch Rankine , 28–30.

尼亚加拉发电站于1896年11月开始向布法罗传输电力，并且在下一个十年内，靠尼亚加拉电力来运行的机器遍及全纽约州。在大瀑布公司所揭示的这种发展潜力的激发下，兰金在瀑布的加拿大一边启动了另一间公司来建造一个类似的发电厂。在尼亚加拉瀑布发电厂所取得成功的带领下，美国和欧洲的公用设施行业转向了多相交流电的使用；现如今，多相交流电已成为当今世界多数地区电力分配所用的标准电流。³⁷

37 Norman R. Ball, The Canadian Niagara Power Company Story (Erin, Ontario: Boston Mills Press, 2006); William J. Hausman et al., Global Electrification: Multinational Enterprise and International Finance in the History of Light and Power, 1878–2007 (New York: Cambridge University Press, 2008), 18.

纽约的报纸着迷于尼亚加拉瀑布自然奇观被交流电的技术奇观所取代这一想法，因此对尼亚加拉发电站和特斯拉大加赞扬。³⁸ 非常可以理解的是，人们进而认为是特斯拉与西屋公司合作设计了这个新系统。尽管特斯拉并没有设计尼亚加拉所用的系统，然而他在瀑布开发一事中起到了深刻而又微妙的作用。特斯拉明确地提出了使用多相交流电传输巨量电力的理念，并承担了帮关键决策者爱德华·迪安·亚当斯理清想法的任务。通过与亚当斯的信件交流和会面，特斯拉不只是提供了技术数据，还鼓起了亚当斯之支持交流电所必需的信念和价值观。通过与亚当斯的通信和对话，特斯拉在使交流电被用于尼亚加拉乃至全球这一事件中扮演了决定性角色。

38 David E. Nye, American Technological Sublime (Cambridge, MA: MIT Press, 1994), 13–15, 21–23, 135–137.

尽管记者们不一定清楚在说服亚当斯使用多相交流电的背后特斯拉付出了多少努力，然而他们确实认识到是他把使用多相交流电远距离发送大量电力的基本概念引入到了电气工程实践当中。《纽约时报》视尼亚加拉的开发利用为“19世纪无可匹敌的工程胜利”，并在1895年7月评论说：

可能这个宏图大业故事中最浪漫的部分是这位令此事业成为可能的人中之龙的生涯……他出身卑微，几乎是在尚未完全年富力强之前，就已走到了全世界伟大科学家和探索者的前列，他就是——尼古拉·特斯拉……

就算是现在，大众也更倾向于认为他是一位怪异实验效果的制造者，而不是一位务实致用的发明家。然而科学界和商业界人士却不这么看。在这些人那里，特斯拉受到了恰当的欣赏、尊重甚至可能是嫉妒，因为对于那个耗费了最伟大电科学家们过去二十年时间与脑力的问题，他已向世人展示了一个完整的方案——换句话说，也就是成功地解决了电力远距离传输的问题。³⁹

39 “Tesla's Work at Niagara,” New York Times , 16 July 1895.

因此交流电在尼亚加拉的成功对于特斯拉建立其作为美国顶尖发明家的声望起到了重要作用。基于从尼亚加拉获得的声名，我们的魔法师现在准备要推出一种甚至更为卓越非凡的电力分配系统。