特斯拉：电气时代的开创者

特斯拉在工作于振荡器的同时，也进行了另一组与照明系统开发有关的实验。在去欧洲之前，他的高频工作主要集中在开发新电灯以取代爱迪生低效的白炽灯。为了给新电灯供电，特斯拉打算以他新的振荡变压器来取代传统交流变压器；事实上，他的第一个有关振荡变压器的专利就是为一个电气照明系统服务的。¹⁹

19 NT, “Method and Apparatus for Electrical Conversion and Distribution,” U.S. Patent 462,418 (filed 4 February 1891, granted 3 November 1891).

但是为了创建一个可用的照明系统，特斯拉必须对连接到电容器的火花隙做一些改进。在振荡变压器中，火花隙发挥着行使电容器释放机制的重要作用。最初的火花隙是由两个彼此靠得很近的抛光的黄铜球构成的。在电容器一个充放电周期开始的时候，电流不能跳过两球之间的间隙，因而电荷累积在电容器中。一旦电荷足够多，堆积起来的电荷就会电离黄铜球之间的空气，并且就会有火花跳过间隙。当电流以火花的形式冲过间隙时，电路中也会辐射出电磁波。一旦电容器中的电荷被耗尽，火花就会熄灭，而充放电周期会重新开始。当然，为产生高频波，充放电周期每秒钟会发生数千次。

当特斯拉在研究就像赫兹用过的那种普通火花隙时，他意识到发射器所产生的电磁波序列是不稳定的，这是因为黄铜球之间的空气会不时地被电离，并持续会有弧光形式的电流流过。在火花隙中有这样的弧光效应是不受欢迎的，因为它意味着电荷在电路中流走了而不是累积在电容器中。因此，要想创建更规则的波列（甚至包括提高所产生的频率），就必须对火花隙中的条件进行仔细控制。²⁰

20 NT, “Means for Generating Electric Currents,” U.S. Patent 514,168 (filed 2 August 1893, granted 6 February 1894).

为让发射器产生出更规则的电磁波序列，特斯拉尝试了以各种设备来充当火花隙。由于当强永磁铁靠近时火花会熄灭，因此他打造了一个控制器，在其中火花隙与一个马蹄形磁铁垂直。特斯拉接下来尝试了几种位于两个可调节轮子之间的火花隙（后来被称为猝熄火花隙）。他还实验过把火花隙中的空气替换为氢气之类的气体，这类气体更容易被电离，因而能使火花跳得更频密；后来丹麦无线电先驱瓦尔德马尔·波尔森（Valdemar Poulsen）就此获得了专利，这个设计就被称为波尔森弧光灯。²¹

21 1892 Lecture, 209–212. 伊莱休·汤姆孙设计了一个采用磁铁来保护照明电路免受雷击的类似的设备；参见：David Woodbury, Beloved Scientist: Elihu Thomson, Guiding Spirit of the Electrical Age (New York: Whittlesey House, 1944), 124–125.

特斯拉也尝试了通过采用类似于前述蒸汽机–发电机组合中的机械振荡器来调整发射器所产生的波。最初他在这个振荡器中采用了需要几吨压力才会被压缩的超强钢弹簧，并仔细地用一个被蒸汽或压缩空气驱动的活塞来提供这种压力。然而，当特斯拉为了得到高频振动而加大蒸汽或空气的压力时，他发现钢弹簧断了，因此他把钢弹簧替换为空气弹簧。在空气弹簧中，当空气柱被压缩然后被释放时，活塞就被反推回来。²² （空气弹簧工作方式更完整的描述，参见图10.2。）

22 NT, “Meeting of the New York Electrical Society,” 138.

尽管这个机械振荡器不是特别适用于调整无线电灯系统中的发射器，特斯拉还是为之着迷。他后来在20世纪30年代回忆说：

我先前安装了……一个机械振荡器，目的是用它来准确地决定各种物理常数。这个机器被垂直固定在一个由弹性垫支撑的平台上，在压缩空气的作用下，它产生了绝对等步的振荡，也就是说，每个振荡有着严格相同的时间间隔……有一天，在我正在观察的时候，我不小心踩上了平台，机器传到平台上的振动也传到了我身上。我感受到了一种离奇的愉悦感，就让助手们也试一下。他们试了，也像我一样困惑而又满足。

然而，突然之间，特斯拉和助手们不得不处理一下本能的呼唤：“我们当中在平台上待得太久的一些人，感受到一种必须马上被满足的无法形容而又迫切的需求”，即冲到厕所里大解。然而，从不错失新机会的特斯拉在其中看到了他的新发明的一个应用，因为他意识到是快速振荡在帮助食物快速通过肠道，那么振动平台可以用于治疗消化系统疾病。“我意识到了一个惊人的事实”，于是“我与助手们开始实践机械疗法 。我们以前习惯于快速吃完饭就冲回实验室，结果落下了消化不良和各种胃病、肝胆疾病、便秘、肠胃胀气和其他不适。所有这些都是不规则生活习惯的自然后果。但仅在应用了一周之后，我改善了技术而助手们也学会了如何让治疗发挥出最大优势，各种形式的疾病就都神奇地消失了。在将近四年的时间里，在我们用这台机器的时候，我们的健康状况都极好”。²³

23 NT, “Mechanical Therapy,” undated typescript, 184–187, on 185 in “Tesla Papers, Columbia” folder, Box 1, Anderson Collection, and http://www.rexresearch.com/teslamos/tmosc.htm .

除了助手之外，特斯拉还邀请实验室的参观者尝试机械疗法，其中包括马克·吐温。特斯拉在塞尔维亚的成长时期读过吐温的书，并且可能是在德尔莫尼科的晚餐中或者是在玩家俱乐部（The Players）认识吐温的（参见第十一章和第十二章）。

从吐温这一面来说，他之所以会对特斯拉感兴趣，是缘于他与自动排版机的发明者詹姆斯·W. 佩奇（James W. Paige）的过往。吐温沉迷于使用机器为书籍和报纸排版的可能性，认为那种机器将会价值数百万。他在1880年首次听到佩奇的发明，就马上投资了5000美元助其开发。到1887年，他已为排版机累计投资了50 000美元，并且每月继续投入大约3000美元。但除了要仿造出人工排版机的行为之外，佩奇还有意用电动机来为他的机器提供动力，并于1887年说服吐温再特别为开发电动机投资1000美元。吐温记道：“我们尝试了直流电，但失败了。我们想尝试交流电，但没有设备。”因此当吐温知道特斯拉完善了交流电动机时，他非常兴奋，并在1888年11月的日记中记道：“我刚刚看到了一个电机的图纸和描述，这个电机后来被一位特斯拉先生申请了专利并卖给了西屋公司，并且它彻底改变了整个全球电气业。这是电话发明以来最有价值的专利。图纸和描述在每一个细节上都表明这正是佩奇在四年前差一点就发明出来的那台 机器。”²⁴

24 See Robert Pack Browning et al., eds., Mark Twain's Notebooks & Journals, vol. 3, 1883–1891 (Berkeley: University of California Press, 1979), 431. 吐温于1889年买下了佩奇排版机的专利权并继续支持佩奇的开发工作，不过佩奇的机器没能成功地竞争过奥特马尔·默根特勒（Ottmar Merganthaler）的整行铸造排字机（Linotype machine）。佩奇排版机和其他几个不良投资一起令吐温于19世纪90年代破产。参见：Stephen Railton, “MT and the Paige Typesetter,” http://etext.virginia.edu/railton/yankee/cymach6.html and John H. Lienhard, “No. 50: The Paige Compositor,” Engines of Our Ingenuity, http://www.uh.edu/engines/epi50.htm .

19世纪90年代早期的某个时候，吐温成了特斯拉实验室的常客，他在那里尝试了特斯拉的机械疗法。特斯拉回忆说：“他刚来实验室时身体情况很糟，经受着各种痛苦和危险的疾病。不过在短短两个月之内，他就恢复了往昔的活力以及尽情享受生活的能力。”²⁵

25 NT, “Mechanical Therapy,” 186.

为更好地了解共振，特斯拉几年后在休斯顿街的实验室用机械振荡器进行了另一项实验，结果导致了人工地震。到那时，他已经开发出了一个“能放在大衣口袋中的”小得多的版本。他解释说：

我在做振动实验。我开着一台机器，想看一下能否使之与建筑物的振动谐振。我逐步提高机器的振动频率。这时听到了一个特别的断裂声。

我问助手哪来的声音。他们不知道。我把机器的频率提高了几个等级。这时听到了更大的断裂声。我知道我就要接近钢建筑的振动频率。我把机器的频率又提高了一点。

突然之间，地上所有的重型机械都飞动了起来。我抓起一把锤子，打破了机器。不然的话，整栋建筑就会在几分钟之内一下子塌掉。外面的街上一片混乱。警察和救护车都来了。我告诉助手什么都不要说。我们告诉警察那肯定是一场地震。那就是当时他们所了解的全部情况。²⁶

26 Earl Sparling, “Nikola Tesla, at 79, Uses Earth to Transmit Signals,” New York World-Telegram , 11 July 1935, “Nikola Tesla: Mechanical Oscillator,” http://www.rexresearch.com/teslamos/tmosc.htm . 探索频道的《流言终结者》节目第60集（2006年8月30日播出）检视了特斯拉关于他创造出“地震机”的声明。他们在一座建于1927年的桥上测试了被称为机械共振的物理现象。尽管他们在多米开外能感觉到桥在振动，然而没有发现“特别剧烈”的效应。参见：http://dsc.discovery.com/fansites/mythbusters/episode/episode-tab-05.html .