沃登克里弗的实验室
带着从摩根那里获取的资金，特斯拉热切地开始计划一个能证明其无线电报的新实验室。为了设计这个新实验室，特斯拉找到了他的朋友斯坦福·怀特。怀特勾勒出一栋壮观的30×30米的单层砖建筑，建筑中央有一个高烟囱（图14.1）。尽管该建筑主要是功能性的，然而怀特也提供了拱形窗，还在烟囱上装饰了一个铸铁井口——这个灵感来自他在意大利的所见。怀特估计实验室的建设将耗资14 000美元。47
47 关于这个迄今仍然屹立的实验室建筑的细节，参见以下报道：The Port Jefferson Echo , 2 August 1901 and February 1902, quoted in Natalie Aurucci Stiefel, Looking Back at Rocky Point: In the Shadow of the Radio Towers , vol. 1, http://www.teslasociety.com/warden.htm . See also Leland M. Roth, McKim, Mead & White: A Building List (New York: Garland, 1978), entry 818, p. 148; Stanford White to NT, 26 April 1901, in Seifer, Wizard , 262.
图片来源：从Christopher J. Bach, Architect授权复制。
特斯拉拿到了设计规划，现在必须选择在哪里建立新的无线实验室。他稍微考虑了一下把实验室放在尼亚加拉瀑布附近以传输那里产生的过剩电力的想法，但很快就专注于在靠近纽约的大西洋海岸选一个位置。当特斯拉要开辟一个新实验室的消息传出去以后，俄亥俄州的一位律师和银行家詹姆斯·S. 沃登（James S. Warden）找到了他，沃登当时已搬到了长岛北岸的萨福克县。沃登相信从杰斐逊港到威丁河的长岛铁路北部分支的最近扩展会导致房地产的繁荣，于是在小村庄伍德维尔兰丁（Woodville Landing）附近购买了647公顷农田。沃登的物业位于离纽约100公里处，快速火车能在一个半小时之内到达。沃登希望能将之打造成一个吸引纽约人的避暑地，就把他的物业命名为沃登克里弗（Wardenclyffe）。
沃登预计特斯拉可能要雇佣2000—2500名工人，其中许多人需要房子，因此他为特斯拉的实验室在火车站对面提供了80公顷土地。特斯拉于1901年8月接受了沃登的提议，并在次月开始建造。为了监督建设过程，特斯拉经常会到现场出差，乘火车上午十一点到达并待到下午三点半。在这些检查出差中，陪伴他的经常是一位塞尔维亚男仆，男仆会带着一个装满由华尔道夫–阿斯托利亚酒店厨师准备的食篮。建设一俟完成，特斯拉就住进了一间租来的小房子里。48
48 Mervin G. Pallister, “A History of the Incorporated Village of Shoreham,” 4 July 1976, and Mary Lou Abata, “History of Shoreham,” 1979, both available at http://www.shorehamvillage.org/Shoreham_History/History_home.html ; “Mr. Tesla at Wardenclyffe, L.I.,” Electrical World and Engineer 38 (28 September 1901): 509–510 in TC 16:40; The Port Jefferson Echo , 2 August 1901, in Stiefel, Looking Back at Rocky Point ; Leland I. Anderson, “Wardenclyffe—A Forfeited Dream,” Long Island Forum (August and September 1968), http://www.teslascience.org/pages/dream.htm ; “Tesla Judgment Filed: Inventor Had Paid Lawyer with Promissory Note,” New York Times , 14 June 1925; O'Neill, Prodigal Genius , 205. 沃登克里弗这个名字没有被使用很久。1906年，特斯拉实验室附近的村庄改为现在的名字肖勒姆（Shoreham）。
特斯拉把沃登克里弗实验室的内部划分为四个大的房间：机器车间、锅炉室、蒸汽机和发电机室，以及电气室。机器车间位于面对火车站的一侧，配备有众多设备：铁匠炉、车床、钻床、铣床，以及刨床（图14.2）。特斯拉安装这些机床是预见到他将需要为新系统制造许多组件。在锅炉室和蒸汽机室有两台锅炉，它们把蒸汽提供给一台400马力的西屋往复式蒸汽机，蒸汽机被直接连到一台专门设计的发电机。此外，蒸汽机室还另外配备有一台照明用发电机、一台空气压缩机，以及多个水泵。幸存的照片显示，在建筑中央机器车间的上方有一个阳台。此外，照片显示，特斯拉不仅坚持用高质量的设备，也注重美观的木工等细节（图14.3）。
图片来源：pbs.org/tesla/ll/td_towint_pop.html
在水银断续器和控制面板上显示有华丽的木艺装饰。在后部可看到西屋发电机。楼梯可能是通往跨越建筑中央的走廊或阳台。
图片来源：tesla-coil-builder.com
实验室里最大的空间是电气室，它占据建筑靠塔一侧的一半空间（图14.4）。这里的设备包括四个巨大的可运作于60 000伏特的西屋变压器、四个大的电容器、一个机动水银整流器，以及一个特制的控制单元。根据特斯拉的描述，这个控制单元能“做出在能量的测量和控制中想要的任何可能的控制”。在房间的中央，特斯拉陈列了几十个实验设备。49
49 “Tesla's Description of Long Island Plant and Inventor of the Installation as Reported in 1922 Foreclosure Appeal Proceedings,” appendix 2 in NT, Radio Testimony, 191–198.
图片来源：teslasociety.com/
沃登克里弗实验室的一个关键特色是离实验室建筑100米的巨塔（图14.5）。特斯拉知道实验站的发射范围与塔的大小成正比，而这也依赖于可用的资金量：“如果资本家们愿意掏多一点钱的话，那你就能建起一个巨大的天线，因为……正如我在1893年指出的，……其效果将与投资于那个部分的资本成比例。”50
50 NT, Radio Testimony, 143. 请注意，当特斯拉在沃登克里弗工作时，他把塔称为一个“高架终端”。他是在很久以后才开始使用“天线”的说法，这个引用便出自1916年。
塔位于离实验室100米的地方，这是因为特斯拉计算过在那个距离上电光流不太可能从塔上跳跃到实验室。
图片来源：en.genius-croatia.com/dt_portfolio/nikola-tesla
在设计塔时，特斯拉必须考虑两个因素：高架终端所能储存的电能数量以及他希望通过大地传输的波长。在科罗拉多，特斯拉曾用覆盖有金属的木球作为高架终端。而现在在沃登克里弗，他想要大大提高储存在高架终端中的电量以便能把电力传到全球。根据电气科学中“两百年前认可的一个老事实”，特斯拉知道球体比其他几何形状能储存更多的电荷；因此，他打算让沃登克里弗塔冠以一个半径尽可能大的金属终端，然后在金属终端表面上镶嵌大量的半球。51 （带半球形钉的金属终端的一个版本，参见图14.6。）朝此目标，他1901年5月最初的草图显示出一个蘑菇形状的可调的曲面圆顶（图14.7）。
51 See NT, Radio Testimony, 145, and NT, “Apparatus for Transmitting Electrical Energy,” U.S. Patent 1,119,732 (filed 18 January 1902, granted 1 December 1914). 罗伯特·范德格拉夫也意识到球体是储存大量电荷的最好形状，因此他的静电起电机也同样冠以一个金属球体。就像特斯拉的塔，范德格拉夫最大的起电机能产生将近七百万伏特的电荷。参见：http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaff .
关键部件：
D 镶嵌有半球P的环形终端
G 电流源（可能是电容器）
C 放大发射器的初级线圈
A 放大发射器的次级线圈
B 连接到次级线圈A的另一线圈
E 接地连接
特斯拉并没有在塔上建一个如图所示的环形终端，而只是在专利中用这个形状来“说明其原理”。参见：NT, Radio Testimony, 145.//图片来源：NT, “Apparatus for Transmitting Electrical Energy,” US Patent 1,119,732 (filed 18 Jan. 1902, granted 1 Dec. 1914).
图片来源：National Museum of American History.
至于说波长，特斯拉在科罗拉多已经了解到在放大发射器中次级线圈导线的长度应当是想要产生的波长的四分之一。由于特斯拉最初想用波长大约730米的低频长波来传输电力，因此他计算出将会被放在沃登克里弗塔里的次级线圈导线长度应为182米，那也就应当是塔的高度。182米是艾菲尔铁塔高度的三分之二，怀特估计特斯拉提出的塔的建造成本将会是450 000美元。52
52 NT, untitled notes, 29 May 1901, original in NTM, copy in NT notes folder, Wardenclyffe Box, Anderson Collection; NT, Radio Testimony, 143.
估算出了塔的造价，特斯拉就在1901年9月问摩根要更多的钱。53 然而摩根拒绝再借钱，特斯拉被迫缩减设计。特斯拉给怀特写信说：“可以确定的是，我们无法按计划建塔。我说不出我有多么遗憾，因为我的计算表明，有了那样的建筑我就能让电力跨越太平洋。”54
53 NT to JPM, 13 September 1901, LC.
54 NT to Stanford White, 13 September 1901, Personal Miscellaneous Collection, Manuscript and Archives Division, New York Public Library.
尽管特斯拉考虑过一起用两三个小一点的塔的方案，然而他最终选定了另一个小一点的设计，其顶端是一个用钢架做成的大的半球终端（参见图14.7）。特斯拉打算用铜板覆盖终端，并可能还要在终端上镶嵌更小的半球。尽管终端的形状改变了，但它仍有大的半径，特斯拉相信这将让他能“用［在沃登克里弗的］这个小的站产生出多倍于大小为其一百倍的普通站所能产生的效果”。55
55 “Tesla's Description of Long Island Plant,” NT, 200–202. 最终完成的塔的几张图纸显示出顶部的半球形终端镶嵌有更小的半球；例见：Smithsonian Neg. 86-604066.
沃登克里弗塔于1901年11月开始建设，有照片显示该建筑到1902年9月已落成。特斯拉无法如他期望的那样快速完成塔的建设，因为摩根的最后一笔50 000美元付款推迟了两个月才支付。56
56 NT to JPM, 19 December 1904, LC.
建造塔的一个挑战是，不管顶部的终端是什么形状，它都非常重；最终版本半球的直径为20.7米，重达55吨。除了重量之外，终端还有一个巨大的表面，因此面对来自长岛海峡的风，它就像是一个帆。为支撑终端的重量和抵消风的力量，这意味着要建造一个大而牢固的塔。为达到这种强度要求，怀特采用了一个上部逐渐缩小的八角锥体。由于终端必须与地面绝缘，因此塔的建造不能使用钢或铁架，所以怀特就用了未加工的松木。沃登克里弗塔从上到下高达56米，从海峡对面康涅狄格州的纽黑文也能看到它。57
57 “Tesla and Telegraphy,” New York Tribune , 27 November 1901, and “A New Tesla Laboratory on Long Island,” Electrical World and Engineer 40 (27 September 1902): 499–500, both in TC 16:54 and 98; “Tesla's Description of Long Island Plant,” 200–202; O'Neill, Prodigal Genius , 205.
塔无疑很壮观，《纽约时报》的一位记者就称它“很有‘舞台感’，又如图画般美丽”，但更让人印象深刻的是它下面的井和隧道。58 由于特斯拉意图通过大地传输电力，所以首先他的系统要能“紧抓住地球，否则就无法让大地振动。必须要能紧抓住地球，才能让整个地球振动，而要做到这一点，就有必要在建设上花大价钱”。59 在科罗拉多斯普林斯的接地连接包含了埋在室外地下的几个金属板；而在沃登克里弗，特斯拉决定要与塔下的地下水位建立一个更牢靠的连接。为实现这一点，特斯拉打了一口深达36米、远低于地下水位的3×3.6米的井。为进到井里，在塔的底层有“一个很像远洋轮船舱梯的木件”，还有一个通往井底的圆形楼梯。60
58 “Cloudborn Electric Wavelets to Encircle the Globe,” New York Times , 27 March 1904 in TC 17:3.
59 “Tesla's Description of Long Island Plant,” 203.
60 “Cloudborn Electric Wavelets to Encircle the Globe.”
放大发射器次级线圈的一端连接到额外的线圈，并进而连接到塔顶部的高架终端，而另一端接地（参见图14.6）。为了在塔底层的放大发射器和井底之间建立接地连接，特斯拉放置了“一个电流可经之流过的长轴，长轴这样放置也是为了能准确断定出哪里是节点，因此我就能计算出节点之间的距离。例如，用那台机器，我能准确计算出地球的大小或直径，并能做到测量结果的误差在四英尺的范围内”。61
61 “Tesla's Description of Long Island Plant,” 203.
在井底，特斯拉通过把从放大发射器下来的金属轴和一个精心设计的水平管道系统连接起来而完成了接地连接。按照他的解释，“真正花钱的工作是把核心部分［也就是金属轴］和大地连接起来。我在那里装配了推动一根接一根铁管的特别的机器，我推动这些……我想是十六根铁管，长三百英尺［约91米］，然后这些管中的电流就把大地抓住了”。62 特斯拉用压缩空气驱动这些管子进入大地，因此他在实验室的蒸汽机室放了一个压缩机，并通过顺沿在电导管旁的特别的管道把压缩空气送到井里。
62 Ibid.
一家报纸报道说，特斯拉打算保持井底的水温暖，他可能是希望这能改善与大地的连接。63 此外，他让工人从井底挖掘了四条铺有石头的隧道，每条30米长，隧道逐渐向上倾斜通往地面。隧道的末端是圆顶形的砖出口。64 目前尚不清楚这些隧道在特斯拉的总体计划中扮演什么样的角色。
63 The Port Jefferson Echo , 22 February 1902, in Stiefel, Looking Back at Rocky Point .
64 See “Inventor Tesla's Plant Nearing Completion,” Brooklyn Eagle , 8 February 1902 in TC 16:61; The Port Jefferson Echo , February 1902; and Patchogue Advance , March 1902, both in Stiefel, Looking Back at Rocky Point . 利兰·安德森认为这四条隧道通向一个外部圆形隧道，圆形隧道“可能是被用于设立一个与地下水系统接触的大的表面区域”；参见：“Wardenclyffe Design Mystery,” in Building and Tunnels Folder, Wardenclyffe Box, Anderson Collection. See also “Dig for Mystery Tunnels Ends with Scientist's Secret Intact,” Newsday , 13 February 1979, p. 24, and “Famed Inventor, Mystery Tunnels Linked,” Newsday , 10 March 1979, p. 19, both available at http://www.teslascience.org/pages/twp/tunnels.htm .
本书评论