原文標(biāo)題：《是什么成就了特斯拉》
想象一個(gè)沒(méi)有電燈、電機(jī)、電泵、電扇、冰箱或者電梯的世界。如果沒(méi)有微波，就沒(méi)有收音機(jī)或電視。下次當(dāng)你按下開(kāi)關(guān)時(shí)，你應(yīng)該想一想尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla）。特斯拉比其他任何一位發(fā)明家都更有資格說(shuō)自己開(kāi)創(chuàng)了電力時(shí)代。但在他去世 70 年后，在他的那些主要發(fā)明問(wèn)世一個(gè)世紀(jì)后，他的名字并不像托馬斯?愛(ài)迪生、亞歷山大?格雷厄姆?貝爾或萊特兄弟那樣為人所熟知。
特斯拉不安于現(xiàn)狀的大腦使他可以進(jìn)一步超越這些在電力和機(jī)械方面的創(chuàng)新。他發(fā)明了一種“放大線(xiàn)圈”，它可以大幅度提高電流的頻率和電壓。特斯拉發(fā)現(xiàn)這樣的電流可以輻射出電磁波，他敏銳地意識(shí)到這些電磁波大有可為。今天，“無(wú)線(xiàn)”已經(jīng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界中一個(gè)無(wú)處不在的術(shù)語(yǔ)。而特斯拉在 100 多年前就發(fā)現(xiàn)了這一原理。
特斯拉經(jīng)常被拿來(lái)和愛(ài)迪生（Thomas Edison）作比較，但他在很多方面與愛(ài)迪生截然相反。愛(ài)迪生聲稱(chēng)發(fā)明是“1% 的靈感，99% 的汗水”。然而，特斯拉是一個(gè)很有想法、很有遠(yuǎn)見(jiàn)的人。愛(ài)迪生是自學(xué)成材；而特斯拉接受了完整的工業(yè)教育。愛(ài)迪生解決了一些實(shí)際問(wèn)題；而特斯拉夢(mèng)想發(fā)明可以改變世界的技術(shù)。愛(ài)迪生將他的發(fā)明商業(yè)化；而特斯拉幾乎沒(méi)有商業(yè)頭腦。他們唯一的共同點(diǎn)是，兩人都睡得很少：特斯拉有時(shí)會(huì)從上午 10:30 工作到第二天早上 5：00。
在特斯拉的有生之年，他的許多發(fā)明都沒(méi)有得到任何獎(jiǎng)勵(lì)或報(bào)酬。例如，古列爾莫?馬可尼（Guglielmo Marconi）發(fā)明了無(wú)線(xiàn)電，但他的設(shè)備是基于特斯拉的想法做出來(lái)的。直到最近幾年，特斯拉才因他深刻的見(jiàn)解及其對(duì)現(xiàn)代生活的影響而獲得了更廣泛的認(rèn)可。
特斯拉的成長(zhǎng)背景
特斯拉的父親是一位東正教牧師，他希望自己 1856 年出生的兒子也能像自己一樣。特斯拉家族是塞族人（ Ethnic Serbs），居住在當(dāng)時(shí)奧匈帝國(guó)的克羅地亞。特斯拉的母親發(fā)明了像打蛋器一樣的廚房器具，他覺(jué)得自己很像她。當(dāng)他少年時(shí)期有一次生病時(shí)，他讓父親答應(yīng)了自己，如果他康復(fù)了，就把他送到技術(shù)學(xué)校。他在奧地利格拉茨的格拉茨理工大學(xué)（Austrian Polytechnic School）學(xué)習(xí)機(jī)械和電氣，目的是日后能成為一名工程師。
特斯拉小時(shí)候看過(guò)尼亞加拉瀑布的照片。他立刻想到了一個(gè)巨大的磨坊水車(chē)，它可以利用瀑布的力量進(jìn)行工作。這些場(chǎng)景顯示出特斯拉從小就思維清奇。這個(gè)年輕人能在腦海中進(jìn)行微積分計(jì)算，并擁有過(guò)人的記憶力。但最引人注目的是他將自己的想法形象化的能力：他可以在腦海中反復(fù)加工自己的想法，以至于在這些想法能像實(shí)物看起來(lái)一樣真實(shí)。
但他的才華也帶來(lái)了一些負(fù)面作用。在他 20 多歲的時(shí)候，高高瘦瘦的特斯拉經(jīng)歷了一次精神崩潰，這讓他的感覺(jué)變得過(guò)于敏感 — 手表的滴答聲都能讓他感到不適，他甚至發(fā)現(xiàn)陽(yáng)光也會(huì)讓他感到壓抑。在他的一生中，他飽受恐懼癥和強(qiáng)迫癥的折磨。
特斯拉很早就對(duì)交流電產(chǎn)生了興趣。當(dāng)時(shí)，需要電機(jī)和照明的實(shí)驗(yàn)用的都是直流電（DC），就像電池產(chǎn)生的電流一樣。直流電機(jī)效率很低，但沒(méi)人能想象交流電機(jī)會(huì)如何工作。一天，當(dāng)特斯拉在公園里討論詩(shī)歌時(shí)，突然想到了如何讓交流電機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。
他使用交流電的想法使歐洲的專(zhuān)家困惑不已。1884 年，28 歲的特斯拉決定前往紐約并向托馬斯?愛(ài)迪生介紹了他的想法。他向這位偉大的發(fā)明家描述了他對(duì)交流電的看法，但愛(ài)迪生對(duì)此并不感興趣。相反，他雇特斯拉來(lái)操控他的直流設(shè)備。但是兩個(gè)人不太合得來(lái) —— 特斯拉沒(méi)有完成愛(ài)迪生交給他的工作就辭職了，而他最終也沒(méi)有拿到自己的薪水。
由于沒(méi)有錢(qián)，特斯拉開(kāi)始靠幫別人挖溝為生。但他的命運(yùn)馬上就要迎來(lái)逆襲。
交流電更便于使用
直流電由沿著導(dǎo)體在一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的電子組成。交流電中電子運(yùn)動(dòng)方向每秒鐘改變多次。為了制造電動(dòng)機(jī)，你需要改變一塊叫做定子的固定著的電磁鐵的極性。磁性轉(zhuǎn)子會(huì)不斷地想要與定子一直改變的磁極對(duì)齊，這樣定子就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。直流電機(jī)使用巧妙的機(jī)械換向器來(lái)改變極性；交流電機(jī)以電的方式直接改變電流方向。一旦特斯拉找到了如何將交流電與電機(jī)中電磁鐵的極性匹配的方法，他就取得了他最重要的突破之一。
交流電的勝利
愛(ài)迪生已經(jīng)為他的直流輸電系統(tǒng)找來(lái)了用戶(hù)，在紐約市的街道上架起電線(xiàn)，通向這些用戶(hù)家里。但喬治?威斯汀豪斯（George Westinghouse）已經(jīng)在研發(fā)一種與之競(jìng)爭(zhēng)的交流輸電系統(tǒng)。他認(rèn)為特斯拉的發(fā)明可以讓他的方案比愛(ài)迪生的更具優(yōu)勢(shì)。
特斯拉明白，交流是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電燈的更有效方式。更重要的是，可以使用線(xiàn)圈將“交流電”升壓。通過(guò)電磁感應(yīng)，一個(gè)線(xiàn)圈中的低電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)線(xiàn)圈中的高電壓。高壓電流可以更有效地在電線(xiàn)中傳輸，然后通過(guò)降壓供家庭使用。特斯拉的電路是我們經(jīng)常在電線(xiàn)桿上看到的變壓器的前身。直流電無(wú)法升壓，要把它傳輸?shù)綆子⒗镆酝獾牡胤?，就需要更粗的電線(xiàn)。
交流電在特斯拉開(kāi)始他的工作之前就已經(jīng)為人所知。但特斯拉設(shè)計(jì)了一個(gè)由發(fā)電機(jī)、輸電線(xiàn)路、電動(dòng)機(jī)、照明系統(tǒng)和其他電路組成的集成系統(tǒng)，使交流可以成為直流的替代品。1887 年，特斯拉申請(qǐng)了七項(xiàng)與他的交流電有關(guān)的專(zhuān)利，這些專(zhuān)利沒(méi)有受到挑戰(zhàn)就得到了授權(quán)。西屋電氣公司（Westinghouse）在 1888 年買(mǎi)下了這些專(zhuān)利。
但是直流電還在大行其道。西屋電氣和愛(ài)迪生陷入了所謂的“電流之戰(zhàn)”。愛(ài)迪生首先發(fā)難，他聲稱(chēng)交流電太危險(xiǎn)，公眾無(wú)法安全使用。1890 年，愛(ài)迪生的一位名叫哈羅德?布朗的熟人安排一臺(tái)西屋交流發(fā)電機(jī)為一名死刑犯行刑，這進(jìn)一步強(qiáng)化了他的觀點(diǎn)。
但擁有特斯拉專(zhuān)利的西屋電氣可以證明，交流電是一種更有效的替代品。電流戰(zhàn)爭(zhēng)中沖突的最高潮發(fā)生在 1893 年至 1894 年的芝加哥哥倫比亞博覽會(huì)上。西屋電氣的供電成本遠(yuǎn)低于愛(ài)迪生的供電成本。他拿到了合同，并在特斯拉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上為展會(huì)供電。世博會(huì)開(kāi)幕時(shí)，成千上萬(wàn)盞明亮的燈亮了起來(lái)，這令參觀者大吃一驚。這次演示消除了公眾對(duì)交流電的恐懼，交流電成為了電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方案。
特斯拉實(shí)現(xiàn)了他童年的夢(mèng)想：在尼亞加拉大瀑布建一座發(fā)電廠，這昭示了特斯拉的勝利。1890 年，投資者在交流電和水力發(fā)電上下了重注，當(dāng)時(shí)這兩項(xiàng)技術(shù)都尚未得到檢驗(yàn)。1896 年，特斯拉設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)開(kāi)始向電力系統(tǒng)供電，漫長(zhǎng)而緊張的等待就此結(jié)束。最終，他們將電輸送到紐約市，照亮了百老匯。隨著世界各地開(kāi)始修建水電站，電力時(shí)代悄然到來(lái)。
電流之戰(zhàn)已經(jīng)結(jié)束，但尼古拉?特斯拉已經(jīng)轉(zhuǎn)向更具遠(yuǎn)見(jiàn)的發(fā)明。
對(duì)電磁感應(yīng)的洞察
特斯拉的許多發(fā)明都是基于電磁感應(yīng)原理。19 世紀(jì) 30 年代，英國(guó)科學(xué)家邁克爾?法拉第（Michael Faraday）證明，移動(dòng)的磁鐵會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流（此處有改動(dòng)）。正是這種電能在一定距離內(nèi)產(chǎn)生影響的能力讓特斯拉著迷，并啟發(fā)他產(chǎn)生了從交流電機(jī)到特斯拉線(xiàn)圈的各種想法。
特斯拉走向未知
即使是簡(jiǎn)單的電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。在高壓下振蕩的交流電會(huì)產(chǎn)生電磁波。海因里希?赫茲（Heinrich Hertz）于 1888 年發(fā)現(xiàn)了電磁波，許多發(fā)明家加入了利用電磁波進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信或其他用途的競(jìng)爭(zhēng)。
特斯拉被高頻電磁波迷住了。利用它們，他能夠做出：
?充滿(mǎn)氖氣的燈。這種新型照明不需要發(fā)光燈絲；氣體本身可以發(fā)光。
? 使真空管在遠(yuǎn)處發(fā)光，不需要與波源有直接接觸。
? 把一根金屬棒加熱到非常高的溫度。
? 在 50 英里（80 公里）之外的紐約州西點(diǎn)軍校，仍能探測(cè)到他在紐約的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的電磁浪。
許多發(fā)明家為無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但古列爾莫?馬可尼因這項(xiàng)發(fā)明于 1909 年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。特斯拉對(duì)自己的基礎(chǔ)性和獨(dú)創(chuàng)性貢獻(xiàn)得不到認(rèn)可感到不滿(mǎn)，早在馬可尼發(fā)明第一個(gè)原型機(jī)之前，特斯拉就已經(jīng)申請(qǐng)了專(zhuān)利。1943 年，特斯拉去世幾個(gè)月后，美國(guó)最高法院終于承認(rèn)特斯拉的專(zhuān)利發(fā)明是馬可尼最初成就的基礎(chǔ)。
特斯拉看到了電磁波的另一個(gè)用途。他認(rèn)為它們讓大規(guī)模無(wú)線(xiàn)傳輸電能成為可能。1898 年，他搬到科羅拉多州斯普林斯，建造了大型線(xiàn)圈，它們現(xiàn)在被稱(chēng)為特斯拉線(xiàn)圈，特斯拉用這些線(xiàn)圈產(chǎn)生了巨大的電壓。有了它們，他能夠制造人造閃電。他在距離 25 英里（40 公里）外的地方點(diǎn)亮了 200 個(gè)燈泡，并試驗(yàn)了通過(guò)空氣或地球自身傳送能量的方法。
一年后回到紐約，他說(shuō)服銀行家 J.P.摩根（J.P.Morgan）支持他建立一個(gè)可以在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以將新聞、郵件甚至圖片進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。特斯拉還在夢(mèng)想著能傳輸電能。他在長(zhǎng)島建立了一個(gè)名為沃登克利夫（Wardenclyffe）的實(shí)驗(yàn)室。在那里，他建造了一座 187 英尺（57 米）高的木塔，并將鋼管打入數(shù)百英尺深的地下。隨著費(fèi)用的增加，摩根退出了這個(gè)項(xiàng)目。由于債臺(tái)高筑，特斯拉被迫在 1905 年摧毀了這座塔并放棄了實(shí)驗(yàn)室。但在他的余生中，他始終堅(jiān)信無(wú)線(xiàn)電力傳輸是可行的。
與此同時(shí)，特斯拉利用電磁波制造了一艘可以用無(wú)線(xiàn)電控制的船。他發(fā)現(xiàn)，在非常高的電壓下，他自制的真空管會(huì)發(fā)出可以穿透固體的射線(xiàn)，他創(chuàng)造了他所謂的“陰影圖”，因此成為第一批嘗試研究 X 射線(xiàn)的人之一。隨著時(shí)間的推移，特斯拉對(duì)高頻電磁波的研究形成了從微波爐到陰極射線(xiàn)電視顯像管等各種創(chuàng)新的基礎(chǔ)。
特斯拉把他的發(fā)明天才帶到了一個(gè)與愛(ài)迪生等同時(shí)代人不同的方向。他對(duì)高頻電和無(wú)線(xiàn)電波這一未知領(lǐng)域的探索為許多追隨他的發(fā)明家開(kāi)辟了道路。
調(diào)諧
特斯拉所依賴(lài)的另一個(gè)重要原理是電共振的概念。導(dǎo)體（我們稱(chēng)之為天線(xiàn)）甚至可以從數(shù)百英里外接收電磁波。但要從不同頻率的多個(gè)波中選擇一個(gè)，接收器需要“調(diào)諧”，也就是說(shuō)，它需要在這個(gè)頻率下同電磁波發(fā)生共振。這和讓小提琴弦與音叉共振的想法是一樣的。特斯拉發(fā)明了一種調(diào)諧電路的方法，直到今天，我們?nèi)匀煌ㄟ^(guò)“調(diào)諧”接受廣播或電視。
特斯拉的遺產(chǎn)
一向古怪的特斯拉現(xiàn)在被認(rèn)為患有強(qiáng)迫癥。隨著年齡的增長(zhǎng)，他的怪癖變得更加明顯。他有一種對(duì)細(xì)菌的恐懼癥，并且會(huì)拼命洗手。他只吃煮過(guò)的食物。他癡迷于數(shù)字三。他聲稱(chēng)自己收到了來(lái)自外太空的信息。作為一個(gè)老人，他對(duì)鴿子情有獨(dú)鐘，他把鴿子偷偷帶進(jìn)了自己的酒店房間。
早在 1891 年，喬治?威斯汀豪斯的公司就瀕臨破產(chǎn)。為了幫助那個(gè)當(dāng)年信任他的人，特斯拉同意放棄西屋公司在交流電專(zhuān)利上所欠的版稅。這位發(fā)明家本可以靠這項(xiàng)賺數(shù)百萬(wàn)美金，但現(xiàn)在卻一貧如洗。威斯汀豪斯于 1914 年去世，他從未對(duì)特斯拉的貢獻(xiàn)做出過(guò)充分補(bǔ)償。
然而特斯拉仍在繼續(xù)他的發(fā)明。他一生中至少獲得了 275 項(xiàng)專(zhuān)利。他留下了一長(zhǎng)串的名單，其中許多是最終也沒(méi)實(shí)現(xiàn)的：
?1904 年，他發(fā)明了一種高效的無(wú)葉片渦輪機(jī)，但該設(shè)備沒(méi)有商業(yè)應(yīng)用。
? 他提議利用地?zé)?、太?yáng)能和風(fēng)能發(fā)電。
? 在電離層被發(fā)現(xiàn)的幾年前他就推測(cè)電離層的存在，電離層是地球大氣層中的帶電層。
? 他為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一種火花塞申請(qǐng)了專(zhuān)利。
? 他發(fā)明了第一個(gè)基于機(jī)械振動(dòng)的電子鐘。
? 他的最后一項(xiàng)專(zhuān)利是一種垂直起飛飛行器，這將在很久以后成為現(xiàn)實(shí)。
特斯拉的想法并非都奏效。他的無(wú)線(xiàn)電力傳輸夢(mèng)想從未被證明是可行的。他駁斥了愛(ài)因斯坦的工作，而他駁斥的內(nèi)容將構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。在第一次世界大戰(zhàn)期間和之后，特斯拉研究了一種“死亡光束”，但在科幻電影之外，它從未被實(shí)現(xiàn)。
1943 年，特斯拉在紐約一家酒店中孤獨(dú)中去世，享年 86 歲。
“總有一天，”特斯拉在 1915 年預(yù)測(cè)，“比如說(shuō)，全世界將建立六個(gè)巨大的無(wú)線(xiàn)電站，地球上的所有居民不僅通過(guò)聲音，還可以通過(guò)畫(huà)面，聯(lián)系彼此?！?/p>
聽(tīng)起來(lái)熟悉嗎？該不會(huì)這就是我們用的手機(jī)吧？
原文鏈接：
https://science.howstuffworks.com/innovation/famous-inventors/nikola-tesla.htm
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：John Kelly，翻譯：Nothing，審校：藏癡
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