电使特斯拉着迷,也使他困惑。19世纪的物理学家提出假设,认为电在整个以太空间中神秘地穿行,是一种弥漫于大气层和外太空的介质。即使现在,当我们了解了原子的构成和属性,以及中子的表现方式之后,大多数科学家仍然把电视为一种神秘的、无所不能的奇迹,它使照明、加热、运输、通信,以及发动机和计算机的发明成为可能。
在动力的诸多物质来源中,电是独一无二的。我们可以看到水流冲在大木轮上,带动桨片旋转起来。将煤油注入油灯,然后用火柴点燃。天然气虽然无形,但仍然是一种物质状态,可以被汲取和测量。相比之下,电只能生成,它不是固态、液态或气态的物质,而是通过导电的电线来呈现的一种物理效应。
传记作者埃德蒙·莫里斯(Edmund Morris)将电描述为“一种根本性的力量,它点亮我们的黑夜,充盈于我们的纳米电路”。“人们很容易看到或感到电所发挥的作用,”他写道,“但如果哪里没有了电,哪里就会失去色彩,失去个性。”
既然电不能天然地以方便我们操纵的数量而存在,生产和控制这种奇异的介质就始终是一场持续不断的斗争。发明家、工程师、企业家,以及形形色色的企业全都卷入其中。但特斯拉从布达佩斯开始取得的进展才是一切的关键。电力之所以能成为我们现代社会的基础,在很大程度上取决于特斯拉的发明。
※※※
普斯卡什(Puskas)兄弟是特斯拉的舅舅的朋友。作为成功的欧洲企业家,有证据表明这对兄弟是爱迪生和特斯拉早期至关重要的赞助者。几年前,蒂沃达尔(Tivadar)曾在托马斯·爱迪生的实验室和这位发明家见过一面。蒂沃达尔以豪车、多金,以及对电报和电话的极大兴趣给“门罗公园奇才”留下了深刻的印象。两人达成协议,具有特兰西瓦尼亚(Transylvania)贵族血统的普斯卡什家族,将助力爱迪生在欧洲推广其发明的电话、电灯和留声机。普斯卡什兄弟俩开始在巴黎建立电话网络,使数百家用户通过一台总机连接起来,极大地改进了单一私人线路仅连接两户人家的局面。兄弟俩于1879年回国,在布达佩斯也建立了同样的电话网。
费伦茨·普斯卡什在安排好对新项目的财政资助之前,还没有办法聘用特斯拉。因此,特斯拉只得在匈牙利政府的中央电报局谋了一份薪水很低的差事,除了能得到总督察的表扬,他大部分的时间都是在爬电线杆检修设备,或者做一些日常的起草文件和计算的工作。虽然与斯米里扬村甚至戈斯皮奇相比,布达佩斯简直就是一个文化多元的国际大都市,但特斯拉只是睡在一间很小的公寓房间内,挣着每星期5美元的微薄工资,就连去城里的咖啡馆享受一番的资本都没有。尽管如此,他还是很喜欢沿着多瑙河长距离地遛弯,或者在布达佩斯大公园的喷泉和湖泊之间流连忘返。然而,由于工作太过乏味,特斯拉辞去了电报局的工作,以便专心致志地做发明,但这个“菜鸟”科学家还没有办法吸引任何资金支持。
前途未卜所带来的压力沉重地压在特斯拉的身上,使他的“神经彻底崩溃”。他发着高烧的身体不停地摇晃,脉搏达到每分钟250下。也许是产生了幻觉,他看到“我身体的所有组织都在抽搐和战栗。一只苍蝇落到房间里的桌子上,也会在我耳边传来低沉的轰鸣。一驾马车从数英里外的远处驶过,也会震得我浑身颤抖。二三十英里之外的火车头发出的汽笛声,竟能如此强烈地撼动我坐着的长凳,让我疼得无法忍受”。即使在一个黑暗的房间里,特斯拉也宣称他“能够觉察到12英尺之外有物体存在,靠的就是我前额上一个古怪而又令人毛骨悚然的感应区”。特斯拉感慨地说,有个医生“宣告我的病十分怪异,而且无法被治愈”。“我绝望地苦苦挣扎,从来没有指望可以康复。”
后来,特斯拉很后悔“当时没有请生理和心理学专家来会诊”。尽管特斯拉称自己的听力和视力“一直不同凡响”,但这位新晋科学家还是相信,医生们可以从他在布达佩斯的严重病情中学到很多东西。
特斯拉一般会把积极的转变归结于自己引人瞩目的坚强意志力,但这一次,他坚信自己从深深的抑郁中恢复过来应归功于安东尼·西盖蒂(Anthony Szigeti),这位昔日的同窗,也是到布达佩斯来投奔他的天才工程师。特斯拉盛赞西盖蒂是个“了不起的‘标本’男”,其“整个身体就是阿波罗的活体雕塑”。尽管特斯拉的这位朋友长得并不英俊——他头上有个大包,脸色土黄——但他却是“具有非凡肢体力量的运动员”,是他一直拽着病恹恹的特斯拉做体能训练。用特斯拉的话说:“他救了我的命。”
这两位朋友在一起打台球,每天晚上都到一家非常热闹的咖啡馆吃晚餐,然后沿着多瑙河或者穿过城市公园散步,那座城市公园里有一座著名的城堡。他们开展了一次友好的竞赛,看谁喝的牛奶最多,结果西盖蒂赢了——他一共喝了38瓶牛奶。据特斯拉说,是西盖蒂给了他“活下去并继续工作的强烈欲望”。特斯拉的健康慢慢地恢复了,“大脑也重新有了活力”。特斯拉发誓要逐渐并彻底完成自身的改变,由一个“无能为力的废人”一变而为“孔武有力且坚韧不拔的男子汉”。
重新恢复健康的特斯拉将睡眠之外的大部分时间都集中用来设计制造无换向器的电动机,以证明波什勒教授是错的。他查阅文献,并做了大量的计算,但最主要的还是他的想象。“我一开始在脑海里构想了一台直流电机,然后让其运转,再跟踪观察转子中不断改变的电流流向。接着,我会想象出一台交流发电机(也称AC发电机),以调查其在相似条件下运行的所有过程。接下来,我会想象出由电动机和发电机组成的系统,并以不同的方式进行操作。我在脑海中见到的那些形象,对我来说都是真实有形、可见可触的。”
这份工作又一次成了特斯拉的心理压力。“对于我来说,这是一句神圣的誓言,是生死攸关的大问题,”他后来如是评说,“我很清楚,如果失败,我也就彻底完了。”
1882年2月的一个傍晚,在和西盖蒂一同散步的途中,特斯拉经历了他研发电动机的“尤里卡瞬间”。他当时正在背诵诗歌,因为他有能力“逐字逐句地背下整本书”。夕阳西下,他又重回歌德的《浮士德》。
天光渐隐,一日辛劳告终;
为开拓新生活,残阳行色匆匆。
啊,可惜没有羽翼将我举离大地,
沿着它的轨迹一路跟随,扶摇上冲!
若有,我会看到永恒的黄昏
将金辉洒满我身下寂静的世界。
峰峦红似火,绿谷静幽幽,
银色小溪向着金色大河奔流。
山脉莽莽,沟壑纵横,
可再也阻挡不住我那庄严的追求。
正当特斯拉背诵着这些诗句,“灵感犹如闪电般划过,真理在一瞬间就被揭示”。他随手捡起一截树枝,飞快地在沙地上画出一幅利用旋转磁场的创新电动机的简图。“那些想象的图形非常具体清晰,而且就如金属和石头一样实实在在,”他说,“正因如此,我才(对西盖蒂)说:‘瞧,这就是我的电动机,你看我怎么把它发明出来。’”
多年之后,有着精彩人生的特斯拉向同样引人瞩目的约翰·奥尼尔(John O’Neill),他的第一位传记作者,重新讲述了这段经历:“这一切难道不漂亮吗?难道不崇高吗?难道不简单吗?我解决了这个难题。我可以死而无憾了。但我还必须活着。我必须回去工作,把这台电动机造出来,我将把它献给世界。人们再也不会被繁重艰难的劳作奴役,我的电动机将解放他们。电动机将承担整个世界的工作。”
特斯拉以不那么炫耀的口吻,说他已经发现应该如何制造一台可以利用更强大的交流电所产生的波动电节律的电动机。他发现,这一旋转磁场就相当于电的水冲大木轮的角色。《纽约先驱论坛报》的一位记者后来在报道中这样解释特斯拉的创举:“截至目前,每一个试图制造出交流电电动机的人采用的都是单回路……而特斯拉的方法是采用双回路,每个回路所携带的都是同样的交流电频率,但两个回路的电流波相互并不同步。这就相当于给引擎加上了第二个气缸……(这些交流电形成了)一个旋转的磁场,它具有在空间进行无线传输的属性,是通过其磁力线或者说能源线来实现的。”
特斯拉把他的旋转磁场形容为“一种磁力旋流器,它紧紧地掌握着(电动机的)旋转部分,并使它旋转起来”。在后来的生活中,他将这项发明视作与他最心灵相通的一项。“它不仅是一项宝贵的发现,可以在实践中加以广泛应用,”他说,“还揭示了以前的科学所未知的新力量和新现象。”
这位特立独行的发明家就喜欢颠覆标准的做法。对特斯拉而言,这几乎是一种不切实际的追求。当别的工程师使用单回路来研制交流电电动机时,特斯拉却使用双回路来产生相互之间存在90度相位差的双电流。当一路电流达到峰值而另一路是零值时,就能形成可以带动一块铁旋转的磁场。特斯拉的旋转磁场并非为了做一些无用的摆动,而是要产生一种回转力,同时也带来革命性的属性。在特斯拉之前,尚无人想象出磁场能够激起旋转。正如一位科学史学家分析所言,“旋转磁场的净效应就是,接收磁铁(或电动机中枢)通过感应在空间中旋转,从而持续地吸引稳定的电子流,而无论电荷是正的还是负的”。
特斯拉非但没有去改变转子,也就是电动机中那个旋转部件的磁极,还决定改变定子,即电动机的那个静止部件中的磁极。另一位科学史学家说,“特斯拉认识到,如果定子中的磁场能够旋转,就有可能在转子中诱发另一个相斥的磁场,从而带动转子旋转”。
在其一生中,特斯拉曾多次将人类,也包括他自己,形容为只会被动地对周围环境做出简单反应的机器人。“我不过是一个在思想和行动上缺乏自由意志的机器人,”他在1919年这样写道,“只会对周围环境的各种力量做出回应罢了。”然而,在布达佩斯的那个傍晚,以及无数其他场合,主动出击的特斯拉却发明了许多完全崭新的东西,或者如他自己所说,通过“历经千辛万苦甚至以失去生命为代价”与大自然搏斗,他获得了许多启迪和洞见。
尽管特斯拉夸耀说,他可以在脑海里想象出完整的机器,以及完全按照预先设计运转的各种系统,但他还是用了很多年的时间来测试和调整自己发明的交流电电动机。后来在回忆布达佩斯公园里的重大发现时,特斯拉也许曾稍稍地修饰了一下历史,作为此事的佐证,我们看到特斯拉在申请专利时并未提及这个灵光一闪的“尤里卡瞬间”,而西盖蒂于1889年所做的专利辩护证词中也只字未提在布达佩斯的这段经历。
特斯拉发明的电动机所体现的是全新的法则,而不是对现有规则的改进,它更是代表了一种很快将改变整个世界的技术突破。这一技术极大地拓展了潜在的电力市场,使交易取得的电不仅用于夜晚照明,还用于工厂、电气设备和有轨电车的日间运作。有史以来第一次,交流电可以被输送到几百英里之外,高效地驱动机器,点亮千家万户。
为了表示谦虚,特斯拉把自己的成就简单地形容为:“众所周知,一块磁铁可以吸牢一根铁丝。我的运气比较好,所以发现了一种方法,通过它建造的磁场不是要吸住铁,而是能让铁一圈圈地旋转起来。”换言之,他找出了单纯地抬起物体和使之悬浮其间的区别。
由于有了这一发明,特斯拉打破了他在格拉茨理工学院读书时的物理教授雅各布·波什勒对他的奚落断言,即无换向器的电动机是绝对不可能的。年仅27岁的特斯拉自信心爆棚,他声称:“我已经建功立业,自己名利双收也指日可待。”更重要的是,他向自己表明,他已经成了一名发明家。“此乃我心向往之目标”。他自豪地说:“发明家为世界带来新的创造,不仅看得见、摸得着、充满活力,还实用有效。”
特斯拉在布达佩斯显露出一种独一无二的发明风格。几乎没有一个发明家会在沙地上画设计简图时背诵诗句,也几乎没有人会仅依靠脑海中的想象,就能接近完成创新目标。发明已然成为特斯拉的终极意志,他视之为高尚无比的工作。“人类的进步发展在根本上仰赖发明,”他写道,“发明是人类创造性大脑的最重要的产物。发明的最终目的就是人类心智对于物质世界的彻底掌握,以及按照人类需求对各种自然力量的驾驭和利用。”
新近信心满满的特斯拉沐浴在“构想机器和设计新形式的极度享受之中”。各种想象源源不断地涌进他的脑海,他经历了“有生以来从未有过的幸福的精神状态”。脑海工程——“其中我遇到的唯一困难就是如何紧紧抓住(那些灵感)”——使他能够想象出各种装置,包括发动机和变压器,这一切对他来说都是“真实可触的每一个细节,甚至包括最细小的磨损痕迹”。他甚至预想,他的电动机可以同时以三路或更多路交流电运行,他将其称为多相系统。
然而,特斯拉的构想需要转换成真正实用的器件,因此这位发明家决定去拜访格拉茨公司。这家布达佩斯的工厂早期是一家制造火车车轮的铸铁厂,现在已转而生产能为电弧白炽灯供电的电气设备。在这里,这位年轻的塞尔维亚人被一台环形变压器深深地吸引了,那其实就是一个由两个线圈所环绕的大铁环,被人家丢弃在车间的角落里。也许是觉得好玩,又或者是出于独到的眼光,特斯拉把一个铁球置于这台设备的顶端,铁球开始摇摆。他得出结论,两个缠绕的线圈产生了两路交流电,形成一个旋转的磁场并推动铁球旋转。如此一来就完全肯定了他关于交流电电动机能够胜任所有类型工作的构想。
特斯拉并不是唯一一位考察研究旋转磁场的科学家。3年前,沃尔特·贝利(Walter Baily)就向伦敦物理学会演示了旋转磁场的原理,而伽利略·费拉里斯(Galileo Ferraris)在意大利都灵也设计出了交流电系统。特斯拉实际上也承认,“通过不间断地改变电动机部件的磁极,以使电动机旋转的做法并无新意”,但他却独自发现了“如何利用这些电流的模型或方法”。一位美国法官将贝利的理念判定为“不切实际的抽象概念”,而费拉里斯教授则承认:“特斯拉开发得(比我)更深入。”
特斯拉收入匮乏的窘境终于压垮了他那些高端但却带不来回报的发明构想,于是,当爱迪生的电话交换台项目在布达佩斯开始建设之后,特斯拉便投奔了费伦茨·普斯卡什。年轻的发明家勤奋地工作,其间甚至开发出了创新性的锥形功率放大器或中继器,也即扬声器的前身。特斯拉从未给这一独创装置申请过专利,尽管他后来曾夸耀地说,此技术的原创性完全可以与他那些更广为人知的发明相媲美。等到布达佩斯的电话交换台投入正式运营,费伦茨就将其出售,而其兄弟蒂沃达尔则邀请特斯拉和西盖蒂于1882年年末前往巴黎,帮助安装一套爱迪生的电力照明系统。
一年前,爱迪生已经在电气博览会上以一场灯光展示让身处繁华之都的巴黎人大开眼界。他在庞大的展厅里安装了一座使用当中的灯塔、大型发电机,以及大放光明的500盏16烛光的白炽灯。关于电,一位困惑不已的法国人这样写道:“我们还不习惯观看机器没来由地运行做功。它们神奇的工作状态让我们感到惊诧和困惑。这其中的奥秘让人百思不得其解。”尽管被电的各种实际运用弄得晕头转向,但对电印象深刻的法国人,仍然为爱迪生颁发了一枚荣誉军团勋章。
特斯拉在巴黎过得很开心,他称之为“魔都”。刚到巴黎的那些日子,他天天“穿街走巷,迷醉于前所未见的崭新景象”。他说,诱人的美食和饮品“丰富到你根本无法抗拒”。但关于薪水,他吐槽说,“却是一到手就花光了”。事实上,当普斯卡什问他过得怎么样时,特斯拉这样回答:“这个月最后的29天日子要难过啦!”
这个年轻的塞尔维亚工程师在圣马赛尔大街租了一间房子,这里正处于风景如画的拉丁区的边缘,住满了学生和教授。特斯拉十分喜爱早晨的生活,他先是在塞纳河畔的一家澡堂里游上27个来回(可被3整除),7点半时再享用一顿“樵夫的早餐”,然后向南步行半小时去上班,那是爱迪生欧洲公司建立的塞纳河畔伊芙里灯具工厂。一到晚上,特斯拉不是在煤气灯照明的大街上漫步,就是在金碧辉煌的巴黎歌剧院欣赏自己帮助安装的新的电气照明系统,或者和工友们一起打台球。他也体验了一把巴黎的夜生活。一天晚上,法国当红歌舞女演员莎拉·伯恩哈特把围巾落在了特斯拉的餐桌旁,两人借此以进行了炽烈而撩情的对话。他们俩后来在纽约和巴黎又见过好多次面,尽管英俊的发明家声称他们之间的爱情是柏拉图式的。特斯拉还收藏了伯恩哈特的围巾,一生都未洗过一次。
特斯拉又一次拿了一根小棍在地上画起了简图,向爱迪生公司的同事讲解他关于打造利用多相交流电的交流电动机的设想。“我的想法就是,”他说,“电线用得越多,电动机的功效就越完美。”然而,爱迪生公司那些讲究实际,并且对成本很敏感的工程师对这位科学家的理想极尽奚落嘲笑,抱怨说铜线恰恰是电力配送系统中最昂贵的部分,所以巴不得线用得越少越好,而不是越多越好。
尽管如此,在巴黎的这段工作却使得特斯拉获得了有关当时发电机和电动机的现行设计的实际经验。同时,爱迪生公司也从特斯拉的数学培训,以及他本人进行复杂计算的能力中获益匪浅,譬如电动机线圈的最佳长度和直径。特斯拉开发出了一种创新的自动调整器,使爱迪生发电机的运行效率得以大幅提升,他还出差到德国,给柏林的各家咖啡馆和巴伐利亚的一家剧院安装了照明系统。他改进了歌剧大道和其他街道上的弧光灯照明,从而有助于将巴黎改造成光明之城。
爱迪生公司的高管们将这位年轻的科学家看成解决问题的一把好手,并于1883年将他派往斯特拉斯堡火车站。在一次由德国皇帝威廉一世参加的献礼仪式中,照明系统发生了短路和爆炸。由于能讲德、法两种语言,特斯拉最终修好了该系统的复杂架构,使得4台直流发电机及1 200盏白炽灯与5台交流发电机及60盏弧光灯一道工作。他确定问题出在地下管线中有缺陷的连接处,这是一种相对新颖的串联电线的方法。
特斯拉在斯特拉斯堡待了将近一年,其间他和西盖蒂整夜地专注于交流电动机的研发。为了确保机密不外露,他们躲在一个很小的房间里工作。正如特斯拉所说,他们是在追求一种“我所能想到的最简单的电动机……(仅有)一个电回路,在电枢或电磁场上没有任何绕组”。当最初的设想不成功时,这两位工程师就开始摆弄了。他们在转子的核心部位用铁或钢来替代铜,经过多次尝试和失败,他们终于安装了一截钢筋,如此一来,其磁场就会排斥感应电流,并引起圆盘旋转。时至夏末,对一切感到满意的特斯拉说,已经“最终满意地实现了由不同相位的交流电产生的旋转,而没有任何滑动摩擦或者安装换向器,一切都和我一年前的设想完全一样”。
特斯拉一直声称,他仅在自己的脑海中就能完成发明。在后来的人生中,他解释了自己的创新过程:“在工作中,我会先有一种‘感觉’,那就是某个问题一定会有一种解决方法。这种感觉对我来说非常重要,因为只要有了这种感觉,我最终都会成功地解决问题。也许这意味着我的潜意识正朝着正确的方向努力,或者说已经找到了解决方法。于是,我会把所有问题都思考一遍,而不是仅局限于某一点上。这可能会花费我几个月甚至几年的时间,而那个根本的想法就存在于我的脑海中。最后,我把这个想法完全吃透,而那些起初很模糊的图像也变得越来越清晰,随着时间的流逝,最终变成现实。总体的形式确定之后,我会继续去完善那台机器或者那个概念,以确定是否还有其他需要改进的地方。整个构想是如此清晰,所以我可以很容易地辨别出哪一个部分还不够协调!最终,我不用画一张简图,就可以把所有的精确数据交代给工人。我的模型不是用来试验的,而只是用来验证我脑海中的那些概念的。”
此话有些夸张,特斯拉也曾花费数小时来修补不同类型的电动机模型,他后来也承认,他最初的那些概念需要进行适当的调整,才能成为可以投入实际运用的装置。尽管如此,他的发明的确是独一无二的,是他生动的想象力和强大的记忆力的产物,根本不同于爱迪生的实证过程。为了实现令人愉悦的室内照明,使之不同于弧光灯刺眼而丑陋的光线,爱迪生试验过几百种长丝,从棉花一直到铂金,终于定型于在真空管中加入极细的碳丝的白炽灯。
特斯拉想了很多办法来确保在斯特拉斯堡开发交流电动机的资金。他的努力引起了一位前市长的注意,那个人接触了好几位非常富有的企业家,但是最后,没有人愿意为一个名不见经传的发明家和他那个无人懂得其运作和价值的革命性设计掏钱买单。特斯拉得到的最好结果就是一小瓶1801年的圣爱斯泰芬葡萄酒,那是这位前市长在德国人于1870年入侵时埋入地下的。
特斯拉从爱迪生公司得到的很少,他相信该公司曾许诺他,如果能够解决斯特拉斯堡火车站谜一样的难题,就会给他一笔奖励。然而,他的收获就是见识了公司的官僚主义,那些管事的一个推另一个地说别人才有权决定。“在好几次来回的‘推来推去’之后”,气愤的特斯拉终于得出结论,“我总算明白了,想拿他们的奖金,简直就是异想天开。”
查尔斯·巴彻勒(Charles Batchelor)是爱迪生最亲密的顾问,也是一位大师级的电气专家和爱迪生公司法国分公司的总经理,他随后邀请特斯拉到纽约拜访“门罗公园奇才”,改进正在爱迪生机器工厂进行开发的发电机。由于欧洲缺乏更多有助于推动其交流电研究的选择余地,特斯拉决定在这片“遍地黄金的土地”上碰碰运气。蒂沃达尔·普斯卡什鼓励特斯拉转战美国,并给自己的朋友爱迪生写了一封信,信中说道:“我认识两位伟大的人物,一位是您,另一位就是这个年轻人。”
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