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尼古拉·特斯拉

塞尔维亚裔美国发明家、电气工程师(1856–1943),其交流电、感应电动机与无线电方面的工作塑造了现代电力与无线技术。

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尼古拉·特斯拉(1856–1943)是塞尔维亚裔美国发明家和电气工程师。他最为人熟知的成就是多相交流电系统和电磁感应电动机,二者成为电力的发电、输电与用电方式的基础。他对高频电流、无线电波和X射线的实验,也预示了后来的无线通信技术。然而,他的许多主张远超其实际演示的范围,他有据可查的工作与后来公开发表的言论之间的差距,是其传记中的一个核心主题。

他出生于斯米利安(Smiljan),当时属奥地利帝国,今属克罗地亚。他在格拉茨和布拉格求学,并在布达佩斯和巴黎工作,之后于1884年移居美国,并短暂任职于总部位于纽约市的爱迪生公司。随后他开展独立研究,将其交流电专利授权给乔治·威斯汀豪斯,并参与了交流电与直流电(DC)系统之间的公开竞争。后来他致力于无线输电、远程控制,以及长岛上一座从未建成的大型高塔项目。他晚年饱受财务困境,并不断进行公开演示和投机性的主张。

本词条大致按时间顺序梳理他的职业生涯,随后考察他的工作方法、晚年声誉,以及围绕他形成的种种神话。词条将有据可查的专利、演示和已发表的著作,与后来的回忆及未经证实的断言区分开来,并指出历史学家在记录上存在分歧之处。

早年生活与教育

出生与家庭背景

尼古拉·特斯拉出生于奥地利帝国利卡地区的斯米扬村,该村现属克罗地亚。他的洗礼记录显示出生日期为儒略历1856年6月28日,即公历1856年7月10日。父亲米卢廷是塞尔维亚东正教神父。母亲朱卡·曼迪奇出身于神职家庭,没有接受过正规教育,但以制作家用工具和背诵塞尔维亚史诗而闻名。特斯拉是五个孩子中的一个。通俗的说法把他的出生与午夜的雷暴联系在一起,但这一故事只是传说,并无文献依据。

在哥斯皮奇和卡尔洛瓦茨的求学

特斯拉在斯米扬村开始上学,学习德语、算术和宗教课程。1862年,父亲在哥斯皮奇担任教区神职,全家迁居该镇,特斯拉在当地继续学业。约在1870年,他前往卡尔洛瓦茨接受中等教育。该校隶属军事边境体系,课程使用德语授课。传记中通常记载,一位物理教师的演示最先引起他对电的兴趣,而他阅读法拉第和亥姆霍兹的著作又加深了这一兴趣。也有记述提到他童年时曾被电气设备电击,但这些细节大多来自他晚年的回忆。

格拉茨、哥斯皮奇与布拉格

1875年,特斯拉进入格拉茨理工学院,学习数学、物理学和工程学,并在课堂上接触到交流电。关于他在格拉茨的具体时间,说法并不一致。本词条大纲给出的是1875至1876年,但贝尔格莱德的尼古拉·特斯拉博物馆称,他在1878年12月因奖学金申请被拒而离开格拉茨。随后他曾短暂在马里博尔(德语称马尔堡)工作,之后返回哥斯皮奇,在一所中学任教。关于其父去世的时间,各方说法不一,有的记为1879年,有的记为1880年1月。随后,特斯拉遵从父亲的意愿前往布拉格,进入查理-斐迪南大学学习。1880年夏季学期,他旁听了物理学和高等数学课程,但未能正式完成学业,次年因经济原因离开。他从未在格拉茨或布拉格获得学位,还有资料称他在布拉格根本没有正式注册入学。

特斯拉后来对旋转磁场的叙述

在自传性质的著述中,特斯拉描述了1882年2月在布达佩斯一座公园里的一个时刻。当时他与一位朋友在日落时分朗诵歌德的《浮士德》,他说自己忽然看见一个铁制转子在磁场中旋转,而这一磁场是由相位彼此错开的交变电流产生的。他还用树枝在泥地上画出了这一构想。这一故事在通俗传记和与特斯拉相关的网站上被广泛转述,但历史学家一般对其持谨慎态度。这段轶事是在事件发生数十年后才被记录下来的,各种来源中朋友的名字也不统一,而且没有任何同时期的笔记能够证实那一确切时刻。多数历史学家认为,特斯拉是在之后几年中逐步阐明这一原理的,他在1887至1888年间获得的专利中描述了详细设计。同一时期,加莱奥托·费拉里斯也在探索相关思路,这使得"某一瞬间的灵感"这一解释显得缺乏说服力。

布达佩斯与巴黎

1881年,特斯拉进入布达佩斯中央电报局,担任绘图员,后来升任总电气工程师。他参与了电话交换系统的工作,并声称自己研发出了电话中继器或放大器,但他既未申请专利,也未公开披露。1882年,布达佩斯电话企业家蒂瓦达尔·普什卡什帮助他在巴黎的大陆爱迪生公司谋得一份工作。该公司由法国投资者与托马斯·爱迪生合作于1882年成立,基于爱迪生的专利销售电照明及相关设备。在巴黎期间,特斯拉协助安装室内电灯,改进发电机和电动机,并被派往法国和德国的爱迪生电力公司解决故障问题。路易·拉乌的传记指出,特斯拉在1882至1884年间于塞纳河畔伊夫里的工厂工作。这段直流电机械的经历,为他次年前往纽约所带去的实践基础提供了支撑。

抵达美国与爱迪生时期

特斯拉于1884年抵达纽约,此前他曾在巴黎为大陆爱迪生公司工作。负责巴黎安装项目的查尔斯·巴奇勒被调回美国,管理位于纽约市的爱迪生机器制造厂(一个生产部门),并要求把特斯拉也一同带到美国。该工厂生产直流电(DC)发电机和照明设备,爱迪生早期的集中供电系统正是依赖这些设备。特斯拉被分派去解决一些困难的研发问题,其中包括一种用于城市街道照明的弧光灯。这种灯并不适合爱迪生的低压系统。弧光照明是当时最普遍的街道照明方式,但需要高电压,与爱迪生的低压系统不兼容。特斯拉提出的替代设计未被采用,这件事在他看来显示了直流电网络的局限。

有争议的奖金

最广为人知的争议与一笔承诺的报酬有关。特斯拉在自传中写道,工厂经理曾承诺,如果他重新设计一大批机器,将付给他5万美元,而这一承诺后来被证明只是一个玩笑。这个故事的后来版本则说是托马斯·爱迪生本人许诺后又食言,并调侃道:"特斯拉,你不懂我们美国人的幽默。"这笔奖金的数额被认为不太可信,因为该经理以克扣工资著称,而公司也没有那么多现金。所谓"美国人的幽默"这句话,可追溯到约翰·J·奥尼尔1944年出版的一部传记,但该书并未注明这句话的出处。因此,爱迪生本人的说法在很大程度上是转述的,一些评论者还指出,在关于这笔奖金的最早记述中,根本没有提到爱迪生。

特斯拉留下的确切记录比传说要少。他的日记中关于离职的记述只有一条,写在涵盖1884年12月7日至1885年1月4日的两页上,潦草地写着"再见,爱迪生机器制造厂"。他离职的确切原因并不清楚。这可能与奖金有关,既可能涉及发电机的工作,也可能涉及被搁置的弧光照明项目。此前,特斯拉也曾就他认为自己应得的奖金与公司发生过争执。

创办自己的公司

离开爱迪生之后,特斯拉专注于弧光照明,希望借此让自己的发明获得回报。1884年12月,在这位发明家因薪酬问题与托马斯·爱迪生决裂离开其公司后,特斯拉电灯与制造公司成立。该公司由特斯拉、罗伯特·莱恩和本杰明·韦尔合伙组建,特斯拉负责设计一套弧光照明系统。公司在新泽西州的拉威运营,其最初的产品包括一种带自动调节和断路保护开关的弧光灯,以及改进的发电机。这些设计带来了特斯拉获得的第一批美国专利,不过该公司的历史通常是从它成立算起,到1886年倒闭为止,而不是从特斯拉离开爱迪生算起。

合伙人对特斯拉更宏大的计划兴趣不大。莱恩和韦尔对交流电不感兴趣,最终迫使特斯拉离开自己创办的公司。在自传中,特斯拉回忆说,他的新搭档只想要弧光灯,并不关心他希望发展的交流电工作。1886年秋,特斯拉的合伙人另组了一家新公司,这家公司随之关闭,特斯拉手中只剩下一文不值的股票。他还失去了以股票为交换而转让给公司的专利的控制权。这次事件使他身无分文,也让他养成了依赖投资人的模式,这一模式影响了他后来的职业生涯,相关内容见关于感应电动机和西屋公司授权的章节。

工作方式与后来的竞争

爱迪生时期的经历也显示出两种截然不同的发明方式。爱迪生经营着一个规模庞大、以团队为基础的研究机构,目标是生产可以商业销售的产品。改进之处要在制造和营销的背景下经过测试、完善并申请专利,强调渐进式的进步和可靠的系统。特斯拉则大多独自工作,常常在动手制作之前,先在脑中推演设计方案。他专注于理论以及交流电机的原理,而这些在当时尚未形成商业基础,也无法吸引资助弧光灯项目的投资人。

这些差异后来成为一种流行的竞争叙事的基础。许多复述把两人的不和追溯到奖金事件,但这一说法所依据的证据存在争议,且部分来自二手转述。两人的方法确实不同,但那种把商业上"务实"的发明家与富有远见的"孤独天才"截然对立起来的看法,在很大程度上要归功于后来的新闻报道与传记写作。

多相交流电与感应电动机

基本原理

特斯拉的核心构想是:彼此相位错开、分别馈入不同绕组的交流电,可以产生一个旋转磁场,而无需任何运动的磁体或电接触。多路彼此存在相位差的交流电能够形成旋转磁场,从而彻底省去运动的电接触。在基于这一原理的电动机中,转子并不通过滑动触点供电。相反,旋转磁场在转子导体中感应出电流。转子由电磁感应驱动,追随旋转磁场,跟在它后面旋转。

这种结构取消了对换向器的需要。早期的商用电动机使用直流电,依赖换向器和电刷,而这些部件造价高昂、需要频繁维护,还容易出现故障;此外,这类电动机根本无法在交流电网上运行。在此之前,所有商用电动机都是直流电机,使用昂贵的换向器和易出故障、需要高强度维护的电刷,无法用于交流电网。由于绕组通电时磁场已经在旋转,电动机能够自行启动。特斯拉1887年的原型机是两相电机;他于1887年制成了可工作的两相感应电动机,并于1888年在美国电气工程师学会上进行了演示。

专利申请与授权,1887–1888年

特斯拉的专利申请集中在1887年秋季。他于1887年10月和11月申请了美国专利,其中部分专利于1888年5月获得授权。电动机专利US 381,968的优先权日期为1887年10月,该组专利于1888年5月1日颁发。有资料称当日共颁发了七项专利。特斯拉就电磁电动机和电力传输申请了美国专利,并于1888年5月1日获得全部7项专利。这组专利并不局限于电动机,还包括一项“配电系统”,以及关于利用两个独立电路进行交流输电的权利要求,还有一项与交流发电机相连、能够同步运行的电动机。

变压器与输电

多相电动机只解决了问题的一部分。远距离交流输电依赖变压器:变压器先升高电压,以减小线路中的电流,从而降低电阻损耗;到达用户端后再降低电压,以便安全使用。早期的变压器工作出自他人之手:法国的卢西安·戈拉尔(Lucien Gaulard)和英国的约翰·狄克逊·吉布斯(John Dixon Gibbs)从19世纪80年代初开始研制实验性交流变压器,为交流电的发展做出了重要贡献。加利莱奥·费拉里斯(Galileo Ferraris)早在1884年就演示了一条长距离单相线路,在40公里的距离上以2000伏电压传输20千瓦功率,但当时并未配套电动机。这种远距离输电的效率为89%。当时缺少的是能够由同一交流电源驱动的可靠电动机,而特斯拉的专利同时提供了这样的电动机和输电系统。

欧洲的平行研究

多相原理并非特斯拉一人的成果。费拉里斯于1885年描述了旋转磁场原理。1888年4月,都灵皇家科学院发表了费拉里斯关于其交流多相电动机的研究,详细阐述了电动机运行的基本原理。他的电动机同样没有换向器。在德国,米哈伊尔·多里沃-多布罗沃尔斯基(Mikhail Dolivo-Dobrovolsky)当时在AEG公司工作;1888年,他在德国制造出第一台交流多相发电机。资料对三相感应电动机出现的时间说法不一:一种说法是1889年,另一种说法则将第一台三相感应电动机定在1890年。历史学家一般认为,多相系统是在19世纪80年代末由加利莱奥·费拉里斯、米哈伊尔·多里沃-多布罗沃尔斯基、约纳斯·文斯特罗姆(Jonas Wenström)、约翰·霍普金森(John Hopkinson)、小威廉·斯坦利(William Stanley Jr.)和尼古拉·特斯拉各自独立提出的。

特斯拉方案的商业优势何在

特斯拉方案的突出之处,在于技术完整性与法律地位的结合,而不仅仅是优先权。西屋公司的工程师向乔治·西屋(George Westinghouse)报告说,特斯拉拥有一套可行的交流电动机及相关电力系统,而这正是西屋公司当时已在推广的交流电系统所需要的。西屋公司也审查了费拉里斯类似的设计,但认为特斯拉的专利很可能会控制市场。1888年,西屋公司取得了专利许可,使西屋的交流照明系统得以真正与直流系统展开竞争。历史学家对于特斯拉应获得多少功劳看法不一。一种观点认为,威廉·斯坦利并不认为特斯拉发明了感应电动机,而是认为特斯拉接手了费拉里斯的工作,并充分发掘了其商业潜力。特斯拉声称自己在1882年就构想出了旋转磁场,但据批判性评论,这一说法缺乏文献依据,至今仍有争议。

西屋、电流之战与尼亚加拉瀑布

西屋对特斯拉的工作产生兴趣时,他自己的电气公司正为完善一套成功的交流供电系统的细节而苦恼。他在听过特斯拉1888年的讲座后颇为着迷。不同资料对授权条款的记载并不一致。一种常见说法是:每台电动机支付现金2.5万美元、期票5万美元,并按每马力2.50美元支付版税;另一种说法则是现金2万美元、期票5万美元(分三期支付),外加每台特斯拉电动机所产生的每交流马力2.50美元版税。西屋还聘请特斯拉担任顾问约一年,但具体的工程工作则由西屋自己的员工负责。西屋的员工C. F. 斯科特(C. F. Scott)被指派协助特斯拉,后来接手了感应电动机的研发。西屋的工程师又花了四年时间,才开发出可用的多相电动机和输电系统。

到1889年,关于电流制式的争论已经公开化。在美国和欧洲,电力公司已经建成数以千计的直流和交流供电系统,爱迪生公司与西屋公司之间的竞争也演变为一场关于哪种输电方式更优越的宣传战。直流一方强调,其低压线路比沿城市架设的高压交流线路更安全,触碰时危险更小。著名的反交流活动家哈罗德·布朗(Harold Brown)成为这场运动的关键人物。他试图证明交流电更危险,在爱迪生电气公司的技术协助下,公开用两种电流电死动物。这场运动走得更远:爱迪生公司和布朗推动立法,严格限制交流装置及其电压。布朗还推动用交流电执行死刑,意图将交流电描绘为对公众的威胁。这一做法后来成为采用交流电驱动电椅的基础。

安全问题并非只有一面。交流电和直流电在操作不当时都很危险。早期的许多危害来自糟糕的安装,而非电流本身的类型。当时许多公司架设电线时很少顾及公共安全。1888年一场严重的暴风雪损坏了电线,随后一系列死亡事故被归咎于高压电线。之后纽约交流线路上的死亡事故迫使电力公司解决安全隐患。到19世纪90年代初,这场冲突逐渐平息,因为各附属公司开始在其建设的系统中加入交流电。

西屋公司还利用引人注目的项目为交流电辩护。它在经济上支持特斯拉为1893年芝加哥世界博览会提供照明,这一规模庞大的装置表明,交流电能够服务于极大规模的公共场所。

决定性的示范出现在尼亚加拉瀑布。1893年,西屋电气制造公司赢得了电站合同,击败了托马斯·爱迪生及其直流电系统的投标。该项目由瀑布建设公司的爱德华·迪安·亚当斯(Edward Dean Adams)负责指导,输电线路则单独交由通用电气承建。发电机为5000马力、25赫兹、两相四线制发电机。早期设计存在问题:特斯拉最初设计的发电机在测试中烧毁,最终是拉姆(Lamme)及其团队修正了设计。1895年8月26日,电力首次正式输出。约25英里外的布法罗于1896年11月通电,不过资料对通电的具体夜晚记载不一,有的说是1896年11月15日,有的说是11月16日。

布法罗线路说明了交流电为何适合远距离输电。发电机的输出先接入变压器,升压至高电压、低电流,以便高效输送到布法罗;布法罗的变压器再将电力降回安全的低电压。在每个方面,这座电站都并非率先实现的:1895年7月,加利福尼亚的福尔瑟姆(Folsom)发电站已通过22英里的输电线路向萨克拉门托供电。尼亚加拉的重要性在于规模。建成后的综合体是世界上第一座大规模建设的交流发电站,它的成功促进了世界各地水力发电站的兴建。一些通俗讲法将电站的建成全部归功于特斯拉和西屋,这种说法夸大了事实;大量史料证明,尼亚加拉瀑布的工程是由一个更大的团队完成的。

高频实验:特斯拉线圈、照明与X射线

特斯拉的高频研究始于一个设想:不借助常规的导线回路点亮灯泡。由此产生的装置即特斯拉线圈,是一种谐振空心变压器。低频电源先为电容器充电,电容器再经火花隙向初级绕组放电,匝数众多的次级绕组则使电压急剧升高。特斯拉于1891年4月申请了专利,并于同年5月20日在哥伦比亚学院向美国电气工程师学会作报告时展示了该装置。早期的线圈使用铁芯,而铁芯在高频下会过热,因此特斯拉去掉了铁芯,保留空气间隙,并利用电容器与谐振来达到更高的频率。该线圈在他1893年前的公开讲座中多次出现,后来被用于无线电发射机、电疗设备以及无线输电实验。

无线照明与气体放电管

1891年的演示表明,灯管无需回路导线也能发光。在一种装置中,灯泡和动力装置通过一根导线与高频线圈的一个接线端相连。在他最引人注目的演示中,两块从天花板悬挂下来的大金属板与线圈相连,特斯拉手持充气长管在两板之间行走,灯管在周围的电场中亮了起来。1893年,他将这些演示扩展到盖斯勒管,同样无需导线即可点亮。其基本思想是:快速振荡的场可以激发气体,这一原理与后来的电场及气体放电照明有关。特斯拉的灯管研究常被描述为荧光照明的早期先驱,但这种联系是后来的作者所作的解释,而非有文献记载的发展脉络,他的灯管也未成为实用的商业产品。

X射线实验

1894年,特斯拉在实验室中发现有底片受损,此后开始研究后来被命名为X射线的穿透性辐射。他使用了市售的克鲁克斯管(一种部分抽真空的放电管),也自制了没有靶电极的单电极灯泡,电子在其中由线圈产生的高压峰值加速。1895年3月,一场火灾烧毁了他实验室的大部分设备。据他自己的说法,他刚刚重建完毕,伦琴的发现消息就传到了他那里。1897年4月,他在纽约科学院的一次讲座中介绍了研究成果,内容包括装置的构造与操作方法,并警告了射线照射可能带来的生物危害。该讲座从未完整发表,因此人们所知的大部分内容来自后人的概述。也有一些二手资料将1887年定为他开始X射线研究的时间,这一说法与其他记载不符,通常需谨慎对待。因此,历史学家通常认为特斯拉在X射线方面的工作是独立进行、部分与伦琴同步的,而非优先于伦琴。

思辨性的物理理论

特斯拉对高频效应的解释超出了当时的常规物理学范畴。他认为电容器的快速放电会产生纵向静电效应,并描述了与这些模式相关的、以太中的环形涡旋。他还反对经由麦克斯韦方程组确立下来的观点,即电磁波是横波。他最具影响力的主张提出于1899年7月,当时他宣布发现了"地球驻波":他认为地球可以充当谐振导体,从而使电能能够经由地球传输。他所描述的现象有真实的对应物:地面与电离层之间的空间构成一个谐振腔,能够支持被称为舒曼共振的极低频驻波。然而,特斯拉关于通过地球输送可用电力的结论并未被接受。这些结论很大程度上建立在他自己对实验的解释之上,并且与当时物理学家正在构建的场论框架相冲突。后来的批评者指出,他关于电磁学的若干观点至少部分是错误的,而且能量传输的结论并不能从他所报告的观察结果中推出。

无线传输、远程控制与专利优先权

1893年初的讲座与共振传输

特斯拉在费城富兰克林学院以及不久之后在圣路易斯全国电灯协会(NELA)所作的讲座,常被视为他无线电构想的首次公开阐述。1893年2月24日,他在费城富兰克林学院发表题为《光与其他高频现象》的讲座,随后不久又在圣路易斯全国电灯协会重复了这一演讲。该讲座被认为是19世纪最重要的科学报告之一。演示内容包括:沿单根导线传输、无需回路导体的高频电流,以及无需导线即可运行的电动机和灯具。他以壮观的刷状放电和流光令听众印象深刻,用感应加热使铁发热,并展示射频电流可以穿过绝缘体,只需一根导线即可传导而无需回路。他还在无导线的条件下点亮灯泡、驱动电动机。

特斯拉后来的著述将这些实验与通过大地输送能量的设想联系起来。他提出,在适当的共振条件下,电能或许可以通过地球传输,从而无需人工导体。史学家特别指出,圣路易斯的演示是调谐电路在无线电领域的最早应用,不过其目的是无线输电,而非无线电通信。特斯拉1893年3月在圣路易斯的演示所用的无线系统,是调谐电路在无线电中的首次应用,但其目标是无线输电,而不是无线电通信。

1898年的遥控装置

这一时期最为人所知的遥控作品,是1898年在麦迪逊广场花园电气展览会上展出的一艘小船。其电动机同时驱动螺旋桨和舵,船上的接收器则接收手持控制盒发出的无线电信号。船内装有一台同时驱动螺旋桨和舵的电动机、一块蓄电池,以及一个用于接收控制盒所发无线电波的装置。特斯拉将这台机器命名为"teleautomaton"(远程自动机),各种资料对其拼写的记载并不一致。观众可以向它提问,船会通过闪动天线上的灯来作答,闪动次数与答案的数字相符。观众被引导向装置提出数学问题,它便以适当次数闪烁天线上的灯作为回应。

公众的反应十分热烈。围观者对这艘船的工作原理提出了种种离奇的说法,例如魔法、心灵感应,或是船内藏着一只受过训练的猴子在操纵。专利申请于1898年7月提交,同年11月获批。专利号:613809;申请日期:1898年7月1日;授权日期:1898年11月。特斯拉还曾把这一构想作为可导引鱼雷提供给美国军方,但这类提议当时并未引起军官们的多少兴趣。

调谐与传输系统专利

特斯拉在19世纪90年代末及1900年前后取得的专利,是他主张拥有调谐无线电传输技术的主要依据。1900年颁发的两项专利,即美国专利645,576号和649,621号,通常被引用来说明一种由四个调谐电路构成的装置:发射端两个,接收端两个。(特斯拉的四调谐电路:接收端两个、发射端两个,由美国专利#645,576和#649,621保护。)这一方案背后的技术要点在于选择性。带宽变窄后,不同发射机的频率便不再重叠,接收机只需将其谐振电路"调谐"到与发射机相同的频率,就能接收特定的发射信号。评论者注意到,与后来关于调谐电路的大量文献相比,这些专利文本十分简短,因此其确切的技术范围仍有待解读。

马可尼与1943年最高法院的裁决

1901年12月,古列尔莫·马可尼的跨大西洋信号在纽芬兰被接收,使他成为当时最为人所知的无线电先驱。他于1904年获得的美国专利第763,772号,涵盖了发射端两个电路、接收端两个电路的调谐装置。该专利在美国的对应专利即第763,772号(1904年授予),也是1943年最高法院案件中被指侵权的专利之一。这一诉讼本身源于战时政府对无线电设备的使用。它是一起涉及经济补偿的案件,涵盖了马可尼首次演示远距离无线电报通信数年后获得专利的若干后续技术改进。

该案于1943年6月21日作出裁决,此时距特斯拉去世已有数月。大法官们撤销了马可尼专利中的宽泛权利要求。多数意见指出,马可尼的工作已被约翰·斯通·斯通和奥利弗·洛奇所预见。各方对特斯拉所起的作用说法不一:一种观点认为,法院裁定马可尼的四电路调谐系统与特斯拉1897年专利中描述的系统本质上相同。另有史学家则认为,马可尼的调谐专利被推翻,并非因为特斯拉,而是因为斯通和洛奇的优先权。史学家还强调,该裁决处理的是专利有效性与补偿问题,而非更广泛的"谁发明了无线电"这一问题。1943年的这起最高法院案件从未就"谁发明了无线电"作出任何裁定,也无意作出裁定。该裁决几乎没有引起公众关注,其社会影响很小。特斯拉已于1943年1月去世,比这一裁决早了几个月。

科罗拉多泉与沃登克利夫项目

科罗拉多泉实验室

1899年5月,特斯拉和几名助手开始在科罗拉多泉建造特斯拉实验站,利用高电压、高频电研究无线电报。他推断,地球可以被以合适的频率激励,使其自身电荷产生共振,形成驻波,从而可以在地球任何地方提取能量或信号。根据这些实验,他提出,如果以恰当的频率向地球注入电流,就能利用他认为的地球自身电荷。他的大型装置所产生的放电十分壮观:目击者描述说,远处的水管和金属物体会迸出火花,雷鸣声据报道可传至约十五英里之外。他在这里建造的线圈直径接近50英尺,是几年后他在沃登克利夫建造的放大发射机的初步原型。

这座实验室还因其所接收的信号而为人所知。1899年7月,他的接收机捕捉到一系列有节奏的信号,他称之为“计数码”。他推测这些信号可能源自金星或火星上的智慧生命。记者们很快倾向于火星的解释,而特斯拉本人后来承认,这些信号可能来自火星、金星或其他行星,而且他当时并未立即意识到自己接收到的是“受智能控制的信号”。大多数物理学家认为这类脉冲是自然的大气电活动。后来有人重复实验,据报道,其信号模式与木星磁场中经过的卫星木卫一所产生的模式相似。

沃登克利夫塔

特斯拉对长岛电台的最初规划以通信为核心:该设施本应将信息传送到跨越大西洋的英格兰以及海上的船只。1901年,J.P.摩根同意资助该项目,据记载,他以15万美元换取特斯拉无线电专利51%的股份,但另一种说法是,摩根将获得全部专利收益的一半。因此,相关条款在各种资料中并未完全确定。更具影响的变化出现在1901年7月:特斯拉决定增加无线电力传输功能,以与马可尼的无线电报竞争,而摩根拒绝为这一改动提供资金。沃登克利夫的建设于1901年底开始,持续了三年。主体结构是一座振荡器塔,高187英尺,顶部有一个由导电金属构成的大穹顶,地下则有一个深入地下300英尺的铁质接地系统。

资金撤出与拆除

各种资料对资助何时终止的说法并不一致。一种说法是,1903年塔体已接近完工时,J.P.摩根撤回了财务支持。另一种说法则将摩根拒绝追加资金的时间定在1904年至1905年之间,而一份以维基百科为依据的摘要则将1906年作为该项目被放弃的年份。特斯拉的应对是以房产作抵押借款,1904年以该房产办理了第一顺位抵押,1908年又办理了第二顺位抵押。该建筑闲置多年,直至1917年为偿还特斯拉的债务而被拆除。

史学家对失败的评价

史学家大多认为,失败有多重相互交织的原因,而非单一因素。从商业角度看,摩根几乎看不到回报:马可尼的更简单系统已经投入运行,并具有商业可行性,而一个无法方便计量能量的系统也没有明显的收入来源。经济冲击同样起了作用,有一种分析将撤资与1907年的恐慌联系起来。科学界对效率的怀疑也打击了潜在投资者的信心,科学界和其他潜在投资者都对无线输能的可行性持怀疑态度,尤其是考虑到长距离传输中的能量损耗。最后,有线交流电系统在同一时期迅速普及,这使得一种相互竞争的无线模式更难推销。

对于特斯拉本人的行为,评价同样存在分歧。史学家指出,特斯拉并未就其雄心的全部范围向摩根完全坦白。他主要将这座塔呈现为无线电广播塔和无线电报站,而私下里却打算将其用作电力网络。摩根所资助的项目与特斯拉实际追求的项目之间的这种不一致,被广泛视为冲突的根源之一,不过各种资料对其是否出于蓄意看法不一。就成果而言,这座塔从未完全投入运行。科罗拉多的工作虽然推进了共振工程,并展示了局部的无线电效应,但特斯拉所设想的行星尺度输电从未得到证明。

后期发明与公开主张

特斯拉后期机械设计中记录最为完整的是无叶涡轮机,他于1913年为其获得专利(即尼古拉·特斯拉1913年获专利的一种无叶离心式流动涡轮机)。它并不依靠射流冲击叶片,而是利用边界层效应。气体从一叠光滑圆盘的边缘进入,向内旋转,并通过黏性和附着力将能量传递给圆盘。特斯拉的目标是改进蒸汽驱动的发电设备,当时这类设备将蒸汽转化为电能的效率很低。尽管如此,该设计从未实现大规模生产,始终是一种小众装置。由于它依赖黏性力,据称能很好地处理高黏度流体(像血液这类黏度较高的流体,可以被它高效地泵送)。

同样的原理也可以反向应用。通过调换进气孔和排气孔,该涡轮机也可用作泵。特斯拉的泵另有专门记载:1913年5月6日授予的一项专利描述了一种由旋转平盘构成的边界层泵,没有叶片、导叶或螺旋桨(特斯拉在美国第1,061,142号专利中描述了边界层泵)。后来研究圆盘泵的学者解释说,这类机器利用了流体的附着力和黏性,使流体与旋转平盘之间产生相互作用,从而将机械能从圆盘传递给流体。特斯拉还设计过一种没有活动部件的阀门,但其性能宣称在技术文献中的记载不如涡轮机和泵那样充分。

1934年7月,纽约媒体报道称特斯拉发明了一种束流武器,可用于攻击地面步兵或用于防空。他描述了一种他称为"teleforce"(远程力)的粒子束投射器,声称它能在约200英里(约320公里)的距离上击落机群、摧毁军队。(第一台是特斯拉打算作为国防工具使用的粒子束投射器。他宣称,借助这台机器,一个国家可以对入侵的军队造成大规模毁灭,并击落来袭的机群。)后来有评论者认为,媒体把它称为射线武器是错误的,因为这种武器根本不利用射线。1937年,特斯拉告诉记者该装置已经制成并投入使用,他的原话是:"但这不是实验……我已经制造、演示并使用过它。"1940年,他提出为美国研制该武器,但这一提议并未引起兴趣。一般而言,粒子束武器会加速带电粒子(多数情况下是电子、正电子、质子或电离原子)并将其射向目标。然而,特斯拉的版本仅见于新闻采访和书信。1943年他去世时,甚至没有留下足够的资料来判断该装置是否可能运作。一位束流武器专家后来表示,这一概念具有前瞻性,但他看不出它如何能够实现。(美国空军束流武器专家约瑟夫·巴特勒谈及特斯拉的构想时曾说,特斯拉在20世纪30年代确实已经有了带电粒子束武器的概念。)

特斯拉的全球方案"世界无线系统"是更早、范围更广的提议。它基于他的理论,即利用地球及其大气层作为导电体,他声称这将使"电能无线传输"在全球范围内成为可能。他还描述了约三十座沃登克利夫式电信站,分布于世界各地,并在接下来的几十年里不断向媒体和著述中阐述这一设想。1912年,《纽约论坛报》(New-York Tribune)的一篇专题报道断言他已经完善了一套实用的无线电力分配系统。1925年,他发表了一幅示意图,展示一种以地表作为导体的方案。

这些提议的文献证据要窄得多。1899年,特斯拉在科罗拉多斯普林斯展示了通过地面进行的短距离电能传导,并借此点亮了与接收端相连的一盏灯。一篇技术论文引用了特斯拉1899年一项更远距离的声称:以高压输电达25英里,点亮200只灯泡并驱动一台电动机,但这类记述只依据特斯拉本人的陈述。沃登克利夫项目的投资人撤资,该设施从未建成。现代评估认为,没有文献证明他曾将电力传输到相对较短距离以外,现代科学界普遍认为他的无线输电方案不可行。

工作方法与公众形象

特斯拉对自己工作方式最详细的描述见于《我的发明》(My Inventions)。这是他在1919年为《电气实验者》(Electrical Experimenter)杂志撰写的一组自传性文章,当时他63岁。在文中,他描述了自己在动手接触任何材料之前,先在想象中构造机器的过程。他说,自己会想象一台直流发电机,在脑海中追踪电流流经其电枢的路径,然后对交流发电机也如法炮制。据他说,他构想出的零件十分清晰,甚至能显示出细微的磨损迹象,而他则通过让这些部件在脑中连续运转数周来判断其耐用程度。史学家一般将此视为事后很久才写成的第一人称回忆。它有助于理解特斯拉如何塑造自己的形象,但无法像专利和实验室记录那样,与带日期的笔记本或同时代的见证人进行核对。此外,这段叙述带有戏剧化、文学化的风格,因此应当被视为一种自述证词,而非技术记录。

特斯拉的公众声誉很大程度上是通过讲座和演示建立起来的。1891年5月20日,他在纽约哥伦比亚学院向美国电气工程师学会发表演讲,介绍了高频电流和无线照明。演讲中,他站在两块与自己线圈相连的锌板之间,手持充有气体、会发光的真空管,这一表演常被视为使他在纽约确立领先发明家地位的事件。同年稍后,他又在1893年2月的费城富兰克林学院,以及同年3月的圣路易斯,重复了这一主题。他的表演技巧在后来更进一步。在自传中,他承认一台能够回答观众问题的“自动装置”实际上是由他本人操控的,并称这是当时的一种魔术把戏。一些通俗叙述将他1898年的无线电遥控船置于麦迪逊广场花园的电气展览会上,但一份现代的编年考证指出,该船于1898年11月在他位于休斯顿街的实验室中进行了演示,媒体报道始于11月8日,而且没有证据表明它曾出现在前一年5月举办的麦迪逊广场花园展览会上。这一出入说明,新闻报道和后人的转述可能会模糊他各次演示的真实记录。

特斯拉的研究依赖赞助人和投资者的资金,他的技术构想往往是通过一些安排进入市场的,而商业条款则由他人掌控。1888年,乔治·威斯汀豪斯接手了他的多相交流电专利;约1901至1902年间,J.P.摩根为沃登克里夫(Wardenclyffe)项目提供了资金。他早年于1886年创办的弧光照明公司,则被希望掌控公司的投资者夺走。这种模式表明,两者之间存在一种角色分工:特斯拉提供概念上的突破和公开演示,而合同、制造和融资则由合作伙伴负责,而这些合作伙伴并不总是愿意遵循他的优先事项。特斯拉屡屡难以保有以他的名字命名的事业的控制权,这一困境也是其商业业绩常被认为逊于其发明成就的原因之一。

传记作者对其晚年生活的记述大量依赖轶事。到了20世纪20和30年代,他住在纽约的酒店里,相对与世隔绝,并以在城市公园里喂鸽子、在房间里照料受伤的鸟类而闻名。据称酒店工作人员曾抱怨这些鸟,而特斯拉则向记者以及传记作者约翰·J·奥尼尔(John J. O'Neill)谈起自己对一只特定白鸽的依恋。奥尼尔1944年出版的《挥霍的天才》(Prodigal Genius)至今仍是重要的资料来源。更近期的作品,例如埃里克·彼得森(Eric Peterson)2024年的非传统传记,则聚焦于这一时期。一些通俗资料还重复了一些说法,例如他每晚只睡约两小时,或他曾严格素食;这些细节大多源于他自己的陈述或二手回忆。目前没有可靠的医疗记录,使史学家无法有把握地评估他晚年的健康状况。因此,不同作者对他的生活习惯、情绪和社交退缩的描写各不相同,应当与专利、通信和同时代报刊报道等更有据可查的资料对照衡量。

晚年、去世与身后荣誉

酒店生活与日益窘迫的境况

从1920年代起,特斯拉不断搬进不同的酒店,离开时常留下未付的账单。到1920年代,特斯拉过着四处漂泊的生活,在各家酒店之间辗转,并留下未结清的账单。从1934年起,他一直住在纽约客酒店(Hotel New Yorker)。酒店管理层部分出于对他早年成就的敬重,允许他赊账住店,这让他得以有栖身之所。他在那里租用两间房,其中位于33层的套房成了杂乱的工作室。1934年,他入住纽约客酒店,酒店管理层出于对他过去成就的敬重,允许他赊账居住。他占用了两个房间,33层的套房成了一间堆满笔记、图纸和奇怪器械的杂乱实验室。

关于他日常生活的记述都强调节俭和孤独。传记作者描述他的饮食十分简单,只有牛奶、面包、蜂蜜和蔬菜汁,白天则花很长时间在城市公园里喂鸽子。那时他已成为素食者,只靠牛奶、面包、蜂蜜和蔬菜汁生活。特斯拉常常在公园里待上好几天,身边围绕着对他最重要的生灵——鸽子。由于没有资金把这些想法变成现实,他晚年的许多构想都只留在笔记本里,至今仍有爱好者翻看这些笔记,寻找尚未被开发的线索。

仍有一些支持持续送到他身边。他的老朋友和支持者雨果·根斯巴克(Hugo Gernsback)委托一位雕塑家制作了一个面部石膏像,如今陈列在尼古拉·特斯拉博物馆中。特斯拉长期的朋友和支持者雨果·根斯巴克委托雕塑家制作了一个死亡面模,现陈列于尼古拉·特斯拉博物馆。

去世与文件被查封

1943年1月7日凌晨,特斯拉在纽约客酒店3327房间独自去世,享年86岁。1月5日晚上,他在房门上挂出“请勿打扰”的牌子,两天内无人进入。1月7日早上,女服务员如何(应为艾丽丝·莫纳汉)无视了该标识,进屋后发现他已经去世,死因显然是冠状动脉血栓形成。他被发现时已经过去两天。医疗检查官的结论是冠状动脉血栓。助理法医H.W.温布利检查了遗体,认定死因为冠状动脉血栓。

联邦政府在数日内采取了行动。两天后,尽管特斯拉是美国公民,联邦调查局仍命令外国财产保管人没收他的财物。遗物被转移到一家商业仓库,并贴上外国财产管理处的封条。特斯拉在纽约客酒店及纽约市其他酒店的全部遗产,都被转运到曼哈顿仓储公司,并由外国财产管理处(OAP)加封。他的侄子、南斯拉夫外交官萨瓦·科萨诺维奇(Sava Kosanović)赶到酒店,据报道发现已有人翻找过房间。1943年1月8日上午,特斯拉的侄子、南斯拉夫外交官萨瓦·科萨诺维奇抵达纽约客酒店,却发现有人已经翻查过他叔叔的遗物。

这些材料随后接受了检查。麻省理工学院电气工程教授约翰·G·特兰普(John G. Trump)审阅了这些文件,并得出结论:特斯拉的近期工作主要属于推测性质,缺乏其所宣称成果所需的物理和工程基础。部分文件最终被送往贝尔格莱德。特斯拉的文件于1943年被外国财产保管处查封,经麻省理工学院的约翰·G·特兰普审阅,最终被送回贝尔格莱德。这次查封与战时对他声称的粒子束“死亡射线”构想的担忧有关。这些说法在本文其他部分有所讨论。

身后的认可

特斯拉去世后,人们对他工作的兴趣逐渐消退。特斯拉的工作在他去世后一度相对鲜为人知,直到1960年,国际计量大会将国际单位制(SI)中磁通量密度的测量单位命名为特斯拉,以纪念他。特斯拉是国际单位制中磁通量密度的单位,于1960年第11届国际计量大会上通过。第11届国际计量大会(1960年)将其采纳为国际单位制的单位。贝尔格莱德的尼古拉·特斯拉博物馆成立于1952年,比这一决定早了好几年。

1990年代起,公众的关注重新回到他身上。自1990年代以来,大众对特斯拉的兴趣重新升温。2013年,《时代》周刊将他列为史上最具影响力的100人之一。他的名字也被商业公司采用。成立于2003年的电动汽车公司特斯拉(Tesla, Inc.)采用这一名字,以向他的远见致敬。在商业领域,电动汽车和清洁能源公司特斯拉(Tesla, Inc.)成立于2003年,其名称即为致敬特斯拉的远见。

1915年的诺贝尔奖传闻

1915年11月,伦敦路透社的一则电讯报道称,特斯拉和爱迪生将共享诺贝尔物理学奖。1915年11月6日,伦敦路透社的一则报道称,1915年诺贝尔物理学奖授予托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉。然而,11月15日,路透社从斯德哥尔摩发出的报道称,当年的奖项授予了威廉·亨利·布拉格(William Henry Bragg)和劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg),以表彰他们利用X射线分析晶体结构的贡献。这一消息从未得到诺贝尔奖委员会的证实。委员会的官方立场是,关于拒绝领奖的传言毫无根据。诺贝尔基金会表示:“任何认为某人因表明拒绝领奖的意向而未获诺贝尔奖的传言都是荒谬的。”获奖者只有在被公布为得主之后,才能拒绝领取诺贝尔奖。

据报道,特斯拉听到这一消息时感到高兴,他将此与自己在无线输送能量方面的工作联系起来。特斯拉听闻报道后表示,他和爱迪生已经共同获奖。他还说,虽然他没有直接从诺贝尔委员会那里听到任何消息,但对此似乎很高兴。后来的传记作者提出了几种解释来说明结果,其中包括两人拒绝共享该奖项。之后,特斯拉的传记作者还提出过一种说法:爱迪生和特斯拉原本是获奖者,但因为两人彼此敌对,最终都未获得该奖。

神话、流行文化与史学研究

特斯拉的声誉既来自传说,也来自有文献记载的工作,两者的影响大致相当。最顽固的传说认为,他发明了"自由能源",而石油利益集团、公用事业公司或政府压制了这项发明。这一说法的事实基础很薄弱。他于1901年获得一项美国专利,该装置用于收集他所称的辐射能;20世纪30年代初,他还就宇宙射线以及一种可为电动机供电的电容器发表过新闻声明。1901年,他获得了一项名为"辐射能利用装置"的美国专利;到1931年,他已准备宣称自己发明了一台可以利用"宇宙射线"能量的机器。这些说法主要是向媒体发表的,尤其是1932年7月10日的《布鲁克林鹰报》(Brooklyn Eagle)。批评者认为,这几条彼此独立的线索后来被合并为一项被压制的单一发明。有一项分析指出,特斯拉本人从未声称这是"超单位"或无限能量,而他的大气能量收集方案本就是为了将这种能量进行商业销售而设计的。另一项对流行说法的更广泛考察得出结论:阴谋论者归到他名下的几乎所有奇幻发明,都是虚构的。

这一传说也借鉴了更早的传记传统,该传统把他塑造成一位孤独的人物。他的朋友约翰·J·奥尼尔(John J. O'Neill)于1944年出版的传记把特斯拉描写成"白手起家的超人",称他把一生完完全全献给了科学。奥尼尔的权威性部分来自他曾多次采访特斯拉。基于此类采访写成的叙述,也继承了它们所记录的回忆本身的可靠性问题。

通俗小说延续了与爱迪生的竞争故事。克里斯托弗·诺兰2006年的电影《致命魔术》(The Prestige)讲述了1890年代伦敦两位相互竞争的魔术师,大卫·鲍伊在片中饰演配角特斯拉。评论者把两位魔术师之间的敌对关系,解读为历史上发明家托马斯·爱迪生与尼古拉·特斯拉之间竞争的隐喻。仔细分析这部电影会发现,关于爱迪生的竞争、无限自由能源的设想以及"电流之战"的内容,都是由其他角色说出的,例如经纪人和助手,而特斯拉本人并未说这些话,但也没有否认。之后的剧情片,例如迈克尔·阿尔梅雷达(Michael Almereyda)执导、伊桑·霍克主演的传记片《特斯拉》(Tesla),也延续了这一模式,把故事围绕爱迪生与威斯汀豪斯的关系展开。已经有许多电影描写爱迪生和特斯拉的生平,有些偏向前者,有些则偏向后者。

在通俗改编中,"电流之战"也常被简化。一种历史解读认为,这场冲突实际上发生在爱迪生与威斯汀豪斯两家公司之间:爱迪生一方的利益集团试图通过把交流电描绘成危险的东西来夺回市场份额。该解读还指出,虽然特斯拉确实把自己的专利卖给了威斯汀豪斯,但"电流之战"更像是一场企业之间的战争,而非两个人之间的对决。这种重新界定的视角,有助于理解一段个人叙事是如何取代一场商业竞争而流传开来的。

史学家依靠几类证据,将有文献记载的成就与传说区分开来。特斯拉的个人档案保存在贝尔格莱德的尼古拉·特斯拉博物馆,规模很大:其文献共计163,911个索书号,时间跨度为1856年至1943年,博物馆表示其中大部分保存状况相对良好。马克·赛弗(Marc Seifer)的传记《巫师》(Wizard)利用了贝尔格莱德档案馆的材料,并依据《信息自由法》提出申请,以获取联邦调查局及其他美国政府机构的文件。专利、同时代的出版物和官方档案通常被视为比后来的回忆录更可靠的资料。那些尚无定论的案例恰恰说明了这一点。特斯拉去世后,他的遗产本应由其侄子萨瓦·科萨诺维奇(Sava Kosanovic)继承,后者当时是南斯拉夫驻美国大使。关于联邦调查局持有其最危险发明的说法,所依据的是一种说法所描述的、特斯拉传记中未经证实的断言;而一位审阅过这些文件的麻省理工学院工程师则表示,其中并无任何"对本国具有重大价值"的内容。寄往俄亥俄州代顿的粒子束武器相关论文副本是一个有文献记载的案例:该项目的实验细节从未公开发表,项目显然也已终止。特斯拉论文的副本已经下落不明,没有人知道它们后来怎样了。

学术界仍有几个问题悬而未决。其中包括:特斯拉晚年的工作有多少曾经得到过测试;失踪的论文是否包含任何具有技术价值的内容;以及在与爱迪生相关的故事中,有多少应归功于特斯拉,又有多少应归于围绕他的公司和推销者。一些独立项目会把各种主张标注为证据、解释或指控,例如"特斯拉论文"(Tesla Papers)档案馆(它与特斯拉公司或尼古拉·特斯拉博物馆均无关联),这体现了同一原则:缺乏同时代文献佐证的主张,应被视为一种指控。当一项主张缺乏原始证据时,我们会将其标注为指控。

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