特斯拉和愛迪生的“電力之戰”

1891年，美國紐約哥倫比亞大學禮堂內，一個身材高大的男子走上講臺，他一手握著一個銅球，觸碰了一下被后人稱之為特斯拉線圈的高頻高壓交流電裝置。剎那間，25萬伏高壓電進入他的身體，在觀眾驚異的目光中，他后退幾步，電流產生的光芒消失了，他卻毫發無損。

這名男子就是尼古拉·特斯拉，交流電動機的發明者。特斯拉用上面那個實驗，向世人證明了交流電的安全性。

過去幾年里，愛迪生電力照明公司是交流電的主要反對者，這是因為在激烈的電力市場競爭中，愛迪生的直流電系統逐漸喪失大量市場份額，他們最大的競爭對手是西屋電力公司，而特斯拉正是西屋電氣創始人喬治-威斯汀豪斯的好朋友。為了反擊，愛迪生的公司買下許多報紙版面，用聳人聽聞的故事向公眾宣傳交流電何其危險。特斯拉見狀，決定劍走偏鋒，希望通過這場稍顯嘩眾取寵的實驗來挽救西屋的公共形象。

通常來說，當科學技術出現爭議時，比如兩種發明互相競爭，都希望獲得更廣泛的認知和接納，正如愛迪生和特斯拉就電力生產系統產生分歧時所發生的故事。在這場“電力之戰”中，兩人都使盡渾身解數，甚至互相咒罵，愛迪生還試圖讓政府判定交流電不合法。最終，冷靜的工程師頭腦略勝一籌，用一場人體試驗贏得了更多人的認可。

很多人認為電燈是托馬斯·愛迪生發明的，據歷史記載：“1879年lO月21日，美國科學家發明了電燈。”實際上，世界上第一只弧光燈是英國人漢弗里·戴維于1807年發明的，他也是受到了意大利物理學家亞歷山德羅·伏塔的啟發。18世紀末19世紀初，許多科學家都對電興趣盎然。1800年，伏塔用鋅和銅做了一個電池堆，這是第一個現代意義上的電池。戴維在倫敦英國皇家學院的地下室里建造了一個大型蓄電池，為了檢驗電池的能量，他把電極連到兩只碳棒上，當兩只碳棒稍稍分開時，電流發出了火花，釋放出一道明亮的閃光。

從19世紀初直到19世紀60年代，科學家和發明家們不斷嘗試，希望能制造出由機電驅動的能夠穩定發光的電燈，也就是說碳化物之間的距離要恰到好處。但是他們無法擺脫對電池的依賴，這限制了他們的操作空間。為了實現目標，需要新型發電工具。

1831年，曾經在戴維實驗室做助理的邁克·法拉第發現，只要有電線通過線路，線路就會繞著一塊磁鐵轉動。在這個基礎上，法拉第發明出圓盤發電機，這也是現代發電機的鼻祖。

受到啟發的科學家、發明家和工程師開始幻想在所有街道和建筑內部使用電燈照明的可能性。1876年，克利夫蘭的查爾斯·布拉什設計出第一臺直流電發動機，能夠一次點亮4盞弧光燈。很快，布拉什的發明就被廣泛應用起來。街道、工廠、商店，都被電燈照亮了。弧光燈非常適合用于街道和大型建筑內部的照明，直到今天還在發揮作用，比如電影開場時的探照燈。

但是很多時候，人們只想擁有一只小巧柔和的電燈，這個時候弧光燈幫不上什么忙。愛迪生敏銳地捕捉到這一市場需求，1878年，本來在門羅公園實驗室里研究留聲機的愛迪生決定放棄手頭的工作，扎入這個自己一無所知的領域——電力照明。

如何才能做出一只小巧的燈泡呢？愛迪生想到了白熾一一遇熱就能發光，當溫度上升到一定程度時，不僅會發光，還能照明。為了更好地利用白熾狀態，愛迪生先是用鉑做實驗，因為這種金屬的熔點高。愛迪生猜測電流能夠通過鉑絲將熱傳導至白熾狀態，但他沒料到氧氣使得鉑絲很快就被燒壞了。為了解決這個問題，愛迪生把金屬絲放入一個真空球狀體中。盡管真空狀態延長了鉑絲的壽命，但鉑這種金屬實在是造價不菲，且電阻太低，如果用鉑絲來導電就意味著日后需要購置昂貴的銅制電纜。

剩下的問題就是找到一種高電阻金屬做導體，1879年，愛迪生及其團隊嘗試了數十種不同的材料，最后發現用于送話機的碳黑是最理想的材料。1879年11月，愛迪生和同事把碳絲放進真空，由于真空里沒有氧氣，所以碳絲遇熱也不會燃燒，實驗取得了成功。當年年底，愛迪生在自己位于門羅公園的實驗室內向全世界宣告碳絲白熾燈研發成功了。

但是要大規模生產這種電燈，愛迪生還得設計一套完整的電力系統為其供電。他想到了大城市里已經成熟的煤氣燈系統，一個城市的煤氣照明系統一般包括一個中央電站和星羅棋布的地下導管，當然還有氣表和燈具。1882年，愛迪生在紐約曼哈頓的珍珠街上修建了自己的第一個電站。華爾街和各大媒體的辦公室都在附近，從而確保愛迪生擁有豐裕的融資渠道和便利的媒體宣傳。在修建電站之前，愛迪生和同事對這一區域進行了充分研究，對現有煤氣、煤油燈數量和白熾燈潛在市場了然于心。但是直流電系統存在一個無法克服的問題，那就是只適合人口稠密的大城市中心地帶，中央電站方圓1英里以內的電燈照明效果最好。如果供電面積過大，就需要建造多個電站，成本太高。

愛迪生的判斷沒錯，小型電燈確實擁有廣闊的市場，隨著白熾電燈的推廣，愛迪生在19世紀80年代獲得了豐厚的回報。其他發明家和投資者見狀也涌入這個領域，愛迪生憑一己之力完全無法抵擋激烈的競爭。更要命的是，他的電力系統只能在人口密集的城鎮運轉。美國有無數小鎮渴望擁有電力照明系統，但苦于人口分布太過分散，引入愛迪生電燈的成本太高。誰能占領這個潛力巨大的市場誰就能大發其財。

喬治·威斯汀豪斯鎖定了這個商機，他為此專門發明了一套交流電系統。威斯汀豪斯的想法是，如果提高電壓（比如提高到1000伏）來傳輸電流，就能減少電纜的用量。但是將1000伏的高壓電輸送到居民家中是極其危險的，于是威斯汀豪斯找歐洲的朋友借來一個裝置一一變壓器，從而使得電壓從1000伏降到110伏。變壓器只適用于交流電，這意味著威斯汀豪斯的新發明有別于當時通行的愛迪生直流電系統。在直流電系統中，電壓永遠是110伏，對所有人來說都很安全，工人只需按照安裝電話和電報線路的方法來操作即可。但是威斯汀豪斯的交流電系統則要復雜一些，電線上的電壓在正1000伏和負1000伏之間變動，安裝工人存在觸電的危險，工程師們必須找到更有效的絕緣材料。鑒于交流電傳輸系統能夠以低廉的價格遠距離傳送電力，威斯汀豪斯認為增加安全設施和保障措施是物有所值的投資。

1887年，正當相信交流電的電氣工程師們雄心勃勃準備大展拳腳時，他們突然意識到一個巨大的經濟問題無法解決。理想狀態下，交流電系統能夠覆蓋整個城市，但是發電站和電纜網絡的修建和鋪設成本巨大，為了保持收支平衡，發電站必須日夜開動，一刻不停。電燈晚上才派上用場，白天如何消耗這么多的能量？工程師們意識到需要一個電機，能夠用在公共汽車、工廠、電梯和所有設施中的電機。

此時，尼古拉·特斯拉帶著威斯汀豪斯急需的發明翩然而至。1856年，特斯拉生于今克羅地亞地區，父母都是塞爾維亞人。青年時期他在奧地利理工學院學習電氣工程，后來又前往捷克布拉格大學深造。就在這個時期，特斯拉對發電機產生了興趣，物理課上他看見直流電發電機在工作時進發的火花，便向教授建議去除轉換器。教授認為他瘋了，但是特斯拉堅持自己的意見。1882年的某天，住在布達佩斯的特斯拉在公園里散步時，一個念頭突然擊中了他——在發電器中設置一個旋轉磁場。通過控制線圈的通電頻率，產生強弱可變且旋轉的電磁場，從而使轉子繞組中產生感應電流。簡單說來，就是控制交流電的頻率，使發電機的轉速變化。但是當時的特斯拉還不知道如何將想法付諸實踐。

接下來的5年中，特斯拉一直在完善自己的理論，試圖造出一臺完美的發電機。1882年秋天，他受聘于愛迪生電力公司歐洲分部，前往巴黎工作。1884年，他被調到位于紐約的愛迪生機械廠，具體工作是改造直流發電機系統。特斯拉的工作成果為愛迪生公司取得了豐厚的利潤，但是愛迪生卻拒絕兌現承諾的報酬，特斯拉憤而辭職。1887年，特斯拉發現通過使用兩股不同的交流電通過定子兩極的線圈就能產生旋轉磁場，他終于將縈繞已久的念頭變成了現實。接下來，特斯拉申請了交流發電機的專利，喬治·威斯汀豪斯以20萬美元（相當于今天的500萬美元）的價格買下了這項專利。

如今交流發電機在手，威斯汀豪斯躍躍欲試，要與愛迪生電氣照明公司比肩。他針對的正是愛迪生直流電系統無法服務的區域——人口稀少而分散的美國小城鎮。威斯汀豪斯甚至不惜以低于成本的價格參與投標，力爭在小城市修建新電站的機會。西屋電氣的市場策略令愛迪生大為光火，為了打擊競爭對手賠本賺吆喝這樣的行徑在愛迪生看來實在不磊落。1888年，愛迪生相繼在丹佛和明尼納波利斯的城市電網項目的投標中落敗，他的一名下屬弗朗西斯·黑斯廷斯決定展開回擊，拿交流電不安全來說事。

第一批交流電系統才剛剛建立，確實發生了一些事故，安裝電線的工人不慎碰到高壓電觸電身亡。在黑斯廷斯和愛迪生電力公司的操作下，報紙對這些事故大肆宣揚和報道。黑斯廷斯還找到了一個同盟——哈羅德·布朗。布朗與威斯汀豪斯有過節，非常樂意用這個機會復仇，他在愛迪生的實驗室組織新聞發布會，當著受邀記者的面，讓幾只流浪狗被西屋電氣的交流電設備電死。

布朗甚至公開向喬治·威斯汀豪斯發出挑戰，他聲稱自己愿意親身承受愛迪生直流電機的電壓，質問威斯汀豪斯敢不敢承受交流發電機的電壓。特斯拉見狀，決定在1891年的演講中設計一個環節，讓25萬伏的高壓電穿過自己的身體，以此證明交流電的安全可靠。由于特斯拉線圈吸收了高頻率電流，所以電流穿過特斯拉身體表面的時候沒有傷及他的內臟器官。

除了在公共輿論上過招，愛迪生電氣公司還試圖占領法律高地。愛迪生公司的代表游說了好幾個州的立法機構，希望將民用電力系統的最高電壓限制在300伏以內，弗吉尼亞州和俄亥俄州差一點就通過了類似的限制令。

就在愛迪生的公司忙前忙后制造輿論、影響立法時，威斯汀豪斯和特斯拉則在電氣工程和商業領域占了上風。首先，西屋電氣決定贊助1893年在芝加哥舉辦的世界博覽會，免費為世博會的所有電燈供電。與會者無不被燈光營造的美妙夜景所震撼，同時也認識到交流電才是未來。其次，借著世博會的成功，特斯拉說服華爾街的投資者，讓他們相信尼亞加拉瀑布的水電站應該使用交流發電機，將電力傳輸到紐約州的各大城市。特斯拉不厭其煩地給銀行家們寫信，不斷強調交流電可以將電力輸送到更為廣闊的區域。那邊廂，威斯汀豪斯積極參與這個項目的投標，最終獲得了設計和供應發電機的資格。

尼亞加拉項目之后，美國電力系統的基本模式大局已定，特斯拉的交流電贏得了這場電力大戰的勝利。他逐漸淡出了西屋電氣的運營和管理，在紐約開了一個新的實驗室，研究興趣轉向了無線電和理論物理。20世紀以來，交流電系統廣泛應用于商業和住宅設施內，包括你我在內的每一個人都在享用特斯拉的遺產。