尼古拉·特斯拉(塞爾維亞語:Никола Тесла;英語:Nikola Tesla,1856年7月10日-1943年1月7日),塞爾維亞裔美籍發明家、物理學家、機械工程師、電氣工程師,設計了現代交流電系統。
尼古拉·特斯拉生于南斯拉夫社會主義聯邦共和國克羅地亞的斯米良,1875年進入奧地利的格拉茨理工大學學習物理學、數學和機械學。1883年特斯拉研制成第一臺感應電動機。翌年移居美國,他曾受雇于托馬斯·愛迪生(Thomas Alva Edison )和西屋電氣公司(Westinghouse Electric Corporation)。1888年,特斯拉發明了交流電傳送系統,同年獲得電感電動機專利。1891年發明特斯拉線圈,將低頻電流轉換成高頻電流,被廣泛用于無線電、電視機和其他電子設備中。1893年,他設計出運用無線電報傳送信息的方案。1895年,特斯拉替美國尼亞加拉發電站制造發電機組,該發電站仍是世界著名水電站之一。1898年他發展了船舶的無線電導航系統。但是在1895年,特斯拉的實驗室被火災破壞,以至于伽利爾摩·馬可尼搶先一步獲得了無線電技術專利并在1909年因為“對無線電報發展的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。而特斯拉在1937年獲得諾貝爾物理學獎提名。直到1943年,美國聯邦最高法院正式承認特斯拉為無線電的發明者。1943年,特斯拉逝世,享年86歲。尼古拉·特斯拉被后人尊稱為“天才發明家”。
特斯拉的許多發現都具有開創性的重要意義,他因對電和磁性的貢獻而聞名于世。他的多項相關的專利以及電磁學的理論研究工作是現代的無線通信和無線電的基石。特斯拉還對雷達原理、粒子加速器、無線電遙控武器、死光武器等現代重大技術的發展指明了方向。他一生共獲得122項專利。1894年,他被哥倫比亞大學和耶魯大學授予名譽博士學位,1917年獲得美國電機工程師學會愛迪生獎。為了紀念特斯拉,在國際單位制中的磁感應強度的單位以特斯拉的名字命名,簡稱“特”,并用代號T表示。
人物生平
早年時期
1856年7月10日,尼古拉·特斯拉生于奧地利帝國斯米良(現克羅地亞),他的父母都是塞爾維亞人。特斯拉的父親穆魯丁·特斯拉是一名博學的東正教牧師,他記憶力驚人,經常用不同的語言將經典著作大段地背誦下來。特斯拉的母親杜卡·曼迪奇是東正教神父的女兒,家族里有好幾位發明家。她沒有受過教育,但非常擅長發明和制作各種家庭手工工具和設備。
1862年,特斯拉6歲時,搬家到了戈斯皮奇市。1863年7月,特斯拉的父親被委以戈斯皮奇教區職務,負責圣·喬治教堂。特斯拉在史密里安村讀小學,后于1863年升入中學一年級,學校用德語授課。中學時他的數學和物理極為出色。學校物理部有經典的電學設備以及機械儀器,激起了特斯拉發明創造的欲望。1870年,特斯拉來到克羅地亞的卡洛維奇,成為瑞爾卡高中的學生。在學校物理學教授的啟發下,他對電產生了興趣。
進入大學
特斯拉的父母希望他畢業后做一名牧師,但他自己想做工程師。就在特斯拉結束高中學業時,他染上了霍亂,在病床上躺了九個月都沒能恢復。特斯拉重病中對父親哀求,希望能去學習工程技術。父親便同意等他病好后送他去理工學院。特斯拉最終順利康復。
1874年,18歲的特斯拉在山里休整了一年,1875年,他進入了奧地利的格拉茨理工大學,學習物理學、數學和機械學。他掌握了好幾門語言,通過了9門考試,教授們都認為他的成績已經遠遠超過了最高標準,所以在第一學年,特斯拉獲得“軍事邊境當局”發給的助學金。在講授理論和實驗物理學的波埃希爾教授的引導下,特斯拉被電學吸引,他開始思考能代替直流電機的機器。第二學年“軍事邊境當局”撤銷了助學金,特斯拉只能退學。
1878年,他去了學費較為低廉的布拉格查爾斯大學就讀,靠在大學旁聽功課、去圖書館看書來追隨電氣工程技術和物理學新進展。1879年,特斯拉只讀完一個夏季學期,父親就去世了。于是,他離開了學校。
科研生涯
1880年,特斯拉前往布達佩斯,在匈牙利中央電報公司負責新設備的數據計算、設計和評估等工作。在那里,他繼續構想交流電機。1881年,他因發明電話增音器等幾項工作在電氣領域嶄露頭角。期間他發現了旋轉磁場原理,并將旋轉磁場的原理可視化,一舉解決了直流電機交換器和電刷的問題,他還制定了感應電機的計劃,這成為他成功利用交流電的第一步。1882年他在巴黎利用業余時間成功制造出第一臺沒有交換器和電刷的電動機,但在當時并不受重視。
1884年6月6日,特斯拉經人介紹去了美國,他受雇于愛迪生電器公司。他花了半年多的時間對托馬斯·愛迪生的直流發電機進行改造,設計了24臺不同規格的標準機型,利用短磁芯替代長芯場磁鐵,并安裝了自動控制裝置以確保安全,這大大提高了發電機的效率和負載能力,使愛迪生公司獲得了新的專利權和巨大的利潤。但愛迪生卻以“美國式的玩笑”為借口,拒絕償付先前許諾的5萬美元技術改造費,特斯拉憤而辭職,結束了他們之間僅一年的合作。
因在愛迪生公司工作期間的杰出表現,特斯拉在電業擁有了不錯的口碑。他同意與投資商合作,1886年,特斯拉發明弧光照明系統,獲得7項專利,并應投資人要求成立了特斯拉電燈公司。同年,特斯拉設計的發電機的電力系統整流器是成功取得第一個專利。開發期間,他的工資非常微薄,根據雙方達成的協議,他將獲得公司股票。然而,投資商們只為獲利而研發弧光燈,他們對特斯拉想做的交流電根本不感興趣。所以當特斯拉研制的弧光燈系統被應用后,投資商將他排擠出了公司。
此時美國處于經濟大蕭條時期,特斯拉找不到工程技術工作,沒有任何收入來源。從1886年春天到第二年,他在紐約街頭做苦力謀生。1887年年初,工地上的工頭約翰森向西方聯合電報公司創始人布朗先生推薦了特斯拉。特斯拉對布朗先生講述了交流電系統及交流電動機的未來。4月,布朗先生在特斯拉名下投資50萬美元,成立了特斯拉電燈與電氣制造公司(TESLA Electric Co.),并修建了實驗室和廠房。特斯拉設計出了世界上第一臺交流感應電動機和以交流電為基礎的各種發電、變電設備。1888年5月,他獲得了關于“電力傳輸”多相系統的美國第382、280號專利。特斯拉的成果迅速引起轟動,康奈爾大學威廉·A.安東尼教授,立即意識到了特斯拉系統的重大意義,他推薦特斯拉到美國電氣電子工程師學會做報告。1888年5月16日,特斯拉為美國電氣電子工程師學會做報告,報告的題目是《交流電機和變壓器的新系統》。
在美國電氣電子工程師學會做報告后,西屋電氣公司(Westing House)創始人喬治·威斯汀豪斯上門來參觀了他的實驗室,并于1888年年初和特斯拉簽訂協議,開始大規模生產特斯拉發明的交流發電機。
交流電效能優于直流電,因此交流電開始取替傳統直流電的位置。在利益的驅動下,托馬斯·愛迪生大力抨擊特斯拉,他在各種場合聲稱特斯拉的交流電不安全,還公開電死大型動物以宣傳交流電的危險,這種種行為史稱“電流大戰”。恰逢死刑絞架被改為電椅,而電椅使用的是交流電。這又引起了民眾對交流電的恐懼,使交流電的生意大為下降。
1891年,特斯拉發明特斯拉變壓器(又稱特斯拉線圈),同年7月31日,35歲的特斯拉加入了美國國籍。8月,特斯拉獲得了多項電源系統的專利。到1891年,他提出申請并獲得批準的專利共達45項,其中包括各項與交流發電、變電、電動有關的技術。交流電的發展勢不可擋,托馬斯·愛迪生的電氣公司于1892年2月被湯姆遜—休斯敦公司合并成“通用電氣”。通用電氣公司在吞并愛迪生的電氣公司后開始與特斯拉所在的西屋電氣公司競爭。
1892年到1894年之間,特斯拉擔任美國電力工程師協會的副主席。
1893年,芝加哥舉辦世界上首屆使用電燈照明的世博會——“哥倫比亞世界博覽會”,需要安裝25萬盞燈及必備的發電、供電系統。西屋電氣公司和通用電氣公司都競爭其電燈照明項目。通用電氣公司提交了世界幾大工程師共同繪制的圖紙,預算報價100萬美元。西屋公司提交了特斯拉一人繪制的交流電系列圖紙,報價50萬美元。最后,西屋公司中標。5月1日博覽會開幕。特斯拉式的發電廠共有12臺1千馬力的交流發電機,每臺發電機都可以點燃1萬盞16燭光的大燈。這使全世界看到了特斯拉系統的潛力,導致西屋公司贏得了開發尼亞瓜拉瀑布電力資源的巨額合同。1895年,西屋電氣公司利用特斯拉所發明的交流發電機和交流輸電技術,建成了尼亞加拉瀑布水電站,這也是世界上第一座水電站。
1893年夏天,特斯拉在密蘇里州的圣路易斯全國電燈聯合會做報告,展示了世上第一臺高頻振蕩器——無線電發射機。報告中,他描述并演示了無線電通信的基本原理。1893-1894年,特斯拉作了一系列報告,詳細闡述了無線電發送和接收方面的六項基本要求,并被哥倫比亞大學和耶魯大學授予名譽博士學位。1895年初,特斯拉準備傳輸無線電信號,就在他準備傳輸無線電信號前48小時,1895年3月13日早晨,特斯拉在紐約第五大道的實驗室突然失火,遭受的損失不計其數。特斯拉為此推遲了無線電信號傳輸演示,但在1895年6月,21歲的伽利爾摩·馬可尼把無線電信號發送到了1.5英里外的地方,并于1896年來到倫敦發表了和特斯拉在1893年所做的一模一樣的無線電報告。1897年9月2日,特斯拉的無線控制技術專利申請獲得登記,編號為645576和649621。這是世界上最早的無線電技術藍本。但為時已晚,公眾都以為是古列爾莫·馬可尼在1895年取得了這一功績,以至于馬可尼在1909年因為“對無線電報發展的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。
1897年,在通用公司的競爭下,西屋電氣公司股票崩盤,必須實行合并。多股財團勢力威脅特斯拉放棄專利權,并意圖獨占牟利。為了挽救公司,特斯拉答應喬治·威斯汀豪斯的請求,放棄專利。但特斯拉借此機會將交流電的專利永久公開,成為免費的發明,將交流電系統貢獻給了世界。
特斯拉放棄了交流電體系上的數百萬美元的專利權收益,這使特斯拉陷入了長期缺乏研究經費的境地,特斯拉的研究工作舉步維艱。他想要設計出一種“無線電力傳輸系統”,不借助任何導線能將動力傳送到地球上的任何一個角落。特斯拉的名聲幫助他籌集了大量資金。1899年,他在科羅拉多州建成普林斯實驗室,在科羅拉多噴泉附近建造無線電力輸送站。這一電氣試驗耗電之大造成科羅拉多地方電網斷電。1902年,特斯拉又籌集到錢,他在長島建造另外一座高塔,可塔未建成,錢就花完了。該塔在第一次世界大戰初期被人秘密炸毀。特斯拉還計劃在尼亞瓜拉瀑布建造另一個類似的裝置,但他再也籌不到資金了。
晚年逝世
由于長期缺乏研究經費,他日益陷于貧困。特斯拉在生命的最后20多年里陷入了極端的反常。他深居簡出,經常與鴿子為伍。1917年,特斯拉獲得美國電機工程師學會愛迪生獎。1926年,他獲得了貝爾格萊德大學工程學院的榮譽博士學位。1931年,特斯拉75歲壽辰時,他登上《時代》雜志封面,并共收到八位諾貝爾物理學獎得主的感謝函。1933-1943年,特斯拉住在紐約客旅館(New Yorker Hotel)3327號房間。他還在1937年獲得諾貝爾物理學獎提名,同年,特斯拉到布菜恩公園喂鴿子途中被出租車撞倒,三根肋骨骨折,到1938年春天才可以下床。1942年7月8日,特斯拉在紐約人旅館受到南斯拉夫社會主義聯邦共和國國王彼得二世的拜訪。1943年1月8日,特斯拉盯矚他雇旅館的清潔人員阿麗絲·莫娜罕在門口掛上“請勿打擾”的小牌子,謝絕會見客人。這塊“請勿打擾”的小牌子掛到第三天還未取下,人們打開門進到房間,發現特斯拉已經死在床上。經過驗尸,判斷死亡時間是1943年1月7日晚10點30分,因心臟衰竭去世,享年87歲。
追悼會于1月10日舉行,由紐約廣播電臺現場直播。紐約市長菲奧雷洛·拉瓜迪亞(Fiorello La Guardia)宣讀了斯洛文尼亞作家、散文家和翻譯家路易斯·亞當米克(Louis Adamic)撰寫的悼詞。克羅地亞小提琴家茲拉特科·巴洛科維奇和斯洛文尼亞合唱團在紀念館表演了塞爾維亞愛國歌曲“Tamo daleko”(遙遠)。南斯拉夫社會主義聯邦共和國皇家政府信息中心組織了特斯拉葬禮的儀式,并發布了有關其協議的公告。特斯拉的遺體躺在弗蘭克·E·坎貝爾殯儀館。葬禮于1月12日在圣約翰大教堂舉行。一個由30名南斯拉夫軍官組成的代表團出席了儀式。在葬禮上,由三位諾貝爾物理學獎獲得者代表諾貝爾團隊致辭。特斯拉的遺體,起初被安葬在哈德遜河邊的費恩克里弗公墓。也正是1943年,美國聯邦最高法院承認特斯拉為無線電的發明者。
美國法庭將遺產的保管權判給了特斯拉的侄子薩瓦·科薩諾維奇。但在特斯拉去世后,他的財產實際上被打包封存并移交給美國外僑資產管理局。相關部門的代表應聯邦調查局的要求前往紐約人酒店,沒收了他的所有物品。聯邦調查局認為,特斯拉一部分被盜的研究成果最終導致德國飛碟的發展和蘇聯氣象控制武器的成功,于是便加大了對特斯拉研究文稿的監管,任何與這位科學家有關聯的東西都被沒收。然而,在特斯拉生前居住過的酒店中留下的十幾箱特斯拉的物品,都被出售以支付他在酒店住宿時所欠賬款。在薩瓦·科薩諾維奇的倡議下,特斯拉的所有個人財產和著作都被運至貝爾格萊德,薩瓦·科薩諾維奇隨后將這些財產和著作交給了貝爾格萊德。
1951年9月,他的遺產被裝在60個包、手提箱、金屬箱和桶中運送至塞爾維亞的里耶卡港。然后通過火車將這些資料運至貝爾格萊德,存放于貝爾格萊德大學電氣工程學院。1952年6月,這些資料被從學院轉移到貝爾格菜德特斯拉博物館的所在地。特斯拉遺留的文件材料原件以及各種發明的模型,包括放大發射機、自動控制機器人船艦、早期的電子管、感應電機、渦輪機、1893年芝加哥世界博覽會上展出的展品等,都于1952年從美國運往南斯拉夫。1957年,特斯拉的骨灰被運回故鄉——南斯拉夫的貝爾格萊德,安葬于塞爾維亞貝爾格菜德的尼古拉·特斯拉博物館。
主要成果
特斯拉一生中有1000多項發明。在入選《世界記憶名錄》的《尼古拉·特斯拉檔案》中,包含了他的118項原始專利文件,112項申報于美國,6項申報于英國。其中,40項專利屬于能量領域,50項屬于高頻電流領域,17項屬于機械工程領域,還有幾項其他技術領域專利。其中對現代影響最為深遠的是他所設計的現代交流電系統。他于1891年發明的特斯拉線圈則是真正的“無線傳電方法”,可以避免大部分輸電損耗,在汽車傳感器中被廣泛使用。也因為這項技術,特斯拉為尼亞加拉大瀑布水電站設計了輸電供電系統。1893年,他設計出運用無線電報傳送信息的方案,在此基礎上發展出船舶的無線電導航系統。特斯拉還對地球共振頻率頗有研究,奠定了超距武器的發展。他的發明極大地推動了人類文明的發展,對世界造成了深遠影響。?
交流電系統
伏特于1800年發明電池。邁克爾·法拉第于1831年發明了電動機。但由于電池提供直流電(DC),而且直流電又是當時唯一種電能,法拉第發明的電動機只能采用直流電。在美國,托馬斯·愛迪生發明的新型電動機和電池也使用直流電。
交流電
1881年,25歲的特斯拉設想出一種全新的電動機。通過來回改變電動機電線中的電流方向而使磁場旋轉起來,使用旋轉磁場帶動電動機高效運轉。特斯拉面臨的問題是當時的電力系統無法驅動他的新型電動機,所以1881年,他把這個主意暫時擱置。1884年,特斯拉在為愛迪生工作時發現直流電動機工作效率非常低,特斯拉便想要替換掉直流電力系統。1885年,特斯拉回想起自己1881年靈感突發時想到的電動機設計,通過每秒鐘多次改變方向的電流使其運行。由于這種電流可以有規律地改變方向,特斯拉稱其為交流電(AC)。
交流感應電機
特斯拉便制造出了由線圈和一根磁化鐵棒組成的交流電動機。鐵棒的一端作為四氧化三鐵的北極,另一端作為南極。電流通過線圈時形成自己的磁場,擁有自己的北極和南極。鐵棒和線圈的磁場在磁力作用下排列起來(北極對著南極,南極對著北極)。異性磁極相互吸引,同性磁極相互排斥。為了與線圈的磁場排列起來,鐵棒旋轉方向,電動機瞬間改變電流方向,也改變了磁場的北極和南極。為了與新的磁場方向排列起來鐵棒再次旋轉方向。如果電流每秒鐘多次改變方向,鐵棒就會不停地旋轉方向以驅動電動機。
他的構思不僅是一種新的電動機,而是一種全新的系統。其他科學家也一直在嘗試發明交流電動機,但是他們使用單一回路,使得電動機要么不轉,要么引發大量的無功振動。早在1878-1879年,伊萊修·湯姆森就運用交流電為弧光燈供電。歐洲的呂西安戈拉德和J.烏伊拉德.吉布斯制造出第一臺交流變電器,這是在電力輸送過程中增高或降低電壓必不可少的設備。但直到特斯拉,交流電動機才被真正發明了出來。
交流電變壓器、交流電發電機
特斯拉的設計不被托馬斯·愛迪生看好,但1888年,特斯拉得到喬治·威斯汀豪斯支持研發交流電體系。通過實驗,特斯拉發現,高壓交流電能會降低電路的傳輸損耗。為此,特斯拉發明一系列的交流電變壓器將電流轉換成高壓電流,再還原成大部分電動機和照明設施需要的低壓電流。隨后,特斯拉又發明了首臺交流電發電機,他的交流電系統完成了。特斯拉的交流電傳輸系統可以把交流電流傳輸186英里,傳輸損耗僅為22%。特斯拉就此成為電力之父。1902年時,工作中的發電站為162萬座,1907 年增至690萬座。至1941 年時有1.62億座發電站,幾乎都已經是交流電發電站。
尼亞加拉水電站
尼亞加拉國際委員會主席羅德·開爾文在尋求利用尼亞加拉大瀑布能量的辦法時,起初站在舊式的直流電一方,但直流電在電路上的損耗問題使得必須每隔一公里需要建設一套發電機組。所以在建造尼亞加拉水電站時,如將電力以直流電方式傳送,則輸電至35公里以外的紐約州布法羅是不可能的。
特斯拉為尼亞加拉大瀑布水電站設計了史上第一個水利發電圖,開爾文最終采用了特斯拉發明的交流電供電、輸電技術,計劃用高壓電來實現遠距離供電。1893年10月,委員會與西屋電氣公司簽訂了合同。1896年11月1日,項目完成。11月16日,亞當斯發電廠變電站開始運轉,向紐約水牛城供電。其后十多座大大小小的發電站相繼建成,每日所生產的電力足以供應美國紐約州和加拿大安大略省總需求的四分之一,人類步入了真正的電力時代。在尼亞加拉水電站所應用的13項發明專利中,有9項來自特斯拉。至今,這項建成超過100年的電力建設仍然運作如常。在尼亞加拉瀑布的公羊島上仍矗立著特斯拉的銅像。
無線能量傳輸
1889年特斯拉發明了“無線傳電方法”。即是將現時的低頻(5060Hz)高壓電流轉化為“高頻電流”,然后再經由空氣作為傳送媒介來輸電。此項“無線傳電”技術不單省卻了輸電電纜的成本,更可以免去輸電時因電阻所致的損耗。1891年,特斯拉成功試驗了以無線能量傳輸的形式把電力送到目標用電器,證實了無線能量傳輸,即能量穿過空間和物體的運動并不只是像穿過導體的電流一樣。于是他發明了可用于發射和接收電磁波的特斯拉線圈(Tesla Coil),并申請了美國專利。特斯拉線圈的結構基本上是由一個感應圈、兩個特大電容器和一個線圈互感器所組成。該線圈能夠生產出既高頻又低電流的“高壓交流電”,可經由空氣作遠距離的“無線傳電”送達至另一個“接收器”處,并且對人體無不良影響。特斯拉線圈正是運用了這種“無線傳電”技術的發明。
他利用這些線圈進行實驗,開創了無線電力傳輸的先河。無線電力傳輸是一種區別于有線電力傳輸的特殊供電方式,其原理也很簡單,發射端將電能轉換成電磁波并發射出去,在接收端接收到電磁波之后,再將其轉換成電能對負載供電。1899年,他在科羅拉多州的科羅拉多噴泉附近建造無線電力輸送站。在電站建筑物的內部,他建造了一架世界上最大的特斯拉線圈。建筑物的上面有一座數十米的高塔,塔頂是一個巨大的金屬球,與巨型線圈相連通。特斯拉的目的是利用這套設備在導線上產生1億伏特30萬赫茲的交流電并導向地球,以此來周期性地改變地球的電勢,同時也在塔頂的圓球上產生相反的交變電勢。試驗開始后,半徑19公里的周圍地區內的建筑物的避雷針都電光閃閃,并且成功點亮了40km外的200盞電燈。
1901年,特斯拉獲得金融家約翰·皮爾蓬·摩根的資助,在紐約長島建約57m高的無線充電塔——沃登克里弗塔。由于金融恐慌、勞工問題和摩根撤回支持,該項目被放棄。雖然特斯拉線圈在當時并沒有得到推行,但經過多年研究,科學家們認為理論上這種方案是可行的。無線電力傳輸在現今的電動汽車等需要無線充電裝置領域發揮著作用。
特斯拉效應
特斯拉一生致力于研究非線性(即輸入和輸出不成正比)問題。1898年,特斯拉在實驗室里用鬧鐘振蕩器,精確調整振動頻率,引發了一次小型地震。在1912年,特斯拉就提出:“若把物體的振動和地球的諧振頻率正確地結合起來,在幾個星期內,就可以造成地動山搖、地面升降。”1935年,特斯拉在其實驗室打了一個深井,并在井內下了鋼套管。然后,他向井內輸入不同頻率的振動。在特定的頻率時,地面就會突然發生強烈的振動,并造成了周圍房屋的倒塌。這就是著名的特斯拉實驗。
特斯拉在這些實驗上建立了一門新的科學——地球共振頻率,也稱之為“通控地質動力學”。他認識到可以利用同樣的振動原理來探測遠距離物體,例如船舶或潛艇。還能夠利用符合地球常數的機械振動來測定礦床和油田。這就是現代地表勘探技術的先聲。他還發明出一種體現遙控地質動力學技術的機器,使用這種裝置將小振幅的機械波送入地下6英里,可以將信息傳遞到世界任何角落,而且只要有一個袖珍式的微小裝置,就能接收這些信息。這種機械波進行傳播時,不受天氣的干擾。為此,這種小輸入強輸出的超級傳輸效應稱為特斯拉效應,是地球物理武器的關鍵,特斯拉也是超距武器的奠基人。
無線電技術
早在1893年,特斯拉就已經開始從事制造遙控裝置。在后來的兩三年時間里,他制造了幾種可以遠距離遙控的機械。可是1895年實驗室火災之后,這些活動就中斷了。一直到1898年3月,特斯拉制造出世界上第一艘無線電遙控船,注冊了無線控制技術。特斯拉很清楚無線電遇控船只的軍用價值,他想要把這項發明獻給政府,用作終結戰爭的手段。面對表示懷疑的公眾,特斯拉在麥迪遜廣場花園的人群面前演示了無線電遙控船操作。特斯拉采用他自已設計的脈沖編碼將操作指令傳達給無線電啟動,經過解碼后完成實際操作。這正是未來遠程控制技術的雛形,也是人類歷史上第一個用無線電波成功控制的機器人。特斯拉展出的世界第一臺用無線電操縱的機器人自動船,開創了無線電的發展階段,成為現代無線電技術的先驅。這項發明將機器人和無線電控制技術相結合,為后來的無人駕駛飛機的產生帶來了靈感源泉。
霓虹燈
熒光燈和霓虹燈并不是特斯拉發明的,但他卻對它們的改進貢獻良多。當時沒有人對陰極射線進行研究,陰極射線是在霓虹燈這類電子管中可以觀察到的電子。1889年年底,特斯拉在研究高頻電流時發現,當一定空間內的電場達到足夠的強度時,就可以點亮無極真空管。特斯拉進行實驗,使帶電粒子穿越氣體產生了四類不同的光。例如,他使用磷光物質將黑光轉換成可見光,并在制作燈和霓虹燈招牌時,發現了這一技術的實用價值,在1893年的芝加哥哥倫比亞世界博覽會上,特斯拉的個人展覽是霓虹燈招牌,上面有著他獨特的設計和書寫的文字。除了發現充氣管可以發出不同顏色的輝光之外,他還證明,在玻璃管內壁涂上熒光物質后,能大大增加亮度,揭示出了大約半個世紀后發展起來的日光燈的發光原理。他還制出了原始的霓虹燈和燈,設計了加熱金屬內部的高頻加熱法,發現該法可以加熱人體內部組織,這為后來的透熱療法和微波灶打下了基礎。
X射線
1895年,德國科學家威廉·倫琴發現了“X射線”。他注意到,當他把感光膠片放在手和鉛屏之間時,膠片上就會出現手部骨頭的圖像。但在倫琴公布他的研究結果之前,特斯拉也在對X射線進行研究,不過他的研究被1895年的實驗室火災打斷了,倫琴所發表的研究結果啟發了特斯拉,他后來采用真空管來制造X射線,形成的圖像被他稱為影像圖。特斯拉被認為是美國拍攝X光照片的第一人,他拍了一張穿著鞋的腳部影像圖。影像圖在X光機的發展中起了重要的作用,X光機從來無法拍出像特斯拉那樣清晰的圖像。
特斯拉在對X射線進行實驗的過程中,X射線對他的眼睛、身體、皮膚、雙手、大腦都造成了不小的影響。1897年春天,他莫明奇妙地病倒了好幾個星期。由于X射線設備的作用,他的眼睛經常爆發突然性陣痛。他的雙手也反復受到X光照射,“局部皮膚的顏色發暗變黑,而且生成了水皰,這就是預兆有病了。皮膚一層層脫落,里面的肉都露出來了,同時出現發燒和火辣辣的疼痛等癥狀。我十分不幸,我有一位賣勁干活的好助手,我親眼看著他腹部害,上了這種疾病。”這是受到一只高電荷管照射之后發生的,距離只有幾英寸,照射時間僅5分鐘。
特斯拉經過一番研究之后很快意識到必須采取安全措施。1897年4月6日他在紐約科學院作報告,專門談X射線設備的實用構造以及安全操作方法,同時還介紹了他對倫琴射線危險性的觀察體會。他已經試驗了各種金屬防護裝置,此后不久鉛防護罩就通用起來了。
特斯拉渦輪機
在20世紀初,活塞式發動機在汽車工業中興起后,特斯拉開發了自己的渦輪機。特斯拉的渦輪機是無葉式的,使用光滑圓盤在燃燒室中旋轉。在燃料進入帶有圓盤的主要燃燒室之前,燃燒將帶動機器運轉。燃燒可以使圓盤旋轉,從而帶動發動機進行工作。特斯拉在1909年測試該發動機時,發現它能夠達到60%的燃燒效率。
其他
特斯拉1899年到1900年在科羅拉多州發現了陸地靜止波。他證明了地球可以用作導體,并在一定的電頻率下產生共振。他還在40公里的距離內點燃了41盞沒有電線的燈,并創造了人造閃電,產生了135米的閃光。
除了在交流電領域的突出貢獻,特斯拉的研究領域還包括宇宙射線、電真空原理、電振蕩和射頻等。特斯拉還發明了特斯拉變壓器、交流電摩打、現代電腦基礎、無線通信、太陽能系統、雷達裝置、機器人、死光、測謊儀、提出電磁射頻武器概念等。
思想主張
宗教觀
特斯拉深深信仰宗教,尤其是佛教和基督教,他認為,他自己得出的關于生命的力學觀念,是“符合佛的教義和耶穌登山訓眾的精神的”。同時他認為“人類的死亡本身并不是我們見到的奇妙變態過程的終結,整個宇宙是一座巨大的機器,它既沒有生也沒有死。人類不能脫離自然秩序而成為例外,人類也象宇宙一樣,是一座機器。我們所說的‘靈魂’,無非是人體各種功能的總合而已。當人體功能終止時,‘靈魂’也隨之消逝。”特斯拉認為,佛教和基督教的要義將構成2100年人類的宗教。
1895年遭受實驗室火災的打擊之后,特斯拉一度非常悲觀。就在他萬念俱灰的時候,他遇見了印度教導師辨喜,辨喜是現代瑜伽的主要奠基者,是首位在西方講授瑜伽和冥想的靈性導師。特斯拉遇見辨喜后便對東方宗教思想有了濃厚興趣。
辨喜經常去實驗室找特斯拉,他們一起探討宇宙學方面的“本質”問題。特斯拉對吠陀教十分入迷,在了解了prana(呼吸)、akasha(空間本身)、kalpas(一晝夜時間)的內容之后,他稱這就是現代科學應該揭示的終極要義。特斯拉只花了半年時間,就對印度的吠陀哲學全然理解。受辨喜的影響,特斯拉成了一位梵語大師。在后來表述物質及能量的各種“本質”問題時,特斯拉采用了“梵文”去命名,以表達對東方古文明智者們的無限感念與敬佩。
人口觀念
特斯拉相信優生學在未來會得到發展,他認為在嚴峻無情的時代,由于適者生存,“欠佳的種”將受到排除。“然后人類新生的同情心又同自然界殘酷無情的作用發生沖突”,于是不適者依然生存下來。“為了適應文明和人類的意圖,唯一可行的方法就是進行絕育并對交配本能給予精心指導,從而制止不適者進行繁殖。有好些歐洲國家以及美國的一些州,都對犯人和瘋人施行絕育。”在特斯拉看來,“這還不夠”。他說,“按照優生學者的意見, 我們必須使結婚變成一種難于辦到的事情。毫無疑問,凡是不適宜做父母親的人,都不得生育子女。從現在起再過一百年,對一個正常的人來說,找一個不符合優生學條件的人做配偶,就象找普通一頭動物當伴侶一樣不近情理。”“到了2035年,衛生或體育部長的地位就顯得比軍事部長還重要了。”
婦女觀
特斯拉將女性的崛起視為未來最重要的變化之一。他說:“經歷了世界大戰的各種刺激之后,訓練有素的觀察者,包括那些未經世事的人都意識到,延續了幾個世紀的性別歧視在世界各地都受到了來自嶄新觀點的挑戰。”他認為,女性的智力水平原本并不低于男性,是女性在社會中的從屬性延續了無數代,這種禁自然而然地導致了女性心智的部分萎縮。現在女性為爭取性別平等而進行了抗爭,她們將建立一個新的、以女性為主導的性別秩序。現代女性的崛起僅僅是兩性戰爭的表面癥狀,下面還醞釀著更深層次且更強有力的東西。女性對于自身的平等及性別優勢的堅持,不僅僅體現在表層上的對男性身體的模仿,更體現在深層次的女性智慧的覺醒。
特斯拉進一步說:“女性展示出來的心智能力,完全可以與男性的精神成果和成就相媲美。如果這種能力能夠代代相傳,未來女性的能力肯定會進一一步提高。在未來,普通女性的教育將會與普通男性持平,甚至會超越后者。在過去的幾個世紀,女性的大腦都處于休眠狀態,但是在未來,在刺激之下,她們的大腦將變得強大。”他認為擺脫了傳統的束縛之后,女性通過自身努力,將能夠更多地認識新領域,獲得領導權,并在此過程中逐步減少并最終消除女性的情感,抑制其母性的本能,這會讓她們極其厭惡婚姻和生兒育女這類在男性統治秩序里女性必須履行的職責,而這會讓人類的文明形態越來越向蜜蜂屬靠攏。
戰爭觀念
當特斯拉站在科學家的角度看待戰爭時,他認為,戰爭無論在道德、經濟、現實和理論角度都是不正確的。但和大多數科學家一樣,當他脫離科學家的角色時,他的情感又使他認為有些情境下的戰爭也不無道理。特斯拉預測到了自己的新發明中所包含的“死亡射線”的危險性。任何一個國家,無論多小,都可以利用它來抵御侵略。雖然說這是一種用于防御的武器,但誰也無法保證軍隊不會將它用于侵略。作為科學家,他不希望自己的發明會被戰爭者所利用,但他的情感又使他愿意讓自己的發明創造被合理地利用,作為保護自我的儀器。特斯拉曾說:“令人遺憾的是,為了守衛和平,我們采取了戰爭這種破壞性的措施。可能在若千年以后,國家之間的戰爭甚至都不需要軍隊、艦隊或槍炮,未來的武器將更具殺傷力。到那時,無論距離多遠的城市都能夠被它摧毀,沒有任何力量可以阻止。如果我們要避免這種災難的發生,避免我們的地球變成一座人間煉獄,我們必須立即利用國家的所有力量和資源發展飛行器和無線能量傳輸設備。”
主要論著
科學報告、論文
表格信息來自于
個人自傳
《My Inventions》是特斯拉在63歲時完成的自傳,1917年8月~1919年7月,在《Electrical Experimenter》發表,共分為6篇文章,里面回憶了他60余年來的部分生活和經歷。中文譯名為《特斯拉自傳》,內容包括“特斯拉回憶錄”“文章、演講及其他”(含特斯拉代表性文章及作品)、“他人眼中的特斯拉”(與特斯拉同時代的人對他的采訪及報道)三個部分。
榮譽
特斯拉獲曾獲得歐美多國授予的各類勛章,其中首枚勛章為艾略特·克雷森金質獎章,是19世紀末富蘭克林研究所因他在高頻電流領域的研究貢獻而授予的。特斯拉獲得的首個榮譽博士學位來自美國哥倫比亞大學,后來耶魯大學、布拉格查爾斯大學都向其授予了榮譽學位。
1899年~1900年,特斯拉已經能夠在其實驗室中制造出球狀閃電。1917年,特斯拉獲得美國電機工程師學會愛迪生獎。他還在1937年獲得諾貝爾物理學獎提名。自諾貝爾獎成立三十年以來,特斯拉一共被單獨選出九次,與托馬斯·愛迪生共同選取是兩次,而他把這十一次盡數讓出。諾貝爾得獎歷史中,研究特斯拉作品而從中得到啟發,最終獲得諾貝爾物理學獎的科學家,占了其獎項比例的27%,間接得到啟發的是65%。特斯拉在1910年推薦了瑪麗·居里在放射性元素方面的成就,使得居里夫人獲得了第二次諾貝爾獎。因而,在1931年特斯拉生日時,他共收到八位諾貝爾物理學獎得主的感謝函。1943年,特斯拉的葬禮,同樣是由三位諾貝爾物理學獎代表諾貝爾團隊致辭,也因此,特斯拉被稱為“現代物理學之父”。
1975年,特斯拉因發明電磁電機和交流電而入選發明家名人堂。
人物軼事
實驗室表演
特斯拉奇實驗室寬敞明亮、充滿科幻氣息,但對外人是不開放的,只有經他的私人朋友的介紹才有機會進入。他往往在參觀者面前打個響指,使得一個跳躍的火球出現在他的手中。他甚至讓火焰遍布全身,最后將其放入一個盒子里,卻不留下一絲痕跡。特斯拉還會演示如何讓黑暗的實驗室亮如白晝,而卻找不到到光的來源。他還會讓高達200萬伏的電壓通過自己的全身,電流停止后,整個身體散會發出電火花形成的電光暈,此時與特斯拉握手,則像握住了一塊強力電池一樣。常常令參觀者嘆為觀止。
毅力戒賭
1876年后,特斯拉的助學金被撤銷,為了有錢求學,他只好去賭博。雖然玩牌他并不怎么拿手,但是打彈子還算不錯。這種本領實際上幫不了他的忙。特斯拉自己講過,他是如何學會賭錢,后來又是如何戒賭的。他回憶道:坐下來賭博,對我來說是非常稱心愉快的。我父親過著規規矩矩的生活,對我這種耗費時間和金錢的無聊勾當,他是不會輕饒的。他時不時大發牌氣,破口大罵,但是我母親卻不然。她知道男人的脾氣,她還懂得,一個人想改邪歸正,要做靠自己努力。我記得有一天下午,我急著要去大賭一場,這時母親帶著一疊鈔票對我說:“去痛痛快快地賭個夠,你把我們全部家當輸光也罷,輸得越快越好。我知道,你會醒悟過來的。”“她說對了,我立即壓住了,我不但戰勝了賭博,而且把它從我心上連根拔掉,絲毫念頭也不留。”
感知敏銳
特斯拉的感覺特別敏銳。在童年時期,特斯拉有好幾次夜里被燃燒聲驚醒,從而將鄰居從遭受火災的房屋里救了出來。他能隔著3個房間聽見表的嘀嗒聲,他還聲稱,只要他人以特定的方式傷害到親友,自己就產生一種感覺,他稱為“宇宙的疼痛”。特斯拉的姐姐安格琳娜病逝后,特斯拉有所感應,從紐約發去電報:“我眼前浮現出安格琳娜,后來又消失了。我覺得情況不妙。”特斯拉的母親去世時,他也有感應。19世紀90年代,特斯拉舉辦了一次盛大的宴會。宴會結束后,有的客人準備乘一趟開往費城的火車回家。此時,特斯拉產生了一種強烈的不祥預感。他堅持要留下客人過夜,不讓他們乘坐這趟火車。結果這趟火車發生重大事故,不少乘客不幸遇難。1912年,特斯拉勸告富豪摩根,不要乘坐豪華游輪泰坦尼克號出游。摩根信任特斯拉的敏銳直覺,退掉了船票。特斯拉的另外一名好友則沒有聽從他的建議,最終葬身大海。
特殊習慣
特斯拉極度厭惡珍珠和別人的頭發,對樟腦和桃子嚴重過敏,不喜歡握手,對數字3有著特別的偏愛。他常常在進入建筑物前,要繞街區走3圈。他每次都要18張餐巾(3的倍數)來擦餐具。如果他讀了某個作家的某一本書,就必須讀這個作家的所有。他一生沒有談過戀愛,終身未娶,經常一天只睡兩個小時。不管多忙,他每天都會出現在第42大街公共圖書館的廣場上和第50大街的圣帕特里克大教堂前喂鴿子。如果實在沒時間喂鴿子,他會付給別人費用,代替自己去喂鴿子。
人物評價
尼亞加拉國際委員會主席羅德·開爾文爵士給特斯拉的評論是:他在電氣研究方面的貢獻,無人可出其右。
瑞典裔美國電氣工程師、發明家E.F.W.亞歷山大遜評價特斯拉:在電力工程以及無線電的幾乎每一步發展中,我們都能將思想的火花追溯到尼古拉特斯拉。這些想象遠遠超出我們的時代,幾乎沒有人可以在有生之年真切地看到它們得以實現。
庫珀聯合學院主席加諾·杜恩評價特斯拉:特斯拉是一位多產的發明家,解決了那個時代電機工程學方面的最大難題,給世界創造了多相電機和配電系統,革新了電力技術,并為它日后的非凡發展奠定了基礎。我和特斯拉的接觸始于哥倫比亞大學那次具有歷史意義的高頻講座,那次以及之后的一段時間里,留他給我不可磨滅的印象,給予我啟迪,鼓舞了我的一生。
美國電氣工程師D.麥克法蘭·摩爾說:“特斯拉煽起了我胸中潛藏已久、永不熄滅的對于氣態傳導的研究志趣。他書里的原稿,即使100年后也會被認為是一部經典。”
人物爭議
兄長死因
特斯拉的哥哥丹尼爾在12歲那年被馬踢傷后死去,而特斯拉到了年紀很大的時候,仍然會做一些跟兄長死亡有關的噩夢,還時不時說一些胡話。關于特斯拉兄長的死因,有一個比較復雜的心理學版本解釋認為,丹尼爾是從樓梯上摔下來致死的。有人認為,丹尼爾后來死于腦部損傷,可能是腦血腫。陷入昏迷的男孩神智不清,怪罪特斯拉推他下樓。但種種猜測已經查無對證。
無線電專利
無線電的發明者一直是一個具有爭議性的焦點問題。1895年,特斯拉的實驗室在他準備發射50英里距離的無線電信號前被燒毀,因此延遲了試驗。與此同時,伽利爾摩·馬可尼在英國研究無線電報,并且他的設備在1896年被授予專利。他的系統與特斯拉建成的有很大不同,只用了兩個通路,但無法遠距離傳送。而特斯拉的發明使用了多個通路,從而使系統更加強大。1897年,特斯拉在美國提交了他的專利申請,并于1900年獲得批準。古列爾莫·馬可尼的無線電專利特斯拉的發明太相似了,并且馬可尼在曾1896年發表了和特斯拉在1893年所做的一模一樣的無線電報告。起初,他向美國專利及商標局申請時遭拒。但馬可尼在托馬斯·愛迪生等人的支持下采用了多項特斯拉的專利將信號傳送至大西洋彼岸。1904年,專利局撤銷了特斯拉的專利,卻表示馬可尼的專利是有效的,使他成為無線電的發明者,以至于馬可尼在1909年因為“對無線電報發展的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。直到1943年特斯拉去世幾個月后,最高法院才裁定維持特斯拉的專利。
后世紀念
紀念活動
在1956年7月特斯拉誕辰一百周年紀念之時,國際上重新注意到了這位發明家的一生及其重大意義。美國和歐洲都舉辦了紀念他百年誕辰的活動,美國電氣工程師協會秋天在芝加哥召開會議,專門回顧特斯拉的生平事跡和發明。無線電工程師協會、芝加哥科學和工業博物館、富蘭克林學院以及許多大學校,都舉辦了紀念活動。一些科學博物館還舉辦了展覽。尼亞加拉瀑布舉辦了特殊的紀念儀式,后來在山羊島上修建了他的一尊塑像,那是南斯拉夫王國人民送來的禮品。
博物館
1955年10月20日,位于貝爾格萊德的尼古拉·特斯拉博物館向公眾正式開放。這是南斯拉夫社會主義聯邦共和國首家技術博物館。博物館保留了特斯拉生前使用過的大量個人物品,尤其是特斯拉的個人檔案,包括文件、手稿、科學筆記、計算結果、圖表、圖紙和信件等,共計163911件。博物館還展出了特斯拉的第一臺感應電動機、一個水力發電廠模型、一個遙控模型船、多相輸電系統、各種發電機和變壓器等,還有在1893年芝加哥世博會期間展出的哥倫布蛋,以及其它按特斯拉圖紙精確建造的各種模型,其中最為著名的是旋轉磁場。
相關文化
獎項
IEEE尼古拉特斯拉獎(IEEE NIKOLA TESLA AWARD)設立于1975年,以電磁學奠基人尼古拉·特斯拉命名,表彰在發電和用電領域做出杰出貢獻的專家學者。該獎項每年全球評選一次,僅授予個人或不超三個人的團隊,并公布下一年度的獲獎者。
企業與組織
2003年,美國人埃隆·馬斯克(Elon Musk)所創立的電動汽車品牌以特斯拉命名。
“特斯拉科學基金會”(TSF)最初于2004年10月7日成立。在幾個不同的城市和國家設有分支機構。2010年,特斯拉科學基金會正式注冊為非營利組織。
場地
特斯拉科學中心位于沃登克里弗塔所在地,占地16英畝,是美國國家歷史注冊地標,也是尼古拉·特斯拉最后一個實驗室。
貝爾格萊德尼古拉·特斯拉機場(Belgrade Nikola Tesla Airport)是位于塞爾維亞共和國首都貝爾格萊德市以西18公里處的一個國際機場,原名為貝爾格萊德機場(Belgrade Airport),后來為紀念塞爾維亞出生的科學家尼古拉·特斯拉于2006年改名為貝爾格萊德尼古拉·特斯拉機場。
計量名稱
在1960年巴黎召開的國際計量大會上,為了紀念特斯拉在電磁學領域做出的重要貢獻,國際計量大會命名磁感應強度的單位為特斯拉,稱特,用T表示。
游戲
特斯拉科學競賽是一款具有教育意義的桌面棋盤游戲,通過一次擲一個子向玩家介紹尼古拉·特斯拉的發明和他的人生旅程。
貨幣
塞爾維亞面值100元的第納爾紙鈔上印著特斯拉的頭像,以表示紀念。
紀錄片
尼古拉?特斯拉的秘密 Tajna Nikole Tesle ,1980年
尼古拉·特斯拉:點亮世界的天才 Nikola Tesla: The Genius Who Lit the World,1994年
特斯拉:閃電的主人 Tesla: Master of Lightning ,2000年
自由能源:特斯拉傳 Svobodnaya energiya Tesly,2013年
人物關系
特斯拉的父母都是塞爾維亞人,他的父親穆魯丁·特斯拉生于拉迪克村,是一位東正教神父。他先是在戈斯皮奇完成了德國式學校教育,之后登記入伍進入利卡軍事學校。最終穆魯丁輟學進入普拉斯基神學院,并于1845年畢業。畢業不久,穆魯丁與特斯拉的母親成婚。
特斯拉的母親杜卡·曼迪奇是一位塞爾維亞東正教神父的女兒。特斯拉母親的家族里有好幾位發明家。比如她的父親和祖父,為了家庭生活、農業生產等,曾發明了很多生產和生活工具。在家中,特斯拉的母親也非常擅長發明和制作各種家庭手工工具和設備。
1892年特斯拉在德爾莫尼柯酒家俱樂部與馬克·吐溫相識。他高中時患了重病,在醫生對他放棄治療的情況下,他每天讀馬克·吐溫的書,漸漸痊愈。當他告訴馬克·吐溫這段經歷后,他們成了好友,馬克·吐溫經常來特斯拉的實驗室看望他。
凱瑟琳·約翰遜,與特斯拉有過一段長期的柏拉圖式戀情。
參考資料 >
Nikola Tesla.Britannica.2023-08-28
交流電的發現.OSGeo中國中心.2023-12-27
來認識一下電力符號背后的科學家.微信公眾平臺.2024-03-28
尼古拉·特斯拉:被“遺忘”的天才.科學畫報.2023-08-30
“天才發明家”特斯拉的故事.今日頭條.2023-12-26
George Westinghouse.Britannica.2023-10-23
特斯拉.特斯拉宇宙.2023-09-01
尼古拉·特斯拉是誰.特斯拉科學基金會.2023-09-16
尼古拉·特斯拉的發明、研究及著述.gutenberg.2023-09-02
實驗室里“玩”閃電.人民網.2024-01-05
祝賀!我院院友諸自強教授榮膺2021 IEEE尼古拉特斯拉獎.浙江大學.2023-09-16
Tesla’s history: From The Roadster to SEC problems.美國有線電視新聞網.2023-08-19
特斯拉科學基金會.特斯拉科學基金會.2023-09-16
霍赫爾州長宣布特斯拉科學中心位于薩福克郡的2000萬美元重建項目破土動工 .The Official Website of New York State .2023-09-16
Welcome to Belgrade Nikola Tesla Airport | Belgrade Nikola Tesla Airport.貝爾格萊德尼古拉·特斯拉機場網站.2023-09-16
特斯拉科學競賽 by PERTINI TOYS US.特斯拉科學基金會.2023-09-16
尼古拉?特斯拉的秘密 Tajna Nikole Tesle (1980).豆瓣.2023-09-16
尼古拉·特斯拉:點亮世界的天才 Nikola Tesla: The Genius Who Lit the World (1994).豆瓣.2023-09-16
特斯拉:閃電的主人 Tesla: Master of Lightning (2000).豆瓣.2023-09-16
自由能源:特斯拉傳 Svobodnaya energiya Tesly .豆瓣.2023-09-16