裘偉廷

現(xiàn)代文明和現(xiàn)代工業(yè)的所有方方面面，都可以鏈接到交流發(fā)電和它的供電系統(tǒng)。然而很少有人知道，在19世紀(jì)末期，電學(xué)發(fā)展史上發(fā)生了一場(chǎng)交流電與直流電之爭(zhēng)的大論戰(zhàn)。論戰(zhàn)的雙方，一位是大名鼎鼎的以發(fā)明電燈、留聲機(jī)等著稱(chēng)于世的美國(guó)科學(xué)家和發(fā)明家托馬斯·阿爾瓦·愛(ài)迪生（1847—1931），另一位則是聲名赫赫的交流電開(kāi)創(chuàng)者、美籍塞爾維亞科學(xué)家和發(fā)明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）。

愛(ài)迪生青睞直流電

1879年，愛(ài)迪生發(fā)明了白熾燈，之后在其主持下又研究發(fā)展了直流配電系統(tǒng)，為人類(lèi)生活帶來(lái)了光明。隨后，直流電得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。不過(guò)在實(shí)用中，直流電也顯示出很大的缺點(diǎn)。因?yàn)閻?ài)迪生的輸電系統(tǒng)是用110V的電壓輸出，電能輸送中不僅浪費(fèi)大量的銅線(xiàn)，而且電能損耗過(guò)大，不能做遠(yuǎn)距離的輸送。在約1.5平方公里的地區(qū)就需配備一臺(tái)獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組來(lái)供電，顯然很不經(jīng)濟(jì)，也給電廠和用戶(hù)帶來(lái)不便。

1882年，特斯拉——后來(lái)的交流電系統(tǒng)的開(kāi)創(chuàng)者——還身處巴黎的歐陸愛(ài)迪生公司，做一名設(shè)計(jì)改進(jìn)電器的工程師。這家公司是美國(guó)愛(ài)迪生電燈公司在法國(guó)的分公司。由于仰慕愛(ài)迪生，1884年特斯拉拿著他的前老板——?dú)W陸愛(ài)迪生公司經(jīng)理巴特切羅所寫(xiě)的推薦信決定去美國(guó)闖蕩。巴特切羅在寫(xiě)給愛(ài)迪生的推薦信中，這樣提到特斯拉：“我知道有兩個(gè)偉大的人，你是其中之一，另一個(gè)就是這個(gè)年輕人了。”

踏上美國(guó)國(guó)土，特斯拉憑著推薦信，走進(jìn)愛(ài)迪生電燈公司，面見(jiàn)大名鼎鼎的愛(ài)迪生。當(dāng)時(shí)，愛(ài)迪生依靠直流發(fā)電系統(tǒng)和他的專(zhuān)利燈泡，正在拓展美國(guó)的電氣照明系統(tǒng)，急需特斯拉這樣的電氣機(jī)械天才。愛(ài)迪生雇用了特斯拉，安排他在機(jī)械公司工作。出于對(duì)愛(ài)迪生的仰慕，更出于實(shí)際經(jīng)濟(jì)需要，特斯拉留了下來(lái)。特斯拉進(jìn)步很快，不久就負(fù)責(zé)公司的直流電機(jī)重新設(shè)計(jì)工作。他既懂理論又富于想象力，干起活來(lái)熱情洋溢，很快成為愛(ài)迪生最得力的工程師。

特斯拉發(fā)明了 24 項(xiàng)直流電發(fā)電機(jī)新技術(shù)，這些發(fā)電機(jī)具有調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單并能產(chǎn)出強(qiáng)大電流的特點(diǎn)。愛(ài)迪生對(duì)新型發(fā)電機(jī)很滿(mǎn)意。然而，特斯拉在看到愛(ài)迪生的電力事業(yè)展示出誘人前景的同時(shí)，也看出了直流輸電系統(tǒng)的局限性，他不斷思考和探索，以求用更好的輸電方法替代直流輸電系統(tǒng)。為此，特斯拉曾經(jīng)耐不住性子，大膽地向愛(ài)迪生提出設(shè)想，認(rèn)為有可能利用交流電來(lái)產(chǎn)生電能。然而愛(ài)迪生對(duì)此設(shè)想的態(tài)度是冷淡的，因?yàn)樵趷?ài)迪生看來(lái)，由他制造的直流電照明系統(tǒng)已足夠使用了，只需在直流電系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)即可。

據(jù)稱(chēng)，特斯拉的才能過(guò)于突出，所以在公司里屢次受到愛(ài)迪生的排擠。事實(shí)上，愛(ài)迪生和特斯拉完全是兩路人，特斯拉在來(lái)到美國(guó)后就發(fā)現(xiàn)，他們兩人的發(fā)明思路和方法大相徑庭。特斯拉習(xí)慣在腦海中先搭建好實(shí)驗(yàn)框架，隨后進(jìn)行實(shí)踐；他認(rèn)為愛(ài)迪生十分死板，比如為了找到適合做燈絲的材料，愛(ài)迪生就做了1萬(wàn)多種嘗試。更重要的是，特斯拉知道愛(ài)迪生青睞直流電，直流發(fā)電機(jī)也給愛(ài)迪生帶來(lái)頗豐的收入，所以愛(ài)迪生不愿意進(jìn)行其他研究。于是，特斯拉決定獨(dú)自研究交流電，并從愛(ài)迪生的公司辭職。

特斯拉看好交流電

19世紀(jì)下半葉，電動(dòng)機(jī)使用的都是直流電，幾乎所有的人都認(rèn)為不可能使用交流電，因?yàn)榻涣麟姇?huì)反復(fù)使電流的大小和方向發(fā)生變化。但早在1877年，特斯拉在格拉茨上大學(xué)時(shí)就向他的導(dǎo)師提出：“現(xiàn)在的發(fā)電以及電動(dòng)機(jī)如果改用交流電的話(huà)將會(huì)有極大的改進(jìn)空間?！笨上?dǎo)師在課堂上的回應(yīng)是：“特斯拉先生永遠(yuǎn)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一想法，這就像永動(dòng)機(jī)一樣屬于癡人說(shuō)夢(mèng)。”

1881年，特斯拉在匈牙利布達(dá)佩斯為一家電報(bào)公司工作時(shí)，利用業(yè)余時(shí)間研究困擾很久的電動(dòng)機(jī)問(wèn)題：任何一種電動(dòng)機(jī)都有整流子電刷，外部的電流通過(guò)它們進(jìn)入轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈，產(chǎn)生電磁感應(yīng)和力矩，那么電刷和整流子能被改掉嗎？一次，在與朋友郊外散步，吟誦著歌德的詩(shī)歌時(shí)，特斯拉靈機(jī)一動(dòng)，頭腦中構(gòu)思出一種全新的電動(dòng)機(jī)模型，它完全不用電刷和整流子，轉(zhuǎn)子不接電路而懸空轉(zhuǎn)動(dòng)?！裉鞆V泛使用的多相交流異步電動(dòng)機(jī)即源于此，但當(dāng)時(shí)它僅僅是一種設(shè)想。

事情發(fā)生轉(zhuǎn)機(jī)是在1882年，特斯拉經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)分析，擬訂了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)方案，他利用兩個(gè)異相交流電換相器，以保證有充分而強(qiáng)大的電流使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。1883年，特斯拉制造出了世界上第一臺(tái)小型交流電動(dòng)機(jī)，1885 年發(fā)明了多相電流和多相傳電技術(shù)。

當(dāng)他獲悉有人取得了變壓器專(zhuān)利技術(shù)后，便果斷買(mǎi)下了這個(gè)專(zhuān)利，并從結(jié)構(gòu)上對(duì)它加以改進(jìn)。這種變壓器可以把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能變?yōu)榻涣鞲邏弘姡幂^細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)輸送，在用電地點(diǎn)再用變壓器把電能降到較低的電壓，供用戶(hù)使用。這就解決了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送電能的難題。

這時(shí)，特斯拉很需要有財(cái)政上的支持，來(lái)進(jìn)一步試驗(yàn)和推進(jìn)自己的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)交流電輸電系統(tǒng)。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)特斯拉的生活尚十分拮據(jù)，剛離開(kāi)愛(ài)迪生公司的那一段時(shí)間里，他甚至不得不靠挖水渠來(lái)維持生計(jì)。即使在這樣困頓的情況下，他的口袋里還裝著自認(rèn)為可以使人們免除苦工的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖。

幸運(yùn)的是，1888年特斯拉得到了喬治·威斯汀豪斯的支持。威斯汀豪斯不僅是一位商人，也是一位科學(xué)家，因此在參觀了特斯拉的實(shí)驗(yàn)室后，他敏銳地察覺(jué)到特斯拉的發(fā)明具有光輝前景，就當(dāng)即決定出資支持特斯拉的交流電研究。特斯拉與威斯汀豪斯結(jié)盟，不僅一舉擺脫了窮困的窘境，而且得以大展宏圖，把交流電的發(fā)明設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。

威斯汀豪斯電氣公司（即后來(lái)的西屋公司）將賭注押在了交流電上。加盟該公司后，特斯拉立刻完善已構(gòu)思了6年之久的交流電體系。半年后，特斯拉完成了他的交流發(fā)電機(jī)，順利取得了專(zhuān)利，并應(yīng)美國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)之邀，講解和示范交流電體系的研發(fā)成果。為了適應(yīng)特斯拉的交流電機(jī)，西屋公司還把原先133赫茲的交流供電系統(tǒng)改成了60赫茲的系統(tǒng)，并沿用至今。

1886年春天，特斯拉研制的3000V交流電的6.4公里的輸電系統(tǒng)在紐約州巴伐洛市誕生了。每當(dāng)夜幕降臨，成千上萬(wàn)只電燈把整個(gè)城市照耀得燈火通明，成為一大奇觀。這是交流輸電最早的實(shí)際應(yīng)用，在美國(guó)引起了轟動(dòng)。1888年，特斯拉成功建成了一個(gè)交流電電力傳送系統(tǒng)。他設(shè)計(jì)的交流發(fā)電機(jī)比直流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單、靈便，而他的變壓器又解決了長(zhǎng)途送電中的固有問(wèn)題。

愛(ài)迪生挑起“電流大戰(zhàn)”

直流電是愛(ài)迪生的領(lǐng)地。1882年，他的愛(ài)迪生電器公司正式開(kāi)始在美國(guó)各大城市推廣直流電電網(wǎng)，并試圖把直流電作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而特斯拉發(fā)明的三相交流電輸電線(xiàn)路在傳輸電力的效率上比直流電要好很多，當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)被威斯汀豪斯電氣公司買(mǎi)下，就成為愛(ài)迪生直流電網(wǎng)最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。1887年，威斯汀豪斯利用輕型電纜把高壓交流電輸?shù)矫绹?guó)各城市。這在愛(ài)迪生看來(lái)，是對(duì)他的直流電電網(wǎng)的一種公然挑戰(zhàn)。因此，正當(dāng)特斯拉進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善交流電系統(tǒng)的時(shí)候，愛(ài)迪生為了維護(hù)自己在直流電系統(tǒng)上的巨額投資利益，頑固地堅(jiān)持只有直流輸電才是唯一的供電途徑，并向其對(duì)手發(fā)動(dòng)了猛烈的攻擊。

作為發(fā)明家和成功商人，愛(ài)迪生已經(jīng)意識(shí)到交流電無(wú)疑可以降低成本，因而從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)攻擊交流電，勢(shì)必要以失敗告終。于是，他就在交流電的其他方面做文章。他認(rèn)識(shí)到，公眾對(duì)電力還懷有畏懼心理：電力雖然可為人類(lèi)帶來(lái)利益，但它也可能殺人。所以，突出宣傳交流電的危險(xiǎn)性，是攪亂公眾頭腦最有效的辦法。于是，愛(ài)迪生不惜采取各種手段進(jìn)行宣傳，掀起了一場(chǎng)針對(duì)交流電系統(tǒng)的中傷詆毀運(yùn)動(dòng)。

愛(ài)迪生聯(lián)合當(dāng)時(shí)電學(xué)界的一些知名專(zhuān)家學(xué)者，動(dòng)用報(bào)紙、雜志、街頭廣告畫(huà)等形式廣造輿論，一方面大力抨擊特斯拉，并將其冠以“科學(xué)異端”之名；另一方面拼命宣傳使用交流電不安全，會(huì)燒死人。比如，他發(fā)行了一本《當(dāng)心》的小冊(cè)子，書(shū)中詳細(xì)列舉了交流電的種種危險(xiǎn)，讓讀者產(chǎn)生恐慌心理。他還在《北美周刊》發(fā)表了《電燈之危險(xiǎn)》的文章，向公眾散布交流電的危險(xiǎn)性，攻擊交流電的使用：“西屋公司的產(chǎn)品可以在6個(gè)月里殺死他們的顧客，無(wú)論你的塊頭兒有多大?！?/p>

除了在輿論上壓倒對(duì)方以外，為了證明自己的論點(diǎn)，愛(ài)迪生還專(zhuān)門(mén)建立試驗(yàn)室，雇用小學(xué)生到街上去抓小貓小狗等，在眾多記者面前用高壓交流電做了一系列可怕的實(shí)驗(yàn)。比如將一塊白鐵皮板和一臺(tái)可達(dá)1000伏電壓的交流電發(fā)電機(jī)相連，然后殘忍地將小貓小狗置于交流電下電死。這樣，人們便可以目睹交流電的致命效果?！都~約時(shí)報(bào)》當(dāng)時(shí)就這樣報(bào)道：“實(shí)驗(yàn)證明，交流電是目前科學(xué)中最致命的力量，只要用該系統(tǒng)在本市給電燈照明一半的電壓（1500V）的話(huà)，就足以迅速致人死亡?！?p>

電椅也是在這樣一系列展示的“啟發(fā)”下問(wèn)世的。愛(ài)迪生疏通了紐約州監(jiān)獄的官員，讓他們答應(yīng)將絞刑改為電刑，即改用特斯拉專(zhuān)利所提供的交流電，來(lái)處死罪犯。1890年8月6日，殺人犯凱姆勒被首次判處電刑，即讓他坐上電椅處死。由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)局所使用的交流電流太弱，犯人在多次電擊后才斃命，以至于當(dāng)時(shí)媒體報(bào)道，電刑這一令人驚駭?shù)木跋笠鹆巳藗兊目只?，甚至將交流電與死神等同。

特斯拉不得已而應(yīng)戰(zhàn)

愛(ài)迪生在輿論和實(shí)驗(yàn)上實(shí)施的種種別有用心的宣傳，引起了許多人對(duì)交流電的恐懼；加上交流電初涉塵世時(shí)本身的幼弱和缺點(diǎn)，使得敢于使用交流電的用戶(hù)越來(lái)越少?？梢哉f(shuō)，特斯拉的交流電應(yīng)用事業(yè)遭到了嚴(yán)重挫折。

然而，實(shí)踐證明交流電的確具備很多優(yōu)點(diǎn)，于是針對(duì)愛(ài)迪生的做法，居于被動(dòng)地位的特斯拉不得不應(yīng)戰(zhàn)。他在報(bào)紙上竭力闡明自己的觀點(diǎn)：“這種民用電是通過(guò)變壓器減壓的，不會(huì)招致任何危險(xiǎn)?！蓖瑫r(shí)，他向世人傳播自己的交流電理念：當(dāng)不被用于故意犯罪的目的時(shí)，交流電是非常安全的。

同時(shí)，為了眼見(jiàn)為實(shí)地改變公眾對(duì)交流電的印象，特斯拉親自在舞臺(tái)上進(jìn)行了很多“電魔術(shù)”表演。比如1893年的一次演示會(huì)上，特斯拉身穿晚禮服，頭戴大禮帽，腳蹬一雙軟木底鞋，把手放在帶電的一端，讓電流流過(guò)身上，點(diǎn)亮了一個(gè)燈泡，他卻毫發(fā)無(wú)損——以此證明交流電的安全性。只見(jiàn)特斯拉全身產(chǎn)生了大量電火花，就像被火包圍了一樣，但這個(gè)包裹在電光里的人，就如操縱自己的手指一般自如地操縱著電能。所有觀眾都被這一幕神奇的景象深深震撼了，仿佛看到了神跡一樣。這場(chǎng)“電魔術(shù)”表演獲得了極大的宣傳效果，改變了公眾對(duì)交流電的看法，打破了交流電應(yīng)用的僵局。

1893年，特斯拉經(jīng)過(guò)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，奪得了紀(jì)念哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸400周年博覽會(huì)上點(diǎn)亮電燈的精彩展品生意。在國(guó)際博覽會(huì)開(kāi)幕式上，當(dāng)總統(tǒng)格羅夫·克里夫蘭按下按鈕時(shí)，25萬(wàn)只使用交流電的電燈在夜幕下光耀奪目，把整個(gè)展區(qū)照得亮如白晝，向人們充分展示了交流電的實(shí)力和魅力。在全場(chǎng)10萬(wàn)觀眾的歡呼聲中，特斯拉的交流電取得了階段性勝利。

之后，特斯拉又承攬了建立交流水電站的巨大工程，人們對(duì)交流電的應(yīng)用更加矚目。比如，被稱(chēng)為世界七大奇景之一的尼亞加拉大瀑布，水量充足，沖力大，蘊(yùn)含著豐富的水能。1897年，舉世知名的尼亞加拉水電站的第一座10萬(wàn)匹馬力的發(fā)電站建成，成為35公里外的紐約州水牛城的主要供電來(lái)源。這項(xiàng)百年奇跡，就是特斯拉在30多歲時(shí)的一項(xiàng)設(shè)計(jì)，其中共運(yùn)用了他9項(xiàng)專(zhuān)利，包括他所發(fā)明的交流電發(fā)電機(jī)和交流電輸電技術(shù)。

特斯拉的交流電力系統(tǒng)的成功和普及，意味著愛(ài)迪生的直流電力系統(tǒng)已經(jīng)被徹底戰(zhàn)敗。愛(ài)迪生也因堅(jiān)持錯(cuò)誤主張，被迫退出了電氣公司的領(lǐng)導(dǎo)崗位。不久之后，連愛(ài)迪生創(chuàng)立的電器公司都決定改用交流電供電，當(dāng)然其公司名稱(chēng)前面的“愛(ài)迪生”也去掉了，最終變成了著名的“通用電氣公司”。

人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入交流電時(shí)代

“電流大戰(zhàn)”是19世紀(jì)末至20世紀(jì)初在兩位天才而多產(chǎn)的發(fā)明家之間展開(kāi)的，反映了兩位科學(xué)家截然不同的思維、氣質(zhì)和教養(yǎng)等。愛(ài)迪生具有驚人的創(chuàng)造性、工業(yè)策劃能力和經(jīng)營(yíng)能力，是一位聰明的試驗(yàn)者，但卻缺乏數(shù)學(xué)知識(shí)和復(fù)雜的理論洞察力。相反地，特斯拉是超越時(shí)代的前衛(wèi)人物，通過(guò)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)解析，完成了很多偉大的創(chuàng)造性工作；他不像愛(ài)迪生那樣，僅僅因個(gè)人愿望而去做很多事情，而是在設(shè)計(jì)任何設(shè)備之前都從理論角度去分析問(wèn)題，直到得出有把握的結(jié)果，才會(huì)付諸實(shí)踐；但他缺乏經(jīng)營(yíng)頭腦。因此，太多的不同導(dǎo)致二人以各自的理由和方式展開(kāi)了“電流大戰(zhàn)”。

這場(chǎng)轟轟烈烈的“電流大戰(zhàn)”，最終特斯拉的交流電戰(zhàn)勝了愛(ài)迪生的直流電，成為社會(huì)電力供應(yīng)的主流方式?！半娏鞔髴?zhàn)”對(duì)社會(huì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，也許是必要的，因?yàn)橹挥薪?jīng)過(guò)比較，人們才能正確選擇采用哪一種電力系統(tǒng)。由于事實(shí)證明，交流電特別是三相交流電的應(yīng)用，從發(fā)電、變壓、輸送、分配到使用都很方便，而且安全、經(jīng)濟(jì)、可靠，為發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)開(kāi)辟了廣闊前景，因而從19世紀(jì)末開(kāi)始，人們選擇了交流電技術(shù)，作為工業(yè)、商業(yè)和民用電等的動(dòng)力源；到了20世紀(jì)初，交流輸電已基本上代替了直流輸電，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入電氣時(shí)代，并由此強(qiáng)有力地推進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)程。但我們也應(yīng)該看到，直到20世紀(jì)50年代，世界各國(guó)的輪船上才把直流系統(tǒng)換成交流系統(tǒng)，足見(jiàn)一種新的事物要取代舊事物，是多么的不容易。