特斯拉與愛迪生的“電流大戰(zhàn)”

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)生了一場交流電與直流電之爭的大論戰(zhàn)。論戰(zhàn)的雙方，一位是大名鼎鼎的以發(fā)明電燈、留聲機等著稱于世的美國科學(xué)家和發(fā)明家托馬斯·阿爾瓦·愛迪生（1847—1931），另一位則是聲名赫赫的交流電開創(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）。

愛迪生青睞直流電

1879年，愛迪生發(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)，為人類生活帶來了光明。隨后，直流電得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。不過在實用中，直流電也顯示出很大的缺點。因為愛迪生的輸電系統(tǒng)是用110V的電壓輸出，電能輸送中不僅浪費大量的銅線，而且電能損耗過大，不能做遠(yuǎn)距離的輸送。在約1.5平方公里的地區(qū)就需配備一臺獨立的發(fā)電機組來供電，顯然很不經(jīng)濟，也給電廠和用戶帶來不便。

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

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

特斯拉發(fā)明了 24 項直流電發(fā)電機新技術(shù)，這些發(fā)電機具有調(diào)節(jié)簡單并能產(chǎn)出強大電流的特點。愛迪生對新型發(fā)電機很滿意。然而，特斯拉在看到愛迪生的電力事業(yè)展示出誘人前景的同時，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，大膽地向愛迪生提出設(shè)想，認(rèn)為有可能利用交流電來產(chǎn)生電能。然而愛迪生對此設(shè)想的態(tài)度是冷淡的，因為在愛迪生看來，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)上進行改進即可。

據(jù)稱，特斯拉的才能過于突出，所以在公司里屢次受到愛迪生的排擠。事實上，愛迪生和特斯拉完全是兩路人，特斯拉在來到美國后就發(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驗框架，隨后進行實踐；他認(rèn)為愛迪生十分死板，比如為了找到適合做燈絲的材料，愛迪生就做了1萬多種嘗試。更重要的是，特斯拉知道愛迪生青睞直流電，直流發(fā)電機也給愛迪生帶來頗豐的收入，所以愛迪生不愿意進行其他研究。于是，特斯拉決定獨自研究交流電，并從愛迪生的公司辭職。

特斯拉看好交流電

19世紀(jì)下半葉，電動機使用的都是直流電，幾乎所有的人都認(rèn)為不可能使用交流電，因為交流電會反復(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)時就向他的導(dǎo)師提出：“現(xiàn)在的發(fā)電以及電動機如果改用交流電的話將會有極大的改進空間?！笨上?dǎo)師在課堂上的回應(yīng)是：“特斯拉先生永遠(yuǎn)都無法實現(xiàn)這一想法，這就像永動機一樣屬于癡人說夢?！?p>

1881年，特斯拉在匈牙利布達佩斯為一家電報公司工作時，利用業(yè)余時間研究困擾很久的電動機問題：任何一種電動機都有整流子電刷，外部的電流通過它們進入轉(zhuǎn)子線圈，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，吟誦著歌德的詩歌時，特斯拉靈機一動，頭腦中構(gòu)思出一種全新的電動機模型，它完全不用電刷和整流子，轉(zhuǎn)子不接電路而懸空轉(zhuǎn)動。——今天廣泛使用的多相交流異步電動機即源于此，但當(dāng)時它僅僅是一種設(shè)想。

事情發(fā)生轉(zhuǎn)機是在1882年，特斯拉經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)分析，擬訂了一個新的實驗方案，他利用兩個異相交流電換相器，以保證有充分而強大的電流使發(fā)動機運轉(zhuǎn)。1883年，特斯拉制造出了世界上第一臺小型交流電動機，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利技術(shù)后，便果斷買下了這個專利，并從結(jié)構(gòu)上對它加以改進。這種變壓器可以把發(fā)電機發(fā)出的電能變?yōu)榻涣鞲邏弘?，用較細(xì)的導(dǎo)線輸送，在用電地點再用變壓器把電能降到較低的電壓，供用戶使用。這就解決了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送電能的難題。

這時，特斯拉很需要有財政上的支持，來進一步試驗和推進自己的發(fā)明，實現(xiàn)交流電輸電系統(tǒng)。事實上，當(dāng)時特斯拉的生活尚十分拮據(jù)，剛離開愛迪生公司的那一段時間里，他甚至不得不靠挖水渠來維持生計。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機設(shè)計圖。

幸運的是，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驗室后，他敏銳地察覺到特斯拉的發(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。

威斯汀豪斯電氣公司（即后來的西屋公司）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，順利取得了專利，并應(yīng)美國電機工程師學(xué)會之邀，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，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，成千上萬只電燈把整個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際應(yīng)用，在美國引起了轟動。1888年，特斯拉成功建成了一個交流電電力傳送系統(tǒng)。他設(shè)計的交流發(fā)電機比直流發(fā)電機簡單、靈便，而他的變壓器又解決了長途送電中的固有問題。

愛迪生挑起“電流大戰(zhàn)”

直流電是愛迪生的領(lǐng)地。1882年，他的愛迪生電器公司正式開始在美國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路在傳輸電力的效率上比直流電要好很多，當(dāng)這項技術(shù)被威斯汀豪斯電氣公司買下，就成為愛迪生直流電網(wǎng)最大的競爭對手。1887年，威斯汀豪斯利用輕型電纜把高壓交流電輸?shù)矫绹鞒鞘?。這在愛迪生看來，是對他的直流電電網(wǎng)的一種公然挑戰(zhàn)。因此，正當(dāng)特斯拉進一步開發(fā)和完善交流電系統(tǒng)的時候，愛迪生為了維護自己在直流電系統(tǒng)上的巨額投資利益，頑固地堅持只有直流輸電才是唯一的供電途徑，并向其對手發(fā)動了猛烈的攻擊。

作為發(fā)明家和成功商人，愛迪生已經(jīng)意識到交流電無疑可以降低成本，因而從經(jīng)濟角度來攻擊交流電，勢必要以失敗告終。于是，他就在交流電的其他方面做文章。他認(rèn)識到，公眾對電力還懷有畏懼心理：電力雖然可為人類帶來利益，但它也可能殺人。所以，突出宣傳交流電的危險性，是攪亂公眾頭腦最有效的辦法。于是，愛迪生不惜采取各種手段進行宣傳，掀起了一場針對交流電系統(tǒng)的中傷詆毀運動。

愛迪生聯(lián)合當(dāng)時電學(xué)界的一些知名專家學(xué)者，動用報紙、雜志、街頭廣告畫等形式廣造輿論，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，會燒死人。比如，他發(fā)行了一本《當(dāng)心》的小冊子，書中詳細(xì)列舉了交流電的種種危險，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》的文章，向公眾散布交流電的危險性，攻擊交流電的使用：“西屋公司的產(chǎn)品可以在6個月里殺死他們的顧客，無論你的塊頭兒有多大?！?/p>

除了在輿論上壓倒對方以外，為了證明自己的論點，愛迪生還專門建立試驗室，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驗。比如將一塊白鐵皮板和一臺可達1000伏電壓的交流電發(fā)電機相連，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。《紐約時報》當(dāng)時就這樣報道：“實驗證明，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，就足以迅速致人死亡。”

電椅也是在這樣一系列展示的“啟發(fā)”下問世的。愛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，即改用特斯拉專利所提供的交流電，來處死罪犯。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。由于沒有經(jīng)驗，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)時媒體報道，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)

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

然而，實踐證明交流電的確具備很多優(yōu)點，于是針對愛迪生的做法，居于被動地位的特斯拉不得不應(yīng)戰(zhàn)。他在報紙上竭力闡明自己的觀點：“這種民用電是通過變壓器減壓的，不會招致任何危險?！蓖瑫r，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，交流電是非常安全的。

同時，為了眼見為實地改變公眾對交流電的印象，特斯拉親自在舞臺上進行了很多“電魔術(shù)”表演。比如1893年的一次演示會上，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，讓電流流過身上，點亮了一個燈泡，他卻毫發(fā)無損——以此證明交流電的安全性。只見特斯拉全身產(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“電魔術(shù)”表演獲得了極大的宣傳效果，改變了公眾對交流電的看法，打破了交流電應(yīng)用的僵局。

1893年，特斯拉經(jīng)過激烈的競爭，奪得了紀(jì)念哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸400周年博覽會上點亮電燈的精彩展品生意。在國際博覽會開幕式上，當(dāng)總統(tǒng)格羅夫·克里夫蘭按下按鈕時，25萬只使用交流電的電燈在夜幕下光耀奪目，把整個展區(qū)照得亮如白晝，向人們充分展示了交流電的實力和魅力。在全場10萬觀眾的歡呼聲中，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，人們對交流電的應(yīng)用更加矚目。比如，被稱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源。這項百年奇跡，就是特斯拉在30多歲時的一項設(shè)計，其中共運用了他9項專利，包括他所發(fā)明的交流電發(fā)電機和交流電輸電技術(shù)。

特斯拉的交流電力系統(tǒng)的成功和普及，意味著愛迪生的直流電力系統(tǒng)已經(jīng)被徹底戰(zhàn)敗。愛迪生也因堅持錯誤主張，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)然其公司名稱前面的“愛迪生”也去掉了，最終變成了著名的“通用電氣公司”。

人類社會進入交流電時代

“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。愛迪生具有驚人的創(chuàng)造性、工業(yè)策劃能力和經(jīng)營能力，是一位聰明的試驗者，但卻缺乏數(shù)學(xué)知識和復(fù)雜的理論洞察力。相反地，特斯拉是超越時代的前衛(wèi)人物，通過對現(xiàn)象進行精確的數(shù)學(xué)解析，完成了很多偉大的創(chuàng)造性工作；他不像愛迪生那樣，僅僅因個人愿望而去做很多事情，而是在設(shè)計任何設(shè)備之前都從理論角度去分析問題，直到得出有把握的結(jié)果，才會付諸實踐；但他缺乏經(jīng)營頭腦。因此，太多的不同導(dǎo)致二人以各自的理由和方式展開了“電流大戰(zhàn)”。

這場轟轟烈烈的“電流大戰(zhàn)”，最終特斯拉的交流電戰(zhàn)勝了愛迪生的直流電，成為社會電力供應(yīng)的主流方式?！半娏鞔髴?zhàn)”對社會發(fā)展來說，也許是必要的，因為只有經(jīng)過比較，人們才能正確選擇采用哪一種電力系統(tǒng)。由于事實證明，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、可靠，為發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)開辟了廣闊前景，因而從19世紀(jì)末開始，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，人類社會進入電氣時代，并由此強有力地推進了人類文明的進程。但我們也應(yīng)該看到，直到20世紀(jì)50年代，世界各國的輪船上才把直流系統(tǒng)換成交流系統(tǒng)，足見一種新的事物要取代舊事物，是多么的不容易。