尼古拉·特斯拉是「交流電之父」?

2021-01-19 大數據實驗室

愛迪生和特斯拉都是奇才,可謂半斤八兩、難分上下。如果愛迪生可以打50分,特斯拉差不多是49-53分。愛迪生有很多發明都是團隊的成果,這個不假,但他個人還是獨立或者主導完成了很多重大的發明創造,比如留聲機和電影放映機等等。而特斯拉也有一些出色的技術上的貢獻,但沒有一些地攤文學和偽「紀錄片」裡面描述的那樣誇大。


對愛迪生,已經有大量的科學史的描述,我們已經了解的差不多了,下面重點談談特斯拉,糾正幾個經典的誤解。


並不是交流電機的發明者

有一個流傳很久的謠言,說特斯拉「發明了交流電」。其實,這只是很低級的錯誤。學術界早就明確法拉第是「交流電之父」。

法拉第的百科詞條

「交流電」無需「發明」,只能被發現,即使是發現,也與特拉斯八竿子打不著邊。

第一個發現交流電效應的是英國著名科學家麥可·法拉第。當法拉第發現了電磁感應後,隨後則掌握了產生交流電流的方法。早期的交流電機的成品由麥可·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。1831年,法拉第圓盤發電機被發明。不久的1832年,波利特·皮克西基於法拉第的原理製造了第一臺交流電機。

而三相交流發電機的發明者,是現代交流電之父多布羅沃利斯基。

特斯拉的主要成就是什麼呢?據美國專利局的記載,特斯拉改進了新型高頻率交流電動機中的一種,而在當時,做出高頻率交流電動機的人有幾十個。

這個是皮克西發明的永久磁鐵型旋轉式交流發電機,於1832年基於法拉第的原理製造。

多布羅沃利斯基,他是真正的三相交流電之父。

不懂高等數學,是理論物理學的門外漢

1875年,特斯拉進入了奧地利的格拉茨科技大學修讀電機工程,然而他的學校卻宣稱他從來沒有獲得過學位,他在大學一年級只上了第一學期的課,並且在那期間已經不聽課了。另一些人稱他因交不起第一學期的學費而被迫退學了。據他大學室友所說,特斯拉沒有畢業。

特斯拉明確承認自己不懂高等數學的知識。特斯拉是一位偉大的工程師,然而在理論物理學方面只是一位門外漢。在當時的國際物理學界,量子物理與相對論交相呼應,這兩個理論都用到了極其複雜的數學語言,然而特斯拉的理論知識非常不紮實,太缺乏相應的理論功底,牛頓的積分、萊布尼茨的微分和麥克斯韋的場論在他的理論中都沒有怎麼涉及,他用的是古希臘力學的簡單數學。

發明專利被證實的僅有30項

特斯拉確實是19世紀末期優秀的機電工程師之一,他在機電工程、無線電工程等方面有所貢獻。但要說他發明專利達上千項就是神話中的神話了。據美國普林斯頓大學科學史專家的仔細調查,特斯拉先生的所有專利,包括所有未曾批准的專利,被確切證實的有30項。

特斯拉塔被證明沒有理論依據

被特斯拉粉津津樂道的沃登克裡弗塔(即特斯拉塔),不過是不切實際的構想,早在1個世紀之前,就被從理論上徹底否認。

特斯拉意圖把地球作為內導體,地球電離層作為外導體,通過他設計的放大發射機,企圖利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。這一系統與現代無線電廣播的能量發射機制不同,而與交流電力網中的交流發電機與輸電線的關係類似。

事實是,特斯拉有生之年沒有實現這一主張。後人也並沒有從理論上證實這種方案的可行性。

根本沒有資格獲得諾貝爾獎提名

有一個甚至被官方媒體都信以為真的謠言,是特斯拉和愛迪生共同獲得1912年的諾貝爾獎的傳說,其實這是荒誕不經、違背史實的傳言。

實際上,在1912年,愛迪生和特斯拉根本連提名都沒有。獲得提名的人,包括愛因斯坦、洛倫茲、普朗克、馬赫、龐加萊等人,他們比愛迪生、特斯拉都更有資格獲獎(其中的好幾位後來也的確獲了獎)。但是,1912年物理獎最後被頒給了達倫。科學史家認為,一個可能的原因是達倫是瑞典人,而到那時候還沒有一個瑞典人拿過物理獎,負責評獎的瑞典皇家學會想給本國弄點兒面子——但這些也都是臆測了。這位瑞典人獲得諾貝爾獎的理由實在是讓人不敢恭維,原因竟然是他「發明了自動調節器和聚氣裝置聯合用於燈塔和浮標照明」。有了這個裝置,能讓燈塔和照明浮標在天黑時自動點亮,天亮時自動熄滅,可以無人看管運行一年以上且大大減少了燃料消耗量。這樣的水平連媒體都看不下去了,說這個理論如果能獲獎,那麼開罐頭的勺子也能獲獎。更有甚者說「還不如頒發給愛迪生和特斯拉」,傳來傳去就變成了特斯拉獲獎的謠傳。

與愛因斯坦根本不是一個檔次

所謂特斯拉的理論秒殺愛因斯坦、霍金等科學家(甚至變成了愛因斯坦打壓特斯拉,特斯拉與愛因斯坦成為一生的敵人,甚至美國政府為了打壓特斯拉,樹立了愛因斯坦這樣的科學家形象等多個版本)的說法,就更加的不靠譜了。在當時的那個年代,特斯拉的理論連一個受過高等教育的大學生都不如。而他與愛因斯坦之間的恩怨,更是子虛烏有。特斯拉與愛因斯坦基本是同時代的人,但他們之間幾乎沒有任何交集。

傳言有愛因斯坦獲得諾貝爾獎後特斯拉寫信祝賀,沒有找到依據,如果是真的,這就是他們之間僅有的交集了。

通古斯大爆炸與卿何幹?

所謂特斯拉製造通古斯大爆炸,是一個徹頭徹尾的大笑話。所謂的「紀錄片」《科學超人尼古拉·特斯拉》,其中許多的內容荒誕不經,播出後被科學界廣泛批評為「主觀捏造的典型」。為了說明特斯拉與通古斯大爆炸的關係,片中做了大量的聯想和猜測,卻沒有能夠提供可靠的事實和科學依據。該紀錄片的編導是出名的陰謀論者,此人想像力天馬行空,對特異功能、外星生命、歷史之謎、陰謀論等話題特別感興趣。

該謠言起源於特斯拉的沃登克裡弗塔計劃,在這個沒有科學依據的幻想裡面,他提出過粒子束髮射器的概念,謠言由此發酵。依據百度上的資料,通古斯大爆炸的當量規模相當於1000個廣島原子彈,並且是特斯拉試驗交流電引起。如果威力真有那麼大,那麼當時1908年,全世界的電力加起來也沒有這麼多。 特斯拉總不可能在實驗室裡創造出比全世界更多的電力吧。看看關於通古斯大爆炸的科學解釋:

1997年,中國科學院高能物理研究所的侯泉林、馬配學,通過對通古斯地區的沉積層樣品分析發現樣本中元素異常,以此推測是地外物質增加引起的,很可能是隕石撞擊造成。(《1908年俄羅斯通古斯大爆炸的地球化學特徵和爆炸物體的估計》 地質論評 Geological Review 1997年 02期)

製造「球形閃電」是粉絲們的「發明」

目前科學界可以認定球狀閃電屬於獨立於固態、液態、氣態之外的離子態。而離子態也是最近幾十年才發現的。簡直無法想像,出生於1856年的特斯拉在不知道離子態的情況下可以製造病控制離子態的東西。如果他可以做到,就等於中世紀的農民造出航空母艦。

馬克.吐溫手拿燈泡的照片

那麼,這個奇葩的謠言是怎麼來的呢?據可靠的考證,特斯拉製造球形閃電的謠言來源於馬克.吐溫手拿電燈泡的照片,由於電燈的發明者是與特斯拉不合的愛迪生,心生不忿的粉絲們為了讓特斯拉「超越」愛迪生,編造出特斯拉製造球形閃電的謠言。

實際上,關於特斯拉製造球形閃電的故事,最早見於在二十世紀八十年代的美國娛樂雜誌《飛碟探索》上面,之前沒有任何報導說明特斯拉與球形閃電有關。

發出1億伏特的電壓是天方夜譚

有一個江湖傳說,特斯拉發明的發電機可以發出1億伏特的電壓,甚至可以達到1萬億伏特。

如果你是文科生,或許會覺得很偉大;如果你是學電氣的,就會覺得這是天方夜譚。 國內目前的輸電主幹線路一般是110KV,也就是11萬伏特,天氣乾燥的時候,走在電塔下面,可以很清楚的聽到線路上的放電滋滋聲音。 想一下,假如真有1億伏,那還有誰敢接近? 閃電的電壓也就幾百萬伏,聲音是如此巨大,要是1億伏的話,估計方圓幾公裡的都是聾子了。有些人自稱在簡陋的實驗室製造出幾百萬伏甚至一千萬伏的電壓,但是如果讓他們拿證據,就緘口不言,沒有下文了。

用空氣傳送電能很牛嗎?

在江湖傳說裡面,特斯拉的這個發明直接影響到了一些財團的利益,所以被封殺。 實際上,所謂的「空氣傳電」,就是無線電的諧波而已。

本人曾經住在蘇南某地,我們這個地方以前有個電臺,專門向日本廣播,那時候沒有衛星,全靠廣播站的大功率發射器來工作。 而住在廣播站附近的村民經常發現,自家的電燈即使沒插電源,只要將火線和零線對接,燈就會亮。 實際上,這就是廣播站的無線電信號在附近的線路上形成了諧波共振,當然,這樣的話,廣播站的發射功率就會大大降低,因為能量都用來點亮燈泡了。 這個也不是高科技,自從無線電發明的那天起,這個就立即被馬可尼注意到了,並且做了詳細的研究。

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交流電未必就比直流電偉大

不可否認,交流電確實改變了世界。而特斯拉改進了高頻交流電機的一種,全世界目前都是在大量使用交流電,但是,不能由此就說明交流電比直流電更有價值。 電氣專業的人應該很清楚,交流電由於有負周期,導致交流電在輸送過程中比直流電更容易損耗, 國內的西電東送用的就是直流線路。 並且,正由於交流電是正弦波,所以存在COSΦ,也就是功率因數。 導致交流電必然在使用時有無功功率存在。 而這個無功功率沒有任何價值,只會使電能白白浪費,所以國家規定,在功率因數<0.8時,必須投入功率補償電容來提高,不然供電局是要罰款的。而這個損失的電能,主要就是因為負載裡有電感線圈的存在。而在直流電路裡,波形是直線,所以不存在無功功率和功率因數,所有的電能都是被100%的使用。

為何直流電不大量使用,是因為直流負載(主要是指直流電機)生產比較麻煩,價錢比較高,(所有的負載分為:電阻負載、電容負載、電感負載)。 而我們大量使用的日光燈都是直流電的(裡面的鎮流器就相當於交-直流轉換器)。 同時,交流變直流很簡單,但直流變交流就比較麻煩,所以全世界都使用交流電。

其實,大家都應該知道,同樣功率的話,直流電的能量比交流電大很多。 大家常見的電動車就是用的24V或者48V直流電,輕輕鬆鬆坐2個人,再開到30碼沒問題吧,這就是直流電機的能力。(48V交流電機是不能拖動的,只會燒毀電機)

總之,交流電和直流電各有優勢,不能簡單的說哪種偉大。 交流電使用廣泛,很大程度上是因為交流負載比較便宜。

特斯拉發明了雷達?

地攤謠言:

特斯拉早在1917年就發明了雷達,將這個點子給了美國海軍。不幸的是,愛迪生是當時海軍研發中心的頭,他說服了研發中心的人,這是不實用的技術。

真相:

特斯拉確實給海軍出了一個點子,愛迪生當時確實在海軍顧問委員會。不過公平地說,這個點子換了誰都得斃掉,愛迪生並沒有排擠他。原來,特斯拉建議,用電磁波探測深海中的潛艇。如果用了特斯拉的方案,海軍就炸了——電磁波在水中的損耗極大(所以海軍多年來都是使用發射聲波的聲納) 。至於用來打飛機的雷達,真的是特斯拉的貢獻嗎?一個主意和取得發明專利,兩者從來不是一個概念。我也可以雙手在空氣中一比劃:喜馬拉雅山頂上建立一座塔,通到月球上去,哦,我是「太空通道之父」......

特斯拉和愛迪生的矛盾是怎麼回事?

地攤謠言:

1886年,因為特斯拉的才能突出,受到愛迪生的排擠迫害,憤然辭職。1912年,特斯拉和愛迪生被同時授予諾貝爾物理學獎,但是兩人都拒絕領獎,理由是無法忍受和對方一起分享榮譽。

真相:

特斯拉年輕時給愛迪生打工,後來特斯拉要求升職加薪,愛迪生大方的給他加了薪,每周薪水加10美元(要知道,當時一個中產階級的家庭,一年也就200美金),相當於現在的月薪1萬多美金。但是特斯拉還是嫌少,而當時愛迪生的公司才剛剛創立,於是特斯拉就說老子不幹了,他要自己創業。 愛迪生和特斯拉境界格局都不低,會為了這區區工資結下血海深仇以致於幾十年相愛相殺嗎?


後來,到了1916年,特斯拉還高高興興的領了美國電氣工程師協會(IEEE前身)頒發的最高獎——愛迪生獎。


那麼,特斯拉和愛迪生最大的矛盾是什麼呢?是交流電與直流電商業推廣之爭。其實愛迪生是知道交流電比直流電商業優勢更大,但為什麼愛迪生不和特斯拉合作,而要傻傻的非要玩直流電呢?真正原因是,特斯拉獅子大開口,他的專利費太貴!


愛迪生當時確實思考過要搞交流電系統,這樣就需要特斯拉的交流電機專利。而特斯拉的報價是:除了一次性6萬美元的專利費,每發1度電,還要再收2美元!19世紀的1美元在今天看來就是天文數字。這不是耍人嗎?


如何對特斯拉做客觀準確定位


有太多的虛構成分充斥在網際網路上,比如臭名昭著的偽紀錄片《科學超人尼古拉·特斯拉》,用了大量的篇幅暗示特斯拉就是「通古斯大爆炸」以及「死亡射線」等駭人聽聞的傳說的元兇,而這些幾乎全部被證實是後人杜撰的。比如,有謠言說雷達、半導體、水力發電、X光、雷達、螢光燈、霓虹燈什麼的,統統都是特斯拉搞的,這種低級謠言只要稍稍查一下教科書或者看看科普著作,就知道是多麼的可笑。就說X光,凡有物理常識的都知道是倫琴的貢獻(因此獲得第一屆諾貝爾物理獎),無論如何也與特斯拉沒有關係。螢光燈、霓虹燈據說特斯拉改進過,但沒有確鑿的證據,即使有,他也不是發明者。


尼古拉特斯拉最偉大的成就,是改進了高頻率交流發電機中的一種,此外在交流電技術的應用和推廣上(比如量產交流發動機)也有所建樹,這個是毋庸置疑的。特斯拉在1888~1891年改進的一種三相/240福特交流發動機,是當時比較高效的發電系統,已經接近於20世紀的標準。


但特拉斯也有很多的歷史局限性,比如他一直堅信不疑的「以太」,就被證明是錯誤的。特斯拉塔、太陽系孤島說也被世人推翻。


雖然,特斯拉並不算一個嚴格意義上的物理學家,而是一位優秀的技術工程師,但依然值得我們向他表示尊敬,虛構謠言也是對特斯拉本人的侮辱。

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  • 尼古拉·特斯拉到底是誰?為何有人說他的手稿裡藏著飛碟的秘密?
    在這些科學家中,有的因為提出來改變世界的理論而聞名世界,就比如牛頓、愛因斯坦、霍金等等;有的儘管成就非凡,卻飽受爭議,就比如尼古拉·特斯拉。尼古拉·特斯拉說到尼古拉·特斯拉大家可能會有些陌生特斯拉汽車正是與這位發明了交流電機的科學家尼古拉·特斯拉的名字命名的。實際上,尼古拉·特斯拉的一生可謂是充滿了「光環」,甚至可以愛迪生這種大發明家並肩。但是大家只知道他發明和改進了現代交流電系統,卻很少有人知道他的發明專利就有近千項,這是為什麼呢?特斯拉出生在歐洲克羅埃西亞的一個小鎮上,雖然他的父親是一名神父,但是特斯拉對神學並不感興趣,反而從小就熱愛科學,立志當一位工程師。
  • 世界上最接近神的人,尼古拉·特斯拉,他到底有多厲害?
    尼古拉·特斯拉這個名字卻讓很多人感到格外陌生,其實這是科學教育上不該出現的缺口。特斯拉出生的時候得了一種怪病,總是幻聽和幻視,對周圍的聲音特別敏感,晚上他甚至可以聽到螞蟻的咆哮聲,他根本無法像正常人一樣思考,腦海中不斷出現很多虛幻的場景。但是這種幻聽和幻視導致他的想像力驚人,很多需要大量資金和時間的實驗,特斯拉通過想像就能完成一大部分。
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