特斯拉與愛迪生的“電流大戰”

裘偉廷

現代文明和現代工業的所有方方面面，都可以鏈接到交流發電和它的供電系統。然而很少有人知道，在19世紀末期，電學發展史上發生了一場交流電與直流電之爭的大論戰。論戰的雙方，一位是大名鼎鼎的以發明電燈、留聲機等著稱于世的美國科學家和發明家托馬斯·阿爾瓦·愛迪生（1847—1931），另一位則是聲名赫赫的交流電開創者、美籍塞爾維亞科學家和發明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）。

愛迪生青睞直流電

1879年，愛迪生發明了白熾燈，之后在其主持下又研究發展了直流配電系統，為人類生活帶來了光明。隨后，直流電得到了相當廣泛的應用。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，不能做遠距離的輸送。在約1.5平方公里的地區就需配備一臺獨立的發電機組來供電，顯然很不經濟，也給電廠和用戶帶來不便。

1882年，特斯拉——后來的交流電系統的開創者——還身處巴黎的歐陸愛迪生公司，做一名設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。當時，愛迪生依靠直流發電系統和他的專利燈泡，正在拓展美國的電氣照明系統，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，更出于實際經濟需要，特斯拉留了下來。特斯拉進步很快，不久就負責公司的直流電機重新設計工作。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。

特斯拉發明了 24 項直流電發電機新技術，這些發電機具有調節簡單并能產出強大電流的特點。愛迪生對新型發電機很滿意。然而，特斯拉在看到愛迪生的電力事業展示出誘人前景的同時，也看出了直流輸電系統的局限性，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。為此，特斯拉曾經耐不住性子，大膽地向愛迪生提出設想，認為有可能利用交流電來產生電能。然而愛迪生對此設想的態度是冷淡的，因為在愛迪生看來，由他制造的直流電照明系統已足夠使用了，只需在直流電系統基礎上進行改進即可。

據稱，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現，他們兩人的發明思路和方法大相徑庭。特斯拉習慣在腦海中先搭建好實驗框架，隨后進行實踐；他認為愛迪生十分死板，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世紀下半葉，電動機使用的都是直流電，幾乎所有的人都認為不可能使用交流電，因為交流電會反復使電流的大小和方向發生變化。但早在1877年，特斯拉在格拉茨上大學時就向他的導師提出：“現在的發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。”可惜導師在課堂上的回應是：“特斯拉先生永遠都無法實現這一想法，這就像永動機一樣屬于癡人說夢。”

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子線圈，產生電磁感應和力矩，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，頭腦中構思出一種全新的電動機模型，它完全不用電刷和整流子，轉子不接電路而懸空轉動。——今天廣泛使用的多相交流異步電動機即源于此，但當時它僅僅是一種設想。

事情發生轉機是在1882年，特斯拉經過嚴謹的數學分析，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動機運轉。1883年，特斯拉制造出了世界上第一臺小型交流電動機，1885 年發明了多相電流和多相傳電技術。

當他獲悉有人取得了變壓器專利技術后，便果斷買下了這個專利，并從結構上對它加以改進。這種變壓器可以把發電機發出的電能變為交流高壓電，用較細的導線輸送，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。這就解決了實現遠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明，實現交流電輸電系統。事實上，當時特斯拉的生活尚十分拮據，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為可以使人們免除苦工的電動機設計圖。

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明具有光輝前景，就當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，把交流電的發明設想變成現實。

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電機，順利取得了專利，并應美國電機工程師學會之邀，講解和示范交流電體系的研發成果。為了適應特斯拉的交流電機，西屋公司還把原先133赫茲的交流供電系統改成了60赫茲的系統，并沿用至今。

1886年春天，特斯拉研制的3000V交流電的6.4公里的輸電系統在紐約州巴伐洛市誕生了。每當夜幕降臨，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。他設計的交流發電機比直流發電機簡單、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”

直流電是愛迪生的領地。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，并試圖把直流電作為行業標準。而特斯拉發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，當這項技術被威斯汀豪斯電氣公司買下，就成為愛迪生直流電網最大的競爭對手。1887年，威斯汀豪斯利用輕型電纜把高壓交流電輸到美國各城市。這在愛迪生看來，是對他的直流電電網的一種公然挑戰。因此，正當特斯拉進一步開發和完善交流電系統的時候，愛迪生為了維護自己在直流電系統上的巨額投資利益，頑固地堅持只有直流輸電才是唯一的供電途徑，并向其對手發動了猛烈的攻擊。

作為發明家和成功商人，愛迪生已經意識到交流電無疑可以降低成本，因而從經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的中傷詆毀運動。

愛迪生聯合當時電學界的一些知名專家學者，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，他發行了一本《當心》的小冊子，書中詳細列舉了交流電的種種危險，讓讀者產生恐慌心理。他還在《北美周刊》發表了《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。”

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》當時就這樣報道：“實驗證明，交流電是目前科學中最致命的力量，只要用該系統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”下問世的。愛迪生疏通了紐約州監獄的官員，讓他們答應將絞刑改為電刑，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。由于沒有經驗，當局所使用的交流電流太弱，犯人在多次電擊后才斃命，以至于當時媒體報道，電刑這一令人驚駭的景象引起了人們的恐慌，甚至將交流電與死神等同。

特斯拉不得已而應戰

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。可以說，特斯拉的交流電應用事業遭到了嚴重挫折。

然而，實踐證明交流電的確具備很多優點，于是針對愛迪生的做法，居于被動地位的特斯拉不得不應戰。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。”同時，他向世人傳播自己的交流電理念：當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”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，他卻毫發無損——以此證明交流電的安全性。只見特斯拉全身產生了大量電火花，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”表演獲得了極大的宣傳效果，改變了公眾對交流電的看法，打破了交流電應用的僵局。

1893年，特斯拉經過激烈的競爭，奪得了紀念哥倫布發現美洲大陸400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，當總統格羅夫·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多歲時的一項設計，其中共運用了他9項專利，包括他所發明的交流電發電機和交流電輸電技術。

特斯拉的交流電力系統的成功和普及，意味著愛迪生的直流電力系統已經被徹底戰敗。愛迪生也因堅持錯誤主張，被迫退出了電氣公司的領導崗位。不久之后，連愛迪生創立的電器公司都決定改用交流電供電，當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”是19世紀末至20世紀初在兩位天才而多產的發明家之間展開的，反映了兩位科學家截然不同的思維、氣質和教養等。愛迪生具有驚人的創造性、工業策劃能力和經營能力，是一位聰明的試驗者，但卻缺乏數學知識和復雜的理論洞察力。相反地，特斯拉是超越時代的前衛人物，通過對現象進行精確的數學解析，完成了很多偉大的創造性工作；他不像愛迪生那樣，僅僅因個人愿望而去做很多事情，而是在設計任何設備之前都從理論角度去分析問題，直到得出有把握的結果，才會付諸實踐；但他缺乏經營頭腦。因此，太多的不同導致二人以各自的理由和方式展開了“電流大戰”。

這場轟轟烈烈的“電流大戰”，最終特斯拉的交流電戰勝了愛迪生的直流電，成為社會電力供應的主流方式。“電流大戰”對社會發展來說，也許是必要的，因為只有經過比較，人們才能正確選擇采用哪一種電力系統。由于事實證明，交流電特別是三相交流電的應用，從發電、變壓、輸送、分配到使用都很方便，而且安全、經濟、可靠，為發展現代工業開辟了廣闊前景，因而從19世紀末開始，人們選擇了交流電技術，作為工業、商業和民用電等的動力源；到了20世紀初，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。但我們也應該看到，直到20世紀50年代，世界各國的輪船上才把直流系統換成交流系統，足見一種新的事物要取代舊事物，是多么的不容易。