現(xiàn)代文明之前,烽火臺和驛站是人類使用的主要通信方式。1844年摩爾斯發(fā)明有線電報,隨后出現(xiàn)的有線電話改變了人類的通信方式。有線電話的發(fā)明歸宿一波三折。長久以來我們認(rèn)為貝爾是電話之父,直到2002年6月15日,美國議會裁決美籍意大利人Antonio Meucci為電話的發(fā)明者[43]。 貝爾的光輝不會因此暗淡。他即便不是發(fā)明家,也會因為他所創(chuàng)建的AT&T,與這個公司所取得的成就,在科技史冊中留下深深的印記。貝爾與其同時代的所有人站在了一個轉(zhuǎn)折點之上,他們所處的這個時代正在確認(rèn)著一件事情,“科學(xué)家與企業(yè)家,誰才是科技的最終推動力”。 從阿基米德到牛頓時代,物理學(xué)家首先是一位哲學(xué)家。他們在對智慧本源的思索中,妙手偶得了一些零星的碎片,在將這些碎片逐步積沙成塔的過程中,輝煌的物理大廈逐步拔地而起。在那個時代,科學(xué)機構(gòu)、大學(xué)甚至神職院所才是科技發(fā)展的源動力。 從貝爾開始,更為確切地說是從有線通信開始,世界上出現(xiàn)了第一批與現(xiàn)代科技直接相關(guān)的公司,德國的西門子誕生于1847年,美國貝爾電話公司成立于1877年;十九世紀(jì)末期,伴隨著無線通信,更多的科技公司脫穎而出。從這個時刻開始,公司的力量逐步壯大。 也許是因為對財富的追逐,也許是因為更大的渴望,科技成果開始進入尋常百姓家。眾生向往美好生活而形成的合力,將科技推向巔峰。在電磁波出現(xiàn)不到六年的時間里,意大利的馬可尼、俄羅斯的波波夫和特斯拉采用不同的方式實現(xiàn)了無線電。 如同和許多為人類做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家,馬可尼從小沒有上過學(xué),但他不是因為貧窮,而是因為太過富有。他的父母聘請了一些優(yōu)秀的教師做家教,根據(jù)馬可尼的愛好傳授知識。一個偶然的機會,馬可尼結(jié)識了博洛尼亞大學(xué)的教授Augusto Righi,并從那里獲得了無線電報的靈感之后,沉迷于此[44]。 1895年,在21歲的時候,馬可尼使用了類似赫茲實驗的設(shè)備,將無線電波傳送到了千米之外。馬可尼在持續(xù)升級設(shè)備,將無線電波傳送到10千米、100千米,接下來他將挑戰(zhàn)更遠(yuǎn)的距離。 1901年冬,馬可尼抵達(dá)北美。大西洋西,在加拿大東部的圣約翰斯,他搭建了無線電的接收裝置;大西洋東,在英國西南部的康沃爾郡,他的助手搭建了發(fā)送裝置。他們約定在12月12日的中午進行無線電的跨洋傳送實驗。 是年的這一天,這個北美最東部的城市圣約翰斯,狂風(fēng)怒號,用于保持天線垂直的氣球無法正常工作,馬可尼決定用風(fēng)箏懸掛一根長達(dá)120米的銅線作為天線。約定的時間即將到來,在午后的30分鐘左右,馬可尼聽到了三個非常微弱但依舊可以識別的信號[44]。 圖1?1馬可尼在圣約翰斯搭建無線電接收裝置 從康沃爾郡發(fā)出的字母“S”信號,直上云霄,經(jīng)電離層折射,越過三千多公里寬的大西洋,最終到達(dá)了圣約翰斯,到達(dá)了馬可尼身旁。馬可尼這段從1895年開始的長達(dá)6年的無線電報實驗歷程,終告結(jié)束。 隨后馬可尼在英國成立了世界上第一家通信公司,馬可尼無線電報與信號公司,在這個公司成立后的幾十年時間里,在世界電信設(shè)備行業(yè)中始終占據(jù)重要位置。在這個公司的大力推廣之下,無線電報風(fēng)靡全球,幾乎世界上每一艘大型船只上都配備了這個公司生產(chǎn)的無線電報系統(tǒng),包括泰坦尼克。 1912年4月14日夜晚,泰坦尼克與冰山相撞。在那個大不幸的時刻,一艘名為Carpathia的艦船收到了泰坦尼克的求助信號,在這艘巨艦沉沒僅兩個小時之后及時趕到[45]。泰坦尼克上的2224名船員與乘客,有1517人喪生,如果沒有無線電,將不會有幸存者。 無線電的出現(xiàn)使整個世界翻天覆地。此后陸續(xù)出現(xiàn)了圍繞著無線電技術(shù)的各類微創(chuàng)新,如無線電廣播、無線電導(dǎo)航、短波通信、無線電傳真、電視、微波通信、雷達(dá)、遙控、遙感、衛(wèi)星通信,直到今日的智能手機。 在無線電技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展、普及與突破的歷程中,經(jīng)歷了第一次與第二次世界大戰(zhàn)。在那個政治、經(jīng)濟、軍事與文化大碰撞的年代,許多真相被兩次大戰(zhàn)永久封存。無線電卻穿越了皇權(quán)更迭,持續(xù)著人類的文明。 1909年,馬可尼因為在無線電領(lǐng)域的成就獲得了諾貝爾獎。這個獎項沒有消除誰才是“無線電之父”的爭論。俄羅斯人至今都認(rèn)為波波夫是真正的無線電之父。1895年5月7日,波波夫在彼得堡,成功地將內(nèi)容為“海因里希·赫茲”的電文,通過無線電傳送了250米。波波夫之外,還有一人也被稱為無線電之父。 1856年7月10日,尼古拉·特斯拉出生于克羅地亞的一個塞爾維亞家庭。父親是一名牧師;母親專職家務(wù),沒有上過學(xué),卻過目不忘,具有凌駕于常人的智商。她是自動打蛋機的發(fā)明者,她有一雙靈活的雙手,可以為年幼的特斯拉編織夢想,也可以在60歲時在一根睫毛上打3個結(jié)[47]。 上帝通過特斯拉的母親給予了他敏銳、聰穎與驚人記憶力的同時,也使他與貧窮相伴,一生充斥著坎坷、憂慮、背叛與誣蔑這次詞匯。特斯拉經(jīng)歷了一年大學(xué)生活,同樣是因為貧窮,他在第二年輟學(xué)。此后的特斯拉在大學(xué)旁聽課程,在圖書館中讀書獲取知識。 我們很幸運,長大之后的特斯拉決定從事“電與磁”相關(guān)的領(lǐng)域,并很快展現(xiàn)出驚人的才華。1882年的某一天,特斯拉在布達(dá)佩斯的一個公園散步時,腦海中無意中閃現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)磁場的概念,他將這個想法在公園中的某塊沙地中畫了出來。1983年,特斯拉根據(jù)這個旋轉(zhuǎn)磁場原理,制作了一個感應(yīng)電動機[46]。 這位天才的創(chuàng)造者,在不遠(yuǎn)的將來,還有許多著名的發(fā)現(xiàn),后世對他的發(fā)現(xiàn)充滿著爭議。有的說法神話著特斯拉,有的說法也在特意打壓著他。在這些爭議中,旋轉(zhuǎn)磁場可稱為特斯拉對這個世界最偉大的貢獻(xiàn)。 特斯拉旋轉(zhuǎn)磁場的概念來源于磁場。磁場的概念出現(xiàn)在中學(xué)的物理教科書中。一個條形磁鐵所產(chǎn)生的磁場,磁感應(yīng)矢量在外部是從北極到南極,內(nèi)部是南極到北極,并形成一個閉合的曲線;通電的線圈也可以產(chǎn)生這種磁場。這些磁場的方向遵循右手螺旋定則,如圖1?23左側(cè)所示。 但是這種磁場很難實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換。在一個現(xiàn)代電動機中所需要的磁場如圖1?23右側(cè)所示,這也是一種典型的旋轉(zhuǎn)磁場。 圖1?23載流導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場 這種磁場可以便利地將電能轉(zhuǎn)換為機械能,也可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能。今天所有的發(fā)電機與電動機都與這個旋轉(zhuǎn)磁場直接相關(guān)。 我們通過一個簡單的實驗,定性說明這種旋轉(zhuǎn)的磁場如何做到電能與機械能的轉(zhuǎn)換。假設(shè)有兩個磁鐵,其中磁鐵A放置于光滑的桌面,磁鐵B懸掛在其上方。將磁鐵B快速旋轉(zhuǎn)時,可以發(fā)現(xiàn)磁鐵A也隨之旋轉(zhuǎn)。我們使用一個通電的線圈A替換磁鐵A,旋轉(zhuǎn)線圈A也可以使磁鐵B旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)線圈A的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,以驅(qū)動磁鐵B運動。旋轉(zhuǎn)線圈A的機械能,只是通過旋轉(zhuǎn)磁場的方法,轉(zhuǎn)化為驅(qū)動磁鐵B旋轉(zhuǎn)的機械能。這種方法僅完成了機械能到機械能的轉(zhuǎn)換。能不能用靜止的線圈產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)磁場?特斯拉很巧妙的做到了這一點。 變化的電場產(chǎn)生變化的磁場。他將變化的電接入幾個位置固定,擺放位置非常精準(zhǔn)的幾個“不運動”的線圈中,這幾個線圈產(chǎn)生的磁場疊加之后,可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。特斯拉經(jīng)歷了一千多次失敗的實驗后,成功了一次。他使用的這種變化的電,就是交流電。 旋轉(zhuǎn)磁場是特斯一生中最重要的發(fā)明,改變了十九世紀(jì)末期的工業(yè)界格局,卻被當(dāng)時的歐洲所忽略。1884年,特斯拉抵達(dá)美國。他身邊只剩下四分美金、兩本詩集、滿腹才華和他的前雇主給愛迪生的一封信。信中寫道,“我知道世界上有兩個偉大的人,一個是您,另一個就是您對面的這個年輕人”。 特斯拉很幸運,他結(jié)識了世界上最偉大的發(fā)明家;特斯拉也很不幸,這個發(fā)明家很快成為他最大的對手。才如江海命如絲。特斯拉的命運,在他發(fā)明了旋轉(zhuǎn)磁場的瞬間已經(jīng)注定。因為旋轉(zhuǎn)磁場,他沒有辦法喜歡上直流電;因為旋轉(zhuǎn)磁場,他選擇直面挑戰(zhàn)這位史上最偉大的發(fā)明家。 特斯拉在愛迪生的電燈公司工作了6個月后離職,離職的原因至今并不清晰。特斯拉在他的自傳中寫道,公司的一個經(jīng)理承諾他如果完成了某項非常艱巨的任務(wù)之后,將給予他5萬美金,最后他得到了一個惡作劇[47]。也有人認(rèn)為這個經(jīng)理就是愛迪生本人。 特斯拉辭職后,從事了一段與照明相關(guān)的工作。1887年4月,他成立了特斯拉電氣公司。不久之后,他制作出基于交流電的感應(yīng)電動機。特斯拉不是一個好商人,他所成立的公司沒有取得商業(yè)上的成功。但是在此時,交流電大規(guī)模應(yīng)用的趨勢已不可阻擋。 1832年,法國人畢克西利用法拉第的電磁感應(yīng)原理,發(fā)明了世界上第一個發(fā)電機[48],在當(dāng)時這個發(fā)明沒有引起太多關(guān)注。1884年,甘茨公司的三個匈牙利人ZBD (Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy and Miksa Déri)發(fā)明了高效的變壓器與交流電配電系統(tǒng),在1886年ZBD三人在意大利搭建了世界上第一個交流電廠,交流供電取代直流的趨勢已現(xiàn)[49]。 西屋公司的創(chuàng)始人威斯汀豪斯,也發(fā)現(xiàn)了交流電系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢,迅速布局這個領(lǐng)域,并于1886年在美國建立了采用交流供電的示范系統(tǒng)。在威斯汀豪斯的推動下,西屋在1887年底已經(jīng)建立了68個交流供電系統(tǒng),對愛迪生建成的121個直流供電系統(tǒng)制造了巨大的威脅。 相比直流電,交流電的優(yōu)點顯而易見。交流電可以使用廉價的變壓器升壓或者降壓,以較低的能量損耗進行遠(yuǎn)距離傳輸,在發(fā)電量相同的情況下,基于交流的發(fā)電設(shè)備相比直流,要簡單許多。交流電僅憑這幾個優(yōu)勢就足夠擊敗直流電。愛迪生傾盡全力,也無法扶大廈之將傾。 愛迪生是一個發(fā)明家,也是一個具有發(fā)明屬性的企業(yè)家。愛迪生一生有兩千多項發(fā)明,其中不乏重量級的發(fā)明,包括如何使電燈更加實用。愛迪生的電燈選擇了直流電,他的公司已經(jīng)在直流電上投下重注。當(dāng)時的時局與當(dāng)時的認(rèn)知決定了當(dāng)時的他只能選擇與交流電殊死一搏。 威斯汀豪斯堅決迎戰(zhàn),并為此孤注一擲。1888年,威斯汀豪斯與特斯拉合作,簽訂了一些足以讓西屋公司輕易破產(chǎn)的條款,包括支付6萬美金獲得特斯拉的感應(yīng)電動機和變壓器方案,以每月2000美金的薪酬聘請?zhí)厮估瓰轭檰?,最為可怕的是這些電動機每產(chǎn)生一個馬力的功率時,西屋將支付特斯拉2.5美金[50]。 特斯拉的加入,使交流電與直流電之爭進一步白熱化。因為特斯拉的貢獻(xiàn),交流電與直流電相比,增加了一個巨大的優(yōu)勢,就是交流電動機。在此之前,歐洲已經(jīng)發(fā)明了直流電機。直流電機的示意如圖1?24所示。 圖1?24 兩級直流電機的基本組成 直流電機由不動的主磁極(定子)、繞線線圈(轉(zhuǎn)子),換向片與電刷組成,定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。繞組線圈的首末端連接到兩個圓弧形的銅片上,這個銅片被稱為換向片。換向片之間互相絕緣,由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器上下放置一對固定的電刷。 當(dāng)電刷兩級通電后,通過換向器給繞組線圈注入正向電流,此時線圈受到電磁力的作用轉(zhuǎn)動并帶動換向器。換向器轉(zhuǎn)動到一定的位置后,電刷將給繞組線圈注入反向電流。一正一反,驅(qū)動著繞組線圈周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)。 圖1?25有刷電機示意 繞組線圈帶動換向器高速旋轉(zhuǎn)時,需要電刷抱緊換向器,以便在換向器轉(zhuǎn)動時依然可以提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。換向器與電刷之間產(chǎn)生的機械損耗,嚴(yán)重限制了這種電機的壽命與可靠性。在直流電機中,如何去除這個電刷和轉(zhuǎn)向器這兩個機械部件很快成為焦點。 直流電機的供電系統(tǒng)雖然采用直流電,但是因為換向器的存在,通過繞組線圈的依然是呈周期性變化的電流,即交流電。按照這個邏輯,直接使用交流電就可以去掉這個轉(zhuǎn)向器,但是電刷依然無法去除。 去除這個電刷是旋轉(zhuǎn)磁場的功勞。當(dāng)合理擺放外部磁場源的位置,并交替供電時,可以產(chǎn)生理想的旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場,可以在沒有電刷的情況下,驅(qū)動無刷電機的轉(zhuǎn)子周而復(fù)始的轉(zhuǎn)動,如圖1?26所示。 圖1?26無刷電機示意 交流電動機的逆向,就是交流發(fā)電機。特斯拉只發(fā)明了兩相交流電,工作的并不穩(wěn)定,后來西屋的其他工程師發(fā)明了三相電。 使用特斯拉的旋轉(zhuǎn)磁場原理制作的電動機,成為壓垮直流電的最后一根稻草。偉大如愛迪生,也無法改變交流電的最終結(jié)局。 1888年,愛迪生試圖力纜狂瀾,在摩根大通等資本的助力下,將他的電燈公司與一系列實體,合并重組為愛迪生通用電氣公司。愛迪生抓住交流電的安全問題,大做文章,甚至使用交流電制作了專門執(zhí)行死刑的電椅,讓普通老百姓將交流電與死亡緊密聯(lián)系在一起。 西屋公司在激烈的競爭中很快遇到財務(wù)危機。1891年,特斯拉放棄了電動機每產(chǎn)生一馬力電獲得2.5美金的專利費,西屋公司進行大規(guī)模重組,渡過了危機。愛迪生卻選擇性忽略了交流電的所有優(yōu)點,也忽略了交流電的缺點是可以克服的事實,最終失敗的毫無懸念。 1892年,曾經(jīng)支持愛迪生的摩根大通,拋棄了他。愛迪生通用電氣公司被迫與湯姆森休斯頓電力公司合并重組,成立了至今依然在世界范圍內(nèi),赫赫有名的通用電氣GE (General Electric Company)。愛迪生黯然離去。十幾年后,威斯汀豪斯也失去了西屋公司。昔日的競爭對手,最終都輸給了資本。 只有特斯拉的傳奇還在繼續(xù)。旋轉(zhuǎn)磁場之后,特斯拉留下了更多的爭議。有人傳說他早在倫琴之前發(fā)明了X射線,在實驗室里制造出閃電,甚至俄羅斯的通古斯大爆炸是因為他的實驗造成的。 特斯拉涉及過的領(lǐng)域眾多,留下了一千多項專利。其中最具影響力的是與無線電相關(guān)的專利。人類近千年在電與磁領(lǐng)域的積累,凝聚成的無線電這顆果實,導(dǎo)致了國與國之間的競爭與博弈,使得真相撲朔迷離。也許真相并不美麗,也可能不會被所有人包容。 諾貝爾獎承認(rèn)了馬可尼的成就。俄羅斯心中的英雄是波波夫。特斯拉的無線電的專利出現(xiàn)的最早,卻不被當(dāng)世承認(rèn)。1943年,美國專利局重新恢復(fù)了他的無線電專利的同年,特斯拉在貧困潦倒中離世。許多人猜測,這也許是美國不想繼續(xù)付給馬可尼專利費的原因。 特斯拉、波波夫還是馬可尼已經(jīng)離我們遠(yuǎn)去,想必他們早已不在乎誰才是真正的無線電之父。 從今天的視角看,馬可尼的價值不限于無線電,而在于他所創(chuàng)建的企業(yè),在于這個企業(yè)能夠創(chuàng)造更多的創(chuàng)新。 特斯拉不是一個好的生意人,卻是一個非凡的創(chuàng)意大師。愛迪生是一個非常好的產(chǎn)品經(jīng)理,并不是最好的CEO。他打不開心中的死結(jié),不懂得在直流與交流之間進行權(quán)衡與取舍。這兩個人最后的結(jié)局是悲劇。他們的悲劇在于,他們所處的時代,企業(yè)與資本的力量正在崛起。 我們迎來了科技應(yīng)用大爆發(fā)的時代,也迎來了一個沒有英雄的時代。在企業(yè)的科技工作者,接過了在研究機構(gòu)的科學(xué)家的旗幟。這是眾多無名者默默努力,群力擔(dān)當(dāng),延續(xù)著人類文明的時代。從這時起,資本和公司的力量已經(jīng)崛起,我們一路上走得很急,并不是很快。 |
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