第三章 在实践中学习(1882—1886)

第三章 在实践中学习(1882—1886)

甘兹公司的交流电

带着在电动机中使用旋转磁场的洞见,特斯拉继续他的脑力设计。他深情地回忆说:

有一段时间,我全身心地沉浸于想象新机器和设计新形式的强烈享受之中。那是就我所知称得上完全快乐的一种精神状态。想法如溪水般不间断地涌来,而我唯一的困难是如何快速抓住它们。我所构思的仪器的每一个小部件对我来说都是绝对真实的,每一个细节甚至是最微小的标记和磨损的痕迹都历历在目。我很高兴地想象着电动机不断地运行,这样电动机就能在我的脑海中呈现出一幅更引人入胜的景象。当天生的倾向发展成为激情的渴望时,一个人就能大踏步地朝着目标迈进。1

1NT, My Inventions, 65.

当特斯拉沉醉于对理想中的电动机进行视觉化思考的创意流当中时,他的努力极大地受益于他1882年在布达佩斯伟大的制造工厂甘兹公司工作或参观时对交流电的所学。2该公司由亚伯拉罕·甘兹(Abraham Ganz)创立于1844年,开始是一间专业生产轨道车轮、大炮和子弹的铸铁厂。甘兹死后,公司扩展到水轮机和面粉加工设备的生产,并于1878年再次扩展到电气照明的新领域。在卡罗伊·济佩尔诺夫斯基(Károly Zipernowsky)的引领下,甘兹公司开始建造和安装既能为弧光灯也能为白炽灯供电的系统。因此,对于一个对电着迷的年轻人来说,甘兹是一个在其中工作或只是看一看的理想地方。3

2See Osana Mario, “Historische Betrachtungen uber Teslas Erfindungen des Mehrphasenmotors und der Radiotechnick um die Jahrhundertwende,” in Nikola Tesla-Kongress für Wechsel- und Drehstromtechnik, proceedings of a conference held at the Technical Museum in Vienna, 6–13 September 1953 (Vienna: Springer-Verlag, 1953), 6–9, on 7. 马里奥是从他维也纳科技大学的教授约翰·萨胡尔卡(Johann Sahulka)那里听来这个故事,而教授是1893年在芝加哥世博会遇到特斯拉时知道这个故事。马里奥和萨胡尔卡都无法确定特斯拉是在甘兹工作还是只是个参观者。

3“Foundry Museum, Budapest,” http://sulinet.hu/oroksegtar/data/kulturalis_ertekek_a_vilagban/Visegradi_orszagok_technikai_2/pages/angol/003_mo_muszaki_muem_ii.htm; “Ganz Works,” http://www.omikk.bme.hu/archivum/angol/htm/ganz.htm.

当特斯拉在甘兹的时候,他注意到一个破损的环形变压器被随意放置在车间的一个角落里。最可能的情况是,这个设备曾被用在交流串联电路中为弧光灯供电。在串联电路中,如果一盏灯坏了,那么所有灯都不会亮;为了克服这个问题,保罗·亚布洛奇科夫曾在他巴黎的照明系统中巧妙地安装了一个类似的变压器,因此电力能绕过损坏的灯泡并让其他灯泡保持亮着。不过亚布洛奇科夫用的变压器中有两个线圈缠绕在一个铁柱上,而甘兹破损的变压器则包含一个两边各缠绕一个线圈的大铁环。4在某个时刻,济佩尔诺夫斯基和甘兹的其他工程师开始研究这个环形变压器以找出为什么它不正常工作。在接下来的几年里,对于这个环形变压器之类设备的研究工作致使济佩尔诺夫斯基、奥托·布拉蒂(Ottó Bláthy)和米克绍·德里(Miksa Déri)开发出了使用变压器在广阔区域分配电力的早期交流电系统之一。(进一步的讨论,参见第四章。)事实上,1885年甘兹公司最早安装的变压器保留了环形的形状(图3.1)。

4Carlson, Innovation as a Social Process, 88–91.

图 3.1 由济佩尔诺夫斯基、布拉蒂和德里于1884—1885年开发的最早的变压器,展示于布达佩斯的应用艺术博物馆

图片来源:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DBZ_trafo.jpg.

但在1882年,特斯拉不会知道济佩尔诺夫斯基、布拉蒂和德里将成为交流电力传输的先驱。相反,对特斯拉来说,那个破损的环形变压器是一个可以让他观察和思考的奇妙的装置。当交流发电机驱动环形变压器的时候,特斯拉一时好奇心起,在变压器顶部的木头表面放了一个金属球。让他高兴的是,随着电流流过,球开始旋转。当特斯拉观看球旋转的时候,他推断是由于两个不同的线圈缠绕而产生了两个不同的交流电。5就像我们在上一章的贝利电动机中所看到的那样,这两个电流产生了一个旋转磁场并进而使球旋转。这验证了特斯拉在公园里与西盖蒂散步时产生的预感:交流电能产生他的电动机所需要的旋转磁场。

5特斯拉后来解释说,两个不同的电流是由于两个线圈有不同的电感,不过特斯拉在1882年就已经完全理解电感的概念是很值得怀疑的。在这里重要的是,他认识到两个不同的交流电能以某种方式产生旋转磁场。参见:Mario, “Historische Betrachtungen,” 7.

可以肯定的是,在那个破损的环形变压器顶上旋转的球并没有向特斯拉揭示如何控制几个交流电以产生旋转磁场的方法;另外,球的旋转只是证实了特斯拉的电动机理念是可能的。特斯拉将用接下来的五年获得必要的知识和技能以驾驭电来完成他所要完成的事。但我们应当看到,通过这次的学习,旋转的球与环形变压器成为特斯拉表述其理念的关键方式。每当他思考或有机会实验他的电动机的时候,他会使用一个类似的缠绕着几个线圈的环,并且在环的中间他会放不同的金属物体,希望它们也能在旋转磁场中转动起来。6

6在专利证词中,特斯拉从未提到在甘兹的环形变压器的故事,最可能的原因是,他不想向对手暗示他从甘兹的工程师那里学到交流电的任何东西,以免被解读成他只是从中盗用了使用交流电产生旋转磁场的想法。在我看来,多亏了他的旋转磁场理念,特斯拉可能是会去观察环形变压器顶上的球旋转并进而设想出实用电动机的为数不多的人之一。

加入巴黎的爱迪生机构

然而,当费伦茨·普什卡什终于能够雇佣特斯拉帮助安装新的电话交换机的时候,旋转球与旋转磁场的冥思只好马上中断了。特斯拉投入到改善交换机的工作当中,甚至开发出了一个新的电话中继器或放大器。7

7“1890 Biographical Sketch.”

一俟布达佩斯的交换机启动并开始运行,费伦茨·普什卡什就为获利把它卖给了一个本地商人。在布达佩斯交换机建造的同时,蒂瓦道尔·普什卡什一直在巴黎帮助推介爱迪生的白炽灯照明系统。现在蒂瓦道尔邀请特斯拉和西盖蒂来巴黎并帮他们在爱迪生机构找到了工作(图3.2)。8

8NT, Motor Testimony, 186.

图 3.2 1883 年在巴黎时的特斯拉

图片来源:http://teslianum.com/.

由于法国法律要求在法国取得专利的发明产品也必须在那里制造,所以爱迪生派遣他最亲密的合作伙伴查尔斯·巴彻勒(Charles Batchelor)1881年到法国去组建制造与安装爱迪生照明系统的公司。仿照爱迪生照明机构在美国的结构,巴彻勒在法国成立了三个独立的公司:爱迪生大陆公司(负责专利控制)、工业与商业公司(负责设备制造),以及爱迪生电气公司(负责系统安装)。为了制造白炽灯和直流发电机,巴彻勒在巴黎市郊的伊夫里建了一间工厂。9特斯拉似乎主要是在爱迪生电气公司工作。10

9Walter L. Welch, Charles Batchelor: Edison's Chief Partner (Syracuse: Syracuse University Press, 1972), 50.

10NT, Motor Testimony, 195.

在伊夫里的爱迪生工厂工作时,特斯拉获得了直流发电机和电动机的大量实际工程知识。此前,特斯拉所做的主要是脑力设计,在头脑中可视化交流电动机如何理想地工作。现在特斯拉亲自了解了把头脑中的发明转化为实际机器过程中的问题。为了建造一台可工作的直流发电机或电动机,必须仔细考虑转子与定子线圈的适当比例;为了确保特定的电流输出,必须规划出线圈的长度和直径、导线的规格和匝数,以及机器的旋转速度。在19世纪80年代早期,这些知识还没有被转化为公式或设计规则;相反,那时电机的设计是基于反复试错和工艺知识。在爱迪生机构的工作当中,特斯拉学到了很多当时人们在直流发电机和电动机设计方面的知识,而这些知识使得他能够开始考虑把他理想的电动机转化为真正的机器。

特斯拉在从爱迪生机构获得实用工程技术的同时,也为公司做出了自己的贡献。大多数爱迪生人是在电报行业或机器车间工作中了解电机的,并且只有少数受过科学或数学的正式教育。11相比之下,特斯拉在格拉茨接受了物理和数学的全面教育,并且爱迪生电气公司的法国人经理R. W. 皮库(R. W. Picou)认可了特斯拉在运用理论和进行计算方面的能力。加入该公司后不久,特斯拉被安排了白炽灯照明系统中直流发电机的设计工作,并得到300法郎的月薪。12

11Paul Israel, From Machine Shop to Industrial Laboratory: Telegraphy and the Changing Context of American Invention, 1830–1920 (Baltimore: Johns Hopkins University Press).

12NT, Motor Testimony, 187–188, 195, 306.

在伊夫里的爱迪生工厂时,特斯拉继续思考电动机的设想。“1882年在巴黎时我们几乎总在一起,”西盖蒂后来证实说,“特斯拉先生非常兴奋于他那时关于电动机操作的想法。”13一天晚上,他用棍子在泥土里画图向西盖蒂和四五个爱迪生人概述了他的交流电动机计划。特斯拉拾起了在布达佩斯时关于几个交流电能产生旋转磁场的洞见,向他的爱迪生同事们描述了一个更详尽的系统,在其中发电机产生三个独立的交流电,并通过六根不同的导线送到电动机(图3.3)。在他后来的专利和讲座中,特斯拉解释说,这三个交流电必须彼此异相120度以产生旋转磁场,但没有证据表明他在1882年就理解了保持电流异相的意义。特斯拉解释说:“我的想法是,使用越多的导线(线圈),电动机的运动就越完美。”14

13Szigeti, 1889 deposition, A398.

14特斯拉向下列人员描述了他的发明:戴维·F. 坎宁安、米尔顿·F. 亚当斯、查尔斯·M. 亨尼斯,以及詹姆斯·F. 希普尔。参见:NT, Motor Testimony, 189–190, 274–275. 西盖蒂证实,特斯拉1882年在巴黎描述过一个类似的八导线发电机–电动机系统。参见:Szigeti, 1889 deposition, A398–A401.

图 3.3 特斯拉后来专利中的系统图,在其中发电机产生三个独立的交流电并通过六根不同的导线送到电动机

图片来源:Figure 13 in U.S. Patent 381,968, “Electric Magnetic Motor,” (granted 1 May 1888).

特斯拉很失望,他的爱迪生同事对他的发明无动于衷。从商业的角度看,他们可能不会感兴趣,因为他们眼中的主要机会是在发展电气照明系统,而不是传输电力运行电动机。直到1886年之后,弗兰克·斯普拉格(Frank Sprague)等其他电气先行者才说服了中心电站的工程师们电力既可以用于照明也可以用于电动机。15

15Frederick Dalzell, Engineering Invention: Frank J. Sprague and the U.S. Electrical Industry (Cambridge, MA: MIT Press, 2009).

但是从技术角度来说,特斯拉的六线制方案在这些人看来可能注定是错误的,不是因为用到了交流电,而是因为这么多导线会用掉太多铜。爱迪生机构在19世纪80年代早期最关心的主要问题之一是开发出用铜尽可能少的分配系统。由于铜线往往是新安装系统中最大的成本,所以爱迪生自己也投入大量精力去发展出更经济的布线方案。19世纪80年代早期,爱迪生引入的三线制系统取代了支线–主线系统。相对于爱迪生的三线制系统,特斯拉提出的六线制系统就所需要的铜线来说可能看来是不经济的。当然,使用交流电的电力系统能运作于更高的电压因而可以使用更细的导线,不过不太可能特斯拉或爱迪生人在1882年就已经理解了这一点。

只有一个爱迪生人,戴维·坎宁安(David Cunningham),也就是爱迪生灯泡厂的一个负责人,对特斯拉的发明表示了一点兴趣。1881年,爱迪生派坎宁安到海外帮助巴彻勒在巴黎的国际电气展览会上安装设备,而后坎宁安继续留在伊夫里监督直流发电机的建造。特斯拉回忆说,坎宁安“提议组建股份公司。这个提议似乎非常可笑。我对此一点概念都没有,只知道那是美国人做事的一种方式”。提议最终没有结果,并且1883年特斯拉被公司派往法国和德国不同的照明站做故障检修员。16

16这个公司没有组成,可能是因为坎宁安只是法国爱迪生公司的一个小人物,并且他难以筹集资本。参见:NT, My Inventions, 66; NT, Motor Testimony, 274–275; Seifer, Wizard, 29; Francis Jehl, Menlo Park Reminiscences (Dearborn, MI: Edison Institute, 1938), 2:680, 682.

在这些出差任务的空暇中,特斯拉为爱迪生直流电动机开发了一个自动调整器,并且他的设计打动了爱迪生电气公司的总裁路易斯·劳(Louis Rau)。17因此,当公司需要送一个专家到阿尔萨斯的斯特拉斯堡解决新站点的问题时,特斯拉被选上了。

17NT, My Inventions, 66–67.

斯特拉斯堡的电动机

在斯特拉斯堡,爱迪生电气公司正尝试在新火车站安装白炽灯照明系统。1870—1871年普法战争期间,斯特拉斯堡从法国人手里落到了德国人手里。战后,德意志帝国通过在斯特拉斯堡建造一系列实体性的新公共建筑,包括新中央火车站,来树立其权威。18根据特斯拉的说法,德国当局对爱迪生公司在德皇威廉一世参观火车站期间因电厂线路短路导致一墙体大部爆裂一事深感不安。19为了安抚德国人,公司需要派一个讲德语的工程师去完成新电厂的布线工作。鉴于他的语言技能,1883年10月特斯拉被派到斯特拉斯堡重新安装布线,并与不安的德国人交涉。特斯拉把西盖蒂当助手带在身边,让他做些辅助工作。20

18Julius Euting, A Descriptive Guide to the City of Strassburg and Its Cathedral, 7th ed. (Strassburg: Karl J. Trübner, n.d.), 84–85.

19威廉一世于1879年9月访问了斯特拉斯堡,而他的传记中没有提到爆炸。参见:Paul Wiegler, William the First: His Life and Times, trans. C. Vesey (Boston: Houghton-Mifflin, 1929), 377 and Edouard Simon, The Emperor William and His Reign (London: Remington, 1888), 2:189.

20NT, Motor Testimony, 185–186; NT, My Inventions, 67. 特斯拉在斯特拉斯堡期间保存的笔记本,参见:NT, Tagebuch Aus Strasburg, 1883–1884 (Beograd: NTM, 2002); 这个笔记本(pp. 249–250)表明1883年10月至1884年2月间西盖蒂的名字在斯特拉斯堡的薪水册上。

在斯特拉斯堡,特斯拉发现爱迪生电气公司正在安装的是一个规模宏大的系统。这个系统由四台发电机组成,带动1200盏灯。除了爱迪生的设备,德国电气制造商西门子–哈尔斯克还在安装五台直流发电机和60盏弧光灯。白炽灯和弧光灯的布线都在地下管道,而这是一种相对较新的做法,这也很可能就是引发特斯拉所要解决的问题的原因。21

21Alfred Ritter von Urbanitzky, Electricity in the Service of Man, ed. R. Wormell (London: Cassell & Co., 1886), 548–551.

特斯拉很快开始在爱迪生的系统上昼夜工作,但他还是抽出时间进行了交流电动机的实验。火车站电力房里有一个西门子交流发电机,可能曾被用来为带有亚布洛奇科夫弧烛的早期弧光灯照明系统供电。22在西盖蒂的帮助下,特斯拉构建了一个能用西门子交流发电机供电的小电动机。顾及保密问题,特斯拉和西盖蒂在一个可以搭上交流电路的密室里测试电动机。23

22NT, Motor Testimony, 188; von Urbanitzky, Electricity in the Service of Man, 296–299; Thompson, Dynamo-Electric Machinery, 267–268.

23Szigeti, 1889 deposition, A400.

在电动机中,特斯拉通过在长方形铜环外缠绕绝缘导线制作成定子(图3.4)。24定子的绕组连接到西门子发电机。西盖蒂做了一个五英寸的铁制圆盘,安装在一个水平轴上,充当转子衔铁。25根据特斯拉的脑力设计,来自发电机的交流电应当能在定子中产生旋转磁场。旋转磁场跟着就会在圆盘中感应出电流,感应电流的场就会被旋转磁场排斥进而导致圆盘旋转。特斯拉声称:“那是我能构想的最简单的电动机。你看它只有一个电路,而在动子衔铁或场中没有绕组。真是不可思议的简单。”26

24NT, Motor Testimony, 181, 192.

25Szigeti, 1889 deposition, A400.

26NT, Motor Testimony, 220, 184; NT, “Electric Magnetic Motor,” U.S. Patent 424,036 (filed 20 May 1889, granted 25 March 1890), especially figure 3; TCM, Inventions, Researches, and Writings, 69.

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图 3.4 特斯拉1882年在斯特拉斯堡建造的交流电动机

这个电动机包含安装在轴上的一个圆盘状铁制转子(D)。定子(F, F)是安装在铜环上的两个绝缘导线线圈。特斯拉把定子连接到交流发电机,并且他最初认为交流电会产生旋转磁场并在转子中感应出涡电流。然而,由于定子线圈缠绕在不能磁化的铜环上,特斯拉被迫在线圈中塞了一把钢锉(相当于图中的C或C′)。然后交流电磁化了钢锉并在圆盘中感应出涡电流;由于涡电流产生的磁场与钢锉的场互相排斥,导致圆盘旋转。特斯拉以这台电动机的一个更详尽的版本申请了专利,并且这张图来自那个专利。

参见:NT, “Electro-Magnetic Motor,” US Patent 424,036 (filed 20 May 1889, granted 24 March 1890).

特斯拉第一次尝试时,这台电动机因太过简陋而不能工作。当他用定子线圈环绕住圆盘的时候,由于定子线圈是缠绕在不能磁化的铜芯上,因此圆盘没有转动。27为了克服这个困难,特斯拉在线圈中塞了一把钢锉。现在交流电在钢锉中产生了一个旋转磁场,进而在铁盘中感应出电流。但是圆盘仍旧不能旋转,因此特斯拉尝试把钢锉放在相对圆盘的不同的位置。最终他找到了合适的位置使得钢锉中的磁场与圆盘中感应电流的磁场保持同向,因此两个场互相排斥导致圆盘缓慢旋转。特斯拉激动地看到圆盘转动:“我终于满意地看到了异相交流电作用下的旋转,并且没有滑动触点或换向器,这都跟我一年前构想的一样。我感到一种极度的愉悦,但还不能与第一次获得启示时那种内心的狂喜相比。”28

27NT, Motor Testimony, 182; Benjamin Silliman, Principles of Physics, or Natural Philosophy, 2nd ed. (Philadelphia: Theodore Bliss, 1863), 608.

28NT, My Inventions, 67; NT, Motor Testimony, 177–182, 284; Szigeti, 1889 deposition, A400.

斯特拉斯堡的电动机对特斯拉来说是一个重要的转折点,因为这台电动机给他的理念主义思维方法打了一剂现实实现的清醒剂。在此之前,特斯拉只做了脑力设计就想当然地认为他在脑海中呼唤自如的东西也很容易在现实世界中行得通。在斯特拉斯堡,特斯拉第一次意识到材料是很重要的——定子的芯要用铁或钢,而不能用铜。尽管他后来坚称能在头脑中设计完美的机器并且一建造出来就能无瑕地运行,然而很明显,就像所有的发明家那样,当把理念转化为可用设备的时刻到来时,他也遇到了问题。29

29NT, Edison Medal Speech.

在斯特拉斯堡,特斯拉再次试图获得支持他发明的资金。通过在爱迪生工厂的工作,特斯拉与前市长M. 博赞(M. Bauzin)熟识起来。根据特斯拉的说法,博赞对特斯拉“深怀好感”,因此特斯拉向他透露了自己有“一个将会彻底改变直流发电机行业的发明”。博赞与本地富商本杰明商谈过,不过本杰明拒绝对特斯拉的发明投资。然后博赞提出贷款25 000法郎给特斯拉,并且特斯拉可以在成功完善电动机之后偿还。然而特斯拉希望博赞来做他的合作伙伴,可能是为了分享特斯拉期望能从发明中获得的长期利润(以及分担风险)。对电和发明都一无所知的博赞拒绝以合作伙伴的身份加入,因此特斯拉失望地离开了斯特拉斯堡。30

30NT, Motor Testimony, 190; NT, My Inventions, 67–68.

回到巴黎,向纽约进发

特斯拉于1882年2月回到巴黎,期望因解决斯特拉斯堡电厂的问题而获得爱迪生公司的奖金。但令他失望的是,他并没有获得奖励,因此特斯拉试图吸引一些巴黎人支持他的电动机开发,可同样徒劳无果。然而,特斯拉改进直流发电机的工作引起了法国爱迪生公司负责人查尔斯·巴彻勒的注意。1884年春,巴彻勒被爱迪生召回去管理纽约的爱迪生机器厂。为改善爱迪生工厂生产的直流发电机,巴彻勒要求特斯拉来美国继续直流发电机的工作。为帮助他顺利进入美国的爱迪生机构,特斯拉获得了蒂瓦道尔·普什卡什致爱迪生的一封介绍信。信中说:“我知道有两个伟大的人,您是其中之一,另一个就是这个年轻人了。”31

31NT, Motor Testimony, 186. 在Prodigal Genius, p. 60中,奥尼尔认为这封介绍信来自巴彻勒,但那时巴彻勒已回到纽约。相反,芭芭拉·普什卡什(Barbara Puskás)向我报告说,她在家族档案中看到过蒂瓦道尔·普什卡什所写的像这样一封信。

特斯拉乘坐“里士满城市号”客轮驶向纽约,并于1884年6月6日到达。与许多移民遇到的情况一样,海关官员听不太懂面前这个紧张的年轻人的话,并在记录中写下特斯拉是瑞典人,十有八九是因为特斯拉告诉官员他出生在史密里安。特斯拉在多年以后回忆说,正式进入美国的过程就是由一个职员对他狂喊:“亲吻《圣经》。二十美分!”32

32Notes in Box 1, KSP; Walter Chambers, “Tesla Too Busy to Be Honored at Radio Show,” 25 September 1929, p. 26, KSP.

住惯了布拉格、布达佩斯和巴黎这些国际化城市,特斯拉最初被美国人的生硬和粗俗震惊了。正如他在自传中所写的:“我所离开的都是美丽、艺术和迷人的;我在这里所见的都是机械、粗糙和乏味的。一名身材魁梧的警察挥舞着在我看来像圆木那么大的手杖。我礼貌地走近他问路。‘向下走六个街区,然后转左’,他眼含杀气地回答道。‘这是美国吗?’我十分惊愕地问自己,‘在社会文明方面比欧洲落后一个世纪。’”33

33NT, My Inventions, 71.

但是特斯拉没有停留在欧洲和美国的对比上,因为他很快就忙着在纽约的爱迪生机构谋一个职位。就像在巴黎时做过的那样,他试图做一个故障检修员。爱迪生机构刚刚在“俄勒冈号”客轮上安装了两个直流发电机,那时该客轮以最快速度横跨大西洋获得了蓝丝带奖。不幸的是,直流发电机不工作了,耽误了客轮从纽约出发的航班。特斯拉利用在欧洲检修照明站的经验,自愿带队上“俄勒冈号”进行所需的维修。特斯拉和他的队员彻夜工作,使直流发电机恢复如常;“俄勒冈号”于1884年6月7日从纽约出发,继续在向东的航线上创造新纪录。34

34关于“俄勒冈号”,参见:http://en.wikipedia.org/wiki/SS_Oregon_%281883%29.

第二天早上五点回到曼哈顿的爱迪生办公室的时候,特斯拉碰巧遇到了爱迪生、巴彻勒和另外几个人正准备回家。据特斯拉的回忆,爱迪生当时说:“这就是我们夜间闲荡的巴黎人。”特斯拉回应说他刚刚完成“俄勒冈号”发电机的维修工作。爱迪生默默地走开了,不过等到他以为特斯拉听不到的时候,他评论说:“巴彻勒,这真是个好小伙子。”打动了爱迪生之后,特斯拉于6月8日,也就是到达美国两天后,开始在爱迪生机器厂工作。35

35NT, My Inventions, 71–72; NT, Notebook from the Edison Machine Works (Belgrade: NTM, 2003), 12.

在爱迪生机器厂,特斯拉开始重新设计爱迪生的“长腿玛丽·安”直流发电机,用更有效的短芯设计取代长磁铁。特斯拉声称他改进的直流发电机能用同样数量的铁产生三倍的输出。尽管特斯拉在机器厂长时间工作,从早上十点半直到第二天早上五点,他还是抽空享受美食和玩台球。爱迪生的私人秘书艾尔弗雷德·O. 泰特并不知道特斯拉学生时代就开始玩台球,他注意到:“特斯拉打得很漂亮。他不是那种高分选手,不过他的击球技巧跟这项运动的专业水准不相上下。”36

36NT, Motor Testimony, 186, 195; NT, My Inventions, 72; Alfred O. Tate, Edison's Open Door (New York: E. P. Dutton, 1938), 149.

在爱迪生机器厂的时候,特斯拉继续思考交流发电机,不过没有尝试把它实际开发出来。可能是忆及在巴黎的爱迪生人对他的想法漠不关心,特斯拉现在想保持沉默。有一次,特斯拉差一点就把他的电动机想法告诉了爱迪生。“在康尼岛,”特斯拉回忆说,“正当我想解释给他听的时候,有人进来跟他握手。那天晚上回到家里我就发烧了,我登时又下定决心不要跟别人随便讲我的想法。”37

37See NT, Motor Testimony, 195; 1915 Autobiographical Sketch, A199.

完成直流发电机的设计之后,特斯拉接着被要求帮助开发弧光灯照明系统。19世纪80年代中期,爱迪生机构感兴趣于拥有自己的弧光灯照明系统以抗衡主要的竞争对手,包括汤姆孙–豪斯顿电气公司、布拉什电灯公司以及美国电气照明公司。这些竞争对手已经在制造和安装弧光灯照明系统方面壮大起来,然后又通过增加白炽灯照明系统扩展了产品线。爱迪生的白炽灯照明系统适用于家庭和办公室的室内照明,然而对室外或街道照明不是特别有效。因此,当各市镇纷纷设立新的中心电站以为街道和家庭提供电气照明时,爱迪生机构把合同输给了汤姆孙–豪斯顿或布拉什,因为这些公司既能安装弧光灯照明系统也能安装白炽灯照明系统。

为了应对竞争,爱迪生设计了一个弧光灯并于1884年6月申请了专利。特斯拉回忆说,爱迪生给了他弧光灯照明系统的基本方案,并让他把细节做出来。38特斯拉开发了一个完整的系统,并再次期望他的努力能获得丰厚的回报。然而,系统完成后从来都没有投入使用。

38TAE, “Arc Lamp,” U.S. Patent 438,303 (filed 10 June 1884; granted 14 October 1890); NT, Motor Testimony, 193.

图 3.5 站在纽约格尔克街的爱迪生机器厂前的一组人。特斯拉大约那时在那里工作,不过特斯拉不在图中

图片来源:http://www.nps.gov/.

最可能是爱迪生和他的公司因商业和技术原因搁置了特斯拉的系统。此时,爱迪生机构正挣扎于中心电站的营销和安装问题。困难的是,大多数想购买电气照明系统的新的地方公用设施公司缺乏购买系统的资金以及安装设备的专业技术;作为响应,电气制造商们尝试了各种营销方案以使他们能帮助客户购买系统,同时又能最小化制造商的财务风险。39在督查了由托马斯·A. 爱迪生施工部进行的发电站建设过程(并在这个过程中赔了钱)之后,爱迪生在1885年初决定把安装系统的麻烦留给别人。因此,他的机构与爱德华·H. 戈夫(Edward H. Goff)和美国电气制造公司(AEM)签订了协议。戈夫以推广和建设弧光灯照明站著称,现在他希望把业务扩展到白炽灯照明市场。爱迪生机构和AEM达成协议,当AEM发现安装白炽灯照明系统的机会时,它就会向地方公用设施公司出售一个爱迪生的系统;作为回报,当爱迪生机构打算安装弧光灯照明系统时,它则会使用AEM拥有的由詹姆斯·J. 伍德(James J. Wood)发明的系统。40在与戈夫谈判时,爱迪生机构可能把特斯拉的弧光灯系统和爱迪生的弧光灯照明专利当作讨价还价的筹码以获得优惠的条件。然而交易达成后,爱迪生机构不再需要特斯拉开发的弧光灯系统。

39Carlson, Innovation as a Social Process, 211–216.

40Israel, Edison, 221–225; Passer, The Electrical Manufacturers, 34–38; “Arc and Incandescent Interests Combined,” Electrical World 5 (9 May 1885): 188. 特斯拉不知道爱迪生与AEM的交易,而认为他的弧光灯照明系统被放弃是因为爱迪生与爱迪生照明公司的交易;参见:NT, Motor Testimony, 193.

爱迪生机构没有使用特斯拉弧光灯照明系统的第二个原因是,公司的其他工程师已开发出另一个白炽灯照明系统。这个新的白炽灯系统被称作市政系统,它使用了放在高压串联电路中的更大的白炽灯泡,因而能被用于街道照明。41因此,当弧光灯照明项目被搁置时,特斯拉没有获得奖励并愤然辞职。他在笔记本上潦草地写道:“再见,爱迪生机器厂!”这是他在爱迪生机器厂的最后一条笔记。特斯拉总共在那里工作了六个月。42

41“The Edison System of Municipal Lighting,” Electrical World 9 (12 February 1887): 78.

42NT, Motor Testimony, 193. 在My Inventions, p. 72中,特斯拉说他辞职是因为没有获得他认为被许诺作为重新设计直流发电机回报的50 000美元。也可参见:NT, Notebook from the Edison Machine Works, 248.

在拉威的弧光灯照明

特斯拉再次成为孤家寡人,但也不是没有出路。特斯拉刚一离开爱迪生机构,新泽西州拉威的本杰明·A. 韦尔(Benjamin A. Vail)和东奥兰治的商人罗伯特·莱恩(Robert Lane)就找了他。作为老贵格家族的后裔,韦尔在哈弗福德学院学习过,并在拉威从事法律工作。韦尔在该州的共和党中很活跃,1875年任职拉威市议会并当选新泽西州众议院和参议院议员。43韦尔和莱恩振奋于电气照明的前景,很想进入这个新领域。1884年12月,韦尔和莱恩聘请了特斯拉并组建了特斯拉电灯与制造公司。尽管公司可以发行最多300 000美元的股票,但开始只有韦尔认购的1000美元和来自拉威其他投资者的另外4000美元。44

43William Edgar Sackett, ed., New Jersey's First Citizens (Paterson, NJ: J. J. Scannell, 1917), 1:507.

44Entry for Tesla Electric Light and Mfg. Co., New Jersey, vol. 53, p. 159, R. G. Dun & Co. Collection, Baker Business Library, Harvard University (hereafter cited as Tesla Co., R. G. Dun & Co. Collection).

根据在爱迪生工作时所学的,特斯拉提议这间公司开发自己的弧光灯照明系统。虽然我们倾向于认为电气工业是随着爱迪生的白炽灯成长起来的,但实际上19世纪80年代电气工业成长最快的部分是弧光灯照明。据一位评论者的说法,弧光灯的安装数量在1881—1885年间每年翻一番。尽管该行业主要由布拉什和汤姆孙–豪斯顿公司把持,但还是有很多新的、小的初创公司;到1886年,至少有40家公司制造弧光灯照明系统。全国各地有几十个像韦尔和莱恩这样的商人被这个新的电气行业吸引,他们都成立了制造弧光灯照明设备的新公司。45

45TCM, “The Electric Light Industry in America in 1887,” Electrical World 9 (29 January 1887): 50.

为帮助新公司进入弧光灯照明领域,1885年春,特斯拉准备了涵盖发电机、弧光灯和调节器改进的专利申请。虽然他的弧光灯和调节器跟查尔斯·布拉什(Charles Brush)与伊莱休·汤姆孙(Elihu Thomson)之前的发明类似,不过他的发电机中包含了几点改善,能减少由发热和涡电流造成的能量损耗。46特斯拉找到了爱迪生在纽约的首席专利律师莱缪尔·W. 瑟雷尔(Lemuel W. Serrell),让他帮助申请这些专利。在做这些专利申请工作的时候,特斯拉每月被给予150美元。特斯拉打算试着说服韦尔和莱恩他可以开发其他电气发明(例如交流电动机),但他很快意识到他们只对弧光灯照明感兴趣(图3.6)。

46特斯拉的弧光灯照明专利包括334,823、335,786、335,787、336,961、336,962、350,954以及359,748。对于这些专利的总结参见:TCM, Inventions, Researches, and Writings, 451–464.

图 3.6 1885 年的特斯拉

图片来源:http://teslianum.com/.

就像其他早期的弧光灯照明企业家一样,韦尔和莱恩预期利润既能来自设备制造也能来自照明系统运营。因此,他们取得了能开展这两种业务的公司执照。47整个1885年,特斯拉既要负责系统的制造,又要负责在中心电站运行其系统。西盖蒂和另一个年轻人,从拉威的戈登印刷机厂招聘来的保罗·诺伊斯(Paul Noyes),可能协助了特斯拉。48

47Tesla Co., R. G. Dun & Co. Collection.

48NT, Edison Medal Speech, 12.

到1886年,特斯拉的系统在拉威被用于部分城镇街道和几家工厂的照明。公司博得了纽约商业期刊《电气评论》的关注,该刊于1886年8月发表了关于特斯拉系统的头版专题。作为回报,特斯拉公司在《电气评论》上做广告,宣称“最完美的自动化和自调节弧光灯照明系统业已诞生”。49

49Seifer, Wizard, 40–41; NT, Motor Testimony, 193–195, 209; Tesla Electric Light and Manufacturing Company, advertisement, Electrical Review, 4 September 1886, p. 14.

当特斯拉的弧光灯照明系统专利获得批准时,他把它们转让给特斯拉电灯与制造公司以换取股份。然而,一俟系统完成,韦尔和莱恩就抛弃了特斯拉并创建了新公司——联合县电灯和制造公司。也许韦尔和莱恩决定退出弧光灯照明的制造业务,是因为这个行业的制造业务方面正变得高度竞争和资本密集。到19世纪80年代末,弧光灯照明设备的制造被一家公司,即汤姆孙–豪斯顿控制。相反,韦尔和莱恩选择成为一家专注于向拉威和周边县提供照明的公司。在这种情况下,特斯拉作为发明家的角色就是多余的,因为在公用设施业务方面韦尔和莱恩不需要通过改善系统以保证竞争力。50由于专利已经转让给公司,特斯拉落到了不能再用自己发明的境地。他在拉威的努力只换得了“一张雕刻精美但只有假想价值的股票证书”。51

50韦尔和莱恩在运营公用设施方面不是很有效;到1890年,他们不再营业。参见:Tesla Co., R. G. Dun & Co. Collection.

51NT, My Inventions, 72.

被拉威的商业资助人抛弃后,特斯拉陷入了困境,也找不到工程师或发明家的工作。在干了几个修理电气设备的工作之后,他只得做一个挖掘沟渠的日常劳动者。“我经历了眼含苦泪内心剧痛的一年,而物质需要加剧了我的痛苦”,特斯拉多年以后回忆说,他感到“在科学、技术和文学的各个科目所受的高等教育都成了笑柄”。52

52O'Neill, Prodigal Genius, 65; NT to Institute of Immigrant Welfare, 12 May 1938 in John T. Ratzlaff, comp., Tesla Said (Millbrae, CA: Tesla Book Co., 1984), 280.

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