推薦序:李嗣涔,臺大前校長、臺大電機系退休教授
我在二十年前偶然在網路上看到特斯拉的英文自傳……特斯拉的這本自傳,於二○一九年翻譯為中文出版,如今要再版,讓我有機會重新閱讀一遍……
十九世紀末,特斯拉知道了德國的海音里希‧赫茲發現電磁波以後,也對電磁波著了迷,開始做起了研究。不過,他走的方向與古列爾默‧馬可尼不一樣,不是用在通訊,而是想用來傳播電能,也就是無線傳導電力。當時電力產業剛剛萌芽,一般家庭開始使用電器(如電燈、電話),若能成功,就不需要大量投資建置有形的電網基礎建設,進而讓使用電的各種新興產業得以降低成本,更容易推展。即使在今天一百多年後的二十一世紀所擁有的更新科技來講,這個概念依然是極具前瞻性的創意構想。試想,現代科技中行動裝置最大的瓶頸為何?就是電池不夠力,當隨身所攜帶的手機或電腦內電池沒有電時,這些裝置如同廢物,呼天不應,叫地不靈,所有資訊都被封鎖在裝置內,無法對外通訊,這時最需要的就是無線傳播電力的需求,可以直接替電池充電以解決困擾。
可惜的是,這問題一百多年來仍然不能解決,這其實也表示特斯拉在沒有理論支持下,過早跳入一個需要百年以上才有希望解決的問題,自然會導致失敗的命運。本書第五章特斯拉描述了放大發射機發展的歷史過程,包括特斯拉線圈、放大發射機、無線系統及個別化系統來做無線能量傳輸的工具,很有參考的價值。
一般電力的傳送需要兩條導線,電壓一高一低,讓電流從高壓流往低壓,為了安全起見,現代的導線還加了一條接地的線,與電壓較低的導線連在一起,所以插座會有三隻腳,其中粗圓的一隻腳就是接地。特斯拉應該很早就知道地球可以導電,因此地面可以當作電的接地那一極,但是另外那一極該怎麼辦,是用電磁波送出嗎?他也知道電力要轉換為電磁波的效率並不高,很難做到大電力的輸送,因此,在不建造基礎電網設施之下,會需要以空氣作為通道,他的構想是,利用紫外光游離空氣分子在空氣中打開一條離子導電通道,用高壓放電把電能利用離子通道送出去而不需要用到一般的電線,並利用地面作為接地回流,他設想用的是低頻交流電──可以傳遞很長的距離。不過,由於要到他中老年以後,二十世紀兩個最偉大的理論──包括一九一五年的廣義相對論及一九二○年代的量子力學──才相繼建立,他已經時不我予,無法理解這些新的理論並應用到他所發現的現象。
然而,現在已經是二十一世紀了,距離特斯拉當年的發現已經超過一百餘年,科學上已經有很大的進步,有些當時感覺神祕的現象,現在已經可以用科學來解釋了,因此,我嘗試在我的《撓場的科學》中,用近百年的科學──尤其是廣義相對論中撓場的發現與物理性質──來解釋特斯拉當年沒有說也無法說的理論。
至於本書,是特斯拉描述自己發明的第一手資料,應該能彌補特斯拉迷過去對特斯拉生平不大清楚的遺憾……
節選內容
◎兩次鬼門關
發明家本質上是一項救人的志業。不論是利用自然力、改良機器等裝置,或是提供全新的舒適和便利性,都是在增進生活的安全性。比起一般人,發明家的敏銳觀察力和應變能力,使他們更有能力保護自己的性命。
第一個例子發生在我十四歲那年:
我想要惡作劇嚇嚇一起游泳的朋友,我的計畫是潛到一座頗長的漂浮建物下方,再悄悄現身於另一側。
游泳和潛水之於我就像鴨子划水般輕鬆自在,於是我按照計畫潛到水中,確定不會被人看見後,調頭轉身朝另一側快速游去。
在我認為已經安全游過漂浮物時,開始浮上水面,但頭卻撞到一個橫樑,我感到有些驚慌。當然,我快速掉頭潛進水中,再努力往前推進,我的心臟跳得很快,到了快要無法繼續憋氣時,我嘗試第二次浮上水面,但是頭又再一次碰到橫樑。眼看著就快要沒命了,我集中所有剩餘的力氣第三次奮力一搏,依舊無功而返。
我因為快要憋不了氣卻又無法呼吸而極度難受,我開始暈眩,感覺自己正在往下沉。就在絕望的邊緣,千鈞一髮之際,我看到了閃光,上方的漂浮物出現在眼前。我看到,也或許是用猜的,在水面與橫樑上方的木板間有道狹縫,我靠著僅存的最後一點意識向上浮起,努力把嘴湊近木板,設法呼吸到一點點空氣,很不巧,一道水花打來,嗆得我差點窒息。
我像是作夢般重複了幾次這樣的過程,直到急速跳動的心臟慢慢緩和下來,我也漸漸恢復鎮定為止。之後,在嘗試幾次潛水不成功後,我完全失去了方向感,就在我的朋友已經完全放棄救援的希望,準備打撈我的屍體之際,我終於從鬼門關前成功逃脫。
因為我的輕率,那年的泳季被我搞砸了,但我很快就忘了那次的教訓,僅僅相隔兩年,我又故態復萌,結果落入更危急的險境中。
在我念書的城市附近,有間大型磨坊攔河興建了一座水壩。河水的高度通常只比水壩高出約二、三英寸,在裡面游泳就像是平常運動那樣,沒有什麼危險性,我常常在這裡盡情享受游水之樂。一天,我像平日一樣獨自前往,享受快樂時光。當我游到磨坊附近時,眼前的河水突然暴漲,迅速把我沖走,我嚇壞了,想辦法要逃離,但太遲了。幸好,我雙手抓住了牆壁,保住自己不被急流沖走。
河水的強大壓力壓迫著我的胸部,我只能勉強讓頭保持在河面上。放眼望去,看不到一個人影,我的聲音淹沒在瀑布的咆哮嘶吼聲當中。漸漸地,眼看著氣力即將耗盡,快要撐不下去了,就在準備放手朝河底岩石撞去的那一刻,我的眼前出現一道閃光伴隨著一張熟悉的圖示,上面顯示液壓原理:運動中流體的壓力與受力面積成正比。
於是我自然而然地轉過身,用左側身體去抵擋水流的衝擊。
就像是變魔術般,水流的壓力變小了,我還發現保持這種姿勢抵擋河水的衝擊力要容易多了。
危險依舊在,我知道我遲早會被沖走,因為即使有人注意到我,我也等不到及時的救援。我現在雙手都很靈巧,不過我那時候是左撇子,右手臂的力量自然相對較弱。所以,我不敢換邊稍事休息,唯恐屍骨無存,只能貼著牆面沿著水壩緩慢推進。
眼看水流愈來愈湍急,愈來愈深,我一定要離開眼前的磨坊才行。那是一段漫長而痛苦的嚴峻考驗,眼看終點在望,橫亙在前的卻是水壩的深水區域,我差點就要功敗垂成。我拚了命設法用最後一絲力氣游過去,卻在抵達岸邊時昏厥過去,最後在那裡被人發現。這場意外造成我的左側身體刮掉一層皮,高燒不退達數星期之久,幸好最後得以痊癒康復。這些只是我諸多事例中的兩個,卻已充分說明若不是發明家的本能,我活不到現在可以講述這個故事。
◎天才少年的第一次發明
對我感興趣的人經常問我一個問題,我是如何以及何時開始走向發明之路的。
我只能就現有的記憶回答這個問題,還記得我的第一次發明野心勃勃,我發明了一個工具和方法,這個工具已經有其他人發明在先,但方法是我的獨創。
我的一個玩伴獲得了一個釣鉤和釣具,讓全村孩童為之興奮不已。隔日,一夥人全都捉青蛙去了,我因為和這個男孩吵架,獨自一人被拋下留在村中。我從未看過真正的釣鉤,所以自己想像了一個獨特的精緻釣鉤,也為了不能跟大家一起捕蛙而心情低落。
在強烈渴望的驅策之下,我想辦法拿到了一條軟鐵絲,然後放在兩顆石頭中敲打,直到鐵絲尾端被打磨成又尖又細,接著把鐵絲彎曲成形,最後再把它固定在一條牢固的繩子上。我砍了一根樹枝,再收集了一些餌後,來到附近一條盛產青蛙的溪流釣蛙。但是,一直沒有青蛙上鉤,看著一隻青蛙端坐在倒下的樹幹上,我的釣鉤卻是紋風不動、空空如也,我幾乎是萬念俱灰。
一開始,這隻青蛙看起來意興闌珊,但慢慢地牠的眼睛向外突起,變得通紅,身體鼓脹為正常的兩倍大,最後向上一躍,狠狠地咬住釣鉤。我立刻拉起釣竿。接著,我用這招來釣蛙屢試不爽,證明了這個方法萬無一失。雖然我的玩伴們裝備比我精良,卻毫無斬獲,當他們看到我滿載而歸時,忌妒得臉都綠了。
有好長一段時間,我自己一人獨享釣蛙祕方,不過我終究難敵聖誕節的分享精神,最後每個男孩都可以依樣畫葫蘆,導致隔年夏季青蛙的大災難。
我接下來的發明,純粹出於原始本能的刺激,運用自然界的力量來服務人類。
我利用在美國稱為五月或六月金龜子的昆蟲為媒介,牠們在美國是貨真價實的害蟲,有時候牠們只靠體重就能壓斷樹枝,牠們爬滿灌木叢時,看上去就是黑壓壓一片。我把四隻金龜子黏在一個短橫木上,再把它套在細木軸上利用金龜子來旋轉,進而帶動另一端的大型圓盤轉動,由此獲得可觀動力。金龜子是一種效率超高的生物,一旦發動牠們工作,牠們就會停不下來,連續幾小時旋轉不停,天氣愈熱,牠們就愈賣力工作。
原本一切順利,直到有個奇怪男孩闖入,他的父親是一名奧地利退伍軍官。這個淘氣男孩竟然生吃金龜子,而且吃得津津有味,彷彿正大啖最美味的藍點牡蠣。目睹如此噁心的景象,我中止了繼續在這個前景看好的領域探索,從此再也不碰金龜子或其他昆蟲。
後來,我開始動手拆解、組裝祖父的掛鐘,但每拆必裝不回去。一天,祖父冷不防下達禁令,不准我再繼續這樣做,他蠻橫的態度造成我有三十年時間不再動手拆裝時鐘。
沒有多久,我開始製作空氣槍,零件包含一支空心管、一個活塞,還有兩顆麻製彈丸。射擊時,兩隻手分別迅速把活塞推進槍體,以及把槍管往後推,兩顆彈丸間的空氣一受到壓縮,溫度升高,其中一顆就會被擊發出去發出巨響。我的空氣槍製作技巧之一,是選擇一個錐度適合的植物空心稈做為槍管。我的空氣槍製作精巧,但我們家的窗戶就遭殃了,所以我被禁止不准再用空氣槍。
我接下來開始迷上製作木劍,我直接拿家裡的傢俱做為材料,因為最容易取得。我那時候受到塞爾維亞愛國詩的影響,對於詩中國家英雄的英勇事蹟充滿仰慕之情。我常常在菜園裡揮舞著玉米稈大開殺戒、痛宰敵人好幾小時,造成農作物毀損,結果遭到母親的懲罰──被打屁股,母親可不是做做樣子,而是真真實實地讓我吃足了排頭和懲戒。
這些全是發生在我六歲之前的事。
◎交流電發電機勾勒成型
一年的身體調養期結束之後,我被父親送到奧地利史泰利亞邦的格拉茲理工學院就讀,他為我精挑細選了這所歷史悠久、聲譽卓著的大學。
這是我期待已久的時刻,在充裕獎學金的資助下,開始我的大學學業,我下定決心一定要在課業上有傑出表現。
拜父親的教導和諸多機會所賜,我的學習底子優於一般學生。進入大學之前,我已經學會多國語言,也啃讀了不同圖書館的藏書,多多少少汲取了有用的資訊。另外,這是我第一次可以選擇喜歡的科系就讀,所以畫圖再也不會成為我的困擾。
我立志要給父母親一個驚喜,所以第一學年我每天從清晨三點一直讀到深夜十一點不間斷,連星期假日都不放鬆片刻。由於同學們抱著學而不思的鬆散學習態度,我的學業成績自然技壓群雄。第一年結束,我通過九科考試,教授們認為我的表現值得給予超越滿級分的嘉獎。
我帶著這張獲得褒揚的成績單回家,在短暫休息過後,我滿心期待著能贏得父親的稱讚,但是看到父親對於我拚了命博得的榮譽一點都不在意的時候,我深感受傷,這件事幾乎扼殺了我的鬥志和雄心。但是父親死後,我發現了一疊信件,全是學校教授寄來的,信上說除非父親把我帶離學校,否則我會因為用功過度而沒命,看完後,我悲痛難抑。
此後,我全神貫注在物理學、力學和數學上,閒暇時間都泡在圖書館裡。我的習慣是只要開始做一件事情,一定會有始有終,因此常常給自己招來難題。有一次,我開始閱讀伏爾泰的著作,看到有將近一百卷用小字印刷的皇皇巨著正等待著我去讀,令我驚慌──這個怪物每天喝七十二杯黑咖啡支撐自己寫作!我下定決心一定要全部讀完,但當我放下最後一本伏爾泰的作品時,感到無比暢快,說:「結束了!」
我第一年的表現贏得了教授們對我的欣賞,也與他們建立起情誼。包括了:羅格納教授,教授算術和幾何學;包施爾教授,教授理論及實驗物理學;奧勒博士,教授積分,專長在積分方程式,這位科學家的講課是我聽過最精彩的一位。
奧勒博士特關心我在學業上的進展,經常會在下課後留一、二個小時給我,出題讓我解答,我很樂意接受這樣的安排。我跟他解釋我的飛行器構想,這項發明是建立在合理的科學原理上,不是天馬行空的幻想,我設計的渦輪機已經讓這部飛行器成真,很快就會展現在世人眼前。
羅格納和包施爾兩位教授都是求知欲旺盛的學者:羅格納教授的自我表達方式很奇特,每次都會引起一陣騷動,然後是一段長長的沉默和尷尬;包施爾教授是一位有條不紊、絕對理智的德國人,他有和熊掌一樣巨大的雙手雙腳,但他的實驗都被精準無誤的執行,展現如鎖芯般精密的高超精準技巧,沒有一點閃失。
在校第二年,學校收到一部來自法國巴黎的格拉姆發電機,它有一個馬蹄鐵狀的層壓式場磁鐵,以及一個裝有整流器的繞線電樞。通電後,這部機器展現了各種不同的電流效應。
包施爾教授在示範時,把它當作馬達在操作,結果電刷出現故障,火花亂竄,我在一旁觀察發現:沒有這些裝置,馬達仍有可能運轉。包施爾教授宣稱不可能,並且請我就這個主題上臺報告,他最後在做總結時如此說道:「特斯拉先生也許會有了不起的成就,但可以肯定的是他永遠不會去實踐這個構想。這麼做無異是改變一個穩定的拉力,猶如把重力轉變成旋轉力,這是一個永動機的概念,不可能成功。」
但是,直覺超越知識,當邏輯推論或是其他想出來的方法都沒有用時,無疑的,我們大腦裡某些奇妙的神經纖維會驅策我們去發現真理。有一段時間,我迫於教授的權威而猶疑不定,但是我很快就相信自己是對的,然後傾注所有熱情和年輕人的無窮信心,擁抱這個不可能的任務。
首先,我在心中勾勒出一部直流電發電機,啟動運轉後,緊盯觀察電樞電流的變化。然後,我會另外想像一部交流電發電機,觀察在相同情況下其運作過程。接著,我勾畫想像馬達與發電機兩種系統,並用各種方式測試其運作情況。我心眼所見的圖像對我而言是如此全然真實,具體可觸。我在格拉茲的理工學院的剩餘時光都在全心鑽研這個問題,直到離校前依舊毫無斬獲,我差一點就要舉白旗投降,宣判這個問題無解。
一八八○年,我帶著父親的期望前往波希米亞的布拉格市,在那裡繼續我的大學教育,並且做了一個果斷決定,繼續未竟的實驗,其中包含拆除發電機的整流器,觀察接下來會發生什麼現象,結果依舊徒勞無功。
在接下來的一年裡,我對人生的看法出現了急遽變化。我知道父母親為了供應我在經濟上的需要做出了重大犧牲,因而決定要卸下他們的重擔。當時美國裝設電話的風潮剛傳到歐洲,匈牙利決定要在布達佩斯裝設電話系統。一個大好機會出現了,尤其與我們家族熟識的一個友人,恰巧就是匈牙利一家電話公司的負責人。
我在布拉格期間罹患了嚴重的神經衰弱。我在病中的經歷簡直令人匪夷所思!我一直有異於常人的超凡視力與聽力,我可以在其他人都已經看不到、聽不見的距離外,依舊能清楚聽辨。我記得,我小時候有好幾次聽到從鄰居家中傳來微弱的爆裂聲響,屋主卻依舊呼呼大睡,我只好大聲呼救,救了鄰居免遭祝融之災。
一八九九年,我四十多歲,在美國科羅拉多州繼續我的實驗,我可以清楚聽到五百五十英里外打雷的聲音,我的年輕助理頂多聽到一百五十英里,換言之,我的聽力比他靈敏三倍有餘──然而,比起我神經衰弱期間的敏銳聽力,此時的聽力簡直是小巫見大巫,可說是耳聾級的程度。我在布達佩斯的那段期間,可以聽見三個房間距離外的手錶滴答聲;一隻蒼蠅飛落在房中桌上,在我聽來就像是砰砰的重擊悶響。
幾英里外馬車經過的聲音,會使我全身顫動;二、三十英里外的火車汽笛聲,會讓我坐的板凳或椅子劇烈晃動,使我承擔難以忍受的痛苦。我腳下的地面會震個不停;我必須把床放在緩衝橡皮墊上,才能獲得休息。如果無法分辨這些來自四面八方的嘈雜聲究竟是什麼,我就會產生幻聽心生恐懼。時亮時暗的陽光會嚴重衝擊我的腦部,使我暈厥過去。當我行經橋下或其他建物下方,會覺得有股巨大壓力壟罩在頭上,必須用最大的意志力才能通過。在黑暗中,我的感官敏銳如蝙蝠,我的前額有一種獨特的感知力,當它發癢時,我就知道十二英尺外有東西出沒。我的脈博變化可以從每分鐘只有跳幾下飆高到兩百六十下,造成體內器官與組織的抽搐和震顫,這恐怕是最難忍受的身體折磨。
我曾求診一位內科名醫,他開立大量溴化鉀鎮靜劑讓我每天服用,但仍宣告我得的是無藥可醫的罕見疾病。
我這輩子最大的遺憾,就是當時沒有求診生理及心理學專家。我拚命想要活下來,卻從未奢望自己能完全康復。誰會相信一個身體如此孱弱的絕症病人,可以蛻變成一個具有驚人體魄和頑強意志的人,能工作三十八年不輟,幾乎沒有一天休息,身體和心智卻依舊強健,生氣勃發?我就是活生生的例子!我有強大的求生意志,我渴望繼續自己的研究工作,在一個運動家摯友的全力幫助下,奇妙的事發生了,我的身體恢復健康,心智依然敏捷。
當我重新投身於中斷的研究,卻發現自己的奮戰竟這麼快就結束了,反而有些悵然──我還有許多精力無處可用。我當初接下這個不可能的挑戰,不是抱著平常的決心,對我來說,這是一個神聖的誓言,是一場攸關生與死的求索。我深知,一旦我失敗了,我的生命活力也會隨之枯竭凋萎。如今,我打贏了這場戰役。答案其實早就在我大腦深處某個隱蔽角落,已經呼之欲出,只差臨門一腳。
我永遠記得那天下午,我和一位朋友正在城市公園享受散步詠詩的愜意,我那時能把整本書一字不漏地熟記在心,其中一本就是歌德的小說《浮士德》,夕陽才剛西沉,我不禁聯想起書中一節絕美詩句:
太陽西沉,退隱,白晝就此完結,
它匆匆離去,去催促新的生命。
哦,竟沒有翅膀把我從地面升起,
永遠永遠去把她追隨!
正值她將逝未逝之際,我做了一個美夢。
唉,怎奈任何肉體的翅膀都不容易同精神的翅膀結伴而飛。
當我朗讀這些振奮人心的詩句,靈感如電光石火般湧現,真理瞬間揭露。我立刻拿起一根枝條在沙地上畫出心中浮現的設計圖──六年後,我在美國電機工程師學會發表演講時公開了這張圖──身旁的友人完全理解我在畫什麼。我看到的影像是如此銳利清晰,堅實如金石,我告訴友人:「你看,這裡是馬達;注意看,我要將它反轉。」我按捺不住心中的激動,滔滔不絕說了起來。
我或許無意間發現了一千個大自然奧祕,但是我願意用它們換取我的這項發明,它是我排除萬難用生命換來的嘔心瀝血之作。◎(書封)
作者簡介:
尼古拉‧特斯拉(Nikola Tesla,1856/07/10~1943/01/07)
是二十世紀少有的實驗通才,在機電工程、無線電工程等方面都有專利成就。他在一百多年前所達到的科學成就,許多至今依然無人能敵。據傳,他逝世後,所有設計圖、實驗品都被美國政府列入最高機密。
特斯拉是一個能源免費使用的提倡者,也許正因為如此,他被排擠和打壓。然而,隨著時間的證明,他現在被科學界普遍認為,是人類史上唯二的曠世奇才,另一位是達文西,甚至有人稱譽他是超越愛因斯坦的偉大科學家,就連愛因斯坦本人都稱他是「高頻電流領域的傑出先鋒」。
──1917年 榮獲「愛迪生金質獎章」
──1931年 75歲生日登上《時代》雜誌封面,收到8位諾貝爾物理學獎得主來信致敬
──1943年 特斯拉的葬禮上,3位諾貝爾物理學獎得主到場致詞
──1960年 國際度量衡大會將磁感應單位的法定度量衡命名為「特斯拉」
──1975年 正式名列「美國發明家名人堂」
(本文節選自,柿子文化)
責任編輯:李梅