推荐序:李嗣涔,台大前校长、台大电机系退休教授
我在二十年前偶然在网路上看到特斯拉的英文自传……特斯拉的这本自传,于二○一九年翻译为中文出版,如今要再版,让我有机会重新阅读一遍……
十九世纪末,特斯拉知道了德国的海音里希‧赫兹发现电磁波以后,也对电磁波着了迷,开始做起了研究。不过,他走的方向与古列尔默‧马可尼不一样,不是用在通讯,而是想用来传播电能,也就是无线传导电力。当时电力产业刚刚萌芽,一般家庭开始使用电器(如电灯、电话),若能成功,就不需要大量投资建置有形的电网基础建设,进而让使用电的各种新兴产业得以降低成本,更容易推展。即使在今天一百多年后的二十一世纪所拥有的更新科技来讲,这个概念依然是极具前瞻性的创意构想。试想,现代科技中行动装置最大的瓶颈为何?就是电池不够力,当随身所携带的手机或电脑内电池没有电时,这些装置如同废物,呼天不应,叫地不灵,所有资讯都被封锁在装置内,无法对外通讯,这时最需要的就是无线传播电力的需求,可以直接替电池充电以解决困扰。
可惜的是,这问题一百多年来仍然不能解决,这其实也表示特斯拉在没有理论支持下,过早跳入一个需要百年以上才有希望解决的问题,自然会导致失败的命运。本书第五章特斯拉描述了放大发射机发展的历史过程,包括特斯拉线圈、放大发射机、无线系统及个别化系统来做无线能量传输的工具,很有参考的价值。
一般电力的传送需要两条导线,电压一高一低,让电流从高压流往低压,为了安全起见,现代的导线还加了一条接地的线,与电压较低的导线连在一起,所以插座会有三只脚,其中粗圆的一只脚就是接地。特斯拉应该很早就知道地球可以导电,因此地面可以当作电的接地那一极,但是另外那一极该怎么办,是用电磁波送出吗?他也知道电力要转换为电磁波的效率并不高,很难做到大电力的输送,因此,在不建造基础电网设施之下,会需要以空气作为通道,他的构想是,利用紫外光游离空气分子在空气中打开一条离子导电通道,用高压放电把电能利用离子通道送出去而不需要用到一般的电线,并利用地面作为接地回流,他设想用的是低频交流电──可以传递很长的距离。不过,由于要到他中老年以后,二十世纪两个最伟大的理论──包括一九一五年的广义相对论及一九二○年代的量子力学──才相继建立,他已经时不我予,无法理解这些新的理论并应用到他所发现的现象。
然而,现在已经是二十一世纪了,距离特斯拉当年的发现已经超过一百余年,科学上已经有很大的进步,有些当时感觉神秘的现象,现在已经可以用科学来解释了,因此,我尝试在我的《挠场的科学》中,用近百年的科学──尤其是广义相对论中挠场的发现与物理性质──来解释特斯拉当年没有说也无法说的理论。
至于本书,是特斯拉描述自己发明的第一手资料,应该能弥补特斯拉迷过去对特斯拉生平不大清楚的遗憾……
节选内容
◎两次鬼门关
发明家本质上是一项救人的志业。不论是利用自然力、改良机器等装置,或是提供全新的舒适和便利性,都是在增进生活的安全性。比起一般人,发明家的敏锐观察力和应变能力,使他们更有能力保护自己的性命。
第一个例子发生在我十四岁那年:
我想要恶作剧吓吓一起游泳的朋友,我的计划是潜到一座颇长的漂浮建物下方,再悄悄现身于另一侧。
游泳和潜水之于我就像鸭子划水般轻松自在,于是我按照计划潜到水中,确定不会被人看见后,调头转身朝另一侧快速游去。
在我认为已经安全游过漂浮物时,开始浮上水面,但头却撞到一个横梁,我感到有些惊慌。当然,我快速掉头潜进水中,再努力往前推进,我的心脏跳得很快,到了快要无法继续憋气时,我尝试第二次浮上水面,但是头又再一次碰到横梁。眼看着就快要没命了,我集中所有剩余的力气第三次奋力一搏,依旧无功而返。
我因为快要憋不了气却又无法呼吸而极度难受,我开始晕眩,感觉自己正在往下沉。就在绝望的边缘,千钧一发之际,我看到了闪光,上方的漂浮物出现在眼前。我看到,也或许是用猜的,在水面与横梁上方的木板间有道狭缝,我靠着仅存的最后一点意识向上浮起,努力把嘴凑近木板,设法呼吸到一点点空气,很不巧,一道水花打来,呛得我差点窒息。
我像是作梦般重复了几次这样的过程,直到急速跳动的心脏慢慢缓和下来,我也渐渐恢复镇定为止。之后,在尝试几次潜水不成功后,我完全失去了方向感,就在我的朋友已经完全放弃救援的希望,准备打捞我的尸体之际,我终于从鬼门关前成功逃脱。
因为我的轻率,那年的泳季被我搞砸了,但我很快就忘了那次的教训,仅仅相隔两年,我又故态复萌,结果落入更危急的险境中。
在我念书的城市附近,有间大型磨坊拦河兴建了一座水坝。河水的高度通常只比水坝高出约二、三英寸,在里面游泳就像是平常运动那样,没有什么危险性,我常常在这里尽情享受游水之乐。一天,我像平日一样独自前往,享受快乐时光。当我游到磨坊附近时,眼前的河水突然暴涨,迅速把我冲走,我吓坏了,想办法要逃离,但太迟了。幸好,我双手抓住了墙壁,保住自己不被急流冲走。
河水的强大压力压迫着我的胸部,我只能勉强让头保持在河面上。放眼望去,看不到一个人影,我的声音淹没在瀑布的咆哮嘶吼声当中。渐渐地,眼看着气力即将耗尽,快要撑不下去了,就在准备放手朝河底岩石撞去的那一刻,我的眼前出现一道闪光伴随着一张熟悉的图示,上面显示液压原理:运动中流体的压力与受力面积成正比。
于是我自然而然地转过身,用左侧身体去抵挡水流的冲击。
就像是变魔术般,水流的压力变小了,我还发现保持这种姿势抵挡河水的冲击力要容易多了。
危险依旧在,我知道我迟早会被冲走,因为即使有人注意到我,我也等不到及时的救援。我现在双手都很灵巧,不过我那时候是左撇子,右手臂的力量自然相对较弱。所以,我不敢换边稍事休息,唯恐尸骨无存,只能贴着墙面沿着水坝缓慢推进。
眼看水流愈来愈湍急,愈来愈深,我一定要离开眼前的磨坊才行。那是一段漫长而痛苦的严峻考验,眼看终点在望,横亘在前的却是水坝的深水区域,我差点就要功败垂成。我拼了命设法用最后一丝力气游过去,却在抵达岸边时昏厥过去,最后在那里被人发现。这场意外造成我的左侧身体刮掉一层皮,高烧不退达数星期之久,幸好最后得以痊愈康复。这些只是我诸多事例中的两个,却已充分说明若不是发明家的本能,我活不到现在可以讲述这个故事。
◎天才少年的第一次发明
对我感兴趣的人经常问我一个问题,我是如何以及何时开始走向发明之路的。
我只能就现有的记忆回答这个问题,还记得我的第一次发明野心勃勃,我发明了一个工具和方法,这个工具已经有其他人发明在先,但方法是我的独创。
我的一个玩伴获得了一个钓钩和钓具,让全村孩童为之兴奋不已。隔日,一伙人全都捉青蛙去了,我因为和这个男孩吵架,独自一人被抛下留在村中。我从未看过真正的钓钩,所以自己想像了一个独特的精致钓钩,也为了不能跟大家一起捕蛙而心情低落。
在强烈渴望的驱策之下,我想办法拿到了一条软铁丝,然后放在两颗石头中敲打,直到铁丝尾端被打磨成又尖又细,接着把铁丝弯曲成形,最后再把它固定在一条牢固的绳子上。我砍了一根树枝,再收集了一些饵后,来到附近一条盛产青蛙的溪流钓蛙。但是,一直没有青蛙上钩,看着一只青蛙端坐在倒下的树干上,我的钓钩却是纹风不动、空空如也,我几乎是万念俱灰。
一开始,这只青蛙看起来意兴阑珊,但慢慢地它的眼睛向外突起,变得通红,身体鼓胀为正常的两倍大,最后向上一跃,狠狠地咬住钓钩。我立刻拉起钓竿。接着,我用这招来钓蛙屡试不爽,证明了这个方法万无一失。虽然我的玩伴们装备比我精良,却毫无斩获,当他们看到我满载而归时,忌妒得脸都绿了。
有好长一段时间,我自己一人独享钓蛙秘方,不过我终究难敌圣诞节的分享精神,最后每个男孩都可以依样画葫芦,导致隔年夏季青蛙的大灾难。
我接下来的发明,纯粹出于原始本能的刺激,运用自然界的力量来服务人类。
我利用在美国称为五月或六月金龟子的昆虫为媒介,它们在美国是货真价实的害虫,有时候它们只靠体重就能压断树枝,它们爬满灌木丛时,看上去就是黑压压一片。我把四只金龟子黏在一个短横木上,再把它套在细木轴上利用金龟子来旋转,进而带动另一端的大型圆盘转动,由此获得可观动力。金龟子是一种效率超高的生物,一旦发动它们工作,它们就会停不下来,连续几小时旋转不停,天气愈热,它们就愈卖力工作。
原本一切顺利,直到有个奇怪男孩闯入,他的父亲是一名奥地利退伍军官。这个淘气男孩竟然生吃金龟子,而且吃得津津有味,仿佛正大啖最美味的蓝点牡蛎。目睹如此恶心的景象,我中止了继续在这个前景看好的领域探索,从此再也不碰金龟子或其他昆虫。
后来,我开始动手拆解、组装祖父的挂钟,但每拆必装不回去。一天,祖父冷不防下达禁令,不准我再继续这样做,他蛮横的态度造成我有三十年时间不再动手拆装时钟。
没有多久,我开始制作空气枪,零件包含一支空心管、一个活塞,还有两颗麻制弹丸。射击时,两只手分别迅速把活塞推进枪体,以及把枪管往后推,两颗弹丸间的空气一受到压缩,温度升高,其中一颗就会被击发出去发出巨响。我的空气枪制作技巧之一,是选择一个锥度适合的植物空心秆做为枪管。我的空气枪制作精巧,但我们家的窗户就遭殃了,所以我被禁止不准再用空气枪。
我接下来开始迷上制作木剑,我直接拿家里的家俱做为材料,因为最容易取得。我那时候受到塞尔维亚爱国诗的影响,对于诗中国家英雄的英勇事迹充满仰慕之情。我常常在菜园里挥舞着玉米秆大开杀戒、痛宰敌人好几小时,造成农作物毁损,结果遭到母亲的惩罚──被打屁股,母亲可不是做做样子,而是真真实实地让我吃足了排头和惩戒。
这些全是发生在我六岁之前的事。
◎交流电发电机勾勒成型
一年的身体调养期结束之后,我被父亲送到奥地利史泰利亚邦的格拉兹理工学院就读,他为我精挑细选了这所历史悠久、声誉卓著的大学。
这是我期待已久的时刻,在充裕奖学金的资助下,开始我的大学学业,我下定决心一定要在课业上有杰出表现。
拜父亲的教导和诸多机会所赐,我的学习底子优于一般学生。进入大学之前,我已经学会多国语言,也啃读了不同图书馆的藏书,多多少少汲取了有用的资讯。另外,这是我第一次可以选择喜欢的科系就读,所以画图再也不会成为我的困扰。
我立志要给父母亲一个惊喜,所以第一学年我每天从清晨三点一直读到深夜十一点不间断,连星期假日都不放松片刻。由于同学们抱着学而不思的松散学习态度,我的学业成绩自然技压群雄。第一年结束,我通过九科考试,教授们认为我的表现值得给予超越满级分的嘉奖。
我带着这张获得褒扬的成绩单回家,在短暂休息过后,我满心期待着能赢得父亲的称赞,但是看到父亲对于我拼了命博得的荣誉一点都不在意的时候,我深感受伤,这件事几乎扼杀了我的斗志和雄心。但是父亲死后,我发现了一叠信件,全是学校教授寄来的,信上说除非父亲把我带离学校,否则我会因为用功过度而没命,看完后,我悲痛难抑。
此后,我全神贯注在物理学、力学和数学上,闲暇时间都泡在图书馆里。我的习惯是只要开始做一件事情,一定会有始有终,因此常常给自己招来难题。有一次,我开始阅读伏尔泰的著作,看到有将近一百卷用小字印刷的皇皇巨著正等待着我去读,令我惊慌──这个怪物每天喝七十二杯黑咖啡支撑自己写作!我下定决心一定要全部读完,但当我放下最后一本伏尔泰的作品时,感到无比畅快,说:“结束了!”
我第一年的表现赢得了教授们对我的欣赏,也与他们建立起情谊。包括了:罗格纳教授,教授算术和几何学;包施尔教授,教授理论及实验物理学;奥勒博士,教授积分,专长在积分方程式,这位科学家的讲课是我听过最精彩的一位。
奥勒博士特关心我在学业上的进展,经常会在下课后留一、二个小时给我,出题让我解答,我很乐意接受这样的安排。我跟他解释我的飞行器构想,这项发明是建立在合理的科学原理上,不是天马行空的幻想,我设计的涡轮机已经让这部飞行器成真,很快就会展现在世人眼前。
罗格纳和包施尔两位教授都是求知欲旺盛的学者:罗格纳教授的自我表达方式很奇特,每次都会引起一阵骚动,然后是一段长长的沉默和尴尬;包施尔教授是一位有条不紊、绝对理智的德国人,他有和熊掌一样巨大的双手双脚,但他的实验都被精准无误的执行,展现如锁芯般精密的高超精准技巧,没有一点闪失。
在校第二年,学校收到一部来自法国巴黎的格拉姆发电机,它有一个马蹄铁状的层压式场磁铁,以及一个装有整流器的绕线电枢。通电后,这部机器展现了各种不同的电流效应。
包施尔教授在示范时,把它当作马达在操作,结果电刷出现故障,火花乱窜,我在一旁观察发现:没有这些装置,马达仍有可能运转。包施尔教授宣称不可能,并且请我就这个主题上台报告,他最后在做总结时如此说道:“特斯拉先生也许会有了不起的成就,但可以肯定的是他永远不会去实践这个构想。这么做无异是改变一个稳定的拉力,犹如把重力转变成旋转力,这是一个永动机的概念,不可能成功。”
但是,直觉超越知识,当逻辑推论或是其他想出来的方法都没有用时,无疑的,我们大脑里某些奇妙的神经纤维会驱策我们去发现真理。有一段时间,我迫于教授的权威而犹疑不定,但是我很快就相信自己是对的,然后倾注所有热情和年轻人的无穷信心,拥抱这个不可能的任务。
首先,我在心中勾勒出一部直流电发电机,启动运转后,紧盯观察电枢电流的变化。然后,我会另外想像一部交流电发电机,观察在相同情况下其运作过程。接着,我勾画想像马达与发电机两种系统,并用各种方式测试其运作情况。我心眼所见的图像对我而言是如此全然真实,具体可触。我在格拉兹的理工学院的剩余时光都在全心钻研这个问题,直到离校前依旧毫无斩获,我差一点就要举白旗投降,宣判这个问题无解。
一八八○年,我带着父亲的期望前往波希米亚的布拉格市,在那里继续我的大学教育,并且做了一个果断决定,继续未竟的实验,其中包含拆除发电机的整流器,观察接下来会发生什么现象,结果依旧徒劳无功。
在接下来的一年里,我对人生的看法出现了急遽变化。我知道父母亲为了供应我在经济上的需要做出了重大牺牲,因而决定要卸下他们的重担。当时美国装设电话的风潮刚传到欧洲,匈牙利决定要在布达佩斯装设电话系统。一个大好机会出现了,尤其与我们家族熟识的一个友人,恰巧就是匈牙利一家电话公司的负责人。
我在布拉格期间罹患了严重的神经衰弱。我在病中的经历简直令人匪夷所思!我一直有异于常人的超凡视力与听力,我可以在其他人都已经看不到、听不见的距离外,依旧能清楚听辨。我记得,我小时候有好几次听到从邻居家中传来微弱的爆裂声响,屋主却依旧呼呼大睡,我只好大声呼救,救了邻居免遭祝融之灾。
一八九九年,我四十多岁,在美国科罗拉多州继续我的实验,我可以清楚听到五百五十英里外打雷的声音,我的年轻助理顶多听到一百五十英里,换言之,我的听力比他灵敏三倍有余──然而,比起我神经衰弱期间的敏锐听力,此时的听力简直是小巫见大巫,可说是耳聋级的程度。我在布达佩斯的那段期间,可以听见三个房间距离外的手表滴答声;一只苍蝇飞落在房中桌上,在我听来就像是砰砰的重击闷响。
几英里外马车经过的声音,会使我全身颤动;二、三十英里外的火车汽笛声,会让我坐的板凳或椅子剧烈晃动,使我承担难以忍受的痛苦。我脚下的地面会震个不停;我必须把床放在缓冲橡皮垫上,才能获得休息。如果无法分辨这些来自四面八方的嘈杂声究竟是什么,我就会产生幻听心生恐惧。时亮时暗的阳光会严重冲击我的脑部,使我晕厥过去。当我行经桥下或其他建物下方,会觉得有股巨大压力垄罩在头上,必须用最大的意志力才能通过。在黑暗中,我的感官敏锐如蝙蝠,我的前额有一种独特的感知力,当它发痒时,我就知道十二英尺外有东西出没。我的脉博变化可以从每分钟只有跳几下飙高到两百六十下,造成体内器官与组织的抽搐和震颤,这恐怕是最难忍受的身体折磨。
我曾求诊一位内科名医,他开立大量溴化钾镇静剂让我每天服用,但仍宣告我得的是无药可医的罕见疾病。
我这辈子最大的遗憾,就是当时没有求诊生理及心理学专家。我拚命想要活下来,却从未奢望自己能完全康复。谁会相信一个身体如此孱弱的绝症病人,可以蜕变成一个具有惊人体魄和顽强意志的人,能工作三十八年不辍,几乎没有一天休息,身体和心智却依旧强健,生气勃发?我就是活生生的例子!我有强大的求生意志,我渴望继续自己的研究工作,在一个运动家挚友的全力帮助下,奇妙的事发生了,我的身体恢复健康,心智依然敏捷。
当我重新投身于中断的研究,却发现自己的奋战竟这么快就结束了,反而有些怅然──我还有许多精力无处可用。我当初接下这个不可能的挑战,不是抱着平常的决心,对我来说,这是一个神圣的誓言,是一场攸关生与死的求索。我深知,一旦我失败了,我的生命活力也会随之枯竭凋萎。如今,我打赢了这场战役。答案其实早就在我大脑深处某个隐蔽角落,已经呼之欲出,只差临门一脚。
我永远记得那天下午,我和一位朋友正在城市公园享受散步咏诗的惬意,我那时能把整本书一字不漏地熟记在心,其中一本就是歌德的小说《浮士德》,夕阳才刚西沉,我不禁联想起书中一节绝美诗句:
太阳西沉,退隐,白昼就此完结,
它匆匆离去,去催促新的生命。
哦,竟没有翅膀把我从地面升起,
永远永远去把她追随!
正值她将逝未逝之际,我做了一个美梦。
唉,怎奈任何肉体的翅膀都不容易同精神的翅膀结伴而飞。
当我朗读这些振奋人心的诗句,灵感如电光石火般涌现,真理瞬间揭露。我立刻拿起一根枝条在沙地上画出心中浮现的设计图──六年后,我在美国电机工程师学会发表演讲时公开了这张图──身旁的友人完全理解我在画什么。我看到的影像是如此锐利清晰,坚实如金石,我告诉友人:“你看,这里是马达;注意看,我要将它反转。”我按捺不住心中的激动,滔滔不绝说了起来。
我或许无意间发现了一千个大自然奥秘,但是我愿意用它们换取我的这项发明,它是我排除万难用生命换来的呕心沥血之作。◎(书封)
作者简介:
尼古拉‧特斯拉(Nikola Tesla,1856/07/10~1943/01/07)
是二十世纪少有的实验通才,在机电工程、无线电工程等方面都有专利成就。他在一百多年前所达到的科学成就,许多至今依然无人能敌。据传,他逝世后,所有设计图、实验品都被美国政府列入最高机密。
特斯拉是一个能源免费使用的提倡者,也许正因为如此,他被排挤和打压。然而,随着时间的证明,他现在被科学界普遍认为,是人类史上唯二的旷世奇才,另一位是达文西,甚至有人称誉他是超越爱因斯坦的伟大科学家,就连爱因斯坦本人都称他是“高频电流领域的杰出先锋”。
──1917年 荣获“爱迪生金质奖章”
──1931年 75岁生日登上《时代》杂志封面,收到8位诺贝尔物理学奖得主来信致敬
──1943年 特斯拉的葬礼上,3位诺贝尔物理学奖得主到场致词
──1960年 国际度量衡大会将磁感应单位的法定度量衡命名为“特斯拉”
──1975年 正式名列“美国发明家名人堂”
(本文节选自,柿子文化)
责任编辑:李梅