第六章 神通广大的魔术师
只要能避开尘世，独自一个人躲在曼哈顿实验室里与电气谈情说爱，特斯拉就俨然是世界上最幸福的人了。在十九世纪八十年代末和九十年代初的那些日子里，他有过这样一个短暂的时期。但是在1891－1892年间，他在美国和欧洲发表了轰动一时的四篇报告，此后不过几个月，他就一跃而为全世界最著名的科学家，而且他的个人生活也今非昔比了。
他结着白色的领带，穿着白色的燕尾服，一副白鹳般离奇的模样站在讲台上。他差不多有七英尺高，因为在进行危险的试验表演过程中，他穿着一双软木厚底鞋。当他表演到兴头上的时候，他那本来接近假音的高音嗓子，激动得更加变尖了。听众被那抑扬顿挫的话语、变幻不定的电光以及魔法，深深吸引住了，个个目不转睛，听得出了神。
在当时，科学语言是完全不够用的，特斯拉宛若一十堕入情网的诗人，通过火和光的翩跹舞姿来描绘那看得见的迷人效果。的确，对他来说，炫耀这些效果同发掘其中的能量似乎同等重要。但是，没有一位科学家能从技术细节上挑他的毛病。
别以为这只是些焰火、哲学和诗歌，他提出的每种科学发明部是以实验为基础的，这些实验他都亲自反复进行过至少二十次。每一种设备都是新的，由他自己设计，而且通常都在他自己的车间里制造。他很少在不同场合重复相同的表演。
当时的科学术语不够用，因此他在报告中谈到真空管中光亮的羽毛状放电现象时，便说这是“刷子”，而实际上这是电子束和离子化气体分子。他不说“我现在来谈加速器”，因为当时没有“加速器”这个词，但是他所论述和他所表演的东西，在一些有知识的人来看便是原子击破器的早期祖先。
他也不会说，“我现在来谈一谈电子显微镜。我现在来谈宇宙线。我现在来谈射电真空管。我现在来谈x射线。”当他讲解最终成为三极管先驱的真空灯泡时，还没有“射电”（radio）这个词，无线电还刚刚处在初创阶段；当他介绍他实验室里一些模模糊糊的照片、介绍可见和不可见光时，就连伦琴都还不知道x射线是什么东西，可以作何用途；当特斯拉制造出一种火焰，介绍说这是“不消耗材料、甚至不发生属于化学反应的燃烧”时，他大概已在探索等高子物理学了。
“有些现象，我们习惯把它们当成难于解释的奇迹，而现在我们却产生了不同的看法，”他在美国电气工程师学会说。“感应线圈的电火花，白炽灯的光亮，电流和磁铁的机械力表现，再也不是我们无法理解的了。这些在过去是不可理解的，但是现在我们看到这些现象时，就会联想到一种简单的作用机制；虽然对其精确本性还不甚了了，但我们已经知道，真理不会再埋没许久了，我们已经本能地感觉到，了解这个真理的时刻就在眼前。我们依然崇拜这些美丽的现象，这些奇异的力量，但是我们再不会无能为力了……”
他谈到电和磁的神秘魅力，谈到“在自然界力当中明显而奇特的双重性，吸引、排斥和旋转现象，以及神秘因素的奇异表现。”这些都激励和鼓舞着我们的心灵。
但是如何解释这些现象？
“在无穷小的世界里，分子以及按照轨道旋转和运动的原子，几乎和天体完全一样，携带着以太，也可能使以太随其旋转，或者换句话说携带着静电，”他说。“在我的心目中，这就是最为可能的景象，而且这种景象很可能就是我们所看到的大部分现象的原因。分子及其以太的旋转，造成以太张力或静电应变；以太张力的平衡，造成其他运动或电梳，而轨道运动则产生电以及永磁效应。”
仅仅三年之前，当他对同样一批专业人员做报告时，就提出了后来引起工业界一场革命的动力系统，给最为偏远的穷多僻壤也带来了光明。如今，他又通过光和发光效应，向大家介绍他对电的本质进行的研究，把听众深深地迷住了。
他做报告的讲台，被充气灯管眩目的光芒照耀得明晃晃的。其中一些灯管发出磷光借以增强光亮，有一些则使用钠玻璃。这些灯管就是今天荧光灯的前身。特斯拉从未给这些灯管申请专利，也没有大量生产，直到五十年之后才在市场上开始见到。为了这次报告，他特意把灯管弯成各种人名，不仅有大科学家、而且还有他喜欢的塞尔维亚诗人的名字。
这位使人着迷的报告人，转身走到一张桌子跟前，仔细挑出一件精致的道具。“这是一根简单的玻璃管，管子中一部分空气已经抽掉了，”他说道。“我抓住这根管子；当我的身体接触一根传导高压交流电的导线时，手中的管子就会发出燿眼的光芒。不论我把管子放在任何位置，不管我把它举到空中任何地方，只要我够得着，它那柔和、悦目的光亮就永远灿烂如故，经久不衰。”
他手中的管子开始发亮了。且不说别的，这一来它起码发出了一个具有重大意义的信息，宣告交流电安全无害！爱迪生派来的侦探布朗“教授”，偷偷起身溜出了大厅。他的上司要是听说这样惊人的事情，非把肺气炸不可。可是专程从匹兹堡赶来昕报告的乔治·威斯汀豪斯，向前仲长着脖子，不停地晃动着脑袋，脸上露出得意的笑容。
特斯拉接着表演，他将无线或无电极的放电灯泡与高频电源实行电感耦接。他曾发现，低压气体可具有极高的导电性，随后他就发明了这种放电灯。大家通过他的表演看到，这些放电灯随便移到房屋里的任何地方，总是亮个不停，那样子着实叫人胆寒。但是，他从来没有花费精力把这种灯进一步发展成为实用和将其投入商业应用。一直过了八十多年，这种灯还有人进行研究，这有最近出版的专利为证。
纽约塞尔凡尼亚gte公司总工程师罗兰·j·莫林后来写道：“我相信，在（1893年）芝加哥世界博览会上（特斯拉）表演的这些光源，启发了d·麦克法兰·莫尔进行荧光灯的研究并最终宣布荧光灯商业生产成功……”
特斯拉为人厚道，一贯称颂为他的事业开辟道路的科学家们。他十分感激威廉·克鲁克斯爵士，因为在十九世纪七十年代，克鲁克斯爵士制造成功一只内部装有一对电极的真空管。他谈到“同样一种莫名的景象”（后来确定为电子束），说这是通过高压高频交流电达到的效应。他说：“我们看到，流经导线的交流电的能量，主要不是在导线内而是在周围空间里表现出来（这种方式着实叫人吃惊），它具有热、光、机械能等形式，而且最令人惊异的是还具有化学亲台力。”
他硕长的手指又熟练地挑出了另一件道具。
“这是一只抽掉空气的灯泡，它悬挂在一根金属丝上……只要我抓住它，装在灯泡里的一颗铂钮扣就会发出美丽的白炽光。
“这里是另一只灯泡，它接有一根导线，只要我伸手摸到它的金属插头，它就会散发出五彩缤纷的磷光。
“还有，”他继续说道，“我站在这个平台上，中间有绝缘层隔开，但是只要我的身体接触到这个感应线圈次级回路的一个端头……你们就会看到，发生剧烈振荡的回路的远距离端头，便发射出一道道光芒……”
“接着我将这两块金属丝网接到线圈的端头上。放电的通道……呈现出发光流的形态。”
他说，使用感应线圈进行任何新颖的试验研究，总免不了要遇到一些有趣的或有用的情况和现象。他接着介绍他在实验室里取得的一些效果，例如“巨大的彩色焰火，在黑暗中散发出大量光流，呈现出无比瑰丽的景象。”他还谈到，他曾设法生产出一种“可以凝固起来的奇怪火焰”。
听众有时候觉得，对特斯拉来说，饱尝眼福和取得实效同等重要。但是说话之间，他就接-连三地为观众献上“实效”。
例如他拿出一台电机，这种电机只靠一根导线就能转动，因为返回回路是无导线的，通过空间实现。本来人们自以为颇有常识，不易受骗上当，但还是被特斯拉再一次弄得晕头转向。特斯拉谈到，电动机不要任何导线也能转动；他还谈到，空间里的能源可以任人取用。
他说；“这种电机可能叫做‘无线’电机，它们可以用感应方法通过稀薄空气从很远距离之外加以驱动。这是完全可能的，交流电，特别是高频交流电，在稍微稀薄的气体中也能获得惊人的自由度而任意通过。空气的最上层是很稀薄的。为了越过若干英里的距离进入空间，只需要克服一些力学性质的困难。高频以及油绝缘的应用，为我们提供了极其巨大的潜力，毫无疑问，这样一来就可以使发光放电通过许多英里的稀薄空气，并且用这种方法传输大至几十万马力的能量，因而可以从固定的能源地点越过很远的距离带动电机，或者点亮灯盏。但是这里提到的这些方案，我只是当作一些可能性说说而已，将来我们不一定按照这种方式输送电力。我们根本不必输送电力。用不了多少代人的时间，我们就可以从宇宙当中任何一个地点获得动力来推动机器。这种想法并不新鲜……在深受欢迎的安修斯神话里就谈到，可以从地球当中汲取动力；你们有一位卓越的数学家，他进行过慎密的推算，也提出过这类主张……在宇宙当中存在着能源。这种能源是静的还是动的？如果是静止的，我们的希望就落空了；如果是能动的，而且据我们所知情况确实如此，那么人类把他们制造的机器接到自然界的传动装置上，这只是时间早晚的问题……”
但是，特斯拉展出的最精彩展品（后来他在美国和法国作报告时详尽阐述过），却是一只六英寸长的几乎空荡荡的真空管，他把它叫做碳精钮扣灯。他使用这种研究工具，对科学发现的各个新领域进行探索。
这是一只小小的玻璃球，其上有一小片固体材料，它装在一根金属丝的端头，金属丝与高频电源形成单线连接。中心“钮扣”材料通过静电作用，将周围气体分子推向玻璃球，然后气体分子因受到排斥而退回并撞击钮扣。这种过程每秒钟重复发生几百万次，使钮扣加热到发出白炽光。”
根据电源强度之大小，可以产生出极高的温度，使大部分物质瞬息之间蒸发和熔化。特斯拉试验时使用的钮扣成份，有金刚石、红宝石和氧化锆。他最终发现，金刚砂（碳化硅）不象其他硬质材料蒸发得那样快，不会在玻璃球内造成沉积，因此取名为碳精钮扣灯。
白炽钮扣的热能，传递到管内微量气体的分子上，使这些分子变成为光源。其亮度相当干爱迪生白炽灯消耗同样能量时亮度的二十倍。
他手里擎着这个神奇美妙的创造物，一个白炽太阳的工作模型，同时身上通过几十万伏高频电流。他自信，他用这种东西表演得出的就是宇宙射线。他论证说，太阳就是一种白炽物体，它携带很高的电荷并发射出大量细微粒子，每个粒子都因具有极高速度而带有能量。但太阳并不封闭在玻璃里，它将光线向外射入空间。
特斯拉认为，整个宇宙都充满了这些粒子，它们不停地轰击地球或其他物质，这就好比他的碳精钮扣灯里的情况一样，使最硬的物质分裂成为原子尘。
他说，北极光就是这种轰击现象之一。尽管他的方法没有留下任何纪录，但他声言，他曾经探测过这种宇宙射线，测定过它们的能量，并发现这些宇宙线达到几亿电子伏。
在参加听讲的人当中，有好些头脑比较冷静的物理学家和工程师，听到他口出这番狂言，个个不动声色。究竟有何证明了？
今天人所共知，太阳上的热核反应引起x射线、紫外线、可见光、红外线乃至无线电波和光子的辐射，其功率为每平方米太阳表面6400万瓦（或伏安）。
根据最新知识，宇宙射线是以许多种不同形态和形式达到地球的，而且是由粒子的生成与衰变以及粒子的高能碰撞造成的。宇宙射线不但有太阳来的，而且有其他恒星和新星（即正在爆发的恒星）来的。
太阳电子和质子到达地球附近并被地球磁场俘获，从而形成范艾伦辐射带。太阳辐射，不论是可见或不可见的，决定了行星的表面温度。北极光是由太阳辐射粒子与地球上层大气中的原子发生碰撞引起的。
在特斯拉报告之后五年，法国物理学家亨利·贝克勒耳发现了铀发射出来的神秘射线。玛丽和皮埃尔·居里通过镭的研究，证实了贝克勒耳的发现。特斯拉当年错误认为，宇宙射线是引起镭、钍和铀的放射性的单纯原因。但是他却完全正确地预见到，通过“宇宙射线”亦即高能亚原子粒子的轰击，可以使其他物质具有放射性。这点最后在1934年得到了伊伦·居里及其丈夫弗里德里克·约里奥的证实。
在特斯拉所处的时代里，科学界没有接受他的宇宙射线理论，但是有两位后来在这一领域里声名大振的科学家，却由衷感谢特斯拉给予他们以启示和鼓舞。经过三十年之后，罗伯特·a·密立坎才重新发现了宇宙射线。他认为宇宙射线也象光一样振动，也就是说，宇宙射线是光子而不是带电粒子。由于这个原因，二十世纪四十年代在诺贝尔奖金获得者密立坎和另一位诺贝尔奖金获得者阿瑟·h·柯姆普顿之间爆发了一场科学混战。柯姆普顿认为（而且大家确实相信已经得到证实），宇宙射线是由高速的物质粒子组成的，这和特斯拉所说的完全一样。
密立坎和柯姆普顿两人，都表示感激维多利亚女王时代这位先辈的直觉能力。但是，科学无情地向前推进，最后证明宇宙射线比他们两人所猜想的要丰富和复杂得多。
1891年5月20日特斯拉在哥伦比亚大学做报告时，他曾以这只奇怪的小小的碳精钮扣灯泡，使观众为之目瞪口呆。这只灯泡也体现了点电子显微镜的构思；它产生出来的带电粒子，由钮扣上微小的放射点呈直线向外射出，具有很高的势能。射出这些粒子的极其微小的区域图形，以荧光影像在玻璃球的球形表面上重现出来。
放大多少倍只受到一种限制，即玻璃球的尺寸。半径越大，放大倍数越高。电子比光波小，但凡是太小而不能通过光波看到的物体，都可以通过发射电子产生的图形来放大。
人们公认弗拉基米尔·r·兹沃里金于1939年发明了电子显微镜。特斯拉论述过利用极高真空而在碳精钮扣灯上达到的效果，他的这一论点几乎仍然可以一字不改地用来描述百万倍点电子显微镜。
碳精钮扣灯产生的另一效果是由共振现象造成的。在描述共振原理时，特斯拉经常用酒杯和秋千作类比。小提琴奏出的声音可以将一只酒杯震破。酒杯四分五裂，是因为小提琴造成的空气振动恰好与玻璃的振动频率相一致。
荡秋千的人可以重达两百磅，而帮助推秋千的弱小孩子可能体重只有五十磅，推力只有一磅。但是如果他推秋千的时间和秋千飞离他的时间正好重台，而且每次都施加一磅力，那么到最后非住手不可，否则坐秋千的人甚至会被甩到九霄云外！
“原理是确凿无疑的，”特斯拉常说，“需要的只是不断准时地施加一点点力。”
特斯拉的碳精钮扣灯可以比作粒子加速器的老祖宗，其道理就在这里。他在几乎抽光空气的玻璃球体里装上硬质碳化硅钮扣，将其连接到迅速交变的电流电源上，使余下的空气分子带电，从而以不断增大的速度从钮扣向外排斥而达到玻璃球，然后又反射回到钮扣，将钮扣里的碳珠粉碎成原子尘，而原子尘又与振荡的空气分子一起，引起进一步的分裂。
“如果频率能增加到足够高的程度，”他说，“因玻璃弹性不够理想而造成的损耗，就会小到微不足道…”
伯克利加利福尼亚大学的恩斯特·奥兰多·劳伦斯，1939年因为发明回旋加速器而获得诺贝尔奖金。根据一份资料记载：“1929年，恩斯特·奥兰多·洛伦斯……读到一位德国物理学家的一篇论文，这位物理学家用两个静电脉冲代替一个脉冲，从而使真空管中带电钾原子具有的能量，比它们通常在给定电压下获得的能量高出一倍。劳伦斯想：如果脉冲可以增大一倍，能量能否增加两倍或任意增加多少倍？问题是给粒子增加一系列脉冲，每次都稍微增强，就象孩子坐在秋千上由别人推动一样，直到动量大大增强为止。”
他用玻璃和密封蜡制造了一台粒子推动机。机器的盘形真空室只有四英寸宽。里边有两根电极，每根都做成半个圆形饼干盘的形状，称为d形盒。在真空室外面有一块高能量电磁铁。带电靶子或质子在圆形室的磁场内旋转，甚至达到极高速度，然后形成细窄的高速原子束，由真空室射出。劳伦斯的第一台模型称为回旋加速器，因为质子沿圆圈回旋。不久他又制成更大一台回旋加速器，它射出的质子能量可达1200万电子伏。
特斯拉是否象他的第一位传记作者所想的那样真正击碎过碳原子核，这并不影响他所取得的成就的革命意义。根据发明家本人的描写，残余气体的分子猛烈撞击碳钮扣，使其上升到白炽状态，亦即固体的近塑性相。
劳伦斯可能不知道特斯拉的分子轰击灯，然而毫无疑问他知道，1929年格雷戈里·布雷特及其同事在华盛顿卡内基学院进行过建造原子击碎器的尝试，这个小组使用500万伏特斯拉线圈供应所需电力。如果没有这种装置，用于粉碎原子的机器将无所作为。
有关特斯拉碳钮扣或分子轰击灯的叙述，见于五家学会（美国电气工程师学会，哥伦比亚大学，1891年5月20日，电气工程师学会及大不列颠皇家协会，伦毂，1892年2月，法国电气工程师学会及法国物理协会，巴黎，1892年2月。收集特斯拉报告的书目，参见参考文献目录。）的长期纪录材料中。可惜十九世纪九十年代初期，没有一家学会有足够的见识，他们都没有想到起用这位原子时代的技术之父。
弗里德里克和伊伦·约里奥·居里、亨利·员克勒耳、罗伯特·a·密立坎、阿瑟·h·柯姆普顿和劳伦斯，统统都获得了诺贝尔奖。维克多·f·赫斯于1936年因发现宇宙射线也获得诺贝尔奖。在这些科学家涉猎的每一领域里，特斯拉都曾率先作出过发现；科学界那怕提一提特斯拉这些发现，也算是讲点公道。
在与特斯拉同时代的科学家当中，有许多人（也许是大部分人）并不完全理解他的报告，但是，他毕竟唤起了他们当中少数有理解力的人们的想象。“他不但以他的成就来教育人，”后来因为对无线电作出贡献而闻名的m·埃德温·h·阿姆斯特朗回忆道，“而且通过启发人们神奇的想象来教育人。有了这种想象，一些在别人看来是不可愈越的困难，也不再是神圣不可侵犯的了；这种想象的目标，在许多情况下还没有超出推测的王国呢。”
英国科学家j·a·弗列明给特斯拉写信说：“我衷心祝贺您取得了巨大成就……从今以后，再没有人敢怀疑您作为第一流魔术师的资格了。您是一位神通广大的魔术大师。”
按照先后顺序去追索特斯拉这个时期的研究成果，几乎是无法办到的。他似乎同时无处不在；他同时在十几个相互交叉和相互关连的领域里工作，但他时时刻刻把电——这神秘的物质置于他研究的焦点。对他来说，电是一种具有服从于一定物理法则的神奇力量的流体，不象近代理论所说的那样，是服从于一定粒子法则的分散粒子束或波束。
然而在后来的几年中，他揭示了近代电子学的整个方向，尽管电子本身直到1897年才为英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生所发现。
1831年珐拉第已经证明，机械能可以转化成电流。接着到了特斯拉出生那年，英国开尔文勋爵作出了进一步发现。后来这位美籍塞尔维亚人开始探求一种高频电流（比机械方法产生的频率要高）的新来源时，开尔文的发现曾给他“极大鼓舞。”
当时人们认为，当电容器放电时，电就象水一样从一个板极流向另一板极。开尔文则证明，这一过程要复杂得多；电从一个板极奔出并进入另一板极，然后又返回来，直到储存的电力耗尽，同时达到每秒数亿次的极高频率。
在布达佩斯那天，当特斯拉产生旋转磁场的想法时，他瞬息间发现整个宇宙是由一曲交流电的交响乐组成的，到处洋溢着以广阔的八度音域奏出的和弦。60周／秒交流电不过是低八度音的单个音符。在高八度音当中，有一个达到每秒几十亿周的频率，这就是可见光。他觉得，对他的低频交流电和光波之间的整个电振动范围进行研究，会使他进一步了解宇宙的交响乐。
詹姆士·克拉克·麦克斯韦在1873年的研究结果说明，在可见光以上和以下存在广阔的电磁振动范围，这些振动的波长比可见光不是短得多，就是长得多。德国的海因里希·赫兹教授对这一理论进行了试验。1888年，有一次他探索比热和光更长的波，从而首次在波恩产生了人造电磁辐射。赫兹进行感应线圈的火花放电试验，通过火花隙发射一束强大的电荷，同时引起一个较小的火花跃过相隔一段距离的另一火花隙，从而证明了磁场的存在。与此同时，奥利弗·洛德奇在英国设法测量导线回路中的微小电波。
赫兹的设备很脆弱，火花线圈既不实用又有危险。特斯拉现在想出了一种新东西，它不但有别于赫兹的仪器，而且比它优越得多。这是一组高频发生器，能产生每秒高达33000周的频率（33000赫兹）（现今此种频率处于中下范围）。此种形式的机器，事实上就是很久以后别人为连续波无线电通讯研制成功的大型高频发生器的先驱。特斯拉的机器，还远远不能适应他当时的需要。因此他继续制造一种东西，即后来所说的特斯拉线圈。这是一种将初级和次级线圈按共振调好的空心变压器，亦即将较低压的强电流转变为高电压的高额弱电流的升压器。
这种产生高压的装置，很快就成为每座大学科学实验室研究设备的组成部分。而今天，每一台收音机或电视机，都以这种或那种形式使用这些装置。有了这种装置，操作人员就可以将原初振荡回路的微弱高阻尼振荡加以转换，并且保持几乎任一量级的电流。因此，特斯拉的这项研究工作，比马可尼的首批试验要早好些年。
由于需要对这种高压设备进行绝缘，他想了一个办法，将它放在油里浸泡，排除所有空气。这种方法很快就在商业上推广应用，此后就变成了所有高压装置的通用绝缘方法。特斯拉为了降低线圈里的阻抗，使用一种将单根绝缘股线捻成的多股导线。由于特斯拉讨厌花时间去为他的研究工具或方法申请专利，因此，他的这种方法也就变成了公开的知识。后来有人把这种东西加以推广，取名为“里兹线”（或“绞合线”）。
特斯拉后来研制了一种适于他在高频电流方面的特殊需要的新型振动发电机，这是一种精巧的单缸发动机，没有阀门，能用压缩空气或蒸汽带动。该发电机所达到的转速异常稳定，因此，特斯拉打算将其用于他的60周多相系统。这样一来，凡是有交流电的地方，都可以通过啮合得当的同步电机来准确报时。这是现代电钟的最早启示。特斯拉忙于从事各种发现，也顾不上为他的时钟申请专利。
此外，他通过危险的试验，学会了探索数十万伏高频电，并且作出了对世界具有重要意义的另一发现。1890年，他宣布高频电对人体具有深部热疗价值。这种方法称为透热疗法。在美国和欧洲，很早就有许多人仿效特斯拉的方法，后来由此逐渐发展形成了一个重要的医药技术领城。
