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塞尔维亚裔美籍发明家尼古拉·特斯拉,他在历史上是一个非常有争议的人物,对他毁誉参半,甚至被归结为伪科学家。主流科学界认为:特斯拉是一位杰出的工程师和发明家,有其积极的一面,但其理论基础太差,严格意义上配不上物理学家的称号。
并不是交流电机的发明者
流传很久的谣言说特斯拉“发明了交流电”。其实,这只是很低级的谣言。
首先发现交流电效应的是法拉第。当法拉第发现了电磁感应后,产生交流电流的方法则被发现。早期的成品由麦可·法拉第与波利特·皮克西等人开发出来。其中,波利特·皮克西于1832年基于法拉第的原理制造了第一台交流电机。
(注:皮克西发明的永久磁铁型旋转式交流发电机,于1832年基于法拉第的原理制造)
三相交流发电机的发明者是现代交流电之父多布罗沃利斯基。
特斯拉的主要成就,是改进了新型高频率交流电动机中的一种。特斯拉主要是改进了交流电动机的结构和工作方式。他采用了旋转磁场原理,让定子产生旋转磁场,使转子在磁场作用下高效旋转,解决了电动机在高频率电流下的运转稳定性问题。
在当时的电气领域创新浪潮中,特斯拉改进的新型高频率交流电动机虽具有一定创新性,但确实面临着诸多竞争。当时类似的发明创造众多,一些发明在某些方面展现出了更先进的特性。
例如,部分竞争对手的电机在能量转换效率上可能更高,能够以更少的电能消耗产生更大的动力输出;还有的在电机的体积和重量方面有优势,更便于安装和在不同场景中使用;亦或是在适应特殊工作环境,如高温、潮湿等条件下,表现得更为出色。这些更先进的发明在市场竞争中占据了一定优势,使得特斯拉改进的高频电机难以获得广泛推广。
因此,特斯拉改进的这种高频电机在当时的辉煌较为短暂,如同昙花一现。随着时间的推移,它逐渐被其他更具优势的发明所掩盖,未能在当时的市场中取得长期的主导地位。
不懂高等数学,是理论物理学的门外汉
1875年,作为无神论者,特斯拉不顾父母希望他成为牧师的心愿,进入了奥地利的格拉茨科技大学修读电机工程,然而他的学校却宣称他从来没有获得过学位,他在大学一年级只上了第一学期的课,并且在那期间已经不听课了。另一些人称他因交不起第一学期的学费而被迫退学了。据他大学室友所说,特斯拉没有毕业。
1878年,他离开格拉茨,去了斯洛文尼亚的马里博尔,在那里他首次被聘为助理工程师持续了一年。在这期间他患上了神经衰弱。他的父亲一直劝他回到布拉格大学的查尔斯-费迪南德大学分校,于是他于1880年到那里读了夏季学期。然而当他父亲死后,特斯拉仅仅只在那里读完了一个学期,就离开了大学。
1880年,他被布拉格的查理大学技术系录取,但是由于经济原因,一年后他就工作了。
值得一提的是,特斯拉明确的承认自己不懂高等数学。
特斯拉是一位伟大的工程师,然而在理论物理学方面,他只是一位门外汉。
特斯拉作为一位工程师,无疑成就斐然,他在交流电系统、无线电通信等方面的贡献举世瞩目,极大地推动了电力工业和通信技术的发展。
然而,在理论物理学领域,特斯拉的处境却截然不同。20世纪初,国际物理学界正被量子物理与相对论这两大革命性理论主导。量子物理深入探究微观世界的奥秘,像电子的能级跃迁、量子纠缠等现象;相对论则重塑了人类对时空和引力的认知,从狭义相对论中时间膨胀、长度收缩效应,到广义相对论中对引力本质的全新阐释。这两个理论都构建在极其复杂的数学语言之上,运用到高等数学中的矩阵分析、偏微分方程等知识,以精确地描述和预测物理现象。
反观特斯拉,他在理论知识储备上存在明显短板。牛顿的积分理论,能帮助物理学家计算物理量的积累和变化,比如通过积分求变力做功;莱布尼茨的微分可用于分析物理量的瞬时变化率,在研究物体运动状态的瞬间改变时不可或缺;麦克斯韦的场论则以数学形式统一了电磁现象,是理解电磁相互作用的关键理论工具。但这些在特斯拉的理论体系中却鲜少涉及,他更多依赖的是古希腊力学中较为简单的数学,像基本的几何关系和简单的代数运算,这些数学工具在解释宏观低速的简单物理现象时或许有效,但面对量子物理和相对论所研究的微观、高速、强引力等复杂物理场景,就显得力不从心了。所以,尽管特斯拉在工程实践领域堪称巨匠,但在理论物理学方面,确实只能算门外汉。
发明专利被证实的仅有30项
特斯拉是19世纪末期优秀的机电工程师之一,他在机电工程、无线电工程等方面有所贡献。但要按照一些自媒体号说他发明专利达上千项就是神话了。
普林斯顿大学曾经开展了一项调查,针对特斯拉在全球范围内的专利情况展开了全面且细致的研究。专利,作为科技创新成果的一种法律保护形式,记录着发明者的智慧结晶和技术突破。
在对特斯拉所有专利的梳理过程中,研究人员面临诸多挑战。一方面,特斯拉活跃的时期,专利申请和审批流程与现代存在差异,资料保存和整理也不够完善;另一方面,他的研究涉及多个国家,不同国家的专利制度和档案管理方式各不相同,需要逐一甄别和核实。
最终,经过严谨的调查与论证,确切证实特斯拉一生中大约拥有30项专利。
这些专利中,有已获批准正式生效的,它们成为特斯拉在技术创新领域的法律凭证,保障了他的发明权益,也推动了相关技术在合法合规的框架下发展应用。
特斯拉塔被证明没有理论依据
被特斯拉粉津津乐道的沃登克里弗塔(即特斯拉塔)不过是不切实际的构想。
特斯拉意图把地球作为内导体,地球电离层作为外导体,通过他设计的放大发射机,使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同,而与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似。
事实是,特斯拉有生之年没有实现这一主张。后人也并没有从理论上证实这种方案的可行性。特斯拉塔即沃登克里弗塔,其理论不成立,主要有以下原因:
能量传输效率方面:
特斯拉曾经大胆的设想,将整个地球视为一个巨大的内导体,而地球的电离层则作为外导体。通过强大的放大发射机,在地球与电离层之间建立起低频共振,从而利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。
然而,尽管这个想法在理论上看似可行,但在实际应用中却面临着巨大的挑战。首先,电磁波在传播过程中并非像我们想象的那样沿着直线定向传播,而是会向空间的各个方向弥散开来。这就意味着,要想实现高效的能量传输,就必须找到一种方法来控制电磁波的传播方向,使其能够准确地到达目标地点。但目前的技术水平还远远无法做到这一点,因此大量的能量会在传输途中白白损失掉。
其次,地球的环境异常复杂,存在着各种各样的干扰因素。大气中的各种粒子、地形地貌等都会对电磁波的传播产生影响,进一步削弱其强度。这些干扰因素使得电磁波在传输过程中不断地被衰减,最终到达目标地点的能量变得微乎其微,根本无法满足实际需求。
综上所述,虽然特斯拉的想法极具创新性,但要想真正实现通过地球与电离层之间的表面电磁波来传输能量,还需要克服诸多技术难题和环境因素的限制。
技术实现难度方面:
当时的技术水平有限,无法制造出满足特斯拉塔理论要求的高功率、高效率的放大发射机。同时,要在地球与电离层之间建立稳定的低频共振,需要对地球的电磁特性、电离层的状态等有非常精确的了解和控制,而当时的科学研究还不足以提供这样的支持。此外,如何精确地控制电磁波的传播方向和频率,使其能够在地球表面形成稳定的环绕传输,也是一个难以解决的技术难题。
能量守恒与转换方面:
特斯拉塔的理论,完全忽视了能量守恒定律。按照其设想,能够实现无线电能的远距离传输且损耗极小,但在实际的能量转换和传输过程中,必然会有一部分能量转化为其他形式的能量,如热能、光能等而散失掉。不可能在没有额外能量输入的情况下,实现能量的无损耗传输和无限供应。
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