我們迎來了科技應(yīng)用大爆發(fā)的時(shí)代，也迎來了一個(gè)沒有英雄的時(shí)代

現(xiàn)代文明之前，烽火臺和驛站是人類使用的主要通信方式。1844年摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)，隨后出現(xiàn)的有線電話改變了人類的通信方式。有線電話的發(fā)明歸宿一波三折。長久以來我們認(rèn)為貝爾是電話之父，直到2002年6月15日，美國議會裁決美籍意大利人Antonio Meucci為電話的發(fā)明者[43]。

貝爾的光輝不會因此暗淡。他即便不是發(fā)明家，也會因?yàn)樗鶆?chuàng)建的AT&T，與這個(gè)公司所取得的成就，在科技史冊中留下深深的印記。貝爾與其同時(shí)代的所有人站在了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之上，他們所處的這個(gè)時(shí)代正在確認(rèn)著一件事情，“科學(xué)家與企業(yè)家，誰才是科技的最終推動力”。

從阿基米德到牛頓時(shí)代，物理學(xué)家首先是一位哲學(xué)家。他們在對智慧本源的思索中，妙手偶得了一些零星的碎片，在將這些碎片逐步積沙成塔的過程中，輝煌的物理大廈逐步拔地而起。在那個(gè)時(shí)代，科學(xué)機(jī)構(gòu)、大學(xué)甚至神職院所才是科技發(fā)展的源動力。

從貝爾開始，更為確切地說是從有線通信開始，世界上出現(xiàn)了第一批與現(xiàn)代科技直接相關(guān)的公司，德國的西門子誕生于1847年，美國貝爾電話公司成立于1877年；十九世紀(jì)末期，伴隨著無線通信，更多的科技公司脫穎而出。從這個(gè)時(shí)刻開始，公司的力量逐步壯大。

也許是因?yàn)閷ω?cái)富的追逐，也許是因?yàn)楦蟮目释萍汲晒_始進(jìn)入尋常百姓家。眾生向往美好生活而形成的合力，將科技推向巔峰。在電磁波出現(xiàn)不到六年的時(shí)間里，意大利的馬可尼、俄羅斯的波波夫和特斯拉采用不同的方式實(shí)現(xiàn)了無線電。

如同和許多為人類做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，馬可尼從小沒有上過學(xué)，但他不是因?yàn)樨毟F，而是因?yàn)樘^富有。他的父母聘請了一些優(yōu)秀的教師做家教，根據(jù)馬可尼的愛好傳授知識。一個(gè)偶然的機(jī)會，馬可尼結(jié)識了博洛尼亞大學(xué)的教授Augusto Righi，并從那里獲得了無線電報(bào)的靈感之后，沉迷于此[44]。

1895年，在21歲的時(shí)候，馬可尼使用了類似赫茲實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，將無線電波傳送到了千米之外。馬可尼在持續(xù)升級設(shè)備，將無線電波傳送到10千米、100千米，接下來他將挑戰(zhàn)更遠(yuǎn)的距離。

1901年冬，馬可尼抵達(dá)北美。大西洋西，在加拿大東部的圣約翰斯，他搭建了無線電的接收裝置；大西洋東，在英國西南部的康沃爾郡，他的助手搭建了發(fā)送裝置。他們約定在12月12日的中午進(jìn)行無線電的跨洋傳送實(shí)驗(yàn)。

是年的這一天，這個(gè)北美最東部的城市圣約翰斯，狂風(fēng)怒號，用于保持天線垂直的氣球無法正常工作，馬可尼決定用風(fēng)箏懸掛一根長達(dá)120米的銅線作為天線。約定的時(shí)間即將到來，在午后的30分鐘左右，馬可尼聽到了三個(gè)非常微弱但依舊可以識別的信號[44]。

從康沃爾郡發(fā)出的字母“S”信號，直上云霄，經(jīng)電離層折射，越過三千多公里寬的大西洋，最終到達(dá)了圣約翰斯，到達(dá)了馬可尼身旁。馬可尼這段從1895年開始的長達(dá)6年的無線電報(bào)實(shí)驗(yàn)歷程，終告結(jié)束。

隨后馬可尼在英國成立了世界上第一家通信公司，馬可尼無線電報(bào)與信號公司，在這個(gè)公司成立后的幾十年時(shí)間里，在世界電信設(shè)備行業(yè)中始終占據(jù)重要位置。在這個(gè)公司的大力推廣之下，無線電報(bào)風(fēng)靡全球，幾乎世界上每一艘大型船只上都配備了這個(gè)公司生產(chǎn)的無線電報(bào)系統(tǒng)，包括泰坦尼克。

1912年4月14日夜晚，泰坦尼克與冰山相撞。在那個(gè)大不幸的時(shí)刻，一艘名為Carpathia的艦船收到了泰坦尼克的求助信號，在這艘巨艦沉沒僅兩個(gè)小時(shí)之后及時(shí)趕到[45]。泰坦尼克上的2224名船員與乘客，有1517人喪生，如果沒有無線電，將不會有幸存者。

無線電的出現(xiàn)使整個(gè)世界翻天覆地。此后陸續(xù)出現(xiàn)了圍繞著無線電技術(shù)的各類微創(chuàng)新，如無線電廣播、無線電導(dǎo)航、短波通信、無線電傳真、電視、微波通信、雷達(dá)、遙控、遙感、衛(wèi)星通信，直到今日的智能手機(jī)。

在無線電技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展、普及與突破的歷程中，經(jīng)歷了第一次與第二次世界大戰(zhàn)。在那個(gè)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事與文化大碰撞的年代，許多真相被兩次大戰(zhàn)永久封存。無線電卻穿越了皇權(quán)更迭，持續(xù)著人類的文明。

1909年，馬可尼因?yàn)樵跓o線電領(lǐng)域的成就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)沒有消除誰才是“無線電之父”的爭論。俄羅斯人至今都認(rèn)為波波夫是真正的無線電之父。1895年5月7日，波波夫在彼得堡，成功地將內(nèi)容為“海因里?！ず掌潯钡碾娢?，通過無線電傳送了250米。波波夫之外，還有一人也被稱為無線電之父。

1856年7月10日，尼古拉·特斯拉出生于克羅地亞的一個(gè)塞爾維亞家庭。父親是一名牧師；母親專職家務(wù)，沒有上過學(xué)，卻過目不忘，具有凌駕于常人的智商。她是自動打蛋機(jī)的發(fā)明者，她有一雙靈活的雙手，可以為年幼的特斯拉編織夢想，也可以在60歲時(shí)在一根睫毛上打3個(gè)結(jié)[47]。

上帝通過特斯拉的母親給予了他敏銳、聰穎與驚人記憶力的同時(shí)，也使他與貧窮相伴，一生充斥著坎坷、憂慮、背叛與誣蔑這次詞匯。特斯拉經(jīng)歷了一年大學(xué)生活，同樣是因?yàn)樨毟F，他在第二年輟學(xué)。此后的特斯拉在大學(xué)旁聽課程，在圖書館中讀書獲取知識。

我們很幸運(yùn)，長大之后的特斯拉決定從事“電與磁”相關(guān)的領(lǐng)域，并很快展現(xiàn)出驚人的才華。1882年的某一天，特斯拉在布達(dá)佩斯的一個(gè)公園散步時(shí)，腦海中無意中閃現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)磁場的概念，他將這個(gè)想法在公園中的某塊沙地中畫了出來。1983年，特斯拉根據(jù)這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場原理，制作了一個(gè)感應(yīng)電動機(jī)[46]。

這位天才的創(chuàng)造者，在不遠(yuǎn)的將來，還有許多著名的發(fā)現(xiàn)，后世對他的發(fā)現(xiàn)充滿著爭議。有的說法神話著特斯拉，有的說法也在特意打壓著他。在這些爭議中，旋轉(zhuǎn)磁場可稱為特斯拉對這個(gè)世界最偉大的貢獻(xiàn)。

特斯拉旋轉(zhuǎn)磁場的概念來源于磁場。磁場的概念出現(xiàn)在中學(xué)的物理教科書中。一個(gè)條形磁鐵所產(chǎn)生的磁場，磁感應(yīng)矢量在外部是從北極到南極，內(nèi)部是南極到北極，并形成一個(gè)閉合的曲線；通電的線圈也可以產(chǎn)生這種磁場。這些磁場的方向遵循右手螺旋定則，如圖1?23左側(cè)所示。

但是這種磁場很難實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)現(xiàn)代電動機(jī)中所需要的磁場如圖1?23右側(cè)所示，這也是一種典型的旋轉(zhuǎn)磁場。

圖1?23載流導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場

這種磁場可以便利地將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。今天所有的發(fā)電機(jī)與電動機(jī)都與這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場直接相關(guān)。

我們通過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，定性說明這種旋轉(zhuǎn)的磁場如何做到電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。假設(shè)有兩個(gè)磁鐵，其中磁鐵A放置于光滑的桌面，磁鐵B懸掛在其上方。將磁鐵B快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)磁鐵A也隨之旋轉(zhuǎn)。我們使用一個(gè)通電的線圈A替換磁鐵A，旋轉(zhuǎn)線圈A也可以使磁鐵B旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)線圈A的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以驅(qū)動磁鐵B運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)線圈A的機(jī)械能，只是通過旋轉(zhuǎn)磁場的方法，轉(zhuǎn)化為驅(qū)動磁鐵B旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。這種方法僅完成了機(jī)械能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。能不能用靜止的線圈產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)磁場？特斯拉很巧妙的做到了這一點(diǎn)。

變化的電場產(chǎn)生變化的磁場。他將變化的電接入幾個(gè)位置固定，擺放位置非常精準(zhǔn)的幾個(gè)“不運(yùn)動”的線圈中，這幾個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場疊加之后，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。特斯拉經(jīng)歷了一千多次失敗的實(shí)驗(yàn)后，成功了一次。他使用的這種變化的電，就是交流電。

旋轉(zhuǎn)磁場是特斯一生中最重要的發(fā)明，改變了十九世紀(jì)末期的工業(yè)界格局，卻被當(dāng)時(shí)的歐洲所忽略。1884年，特斯拉抵達(dá)美國。他身邊只剩下四分美金、兩本詩集、滿腹才華和他的前雇主給愛迪生的一封信。信中寫道，“我知道世界上有兩個(gè)偉大的人，一個(gè)是您，另一個(gè)就是您對面的這個(gè)年輕人”。

特斯拉很幸運(yùn)，他結(jié)識了世界上最偉大的發(fā)明家；特斯拉也很不幸，這個(gè)發(fā)明家很快成為他最大的對手。才如江海命如絲。特斯拉的命運(yùn)，在他發(fā)明了旋轉(zhuǎn)磁場的瞬間已經(jīng)注定。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場，他沒有辦法喜歡上直流電；因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場，他選擇直面挑戰(zhàn)這位史上最偉大的發(fā)明家。

特斯拉在愛迪生的電燈公司工作了6個(gè)月后離職，離職的原因至今并不清晰。特斯拉在他的自傳中寫道，公司的一個(gè)經(jīng)理承諾他如果完成了某項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)之后，將給予他5萬美金，最后他得到了一個(gè)惡作劇[47]。也有人認(rèn)為這個(gè)經(jīng)理就是愛迪生本人。

特斯拉辭職后，從事了一段與照明相關(guān)的工作。1887年4月，他成立了特斯拉電氣公司。不久之后，他制作出基于交流電的感應(yīng)電動機(jī)。特斯拉不是一個(gè)好商人，他所成立的公司沒有取得商業(yè)上的成功。但是在此時(shí)，交流電大規(guī)模應(yīng)用的趨勢已不可阻擋。

1832年，法國人畢克西利用法拉第的電磁感應(yīng)原理，發(fā)明了世界上第一個(gè)發(fā)電機(jī)[48]，在當(dāng)時(shí)這個(gè)發(fā)明沒有引起太多關(guān)注。1884年，甘茨公司的三個(gè)匈牙利人ZBD (Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy and Miksa Déri)發(fā)明了高效的變壓器與交流電配電系統(tǒng)，在1886年ZBD三人在意大利搭建了世界上第一個(gè)交流電廠，交流供電取代直流的趨勢已現(xiàn)[49]。

西屋公司的創(chuàng)始人威斯汀豪斯，也發(fā)現(xiàn)了交流電系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢，迅速布局這個(gè)領(lǐng)域，并于1886年在美國建立了采用交流供電的示范系統(tǒng)。在威斯汀豪斯的推動下，西屋在1887年底已經(jīng)建立了68個(gè)交流供電系統(tǒng)，對愛迪生建成的121個(gè)直流供電系統(tǒng)制造了巨大的威脅。

相比直流電，交流電的優(yōu)點(diǎn)顯而易見。交流電可以使用廉價(jià)的變壓器升壓或者降壓，以較低的能量損耗進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，在發(fā)電量相同的情況下，基于交流的發(fā)電設(shè)備相比直流，要簡單許多。交流電僅憑這幾個(gè)優(yōu)勢就足夠擊敗直流電。愛迪生傾盡全力，也無法扶大廈之將傾。

愛迪生是一個(gè)發(fā)明家，也是一個(gè)具有發(fā)明屬性的企業(yè)家。愛迪生一生有兩千多項(xiàng)發(fā)明，其中不乏重量級的發(fā)明，包括如何使電燈更加實(shí)用。愛迪生的電燈選擇了直流電，他的公司已經(jīng)在直流電上投下重注。當(dāng)時(shí)的時(shí)局與當(dāng)時(shí)的認(rèn)知決定了當(dāng)時(shí)的他只能選擇與交流電殊死一搏。

威斯汀豪斯堅(jiān)決迎戰(zhàn)，并為此孤注一擲。1888年，威斯汀豪斯與特斯拉合作，簽訂了一些足以讓西屋公司輕易破產(chǎn)的條款，包括支付6萬美金獲得特斯拉的感應(yīng)電動機(jī)和變壓器方案，以每月2000美金的薪酬聘請?zhí)厮估瓰轭檰?，最為可怕的是這些電動機(jī)每產(chǎn)生一個(gè)馬力的功率時(shí)，西屋將支付特斯拉2.5美金[50]。

特斯拉的加入，使交流電與直流電之爭進(jìn)一步白熱化。因?yàn)樘厮估呢暙I(xiàn)，交流電與直流電相比，增加了一個(gè)巨大的優(yōu)勢，就是交流電動機(jī)。在此之前，歐洲已經(jīng)發(fā)明了直流電機(jī)。直流電機(jī)的示意如圖1?24所示。

圖1?24兩級直流電機(jī)的基本組成

直流電機(jī)由不動的主磁極（定子）、繞線線圈（轉(zhuǎn)子），換向片與電刷組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。繞組線圈的首末端連接到兩個(gè)圓弧形的銅片上，這個(gè)銅片被稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器上下放置一對固定的電刷。

當(dāng)電刷兩級通電后，通過換向器給繞組線圈注入正向電流，此時(shí)線圈受到電磁力的作用轉(zhuǎn)動并帶動換向器。換向器轉(zhuǎn)動到一定的位置后，電刷將給繞組線圈注入反向電流。一正一反，驅(qū)動著繞組線圈周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)。

圖1?25有刷電機(jī)示意

繞組線圈帶動換向器高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，需要電刷抱緊換向器，以便在換向器轉(zhuǎn)動時(shí)依然可以提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。換向器與電刷之間產(chǎn)生的機(jī)械損耗，嚴(yán)重限制了這種電機(jī)的壽命與可靠性。在直流電機(jī)中，如何去除這個(gè)電刷和轉(zhuǎn)向器這兩個(gè)機(jī)械部件很快成為焦點(diǎn)。

直流電機(jī)的供電系統(tǒng)雖然采用直流電，但是因?yàn)閾Q向器的存在，通過繞組線圈的依然是呈周期性變化的電流，即交流電。按照這個(gè)邏輯，直接使用交流電就可以去掉這個(gè)轉(zhuǎn)向器，但是電刷依然無法去除。

去除這個(gè)電刷是旋轉(zhuǎn)磁場的功勞。當(dāng)合理擺放外部磁場源的位置，并交替供電時(shí)，可以產(chǎn)生理想的旋轉(zhuǎn)磁場。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，可以在沒有電刷的情況下，驅(qū)動無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子周而復(fù)始的轉(zhuǎn)動，如圖1?26所示。

圖1?26無刷電機(jī)示意

交流電動機(jī)的逆向，就是交流發(fā)電機(jī)。特斯拉只發(fā)明了兩相交流電，工作的并不穩(wěn)定，后來西屋的其他工程師發(fā)明了三相電。

使用特斯拉的旋轉(zhuǎn)磁場原理制作的電動機(jī)，成為壓垮直流電的最后一根稻草。偉大如愛迪生，也無法改變交流電的最終結(jié)局。

1888年，愛迪生試圖力纜狂瀾，在摩根大通等資本的助力下，將他的電燈公司與一系列實(shí)體，合并重組為愛迪生通用電氣公司。愛迪生抓住交流電的安全問題，大做文章，甚至使用交流電制作了專門執(zhí)行死刑的電椅，讓普通老百姓將交流電與死亡緊密聯(lián)系在一起。

西屋公司在激烈的競爭中很快遇到財(cái)務(wù)危機(jī)。1891年，特斯拉放棄了電動機(jī)每產(chǎn)生一馬力電獲得2.5美金的專利費(fèi)，西屋公司進(jìn)行大規(guī)模重組，渡過了危機(jī)。愛迪生卻選擇性忽略了交流電的所有優(yōu)點(diǎn)，也忽略了交流電的缺點(diǎn)是可以克服的事實(shí)，最終失敗的毫無懸念。

1892年，曾經(jīng)支持愛迪生的摩根大通，拋棄了他。愛迪生通用電氣公司被迫與湯姆森休斯頓電力公司合并重組，成立了至今依然在世界范圍內(nèi)，赫赫有名的通用電氣GE (General Electric Company)。愛迪生黯然離去。十幾年后，威斯汀豪斯也失去了西屋公司。昔日的競爭對手，最終都輸給了資本。

只有特斯拉的傳奇還在繼續(xù)。旋轉(zhuǎn)磁場之后，特斯拉留下了更多的爭議。有人傳說他早在倫琴之前發(fā)明了X射線，在實(shí)驗(yàn)室里制造出閃電，甚至俄羅斯的通古斯大爆炸是因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)造成的。

特斯拉涉及過的領(lǐng)域眾多，留下了一千多項(xiàng)專利。其中最具影響力的是與無線電相關(guān)的專利。人類近千年在電與磁領(lǐng)域的積累，凝聚成的無線電這顆果實(shí)，導(dǎo)致了國與國之間的競爭與博弈，使得真相撲朔迷離。也許真相并不美麗，也可能不會被所有人包容。

諾貝爾獎(jiǎng)承認(rèn)了馬可尼的成就。俄羅斯心中的英雄是波波夫。特斯拉的無線電的專利出現(xiàn)的最早，卻不被當(dāng)世承認(rèn)。1943年，美國專利局重新恢復(fù)了他的無線電專利的同年，特斯拉在貧困潦倒中離世。許多人猜測，這也許是美國不想繼續(xù)付給馬可尼專利費(fèi)的原因。

特斯拉、波波夫還是馬可尼已經(jīng)離我們遠(yuǎn)去，想必他們早已不在乎誰才是真正的無線電之父。

從今天的視角看，馬可尼的價(jià)值不限于無線電，而在于他所創(chuàng)建的企業(yè)，在于這個(gè)企業(yè)能夠創(chuàng)造更多的創(chuàng)新。

特斯拉不是一個(gè)好的生意人，卻是一個(gè)非凡的創(chuàng)意大師。愛迪生是一個(gè)非常好的產(chǎn)品經(jīng)理，并不是最好的CEO。他打不開心中的死結(jié)，不懂得在直流與交流之間進(jìn)行權(quán)衡與取舍。這兩個(gè)人最后的結(jié)局是悲劇。他們的悲劇在于，他們所處的時(shí)代，企業(yè)與資本的力量正在崛起。

我們迎來了科技應(yīng)用大爆發(fā)的時(shí)代，也迎來了一個(gè)沒有英雄的時(shí)代。在企業(yè)的科技工作者，接過了在研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家的旗幟。這是眾多無名者默默努力，群力擔(dān)當(dāng)，延續(xù)著人類文明的時(shí)代。從這時(shí)起，資本和公司的力量已經(jīng)崛起，我們一路上走得很急，并不是很快。

原文標(biāo)題：半導(dǎo)體簡史-電與磁-無線電之父

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