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xpt5 > 都市 > 穿越后,成为了农业之神 > 尼古拉·特斯拉不是物理学家(上)

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。

根本没有资格获得诺贝尔奖提名

特斯拉和爱迪生共同获得1912年的诺贝尔奖的传说,其实是谣言。

1912这一年,爱迪生和特斯拉根本连提名都没有。

获得提名的包括爱因斯坦、洛伦兹、普朗克、马赫、庞加莱等人,比爱迪生、特斯拉都更有资格获奖(好几位后来也的确获了奖),但1912年物理奖就是颁给了达伦。

一个可能的原因是达伦是瑞典人,而到那时候还没有一个瑞典人拿过物理奖,负责评奖的瑞典皇家学会想给本国弄点儿面子——但这些也都是臆测了。这位获奖的理论实在是不敢恭维,原因竟然是他“发明了自动调节器和聚气装置联合用于灯塔和浮标照明”。有了这个装置,能让灯塔和照明浮标在天黑时自动点亮,天亮时自动熄灭,可以无人看管运行一年以上且大大减少了燃料消耗量,这样的水平连媒体都看不下去了,说这个理论如果能获奖,那么开罐头的勺子也能获奖。

更有甚者说,“还不如颁发给爱迪生和特斯拉”,传来传去就变成了特斯拉获奖的谣传。

与爱因斯坦根本不是一个档次在科学发展的浩瀚星空中,特斯拉、爱因斯坦与霍金都是熠熠生辉的名字,但一些关于特斯拉的夸张说法实在是毫无根据。

特斯拉与爱因斯坦基本处于同一时代,然而他们之间几乎没有任何交集,所谓的恩怨情仇更是无稽之谈。

爱因斯坦的相对论,无论是狭义相对论中对时间和空间相对性的阐述,还是广义相对论里对引力本质的重新定义,都建立在深厚的理论物理基础和复杂的数学推导之上。狭义相对论中的质能公式E = mc2,揭示了质量与能量之间的等价关系,这一理论为核能的开发和利用奠定了基础,在微观粒子物理和宏观宇宙学研究中都有着极为重要的应用;广义相对论通过对时空弯曲的描述,成功解释了水星近日点进动等牛顿引力理论无法说明的现象,还预言了引力波的存在,为现代宇宙学研究开辟了新的道路。

霍金,这位在黑洞理论和宇宙起源研究领域具有卓越贡献的科学家,他提出了黑洞辐射理论,即着名的霍金辐射。该理论指出黑洞并非只进不出,它会以量子效应的方式向外辐射能量,这一理论极大地丰富了人们对黑洞物理性质的认识,对量子力学与广义相对论的统一也有着重要的启示意义。他的研究成果不仅在学术界引发了广泛讨论,还通过科普作品让大众对宇宙奥秘有了更深入的了解。

反观特斯拉,他主要活跃于工程技术领域,在交流电系统、无线电通信等方面做出了一定的卓越贡献,极大地推动了电力工业和通信技术的发展。

但在理论物理学方面,他的理论基础相对薄弱。当时,一个受过高等教育的大学生在理论物理知识体系上都要比特斯拉更加完备。大学生经过系统的学习,掌握了微积分、量子力学、统计物理等现代物理学的基础理论知识,能够理解和运用这些理论来分析和解决物理问题。而特斯拉的理论往往缺乏严谨的数学推导和科学论证,更多是基于他的直觉和经验。

至于“爱因斯坦打压特斯拉”“美国政府树立爱因斯坦形象打压特斯拉”等说法更是荒诞不经。

科学的发展是建立在客观事实和严谨论证基础之上的,科学家们的成就也是通过同行评议和时间检验得来的。爱因斯坦的理论之所以得到广泛认可,是因为它能够解释许多当时无法理解的物理现象,并且不断被后续的实验和观测所验证。美国政府也不可能为了打压某个人而刻意树立另一位科学家的形象,科学的发展是一个自然而然的过程,是无数科学家共同努力和推动的结果。将毫无根据的恩怨和阴谋论强加在这些伟大科学家身上,不仅是对他们的不尊重,也是对科学精神的亵渎。

传言,爱因斯坦获得诺贝尔奖之后,特斯拉向他写信进行了祝贺。目前,还没有找到这个说法的依据,如果是真的,这就是他们之间仅有的交集了。

通古斯大爆炸与卿何干?

所谓“特斯拉制造通古斯大爆炸”是彻头彻尾的谣言。

所谓纪录片《科学超人尼古拉·特斯拉》,其中许多内容荒诞不经。为了说明特斯拉与通古斯大爆炸的关系,片中做了大量的联想和猜测,却没有能够提供可靠的事实和科学依据。该纪录片的编导想象力天马行空,对特异功能、外星生命、历史之谜、阴谋论等话题特别感兴趣。

该谣言起源于特斯拉的沃登克里弗塔计划,在这个没有科学依据的幻想里面,他提出过粒子束发射器的概念,谣言由此发酵。

百度上部分资料声称通古斯爆炸规模相当于1000个广岛原子弹,且是由特斯拉试验交流电引发,这种说法实在站不住脚。

通古斯爆炸发生于1908年6月30日,地点在俄罗斯西伯利亚通古斯河附近。那次爆炸的威力极大,约相当于1500到2000万吨TNT炸药 ,巨大的能量释放使得2150平方公里内约6000万棵树焚毁倒下,周边地区的居民遭受了巨大的灾难,爆炸产生的声响和光芒传播范围极广,远在英国伦敦的许多电灯骤然熄灭,欧洲多国和大洋彼岸的美国也有明显震感。

从能量来源角度看,1908年时,全球电力发展尚处于早期阶段,所有发电设施产生的电力总和都远不足以制造如此大规模的爆炸。就算是当今,汇聚全世界的电力,也难以达成如此惊人的能量释放。特斯拉即便在实验室进行交流电相关试验,其所能利用的电力,不过是当时整个社会供电体系中的极小部分,根本无法提供如此庞大的能量,不足以引发这般威力的大爆炸。

再看特斯拉的研究方向和实验条件,特斯拉主要致力于交流电系统、无线电通信等方面的研究与发明。他的实验室规模和设备,是为了满足其在电气和通信领域的探索,而非进行大规模能量释放的试验。他的研究旨在推动电力传输、无线电技术的进步,从他的研究目标和实验记录中,也找不到任何与引发通古斯爆炸相关的线索。而关于通古斯爆炸原因,科学界多年来进行了大量研究。主流观点倾向于小行星撞击说,随着研究深入,科学家从通古斯地区地层土壤中找到了支持这一观点的证据。

1997年,中国科学院地质与地球物理研究所的科学家对通古斯地区沉积层样品分析,发现样本中元素异常,推测可能是小行星撞击导致地外物质增加。中国科学院高能物理研究所的侯泉林、马配学,通过对通古斯地区的沉积层样品分析发现样本中元素异常,以此推测是地外物质增加引起的,很可能是陨石撞击造成。(《1908年俄罗斯通古斯大爆炸的地球化学特征和爆炸物体的估计》 地质论评 Geological Review 1997年 02期 )

2008年,莫斯科国立大学地质学家研究当地地质层,发现土壤受过高浓度酸雨冲刷,且土壤中金属铱含量比一般土壤高出50倍,这些现象都与小行星撞击地球后的特征相符。2013年,乌克兰国家科学院研究人员分析1978年从爆炸地点收集的岩石显微样本,发现其中含有细微的蓝丝黛尔石,这是含有石墨结构的天体撞击地球时形成的特殊矿物 ,进一步支持了小行星撞击的观点。

综上,将通古斯爆炸归因为特斯拉试验交流电,缺乏科学依据,只是毫无根据的臆测。

(未完待续。写于2015年。)

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