奥匈帝国,格拉茨。
冷风卷起街道上的落叶。
天空中阴云密布,预示着一场初雪即将降临。
格拉茨理工学院的一间阶梯教室里,坐满了穿着各式制服的学生。
讲台后方,雅各布·珀施尔教授正站在一台笨重的机械装置前。
他是一位严谨而刻板的德国物理学家,头发稀疏,鼻梁上架着厚厚的圆片眼镜。
“先生们,请仔细观察。”
珀施尔教授摇动手里的曲柄。
那是台从巴黎进口的格拉姆发电机的教学模型。
随着转子的转动,机器发出了沉闷的嗡嗡声。
教室里的煤气灯光线昏暗,所有人的目光都集中在发电机的一端。
“当线圈在磁场中旋转切割磁感线时,产生的电流方向是不断改变的。”
珀施尔教授用带着浓重巴伐利亚口音的德语大声讲解。
“但我们在工业上需要的是方向一致的直流电。所以,我们需要这个装置。”
教授拿起根木棍,指着转子末端一个由多片铜条组成的圆柱体。
“换向器,以及贴在上面的电刷。通过物理接触,它强制将改变方向的电流统一输出。”
随着转速加快,电刷和换向器摩擦的地方,爆发出了一连串耀眼的蓝色电火花。
“劈啪”作响,空气中瞬间充满了一股刺鼻的臭氧味道。
“这就是代价,先生们。”
珀施尔教授停止了摇动,指着那些被烧黑的铜条。
“摩擦会产生热量,电火花会烧毁电刷。如果电压继续升高,这台机器就会自己把自己烧毁。这是目前直流电动机无法逾越的物理障碍。”
教室里静悄悄的,学生们都在低头做笔记。
突然。
最后一排的一个座位上。一只手举了起来。
“教授先生,如果电刷和换向器是障碍的话,那我们为什么不直接取消它们?”
说话的是一个穿着灰色西装、身材瘦高的少年。
他坐在那里,那双深邃的眼睛盯着讲台上的发电机。
正是十四岁的尼古拉·特斯拉。
珀施尔教授皱起眉头,推了推眼镜,看着这个比其他学生小了整整一截的旁听生。
他知道这个少年是被一个有钱的维也纳商人通过关系塞进来的。
“取消换向器?”
珀施尔教授发出一声严厉的冷笑。
“特斯拉先生,如果你取消它。发电机输出的就是交变电流,一秒钟内方向改变几十次。你如果把这种电流通入电动机,转子只会在原地剧烈震动,根本无法连续旋转。这在电磁学的基础公式里写得清清楚楚。”
“那是因为我们只用了一根导线输送单一的交流电。”
特斯拉站了起来。声音虽然不大却异常清晰。
“教授,如果我们在定子上放置两组相互垂直的线圈。然后通入相位差九十度的两股交流电。”
特斯拉走到过道上,用手在空气中比划着。
“当第一组线圈的磁场达到顶峰时,第二组磁场为零。接着第一组衰减,第二组增强。这两个交变磁场在空间中叠加,就会形成一个不断旋转的磁场。”
特斯拉的眼睛里闪烁着智慧。
“这个旋转磁场,会像一根无形的绳子。拉着中间的金属转子跟着它一起转动。不需要物理接触。不需要电刷。没有电火花。这就是交流感应电动机。”
教室里爆发出了一阵压抑的窃笑声。
大学生们看着这个异想天开的孩子,像是在看一个小丑。
珀施尔教授把手里的教鞭重重地拍在讲台上。
“荒谬!”教授严厉地呵斥。
“特斯拉先生,你以为磁场是可以像水流一样随便捏造的吗?你的理论听起来很美妙。但它违背了机械能量守恒的常识!你不如直接去发明一台不需要能量就能永远转动的永动机!”
“物理学是一门严谨的实验科学,不是靠在脑子里画几个圆圈就能改变世界的。坐下,不要再浪费我的课堂时间。”
特斯拉紧紧抿着嘴唇,没有反驳。
因为他知道,对付这些被旧理论禁锢的学者,语言是最无力的武器。
他默默地坐回座位上,翻开那个厚厚的牛皮纸笔记本。继续在上面推导着多相交流电的三角函数方程。
两小时后,课程结束。
特斯拉背着书包,走出了理工学院的大门。
初雪已经下起来了,细小的雪花落在他的肩膀上。
他穿过几条狭窄的街道,回到了克劳斯租下的那栋带实验室的砖房。
推开门,屋子里生着火炉非常暖和。
维也纳分部负责人克劳斯正坐在一楼实验室的木箱上抽着烟斗。
看到特斯拉回来,克劳斯站起身。
“下课了?尼古拉。你要的东西送到了。”克劳斯指了指墙角的几个大木箱。
“从柏林西门子工厂定制的高纯度硅钢片,还有你要的云母绝缘纸和天然橡胶树脂。”克劳斯敲了敲木箱。
“还有纽约发了电报。让你不要有预算压力。所有的账单,威廉姆斯基金会照单全付。”
特斯拉脱下沾了雪花的外套,挂在衣帽架上。
他走到木箱前,徒手撬开一块木板拿出张薄薄的硅钢片,在手里掂了量。
“克劳斯先生,替我向威廉姆斯先生道谢。这正是我需要的。”
特斯拉走到实验桌前,桌子上放着一个用实心铁块做成的粗糙变压器模型。
那是他上周做的实验废品,上面有明显被高温烧焦的痕迹。
“交流电没有想象中那么容易创造。”
特斯拉低声喃喃自语,像是在对克劳斯解释,又像是在理清自己的思路。
“有绝缘材料只是最基础的一步。高频交变磁场在实心铁块里产生的涡流,会让铁芯瞬间变成一个火炉。那个在匹兹堡的爱迪生,如果他只知道用沥青去裹线圈,他一定会被高温烧掉眉毛。”
特斯拉拿起那张硅钢片。
“必须把铁芯切成这样的一片片,表面涂上绝缘漆。然后叠压在一起。这样才能切断涡流。只有解决变压器的发热问题,高压交流电才能真正进行远距离传输。至于那个旋转磁场的电动机……”
特斯拉看了一眼黑板上画的定子线圈图纸。
“那需要更精确的绕线工艺,我现在一个人做不出来。”
克劳斯走过来,递给特斯拉一杯热茶。
“慢慢来,孩子。老板说了,只要你在正确的方向上。时间我们有的是。你现在最重要的是把理论上的东西,用这些材料变成看得见摸得着的实物。”
特斯拉接过茶杯,暖了暖手。
“我会的,克劳斯先生。”
少年的目光坚定地落在那堆从柏林运来的材料上。
“教授们笑我是在造永动机。但我会造给他们看。更要让格拉茨的所有灯泡,都用上我创造的电流。”