物理教材中，經常提到Tesla的地方是在電磁學中，度量磁感應強度的一個單位（T）。它的來源是爲了紀念美籍塞爾維亞電氣工程師尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856-1943）。
過去，人們對特斯拉的故事所知不多，也不知道爲什麽，幾年之前，這個快要被遺忘了的天才突然不知被哪個媒體發掘出來，成了衆人心中的科技之神。特斯拉坎坷的一生本來就頗具傳奇性，加上近幾年來被文學藝術人士及傳媒界極力渲染，蒙上了許多神秘色彩。有人把他描述成一個具有特異功能的超人，甚至懷疑他是來自外星球的高等生物，又懷疑地球上發生的許多神秘事件，都與他的研究有關……等等，這些古怪離奇的說法，實在太吸引眼球了。不管特斯拉是人還是神，他的發明創造及研究範圍大多與電氣、電子、光、無線電等有關，本文將就這個科學家的事績進行初步的介紹。
爲電而生
著名的美國發明家愛迪生（1847-1931）的名字家喻戶曉。他超過一千多項的發明專利，無時無刻不在造福于人類。家家戶戶都有的電燈泡，就是最簡單而普通的例證。
過去，有人會說，如果沒有愛迪生，也許人類還只能用燭光照亮黑夜。
現在，有人會說，如果沒有愛迪生，還有特斯拉呢，特斯拉才是上帝派給人類的普羅米修斯，電氣電子之神！
也有人會說，即使沒有愛迪生和特斯拉，還會有別的什麽人啊，人類社會是一定會向前發展的，是時勢造英雄，而不是英雄造時勢！
其實，曆史沒有‘如果’。在無線電通信和電力系統發展的過程中，我們既有愛迪生，又有特斯拉，上帝給人類派來了兩位偉大的發明家。
在愛迪生9歲的那一年，尼古拉·特斯拉，随同一道闪电来到了人间。
三歲時，特斯拉用手撫摸他的寵物貓，突然看到一道細微閃光穿過手掌與貓之間，隨即給手上帶來一陣奇怪的麻感。父親告訴驚魂未定卻又固執不停地問“Why？”的兒子，那是電，和天空打雷時一樣的電！小特斯拉心裏想：和打雷閃電一樣！難道天地宇宙是一只大貓嗎？如果是一只大貓，又是誰在撫摸它呢，是上帝嗎？太多的疑問，糾結著這個不停思考的孩子。從此，電這個名字，深深地刻在了特斯拉的腦海中；從此，孩童和少年時代的特斯拉經常出現幻覺，眼中總是看到火花電光閃爍一片。
父親希望他將來做牧師，特斯拉卻暗暗立志，要畢生研究電！直到特斯拉染上了霍亂，這一場大病動搖了父親的信念，成就了兒子的夢想，從此，特斯拉與電結下不解之緣。
從用旋轉磁場的方法改進馬達，而發明交流感應電動機、發電機，到後來，創造第一台無線電遙控機、發明推廣交流電體系、發明特斯拉線圈、制造人工閃電、研究全球無線供電系統，特斯拉的大部分發明專利，都與電有關，他不愧爲是電氣化領域的先驅，是爲電而生的天才。
電流大戰
1884年，特斯拉帶著他的美國夢，從巴黎來到紐約，一路上錢和車船票全被小偷偷掉了，口袋裏只剩下4美分，他慕名而投靠到已經大名鼎鼎的愛迪生門下。
兩年前，愛迪生，這個新澤西門羅公園的奇才，用他的白熾燈泡和華萊士的直流發電機，第一次點亮了曼哈頓！
那是1882年6月17日的晚上，萬籁俱寂、悄夜無聲，天上幾點星光閃爍，曼哈頓富人區的仆人們正在慢慢地、一盞一盞點亮家中的蜂蠟蠟燭和煤油燈。突然，位于36街麥迪生大道上的意大利式摩根豪宅，二百多只燈泡同時亮了起來，寶石一般柔和明亮的燈光，像奇迹一樣，照亮了這位開明的華爾街金融大亨新家的每個角落！
之後，愛迪生的直流供電系統從曼哈頓向各地延伸，人們爲新技術的成功而歡呼雀躍的同時，也被它帶來的危險及不便所困惑、煩惱和驚嚇。
比如，JP摩根的鄰居布朗太太，受不了摩根家地下室裏發電機運轉時震耳欲聾的聲音，還有那種整棟房屋都跟著發抖、震蕩搖晃的恐怖感覺；路人們也抱怨那些成天往外冒著討厭濃煙的蒸汽機汙染了空氣；更爲可怕的是，還經常有些小的電力災難，因短路而造成起火和觸電、進而死人的危險性，讓人們對這個新技術既愛又怕、耿耿于懷。
這時，正好來了個特斯拉，愛迪生稱他爲“我們的巴黎小夥子”。
愛迪生立刻發現這個塞爾維亞裔的年輕古怪工程師是個很有用的人才，便委以重任，讓他去改良很不完善的直流供電設備，並口頭承諾5萬美元的獎賞。特斯拉兢兢業業地工作，不到一年就設計出了24種不同的機器來取代舊機器。但是當他向愛迪生提到承諾的獎金時，得到的卻是愛迪生輕飄飄的一句話：“啊，你太不懂我們美國式的幽默！”
還不僅僅如此，特斯拉當時太天真了，實際上，他連周薪從18美元漲到25美元都很難爭取到，卻異想天開地指望愛迪生會給他幾萬美元的獎金，這不是天方夜譚嗎？
更令特斯拉不快的是，愛迪生的公司裏，沒有一個人，願意接受他關于交流電的看法和建議。要知道，特斯拉早在幾年前的學生時代，就在腦袋中完成了有關交流感應發電機的構想，他是帶著他的交流之夢來找愛迪生的！但是，正如曆史屢屢證實的，技術的發展並不只與技術本身有關。市場的走向、商業的運作、公司的發展、投資者的利益，諸多的因素摻雜其中。曆史總是重複和類似，20世紀末21世紀初，世界上演了一場互聯網大戰。而在100多年之前，特斯拉和愛迪生之間則曾經有一場‘電流大戰’。
圖4.1：特斯拉和他的旋轉磁場及感應電動機
愛迪生當然不會接受特斯拉有關交流電的突發奇想，特別那時正是他的直流供電系統蒸蒸日上的時候，愛迪生本人也已經因此而腰纏萬貫，變成了一個被衆星捧月的名流。
在愛迪生的公司裏，特斯拉實現不了他的交流電之夢，又被愛迪生不遵守承諾而激怒。因此，特斯拉一氣之下便辭職離開了愛迪生公司。當然，爲自己魯莽倉促的決定，特斯拉付出了沉重的代價，他一、兩年的生活全靠體力勞動支撐，直到……
直到連特斯拉的工頭都發現，這個塞爾維亞年輕人不是一個普通的、認真幹活的工人，起碼能算是一個有經驗的工程師吧，甚至是一位電學專家。因此，工頭把他介紹給自己認識的大人物。終于有一天，特斯拉有了重圓電子夢的機會，他在自由街87號有了他的第一個電氣實驗室，他開始研發早就在腦海裏完成多次的整套交流電供電設備！
在特斯拉爲貧困所趨到處打工的時日裏，交流電和直流電的‘電流之戰’已經悄然而起，這場戰爭是從來自匹茲堡的喬治·威斯汀豪斯（Westinghouse）的交流電公司侵犯到愛迪生的供電市場而開始的。
喬治·威斯汀豪斯（George Westinghouse, Jr.，1846-1914），是美國著名的實業家、發明家，西屋電氣創始人。1888年7月底，特斯拉帶著交流電方面的多項專利，正式加盟威斯汀豪斯，使其與愛迪生的電流之戰達到白熱化。
交流電比較直流電，在發電和配電方面，有許多的優越之處，這也是爲什麽特斯拉所發明的三相交流電及其感應電機設備，以及110伏特、60赫茲的供電標准在美國沿用至今的原因。
特斯拉發明的多項交流發電機可以很經濟方便地把機械能、化學能等轉換成電能；交流電系統利用電磁感應的原理，建造變壓器後，可以很方便的升高降低電壓，達到遠距離傳輸的目的。因爲在高壓的情形進行傳輸，才能降低損耗，傳得遠。而愛迪生當時的直流電，只能以較低的功率和電壓發電，在整個線路上，每隔幾十米就必須安裝一台發電機。
當然，從物理的角度看，直流電輸電也有其優越之處，沒有因爲電容電流而産生的損耗；沒有因爲趨膚效應而引起的電線有效面積的減少；不需要交流輸電的同步調整……等等。
交流電最獨特的優勢是容易變壓。因爲傳輸的損耗與電流平方成正比，所以，傳輸電流越小，損耗就越小。而傳輸的功率則等于電壓和電流相乘，要減小電流從而達到減小損耗的目的的話，就必須要增大電壓，才能將同樣數值的功率傳輸到用戶端。比如，傳輸同樣的功率，如果電壓加倍，電流則減半，損耗則減到四分之一。並且，用戶離得越遠，就需要將傳輸電壓升得越高。交流電容易變壓的特點正好適合高壓輸電，使用結構簡單的變壓器即可將電壓升至幾千至幾十萬伏特，傳送到幾百公裏之外，這是愛迪生的直流供電系統望塵莫及的。
然而，愛迪生爲了商業的利益，極力維護他的直流電獨立王國，用盡心機和手腕，拼全力拒絕和诋毀交流電。
最後，這場電流大戰以威斯汀豪斯和特斯拉的勝利、愛迪生的失敗而告終。
當時，交流電打敗直流電的裏程碑有兩件大事：一是1893年的芝加哥世博會。在這次會上，威斯汀豪斯的西屋電氣公司用三相交流電點亮了十幾萬只燈泡，在夜晚，將整個博覽會照耀得如同白晝一般。特斯拉則在這個世界性博覽會上第一次爲電子展品開設的展區中出盡風頭。他展示了他的熒光燈、和沒有電線連接卻能發光的燈泡等等新發明，還有通電後就能旋轉而站立的銅蛋（稱爲哥倫布蛋），特斯拉以此向人們說明他的感應電動機和旋轉磁場的原理。
交流電的另一個具曆史意義的事件，則是1896年11月在尼亞加拉大瀑布新落成的尼亞加拉水電站。電站落成送電後，各媒體興奮地競相報道：“電閘一合上，洶湧澎湃的瀑布便流向了山巅。”後來，人們在尼亞加拉大瀑布公園中豎起一尊特斯拉的銅像，以紀念他對人類電氣化事業的無私奉獻，因爲特斯拉放棄了交流電專利的版稅，弄得到老年一貧如洗。
閃電大師的神秘共振圈
愛迪生爲了诋毀交流電，破費數千美元來調動各種新聞手段到處宣揚高壓交流電的危險性，甚至人爲地制造交流電事故。他建立了一個實驗室，殘忍地將特意抓來的小貓小狗電死；他買通紐約州監獄的官員，用交流電執行死刑，制造可怕的景象，形成公衆對交流電的恐懼、厭惡和反對。
爲了反擊愛迪生，說明高壓交流電在正確使用情形下的安全性，特斯拉冒著生命危險，多次表演‘魔術’一樣的交流電試驗。“他身著軟木鞋、晚禮服，打白領帶，頭戴禮帽，雙手接通電路，用身體做導線，全身閃出電火花，人們被這一表演驚呆了。”表演時，特斯拉爲了說明有危險的不是電壓的高低，而是電流的大小，讓上萬伏的高頻電壓通過自己的身體，展示出驚人的放電效應。
圖4.2：特斯拉坐在閃電試驗室裏看書
（右圖：特斯拉坐在他在美國科泉市的實驗室內，身前是産生百萬伏電壓的“放大發射機”。這是一張多重曝光照片，攝于1899年，後加彩色。）
在特斯拉的閃電試驗中，用來産生高頻高電壓、低電流的設備叫做特斯拉線圈，是特斯拉最重要的發明之一。特斯拉線圈的原理很簡單，實際上就是一台利用共振原理的變壓器而已。收音機中調諧電路的原理也是利用共振，但是使用的目的不一樣。特斯拉用它來方便地産生超高電壓、超高頻率但又是超低電流的交流電，從而制造出人工閃電的效果。直到現在，在世界各地仍有很多特斯拉線圈‘玩家’，他們做出了各種各樣的設備，制造出驚心動魄又美麗眩目的閃電圖景。因而，特斯拉不愧被人們稱爲閃電大師。
不過，特斯拉當時不是僅僅將特斯拉線圈用于‘玩’這種娛樂和教育的目的。他利用這些線圈進行了多項創新實驗，研究高頻率的交流電現象，産生X射線，並用于電療和無線電能的傳輸，等等。采用特斯拉線圈的火花放電無線電發射機，被廣泛用于傳遞電報信號。一直沿用到上世紀的二十年代，火花放電發射機才被真空電子管的無線電發射機所取代。
共振的現象在日常生活中司空見慣，比如樂器利用它産生的‘共鳴’。共振也是諸位在初中時候就學到了的簡單物理道理。共振時，往往會有意料之外的突發現象出現。例如，在1940年，美國華盛頓州的的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，還有傳說中某某高音歌唱家演唱時震碎玻璃杯的故事等等。
‘電共振’這個簡單現象，在特斯拉手上卻被‘玩’出了很多花樣，且聽我們一一道來。
特斯拉特別關注共振，也源自于他年輕時的一段十分神秘的經曆。據他自己的敘述：
“一天晚上，我看見無數天使騰雲而來，其中一個居然是我的母親！那一瞬間，我心中升起一股莫名的感覺，潛意識告訴我：母親去世了！後來證實，這是真的！”
之後，特斯拉用‘共振’來解釋這次幻覺的出現。他認爲是因爲他和母親之間的腦電波達到了共振而産生的心靈感應！不管他的理論正確與否，他對共振現象的迷戀，引導他走向了‘特斯拉線圈’這一革命性的發明。
圖4.3：特斯拉線圈原理圖
特斯拉線圈的原理如圖4.3右圖所示。首先，一個普通的變壓器將交流電的電壓首先升到2千伏以上，這是可以擊穿空氣而放電的電壓。初級線路中的電容C1充電達到一定數值後，距離幾毫米的兩個火花隙之間便産生放電。放電使得初級線圈（圈數很少）和電容C1構成一個LC振蕩回路，産生高頻振蕩的電磁波，振蕩頻率通常在100kHz到1.5MHz之間。
最右邊是次級回路，包括一個圈數很多的次級線圈和一個高高聳在頂端的放電金屬托球。導電托球與地面構成一個等效電容C2，C2和次級線圈的電感也形成一個LC振蕩回路。當初級回路和次級回路的LC振蕩頻率相等時，初級線圈發出的電磁波的大部分會被次級振蕩回路吸收，使得放電頂端和地面之間的電壓逐漸累積升高。這時，如果人體靠近頂端的托球，高電壓的托球便通過人體産生放電，形成很小的電流，如果在電流的通路上再串聯一個熒光燈泡，電流就能使燈泡發光。特斯拉經常邀請投資人和好朋友參與們此類‘電閃雷鳴’的實驗。著名美國作家馬克•吐溫對這類實驗總是自告奮勇，圖4.3的中間一圖，便是馬克·吐温在特斯拉的实验室里让电流通过身体再点亮荧光灯时所拍的照片。
特斯拉對共振現象癡迷，還可從另外一件傳說的趣事看出：1898年，特斯拉在紐約的實驗室裏試驗一個裝在鐵杆上的小型電氣機械振蕩器。他在逐漸緩慢地調整振動頻率的過程中，沒想到竟然使整棟大樓都顫動起來了，甚至招來紐約警察沖進了他的實驗室，他才趕快掄起錘子，砸壞了這個該死的振動裝置。
‘真正無線電’之夢
特斯拉有了他的能造出閃電的線圈之後，進一步突發奇想。他將特斯拉線圈的線路進行一定的改動，發明了無線電發射機。後來人們心目中的‘無線電之父’，是意大利物理學家馬可尼，但實際上，卻是特斯拉第一次提出了完善的無線通信系統的設想。不過，特斯拉並不僅僅滿足于只是‘無線’地傳遞信號，像我們目前所用的通信技術這樣。現在，人類有了無線的電傳、電話、視頻、網絡，無論是聲音、圖像、還是複雜的數據，都能轉眼就傳到千裏之外，通信技術已經達到了登峰造極的水平。但是，幾乎所有的家用電器，還是一定要連著兩根電線，以接通電源。即使是小到能裝在口袋裏的手機、電子表，也少不了其中那個關鍵的元件：電池。換句話說，我們現有的無線電，只是傳輸信號時‘無線’，而凡是與能量有關的傳輸，用的仍然是由導線傳輸的交流電！
大師畢竟是大師，我們現在每天所享受到的，以全球交流輸電網爲基礎的人類文明，是特斯拉在一百多年前發明的。我們現在還做不到的事情-無線輸電，大師也在一個世紀之前就爲我們想到了，並且，重要的是，他不單單是預見、想象，還爲此奮鬥終生，花費了數年時間進行探索和實驗，試圖造出全球無線輸電系統，實現他的‘真正無線電’之夢。
特斯拉比較其他發明家的偉大之處，是在于他不是僅僅做些雞毛蒜皮的小發明，而考慮的是世界級、宇宙範圍的大問題。
特斯拉利用電磁共振，制造了閃電、發明了無線電通信、震動了大樓……。他不滿足，他還要用他的電磁共振，來控制氣象、消滅戰爭，用他的無線輸電來造福人類。他要把整個地球和電離層，都納入他的特斯拉共振線圈之中。盡管當今的無線電通信使用的也是他的專利，但是，他對于無線輸電構想的基本原理，卻不同于無線通信的原理。他的安裝在沃登克裏夫巨塔上的所謂‘放大發射機’，主要功能不是用來向空中四處均勻地發射電磁波，那種‘遠場’方式發射的電磁波的能量，將隨著距離的增大而很快衰減，特斯拉認爲那是一種浪費。特斯拉感興趣的是‘近場’電磁波的效應，這種近場電磁波可以誘發地球和電離層之間的巨大電容所參與的‘全球電振蕩’。然後，特斯拉的目的是要讓這個巨大的電容器儲存他的‘放大發射機’發出的電能，這個某種頻率的振蕩能量，以表面電流（或電磁波）的形式，沿著地球表面環形流動。如果沒有接收器與其共振的話，這個能量不會損耗，或者是只有很小的損耗。
特斯拉無線傳輸電能的想法，類似于交流電傳輸過程中的無功功率部分，交流電在電感電容之間來回，這對于傳輸是必要的，但如果沒有負載的話，電磁能並沒有轉換成其他形式的能量。特斯拉的無線傳輸電能的思想也是這樣，發射機在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，只與天地諧振腔交換無功能量。‘放大發射機’發出電能，然後傳輸、儲存在地球磁場中，直到在地球的另一個地點，有一個接收器與這個頻率産生共振。那時，接收器因爲共振而將能量吸收過來，達到輸電的目的。特斯拉甚至還進一步的構想：接收器接收到的，還有可能不僅僅是從人造的發射器中送來的能量，也許還附加上一點地球磁場中原來的能量？這樣想下去，有點像是個永動機模型了。實際上，特斯拉的確認爲，宇宙本身就是一個永動機。特斯拉做著黃梁美夢，還付諸于實踐，爲了未來的人類能用上‘免費能源’！
特斯拉說：“我們需要發展從永不枯竭的資源中獲取能量的手段。”，“人類最重要的進步，仰賴于科技發明，而發明創新的終極目的，是完成對物質世界的掌控，駕馭自然的力量，使之符合人類的需求。”
圖4.4：特斯拉的全球無線輸電計劃
無論如何，當馬可尼使用特斯拉的多項無線電專利，成功的在英國進行了5公裏範圍內的無線信號傳輸時，我們偉大的發明家，來到了科羅拉多州的科泉市（Colorado Springs），展開他的一系列秘密實驗。
據說科泉市是美國閃電雷鳴最多的地方。特斯拉認爲，閃電就是大自然進行無線輸電的一個例子。閃電發生的那個瞬間，空氣分子被高電壓離子化而成爲導體，強大的電能從一個地方傳送到另外一個地方。現在，我們既然能人工地做出閃電，也就能在不遠的將來，做出人工無線輸電！
因此，特斯拉在科泉市建造了一個巨大的特斯拉線圈，一架145英尺的天線從屋頂上高聳入雲，天線頂端有一個銅箔圓球（圖4.4的左圖）。就此，特斯拉開始了他的全球電磁諧振的首次試驗。
特斯拉對實驗結果很滿意，得到了對地球電性能的一些結論，作爲無線能量傳輸的基礎。比如，特斯拉根據實驗結果計算出，地球和電離層的諧振頻率約爲8赫茲，這與幾十年後的研究結果一致。
1901年，特斯拉得到金融大亨J.P.摩根的贊助，在紐約長島建造了他的沃登克裏弗塔，開始他的實現大西洋兩岸‘無線輸電’之用。見圖4.4。不幸的是，這項工程兩年之後因爲摩根將投資轉向馬可尼而停止。後來，特斯拉破産，1917年戰爭期間，美國政府以安全爲名炸毀拆除了沃登克裏弗塔，致使特斯拉的全球無線輸電宏偉計劃胎死腹中！
晚年的特斯拉，孤僻落寞、一貧如洗，靠餵鴿子、吃救濟來打發時日。他沒錢再做實驗，腦中卻仍然奇想不斷。除了進一步思考他的無線輸電之外，還到各盟國遊說他的‘死亡射線’之類的新式武器。不過，他在公衆的心目中，已經逐漸不再是敢想敢幹的發明大師，而更像是一個想入非非的科技幻想家了。
還有幾件頗具諷刺意義的事件：馬可尼使用特斯拉的無線電專利，成功地實現無線通信的越洋傳輸，後來得到1909年的諾貝爾物理獎；傳言特斯拉和愛迪生曾經拒絕分享1915年的諾貝爾物理獎，因而最後此獎頒給了布拉格；特斯拉和Westinghouse共同與愛迪生進行交流直流的戰爭，後來，兩人都被授予過‘愛迪生獎章’。
1943年1月7日，特斯拉孤獨地死于紐約一間殘舊的旅館中。