我們迎來了科技應用大爆發(fā)的時代，也迎來了一個沒有英雄的時代

現代文明之前，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，隨后出現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，也會因為他所創(chuàng)建的AT&T，與這個公司所取得的成就，在科技史冊中留下深深的印記。貝爾與其同時代的所有人站在了一個轉折點之上，他們所處的這個時代正在確認著一件事情，“科學家與企業(yè)家，誰才是科技的最終推動力”。

從阿基米德到牛頓時代，物理學家首先是一位哲學家。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。在那個時代，科學機構、大學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，世界上出現了第一批與現代科技直接相關的公司，德國的西門子誕生于1847年，美國貝爾電話公司成立于1877年；十九世紀末期，伴隨著無線通信，更多的科技公司脫穎而出。從這個時刻開始，公司的力量逐步壯大。

也許是因為對財富的追逐，也許是因為更大的渴望，科技成果開始進入尋常百姓家。眾生向往美好生活而形成的合力，將科技推向巔峰。在電磁波出現不到六年的時間里，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現了無線電。

如同和許多為人類做出巨大貢獻的科學家，馬可尼從小沒有上過學，但他不是因為貧窮，而是因為太過富有。他的父母聘請了一些優(yōu)秀的教師做家教，根據馬可尼的愛好傳授知識。一個偶然的機會，馬可尼結識了博洛尼亞大學的教授Augusto Righi，并從那里獲得了無線電報的靈感之后，沉迷于此[44]。

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

1901年冬，馬可尼抵達北美。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日的中午進行無線電的跨洋傳送實驗。

是年的這一天，這個北美最東部的城市圣約翰斯，狂風怒號，用于保持天線垂直的氣球無法正常工作，馬可尼決定用風箏懸掛一根長達120米的銅線作為天線。約定的時間即將到來，在午后的30分鐘左右，馬可尼聽到了三個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，經電離層折射，越過三千多公里寬的大西洋，最終到達了圣約翰斯，到達了馬可尼身旁。馬可尼這段從1895年開始的長達6年的無線電報實驗歷程，終告結束。

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

1912年4月14日夜晚，泰坦尼克與冰山相撞。在那個大不幸的時刻，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小時之后及時趕到[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。

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

在無線電技術的出現、發(fā)展、普及與突破的歷程中，經歷了第一次與第二次世界大戰(zhàn)。在那個政治、經濟、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更迭，持續(xù)著人類的文明。

1909年，馬可尼因為在無線電領域的成就獲得了諾貝爾獎。這個獎項沒有消除誰才是“無線電之父”的爭論。俄羅斯人至今都認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塞爾維亞家庭。父親是一名牧師；母親專職家務，沒有上過學，卻過目不忘，具有凌駕于常人的智商。她是自動打蛋機的發(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歲時在一根睫毛上打3個結[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，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。特斯拉經歷了一年大學生活，同樣是因為貧窮，他在第二年輟學。此后的特斯拉在大學旁聽課程，在圖書館中讀書獲取知識。

我們很幸運，長大之后的特斯拉決定從事“電與磁”相關的領域，并很快展現出驚人的才華。1882年的某一天，特斯拉在布達佩斯的一個公園散步時，腦海中無意中閃現出旋轉磁場的概念，他將這個想法在公園中的某塊沙地中畫了出來。1983年，特斯拉根據這個旋轉磁場原理，制作了一個感應電動機[46]。

這位天才的創(chuàng)造者，在不遠的將來，還有許多著名的發(fā)現，后世對他的發(fā)現充滿著爭議。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，旋轉磁場可稱為特斯拉對這個世界最偉大的貢獻。

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

但是這種磁場很難實現電能到機械能的轉換。在一個現代電動機中所需要的磁場如圖1?23右側所示，這也是一種典型的旋轉磁場。

圖1?23載流導線所產生的磁場與旋轉磁場

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

我們通過一個簡單的實驗，定性說明這種旋轉的磁場如何做到電能與機械能的轉換。假設有兩個磁鐵，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快速旋轉時，可以發(fā)現磁鐵A也隨之旋轉。我們使用一個通電的線圈A替換磁鐵A，旋轉線圈A也可以使磁鐵B旋轉。

旋轉線圈A的作用是產生旋轉磁場，以驅動磁鐵B運動。旋轉線圈A的機械能，只是通過旋轉磁場的方法，轉化為驅動磁鐵B旋轉的機械能。這種方法僅完成了機械能到機械能的轉換。能不能用靜止的線圈產生這種旋轉磁場？特斯拉很巧妙的做到了這一點。

變化的電場產生變化的磁場。他將變化的電接入幾個位置固定，擺放位置非常精準的幾個“不運動”的線圈中，這幾個線圈產生的磁場疊加之后，可以產生旋轉磁場。特斯拉經歷了一千多次失敗的實驗后，成功了一次。他使用的這種變化的電，就是交流電。

旋轉磁場是特斯一生中最重要的發(fā)明，改變了十九世紀末期的工業(yè)界格局，卻被當時的歐洲所忽略。1884年，特斯拉抵達美國。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偉大的人，一個是您，另一個就是您對面的這個年輕人”。

特斯拉很幸運，他結識了世界上最偉大的發(fā)明家；特斯拉也很不幸，這個發(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，在他發(fā)明了旋轉磁場的瞬間已經注定。因為旋轉磁場，他沒有辦法喜歡上直流電；因為旋轉磁場，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，公司的一個經理承諾他如果完成了某項非常艱巨的任務之后，將給予他5萬美金，最后他得到了一個惡作劇[47]。也有人認為這個經理就是愛迪生本人。

特斯拉辭職后，從事了一段與照明相關的工作。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電動機。特斯拉不是一個好商人，他所成立的公司沒有取得商業(yè)上的成功。但是在此時，交流電大規(guī)模應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原理，發(fā)明了世界上第一個發(fā)電機[48]，在當時這個發(fā)明沒有引起太多關注。1884年，甘茨公司的三個匈牙利人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交流電廠，交流供電取代直流的趨勢已現[49]。

西屋公司的創(chuàng)始人威斯汀豪斯，也發(fā)現了交流電系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢，迅速布局這個領域，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年底已經建立了68個交流供電系統(tǒng)，對愛迪生建成的121個直流供電系統(tǒng)制造了巨大的威脅。

相比直流電，交流電的優(yōu)點顯而易見。交流電可以使用廉價的變壓器升壓或者降壓，以較低的能量損耗進行遠距離傳輸，在發(fā)電量相同的情況下，基于交流的發(fā)電設備相比直流，要簡單許多。交流電僅憑這幾個優(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。

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

威斯汀豪斯堅決迎戰(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的條款，包括支付6萬美金獲得特斯拉的感應電動機和變壓器方案，以每月2000美金的薪酬聘請?zhí)厮估瓰轭檰枺顬榭膳碌氖沁@些電動機每產生一個馬力的功率時，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一步白熱化。因為特斯拉的貢獻，交流電與直流電相比，增加了一個巨大的優(yōu)勢，就是交流電動機。在此之前，歐洲已經發(fā)明了直流電機。直流電機的示意如圖1?24所示。

圖1?24兩級直流電機的基本組成

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

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

圖1?25有刷電機示意

繞組線圈帶動換向器高速旋轉時，需要電刷抱緊換向器，以便在換向器轉動時依然可以提供穩(wěn)定的電力供應。換向器與電刷之間產生的機械損耗，嚴重限制了這種電機的壽命與可靠性。在直流電機中，如何去除這個電刷和轉向器這兩個機械部件很快成為焦點。

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

去除這個電刷是旋轉磁場的功勞。當合理擺放外部磁場源的位置，并交替供電時，可以產生理想的旋轉磁場。這個旋轉磁場，可以在沒有電刷的情況下，驅動無刷電機的轉子周而復始的轉動，如圖1?26所示。

圖1?26無刷電機示意

交流電動機的逆向，就是交流發(fā)電機。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。

使用特斯拉的旋轉磁場原理制作的電動機，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務危機。1891年，特斯拉放棄了電動機每產生一馬力電獲得2.5美金的專利費，西屋公司進行大規(guī)模重組，渡過了危機。愛迪生卻選擇性忽略了交流電的所有優(yōu)點，也忽略了交流電的缺點是可以克服的事實，最終失敗的毫無懸念。

1892年，曾經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，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，在實驗室里制造出閃電，甚至俄羅斯的通古斯大爆炸是因為他的實驗造成的。

特斯拉涉及過的領域眾多，留下了一千多項專利。其中最具影響力的是與無線電相關的專利。人類近千年在電與磁領域的積累，凝聚成的無線電這顆果實，導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。

諾貝爾獎承認了馬可尼的成就。俄羅斯心中的英雄是波波夫。特斯拉的無線電的專利出現的最早，卻不被當世承認。1943年，美國專利局重新恢復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)付給馬可尼專利費的原因。

特斯拉、波波夫還是馬可尼已經離我們遠去，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，馬可尼的價值不限于無線電，而在于他所創(chuàng)建的企業(yè)，在于這個企業(yè)能夠創(chuàng)造更多的創(chuàng)新。

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

我們迎來了科技應用大爆發(fā)的時代，也迎來了一個沒有英雄的時代。在企業(yè)的科技工作者，接過了在研究機構的科學家的旗幟。這是眾多無名者默默努力，群力擔當，延續(xù)著人類文明的時代。從這時起，資本和公司的力量已經崛起，我們一路上走得很急，并不是很快。

原文標題：半導體簡史-電與磁-無線電之父

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責任編輯：haq