テスラが成功した理由は何ですか?

照明、モーター、ポンプ、ファン、冷蔵庫、エレベーターのない世界を想像してみてください。電子レンジがなければ、ラジオもテレビも存在しなかったでしょう。次にスイッチを入れるときは、ニコラ・テスラのことを考えてみてください。テスラは他のどの発明家よりも、電気の時代を発明したと主張できる。しかし、彼の死後70年、そして主要な発明から1世紀が経った今でも、彼の名前はトーマス・エジソン、アレクサンダー・グラハム・ベル、あるいはライト兄弟ほどよく知られていない。

テスラの落ち着きのない精神により、彼はこれらの電気的および機械的革新をさらに進めることができていました。彼は電流の周波数と電圧を大幅に増加させることができる「増幅コイル」を発明しました。テスラは、そのような電流が電磁波を放射できることを発見し、この電磁波の可能性を強く認識していました。今日、「ワイヤレス」はコンピュータ ネットワークの世界でよく使われる用語です。テスラはこの原理を100年以上前に発見しました。

テスラはトーマス・エジソンとよく比較されますが、多くの点でエジソンとは正反対でした。エジソンは発明は「1%のひらめきと99%の努力」であると主張した。しかし、テスラは素晴らしいアイデアとビジョンを持った人物です。エジソンは独学でした。テスラは徹底した産業教育を受けた。エジソンは実用的な問題を解決しました。テスラは世界を変えるような技術を発明することを夢見ていた。エジソンは自身の発明を商品化した。テスラにはビジネス感覚がほとんどなかった。彼らに共通していたのは、二人とも睡眠時間がほとんどなかったということだけでした。テスラは、午前10時半から翌朝の午前5時まで働くこともありました。

テスラは生涯、多くの発明に対して報酬や補償を受けなかった。たとえば、グリエルモ・マルコーニはラジオを発明しましたが、彼の装置はテスラのアイデアに基づいていました。テスラの深い洞察力とそれが現代生活に与えた影響が広く認知されるようになったのは、ここ数年のことである。

テスラの成長の背景

テスラの父親は正教会の司祭で、1856年に生まれた息子が自分と同じような人間になることを願っていた。テスラの家族は、当時オーストリア・ハンガリー帝国の一部であったクロアチアに住んでいたセルビア人でした。テスラの母親は卵泡立て器に似たキッチン家電を発明しており、テスラは母親と非常に似た気持ちでした。 10代の頃、彼は病気になったとき、回復したら専門学校に通わせると父親に約束させた。彼はエンジニアになることを目標に、オーストリアのグラーツにあるオーストリア工科学校で機械工学と電子工学を学びました。

テスラは子供の頃、ナイアガラの滝の写真を見ました。彼はすぐに、滝の力を利用して動く巨大な水車を思い浮かべました。これらのシーンは、テスラが子供の頃から独特の精神を持っていたことを示しています。その若者は暗算ができて、並外れた記憶力を持っていた。しかし、最も印象的だったのは、彼のアイデアを視覚化する能力でした。彼はアイデアを頭の中で何度も繰り返し処理し、物理的な物体と同じくらいリアルに感じるまでになりました。

しかし、彼の才能はいくつかのマイナスの影響ももたらしました。 20代の頃、背が高くてひょろっとした体型のテスラは、精神的に衰弱し、過敏になってしまった。時計のチクタク音に不快感を覚え、日光さえも憂鬱に感じていた。彼は生涯を通じて恐怖症と強迫性障害に苦しんだ。

テスラは早い段階から交流に興味を持ちました。当時、モーターや照明を必要とする実験では、電池によって生成される電流のような直流 (DC) が使用されていました。 DC モーターは非効率でしたが、AC モーターがどのように動作するかは誰も想像できませんでした。ある日、公園で詩について議論していたとき、テスラは突然、交流モーターを実現する方法を思いつきました。

交流電流を使用するという彼のアイデアはヨーロッパの専門家を困惑させた。 1884年、28歳のテスラはニューヨークに行くことを決意し、トーマス・エジソンに自分のアイデアを提示しました。彼は交流電流に関するアイデアを偉大な発明家エジソンに説明したが、エジソンは興味を示さなかった。代わりに、彼はテスラを雇って直流機器を操作させました。しかし、二人の仲はうまくいかず、テスラはエジソンから与えられた仕事を完了しないまま辞職し、結局給料を受け取ることはなかった。

テスラはお金がなかったので、他人のために溝を掘って生計を立て始めました。しかし、彼の運命は良い方向に転じようとしています。

ACの方が使いやすい

直流は、導体に沿って一方向に移動する電子によって構成されます。交流電流における電子の移動方向は、1秒間に何度も変化します。電気モーターを作るには、ステータと呼ばれる固定された電磁石の極性を変更する必要があります。磁気ローターは、常に変化するステーターの磁極に一致しようとし、これによりステーターが回転して電力を生成します。 DC モーターは巧妙な機械式整流子を使用して極性を変更します。 AC モーターは電流の方向を電気的に直接変更します。テスラは、モーター内の電磁石の極性と交流電流を一致させる方法を解明し、最も重要なブレークスルーの 1 つを達成しました。

交流の勝利

エジソンはすでに直流送電システムのユーザーを見つけており、ニューヨーク市の通りから彼らの家まで電線を張り巡らせていた。しかし、ジョージ・ウェスティングハウスはすでに競合する交流送電システムを開発していました。彼はテスラの発明によって、自分の解決策がエジソンの解決策よりも優位になるだろうと考えた。

テスラは、AC が電気モーターと照明に電力を供給するより効率的な方法であることを理解していました。さらに重要なのは、コイルを使用して「交流電流」を増幅できることです。電磁誘導により、一方のコイルの低電圧がもう一方のコイルの高電圧に変換されます。高電圧の電気は電線を通じてより効率的に送電され、その後、家庭で使用できるように降圧されます。テスラの回路は、私たちが電柱でよく見かける変圧器の前身です。直流電流は電圧を上げることができないため、何マイルも離れた場所に送電するには太い電線が必要になります。

交流電流はテスラが研究を始める前から知られていました。しかしテスラは、発電機、送電線、モーター、照明システム、その他の回路を統合したシステムを設計し、AC を DC の代替として実現可能にしました。 1887年、テスラは交流電流に関する7件の特許を申請し、異議なく認可されました。ウェスティングハウスは1888年に特許を購入した。

しかし直流は依然として人気があります。ウェスティングハウスとエジソンは「電流戦争」として知られる戦争に巻き込まれました。エジソンは最初に異議を唱え、交流電力は一般の人が安全に使用するには危険すぎると主張した。 1890年、エジソンの知人ハロルド・ブラウンがウェスティングハウス社の交流発電機を死刑囚の処刑に使うよう手配したとき、彼の考えは強化された。

しかし、テスラの特許を所有していたウェスティングハウスは、AC がより効率的な代替手段であることを証明できた。現在の戦争における紛争のクライマックスは、1893年から1894年にかけてのシカゴ・コロンビアン博覧会で起こった。ウェスティングハウスの電気料金はエジソンの料金よりはるかに安かった。彼は契約を獲得し、テスラのシステムをベースにした番組を制作した。万博が開幕すると、何千もの明るいライトが点灯し、来場者を驚かせた。このデモンストレーションにより、AC に対する一般大衆の恐怖心が和らぎ、AC は電力システムの標準となりました。

テスラの勝利は、ナイアガラの滝に発電所を建設するという子供の頃からの夢を実現したときに訪れた。 1890 年、投資家たちは交流と水力発電という、どちらも実証されていない技術に多額の投資をしました。長く緊張した待ち時間は、1896年にテスラが設計した発電機が電気システムに電力を供給し始めたことで終わりました。最終的に、彼らはニューヨーク市に電気をもたらし、ブロードウェイを明るく照らしました。世界各地に水力発電所が建設され始め、電気の時代が静かに到来しました。

電流戦争は終わったが、ニコラ・テスラはより先見性のある発明へと移行していた。

電磁誘導に関する洞察

テスラの発明の多くは電磁誘導の原理に基づいていました。 1830 年代、イギリスの科学者マイケル・ファラデーは、動く磁石が導体に電流を誘導できることを実証しました (ここでは編集済み)。電気が遠くまで影響を及ぼすというこの能力こそがテスラを魅了し、交流モーターからテスラコイルに至るまでさまざまなアイデアを生み出すきっかけとなったのです。

テスラは未知の世界へ

単純な電流でも磁場が発生します。高電圧で振動する交流電流は電磁波を発生させます。ハインリッヒ・ヘルツは 1888 年に電磁波を発見し、多くの発明家が無線通信やその他の目的で電磁波を利用する競争に加わりました。

テスラは高周波電磁波に魅了されていました。それらを使用することで、彼は次のことが可能になりました。

• ネオンガスが充填されたランプ。この新しいタイプの照明には、光るフィラメントは必要ありません。ガス自体が光を生成します。

• 真空管を波源に直接接触させずに遠くから光を放射します。

• 金属棒を非常に高温まで加熱します。

• ニューヨークにある彼の研究室で生成された電磁波は、50マイル（80キロ）離れたニューヨーク州ウェストポイントのアメリカ陸軍士官学校でも検出可能であった。

多くの発明家がラジオの開発に貢献しましたが、グリエルモ・マルコーニはこの発明により 1909 年にノーベル賞を受賞しました。テスラは、自身の根本的かつ独創的な貢献が認められなかったことに不満を抱き、マルコーニが最初のプロトタイプを開発するずっと前に特許を申請した。 1943年、テスラの死後数か月後、米国最高裁判所はついに、テスラの特許発明がマルコーニの独自の業績の基礎であったことを認めた。

テスラは電磁波の別の用途を見出しました。彼は、大規模に電気エネルギーを無線で送信することが可能になると考えている。 1898 年に彼はコロラド スプリングスに移り、現在ではテスラ コイルとして知られる巨大なコイルを製作しました。テスラはこれを使って巨大な電圧を発生させました。それらを使って、彼は人工の雷を作り出すことができました。彼は25マイル（40キロ）離れたところから200個の電球を点灯し、空気や地球自体を通じてエネルギーを伝送する方法を実験しました。

1年後、彼はニューヨークに戻り、ニュース、電子メール、さらには画像までもを世界中に無線で送信できる無線通信システムの構築に協力するよう銀行家のJPモルガンを説得した。テスラはまだ電気エネルギーを送信できることを夢見ていました。彼はロングアイランドにウォーデンクリフという研究所を設立した。そこで彼は高さ187フィート（57メートル）の木造の塔を建設し、地面に数百フィートまで鋼管を打ち込んだ。コストが増大したため、モーガンはプロジェクトから撤退した。借金に苦しんだテスラは、1905年に塔を破壊し、研究所を放棄せざるを得なくなった。しかし、彼はその後も生涯、無線電力伝送は可能であると確信し続けた。

同時に、テスラは電磁波を利用して無線で制御できるボートを開発しました。彼は、自家製の真空管に非常に高い電圧をかけると固体を透過できる放射線を放出することを発見し、「影絵」と名付けた現象を作り出し、X線の研究を試みた最初の人物の一人となった。時が経つにつれ、テスラの高周波電磁波の研究は、電子レンジからブラウン管テレビに至るまでのさまざまな革新の基礎を形成しました。

テスラは発明の才能をエジソンなどの同時代の人たちとは異なる方向に進めました。高周波電気と電波という未知の領域を探求した彼の研究は、多くの発明家が後に続く道を切り開きました。

チューニング

テスラが頼りにしたもう一つの重要な原理は、電気共鳴の概念でした。導体（アンテナと呼びます）は、数百マイル離れたところからでも電磁波を拾うことができます。しかし、異なる周波数の複数の波の中から 1 つの波を選択するには、受信機を「調整」する、つまりその周波数の電磁波と共鳴させる必要があります。これは、バイオリンの弦を音叉で共鳴させるのと同じ考え方です。テスラは電気回路を調整する方法を発明し、今日でも私たちはラジオやテレビを受信するために「チューニング」を行っています。

テスラの遺産

いつも風変わりなテスラは、現在では強迫性障害を患っていると考えられている。彼が年をとるにつれて、彼の奇癖はより顕著になっていった。彼は潔癖症で、狂ったように手を洗います。彼は調理された食べ物しか食べません。彼は３という数字に執着している。彼は宇宙からメッセージを受け取ったと主張した。彼は年老いてから鳩に夢中になり、ホテルの部屋に鳩をこっそり持ち込んだ。

1891年にはすでに、ジョージ・ウェスティングハウスの会社は破産の危機に瀕していた。テスラは、自分を信じてくれた男を助けるために、ウェスティングハウス社がAC特許に関して負っているロイヤリティを放棄することに同意した。発明者はこれによって何百万ドルも儲けることができたはずだが、今は無一文だ。ウェスティングハウスはテスラの貢献に対して十分な報酬を支払うことなく、1914年に亡くなった。

しかし、テスラは発明を続けました。彼は生涯で少なくとも275件の特許を取得した。彼は数多くのプロジェクトを残しましたが、その多くは実現しませんでした。

• 1904 年に彼は非常に効率の良いブレードレスタービンを発明しましたが、この装置は商業的に利用されませんでした。

• 彼は地熱、太陽、風力エネルギーを利用して発電することを提案した。

• 彼は、地球の大気圏にある電気的に帯電した層である電離層が発見される何年も前から、その存在について推測していました。

• 彼はガソリンエンジン用のスパークプラグの特許を取得しました。

• 彼は機械的な振動に基づいた最初の電気時計を発明しました。

• 彼の最後の特許は垂直離陸機に関するもので、これはずっと後になって実現しました。

テスラのアイデアがすべてうまくいったわけではない。無線電力伝送という彼の夢は実現不可能であることが証明された。彼はアインシュタインの研究を反駁し、その反駁が現代物理学の基礎を形成することになった。第一次世界大戦中および大戦後、テスラは「デスビーム」を研究したが、SF映画以外では実現されることはなかった。

1943年、テスラは86歳でニューヨークのホテルで一人亡くなりました。

テスラは1915年に「ある日、例えば6つの巨大な無線局が世界中に設置され、地球上のすべての住民が音声だけでなく視覚でも互いに通信できるようになるだろう」と予言しました。

聞き覚えがありますか?これは私たちが使っている電話でしょうか?

ジョン・ケリー

翻訳: 何もない

レビュアー: Zang Chi

オリジナルリンク:

https://science.howstuffworks.com/innovation/popular-inventors/nikola-tesla.htm

翻訳された内容は著者の見解のみを表しています

この記事は中国科学院物理研究所の見解を代表するものではありません。

編集者: zhenni