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2020-06-12尼加拉大瀑布帶來的「電光石火」
462 期
Author 作者
珍．布羅克斯（Jane Brox）
十八世紀在紐約州北部定居的歐洲人和美國人，就像該地區的原住民一樣，發現尼加拉瀑布的力量太大，難以利用、開發。當他們砍伐樹林、種植田地和果園時，只能攔截小型溪流和河流，用那裡的水力作為鋸木廠、磨坊和梳理機（carding machine）的動力來源。一座沿著瀑布上方的河流坐落的村莊（有一個小酒館、一個鐵匠鋪、一些房屋）能靠著一條狹小的運河供給小型鋸木廠和磨坊動力，但整個村莊卻在1812年戰爭期間被燒毀。而一個新的社區（後稱為尼加拉）建立在之前村莊的廢墟之上，幾個小工廠就由流經運河的水所驅動。
要更大範圍利用尼加拉瀑布的力量會是非常複雜的任務，需要近十年的籌畫和努力，也得募集對未經驗證的新技術投資的巨額資金。這個計畫始於1886年，當時紐約州分部的運河系統工程師托馬斯．埃弗斯德（Thomas Evershed）在保護區上游的瀑布構想著一個水車動力系統。他設想出一系列支渠來轉動工業區磨坊和工廠的無數水輪：一條二點五哩長的隧道直接在尼加拉鎮下面運作，會將水流送回瀑布下方的河流。但即使埃弗斯德可以向位於瀑布附近的數百家企業出售電力，卻無法承擔這項計畫的成本。為了獲利，他必須設法將尼加拉的電力傳輸到20哩以外的水牛城（一個有25萬人 口的城市），為水牛城的製造業、吊運車系統、公共照明和家用照明提供電力。而當時無論交流電或直流電的輸電距離都還不到幾哩遠。
埃弗斯德在吸引投資人來投資這個高風險計畫時遇到了困難，三年過去，他為資金而坐困愁城，也籌募不到更多金錢，於是他將這個計畫交給了紐約銀行家愛德華．迪恩．亞當斯（Edward DeanAdams）。亞當斯不打算建造支渠，而打算沿著瀑布建造中央供電站，把電力輸送給尼加拉一帶的各產業，最後再送到水牛城。雖然這個計畫與埃弗斯德的計畫一樣未經試驗過，但因為亞當斯是受人尊敬的金融家，足以引起當時一些商業鉅子的投資興趣，其中包括約翰．皮爾龐特．摩根、約翰． 雅各．阿斯特四世（John Astor）和威廉．範德比爾特。
在1890年10月，亞當斯開始研究尾水渠（tailrace），尾水渠將水從渦輪機中運走，對目前為止的設計是必要的存在。這項計畫工程浩大，「1300名工人晝夜不停地鑿穿城鎮下方160呎處的堅固岩石，」尼加拉歷史學家皮埃爾．伯頓（Pierre Berton）寫道，「打造18呎寬、21呎高、7000呎長的馬蹄形隧道，需要鑿穿30萬噸岩石，然後排列2000萬塊磚塊在兩側，再用總計250萬呎長的橡木和黃松樹支撐起來。」然而，即使工程已開始進行，亞當斯卻還不確定該怎麼透過這麼長的距離傳輸電力。他辦了一場給電工技師和工程師參加的國際競賽，試圖藉此找到電力傳輸的方式。使用交流和直流電的計畫相繼被提出，但最終仍沒有找到可行的提案。
為了有效且經濟地長距離傳輸電力，系統都必須採用高電壓：電流增加，但電阻盡量維持不變。然而電壓太高會無法供給電燈或馬達的運作，電壓必須改變才行，意思是：從發電機送到線路時先提升到較高的電壓，而到達家庭或工廠之前再降低成低電壓。直流電流無法轉換電壓（變壓器需使用振盪磁場，而直流電流只會向一個方向流動），但交流電可以。儘管已經開發出用於交流電的變壓器，但對於長距離傳輸，仍未有人用交流電這麼試驗過。交流電可行的唯一證據，是1891年在德國打造的實驗性系統，該系統可從勞芬（Lauffen）到法蘭克福傳輸100多哩的電力，讓電氣展覽會的機械和電燈可運作。另外還有在科羅拉多州特柳賴德（Telluride）金王礦區（Gold King Mine）的特斯拉多相發電機，可傳輸兩哩的電力，讓軋碎機的馬達運作。
在1893年10月下旬，部分因為芝加哥哥倫布紀念博覽會上展示的交流電很成功，亞當斯給予喬治．威斯汀豪斯機會簽下在尼加拉建造第一台發電機的合約。西屋電氣公司找上特斯拉來協助。早在特斯拉十幾歲看到尼加拉瀑布的鋼板雕刻時，尼加拉一直留在他的腦海裡久久不去。特斯拉後來寫道：「我那時在腦海中描繪了一個由瀑布推動的大水車輪，告訴叔叔說我會去美國實施這個計畫。30年後，我看到我的想法真的在尼加拉成形，心靈的神祕真的很深不可測。」
到了1895年，亞當斯在斯坦福．懷特（Stanford White）設計的寬廣巨型磚房（稱作「電力大教堂」）中安裝了三台分別重達85噸、有5000馬力的特斯拉多相發電機（之前為白城提供電力的發電機為1000馬力）。發電機經歷了無數次測試、校準和重置，在當年8月的一個早晨，「運河入口閘門打開，河水湧入其中一個水壓鋼管（penstocks），渦輪機開始轉動，接著二號發電機也啟動了，閃動的交流電運輸到匹茲堡還原廠（Pittsburgh Reduction Plant，附近的鋁製造工廠）。」在成功傳輸電力後，特斯拉預言「尼加拉瀑布和水牛城會擁抱彼此，共同成就一座偉大的城市。只要齊心協力，就會成為世界上最偉大的城市。」
隔年，一過1896年11月16日的午夜，尼加拉供電站的開關拉起，電流通過變壓器、電壓上升，沿著26哩的電纜運行，然後電壓再經變壓器下降，輸送給水牛城的電車。「電力專家表示，電力輸送的時間短到無法計算，」一位記者寫道，「這是上帝的電光石火之旅，轉化為人類可利用的工具。」幾個月後，尼加拉供電站開始供應水牛城的街道和住宅、商業和工業用電。
在這裡，電力從其源頭──從土地、河流中──解放出來，一切都是那麼不具象且不受拘束。「無論人要走到哪裡，」一位觀察者寫道，「銅線也可以跟到哪裡。」但是長距離電纜傳輸電力的技術也帶來了各種新挑戰：電力公司需要精進供電的過程，以迎合用戶需求──或相反地，迫使用戶適應電力公司本身的所欲所求。社會必須應對無法接觸到電力的人的不便，世界各地的用電人也必須與自己弄不明白的事物共處共存。「被大瀑布牽著鼻子走！」《水牛城詢問報》（Buffalo Enquirer）如此宣告，大家被偉大發明家也不清不楚的事物所駕馭。「什麼是電？」當時的一位作家指出，「這個問題沒有人可以回答清楚⋯⋯製造發電機的人和操作發電機的人都知道如何發電，但愛迪生自己站在愛迪生發電機旁，也只能告訴你『怎麼樣』能發電，而不是『為什麼』能發電。幾千年來，這種強大力量一直存在於宇宙中，等待十九世紀的人逐漸發現它。」
甚至連特斯拉自己從來也無法充分說明電力是怎麼回事：
現在，我得告訴你我的奇異經歷──它播下了種子，在我後來的人生裡開花結果。曾有一個比以往任何時候都還要乾冷的日子，人在雪地裡行走時， 會踏出一條發光的小徑。而當我撫摸我的貓麥卡（Macak）背部時，也出現一道光芒，我的手擦出了火花。我父親說，這只不過是電，就是你在暴風雨中看到打在樹上的雷電。我的母親則似乎很驚慌，她要我們不要再玩貓，可能會著火。而我試著進行抽象思考：大自然就是貓嗎？如果大自然就是貓，那是誰在撫摸牠的背？也只能是上帝了，我是這麼總結的。這奇妙的景象對我當時幼稚的想像造成的影響之大──絕對沒有誇張。但日復一日，我不斷問著自己什麼是電，卻沒有找到答案。80年過去了，我問著自己相同的問題，仍無法回答。
電是信仰之光，或許甚至取代了信仰。亨利．亞當斯（Henry Adams）理解發電機的真正意義──「對亞當斯來說，發電機象徵著無限。隨著他逐漸習慣於一排排偉大的機器，他開始覺得這四呎高的發電機展現了一種道德力量，就像早期基督徒所感受到的十字架一樣。⋯⋯【更多精彩內容請看《光明的追求：從獸脂、蠟燭、鯨油、煤氣到輸電網，點亮第一盞燈到人類輝煌文明的萬年演進史》（臉譜出版）】
書名∣《光明的追求：從獸脂、蠟燭、鯨油、煤氣到輸電網，點亮第一盞燈到人類輝煌文明的萬年演進史》（Brilliant: The Evolution of Artificial Light）
作者∣珍．布羅克斯（Jane Brox）譯者∣田菡
出版社∣臉譜
出版日∣ 2020年5月7日