第五章 让黑夜变得光明
第五章 让黑夜变得光明 (第1/3页)
一
爱迪生在许多技术领域进行了大量发明。其中有一项发明，随着时光的推移而日臻完善，常常与现代人形影不离，成为不可或缺的东西，而且在全世界迅速和广泛地得到了普及，大大地提高了人们享受的文化生活条件。这项发明就是白炽灯。在爱迪生以前的75年期间，有许多人曾试图制造并且也实际采用了这种光源。在实际运用中虽然有时获得了令人鼓舞的结果，然而也常常使研究的人大失所望。只有爱迪生合理地用白炽灯解决了电照明问题，因为他把有助于顺利成功地完成发明创造的新原理运用于白炽灯装置中。爱迪生之所以取得成功，不仅是因为他在设计白炽灯过程中，选择了一条与他的前辈根本不同的合理方法，而且还因为爱迪生着手创造白炽灯的时候，也正是广泛使用白炽灯的先决条件完全成熟的时候。在上一世纪70年代中期以前还没有这些先决条件，而其中最主要的先决条件是要有性能良好的发电机。爱迪生开始研究和设计白炽灯正是在对广泛运用白炽灯这种可能性不再有任何怀疑，而公众舆论也要求采纳这一发明的时候。对电照明兴趣的急剧增长，首先是由于卓越的和世界闻名的俄国电工学家、发明家巴维尔·尼古拉耶维奇·亚布罗齐柯夫在电照明方面进行了创造性劳动。在最早观察电流现象时，就已发现了有创造出电照明的可能性。而这种可能性的发现，恰好是在开始制造第一台发电机（即伏特电堆）并对其功能进行研究的一年之后。许多科学家，特别是捷纳和代维观察到，电流所流经的导线能够变热；其热度能达到白炽和发光程度。1802年代维在伦敦皇家学院讲课时对此作了演示。电流使导线发热的效应，启示人们利用这种效应研制出电光源。
1802年5月，俄国科学院院士瓦西里·弗拉基米罗维奇·彼得罗夫演示了他为试验目的建筑的巨大的伏特电堆，该电堆由4200个铜一锌板组成，能放出高压电流（1600伏特）。在他当众表演的有趣的试验中，发现了两炭极间产生出的稳定的电弧现象。彼得罗夫本人在科学记要《关于伽伐尼伏特试验的通报》（1803年）中，描述了自己对电流所进行的试验，并指出了把电弧现象用于照明的可能性。5年后，即在1807年，赫·代维在制造出这种大电源时，也观察到了电弧现象，并在1812年论述了这种现象。对电弧效应的利用表明，有可能在根本不同于用电流使导线炽热的基础上来制造照明装置。最后，瓦·弗·彼得罗夫1802年在进行试验时，曾观察到电流通过真空时的放电现象。他第一次观察了辉光放电现象，这是由电流得到的辉光的效应。虽然辉光放电的辉光就其特点来说发光并不太强烈，但它很显然证明由这种电发光能够获得光通量。人所共知，这一创制电光源的趋向比辉光放电和电发光的发现几乎晚了100年才发展起来。
总的说来，18世纪末以前并没有强大的光源：用点燃油脂、油或瓦斯的办法来制造强大光源实际上是不可能的。当需要强光源时，就在灯中装上一个反射光或折射光的光学系统，但在这种情况下也只能稍微增加发光的强度。沿岸的航海灯塔和其他灯光信号装置，就受到这些条件的限制，而不能起更大的作用。大家都知道，人们把建筑在位于亚历大城的港湾入口处的法罗斯岛上几乎高出海平面100米的灯塔，列为古代世界的七大奇迹之一。很难想像出，在古代怎样制造出这种能使几十公里远的海面上的船只看到信号的灯塔照明装置。如果真是这样的话，亚历山大灯塔真算得上是古代世界的奇迹之一了。
19世纪初，对用于信号设备、光线投影等的强光源的需求量增加了，人们开始用所谓的“钙”光即石灰质光来满足这种需求。所谓的石灰质光，就是用炽热的氢氧气流焰把石灰圆筒（或板）加热，使之白热化后所放出的一种热的荧光射线。这时开始普及瓦斯照明。当时还不能制造出发光很强的瓦斯灯，但即使亮度比较小的瓦斯灯也比油灯亮得多。应当注意到，在18世纪末的产业革命之后，机器工业开始了极其迅速的发展。在许多工业部门中出现了大型机械化企业，而由于每个工作日被延长到14～16个小时，所以企业的照明问题就具有了重大意义。用火焰作光源来照明，是不能令人满意地解决这个问题的。此外，用火焰作光源所发的光通过量不大，这种光源的特点在于它们需要单个点火和灭火，还需要经常保养和补充燃料。在用瓦斯照明时，空气中的氧气就被喷嘴燃烧掉，因此工作场所的空气就很坏。瓦斯灯是由敷设在工作场所的瓦斯管道来供给瓦斯的。如果管道一旦漏气和瓦斯灯偶然熄灭，瓦斯就要污染工作间的空气。在消防方面来说，所有火源都是不安全的。而在那些空气中有可燃尘埃（特别是纤维尘埃）的地方，是完全不能采用火焰作光源的。这种照明状况，远不适合于社会和生产的需要。寻找新的照明方法，变得越来越迫切了。深入研究新照明原理的主要任务，是要避免用明火。不但要清除照明设备的易燃性，也要降低氧气在燃烧过程中的消耗。科学家、发明家都注视和研究着电流照明的可能性，扩大了对制造弧光灯和白炽灯的研究试验工作。这两方面的研究工作，各自独立地展开了。制造令人满意的弧光灯，要比制造实用的白炽灯进行得早：上一世纪50年代就已制造了几种具有复杂的自动调节器的弧光灯。它们开始被用于露天的空间照明，用于灯塔，用于大的公共场合的照明。但这些光源的电能供应的情况很不好：每一盏弧光灯都有独立的电源，这就使这种装置造价很高。弧光灯本身就是一种强大火焰光源，虽然获得了某些推广（实际仍旧只是用在特殊的场合），但只能算是为照明技术的新方向开了个头。在70年代，出现了较好的（格拉姆的、西门子等人的）发电机，找到了在同一个电路中可同时点用许多弧光灯的方法，在使用这些灯的技术上也有了改进。但由于弧光灯放射出极强的光通量，又是火焰光源，所以它就不能被广泛采用。巴·亚·亚布罗齐柯夫在1876年发明了电烛，即光度比较小的弧光灯，使电照明的应用大大地扩大了。亚布罗齐柯夫电烛开始用于街道、商店、旅馆、沿岸街、港湾、工厂以及住宅照明。但电烛的普及却受到以下情况的限制：电照明的用户要靠自己的设施才能保证自己的照明设备有足够的电能，这就使电烛照明价格昂贵。电烛的持续照明时间为两小时左右，两个小时后就需要更换新的电极，所以就要求要经常细心地对整个照明装置进行维修。再说，电烛像其他弧光灯一样，也是火焰光源。
二
电照明问题，由于许多人从事于制造白炽灯的研究，在70年代最后一年得到了解决。托·阿·爱迪生没有发明出白炽灯原理。如果分析一下在爱迪生以前的人对白炽灯所作的研究工作，那么就会清楚，白炽灯装置的基本原理早在爱迪生进行研究之前就已完全形成。当时需要的是选择一些最有利的、最合乎理想条件的、用起来又很方便的电灯元件，尔后再把它们装起来，成为一个完整的装置。需要的是要明确地想像出电照明的整个系统。而这一种设计合理、完全适合于广泛应用的、节省电能的白炽灯，人类却正是得自于爱迪生之手。白炽灯就是爱迪生的有趣的科技思想的体现，是他精心设计、仔细研究和真正大规模试验的结果。爱迪生怎样产生了必须改进白炽灯和要研制出新的照明系统的想法呢？某些史料指出说，这些研究工作的某些动机是在爱迪生了解了（大概是在1876年）罗德金灯之后产生的。而该灯的样品，是被派到美国接收俄国海军部定购的巡洋舰的阿·姆·霍京斯基中尉带去的。在彼得堡与罗德金共过事的霍京斯基，把灯的样品运到美国是完全可能的，而向造船家和电工技师提出在船上安装电照明的要求在当时是进步的和适宜的。但应当指出，在那些年里已经有人制造出了比罗德金更合理的白炽灯。爱迪生肯定知道这些种类，因为技术报刊和普通报刊对这种灯都作了详细报导。因此，还没有达到实用阶段的罗德金灯的结构，并不能有助于，特别是促使爱迪生进行这一工作。在法国和其他国家，用亚布罗齐柯夫电烛安装起来了很实用的照明装置。亚布罗齐柯夫是用小功率的弧光光源进行电照明的先驱，所以他所作的研究工作，就不能不影响电工学家们的观点、意向和研究工作。报刊已证实了这一点。1879年在有关爱迪生顺利地制成白炽灯的消息发表时，12月21日的《纽约先驱报》指出了爱迪生的先驱者们，其中包括亚·尼·罗德金和巴·尼·亚布罗齐柯夫在这方面所进行的研究对他具有什么样的意义。爱迪生在1877年一年中，对白炽灯进行了一些试验。他曾试图用碳、白金、硼、铬和其他物质来作灯丝。试验没有成功，制出的灯不能令人满意。但是就连这些初步的试验也很有说服力地向爱迪生指出了白炽灯的属性——与弧光灯比，它优于弧光灯，它光通量不大，而且也能像弧光灯一样能在照明场所进行合理的配置。
1878年，爱迪生到康涅狄格州的安索尼亚市参观了著名的电机和弧光灯发明家威廉·华莱士的电器工厂。华莱士—法默系统发电机是美国最普及的一种。在这里所见到的一切，都对爱迪生产生了巨大的影响。他给门罗园实验室买了一台华莱士—法默发电机，并详细了解了发电机和弧光灯的性能。通过这次参观爱迪生确信，白炽灯问题的解决，无论是对技术来说，还是对社会来说，都是极其重要的。白炽灯不仅会使照明技术发生根本变化，而且也会给整个电工技术带来蓬勃生气，会使工业所起的积极作用得到巨大的发挥。同时，在这件事上是需要花费巨大力气才能有所成就的。但困难没有把爱迪生吓倒，他勇敢地迎着他开始所完全没有想像到的困难朝前走去。整个照明的发展史和在电能生产中所获得的进步，使爱迪生深信对白炽灯设计的研究是适宜的。爱迪生说：“进行惊人的发现是很容易的，但改进这些发现使之有实用价值就困难了。我就是正在致力于这一改进的工作。”爱迪生对工作方向的总的评述，用到他制造实用的白炽灯这一研究工作上也完全适用。
爱迪生1878年起，对电照明问题给予了更大的注意。很可能，电照明在当年的巴黎世界博览会上所得到的轰动一时的成就，在那里所展出的电机制造业、电器制造业、安装技术和电工材料学的成就，使爱迪生深信电照明的前景是光辉灿烂的。亨利·福特在其对爱迪生回忆中转述了爱迪生的下面一段话：
恰好在那时（1878年），我想着手研究些新东西，巴克教授就建议我研究怎样把电光分成像瓦斯灯头那样的小光源。这已不是新的想法了，因为我已在去年进行了一系列照明方面的试验。但由于要研制留声机，我中断和延缓了照明方面的试验。现在我决定恢复这些研究工作。回家后我就立即开始收集各种情报资料。这是瓦斯照明的时代。我弄到了瓦斯科技协会等团体出版的所有新杂志。我由于收集了所有这些资料，了解了纽约瓦斯输送网的瓦斯分配情况，并直接观察到这种情况，所以得出结论是，电光分析问题是能够解决的，而且在商业上也是适宜的。我认为，为实际推广白炽灯，白炽灯应至少在两个方面与瓦斯照明光源相同：1.白炽灯应创造出适中的照明度；2.每盏灯点燃都应完全不受其他灯的影响，它可以点燃可以熄灭，不干扰其他灯的工作。
爱迪生根据这些设想开始进行试验。他得出的结论是，为了解决电光的分开使用问题，就必须要有阻抗强和发光面小的灯；此外，电灯应并联接入电路，这样就可使每盏灯都能独立点燃。爱迪生在设计白炽灯的人中是第一个清楚地懂得，采用弱阻抗的灯丝就需要电压比较低的电流，因而也就造成了电网导线材料使用量的增大。这一正确的观点，使他更要下定决心停止弱阻抗电灯的试验，所以在爱迪生的研究工作中，以及后来在其他发明家的试验中，都永远不再用弱阻抗灯了。
在亨·福特的回忆录中，还引用了爱迪生的下面一段话：我对炭的属性很熟悉，而且也懂得，如果能用这种材料作成了像人的头发那样细的线，那么就可以得到一种发光面小而阻抗强的灯丝。但这种易碎的灯丝是否能抵抗住机械的振动？是否能经受住1000个小时的华氏2000多度的炽热？其次是：怎样才能把这个已具有灯丝形状的导线装入已抽成真空的空间里，以便空气在灯丝的各种不同温度下的发光过程中，都不会进入这一真空内破坏灯丝？问题还不仅限于此！电灯应不仅要符合实验室的要求，而且也要成为可供经营的商品；生产成本要低，又可以大规模地制造，并能完整地运转远方。这些设想和许多其他一些不那么重要，但也并非不重要的设想，就形成了重大而又纵横交织的复杂问题。
爱迪生的这些观点，在研究电灯的初期就已完全成熟，并成为进行深入研究和周密设计的指导思想。
三
报纸上很快就出现了关于爱迪生开始在电照明方面进行研究的新消息。为了写出更加准确和详细的报道，大量报社记者都涌向门罗园爱迪生那里。纽约的《论坛报》1878年9月28日刊登了爱迪生的发言，爱迪生在发言中指出：许多发明家都先于他开始了研制白炽灯，他本人当时还没有认识到电照明的重大意义。现在他着手全面地深入地研究这一问题，并且决心超过自己的前辈。他声明，他在其对电灯的研究中追求的不是财富，而是要想超过别人。这是一个充满坚定信念和胜利信心的声明，同时声明
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