书城科普读物科学伴你行-不朽的发明
15993100000015

第15章 光明的来临

当我们坐在明亮的教室里读书时,你想没想过假如世界上没有电灯,会是什么样子?

如果当外星人乘飞船飞临地球的时候,他们只要看到地球上的夜景就会立即判断,这是一个有智慧生物的星球。无数的电灯像撒在大地上的珍珠把地球的夜晚装扮得美丽异常,尤其是沿海繁华的大都市,灯光连成一片,彻夜通明。但是,在19世纪80年代以前,地球的夜晚还是漆黑一团。少数的煤气街灯发出黄晕的光,人们匆匆地赶路,似乎在尽快地逃离这黑暗的世界。1879年圣诞节前几天,纽约的先锋报刊出了一个标题:世上最高革命性的发明——电灯诞生了。玻璃灯泡把黑夜变成白昼!这消息一发出,立即引起轰动,照明瓦斯公司的股票立即下跌,变得一钱不值。

电,可以用来照明,这件事任何人都不怀疑,但是,许多发明家却没有能实现它,大家还记得戴维吧!他在19世纪初(1800年)就研究过电弧,戴维把一个由2000个电池组成的电池组和两根碳棒连接起来,两根碳棒先相互靠近接通电流,然后慢慢地把两根炭棒分开,这样就会在它们之间拉出一个很亮的电弧。利用电弧做成的灯称为弧光灯,弧光灯耗电量极大,而且炭棒又在渐渐地烧短,需要不断调正,在没有发电机以前,弧光灯是没有实用价值的。电弧非常亮,对家庭不适用,如果你在近处对着电焊的弧光看上那么一眼,就能体会弧光灯的危害,不过你还是不要这样做,那会足足叫你的眼睛流泪发红很长时间的。当时在英国,弧光灯也只是用在钟楼的顶上,或灯塔上,尽管是这样,人们已经看到了电的曙光,但人们需要一种不太刺眼的电灯。

因此,许多科学家在寻找一种更好的办法。1878年,31岁的爱迪生向全世界宣布,他要解决电照明的问题。他给自己选择了一个极困难的课题,因为当时已有许多发明家对这件工作研究了一年多了。竞争肯定是艰难而又激烈的。当时的爱迪生已经是一位著名的发明家了,他已经获得了1000多项发明专利,在新泽西州的门罗公园附近建立了自己的实验室——世界上第一个工业研究实验室,有8位有才华的科学家为他工作。他曾改进了电话的受话器,发明了他最心爱的项目——留声机等。爱迪生所爱好的工作方法是,先收集资料了解一切,然后竭尽全力进行风驰电掣般的突击,他常常由于这种全力以赴而获得胜利。他不喜欢慢慢来,思想不集中的做法。在他的回忆录中这样写道:

“我……买下了煤气工程学会等的所有与外界交易的文件及历年的煤气杂志,我得到全部数据之后,又亲眼观察了纽约的煤气输送线路,终于认为,电流的分路问题可以解决,电灯可以商业化。”

这是爱迪生多年以来在痛苦的磨难中形成的风格。爱迪生的发明历程不是一帆风顺的。他出身于一个贫困的家庭,几乎没有受过正规教育,因为上小学的时候,就被教师当作一个“糊涂虫”轰出课堂。幸好母亲是一个教师,她懂得孩子的需要。因此,他的教育是由他的母亲完成的。母亲给爱迪生买了一本帕卡写的《自然科学学校》一书。这本书主要介绍了

初等物理学,并详细地阐明了在家里可以做的各种科学实验。爱迪生认真地阅读了这本书。后来他曾这样说过:“这是我少年时代读的,并理解的第一本有关科学的书,那时我才9岁。”

接着,母亲又给他买来了《科学辞典》。他对这本书也非常感兴趣,并认真地读完了这本书。到了10岁,他开始热衷于化学。在他自制的架子上摆满了他收集到的药品和土造的仪器。爱迪生非常感谢母亲对他的启蒙教育;他说过,“母亲非常了解也最理解我,她根据我的兴趣爱好循循善诱地引我走上科学的道路。塑造了我的是母亲。”自学使爱迪生养成了一个说干就干的作风,要使电灯商业化,就必须使灯泡持久耐用,而为达到这个要求,他必须找到一种不会被电流热的炽热烧断的金属。进行这种实验很麻烦,他先要把金属拉成丝,然后装在一个玻璃泡内,抽去里面的空气,再封好。这样,每做一次实验就要花去好多钱和时间。爱迪生用去了5万美元和整整一年的时间,才发现一向被认为熔点很高的铂丝和铱丝并不能做成灯泡里的灯丝,因为实际上用不到8分钟,它们就熔断了。

但是,当他干了一段时间以后,就发现他承担了一项几乎不能完成的任务。他曾经说过,“人生最大的快乐一是发明,二还是发明。”对于失败,爱迪生已经习以为常,当他为设计一种新的蓄电池而失败了8000次的时候,他说:“哦,我至少知道了8000种不能使蓄电池工作的东西。”许多人知道爱迪生的一句格言——天才是九十九份血汗加一份灵感。他

还补充说:“成功之中有百分之九十九是对什么路子走不通的认识,剩下的百分之一也许是天才成分,因为,据我所知,要想成功,就要坚持不懈地耐心地观察,除此之外别无他路。”爱迪生这种发明方法看上去有点笨,但是在人们对物质结构一无所知的时代,发明的方法主要是靠试验的方法,正好像现在我们对于超导材料的研究一样,也是进行大量的实验,对每一种配方都要试一下。当然理论的指导作用很大,但是在理论还没有产生之前,伟大

的探索者的艰辛的劳动是不可避免的。

当时英国业余科学家斯旺也在研究电灯。斯旺早年在一位药剂师手下当学徒,空闲时学习科学知识。他大概没有钱购买贵重的铂和铱来作为灯丝,就转向研究碳丝白炽灯。因为炭弧灯使用的就是炭棒,炭是一种很耐高温的物质,只是非常容易燃烧。他在1860年制成了碳丝灯泡,但是由于灯泡的真空度不够,碳丝在高温下与空气中的氧化合,烧毁了。后来他请求斯特恩帮助。斯特恩是利物浦银行的一名职员,和斯旺一样也是一位业余科学家。他们认为,如果能制出高真空的灯泡,隔绝了灯泡中的碳丝与空气的氧化合,就可延长灯泡的寿命。而斯特恩对高真空的研究有很深的造诣。所以,每当斯旺来请求他帮助时,他都给予很友善的解答。他们又请吹制玻璃的专家托普哈姆吹制玻璃泡。三个人合作,终于在1879年2月,公开展出了在真空玻璃泡里装有碳丝的灯泡。斯旺的碳丝是把棉线捻起来放在硫酸里碳化而成的。

期旺的成功使爱迪生彻底放弃了对铂和铱的试验,转向寻找制作碳丝的纤维。谁能找到最好的碳丝,谁就握住了通往光明之路的入门券。于是,在几个发明家之间,展开了一场你追我赶、激动人心的竞赛,还有关于专利权的争夺。爱迪生的上千项专利给他带来了一定的财富,他把自己的全部财产都投入到这项实验中去。开始使用棉线,他将棉线装入镍板上刻出的U形槽中,在炉子里小心地烘烤几个小时,进行碳化,挥发掉其他物质以后,就变成了一根脆弱的碳丝,但是这种碳丝很难装到灯泡里,有的刚放到实验台上就变成了粉末。爱迪生曾经有过这样一个记录:“我的助手巴切勒通宵都在我的身边,第二白天、夜晚,他仍然坚守岗位,最后,我们用克拉克棉线造出了一根碳丝,巴切勒小心翼翼地拿起这个宝贝,要把它送到吹制车间去,我走在它的后面,好像在保护一件无价之宝,可是,正要到达玻璃匠的工作台时,可恨的碳丝断了,我们目瞪口呆,只好又回到试验室重新做起,直到黄昏,我们才生产出另一根碳丝,但是螺丝刀掉在了碳丝上,又把它碰断了,我们没有气馁,接着投入工作,在半夜以前终于将制出的碳丝装入了灯泡,我们抽去了灯泡中的气体,封好,通入电流,盼望已久的景象出现在我们的面前。”

灯泡点亮了45个小时,而白金丝的灯泡只点亮过8分钟。这是一个极大的进步,但是,这种灯泡怎么能用到一般家庭呢,稍稍一碰,脆弱的灯丝就会粉身碎骨。必须要寻找到一种新的碳化纤维材料。而且灯丝的形状也是很重要的,灯丝既要耐热,又不能把热量散失得太快,热量散失得太快,灯丝就不会发光。我们现在知道,不同材料的碳原子之间的结合力是不一样的。目前制成的碳纤维材料,是世界上最结实又最轻的材料,上天的卫星就是用碳纤维材料制成的。但是,在那对物质结构一无所知的年代,惟一的办法就是反复试

验。

炎热的夏季里,爱迪生和他的助手们也没有中断他们的研究工作。他们甚至用人的胡子进行碳化试验,有一天爱迪生看到有人用一把竹扇煽风便把扇子要过来,扯下一根纤维,碳化后放在灯泡里一试,效果竟出乎意料的好,这使爱迪生大喜过望。折扇来源于中国,后来传到日本。于是爱迪生立即派人到中国、日本、巴西,总之,凡是有竹子的地方都去,他试过6000多种竹子样品,花去了他10万美元的资金。最后,发现一种日本产的竹子最好。用这种竹纤维做成的碳丝,生产的灯泡寿命最长。

为了保证货源不断,爱迪生甚至派人去日本种这种竹子。但是,这种事是非常麻烦的,必须想点新方法。此时英国的斯旺用人造丝的方法开始生产碳丝,他先把棉花做特殊处

理,变成黏稠的液体,再让这种液体从一个喷嘴里喷出来,形成细丝,然后进行碳化。有趣的是,本来这种发明是为了生产碳丝,但是后来却成为制造人造丝的先驱。

爱迪生也在实验室里造比竹纤维更好的碳丝,人类走到了大自然的前面,做出比它赐予的还好的东西。但是当爱迪生正准备生产灯泡的时候,斯旺给《自然》杂志去信,申明

他的关于碳丝的发明权。1880年斯旺成立了斯旺联合电灯公司,公开与爱迪生展开了竞争。但是他们很快就认识到应该联合,1883年成立了爱迪生—斯旺联合电灯公司,电灯于是正式走向市场。爱迪生是一位发明家,也是一位会做生意的商人。在商业的经营上他比

斯旺高明。他从12岁起就要靠自己挣钱来养家糊口和进行科学实验。他知道如何用自己的发明来挣钱,因为只有挣来钱才可能有经费搞新的发明。他非常重视宣传自己发明出的东西,因为只有让大家知道电灯,电灯才能走进千户万家,他的辛苦才不会白费。

爱迪生想出一个让公众大吃一惊的妙法。在圣诞节那一天,他在门罗公园举行了一个别开生面的晚会。门罗公园是一个远离城市幽静的去处。在圣诞节期间到这里游玩也是一件趣事。爱迪生向所有的人发出邀请,任何人只要愿意来就在邀请之列。

爱迪生为晚会做了细致的安排,他向铁路局接洽增加特别的列车,接运从纽约与费拉德菲亚来的客人。车费由爱迪生掏腰包。

这真是一个盛大的晚会,有3000人乘火车前来,附近的农民驾着马车赶来,人人怀着好奇心,要看看这位被称为门罗公园的“魔术师”表演些什么?天已经漆黑了,雪花飞舞,贵妇人已经等得有些不耐烦了。

爱迪生突然把开关一合,骤然间,整个公园给耀眼灯光照亮了。无数个白炽的灯泡把黑夜变成白昼。众人望着从树木与房屋上垂下的灯光,目瞪口呆,接着爆发出齐声的欢呼。与爱迪生相识的社会名流走上来向他祝贺。人们怀着极大兴趣参观他那个充满了古怪东西的实验室——世界上第一个发明的摇篮。突然,传来了一个女士呼喊救命的尖叫声,爱迪生和一些人跑过去一看,便哈哈大笑起来。原来有一位盛妆女士在拼命地抓住自己的长头发,美丽的头发散落在背上,就像金色的瀑布。几乎达到腰间。这是因为她刚才进入了放发电机的机房,由于好奇,她离发电机太近,发电机上强大的磁铁,吸引着她的发夹,发夹脱开了,使她那新奇的发型一下子散开了。爱迪生和蔼地递上一条手帕,拢住那散乱的头发,并指着机器旁边的警告牌上的说明:戴手表或其他铁器的人不要太靠近发电机。

门罗公园的晚会是成功的,电灯成为人们圣诞节期间的话题,人们把高高挂起的电灯称为“爱迪生星”。从此以后,地球的夜晚就摆脱了那烦人的黑暗。

电灯的发明是爱迪生一生中达到登峰造极的成就,对人类的贡献也是巨大的。当然,现代的灯泡里已经用钨丝代替了碳丝,新式的电照明器具层出不穷。但是,第一位让大众接受电灯的人是爱迪生。爱迪生虽然没有牛顿、安培或麦克斯韦的知识渊博,但是他的智慧比起这些科学家来说毫不逊色。例如,著名的电磁学家麦克斯韦也想改进电话机的受话器,但是,他的发明产品和爱迪生的碳粒话筒相比就逊色多了,爱迪生用碳粉制造成的电话受话器一直应用到现在。人类既需要发现科学定律的科学家为人类开拓新的境界,也需要把科学规律应用到实际的发明家。这两种人才,缺少了哪一种人类社会都不会进步。