三、发明电灯引发工业革命 爱迪生在1878年申请留声机专利的同时,还发明了热感器。此后10余年 间,他脑际里萦绕不绝的一个问题, 就是如何使用电力来减轻人的劳动负担。 他喜欢科学的挑战,他喜欢赚钱,但他赚钱的理由与常人毫无共同之处。他时 刻都在思索着怎样以电力改变人类的生活条件。许多年后, 他从瑞士回来说:“凡 是利用了水力,又使用了电灯的地方,每个居民都具有正常的智力。在那些未曾运 用这类发明的地方,当地人与鸡同时就寝,同时等待天明,他们的智力也要差得多。” 虽说这种结论过于简单, 然而它反映了这个用技术进步作为文明标准来看问题的人 的真实形象。 1878年夏末,爱迪生在门罗公园再次考虑电的潜在用途。早在1877年 秋和1878年最初的几个星期里,虽然他曾做过几次白炽灯的试验,但是由于那 时“许多人都在这一领域里进行探索”, 所以爱迪生就半途放弃了这方面的研究。 1878年9月初,巴克尔教授劝他去威廉·华莱士处一访,该人是康涅狄格州著 名的发电机制造者。当时,华莱士正在试验一系列的电弧灯。华莱士似乎察觉出了 前来参观的爱迪生对这种刺眼耀目的电弧的反应,这只是使用电力“燃烧器”进行 照明的开始。华莱士的感觉并不错,在离开华莱士的工厂时, 爱迪生转身对他说: “我认为我可以在电灯制造方面超过你,我看你现在的路子不对。”1878年初 秋,爱迪生开始细致搜集有关煤气灯的资料。在爱迪生探索资料的时期,能够代替 煤气灯的只有电弧灯,然而对电弧灯的采用却十分有限。 电弧灯是汉弗莱·戴维爵士早在1812年设计的。 他将导线连在电池上,然后再与两块相距很近的炭极相接,于是两极之间就出 现了耀眼的光芒。电弧灯所以不能普遍采用,一是它的光芒刺眼;二是炭极之间的 距离必须不断加以调整;三是炭极打火之后,要冒出呛人的气味和黑烟,这就决定 了它不能用于室内照明。但是尽管电弧灯有这些缺点,自从19世纪50年代以来, 有些国家还是做了有限的采用。在英国,每当议会举行例会时,西敏寺伦敦宫的钟 楼上,电弧灯就会放出夺目的光芒。在英吉利海峡的南弗兰德,也装了电弧灯航标。 与此同时,美国、英国和法国还渐渐将它用于街道照明。 在爱迪生集中精力研究电灯的一年之前,电弧灯得到改进,这就是所谓的雅布 罗克考夫蜡烛问世。它的做法是用绝缘的熟石膏将两个炭极隔开。当“蜡烛”被 “点燃”时,绝缘层就与炭棒同速燃烧发出白炽光。雅布罗克考夫蜡烛在1877 年被用作巴黎歌剧院门前的照明,和伦敦泰晤士河岸的部分照明,但是最长的“蜡 烛”也只能用两个小时,因此构不成对煤气灯的真正威胁。 白炽灯似乎更不是煤气灯的对手。自从1838年乔巴尔特将一支炭极投入真 空装置通上电流,观察到炭极发出红光以来,科学家们一直在考虑制造电灯的可能 性。试图打破煤气垄断照明的人,为数甚众。 但是,他们全都面临着如何弥补理论与实践之间的巨大差距问题。从理论上讲, 制造电灯只需要一根细灯丝,可以用炭制,也可以用其他材料。只要将灯丝封在玻 璃容器内,抽掉空气,即可通过电流让灯丝发出白炽光。然而,实践起来却没有这 么容易。既要找到一种不易断的制造灯丝的材料,又要保证玻璃容器具有良好的真 空。即使明确了这些必要条件,在实验室的优越设备中也很难造出理想的电灯。更 何况实行商业化大规模生产,还有许多其他问题亟待解决。 爱迪生试验用的灯丝,几乎细得不能再细,其加热的程度,也达到了难以理解 的水平。但是,灯丝处于真空之中,对它的观察,单凭肉眼根本行不通,所以灯泡 里发生的现象,你根本就不知道是怎么回事。 他在电灯方面建立了3000种不同的理论,每种理论似乎都可能化为现实。 可是,他在试验中只证实了其中的两种行得通。 为要找到一种适于制作灯丝的材料,并设计出最佳形状,在前一年的试验中, 他使用过的材料有炭化纸、玉米芯和各种纤维共几十种。但均未成功,一方面是因 为这些材料过于脆弱,另一方面是缺乏良好的真空技术。 爱迪生已不得不寻找现金支持。而试验就是有了雄厚的资金,成功也未必有保 证。不过,他早有花费大笔资金在一个领域取得巨大成功,并带来难以数计的利润 的先例。这就是电报业。 于是爱迪生电灯公司宣告成立。该公司共有3000股,每股100元的股份, 其中2500股和3万元现金归爱迪生持有。该公司成立的目的就是要持有爱迪生 在电灯、电力和电热等方面的一切发明专利, 并有权将这些发明专利以颁发特许证 的形式卖给他人。 事实上,这儿讲的专利内容,包括了爱迪生除电报以外的一切发明。因为爱迪 生比他的支持者们更加了解, 完善白炽灯的制作并不是事业的终结,而是刚刚开始。 1878年秋,在他进行第一组试验时,重新捡起了炭。尽管做出了很大努力, 但炭丝试验并没有成功的迹象,于是他转向铂和类似铂的金属,因为这些材料符合 电阻高、散热慢的要求。这种要求,源自他所谓“电灯分路”的计划,就是说,制 出的灯不仅亮度比电弧灯小,不那么刺眼,而且还能像输送气和水那样,使用“管 道”形式输送电力。当时的工程界对此持怀疑态度。但是,爱迪生从一开始就意识 到了有对电弧灯进行“分解”的必要。因为电弧灯的亮度对一般家庭或小型建筑来 说有些大。按他的设想,应该用光线较弱的数只灯泡来取代一只电弧灯。然而,如 果这些灯泡以串联形式接线,形成一条连续线路时,那么,关闭一只电灯,或有一 只电灯损坏,整个线路就会中断,所有的灯泡便会熄灭。 一些持怀疑态度的人,以为爱迪生是要以固定的电流在几个灯泡间平均分配, 爱迪生却并非如此。他倾向于使灯泡的数目不同,用改变电流的办法来解决问题。 换句话说就是电压不变,但电路的电流却可以随需要而不断改变。这就意味着为灯 泡供电的发电机必须重新设计,以便保持恒压。另外,它似乎还意味着,原来使用 铜制导线输送电力,不仅损失大量的电能,而且也不经济。解决这一问题的办法是 使用高压,高到它既能将电力输送一定的距离,又不至损坏灯丝为止,这也就是至 今流行于美国的110伏电压。其余问题,也随着爱迪生等人设计出来的馈电系统 ——三相系统而解决。 然而,最初的问题还是白炽灯。1878年秋试验过的制灯丝的金属中,铂似 乎是最理想的一种。10月初,爱迪生提出了一份关于铂丝“电灯”的专利申请。 当时制造的灯泡还被称作“燃烧器”,还是借用煤气工业的术语, 与两年后大规模 生产的灯泡相比, 结构要复杂得多。这种灯泡的灯丝,是铂丝绕成的双螺旋,它们 之间再加一支金属棒。当灯丝热度接近铂丝的熔点时, 金属棒便膨胀造成短路,灯 泡温度降低, 铂丝冷却的同时金属棒也冷却下来,于是电流再次通过。这就像是乔 治·瓦特的第一台蒸汽机的翻版。几个月后,爱迪生又提出另外一份专利申请,这 时用来控制电路通断的已不是金属棒, 而是一张可伸缩的膜。 第一份白炽灯专利提出后,爱迪生便嗅到了胜利的气息。他满怀信心地宣布: “我已开始解决电的无限分割问题了。”不仅如此,他还对《纽约太阳报》的记者 绘声绘色地描述了电灯事业的近景。整个纽约的建筑由20个不同的电站供电,这 一来输电线路的问题就更好解决了。因为煤气管道再无用处,所以就将电线从空管 道中穿过。他说:“我们所做的,只是取掉煤气灯,换上电灯。而且可以像煤气灯 一样,用螺丝调节它的光亮。”至于每户顾客用电多少,爱迪生并不为难。他的解 释是:“我知道电流是可以计量的,但这需要一个研究过程。我建议,凡安了电灯, 不管用还是不用,都以固定盏数付钱。如果这样做会导致不公正,那我会研制出一 种仪表,不过,我认为这是非常困难的事。”在他的计划中,城市用电灯照明只是 一部分内容。他说,还可以在轮船上或火车上安装发电机,在小小的乡镇,也可以 用水力发电,所有这些都是有根据的。藐视困难的爱迪生经常表露出坚定的信心。 1878年,电灯制作的道路上还存在着许多障碍。爱迪生不久就放弃了铂的 使用,尽管如此,第一份专利书还是相当重要的,因为它描述了电灯的许多基本特 点。尤其是19世纪80年代的一连串诉讼案对爱迪生的事业是有帮助的。 爱迪生虽然作出了乐观的宣言,但他十分清楚面前还有许多困难,因此他开始 加倍努力。他意识到自己的数学基础是不够的,若要成功地设计出白炽灯,使它成 为照明系统中的关键部位,就必须进行一系列复杂的计算。因此,在年底以前,他 雇用了曾在德国学习过数学的弗兰西斯·R ·厄普顿, 他的先生是赫尔曼·路德维 格·弗迪南·冯·海姆霍尔茨。在其后的几个月里,厄普顿为爱迪生作出了不可估 量的贡献。他的贡献之一,就是以计算证明了爱迪生直觉的正确:电灯必须具有1 00欧姆以上的电阻, 才可能成为煤气灯的对手。 然而,不论厄普顿提供的帮助有多大,大量的工作还要靠反复的实践来解决。 灯泡可以是圆形的、椭圆形的或是圆柱形的。每一形状的灯泡,都要配合一系列不 同的灯丝进行试验。要正确估计每种形式的效率,就必须严格掌握每种灯泡的容积。 在试验过程中,好消息也不断传出。由于各家报纸都想报道吸引人的事情,因 而也难免对某些问题断章取义,添油加醋。这种作法,对爱迪生毫无益处。 不过,在某种程度上讲,这些事也由不得他。他的支持者们急于要得到结果, 有时就逼着他在未经过足够的试验之前进行表演。在试验铂丝效果的过程中,爱迪 生偶然地得到了一项十分有意义的发现。他在一个抽去空气的机械泵中试验一块金 属片,发现金属好像产生了气。当金属在真空中加热到一定程度,就释放出一种气 体。气体放出后,金属还可以继续加热,而真空却不减少,这正是制作白炽灯所必 备的条件。 爱迪生不懈地工作,他更换着各种不同的材料,制成许多不同直径、不同形状 的灯丝。有些灯丝细得难以装进灯泡,有些只要一通电,立刻就会熔化。爱迪生还 试制了一些复杂的灯具,有一种灯还安装了电阻器,用灯下的小金属轮来控制灯光 的强弱。 就在他坚持试验的过程中,他的代理人突然从伦敦来电,要求他立即中断这项 试验,转到另一项研究上去。这封电报是古劳德上校拍来的,内容是贝尔电话公司 可能就“电话听筒”争端提起诉讼。于是门罗公园的突击队经过几个星期的电话试 验,很快解决了“扬声电话”问题,接着又投入了白炽灯的研究。 1879年秋,爱迪生得到了一种新型的斯普林格气泵。这种气泵可使他创造 十万分之一大气压的真空。不久,他就发现密封的灯泡不仅可以使用这种真空,而 且还可能持续很长时间。不出几个星期,又一次试验证实了他的估计。这次他创造 了百万分之一大气压的真空,试验的结果,彻底改变了电灯试制的路子。爱迪生从 一开始就认为炭丝是最理想的灯丝材料, 他放弃这种材料,只是因为以前的真空度 不够,炭丝熔化过速。现在,他又回到了炭丝的试验上,再次用各式各样的线、纤 维和类似的物质作灯丝材料。 从10月16日开始,经过5天的探索,出现了最终的突破。这次爱迪生使用 的是棉线,他把棉线装入镍板上刻出的U 形槽中, 进行几个小时的炭化处理。 然而,这只是一个长过程的初始阶段。他们将炭丝装入灯泡,抽去灯泡中的气 体,将它封好,通入电流。 结果盼望已久的情景出现了,爱迪生加大电流,灯泡仍然工作。第一只灯泡连 续燃烧了几个小时,第二只灯泡燃烧了40个小时。10月21日和22日的试验 证明,爱迪生已度过了难关。他说:“我认为我们发现了制造它的方法。如果它现 在能坚持40个小时,再过些日子我就能让它持续100个小时。”不出两周,爱 迪生提出了炭丝电灯的专利申请,说明”甚至一根棉线在正确地炭化之后,置入百 万分之一大气压的真空玻璃灯泡中,就可以对通过的电流保持100~500欧姆 的电阻,在极高的温度下也能保持绝对的稳定。”在其后的几个星期,门罗公园便 投入了制造灯泡的工作。由于爱迪生还在继续他的试验,不断改变灯泡的尺寸和形 状,变换引入灯丝和密封灯泡的方法,因此当时制造的灯泡并不是个个都一样。另 外爱迪生的同事又依照这些灯泡制造出许多复制品,一些悬挂在实验室,一些送入 爱迪生的家里,巴切勤先生的家里,以及乔丹太太的廉价旅馆中。然后树起电线杆, 将这些电灯与实验室的发电机相连。还有一些灯泡,被悬挂在街道上。夜色降临后, 电灯都发出明亮的光辉, 四周乡下的人们, 凡是能步行或骑马到这里来的,都前来 欣赏这一新奇的景象。 爱迪生意识到应该采取不同的行动了。门罗公园自架起电灯以来,不仅引起了 人们的好奇,也带来了一些谣言,所以爱迪生认为现在应利用最广泛的传播媒介对 电灯进行最翔实、最权威的介绍。因此,他请来了前一年在罗林斯观看日蚀的同室 旅伴, 《纽约先驱报》的记者马歇尔·福克斯。福克斯被允许在实验室里随意观察, 随意提问。作为报答,他保证在得到门罗公园的允许之前,不发表他自己撰写的报 道。 后来福克斯被过早地允许发表了他的报道,这篇文章刊于12月21日发行的 《纽约先驱报》上,除了占据一个整版,还在次版占了一栏,大小标题用了11个 ——“爱迪生之灯”、“伟大发明家在电力照明方面的胜利”、“一张纸片”、 “不用煤气,不出火焰,价比油廉,然而却光芒四射”、“在炉中转换”、“成功 后的炭丝灯的全部构造”、“15个月的血汗”、“关于他在电灯、燃烧器和发电 机方面不知疲倦的试验”、“在棉线上的成功”、“魔术师的喜剧”、“电灯史”。 这篇文章达到了爱迪生的要求,它比较精确地解释了爱迪生是如何从“一张小 小的纸片”开始,制成电灯的。灯光“就像意大利之秋温和的落日”,而灯泡本身 则是“一个发着阳光的小球,一个使人肃然起敬的阿拉丁神灯。”爱迪生每谈起这 篇文章,总是持有一种尊敬的态度,虽然这篇文章并不能制止许多人在批评爱迪生 吹牛皮、无法践言,而且更令人不安的是,它把爱迪生发明中的许多关键暴露给了 他的竞争者,使他们得以在爱迪生试图完善设计的同时消化这些思想,据为己有。 不过,从有利的一面讲,《纽约先驱报》把门罗公园的即兴表演变成了一块吸引大 众的磁石。 圣诞节刚过两天,伦敦《泰晤士报》驻纽约的记者,费城地方电报公司的总裁, 以及《费城大众纪事报》的副总编同车来到门罗公园。从《泰晤士报》曾发表的报 道来看,他们对爱迪生的发明一直持坦率的怀疑态度。他们三个中午抵达门罗公园。 在其后的几个小时里,他们参观了实验室,并由爱迪生亲自解答他们提出的问题。 在此过程中,他们看见了一只只明亮的电灯,但是只有到了天黑以后,这三人才真 正理解了爱迪生创造出的奇迹。 在几百码以外爱迪生的家中,三位来客预料到白炽灯将导致的室内生活的革命。 《泰晤士报》记者写道:“我永远也忘不了当爱迪生看到一份报纸上某位大言不惭 的‘专家’的发誓——不管爱迪生有多少电灯,只要有一只寿命超过20分钟,我 就愿付100美元,有多少付多少——后得意的笑容。”后来他被告知,爱迪生的 这些灯已经连续工作了3天,所以他和他的同行来参观时只等了20分钟就离开了。 自福克斯报道以后,爱迪生马上抓住时机,宣布圣诞节一过实验室将公开开放。 于是,宾夕法尼亚铁路便在门罗公园设置了专线,不出数日,爱迪生的眼前就出现 了一番非凡的景象。门罗公园的大展览取得了一般展览所无法取得的效果。它向数 千人证明,白炽灯的确可行,它使人们更加渴望得到这种远远胜过煤气灯和电弧灯 的照明方法,而且价格便宜。爱迪生说:“当电灯普及之后, 只有奢侈者才用得起 蜡烛。”1879年最后一周在门罗公园的精彩展览,使爱迪生确信,他在领导一 次新工业革命。不过,电灯设计的中心,一直是如何从总的发电装置向广大地区输 送电力。这个问题要比安装一个小建筑群的照明线路复杂而困难得多。他知道,等 待着他进行设计的仍是一个崭新的、复杂的系统,白炽灯泡的实验成功,只不过是 普及电灯链条中的一环而已。 对于门罗公园戏剧性的展览,人们有各种各样,甚至是互相冲突的反应。聚集 在门罗公园街道上的人们,个个满怀敬畏之意和对新光源的希冀之情,睁大眼睛欣 赏爱迪生的电灯,同时到来的报社记者都不愿否认他们目睹的现实:尽管还会有问 题发生,但白炽电灯确确实实来到了人间。可是有些电业界人士的看法却并非如此。 电气工程师伊莱休·汤姆森参观后表示,白炽灯很难成为有利可图的产品。一 年之后,著名的活纳·冯·西门子认为,从经济角度上讲,这种灯无法与电弧灯相 抗衡。另外,《纽约先驱报》还在1月5日刊载出W ·E ·索耶的一封来信,信中 说:由于迄今未能造成一只完善的白炽灯,因而我不相信有人能在这方面取得成功。 除索耶等持怀疑态度的人外,有些人不仅发现了爱迪生成就的意义, 而且意识 到他指日便可名利双收, 成为创造一个巨大的崭新工业体系的人。这一前景自然也 激励着其他人加紧制造白炽灯。这里最重要的是英国的约瑟夫·斯旺。他从186 0年起,就开始从事类似的探索。斯旺读了来自美国关于爱迪生试验的文章。到1 879年末,他再也不能保持沉默了,于1880年1月1日,就是在人们兴奋地 参观了门罗公园的展出后,《自然》杂志刊登了斯旺的来信。他给《自然》杂志去 信的目的,似乎是要申明他的科学发明权,所以,在他看到这期杂志的另一篇文章 引用伦敦《泰晤士报》的证论,夸耀爱迪生的电灯,当然使他悻悻不平。引文说: “爱迪生先生的电灯明亮、柔和、稳定,既不闪烁,也不变暗,看到它的人们都认 为比煤气灯更令人满意。”1880年初,斯旺成立了斯旺联合电灯有限公司,公 开与爱迪生展开了竞争。甚至两家公司已经超出了科学竞争的范畴,而是涉及到了 专利权的问题。 好在斯旺和爱迪生都非常知趣,1883年10月,两家公司合并,成立了爱 迪生——斯旺联合电灯有限公司。但是,一个问题解决了,又出现了另一个问题。 这家新成立的公司本来既依靠爱迪生1879年的专利,又依靠斯旺1880年的 专利。可是斯旺在1879年爱迪生提出专利申请之前,就成功地做出了试验。正 像斯旺所说的,他使用的也是炭丝。这样,从技术上讲,两份专利只能使用居先的 一份,而爱迪生的专利就得作废,这一来那些急于利用电力之潮的公司便可乘虚而 入。否则,只能将斯旺的早期工作降级,以保证他与爱迪生成立的联合公司有一个 美好的前景。这是一件具有讽刺意味的事情。 不过,两人都很幸运,因为两种产品之间,从法律上讲存在着基本的不同。爱 迪生用的炭丝,直径只有1/ 64英寸,斯旺的直径要大得多。这样, 法庭就能作 出判决, 认为爱迪生使用的“丝”,并非斯旺试验的内容。这一来,爱迪生的专 利被认为继续有效。 这就使潜在的占便宜者无机可乘。 把爱迪生的灯丝与索耶和阿尔邦·曼制造的灯丝相比,人们就知道了灯丝粗细 的重要性。索耶和阿尔邦·曼的灯丝, 直径为1/ 32英寸。爱迪生的灯丝只有他 们的一半,因此电阻值就等于前者的四倍,散热面积又减少了1/ 2。这种电阻与 散热面之比的八倍增长在实践中起着非凡的作用,它可使输电线的制造节省7/ 8 的铜或其他金属。 像爱迪生在以后的成功中随之而来的专利诉讼一样,爱迪生与斯旺之间的谈判 也将重新进行。在1880年初的日子里,爱迪生完全沉浸在研制工作的海洋之中。 一月初,他提出了关于电灯、制造高真空的装置和一种特殊灯泡、灯架的专利申请。 1 月28 日, 他又提出了囊括他的“电力输配系统”的包罗万象的专利书。到年底, 他的专利已有56项,其中有2/ 3是有关电灯、发电机、辅助设备及各种形式配 电装置的申请。此外还有他在研究照明系统过程中注意到的关于电力铁路的申请。 在爱迪生的众多研究项目中,灯泡是引人注目的焦点,对此,爱迪生毫不掩饰 地承认,他不仅要靠反复试验,而且也得凭运气来解决有关灯泡的问题。 随着灯丝的改进,灯泡的形状也开始变化。1879年末,灯泡还是带有长颈 的圆形,灯丝直伸到最里端,铂制的穿入线被封在里端的顶上,灯泡的顶点是尖的。 又过了几个月,爱迪生加大了灯泡的尺寸,认为这样会提高白炽灯的亮度。后来, 为了灯泡能得到更好的密封,他还在灯丝连接处使用了一种德国玻璃。不久他又放 弃了这种作法,灯泡的形状也再次改变。 电灯使用寿命的延长意味着需求量的减少,但电灯的普及使这种需求量不但没 有减少, 反而大大增加。 1882年,大约制造了10万只灯泡;10年后,年产量就达到了400万 只;到1903年,年产已达4500万只。 寻找更佳灯丝材料的行动到头来还要继续下去,尽管爱迪生已经发现了日本的 一种竹子,并订好了合同,使原料源源不断地运到了美国。但是几年以后,竹子又 被一种赛璐珞材料所替代。 1880年, 必不可少的真空泵发生了漏气现象, 灯泡的生产不得不停止下来。 虽然这次停产与试验的理论基础并没有关系,但是,报界却把用于总统竞选和国家 大事报道的全部力量都用在了对门罗公园的报道上。任何可能的成功或失败, 都逃 不过它们的眼睛。 起先许多人以为那些批评爱迪生的人也许是正确的,致使爱迪生公司的股票连 连跌价。 在爱迪生向报界表达了自己的信心以后,悲观主义者对电灯的普及仍持怀疑态 度。他们认为,用一座电站,哪怕是只供应城市的某一部份,也不一定行得通。 在门罗公园,照明的范围毕竟是块有限的区域,而且,这里的照明系统主要是 为演示而建立的,所以几乎没有考虑成本问题。其中最大的问题就是连接发电机与 电灯的铜线如何制作。为了使每只灯泡都能独立关、开,这些灯泡是并联起来的。 从理论上讲,有两种方式可以使离发电机最远的电灯与离发电机最近的电灯发出同 等亮度的光。第一种方法是使用不同电压的灯泡。不过,由于爱迪生所设想的是通 用灯泡,应能互相调换,所以这一方式自然被排斥在外。另一种办法,就是变化导 线的直径。在距发电机最远的地方,所用电线应尽量细,只需满足一组灯泡的供电 即可。离发电机较近的线路,导线要相应加粗,离发电机最近的线路,则使用最粗 的导线。这种变换导线直径的方法,可以使110伏电压的灯泡,或者任何其他电 压的灯泡在整体线路的各个位置的发光强度相等。 但正像爱迪生的批评者们所指出的,如果使用这种方法,导线的耗铜量就会大 得使整个系统无法实现。然而,爱迪生从试验白炽灯的第一天起,就考虑到了成本 问题。因此, 就在他的批评者们不断发出警告之际, 爱迪生已经准备提出自己的馈 电系统专利申请了。 按照这种方法, 不是在一个区内使用一根电源线, 而是将每个区都分成若干小 块地域;在分割后的每小块地域内,架设一根为固定灯数服务的电源线,每一电源 线都由几根馈电线与中心发电机相连。这种系统的出奇之处,就在于连接发电机的 长长的馈电线可以相对很细,只是每块地域的电源线才稍粗一些。这种布局的结果 颇为惊人。在爱迪生计划供电的纽约市一区,经过计算,使用这种馈电系统,比使 用常规输电系统要节约5/ 6以上的铜。 后来成功地创建了电力铁路系统的F·J·斯普拉格,此时也加入了门罗公园 的雇员行列。他为人们展示了如何不借助模型试验而决定馈线直径的方法。 正是馈电系统使爱迪生大大缩减了耗铜量,从而电灯才成为与煤气灯竞争的发 明之一。爱迪生的第二项创新——三线系统,在两年后设计成功。根据这一聪明的 设计,电源线之间的电势差被加倍,然后在线路中又通入一根中位线。这样,电源 线的横截面就缩小了75% ,就是说,这样一来, 电源线的耗铜又减少了62 5 1 % 。 在早期还存在着对顾客过量用电的担忧。为此,爱迪生发明了一种保险装置, 《自然》杂志称它是“一种别具匠心的设计”,有了它,哪位用户用电过量, 电路 就会自动“切断”。违禁用户的电源,就来自那熔断了的唯一的金属接头。人们最 终无须使用这种刻薄的手段,但作为检查每一用户的用电情况,这种装置仍是必要 的。 此时,爱迪生放弃了早期关于统收电费的设想。 但他所考虑的各种用电的计量方法,在试验中都存在问题。直至1880年秋, 他还在探索着解决这一问题的途径。他手下的人员虽然被分成许多工作队,但能向 爱迪生提出新鲜设想的却寥寥无几。后来被随意招募入厂的爱特华特·G·艾奇逊 发现了一种方法。 白炽灯一经证明切实可行,要求爱迪生安装独立发电装置的订单如雪片般飞来。 然而,爱迪生不久就与他的支持者们发生了分裂。这些帮助爱迪生的银行家们单纯 满足于眼前耗资较小、收入稳定的状况,因此只支持他在一座工厂或一个街区建立 单独发电厂的设想。爱迪生着眼于未来,想集中精力搞成为整个大城市照明服务的 中心供电站。 不过,在爱迪生推进中心电站计划之前,他已发现必须创建起一系列从事专门 业务的公司——爱迪生电灯公司、爱迪生机械厂、爱迪生制轴公司以及最终承担建 造和管理中心电站的托马斯·A·爱迪生建筑部与纽约爱迪生电力照明公司。他需 要新的厂址,包括将建造大型电机的厂址。为创办这些公司,他从纽约金融界借到 一些钱,但还远远不够,于是他不得不将自己在电灯公司的2500股股票大部转 卖,从而失去了对该公司的控制权。华尔街支持白炽灯的推广, 但只有爱迪生才明 白,没有中心供电站,电灯就永远不会在百姓住宅中普及。 只要不妨碍他的中心电站计划,爱迪生并不反对建独立电站的作法。事实上, 他还专门成立了爱迪生独立照明公司,负责在全美各城市安装独立电机。 前来求助的人还有10年前《纽约先驱报》发行人戈登·贝内特。爱迪生也希 望办报纸的人要求在自己的工作室装上电灯,于是他首先在纽约5号大街自己的总 部安装了印刷工的排字盘,希望前来一访的报业雇主能看到在电灯下排字的优越之 处。戈登·贝内特是第一个来访的报业老板,他看后立刻命令自己的总经理将印刷 厂换成电灯照明。 在戈登·贝内特的推荐下,年青的海军军官,北极探险者乔治·华盛顿·德朗 曾在1879年到门罗公园作过访问。在瑞典科学家诺登斯克尔德乘船从挪威驶进 白令海峡北口发现了去亚洲的东北通道之后,德朗在贝内特的支持下计划由南至北 驶过白令海峡。 爱迪生为他提供了一艘叫“珍妮特号”的船,船上有小型发电机、白炽灯,还 有用长长的导线连接的手摇电话机。 1881年1月,爱迪生的秘书辞职,英索尔被推荐接任秘书。他所乘坐的 “切斯特城市号”班轮从利物浦出发,在一个黄昏抵达纽约,一上岸,他就立刻被 带到第65号大街开始为爱迪生工作。当时,英索尔注视着爱迪生,爱迪生也注视 着英索尔,双方都失望地想说:“我的上帝!他这么年青!” 英索尔刚21岁, 看上去只有十六、七,他生得瘦削,眼球突出,面颊上还长着细细的绒毛。他的服 饰考究,作风严肃,一口浓重的伦敦腔,以至于给爱迪生造成了理解上的困难。此 时,他正张大了嘴,惊奇地观察着爱迪生这位英雄。爱迪生刚刚34岁。他穿了一 件破旧的黑色礼服大衣,一件马甲,一条黑裤子,头上戴了一顶当时在美国西部和 墨西哥流行的宽沿帽,污秽的白衬衫前挂一条白绸手绢,手绢还打着一个不讲究的 结。他的头发长且蓬乱,没有胡子,只留着参差不齐的短髭。他的作风随便, 就像 英索尔的严肃一样突出。 他的美国中西部口音浓重,同样,英索尔也几乎听不懂他在讲些什么。总起来 说,爱迪生的可取之处,就是“他的表情中流露出一种睿智的魅力,还有那双极为 明亮的眼睛。”尽管如此,初次相会的一方的确是该世纪最伟大的发明家,另一方 则是将要使发明家的混乱处境变得井井有条的商业巨匠。虽然在1881年2月以 前,很长一段时间,爱迪生不止发了一笔财,但从此以后的20年间,由于他的电 力事业的成功需要越来越复杂的金融管理,他本来会陷入困境,可是因为爱迪生幸 运地获得了一位在这方面具有丰富知识的人而得以幸免。他也向年青的英索尔灌输 自己的经营哲学。在半个世纪里,英索尔被多次指控,均无罪获释,每次他都忆起 爱迪生曾对自己说过的话:“塞米,不管你做什么, 要么就做出辉煌的成就, 要么 就辉煌地失败。 必须得敢干,得有进展。”英索尔到来之时,爱迪生已向建立中心发电站的目 标跨出了一步。根据规定,只有符合纽约市煤气公司管理法的公司才能从事照明事 业。1880年12月17日,爱迪生成立了纽约爱迪生电力照明公司。 当时,准备在纽约市建立电灯系统的还有5家公司—— 布鲁什公司、马克沁 公司、雅布罗克考夫公司、索耶公司和格莱姆公司。因此,成功的条件不仅取决于 灯泡本身的性能,还取决于照明系统的辅助设备,爱迪生在与英索尔会面的一个小 时之内就对这位青年讲清了这一点。 英索尔对爱迪生的财政事物早有全面深入的了解,因此毫不迟疑地作出了回答。 现金很快到手,制造辅助设备的公司也随之成立,爱迪生决定先在纽约地区实现他 的计划。供电目标主要是银行,也包括商行和私人住宅,还有那些不仅需要电力照 明,也需要电力充当能源的工厂。 他们决定,把供电网建在地下,这就意味着必须将纽约市的街道掘起。当然这 样做电灯本身的危险和造成灾难的可能仍然存在,为此他们受到了煤气公司的攻击, 所以必须进行充分的宣传工作。照明公司成立不久,爱迪生先将纽约的知名人士请 进门罗公园,为他们作了白炽灯的表演。然后又在代尔摩尼克饭店请他们吃了一顿 丰盛的美餐。《纽约先驱报》称爱迪生的这次表演“是一次不容否定的成功,尤其 是在他的客人痛饮香槟方面”。尽管纽约市长曾试图投否决票,但爱迪生还是得到 了在纽约市街道下铺设电线的权利。 就在中心发电站的准备工作进行中,爱迪生已在国外取得了名气。他于国外的 首次表演,是1881年在巴黎举行的法国电气设备展览会上。爱迪生为这次展览 会提供的发电设备重27吨,可以供1200只电灯照明。这是当时世界上最大的 发电机,展出之前,他的同事前往巴黎进行准备工作,爱迪生本人则留在纽约,监 督发电机的最后制造工序。这台发电机从一开始就故障百出。先是电压不足, 后来 曲轴折断, 飞到了机房的一端。这说明危险随时可能发生。 爱迪生在巴黎展览会获得成功后,法国出现了一家安装爱迪生电灯系统的公司, 不久又在英国、意大利、荷兰和比利时出现了这样的公司。 1882年初,爱迪生把他的巨型发电机从法国运往英国。在英国, 这台电机 立刻被命名为“詹姆伯”。 詹姆伯就是菲尼斯·巴纳姆带到美国的“伦敦动物园”的一头闻名的大象。这 台电机成为建在伦敦霍尔鲍恩高架桥附近的世界第一座电站的动力设备,供应30 00只电灯用电。邻近著名的约瑟夫·帕克博士的城市教堂也成为世界上第一座用 电灯照明的教堂。几百码外伦敦主要邮局的电报房也用上了400只爱迪生电灯。 爱迪生的胜利,还表现在:早期曾强烈抨击过他的威廉·普利斯不仅公开承认了自 己在分割电流方面的错误,还在《艺术学会会刊》上撰文称赞了爱迪生。 爱迪生在英国的宣传活动不久就带来了一项重要成果,他在英国公司的电力顾 问,约翰·安布罗斯·弗莱明成功地争取到一份在英国海军“皇家穆尔坦号”运兵 船上安装电灯设备的合同。海军司令部对利用蒸汽引擎的飞轮转动爱迪生发电机的 革新表示赞同,但另外一些海军的订货人持有异议。他们认为,发电机必须与高速 引擎直接相连,爱迪生公司的科学顾问约翰·霍普金森也感到使用现行发电机不可 能圆满实现对军舰的供电。然而,他发现改变发电机电磁铁的形状之后,利用低速 蒸汽机也可以带动电机产生所需要的电压。于是他给爱迪生公司去信说:“必须对 爱迪生的机器进行分析研究,不能空喊要改进它,而是要预先说明将如何改进它。 对于依靠改变电磁铁的形状、大大提高电机的功率这一点,我不是不抱希望的。” 不久,他就制造了改进模型,经过试验,便催促爱迪生公司立即改革现行电机磁铁 形状。改革后的电机就是爱迪生— 霍普金森电机,由曼彻斯特一家叫马瑟— 普 拉特的公司在英国首先制造。霍普金森知道,同等重量的电机在改进前每分钟用1 170转的速度时可带动一只电灯,改进以后,他在报告中胜利地表示,新的机器 可以带亮120只电灯。这是霍普金森的儿子记录下的事实。 不仅发电机得到不断的改进,爱迪生电灯系统的其他部件也在不断革新。在这 种改革的同时,纽约珍珠街发电厂的工程仍在继续推进。到1882年9月初,一 切就绪。 珍珠街电站供电的第二天,爱迪生访问用户,探询电灯系统的效果如何。其中 一位顾客叫科尔布,爱迪生问他是否喜欢电灯。他说:“这种新灯什么都好, 就是 不能点雪茄。”爱迪生先生什么也没说, 三天后,他送给了他一只打火机。 珍珠街发电厂运转几天后,爱迪生用福克斯河水为动力,在威斯康星州阿普尔 顿安装了水力发电机,供给附近二、三百只电灯用电。 那些曾经批评过爱迪生的人最后终于沉默下来。 不过,电力生产依然处在原始状态,常常发生事故。 为了应付紧急情况,有时也使些简陋但尚且可行的手段。在公众之中,还存在 着某种对电的恐惧情绪。哥尔克街安装的发电机在初期试验的过程中,甚至发生了 连爱迪生本人也不曾料到的事。爱迪生在一台发动机开动以后,他又发动另一台, 把它们并联起来。这下发生了自亚当出世以来最滑稽的场面。头一台发动机突然停 下,后一台则达到每分钟上千转的速度;接着,它们就调换过来,头一台猛然起动, 后一台又停了下来。问题出在调速器上。当故障发生时,站在机器旁的人们撒腿就 跑。其中有几个人至少一口气跑了一、两个街区。他抓住一台机器的制动器,另外 一个唯一保持镇静的人——E ·H ·约翰逊抓住了另一台机器的手闸,这样同时把 机器关闭了。 爱迪生到哥尔克街电厂,在现场设计出了特殊的轴和管,终于排除了故障。 到1882年底, 珍珠街电站已有231家客户, 灯数达到3400盏。到1 883年8月中旬,也就是该电厂运行近一年之际,爱迪生电灯公司报告,珍珠街 电厂已有4 31 家客户, 电灯总数超过了1 万盏。 制造灯泡的速度也在提高。原来需要4至6小时才能抽空灯泡里的空气,现在 只需一小时。另外,灯泡的寿命不断延长,而制造“玻璃瓶内的热发针”的成本在 不断降低。 爱迪生不顾每只灯泡成本1 4美元的事实,大1 胆地将灯泡定价为40美分 一只, 而且几年不变价格, 所以顾客们对灯泡的价格并不担心。爱迪生是有经营头 脑的,因为制造灯泡的成本一直在不断下降,先是从一开始的1 4美元一只降到 了70美分,接着又1 下降到50美分,最后降到22美分一只。真正影响客户对 灯泡需求的是灯泡的寿命。在珍珠街电站初次供电时, 灯泡寿命为400个小时, 而后迅速地增加。 尽管有这些成功,但在其后的几年当中,爱迪生的财政危机还是有随时爆发的 可能。 一开始,随着珍珠街电站的建成,要求建立独立电厂的客户越来越多。到18 83年春,这样的电厂已有300家。正如银行家们所料,这些电厂为爱迪生带来 了珍珠街电厂所不能企及的巨额利润,对此,爱迪生说不出是什么滋味。这些建造 独立电厂的单位有音乐厅、《匹兹堡时报》社、纺织厂、面粉厂、粮食仓库。另外 许多游船也建立了这种电厂,其中安装在杰伊·古尔德“大西洋号”游艇的一台发 电机就可供应150只电灯用电。这时,爱迪生已经成为“普降光明的人”。 在国外也是独立电厂吃香。爱迪生的白炽灯不久就被用在了伦敦、柏林、布拉 格的剧院,用在了法国和德国的酿酒厂、造纸厂与纺织厂,用在了全欧洲的工厂之 中。墨尔本的下院大厦和布里斯班的政府建筑都安装了爱迪生的电灯。 在他为新光源制订的使用计划中,还有许多天才的设想。其中之一就是使用一 台可浸在港湾水中的发电机,由波浪驱动,带动白炽灯忽闪忽灭,作为警标——这 就是原子时代不用维修可长期使用的航标灯的19世纪的模型。 这些设想不仅有其自身的意义,而且也起到了不断引起公众兴趣的作用。在这 方面,爱迪生表现出了与他的发明天才一样超人的敏感。在19世纪80年代,爱 迪生的广告宣传活动与当代广告业务相比也毫不逊色。在爱迪生的展览会上,每次 都有一名黑人服务员,他的头盔顶端装上一盏电灯,用电线在衣服里接通。他的鞋 上有尖,可以刺入展览台的地毯接触电源。这样,他每发出一份宣传材料,头上的 灯就奇妙地亮了起来。 还有一次,爱迪生用几百人组成方阵,每人都戴一顶装有电灯的头盔,浩浩荡 荡沿5号大街游行。蒸汽机和发电机都藏在方阵中,用电线将电源与每人头盔上的 电灯相连,但隐蔽得十分巧妙,从外部难以发现。打头的一个骑着马,挥舞尖端带 有电灯的警棍。 不仅有此类推广电灯的公开表演,爱迪生还利用简报进行宣传。每隔10天, 爱迪生电灯公司就发表一份简报,这是为遍布美国的公司推销员准备的。内容不外 是兴高采烈地叙述新装置的投产等等。 爱迪生竭尽全力地掌握着他的各个公司的活动。 19世纪80年代初,他就像一位十几个球不断抛向空中的杂技演员一样忙得 不可开交。他致力于白炽灯的改进,又致力于完善爱迪生系统所需的各类辅助装置, 特别是发电机的改造。自然,他也涉身于爱迪生电灯公司的财政事务,这家公司不 仅探索海外电灯事业的开发,还要处理复杂的有关专利问题。这几年,虽然爱迪生 把专利问题搁置一边,集中精力于其他事务。但专利问题还是不断地分散着他的注 意力。 在这种情况下,爱迪生忽视了一项最重要的科学发现,这就是被称为“爱迪生 效应”的现象。他只是将此现象写在了一份专利书中,而开发它,使之成为无线电 和电子工业基础的荣耀,却落在了他人身上。 在爱迪生不懈地改进白炽灯的过程中,他注意到试验中的灯泡内部出现了一种 黑色沉积物,在炭制灯丝的两个接头,其中有一个带有一圈蓝色的光晕,这引起了 爱迪生的好奇。他认为这种现象也许是分子轰击的结果,于是就在灯泡的外部包上 一层锡箔,然后将它与电流计和灯丝的正极串联。他发现,一股电流穿过了白炽灯 的灯丝与锡箔之间的空白。不仅如此,如果在灯泡内灯丝的两个接头之间置入锡箔, 那么“爱迪生效应”就会大大增加。他把这一事实记在日记里,又在论文中进行了 描述,最后于1883年写成专利书呈报上去。 这就是电子工业的种子。但当时人们连电子还不曾发现,因此未能意识到“爱 迪生效应”用途的不仅仅是爱迪生本人。在提出电压调制装置专利后不久,他把样 品灯送给普利斯,普利斯将此现象公布于众,但不曾作出任何说明,也未提起这种 效应的实际用途。 直到20年后,这种现象才得到解释。这时,弗莱明认为,这一现象是电子在 炽热的灯丝上沸腾之后,冲到了冷极上。因为电子带负电,所以冷板必须与发电机 的正极相接才会产生这种效应。这样,输入交流电之后,输出的却是直流电流。 1904年,在研制无线电时,人们在试图将一种弱电振荡转换成一股弱直流 电时,才首次发现了门罗公园试验室早在25年前就注意到的那种现象的意义。 试验完全成功,它比当时用于同种目的相关管、磁检波器和晶体检波器的效率 更高。这种无线电管,在美国则称为电子管。爱迪生之所以没有继续探索这一著名 的“效应”, 原因就是在开发白炽灯方面他手边有着无数的工作要做。 而且不久,他又陷入了另一项创造之中,这就是轻型窄轨电力列车。这种列车 可在平原地区服务于小麦贸易这一季节性的运输工作。在他钻研白炽灯的过程中, 从未间断过对电动装置的研究。自从1834年弗蒙特州布兰登的托马斯·达文波 特设计出一种使用电池的模型铁路以来,已有过多次将其用于实际目的的尝试。虽 然达文波特像爱迪生一样,使用的是固定电源方式,但他的多数后继人则采用的是 车载电源。 这样,机车就成了负荷沉重的电池组。1879年,德国西门子公司在柏林交 易会上展出了一种非车载电池的5节列车,机车是由一台3马力电机驱动的,这是 第一台用新型发电机来代替电池车辆的机车。 西门子公司的列车自然要出现许多创始者必然遇到的麻烦,仅绝缘问题就迫使 它的表演局限于晴天。 爱迪生确信自己可以胜过西门子的设计。1880年5月,他从门罗公园实验 室铺出一条用街车轨道改装的铁路,铁路先沿一条乡间道路伸展,然后绕过一座土 丘,呈“U ”字形转回实验室,全长1 ) /3 英里。* 电流由两台发电机输入铁 轨,第三台发电机装在旁边的一个四轮铁架货车上作为马达。然后,通过一系列的 摩擦轮将动力输入货车的驱动轴。 爱迪生对电气铁路寄予了莫大的希望,1880年底,他提出了电气机车系统 的第一份专利申请。爱迪生下定决心,要使电气铁路成为现实。常常促使他为之行 动的,是一种为社会服务的动机:不仅要为中西部的小麦种植者们解决运输问题, 还要在更大范围取代蒸汽机车。《纽约先驱报》6月25日报道说, 这种机车的成 功,将“为一般纽约人带来福音,因为蒸汽机车的噪音已使他们头痛,飞扬的灰尘 迷了他们的眼睛,污秽的油迹又毁坏了他们的服装。”起初,没有人认真地考虑过 电气机车的问题。多数铁路资本家认为没有必要搞这种几乎是浪费金钱的生意。公 众中,只有为数寥寥的人知道电力是什么东西,但也不能估计出它的巨大潜力, 更 令人不解的是, 一些与电力发展息息相关的方面也向爱迪生投来嘲讽的目光。 像多数批评爱迪生的刊物一样,《报务员》杂志非常清楚,在这技术迅猛发展 的时代,许多人都进行着类似的发明,在将理想化为现实的道路上,他们总是彼此 超越对方。爱迪生之所以引起人们的怀疑,是因为他往往会给人留下过份的乐观精 神,另外就是别人对他的嫉妒。如果说他对自己成功的宣传常常早在事实之前,那 么这些预言到最后往往又是事实。 爱迪生发现他的电气铁路专利受到了一位S ·D ·费尔德的竞争者威胁。最后 他不得不与此人合作成立了美国电气铁路公司。几个月后,爱迪生与费尔德铺设了 一条供表演用的铁路,共1/ 3英里长, 地点是在芝加哥博览会大厅。列车取名 “法官号”,共有三根铁轨,由中间一根向列车输入电流,两边两根用作回路,每 次可乘20名旅客。这辆列车的运转性能“胜过这个国家境内的任何蒸汽机车”。 博览会结束之前, 它共行走了466英里,载客26 万人。《电力世界》指出: “我们有充分的理由相信,在不久的将来,马与蒸汽机车就会被它取代。它拖着车 辆爬山涉水,既无马蹄的响声,也没有蒸汽机的噪音。”虽然在研究电气机车方面 ,爱迪生只是沾了个边,离成功的一天已经不远了。但电气铁路公司并没有发迹,这 里面的原因很多。爱迪生说:“我之所以失败, 是因为我不能继续干下去,我没有 时间,这里需要我做的事情太多,尤其是涉及到电灯方面的工作。” -------- 泉石书库