坦率地算了一下,爱迪生是第23个发明电灯的人

托马斯·爱迪生,一个令人感到困惑的人。

一个只上过三个月学校却持有1093项专利的成功人士。

一个几乎在所有中国孩子心中留下痕迹的地道美国人。

不夸张的说,在中国的街头随便抓一个学生,十个里有九个能生动地讲出爱迪生发明灯泡的故事来:

爱迪生很早就下定决心要发明一种比煤油灯更好的照明灯。

于是他苦苦寻找能通电发光的材料,但这些做灯丝的材料效果都不理想。

爱迪生为了发明灯泡尝试了6000多种材料,7000多次实验。

终于如愿以偿找到能坚持45个小时之久的灯丝材料,也标志着伟大的电灯被发明了出来!

也印证了爱迪生的那句名言:“天才是百分之九十九的汗水加上百分之一的灵感。”

  __________

  故事最大的漏洞就是:小学没毕业的爱迪生怎么就知道电流能让导体发光呢?

这也是故事着重凸显爱迪生那百分之九十九的汗水而对前期那百分之一的灵感避而不谈的原因。

但事实的真相是爱迪生在电灯的发明中连那百分之一的灵感也没有,电灯的想法是他从英国人约瑟夫·斯万那里顺来的。

约瑟夫·斯万爵士是英国知名的化学家、物理学家和发明家。

他早年在家乡的药店当学徒,跟随一位药剂师学习,出师后一直从事化学方面的工作。

但斯万个人最感兴趣的研究还是电与光之间的神秘联系。

早在1848年,20岁的斯万就开始着手研发电灯了,并在灯丝的材质选择上有重大突破。

约瑟夫·斯万

  在斯万之前已经有一些发明家尝试使用金属作为灯丝,比较常见的是用铂丝。

但铂丝成本非常高,并且它1768摄氏度的熔点导致耐用性较差,并不是一种好的选择。

斯万尝试用碳来替代铂丝,碳的熔点高达3500摄氏度,不容易因为通电后的炽热而熔断。

但碳也有一个很大的弱点——在空气中容易燃烧,需要与氧气隔离才能长时间工作。

斯万的真空碳丝电灯方案就这样敲定了。

约瑟夫·斯万

  他将一种硬纸板剪成马蹄铁弧形的条状,然后放在坩埚中烘烤制成碳化的碳阻丝。

把碳丝两头接上导线封闭在一个钟形玻璃罩内,并尽可能地抽出内部的空气。

导线接上电池的两个电极,碳丝发出明亮的光芒,这便是最原始的白炽灯。

虽然斯万的灯泡只亮了13.5个小时就烧坏了,但这不妨碍它成为一个伟大的突破。

那一年,爱迪生1岁。

爱迪生

  由于当时电灯的前置基础技术不成熟,用于供电的电池性能差电压低,真空技术也没发展起来。

斯万的电灯不仅没有什么实用价值,性能也相当差,糟糕的真空技术总是让碳丝很快就烧断。

为此他一直在改进自己的这个发明,陆陆续续研究了12年之久。

始终无法突破耐用性这个瓶颈,在1860年彻底放下了实验工作。

这一年,爱迪生已经是个13岁的小报童了。

爱迪生

  停下电灯研究工作的斯万也没有闲着,他涉猎广泛已经成为了当地学术圈内小有名气的人物。

他也从一家摄影底板制造公司的助手晋升为合伙人,还改进了当时的火棉胶湿版摄影法。

斯万设计了一种干燥的摄影底版,用硝化纤维素塑料替代原先现场制备硝化纤维溶液的繁琐步骤。

15年后,这个技术给美国的伊士曼带来了灵感,他后来成立柯达公司。

火棉胶湿版摄影

  直到1875年,斯万才又重新拾起最初的电灯研究。

有两方面原因,一个是因为英国物理学家克鲁克斯为研究真空放电现象而改进了抽真空技术。

另一个是比利时的工程师格拉姆和德国的西门子制造出了性能出众的直流电动机。

这两项技术的完善让斯万看到希望,他只需要在制作灯丝的技术上努力就足够了。

斯万的电灯的确没有因为灯泡中残余的氧气而发生燃烧,但却暴露出了另一个问题。

克鲁克斯管需要严格的真空

  碳化灯丝的电阻太低,原先采用电池供电并没有过多地暴露出这一个问题。

如今采用直流发电机供电,碳丝在大电流的情况下就显得弱不经风了。

虽然研究还没有公开,但斯万平日关于白炽灯的谈论还是得到了圈内人的高度关注。

一种斯万式马蹄形碳丝白炽灯

  那一年,爱迪生在去怀俄明看日食的路上,闲谈中从物理学家巴克的口中得知了斯万的白炽灯。

他顿时觉得白炽灯将来肯定会成为家家必备的照明设备,趁目前技术还不成熟赶紧加紧研发抢占先机。

经过这些年,爱迪生可不再是个小报童了,他已经是发明了留声机、自动电报机的大发明家。

虽然他自己没有什么文化,但他懂得用人之道,在他的实验室里不乏大学生和科学家。

日食观光团,右二为爱迪生,1878年摄

  他立马指派手下的科学家乌普顿协助研发白炽灯的工作。

另一方面,白炽灯的研发还远没到能应用的地步,爱迪生就已经成立了新的电灯公司。

并且还登报宣传他已经解决了电灯的各种配套问题,吸引了不少投资者。

手持灯泡的爱迪生,数码修复版

  这也逼得斯万不得不早早将自己还不算成熟的白炽灯拉上台面展示。

1878年,斯万在纽卡斯尔的学会上公开展示了他的白炽灯,但最担心的事情还是发生了。

灯丝还是由于过大的电流而被烧坏了,这个问题在次年的再次展示上才被解决。

不过这并不妨碍斯万在英国申请碳丝真空玻璃罩白炽灯的专利。

图/斯万早期研制的白炽灯

而爱迪生投入的大量财力人力也没有白费,1879年他的实验室采用碳化棉丝制成了持久的白炽灯,并在年底公开展示了他的白炽灯。

斯万得知后心里当然不爽,一个没文化的小辈还想弯道超车?

他在《自然》杂志上刊文指出:“15年前,我就根据白炽灯原理将焦化纸和焦化纸板用于制造电灯,确切地说,我曾将它制成马蹄铁的性状来使用,正如爱迪生现在使用它的样子。”

几款爱迪生灯泡

  谴责是徒劳的,发明最终还是要靠专利来说话的。

1880年末,斯万的白炽灯在英国获得了专利,成为了英国第一个白炽灯专利。

斯万的白炽灯专利

  而爱迪生的专利就没那么顺利了,虽然申请日期比起斯万早了几个月,但在1883年被美国专利局判定是基于索耶发明的微创新,专利无效。

  索耶拿到了美国第一个白炽灯专利

  爱迪生上诉了6年之久终于在1889年才重新拿到了白炽灯的专利。

爱迪生的白炽灯专利

  即使爱迪生的商业天赋再高,也无法撼动斯万白炽灯在英国的地位。

爱迪生公司的商业帝国触及英国市场,也不得不花高价购买斯万的专利授权。

最终双方合伙在英国成立“爱迪万”(EdiSwan)公司,从此过上了幸福的生活。

故事讲完,你一定会以为白炽灯肯定就是斯万发明的,那就未免错得有些离谱了。

如果说电灯是英国人斯万发明的,那俄国人肯定就不愿意了。

在他们的国家,前有洛德金于1872年发明的白炽灯,后有亚布罗契科夫于1875年发明的“蜡烛”碳棒电灯。

亚布罗契科夫的蜡烛拿到了俄国第一个电灯专利

  如果说电灯是俄国人发明的,那德国人就肯定不愿意了。

德国人亨利·戈培尔1854年发明的碳化竹丝白炽灯当时就可持续照明400个小时,那时他还没有加入美国国籍。

戈培尔的发明被认为是第一个实用的白炽灯

  如果说电灯是德国人发明的,那英国又会重新不愿意了。

因为在1801年,大化学家、英国皇家学会会长戴维就通过实验让铂丝通电发光。

8年之后,戴维和他的学生法拉第一起研制了碳棒弧光灯,但因为亮度太高损耗太快而不适合家用。

戴维的弧光灯开启了电灯时代

  电灯究竟是谁发明的?

是把电灯推广到每家每户的第23个发明人爱迪生?还是更早制作出实用白炽灯的其他发明者?

都不是,没有人真正发明了电灯,电灯只是人类科技发展道路上一个必然的里程碑。

没有直流发电机技术,没有成熟的真空技术,没有电学理论的基础。

就算带着现成的电灯回到那个年代也仿造不出合格的产品,斯万的经历就是最好的例证。

各国间的电灯发明之争无非只是为了显示国家科技的前沿而已,任有一万个理由都不可能把这全人类共创的成果贴上标签据为己有。

 

  *参考资料

  宋牧襄. 斯万对爱迪生——电灯发明的竞争及思想的交互[J]. 中国工程师,1996,(03):35-36.

  Priya Ganapati. Dec.18,1897:Let there be light_electric light. 12.18.2009

  黄飞英,黄建东. 发明电灯的专利权究竟属谁[J]. 发明与革新,2001,(04):17.

  陈金波. 看爱迪生微创新造出了什么[J]. 中国机电工业,2011,(06):24.

  Mara Bermudez. The History of the Light Bulb. DEL MAR Fans&Lighting.

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