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今天，和大家分享一位科学家的故事。他学历一般，却通过自己和团队的努力对人类做出了突出贡献。这个人，其实我们既熟悉又陌生。 1879年12月底，大雪纷飞，众多衣着鲜亮的男男女女拥下火车，他们走出狭小的木制站台，爬上陡峭的台阶，展现在眼前的是一副从未见过的奇景。身处宾夕法尼亚和纽约之间的最高点，他们被五十三盏电灯释放出的光芒弄得神魂颠倒、连连惊叹。 纽约《先驱报》这样描述当时的情景：“这些参观者从四面八方赶来，使这个方圆数英里的小镇堆满了形形色色的车辆——这当中有男、有女，有农民、技工，也有各种体力劳动者和孩子，与此同时，火车上又走下银行家、掮客、资本家、观光者，以及急于做生意的代理人。” 这一年10月，美国科学家爱迪生发明了一项从此改变世界的电器——白炽灯。 爱迪生并不是一个人孤军奋战的，他拥有一支团队，和一个在当时来讲非常现代化的实验室。这个实验室坐落于新泽西州的门罗公园。当然，爱迪生并不是只有在这里才搞发明，在搬来这里之前和离开之后，他一直都在发明创造。但这里被认为是现代工业研发实验室的雏形。在这里，他和他的团队发明了白炽灯！1875年底，爱迪生搬到门罗公园，并以2,500美金（约合今日50,000美金）的价格在这里新建了一座两层建筑。这栋白色的实验室完工于1876年3月25日，一楼为机械加工车间，二楼为化学实验室。这样的实验室，在美国是头一个。  门罗公园实验室外观 1876年4月，爱迪生的门罗公园实验室正式开始运作。首批员工只有两位实验员和三位机械技师。在这里工作虽然劳累，但是却振奋人心，于是随着实验室的拓展和名声大噪，爱迪生吸引了一批活跃而勤勉的年轻人加入他的团队。 在短短几年间，实验室的工作人员就已经达到数十人。爱迪生要求他们工作时记录详细的实验数据和工作日志，由他本人来拆分任务并在关键性的节点上给出命令，同时，他也鼓励工作人员自行创造发挥解决问题。这里俨然一个“发明工厂”。  门罗公园魔法师团队 最早，爱迪生的实验室依靠西方联合公司（West Union）提供资金支持才得以运转，同时，爱迪生承诺，一切可用作商业电报的发明他都将贡献给西方联合公司。他也的确成功地发明了许多东西，比如锡箔留声机。这项发明为他赢得了“门罗公园的魔法师”的称号。 不过西方联合公司并不想要这项发明，于是一伙来自贝尔电话公司的发明家帮助爱迪生成立了留声机公司，并给他一万美金以供后续研究之用。但在发明出可商业化使用的留声机之前，爱迪生的兴趣就转向了电灯。 1878年，弧光灯的研发竞争在北美大陆上已经处于白炽化状态，这种光源嘶嘶作响十分耀眼，在当时已经无人不惊叹。爱迪生的老朋友、宾夕法尼亚大学的乔治·巴克（George Barker）教授为了引起爱迪生的兴趣，给他送去了大量有关这种人造光源的报告。随后，在9月8日，一个星期天，爱迪生、巴克和纽约《太阳报》的一位记者一起下了火车，参观华莱士（Wallace）的弧光灯和为之提供动力的蒸汽发电机。 那位记者报道说：“爱迪生欣喜若狂，对此非常痴迷……他从机器到灯、又从灯到机器来回跑着，他趴在桌上，像个天真的孩子，并作着各种各样的计算。他估算了机器和灯的功率，传输过程中可能的损耗，用这设备分别在一天、一周、一月、一年里能节省的煤的数量，以及批量生产可节省的煤的数量。” 爱迪生兴奋不已。 爱迪生向弧光灯的研究者华莱士说出这句话后，便下定决心，要在电灯制造上做出更大的进步。他回到安静的门罗公园实验室，开始思考。要制造电灯，灯芯必须是一种能通电使之到白热状态发出光亮，而且能经受住上千度高温的材料。很快，爱迪生和他的团队就将关于灯芯材料的研究重心集中在炭化物和铂金上。炭化灯芯虽然价格低廉随处可取，可是燃烧时间却非常短。爱迪生意识到这是由于灯罩内有充足的氧气使得灯芯过快氧化。然而，当时实验室所拥有的手动真空泵却无法在灯泡内制造出足够的真空环境。于是爱迪生将目光投向铂金。  碳芯灯泡 铂金虽价格昂贵，但是其熔点却仅次于钨，然而当时还未曾有能够将钨制成细灯丝的工艺。当早期的铂金灯初具成效的时候，爱迪生发现，他的铂金灯丝总是在很低的温度时就融化掉了。于是在1879年1月，他做了一些基本实验想找出问题所在，最终定位为空气进入金属孔隙中加速了金属的老化。于是，爱迪生不得不放下手头对于灯芯的研究，转而寻求更好的真空泵。 爱迪生和他的助手们翻遍了科技杂志，了解到当时最好的真空泵是思普林（Sprengel）和盖思乐（Geissler）水银泵，从附近大学里没有借到，他最终从一家纽约的雷曼&巴茨（Reinmann & Baetz）玻璃制造公司购买到了盖思乐水银泵。当时巴茨先生也定期来门罗公园协助真空泵的开发。 到了8月中旬，他们已经改装了几组不同的水银泵，其中一个还加上了麦丽德（McLeod）阀门，这项发明最终也被整合进门罗公园稍后独立发明的真空泵中。爱迪生受过的基础教育程度不高，但他非常擅长驾驭“煮熟了的”科学，将两种水银泵组装克服了各自的缺点，他最终拥有了一台既能快速抽真空又能达到较高真空环境的真空泵。这下好了，他又可以进行灯芯的研究了。 既然现在手头有了这么好的真空泵，铂金的价格又那么贵，爱迪生又可以接着研究炭化灯芯了。但即便如此，具体炭化物的选择也是一个头疼的问题，当年似乎也没有什么科学理论能够指导爱迪生如何选择炭化物。所以他唯一的办法就是不停地试。 他和他的团队夜以继日的做着实验，选取了大约一千六百种材料之后，终于在1879年10月22日爱迪生第一个成功的炭芯灯泡持续点亮了13个半小时。他一边改进自己的设计，一边着手寻找更好的材料。虽然爱迪生于1879年11月4日提交的专利申请中对于灯芯制造的描述包括“棉花和棉麻线头、木片等”，他和他的团队日后还是发现一种炭化竹纤维可以持续工作1200小时。 1879年末的那次展示所用的灯芯是炭化纸板，爱迪生认为这种材料很不好，因为在显微镜下炭化纸板的机构非常不均匀，有的地方密有的地方疏。如果炭化物质是最好的灯芯，那么爱迪生还需要找到最合适的炭化物。他告诉他的员工：“现在我相信，在全能上帝的工作室里一定生长着一种具有平行纤维的植物。找到它。纸是人造的，因此不适合做灯芯。”后来，实验就集中在草类和藤条类的植物，比如大麻、美洲蒲葵和竹子。这些植物都具有整齐划一的纤维。最终，通过不停地试验，竹子成为了可商业化电灯的最好灯芯材料。  竹芯灯泡 但是，爱迪生并未止步于白炽灯的发明。仅仅有这项发明还不够，为了将这项发明推广出去最终商业化，他还需要设计为灯泡供电的一整套电力系统。 1878年，爱迪生在纽约市成立了爱迪生电力照明公司，并于1879年12月31日第一次向公众展示了自己的白炽灯。就是在这个时候，爱迪生说：“我们要让电力便宜到只有富人才燃得起蜡烛。” 爱迪生照明公司 爱迪生从来都是行动派，他按照大城市的燃气照明系统设计了自己的电力系统。燃气系统包括中央工作站、地下导管、燃气表和汽灯。此外，爱迪生还设计了发电机和输电网络，保险丝等安全设置以免电路过载发生事故。而当中的核心组件当属发电机。 在爱迪生发明白炽灯之前，发电机基本上都是给弧光灯供电的，于是就无法直接应用于白炽灯。当时的电气师们认为，电路的内阻和外阻相等时能产生最大的电流，于是许多发电机都是遵循这个思路。但是爱迪生和他的助手决定降低内阻，以提高效率。爱迪生在他的文章中说他的发电机“能够将96%的能量以电流形式输出……这样总共有80%的马力可以用作电灯。” 不过，爱迪生所发明的这台发电机（Dynamo）很难说是什么新鲜玩意儿，因为所采用的原理是法拉第（1791-1867）半个多世纪之前就已经发现了的电磁感应现象。那个时候，理论发现与技术发明之间的迟滞时间很长，并不像现在，也许一件新的理论发现不到两年就可以整合到技术发明中去。所以，说爱迪生全然没有受过科学训练是不符合事实的，但他也绝对和科学前沿搭不上边，他采取的科学大多都是“煮熟了的”。 爱迪生和他的助手们设计出的发电机、输电线路、电表等等设施简直不可能一一枚举。不过也许有一项数据可以说明问题，在1879年至1882年间，在解决发电、输电、测量和使用等等电力问题时，爱迪生注册了上百项专利。仅1882年一年，他就收获了106项电力方面的专利。所以，我们今天看到一盏点亮的电灯背后，其实有着一个庞大复杂无比的电力系统，而爱迪生的贡献也并不小，虽然不像白炽灯泡的发明那样为人所称道。 同年，爱迪生在下曼哈顿地区的珍珠街安置了自己第一台永久性的中央工作站，并为这个工作站专门设计了发电机，为包括华尔街和许多纽约的报社提供电力服务。爱迪生的电力系统和今日大多数国家所使用的交流电系统不同，这种直流系统在人口稠密的地区或者单独一栋建筑非常受用，尤其是在中央工作站一英里范围以内的电器来说非常经济有效。 然而，在19世纪中叶兴起的交流电系统成了爱迪生公司强有力的竞争对手。爱迪生拒绝研发可以远距离输电的交流电，因为他认为不安全。这种观点当然与他在直流电电气工业中所作出的努力和投资有关。他的公司，爱迪生照明公司，也在1892年2月被通用电气并购。 这位名下有数千件发明的“发明厂厂长”、带来了光明的“门罗公园魔法师”和营销与组织方面的商业奇才虽然最终离开了电气行业，但是，他的愿望——“让电力便宜到只有富人才燃得起蜡烛”——也的的确确成为现实。 爱读书，求甚解，好辩论，不争输赢。 |
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