5 千门万户灯火明

钨舅舅是个复杂的人，既有智慧，又很务实，一如他大多数的兄弟姐妹和养育他们的父亲。他喜爱化学，但算不上他弟弟米克那样的“纯粹的”化学家。戴夫舅舅还是一位企业家，是个商人。他开了一家工厂，生产灯泡和真空管，销路不错，日子过得也挺好。他和手下工作的人都以朋友相待，颇有私交。虽然扩大规模、成为大厂对他而言轻而易举，他却无意于此。他还是曾经那个少年，心怀对金属和材料的爱，如痴如醉地研究着它们的属性。他会花上数百个小时，观察工厂的全部生产流程：钨的烧结和成型，线圈和灯丝钼制支撑结构的制作，向灯泡里充氩气的过程，这些都是在法灵登的老厂区完成的；还有玻璃灯泡的吹制，以及用氢氟酸处理灯泡的过程，这些都在法灵登的新厂区完成。他的手下能力很强，机器也运转良好，他根本不需要自己动手做这些事情，但是他乐在其中，有时还会一边观察一边思考技术改良和新的工艺。他的工厂里并不需要设备精良的小型实验室，但是他充满好奇心，又沉迷于实验，还是设立了一个。实验室里的部分研究成果直接就在生产中应用，不过我看其中大多数都纯粹是为了好玩。对白炽灯和各种照明设备的历史，以及背后的基础化学和物理知识，他也不需要了如指掌。但是他喜欢置身于传统中的感觉——既是纯粹的科学和应用科学的传统，也是工艺和工业的传统。

舅舅喜欢说，白炽灯的出现，终于实现了爱迪生千家万户灯火明的愿景。如果有人能从外太空看地球，观察地球每24小时完成一次自转，进入黑夜的暗影，他们就能看到数以亿计的白炽灯每晚都会亮起，白热的钨丝散发着光芒，撕裂了那片暗影——他们便会知晓，人类终于征服了黑暗。舅舅说，他想不出有什么发明对社会习惯和人类生活的改变能超过白炽灯。

戴夫舅舅告诉我，从很多方面来看，化学发现的历史与对光明的追求都是密不可分的。1800年之前，人们只有使用了数千年的蜡烛或简单的油灯。它们的光是微弱的，街道是黑暗且危险的，因此，人们要提着灯笼或趁满月才敢走夜路。安全、简便且高效的家庭和街道照明设施有着巨大的需求。

19世纪初，煤气灯出现，人们也就此做了很多尝试。不同的喷嘴可以喷出不同形状的煤气火焰：有蝙蝠翅膀、鱼尾、鸡后爪等各种形状。我听着他讲出这些火焰的名字，心下欢喜，对各种形状的漂亮火焰也心驰神往。

但是，靠着碳粒子发光的煤气灯火焰，并没有比烛火亮太多。人们还需要在里面添加一种东西，使火焰更明亮。这种物质就是氧化钙，也就是石灰，被加热时会发出强烈的白绿色光芒。戴夫舅舅说，这种“石灰光”在19世纪20年代被人发现，之后数十年一直用于舞台照明，因此，虽然现在的白炽灯不再使用石灰，我们还是会用“石灰光”指代聚光灯。加热氧化锆、氧化钍、氧化镁、氧化铝和氧化锌等几种氧化物，也能产生类似的灿烂光芒。（“人们会用zincia表示氧化锌吗？”我问道。舅舅微笑着说：“不会的，我从来没听人这么叫过。”）

19世纪70年代，人们已经尝试过很多种氧化物，渐渐明确某几种混合物被加热后发出的光芒比任何单一氧化物的都更明亮。奥尔·冯·威尔斯巴赫在德国试验了无数种组合，最终在1891年找到了理想配比：氧化钍和二氧化铈以99：1的比例混合。这个比例非常关键，奥尔发现100：1或是98：1的效果都将大打折扣。

此时，条形和铅笔形的氧化物都已被使用过，但是奥尔发现，用苎麻罩子之类“形状合适的布料”罩住氧化物，这样与它的混合物的接触面积就会增大，发出的光也就更加明亮。这类罩子引发了煤气灯行业的一次革命，使煤气灯能与滥觞期的电灯一较高下。

亚伯舅舅比戴夫舅舅年长几岁，他对这项发现的记忆非常深刻。他记得，有了这种新的煤气罩，莱曼街上灯光昏暗的房子突然变得明亮起来。他还记得当时出现了一波淘钍热，仅仅几星期的时间，钍的价格就涨到之前的10倍，人们开始苦苦搜寻这种元素的新来源。

美国的爱迪生也是各种稀土发光实验方面的先驱，但是他没有取得奥尔那样的突破，在19世纪70年代末，他转移了精力，着手优化另外一种灯——电灯。19世纪60年代，英格兰的斯温和其他几人开始研究铂灯泡（舅舅的陈列柜里就收藏了一只斯温发明的灯泡）；爱迪生好胜心极强，加入了这场竞争，但是他和斯温一样，遭遇了一个重大的难题：铂的熔点虽然很高，但还是不够高。

爱迪生也曾用过很多种其他熔点更高的金属做实验，想要找出一种可靠的灯丝，但都没有成功。1879年，他突然有了灵感。碳的熔点比任何金属都高，没有人熔化过碳，而且碳虽然可以导电，但是电阻很大，因此更容易加热发光。爱迪生按照早期金属螺旋灯丝的样子，尝试制作了碳螺旋灯丝，但是这些碳螺旋碎了。他的解决方法出奇地简单，却需要天才的头脑才能想出来。他把一段有机纤维（纸、木头、竹子亚麻或棉线）烧成碳骨架，要保持骨架不碎，又能导电。这些灯丝嵌入真空灯泡里，能够提供数百小时的稳定灯光。

爱迪生发明的灯泡为一场真正的革命提供了可能——当然，还需要接入发电机和电线等一整套系统。舅舅带我来到窗前，挥手指向楼下的街道说：“世界上第一套中央电力系统就是爱迪生于1882年在这里建设的。大型蒸汽发电机安装在那边的霍本高架桥上，为高架桥和法灵登桥路一线上的3000盏电灯供给电力。”

随后的19世纪80年代成为电灯的时代，一整套电站和电网体系建立起来。但是在1891年，奥尔优化了煤气罩，效率极高，价格适中，而且可以使用既有煤气线路，给新兴的电灯产业带来了严峻的挑战。舅舅给我讲了他们年轻时经历的电灯和煤气灯之争，两方互有胜负，局面胶着。这片区域的很多房子都装了两种灯，我们家也不例外，因为大家都看不清最终哪一方能够胜出。直到50年后，我童年时，伦敦的很多街道，特别是金融城里的街道上仍在使用煤气灯。有时，夜幕降临之时，我们还能看到灯夫拿着长长的竿子，点亮一盏盏路灯。我很喜欢看这道风景。

碳丝灯泡虽然优点很多，但也有些问题。碳丝易碎，使用时强度更低。而且碳灯丝只能在相对较低的温度下照明，发出的是昏暗的黄光，而不是明亮的白光。

有什么方法解决这些问题吗？我们需要一种熔点与碳接近的材料，至少也要达到3000摄氏度，而且强度还要比碳丝高很多。满足这些条件的金属只有三种，分别是锇、钽和钨。讲到这里，戴夫舅舅开始眉飞色舞。他很钦佩爱迪生，仰慕他的才能，但是，碳灯丝显然入不了他的法眼。他似乎觉得灯丝就得用金属制作才行，因为只有金属才能有足够的延展性，做成合适的灯丝。他对碳灯丝嗤之以鼻，认为用碳做灯丝有违常理，能维持那么长时间也算是出人意料了。

第一盏锇灯泡是奥尔在1897年发明的，戴夫舅舅的陈列柜里也收藏了一只。可惜，锇很稀有，全世界的年产量仅有6.8千克，价格高昂。当年，想要把锇拉成丝几乎不可能，因此需要将锇粉与某种黏合剂混合，注入模具中，烧结之后，黏合剂也就烧掉了。这样制成的锇灯丝也非常易碎，上下颠倒一下灯泡，灯丝便断了。

当时，钽已经被发现了百余年，但是一直极难提纯，也很难被使用。到1905年，钽的提纯技术已经有了长足发展，钽可以制作成钽丝了。有了钽灯丝，白炽灯泡就能以低成本量产，可与碳丝灯泡形成竞争，这是锇丝灯泡办不到的。但是，要使钽灯丝的电阻足够高，就得将其制成很长的蛛丝细线，缠绕成笼子一样的复杂之字形灯丝，放入灯泡内。尽管钽受热后会略微变软，但是这种灯丝仍然取得了巨大成功，最终对煤气灯的统治地位形成了挑战。舅舅说：“钽丝灯泡风行一时。”

直到“一战”爆发，钽丝灯泡仍然风行，但即使在钽丝灯泡最流行的时候，人们还是在研究钨丝灯。第一盏可以点亮的钨丝灯在1911年被制造出来，在极高温下能短暂工作，不过钨丝会蒸发，凝华后覆盖了灯泡内壁，灯泡很快就变黑了。美国化学家欧文·朗缪尔对这个难题发起了挑战，他提出向灯泡中充入惰性气体，给灯丝一个正向压力，从而减缓钨丝的蒸发。这就需要一种完全的惰性气体，最佳的候选气体就是15年前分离成功的氩气。但在灯泡中注入气体又带来另外一个问题：气体对流会造成大量的热量损失。朗缪尔发现，解决这个问题的方法就是尽可能压实灯丝，灯丝不能像展开的蛛网一样，而是要做成缠绕紧密的线圈。用钨就能做成这样紧密的线圈。1913年，万事俱备：纤细的钨丝，缠绕成紧密的螺旋线圈，放置到充有氩气的灯泡里。此时，钽丝灯泡明显已经气数将尽，很快就会被更耐用、更便宜且效率更高的钨丝灯泡取代（“一战”之后，氩气才实现商用，更新换代自然也在战后才能实现）。这时，很多生产商开始转而生产钨丝灯泡，戴夫舅舅会同兄弟几人（还有他妻子韦克斯勒家的兄弟几人，他们也是化学家），集中了资源，创立了自己的公司“钨光”。

戴夫舅舅给我讲这段传奇故事时喜形于色，因为其中很多是他的亲身经历。而那些先驱都是他心目中的英雄，因为他们既保持着对科学纯粹的热情，又有务实的生意头脑（他告诉我，朗缪尔是第一位获得诺贝尔奖的实业化学家）。

戴夫舅舅生产的灯泡比德国欧司朗、美国通用电气和市场上其他商家的电灯泡都更大、更重，亮得出奇，而且似乎永远也不会坏。有时，我会期盼着灯泡坏掉，这样就能将它们摔碎（不是很容易），掏出里面的钨灯丝和钼基座，然后兴冲冲地来到楼梯下面的三角形储物柜前，拿出一只用皱巴巴的硬纸筒包裹的新灯泡。别人买电灯泡都是一次买一个，但我们家的灯泡是工厂直供，一次送来一纸箱，有几十个——大多数都是60瓦和100瓦的灯泡，不过储物柜的灯和夜灯用的是15瓦的小灯泡，前门廊上用的是明亮的300瓦灯泡，照亮门前的路。钨舅舅生产的灯泡多种多样，型号不一，有小手电筒用的1.5伏微型灯泡，也有足球场或搜救现场等使用的巨型灯泡，应有尽有。他也生产有一些特殊形状的灯泡，用在仪表刻度盘、眼底镜或其他医疗设备上。尽管舅舅钟情于钨，但也会生产一些钽丝灯，用在电影放映机和火车上。这种灯丝相比钨丝，照明效果较差，也不那么耐高温，但是防振动效果更好。这种灯泡爆了的时候，我也喜欢摔碎，从里面取出钽丝，加入我不断扩张的金属和化学制品收藏中。

我喜欢即兴创作，有了舅舅的灯泡，我一时兴起，准备在楼梯下面昏暗的储物柜里建立一套属于自己的照明系统。那个储物柜里本没有灯光，好似隐匿在最深的神秘角落里，深深地吸引着我，又令我有些害怕。我用了一个柠檬形状的6瓦灯泡（车侧灯使用的那种）和一个给电灯笼供电的9伏电池，笨拙地在墙上插了一个开关，又从开关里拉出电线，把灯泡和电池连接起来。我对这小小的装置自豪得不行，家里一有客人，就要给他们展示。但是，刺目的灯光照亮了整个储物柜，驱散了黑暗，也驱散了它的神秘感。我想太亮也不好，有些地方的神秘面纱最好不要去揭。