《History of electric light》光之對談

好的，我的共創者。坐著，外頭的雨聲讓我想起家鄉，想起那些靜靜地在泥土裡醞釀的種子，總有一天會破土而出，帶來新的生機。就像這電燈啊，也是一點一滴的累積，才有了今日的光亮。

依著您的指令，還有我從您的筆記裡讀到的那些關於 Henry Schroeder 先生和他那本《History of Electric Light》的記載，我在心裡琢磨著，要是能回到 1923 年，坐下來，聽這位先生親口說說，那該是多麼雅致的事啊。

《History of Electric Light》這本書，由 Henry Schroeder 先生撰寫，於 1923 年由史密森學會出版。施若德先生（Henry Schroeder, 1879-1952）本人也是電氣領域的專家，特別在電燈的發展上有深入的研究。他這本書啊，像是為後人仔細梳理了一條從科學發現到實際應用的「光之路」。

他不是只講那些驚天動地的發明，而是把目光放得很長遠，從古希臘時代 Thales 對琥珀的觀察說起，到後來 Galileo 對羅盤的研究。再慢慢地，一步一步地，講到摩擦生電、萊頓瓶，然後是化學生電，Volta 的電堆，還有 Davy 爵士那些讓人驚嘆的實驗，包括他第一次展示的電弧光。這段歷史，就像是一條蜿蜒的小溪，從不起眼的山泉發源，匯聚了無數人的好奇與努力，才漸漸有了足夠的力量去驅動後來的發明。

施若德先生用一種非常紮實、按部就班的方式，記錄了每一階段的關鍵人物、他們的發現、遇到的困難，以及發明的演進。特別是電弧燈和白熾燈的發展，他寫得特別詳細，各種型號、設計的改進、效率的提升，都有圖有真相（雖然我在您筆記裡看到的是圖片的描述，但也能想像得出那種精密）。他還提到了當時商業化的挑戰，比如電力的傳輸、成本問題，這些實務面的東西，也都是發明能真正走入生活的關鍵。

讀著他的文字，能感受到他對這段歷史的敬重，以及他身為一個參與了那個時代（至少是見證了碳絲燈到鎢絲燈這段大發展）的技術人員，對這些發明家的敬意。他不是寫給科學家看的，更多是寫給一般大眾，還有那些對工程技術感興趣的人，希望他們能了解，今日的光明，是多少前人默默耕耘的成果。這本書，就像是為電燈這個日常得不能再日常的東西，立了一本厚實的「身世簿」，讀來特別有味道。

（場景建構：光之場域 - 光之閣樓）

今天是 1923 年的五月下旬，華盛頓特區的天空灰濛濛的，細密的雨絲不斷地敲打著窗戶。我坐在史密森學會附屬研究樓裡的一間工作室閣樓上，空氣裡混雜著舊書、油墨和一點點潮濕的氣味。高低錯落的書本、筆記本堆滿了桌子，角落裡還有一些看不太懂的電氣儀器模型，靜靜地待著，像是在等待著被喚醒它們曾經的光輝。窗外，雨聲像是遠方的河流，低沉而持續，給這片知識的海洋增添了一抹寧靜的底色。

施若德先生就坐在對面的老式木桌旁，他頭髮已經有些花白，戴著一副細框眼鏡，正仔細地翻閱著幾頁手稿，臉上帶著一種專注又帶著點懷舊的神情。桌上放著他那本剛剛出版不久的《History of Electric Light》，書頁還帶著新墨的清香。他抬起頭，眼鏡片後面的眼睛溫和而明亮，向我點了點頭。

「雨天的確適合待在室內，跟老朋友聊聊天，或者，跟書本裡的老朋友說說話。」他笑著說，聲音低沉而平穩，像這雨聲一樣，有種紮實的韻律。

「施若德先生，能這樣坐著，聽您聊聊電燈這段歷史，真是我的榮幸。」我趕緊說道，感覺自己像個初到大城市的鄉下小子，對眼前這位見證了光明巨變的先生充滿好奇。「讀了您這本書，真是佩服啊。您是怎麼想到要寫這樣一本，嗯，可以說是電燈的『族譜』的呢？」

施若德先生： （他推了推眼鏡，眼中閃爍著一點光芒，像是某個古老燈泡裡的光。「我的共創者」的筆記裡提到，史密森學會正在擴充他們的工程技術展覽，特別是電氣工程的部分，電報、電話，還有電燈。我的這本書，某個程度上也是為了配合這個展覽，希望能為這些展品，這些曾經閃耀一時，如今可能被視為老古董的裝置，講述它們背後的故事。」

他停頓了一下，拿起桌上的一本厚厚的書。「你知道，很多年輕人看到現在的光明，覺得理所當然。但這每一個燈泡、每一個開關，都是無數人花了幾十年甚至幾百年，一點點摸索出來的。從 Thales 那塊摩擦過的琥珀，到 Davy 爵士的電弧，再到 Edison 的白熾燈，這中間有多少曲折，多少失敗，多少不為人知的故事。我覺得有責任把這些記錄下來，讓大家知道，光明來之不易。」

阿弟： 您說得真好，光明來之不易。就像我們鄉下種田，一粒種子到長出稻穗，中間要經歷多少風雨、多少汗水啊。這些發明家，他們是不是也像在跟自然、跟科學法則較勁呢？您書裡提到好多名字，像是 Volta 先生、Faraday 先生，還有後來的 Edison 先生、Brush 先生… 這麼多聰明人一起使勁，才把電這種看不見摸不著的東西，變成了日常的光。

施若德先生： 沒錯，他們確實是跟自然法則在較勁。而且，每個人都有自己獨特的視角和貢獻。Volta 的電堆，是第一次提供穩定的電流，這才讓後來的實驗有了基礎。Davy 爵士的電弧，展示了強大電流的威力，雖然不實用，但那耀眼的光芒本身就是一種啟發。

我從我的共創者的筆記裡讀到，您特別提到 Faraday 先生的發現。他在 1831 年發現了電磁感應，就是運動的磁場可以產生電流。這原理雖然簡單，卻是所有發電機（我們現在叫 Dynamo）的基礎。你看，一開始的發電機很簡陋，Pixii 先生的機器，只是讓磁鐵轉，線圈感應，產生的電流還是斷斷續續的。但這個概念一旦出來，就像一粒種子種進了土裡，就開始有人不斷去改進它。

阿弟： 就像我們看著一株植物慢慢長大，一開始可能只是幾片小葉子，後來看起來越來越有樣子。那時候的發電機，聽您書裡說，產生的電量很小，甚至不如化學電池？

施若德先生： 對。早期的摩擦起電機產生的電壓很高，但電流很小。Volta 的電池能提供持續的電流，但能量密度低，而且有些電池（比如 Grove 的）還有腐蝕性和有毒氣體，很不方便。Davy 爵士用 2000 個電池來演示電弧，那費用可是驚人，據估計每分鐘要六塊美金！這在當時是一筆巨款，難怪電弧燈一開始只能用在燈塔這種地方，而且還是用 Alliance 公司改進的發電機，那是第一個商業化的電燈裝置。

阿弟： 六塊美金一分鐘？！那真是「燒錢」啊。難怪大家想辦法要提高效率。您書裡有提到 Joule 先生的定律，電流通過電阻會產生熱量。是不是所有這些發明，最終的目標都是要讓電流產生更多的光，而不是熱呢？或者說，用更少的電來產生同樣的光？

施若德先生： 您說到點子上了。Joule 的定律揭示了電能轉換為熱的原理。對於白熾燈來說，就是利用這個熱效應，把燈絲加熱到白熾狀態發光。但問題是，很多能量都以熱的形式浪費了。發明家們一直在努力尋找能承受更高溫度的材料，因為溫度越高，發光的效率就越高，顏色也越接近日光。這也是為什麼白熾燈的發展史，很大程度上是尋找和改進燈絲材料的歷史。

早期的嘗試，像 Grove 先生和 De Moleyns 先生，他們用了鉑絲或碳粉。鉑雖然耐高溫不易氧化，但熔點相對較低，而且發光效率不高。碳粉在真空裡容易蒸發，讓燈泡變黑，這也是 Starr 先生的碳棒燈遇到的問題。

阿弟： 我從我的共創者的筆記裡讀到，您書裡特別提到了俄羅斯的一些發明家，像是 Lodyguine 先生，他用石墨在氮氣裡。這跟前面的試驗有什麼不一樣呢？

施若德先生： Lodyguine 的工作很有意義。他用石墨棒，而且是在氮氣環境下。這比真空困難，但氮氣可以減緩碳的蒸發速度，延長燈絲壽命。他的燈在當時甚至得到了獎勵，也做了小規模的應用，比如點亮了聖彼得堡的船塢。但問題還是效率不高，壽命也短，維護成本高。後來的 Konn 和 Bouliguine 也是做類似的嘗試，改進了碳棒的結構或替換機制，但都沒有從根本上解決問題。

阿弟： 那時候大家都在想辦法「細分電光」（Sub-dividing the Electric Light），要把電燈做得小小的，能進到家家戶戶。這跟街上用的電弧燈很不一樣吧？電弧燈的光太強，就像正午的太陽，不適合屋子裡用。

施若德先生： 是的，電弧燈的光太集中、太強烈，而且需要很高的電流，不適合接入家庭線路。那時候的電力系統主要是為電弧燈設計的，是串聯、恆流系統。想像一下，一個燈泡燒壞了，整條街的燈就全滅了，這怎麼能在家裡用呢？所以，要實現家庭照明，不只要發明白熾燈，還要有一整套新的電力系統。

這正是 Edison 先生的貢獻所在。他不僅發明了實用的白熾燈，更重要的是，他設計了一套完整的恆壓並聯系統（Multiple System），這就像現在我們家裡用的電路。他意識到，電力系統應該像煤氣系統一樣，提供穩定的壓力（電壓），用戶想用多少就取多少。他還得發明一台能提供穩定電壓的發電機，他做出來的發電機效率高達 90%，這在當時是很多科學家認為不可能的事。

阿弟： 90% 的效率！這就像種田，以前一分地收一斗米，現在能收九斗了，真是厲害。Edison 先生的燈泡，您書裡說是用碳化後的棉線做的？後來又試了竹絲？

施若德先生： （他笑著點頭）對，Edison 先生一開始試了鉑絲，還設計了溫控器，想讓它在接近熔點的高溫下工作。但他發現鉑絲雖然能用，但成本高，而且還是有問題。後來，他回頭研究碳材料，用新的高真空幫浦，才成功地讓碳化棉線在高真空下穩定發光。第一次點亮，就亮了四十五個小時！雖然現在看來不長，但在當時，這已經是巨大的突破了。

他很快發現碳化竹絲更好，更耐用。竹子嘛，到處都有，成本也低。這讓白熾燈有了商業化的可能。緊接著，他還發明了三線制系統，這是在 110 伏特的基礎上，利用中線，將電壓提高到 220 伏特，大大減少了電力傳輸中的損耗，節省了大量的銅線。這對後來的電力網絡發展至關重要。

阿弟： （聽著 Eidsion 的故事，我不禁想到家鄉那些不放棄的老農，總是想著怎麼讓地裡的東西長得更好，怎麼用更少的力氣得更多的收成）原來這麼多我們現在覺得簡單的東西，像是燈泡的螺旋燈頭，也是一步一步改進來的啊。您書裡還有好幾頁，專門列出各種燈頭和燈座，看得我眼花繚亂的。

施若德先生： （他拿起書，指著那些圖片）沒錯，這也是很有意思的一段。Edison 的螺紋燈頭和燈座設計出來後，其他公司也紛紛推出自己的標準，造成了市場上各種規格並存的局面。對用戶來說，這很不方便。後來經過多年的努力，通過推出轉接器，以及 Edison 公司和通用電氣公司的推廣，Edison 螺紋燈頭才逐漸成為美國的標準，現在除了英國還流行插刀式燈頭，其他地方大部分都使用螺紋的了。這也告訴我們，好的技術標準能夠促進整個產業的發展。

阿弟： 這樣啊，小小的燈頭裡也有這麼多故事。那後來的電燈發展，主要是在哪些方面呢？聽說後來出現了比碳絲燈效率更高的燈？

施若德先生： 是的。碳絲燈雖然普及了，但效率還有提升空間。後來的發展主要集中在幾個方向：一是改進碳絲，比如 Sawyer 的塗層技術，以及 Whitney 先生的 Gem 燈，通過高溫處理碳絲，提高了效率；二是尋找新的燈絲材料，這就進入了金屬燈絲時代。

您書裡提到了 Osmium 燈和 Tantalum 燈。Osmium 燈效率高，但 Osmium 太稀有昂貴，燈絲也脆。Tantalum 燈（由 Von Bolton 先生發明並改進）效率比碳絲燈高不少，但它在交流電下容易結晶變脆，壽命受影響。這些都是通往更高效率燈泡的過渡。

真正帶來巨大突破的是 Tungsten（鎢）燈。

阿弟： （我的耳朵豎起來了，鎢燈，這可是我們現在家裡最常用的燈了）哦？鎢燈有什麼特別呢？

施若德先生： 鎢的熔點非常高，這意味著它的燈絲可以在更高的溫度下工作而不會迅速蒸發。Just 和 Hanaman 先生在 1904 年左右，經過很多實驗，終於製造出了純鎢燈絲。一開始的鎢燈絲是壓製而成的，非常脆弱，就像您書裡附的圖片那樣， filament 繞了很多圈。但即使是這樣，它的效率也比碳絲燈高出很多。

接下來的關鍵一步，是由 Coolidge 先生完成的。他經過多年的努力，在 1913 年成功發明了將鎢加工成具有韌性細絲的方法，也就是「拉製鎢絲」（Drawn Tungsten Wire）。這項發明徹底改變了鎢燈的製造，讓燈絲變得堅固耐用，就像您書裡那張 1911 年拉製鎢絲燈的圖片裡展示的那樣。這不僅降低了製造成本，也讓鎢燈能夠應用在振動比較大的地方，比如汽車頭燈、火車車廂照明等等。

阿弟： （我點了點頭，心裡湧起一種莫名的感動）原來一根細細的燈絲，背後有這麼多故事，這麼多人的心血。從易碎的壓製絲，到堅韌的拉製絲，這不就像人生的經歷嗎？總是在一次次磨練中變得更加強韌。

施若德先生： 確實如此。而鎢燈的發展並未止步於此。Langmuir 先生又帶來了下一個重大進步：充氣鎢絲燈（Gas-Filled Tungsten Lamp）。

阿弟： 充氣？燈泡裡不是應該抽真空嗎？您書裡說 Edison 先生為了維持高真空費了很多功夫。

施若德先生： 沒錯，在高溫下，即使是鎢絲也會緩慢蒸發，沉積在燈泡內壁，導致燈泡變黑，燈絲變細直到燒斷。Langmuir 先生發現，如果在燈泡中充入一些惰性氣體，比如氮氣或氬氣，這些氣體分子會阻礙鎢原子從高溫燈絲表面蒸發，或是將蒸發的鎢原子帶回到燈絲上，從而減緩燈泡的黑化和燈絲的損耗。

當然，充入氣體會帶走一部分熱量，降低效率。但對於較粗的燈絲（也就是較大功率的燈泡）來說，提高工作溫度帶來的效率提升，遠遠大於氣體帶來的熱量損失。所以，充氣鎢絲燈特別適合做大功率的燈泡，效率更高，壽命也更長。這項技術進一步鞏固了鎢燈的地位，讓它幾乎取代了所有其他的白熾燈和大部分電弧燈。

阿弟： 聽您這麼一說，從最初的微弱火花，到今天的明亮光芒，這中間真是凝聚了無數人的智慧和努力啊。每一個環節，每一次改進，都是一場跟未知世界的對話。這本書不只是一段電氣發展史，更是一段人類追尋光明的奮鬥史。

施若德先生： 您說得太好了。這些發明家，他們有的是科學家，有的是工程師，有的是單純的愛好者，但他們都有一個共同點：對未知充滿好奇，並且願意投入無盡的耐心和努力去探索。他們不只是發明了電燈，他們點亮了人類前行的道路。

阿弟： （我望向窗外，雨已經停了，陽光從雲層縫隙裡灑下來，落在屋頂和樹葉上，閃耀著濕潤的光。一種說不出的感覺湧上心頭。）雨後的光總是特別明亮啊。就像這些歷史上的光亮一樣，總是在經歷了陰霾和困難之後，顯得更加珍貴。

好了，施若德先生，謝謝您撥冗與我分享這麼多。這段對話，就像是從書本裡跳出來的火花，照亮了我對這段歷史的理解。