【工程师博客】爱迪生大象不在房间里

作者:DavidHTO

在我的上一篇博客中,我写到一位年轻人从俄亥俄州来到波士顿,在一家Scollay Square实验室疯狂地工作,他希望正在进行的这项发明能让他发财。但这位年轻人未能卖掉该设备,因此,当他离开波士顿前往纽约市时,这位名叫托马斯·爱迪生(Thomas Edison)的年轻人和两年前来到这里时一样身无分文。在纽约,当他成功售出在波士顿设计的证券报价机专利权时,命运就发生了逆转。爱迪生利用这些资金在新泽西建立实验室,开始大量创造发明,这些发明确实改变了世界。到1880年,这位制作出留声机和第一个实用灯泡的人被称为“门罗公园的鬼才”。

但是,讲到灯泡,这位鬼才有着阴暗的一面。

先讲一点背景。在人类历史的大部分时间里,产生光的唯一方法就是燃烧一些东西。125,000多年前有证据表明,早期人类知道如何生火,同样重要的是,也知道如何控制火。5万年后,我们看到一些空洞的贝壳和岩石被烧焦的残余,苔藓浸透了动物的脂肪。到公元前4,500年,油灯提供了更有效的光源,烧得更少,光却更亮,而且是便携式的。公元前3千年研发的蜡烛发出的光可持续更长时间,而不会产生致命的油烟。然后...嗯,这大概就是接下来的四五千年照明技术的样子。无论是自然产生的煤、天然气,还是人造煤油(19世纪中期加工),产生光仍然是一个燃烧的问题。(抱歉,控制不住自己)

第一种电解决方案,称为弧光灯,产生大量的光,但需要高达6,000伏特的交流电才能工作。它们的噪声也很大,发出的光线很刺眼,这就限制了它们在户外使用。后来,经过Charles Brush等人的改良,这些灯可在室内使用,但仅限于工厂和剧院这种大型场所。而人们需要的是一种安全的人造光,可以在家里使用。安全是关键,因为大家都知道架线工和其他离弧光灯电源太近的人被电死的一些情形,非常可怕。

这正是托马斯·爱迪生一生所面临的问题。他以全新的眼光审视别人的失败,这样他就能相应地调整自己的方法。也许对爱迪生来说更重要的是,全世界都渴望一盏安全的电灯,这对成功的发明家来说意味着巨大的财富。作为波士顿的年轻人,他学到了他后来说过的最宝贵的经验:永远不要发明你卖不出去的东西。20世纪70年代中期,我在马里兰大学学习历史时,亲眼目睹了在20世纪60年代反体制时代,这种助力财富成功的动力导致了爱迪生遗产一定程度的反弹。爱迪生在过去一个世纪的大部分时间里被视为鬼才,而在尼克松辞职的时候,他受到集中于我将要描述的那些情节的历史学家的攻击。它不是将他与像法拉第(Faraday)和贝尔(Bell)这样的科学家们放在一起,而是与像斯坦福(Stanford)、卡内基(Carnegie)和洛克菲勒(Rockefeller)这样的镀金时代的强盗大亨们归为一类。

根据大多数人的说法,第一个灯泡是在1850年由一位名叫约瑟夫·斯旺(Joseph Swan)的英国物理学家发明的,尽管他还要十年才会有可靠的工作原型。即使在当时,它也不是很明亮,也没有持续很长时间。斯旺从来没有克服过他的灯泡的技术缺陷,他也未能获得商业上的成功。对于亨利·伍德沃德(Henry Woodward)和马修·埃文斯(Matthew Evans)的加拿大团队来说也是如此,尽管他们的设计(甚至获得了一项专利)取得了更大进展,但他们无法创造足够的收入来继续他们的研究。1879年,他们把专利卖给了托马斯·爱迪生,爱迪生在一年左右的时间里就开始认真尝试创造一种商业上可行的电灯。事实上,爱迪生早在1878年10月就为他的灯泡的早期版本申请了他的第一项专利。

爱迪生从痛苦的经历中知道了专利的价值。他在1870年以4万美元价格卖出的证券报价机专利,已经价值数百万美元。当然,手里拿着4万美元...他不会再犯同样的错误。我们今天所称的IP(知识产权)不仅价值不亚于玻璃管内发光的碳丝条,而且从1878年到1880年,他继续改进他的白炽灯泡,也继续申请新的专利。

1880年,爱迪生电灯公司开始销售第一个商业上可行的灯泡。里面是一种突破性的碳化竹丝,可持续超过1200小时。

托马斯·爱迪生的原始碳丝灯泡(图片由bulbs.com提供)

爱迪生接下来必须解决的挑战是,灯泡的电力应该如何分配给企业和住宅。这位鬼才对这个问题有非常明确的看法。由于公众对弧光灯所需的高压交流电造成的死亡仍记忆犹新,爱迪生提倡一种能够安全地为灯泡提供必要电力的直流电系统。一种只有他公司才能生产的系统。他的实验室甚至创造了一种仪表(当然只在直流电上工作),它可以测量每个家庭或企业的耗电量,由此确保每个人都支付他们应该支付的电费。当然是付给爱迪生照明公司。为了消除公众和爱迪生对安全的顾虑,他的公司使用了一种称为保险丝的东西,如果有浪涌,电力系统就会关闭,这是他的交流竞争对手所没有的。

并非每个人都相信交流电是爱迪生所公告的公共安全危害。1886年,乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse)利用Károly Zipernowsky、Ottó Bláthy和Miksa Déri的匈牙利“ZBD”团队开发的变压器技术进展,使用交流电点亮了马萨诸塞州大巴灵顿的23家企业。交流电系统不仅可以支持更多的客户,它也证明建造和维护费用比爱迪生的直流电系统便宜得多。事实很简单,爱迪生系统最大的缺点是直流电的传输距离不能超过一英里。扩大所需发电站的范围,每个发电站都有大型发电机,每隔几个方块建一个,从PBS的“美国经历”(American Experience)系列片电流之战(War of the Currents)的这个画面中可以看到这一点。

爱迪生的纽约电网(Con Edison供图)

结合交流电的各种优势使得在布法罗安装了第一个商业上可行的交流电系统,这也促使其他城市与威斯汀豪斯签订自己的交流电系统合同。这就直接威胁到鬼才和他的直流电系统。但是鬼才不喜欢威胁。

因此开始了电流之战。

开出的第一枪是合法的。爱迪生并不是意识到专利重要性的唯一发明家。威斯汀豪斯和其他一些配电企业家会申请几十项电力系统、灯泡和其他电气设备的专利,然后接受其中一家的挑战。如果只是一群穿着高扣领、戴着夹鼻眼镜的人来回地传递着法庭文件,这就不会成为一场战争。直流电和交流电之间的战争将在公共场合进行。

我们回到纽约,那里数百条电话线、电报线和高压电弧照明线路是头顶上不祥的预兆。这座城市不受监管,所有这些不同服务机构的电线相互交错地交织在一起。在1888年的暴风雪中,几条高压弧形照明线路掉落,整个城市的公共设施服务中断。然后,在暴风雪过后的几个月,一个男孩被一根悬挂在空中的高压电线电死。经过这一事故及其他致命事故,证实爱迪生对交流电的恐惧是真实的。

1888年暴风雪期间的纽约市

在这场战争中,托马斯·爱迪生的名声受到了一定影响,部分原因是,据说他将一头大象电死了,以此来证明高压交流电的危险。我很高兴打破这种传说。托普西(Topsy)这只不幸的大象在科尼岛公园杀死一名醉酒的观众后被处死(公平地说,观众用雪茄烧掉了托普西的鼻子,谁能怪她呢?)但是托普西是在1903年死的,也就是电流之战基本结束的几年后,不包括爱迪生工作室拍摄电刑(警告:图片内容)鬼才本人在这一事件中没有起任何作用。

对爱迪生和托普西电刑的疑惑很可能来自爱迪生与工程师哈罗德·布朗(Harold Brown)的交往。布朗和爱迪生一样,只看到了交流电带来的危险和死亡,于是在写给城市报纸和城市供电局的信中,他发起了反对威斯汀豪斯交流电系统的运动(威斯汀豪斯在他自己的信件中说明了直流设备是如何引起火灾的,对此进行了反驳)。这种公开的攻击正值纽约州立法使用电力作为处决手段之时。

在短短的时间内会发生很多事情,而且由于有很多重叠事件,很难弄清楚时间。我们将从纽约电刑条例草案中遗漏的一个小细节开始:应使用哪种电力—交流电还是直流电。纽约医学会的任务是在两者之间做出选择,以及确定“人道地”处决一个人需要多少电压。爱迪生自称反对死刑,当被问到执行电刑的最佳方法是什么时,他回答说:“把你的罪犯雇来纽约电灯公司当架线工。”

大概就在这个时候,两位华盛顿的支持者布朗和爱迪生相识了。具体怎么认识的还不完全清楚,但我们知道,到1888年夏天,布朗在爱迪生的西奥兰治实验室有了一席之地,在那里他开始了一系列经常令人毛骨悚然的触电试验,一开始是使用流浪狗。在那年的晚些时候,四只小牛和一匹马在媒体、医学会成员和爱迪生本人面前,被高压交流电杀死。试验有两个目的。首先,这显然是为了将电椅与威斯汀豪斯的高压交流电系统联系在一起,并在公众中传播将交流电带入家中的恐惧。这也导致建议使用1000 - 1500伏交流电进行处决。

哈罗德·布朗在爱迪生实验室对马实施电刑

威斯汀豪斯对布朗和爱迪生大发雷霆,认为他们所做的试验毫无根据、自私自利,而且做得不正确。他试图阻止纽约州为他们的新“电椅”购买一台交流发电机,但没有成功,这台电椅将首次对一位名叫威廉·凯姆勒(William Kemmler)的街头商人判处死刑。在一系列的法律上诉失败后,1890年8月6日,凯姆勒被绑在椅子上,经历了不是一次,而是两次可怕的电击。据报道,威斯汀豪斯曾说:“他们使用斧头会做得更好。”

在他最疯狂的想象中,作家约翰·格里森姆(John Grisham)也不可能想到电流之战的下一章是什么。就在威廉·凯姆勒不幸触电三周后,《纽约太阳报》(The New York Sun)的头版头条是:For Shame, Brown!(布朗,真丢脸!)- Disgraceful Facts About the Electric Killing Scheme;(- 关于电杀计划的可耻事实;)***** Work for a State’s Expert;(为国家专家工作;)Paid by One Electric Company to Injure Another.(由一家电力公司付款来中伤另一家电力公司。)下面这篇文章详细介绍了布朗和爱迪生之间秘密购买威斯汀豪斯发电机用于纽约电椅的计划。它还讲述了爱迪生的公司如何向密苏里州立法机关的成员支付反交流电小册子的印刷和分发费用,然后讨论在他们的州安装哪种系统。原来是有人闯入了哈罗德·布朗的办公室,偷走了45封信—布朗和爱迪生之间的信件。《纽约太阳报》很乐意以这些信件作为文章的基础,这篇文章严重损害了布朗和爱迪生的公众地位,并使人们对他们反交流电偏见的真实性产生了怀疑。但是这两个人,特别是布朗,在一个名叫约翰·费克斯(John Feeks)的人十月份死后很快就恢复了名誉。

费克斯是一名西部工会架线工,他在曼哈顿市中心的一条街道上工作,当时他碰到了一条短路的高压交流线路。兰德尔·斯特罗斯(Randall Stross)在2007年出版的门罗公园的鬼才一书中,描述了“...这种震动是如何从他裸露着的右手进入,然后从他左脚的钢钉登山靴中出来的。费克斯几乎立刻被电死,他的尸体掉在缠结的钢丝中,冒火花、燃烧,然后冒烟将近一个小时,而下面聚集着数千人,无比惊骇。”费克斯的死不仅令人毛骨悚然,而且人人皆知。在他去世之前,至少有六人(五名架线工和一名无辜的旁观者)被高压交流线路电死。

不幸的架线工费克斯触电事件发生在纽约市政府中心的附近,这一点意义重大。显然,没有什么比看到一个人在空中被烘烤更能激励政府官员采取行动了。他们很快就通过了一项立法,要求所有市政管线都埋在地底下。当然,电力公司进行了反击,但法律得到了维护,架空电线也被砍掉。(故事讲到这里有着近乎滑稽的一面,因为贪腐无为的市政工人几个月来什么都没做,在接下来的冬天里,纽约的大部分地方都漆黑一片。)

具有讽刺意味的是,经过这么多次激烈争论(对此表示遗憾)之后,著名的电流之战悄然结束。威斯汀豪斯一直在谨慎地收购拥有解决交流电一些最大问题的技术的公司。在商业方面,他买了一台能精确测量耗电量的仪表。威斯汀豪斯还购买了许多专利,这些专利既提高了交流系统的效率,又提高了安全性,从而消除了针对交流电的许多阻力。其中一项专利来自于一位心怀不满的前爱迪生雇员,他觉得在财务上受到了鬼才的轻视。他的名字叫尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla),他对得起他自己的博客。我会将这个列入我的讨论清单。

由于对矿石加工产生了新的兴趣,爱迪生逐渐将电力公司的控制权交给了公司董事会,董事会于1889年批准了爱迪生电气公司与通用电气公司合并。与此同时,这位鬼才失去了对自己公司的控制权,也失去了对争夺直流电的大部分兴趣。新成立的爱迪生通用电气公司在接下来的几年里收购了交流电技术,他们现在可以自由地追求这一未来的电力分配。其中包括收购他们的主要竞争对手英国汤臣休斯敦(Thomson-Houston),锁定、采购并进行变革。托马斯·爱迪生是如何脱离电力分配的一个迹象是,他甚至没有听说过这次收购,或者通用电气这个新名称直到出售结束后才包括自己的名字。通用电气(GE)和西屋电气(Westinghouse)将继续相互攻击和起诉,但也会在尼亚加拉瀑布发电和配电系统等项目上联合起来。

一些城市继续使用直流电系统。赫尔辛基直到20世纪40年代才开始分配直流电,波士顿在20世纪60年代沿灯塔街供应直流电,斯德哥尔摩的直流电系统一直残存到20世纪70年代。在开始电流之战的纽约市,直到2007年,最后一批需要直流电(主要用于电梯)的顾客才最终迁移到交流电。至于“老史帕奇(Old Sparky)”,国家在1977年停止使用长达几十年的电椅后,只有六个州仍然用它作为主要处决手段,前提是囚犯选择它而不选择注射死刑。

我认为,根据历史记录,托马斯·爱迪生绝对相信直流电优于交流电,直到解决了交流电的安全和传输问题。具有讽刺意味的是,正是爱迪生,这位目睹了数十只动物(尽管不是大象)被电死来证明自己的观点的华盛顿支持者与现代交流电网联系在一起,而不是用聪明才智解决交流电的许多安全和传输问题的特斯拉。

本文转自:【工程师博客】爱迪生大象不在房间里

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