同热作斗争

远古时候,人们用的火堆,既是炉子,又是灶,还是灯。这个当然很不方便,而且也没有什么好处。

比如,你想点灯。那就点上吧。但是你必须忍受,就算是炎夏的夜晚也得待在被烤得灼热的房间里。

人们始终都在探寻新的更好的灯。他们容忍了火堆长达几千年,直到后来终于领悟到,光应当脱离热,灯也不应当依附于炉子。

最早取代火堆的是照明木片。照明木片比火堆要小。但是它还是放出了太多的热。看来要把光和热拆散开来不是那么容易的。为此人们努力了几千年,到现在这种努力依旧在继续着。

我们现在的电灯也像那简陋的原始照明木片一样,不仅仅发光,也发热。我们的房间确实不会因为点了灯而变得很热。但你把手放在灯的附近,你就会发现它很热。

为什么我们始终不能将光和热分离开?道理很简单。

我们只有把什么东西加热以后才能得到光。电灯发光是我们让里面的炭丝或者金属灯丝白热化了,煤气灯里的则是威尔斯巴赫纱罩,煤油或者植物油灯里白热化的则是火焰中的炭块。

但是所有被白热化的东西——电灯灯丝也好,简单的拨火棍也罢,都不仅发出一种看得见的亮光,也发出一种看不见的热光。

为了摆脱我们不需要的热光,我们必须展开一场真正的照明革命:放弃加热获取光的方法,因为它永远会发出热光。我们应该寻找一种新的方法。

但是真的有必要同热光作斗争吗?要知道电灯发出的热是很难察觉的。它没有带给我们任何不便。

但方便不方便,这不是关键。关键是这个我们用不着的热光,实在是太贵了。

如果我们的电灯只发光不发热,那么照明的花费会降低好几成。发电站的燃料消耗也会降低好几成。

中国人喜欢用彩灯来庆祝节日和喜庆时刻。上(一)有两幅图是元宵灯节的灯,上(二)则是婚姻等吉庆时刻常用的灯烛。

这可不是什么建筑名胜,只是一座“冰灯”!

照明费用高,不仅仅是因为我们的电灯不够完善,还是因为发电站建得不够好。蒸汽锅、蒸汽机、发电机以及电线中有大量宝贵的、无法挽回的能量被浪费掉了。燃料中只有1/5的能量转到了电灯上。而这1/5的能量中又只有其中的1%转化为光了。所以结果就是,我们花费500块钱买的燃料,只能得到一块钱的光。

世界上最好的灯

世上有一种只发光、不发热的灯。这种世上最好的灯,我想,你们可能在夏夜的草丛中见到过。

这便是萤火虫之灯。如果我说,萤火虫不仅仅好过我们的电灯,它也强过太阳,你会不会觉得很惊讶?

太阳发出的热光是它的亮光的5倍,而萤火虫只发亮光。它的光是冷的。如果萤火虫发的光不是冷光而是热光的话,它会被烧死的。萤火虫还有一样比太阳好:它的光比太阳光舒服。

太阳光和电灯光在我们看来都是白光。但事实上它们由七种颜色的光组成:赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

有时阳光会分散成单独的七彩光。我们可以拿一块棱镜或者镜子来观察,阳光穿过棱镜或者镜子的边缘,投射在墙壁上的便是各种颜色的光线条。

彩虹便是太阳光分散后的现象。

不是所有的光都让人觉得舒适,也不是所有的光都不会损伤视力。红光对我们而言就太暗淡了,因而谁也不能在红光下工作。

而我们的眼睛对绿光则很适应。因而很多工作灯的灯罩都是绿色的。

给东西加强热,就能得到很多的红光。当我们给拨火棍加强热时,它先是变成红色,然后会慢慢加上其他各种颜色,直到最后变成白色。温度越高,暗淡的红光的成分就越少,其他颜色的光就越多。因而为了让灯亮一些、再亮一些,发明家就给灯丝加强热,能加多热就加多热,从电灯、威尔斯巴赫灯罩到煤气灯,无一不如此。

经济型电灯的光比炭丝灯光更白更亮,是因为我们把金属丝加得比炭丝更热,同样道理,炭丝灯比煤油灯要亮,煤油灯比植物油灯要亮。

但就算是经济型的电灯也依旧发出很多红光。难怪在电灯下长时间工作也有伤眼睛。

摆脱热光和红光必须要放弃白热化。

萤火虫发光时就不需要加热到白热化,并且它几乎不发出红光。因而它的光很舒服。某些深海鱼类也发出“冷光”。未来的发明家应该从这些鱼和萤火虫身上学点什么。

如果能研究出这些发光生物发光的秘密,我们的灯就会变得更好、更便宜。

科学家已经研究出一些东西来了。早在20世纪初,化学家就已经成功地从萤火虫里提取出两种物质——荧光素和荧光素酶。这两种物质混合在一起便能发光。期待着未来的科学家能大量地提取这两种物质。那个时候,照亮我们房间的就不是灯,而是萤火虫了。

从火堆到电灯

电灯照亮了我们的夜晚。但是电灯并不是由一个人发明的,它是由许许多多个来自不同国家的人经过相当长的历史时期才最终发明出来的。

从改变灯的燃料、结构到改变获取光的方法本身,都要经过不计其数的实验,这难道是单独一个人可以完成的工作?

从事这样工作的不是一个人,而是成千上万的人。一个实验接着另一个实验,一项发明吸取另一项发明的经验、教训。而所有这些实验和发明都是为了一个的目标。

这个共同的目标便是——明亮、便宜而又方便的灯。

这项工作在很久很久以前就开始了。科学家认为,人类学会取火是在2.5万年前。

几千年前,人们首次尝试用火代替太阳,也就是寻找人工获取光和热的方法。而学会保存火种比这更早。夏天森林大火以后,人们就去森林里拣点还在燃烧的木块,然后把它们带到山洞里,年复一年地把这火种保存在灶里,不让它熄灭。

获得光的方法找到了,那便是燃烧。问题在于,如何让它变得又便宜又明亮。

于是人们开始寻找易燃的材料。在带树脂的照明木片中起关键作用的是树脂。因而人们抛弃了木材,而树脂被保留下来。人类点上了第一盏树脂灯。但是树脂烧得不好。人们又点上油脂,最后是植物油。但是油燃烧得也不尽如人意。而更好的易燃材料又暂时没有找到。于是人们开始改善灯的结构,促使原本烧得不好的东西能在结构的帮助下燃烧得好一些。

然后科学家们就发明了一些精致玄妙的灯,有带着泵的,有带着钟表机械装置的,还有带着其他各种复杂而难解的装置的。

改善结构这一步走到了尽头,但油灯依旧无法让人满意。它会冒黑烟,连续燃两三个小时就灭了。

人们再次踏上寻找易燃材料的道路。终于有人研究出了获取煤气、硬脂、煤油等烧得比植物油和油脂要好的材料的方法。燃烧的材料好了,精良复杂的结构也就不需要了。

灯又卸下各种装置,什么泵啊,钟表机械装置啊,统统靠边站。

但是目的依旧没有达到。煤油煤气也有自己的缺点,它们会冒烟、会污染空气、会引发火灾。

而造成这些困扰的原因只有一个,那便是点火取光。

灯的征服者面前又摆下了一个新的任务:创制没有火焰的灯。火焰是为了让灯芯达到白热化,而达到白热化不仅可以借助火焰,还能借助电流。

因而一切又得从头开始:找一种适合白热化的材料。

最初人们尝试用炭。但是炭无法被加热到白热化。

为了获得更亮的灯,人们又尝试加热金属。这是一些在强热下也不会熔化的金属:锇、钽、钨。

但是很明显,电灯的光依旧有改善的空间。

现在的任务是,让更多的能量转变成光,而尽量减少能量的浪费,也就是减少热的生成。如此一来,就需要放弃高温强热。要拒绝加热灯丝:从需要加热的灯到不需要加热的灯转变。

这样的灯也早已出现了。

这是一些长长的充满稀薄气体的玻璃管。当给它通上电以后,它就会发出非常柔和舒适的光来。这种灯没有任何灯丝,它发光的不是白热化的灯丝,而是气体。氮气发出金色的光,氢气发出玫瑰色的光,而二氧化碳气体则发出白光,氩气发出浅紫色的光,氖气的发出红色的光。

这种光灿灿的灯管做成的字母、标识以及图片被用来做广告和招牌,或者装饰房屋。夜晚来临的时候,白天暗淡的大楼就亮起了这闪闪灯光,为夜空装点上轻盈的图画。

当然这些灯管不仅仅用来装饰城市。它还能当做信号灯为轮船、飞机指引方向,指挥火车、汽车的运行。氖气管的红光能穿透最厚的雾气。这种会发光的玻璃管在很多方面比我们的普通灯要方便。

但是用它们是不是很划算呢?

最初这些灯管造得十分不好,会耗费大量的能源。但是后来也就慢慢地改进了。现在这些气体灯管比我们普通的电灯耗费的能源要少得多。

随后钠气还被运用到电灯里面去了,出现了钠气灯管,发出柠檬黄的色彩。从外型上看,钠气灯和普通电灯没什么差别,但是你一眼就会发现它没有灯丝。

一只500瓦的钠气灯消耗的能量不会比一盏100瓦的普通电灯多。

含有发光气体的灯,也就是霓虹灯,已经成了普通电灯的劲敌。霓虹灯已经广泛地用于商店、电影院等地方。

约在20世纪初,英国的克拉顿机场就率先在飞机跑道边的沟槽里装上了这种灯管。灯管槽上镶上了钢化玻璃。夜晚飞机降落场就像缠绕了一条光带一样。

现在,我们的星球早已告别的它的黑暗时代。地球不再需要靠反射太阳光而发亮了,它现在就像一个新的太阳,凭自己的光而发亮。