照明简史

从动物油到煤油

从18世纪到在19世纪早期，人们的照明主要还是以鲸油为代表的动物油脂为主。但随着捕鲸行业的过度发展，鲸鱼数量急剧下降，鲸油的价格也来到了一个叹为观止的位置。据记载，鲸油的价格曾上涨到了每加仑2.5美元，相当于现在每加仑400美元。自然，任何潜在的替代品都将带来可观的回报。

最先作为主要照明来源出现的是经过煤干馏而提取出的煤气。煤气通过管道输送到终端用户，但受限于生产规模、运输和净化技术，前期的巨额基础设施投入与高昂的运营成本大幅拉升了煤气的使用价格，只有富裕的家庭才能用煤气灯进行照明。

1846年，Abraham Gesner首次从沥青中提取出了一种新的灯油，其产生的火焰比鲸油更明亮且干净。Gesner把这种新型灯油命名为煤油（kerosene）。后来人们又可以从石油中大量提取煤油，使得其成本快速下带，并且随着相应灯具的改善，煤油灯走入千家万户。

碳弧灯问世

时间回到1802年， Humphry Davy把两千节电池的两端各接上一根碳棒，在一段100毫米（4英寸）的缝隙间制造出了极为亮眼的光。由于其形状呈拱形，Davy把它称为“电弧”，这也是弧光灯最早的原型。

煤油被发现后的两年（1848），一群科学家在伦敦国家美术馆才首次公开对碳弧灯进行了演示。在当时，碳弧灯有着明显的缺点：光线强烈，只适用于户外，碳棒消耗快，需要频繁维护，电弧不稳定，容易闪烁且噪音大。一直到Charles Brush为碳弧灯发明了新型发电机，并设计了一整套可商业化的系统，碳弧灯才真正走入大众视野。Brush的首秀在费城的John Wanamaker百货，这种新型电灯解决了碳弧灯的一些缺点，并引起了公众广泛的兴趣。

Brush也趁此机会，于1879年创建了照明运营公司Anglo-American Brush Electric Light Corporation等一系列公司。一方面是通过制造需求来拉动制造端的销量，另一方面也为了筹措资金。由于市场的巨大热情，Brush最终在英国筹集到了超过900万英镑的资金（相当于今天35亿美元）。可好景不长，弧光灯因为其特有的缺陷与高昂成本，始终无法与同期的燃气照明在商业上竞争，仅12个月后，事实证明弧光灯想要在商业上取代燃气照明，只是镜花水月一场空，股票的泡沫因此破裂。

弧光灯也从此慢慢淡出历史的舞台，曾经的大部分弧光灯相关企业随之倒下，只有少部分如发电机企业靠着转型而活了下来。

白炽灯时代

也是在碳弧灯公开展示的同一年（1848）， Joseph Swan通过电流将灯丝加热到白炽状态，成功演示了碳丝白炽灯在物理上的可行性。但由于可持续真空技术与稳定电力来源的限制，当时的灯泡无法在实际环境中稳定运行。这两个问题一直到近30年后水银泵（1865）和发电机（1871）问世才得以解决。

在Edison之前，许多发明家设计过白炽灯，可惜都存在明显缺陷，或寿命极短，或需要高电流才能工作，这使得大规模商业化应用几乎不可能。1878年，Edison开始着手于改善这些缺陷，希望能发明一套可大规模商用的系统。他的研究重心主要有两块，在灯丝上，要找到一种耐用且低电阻的材料，在电源上，要有合适的发电装置来为整套照明系统供电。这类发电装置需要能提供巨大电流，在负载变化时自动稳压，且能长时间稳定运行。而当时的弧光灯发电机输出电压高，调节粗糙，负载变化容忍度低，并不适合为白炽灯系统供电。

后来Edison通过碳化竹丝来得到了照明时长可达到1200小时的灯丝，又试图通过自建发电装置来解决供电问题。

等到Edison推出可以用于商业合同的系统时，他已在研发中投入超过13万美元（相当于现在1000万美元）。在这之前，高额的研发费用不得不驱使Edison寻找外界的资金支持。为了支撑后续的研发，以融资为目的的Edison Electric Illuminating Company于 1880 年 12 月正式注册成立。

在完成研究工作之后，Edison的下一步目标是进行一次商业化示范。他选择的美国示范地点是曼哈顿下城——这一地区涵盖了金融区、纽约证券交易所，以及美国众多金融与银行业的权力核心。

他计划建设一座中央发电站，为其照明系统供电。

1880年，珍珠街发电站正式商用。在十五个月后有了500户用户，并安装了超过一万盏灯具。到 1882 年 6 月，已有 67 座爱迪生电站在特许经营框架下建成，城市遍及底特律、新奥尔良、波士顿和芝加哥等地。又过了四年，仅在美国境内，就已有 700 多座电站，为超过 18 万盏电灯供电。

电器照明的时代由此拉开序幕。

技术之外的能力

Edison十分明白，资本市场青睐乐观的前景叙事。虽然还有大量工作需要完成，但在接受《纽约太阳报》（New York Sun）的采访时，他不仅暗示所有理论问题都已解决，还表示这项新发明已经可以进行实际展示并投入使用。他大胆预言电力照明将完全取代燃气，带来一个更加光辉的时代，并勾勒了这一转变在曼哈顿下城实现的方式。此外，他还通过戏剧化的展示来稳定投资方的信心，比如用弧光灯和白炽灯精心设计了一场演出，通过直接对比，来表现白炽灯的各种优点。

在推广白炽灯时，为了铺设所需的电力电缆，他必须获得纽约市市议会（Board of Aldermen）的许可。他要让议员们相信电力照明优于他们早已习以为常的燃气照明系统，并同意为这一未经充分验证的新事业而开挖街道。他邀请议员们前往门洛帕克实验室，向他们系统讲解其系统的技术细节。当现场的倦意明显浮现时，爱迪生拍手示意，房间瞬间被白炽灯点亮，显露出由纽约德尔莫尼科餐厅（Delmonico’s）准备的一桌丰盛宴席。

绕不开的价格

1879年，Joseph Swan在市场上以25先令价格推出了第一批碳丝白炽灯，随着生产技术的改进，Swan的白炽灯价格在1881年已经大幅降到了5先令。但这折合到现在，仍然需要80美元。

1880年，珍珠街发电站项目初期，每盏灯的制造成本为 1.40 美元，却仅以 0.40 美元出售。原因很简单：在行业尚未建立、基础设施尚未充分铺开、规模效应尚未显现之前，产品价格必须维持在具有竞争力的水平。这种亏损定价策略持续了相当长的时间，直到数年后，单盏灯的生产成本最终降至 0.22 美元，公司才开始实现正现金流并录得利润。而这一成果的代价，是累计超过 5000 万美元的资本支出（约合今日 40 亿美元）。珍珠街发电站在很长一段时间内以低于成本的价格出售电力照明，并持续亏损运营，直到 1890 年才首次实现盈利，却旋即遭遇火灾而被毁。

当时，业外人士仍然以为这是一门即将爆发的好生意，而业内人知道它短期内其实是一台烧钱机器。最初围绕Edison成果的兴奋情绪，曾将其公司股价从不足 200 美元推高至 3000 美元以上，但这一水平并未维持多久。随着人们逐渐意识到研发周期的漫长以及实现盈利的现实难度，股价随即大幅回落。

交流直流的交锋

对于白炽灯电源应该使用直流电还是交流电这一问题，世上有过多年的争论。交流电因为可高效变压，支持远程输电，从而得到George Westinghouse和Sebastian de Ferranti等人的支持。另一边以Edison为代表的Rookes Crompton和Lord Kelvin等人则认为，虽然直流电只能短距离输送电流，但当时的直流电技术比交流电更成熟，可控，同时交流电的高压有更多安全隐患。

但随着白炽灯逐渐取得成功，供电方式的问题变得愈发重要。直流供电在系统层面有一个致命缺陷：因为电流泄露问题，为了提供更大的照明范围，就必须建更多的电站。而交流电只需要提高电压，就能通过一座中心电站给相当远的区域供电。Edison最后已意识到交流电的潜力，但由于路径依赖，不得不带头反对。

Westinghouse是Edison最持久、也最强大的竞争对手。他并非照明行业的新手。早在燃气照明时期，他已经在在匹兹堡成功推动天然气的商业化应用。他创立的Philadelphia Company，到 1887 年已拥有 5000 户居民用户和近 500 家商业用户。在 1884 至 1885 年间，他申请了 28 项与燃气相关的专利，其中大多涉及安全改进。他采用的一项关键技术，是通过长距离干线管道以高压输送燃气，然后在城市居民区“降压”使用。这一方式与他后来在电力业务中采用的交流输电方法高度相似。

Westinghouse最终在交流领域取得领导地位，在很大程度上得益于一位曾被Edison视为过于理论化、不切实际的人物——Nikola Tesla。Tesla早年效力于Edison，但由于其财务上的要求被Edison拒绝，随后便加入Westinghouse，并完成了电学史上具有里程碑意义的发现——旋转磁场。由此，交流电动机、变压器和发电机得以发展，电力技术由此进入一个全新的阶段。

小结

从弧光灯的原理第一次被证明可行，到白炽灯点亮千家万户，电气照明总共花费了近80年时间才正式登上历史的舞台。 以现在的眼光看来，演变源于人们对于美好生活品质的向往，一切都是水到渠成。 但在当时身处其中的人眼里，未来弥漫着浓厚雾气，选择正确的技术只是问题的一部分，从技术到商业化，中间还有一条巨大的鸿沟。 技术能帮助我们识别失败者，即那些旧技术公司，但要知晓真正的赢家，还需要耐心等待，基础的完善，行业的成熟，人类习惯的转变。