莫尔斯发出世界首份电报

1849年,英国电力工程师威楼拜·史密斯正在为一家电报公司工作。彼时,电报的商业推广方兴未艾,正是大建基础设施的热潮。美国人发送出人类历史上第一封电报的五年之后,伦敦的电报公司杜仲橡胶公司就已经在着手埋设海底电缆了。这条电缆的一头在英国东南部的多佛,另一头在法国北部的加莱。那是英国到欧洲大陆的最短途程,电报电缆建于此二地之间最为划算。不过,要制作一条大约48公里长的电缆,又是海下作业,还是花费甚巨。

史密斯当时的任务,就是确保电缆在埋设入海之前没有故障,免得返工再花冤枉钱。史密斯摸索出了一套检验线路是否完好的办法,他用电阻很大的半导体材料硒,制作成棒来对即将埋设的电缆进行检查。作业是在大洋之中,肯定得加班加点免得发生不测,于是有趣的现象发生了:史密斯发现,每次一到晚上作业,硒的电阻就很大,而一到白天作业,硒的电阻就变小,导电性变好了。

史密斯就想,这到底是因为光还是因为热,改变了硒的导电性呢?于是他做了个实验:制作了一个开口可以滑动的暗箱,观察暗箱打开瞬间硒棒两端电阻的变化。箱中有水,水隔绝了硒棒温度的快速变化,但是并不隔绝光线。结果发现,根本不需要升温的时间,一旦暴露在阳光之下,硒的导电性就立刻增强了。这个结果使他得出结论:根据光强度的变化,硒的电阻会发生变化。

多年之后,大洋彼岸的美国人查尔斯·弗里茨受史密斯的启发,设计出了一种捕捉光能的新办法。他将硒板置于一块金属板上,再往硒板上覆盖一层用导电性极好的金属制成的半透明箔。1884年,弗里茨把这样的几块“电池板”连起来,放在了他纽约住宅的屋顶上,不出意料,他发现这些设备在产电。而且弗里茨发现,不光是太阳光能使硒板产生电流,就连煤油灯也行。当时爱迪生点亮纽约所用的发电机是烧煤的,问世也不过三年,应用范围还很有限。弗里茨想,需要电的人那么多,发电厂却那么少,如果在偏远的、贫穷的地区,每户人家都能用太阳光发电,那将是多么大的市场啊!

兴奋的弗里茨不想直接和爱迪生硬碰,就把自己的发明寄到德国,让与爱迪生比肩的普鲁士皇家学院的发明家维尔纳·冯·西门子评价评价。没错,就是那个西门子。西门子对当时被称为“光电”的现象非常兴奋,对弗里茨赞许有加。然而让人失望的是,尽管有大佬加持,当时的科学界仍对人类历史上最早的光伏板不以为然。

为什么?与成熟的电磁感应理论和汽轮发电机不同,当时没有任何一种科学理论可以解释弗里茨的发明。和今天一样,当一个事物很难用现有的科学理论解释的时候,我们就会斥之为歪门邪道,光电在当时科学家们的眼中,就是那样的存在。更何况弗里茨所制作的光伏板,效率只有1%,而且造价极高,因为那层覆盖在硒板之上增强导电性的金属箔,是用黄金制作的!

光伏板重见天日,要再等上七十年。首先,1905年爱因斯坦提出了光的能量和光子的概念,光子的能量将硒原子所带的电子从其轨道中“解放”之后,自由电子的流动就会形成电流,这为解释史密斯和弗里茨的发现发明提供了依据;其次,上世纪五十年代专攻半导体和晶体管制作的美国贝尔实验室,意外发现硅远比硒光感性、导电性优越,经过一系列实验和改良之后,硅制光伏板的效率从1%达到了6%,终于具备了与其他能源竞争的能力。

弗里茨当年自产自用的能源乌托邦,如今已几成现实,这真的要感谢不迷信科学的大科学家爱因斯坦替他圆梦才是。

沈辛成主播,策展人,唱作人,著有《纽约无人是客》。