人類的照明史：點亮過去，照耀明天

楊冬魏 王聰聰

照明對于人類活動有著重要的影響，我們的祖先一直希望，在漆黑的夜晚，有一種光源能有效地驅離黑暗、帶來光明，從而擺脫“日出而明，日落而黑”的周期輪回。于是，古今中外，無數的能工巧匠進行著不懈的努力，點亮過去，照耀明天，不斷地推進著人類照明技術的發展。

總的來說，人類的照明經歷了從“自然光照明”到“人工火照明”再到“電氣化照明”這三大發展階段。

自然光照明

利用大自然現成的光源來實現照明，這是祖先們最早采用的照明方式。古人遵循“日出而作，日落而歇”的自然周期規律，主要因為陽光就是最好的照明。有時，月亮和星辰也能成為很好的輔助光源。

1600多年前的晉朝時期，有個名叫車胤的人，從小好學不倦，連夜晚的時間也不肯放過。由于家里很窮，為了省錢，每到夏夜，他就抓來許多螢火蟲，放在有小洞的囊內，利用螢火蟲的光來看書，終于出人頭地，最后官拜吏部尚書。古書《古今秘苑》還記載：“取羊膀胱吹脹曬干，入螢百余枚，系于罾（一種方形的漁網）足網底，群魚不拘大小，各奔其光，聚而不動，捕之必多。”這是利用螢火蟲的亮光捕魚的故事。

但僅僅靠自然光照明是不夠的，黑夜和冬季是漫長的。當祖先們偶然學會了用火，火不僅帶來了烤熟的食物，還可以照亮夜晚，更可以驅逐野獸、帶來溫暖。從自然光照明到人工火照明的跨越，就這樣完成了。

人工火照明

火把

火把是最早、最簡單的人工照明光源，火把的歷史可能有上百萬年。拿一根樹枝，一端綁上可燃物，蘸上油脂，火把就這樣誕生了。早期的油脂，主要是動物脂肪，其次就是松樹油脂。火把的缺點是不容易控制燃燒的速度。

油燈

之后，出于對光源穩定和經濟實惠的考慮，人們在盛油的容器中放置燈芯，發明了油燈。

福建曇石山文化遺址距今4 500～5 500年，屬新石器時代晚期遺址。遺址中出土了保存完好的陶瓷油燈，油燈有多個防風孔，比國外的同類燈早了1 000 多年。這是世界上最早的油燈，被譽為“中華神燈”。

人類使用油燈照明的歷史特別長，一直到近現代，很多地方在通電以前，都是使用油燈來照明。在這期間，油燈經過了多次改進。油燈用油從動物油改為植物油，最后又被煤油取代。燈芯也經歷了草、棉線、多股棉線的變化過程。為了防止風把火吹滅，人們給油燈加上了燈罩。早期的燈罩是用紙糊的，很不安全，后來改用玻璃罩。這樣的油燈不怕風吹，在戶外也照樣使用，而且燃燒充分，不冒黑煙。

其他火光源

可是人類并沒有滿足，在使用油燈照明的同時，仍然在尋找其他的照明方法。公元前3 世紀前后，有人用蜂蠟做成了蠟燭。到了18 世紀，出現了用石蠟制作的蠟燭 ，并且開始用機器大量生產。

200 多年前，英國人發明了煤氣燈，使人類的照明方法向前邁進了一大步。最初，這種燈很不安全，在室內使用容易發生危險，因此只當作路燈。后來經過改進，它才走進千家萬戶。

火把、油燈、煤油燈、蠟燭、煤氣燈這些照明工具，都沒有離開火，都是靠物質燃燒發出的光來照明的，都是人工火光源。燃燒型照明燈具的缺點顯而易見，它發出的光會隨著火焰的抖動而忽明忽暗，在風雨中火焰很容易熄滅，在一些特殊的場合，比如充滿氣體的礦井中，使用火焰照明十分危險。那么，有沒有不用火也能照明的方法呢？

電氣化照明

弧光燈

英國科學家戴維在用碳棒做電流熱效應實驗時，兩根碳棒無意中碰撞，閃出一道極強的白光。他沒有忽略這次偶然的發現，反復進行實驗，終于在1809 年發明了在兩根碳棒之間進行強電流放電的弧光燈。這是人類最早利用電照明的成功嘗試。這種光的亮度非常強，即使在惡劣的天氣中，也能在很遠的地方被看到。但是，戴維發明的這種弧光燈成本太高、電流很大、光線太強、壽命不長，只能用于燈塔或公共場合照明，難以大規模推向民用。

之后，英國科學家邁克爾·法拉第、約瑟夫·威爾森·斯旺和美國科學家亨利·戈培爾都在電氣化照明上作出了杰出貢獻，為白熾燈的發明奠定了堅實的基礎。

白熾燈

1879 年10 月21 日， 在美國新澤西州一間積滿灰塵的實驗室里，愛迪生把很細的碳化纖維絲封在一個玻璃泡里面，利用真空泵把玻璃泡里的空氣抽走，達到真空狀態（燈絲暴露在空氣中，很容易被氧化燒斷），再穩定地供給電壓，使白熾燈的燈絲溫度高達2 000～3 000℃，燈絲變成一個很穩定的明亮光源。人類歷史中真正意義上的第一盞白熾燈誕生了，電氣化照明的新時代從此來臨。白熾燈是將燈絲通電加熱到白熾狀態，利用熱輻射發出可見光的電光源，具有顯色性好、光譜連續、價格便宜、使用方便等優點，被廣泛應用。

之后，各種發光特點、各種不同用途的燈具陸陸續續地被發明，比如鹵素燈、高壓汞燈、金鹵燈、高壓鈉燈……

經過人們對燈絲材料、燈絲結構、填充氣體的不斷改進，白熾燈的發光效率也相應提高。但白熾燈仍存在很多缺點，比如在使用過程中，由于溫度很高，會導致鎢絲升華，熱的鎢蒸氣遇到冷的玻璃又凝華為固態晶體，覆蓋在燈泡內表面，使燈泡變黑，影響照明效果；使用時間過長，燈絲會越來越細，漸漸熔斷，發出的光會忽明忽暗。因此，白熾燈的使用壽命不長，還會傷害視力。而白熾燈最致命的缺點是它的光電轉化效率太低，還不到10%，白熾燈的大規模應用會造成很大的電能浪費。如今，白熾燈已經被逐步淘汰。

熒光燈

1938 年，美國通用電氣公司的研究人員伊曼成功突破了啟動裝置的設計與制作大關，研制出與白熾燈性能截然不同的熒光燈。這種熒光燈是在一根玻璃管內充進一定量的水銀，管的內壁涂有熒光粉，管的兩端各有一個燈絲做電極。它的工作原理是：通電后，水銀蒸氣放電，同時產生紫外線，紫外線激發管內壁的熒光物質而發出可見光。它比白熾燈更亮，且電能利用率更高，光電轉化效率可達到30%。

節能燈是熒光燈的一種，成為白熾燈的替代品，其體積小、更節能，使用壽命也是白熾燈的6～10 倍，因此在照明市場占據了一席之地。不過，節能燈的啟動很慢，屬于明線光譜（不連續），所以通常的節能燈偏紫色光，在節能燈下看東西會有色變，藍色會變紫色，紅黃色看上去會更鮮艷，因此配色的工作場合不宜使用節能燈。當然在這樣的光源下，也不是很適合小孩子閱讀，護眼效果較差。

之后，各種熒光燈如雨后春筍般出現，光色更優、壽命更長、價格更低、效率更高。目前，日常生產、生活中，熒光燈仍占據照明市場的半壁江山。

LED 燈

1962 年，美國人尼克- 霍洛尼亞柯研制出世界上第一個發紅光的二極管。經過后人的不斷努力，又得到了能夠發出白光的結構。發光二極管（簡稱“LED”）燈泡以半導體為材料，這種發光裝置可以做得很小，只有幾毫米，能讓燈光設計師突破空間的限制，最大限度地在有限的空間里設計炫麗燈光。

更有意義的是，LED 燈的光電轉化效率特別高，能達到驚人的70%～80%，熱量散發少、能耗低、環境污染小。

如今，LED 燈的使用越來越廣泛。那么，它還有哪些優點呢？

1.LED 燈的晶片被完全封裝在小巧的環氧樹脂顆粒里，不容易損壞、熱效應也較少、不易熔斷，這些特點使得LED 燈更堅固耐用。

2.LED 燈的燈泡壽命很長，理論上可達到10 年以上。

3.LED 燈使用的是比高壓電源更安全的低壓直流電源，供電電壓在6～24V，因產品不同而有所差異，更適用于家庭和公共場所。

4.LED 燈更小巧，每個單元LED 小片是3～5 毫米的正方形或圓形，更適合于制備造型工藝復雜的器件，譬如制造可彎曲的燈管、燈帶、異型燈花，因此具有更大的適用范圍。

5.LED 燈是數字控制，發光芯片目前能發出多種顏色的色光，色彩更豐富。

未來的照明

科技的進步永無止境，人類對照明已不僅僅局限于能照亮，未來的照明會在更節能、更智能方面邁出堅實的步伐。

相較于過去的白熾燈和現存的熒光燈，LED 燈的發光效率雖然大幅度提高，但是仍然有不少的空間可以挖掘，正在研發的有機發光二極管（OLED）被人們寄予厚望。

未來的照明不僅向節能環保發展，而且向智能控制邁進，自動調節每一個電燈的開關和光線強弱，極大地節約了能源，方便生活，使生活品質更上一層樓。

（責任編輯：白玉磊）