综述

人之所以能够在世界上占据生物链的顶端，除了庞大的数量优势外，还有我们优秀的大脑。通过不断地学习交流，一代又一代的文明延续，使人在智力上变得比以往更强。借由人类强大的大脑，我们把想法变为现实，这之中的过程虽然充满波折，但不停的尝试便有创造一切的可能。

从石器时代创造的简单工具，到青铜时期开始学会金属冶炼技术，我们有了基本的加工手段。在此后的发明创造中，出现了许多科学技术，让人类走在了时代前沿。例如近代的飞机、轮船、汽车，进一步加强了世界各地的联系，文明交流变得愈加频繁。

而众多发明创造中，电池可谓是人类伟大的发明之一。电力在这小小的“盒子”中运作，给机器或物体带来能量。而电池在今天的生活随处可见，成为了必不可少的生活物品，大部分的电子设备都需要电池才能运作。

电池

电池在今天有着非常多样的类型，化学电池、电化电池、干电池等等许多种。最常见的化学电池和电化电池便是通过氧化还原反应，把正负极活性物质的化学能转化为电能。

另外常见的干电池和液体电池在早期没有非常明显的区分，这类电池最早是通过玻璃容器里装满的电解液和电极组成。后来在变化中出现了一种以糊状的电解液为主的电池，这便是干电池的发展由来。

液体电池在长期的使用时，已经开始逐渐被淘汰，因为它在制作和携带性上往往不如干电池方便。同时液体电池需要容器来保存电解液，体积往往比较大而且笨重。

当然，现在仍有一些为不间断电源供电设备而使用的液体电池，比如较为常见的铅酸蓄电池。通常这类电池也为了设计考虑，制作时也对其进行了免维护设计。

为了应对更多的供电需求，电池如今在发展上也开始进行多样化的发展。例如燃料电池，通过氢气阳极氧化反应，分离出气体中的氢离子，氧气阴极还原反应。两者离子结合又生成水，这一过程中便能够产生电流。

目前最为先进的电池技术是核电池，不同于传统性能的任何电池。核电池通过放射性同位素衰变产生的能量来生成电力，往往这种电池有着远比化学电池更高的使用时间和电力输出。但由于制作成本非常高，同时也缺乏较为高效的能源效率，使用范围并不广泛。

电池发展史

电池的发明创造在学术界认为是亚历山德罗·伏特在发现“伏打堆”后，由伏打制作的伏打堆电化学电池。

主要是将铜锌作为两个金属电极，在稀硫酸中电解氢离子和硫酸离子，在铜锌两级中电极捕捉电解过程中生成的电子，两极相连便会产生电流。

电池的使用历史也许能追溯在更早以前，在伊拉克发现的巴格达陶罐就是伏打电池以前最早使用的干电池。

与其他普通的陶罐不同，巴格达陶罐在罐体的组成上有一个用卷起来的铜片做成的铜柱，铜柱中刚好还有一条铁棒。

陶罐顶端还有用沥青做的塞子把铜柱和铁棒分离开，铁棒和铜柱也在陶罐的开口被紧密地装好。由于铜柱是卷制而成的，不能将液体隔离，因此如果陶罐里装满大量的酸性液体，铁棒周围会有微弱的电化学反应。

历史学家推测巴格达陶罐很有可能是用来给银器镀金的，不过巴格达陶罐所产生的电力没有什么效率，同时也缺乏相对应的历史记录记载。如今我们也一直把这个陶罐作为电池来假设它曾经的作用，如果这个假设完全成立，那这便是历史上最早的电池。

长鸣不止的电铃

电池在很长一段时间里都是较为原始的状态，直到19世纪下半叶开始才有了较好的制作水平，电池的样貌上也逐渐接近今天的形态。在后来的日常生活中，电池起着非常关键的作用。

不过在英国的牛津大学里，有一个非常特殊的电铃装置，仅仅凭借着两节干电池，在发现至今近180年的时间里，响铃100多亿次。

这个电铃装置主要由两个黄铜铃铛、两个干电堆作为电池，通过串联的方式，驱动干电堆之间一个直径4毫米的金属球。

金属球在受到静电力的影响下，便会开始发生摆动，在触碰到其中一个铃铛时，便会被铃铛的静电所排斥，从而推动金属球进行往复运动。

牛津电铃最早由当时的神职人员兼物理学家罗伯特·沃克收藏购买而来，此后便一直存放在牛津大学克拉伦登实验室旁边的走廊中。电铃能够一直不停的发生声音，为了降低电铃的噪音，实验人员放置了一个双层的玻璃罩扣在了电铃上。即便是这样，仍旧可以听到细微的铃声。

牛津电铃在大学里存放了很长一段时间，研究学者对其仔细研究后感到非常诧异。装置本身并不稀奇，主要是从发现至今，这个电铃的运作几乎从来没有间断过，只出现过几次因为高湿度变化导致铃声中断的情况。

尽管这期间人们对于电铃的研究很多也都只放在了表面上，但是至少我们知道了，牛津电铃使用的干电堆用融化了的硫进行涂抹覆盖，这能够起到绝缘的作用。

永动？

也许看到这里有人会猜测牛津电铃是否是一种永动装置或者类似永动机的存在。首先我们来看看关于永动机的描述。

这类装置多是指不需要外界输入能源、能量或者仅在单一的动能条件下便能够不断运作的机械。

历史上关于对永动机的构想也不在少数，科学界里即便像达芬奇、焦耳这般优秀的人物，也不能制作出一个可行的基本模型。牛津电铃看起来确实也像是靠着自身单一的电驱动，似乎没有外界能源的输入进行运动。

但焦耳所提出的热力学第一定律也从根本上说明了，第一类永动机是不可能存在的。牛津电铃从根本上来说也不是一种永动装置，很明显金属小球的运动中也存在着自我消耗，电子也会在转移过程中一点一点地丢失。

另外在后来对热力学定律的补充，以及现代物理的发展，所有类型的永动机构想从理论上来讲，都是不可能成立的。而且根据热力学第二定律显示，物体输出功率也不可能大于输入功率，因此牛津电铃也会在未来某天停止运作。

而抛开这些想象，最令研究学者好奇的是干电堆里面的结构到底是什么样子，理论上来说要产生静电驱动铁球进行运动，应该需要一定的高压电才能让静电发挥作用。而这个装置如今响了一百多年，电量应该早就用光了才对。

研究者认为最大的可能性是铁球需要驱动的电量非常小，同时在铃铛之间运动所转移的电子只有非常小的量，几乎能够维持两个铃铛的电荷平衡。这使得长期以来的耗电微乎其微，看起来就像没有耗能一样。

漫长的实验

牛津电铃的实验周期可谓是非常的漫长，不过在以往众多的实验当中，像牛津电铃这样超长时间，还没出个像样成果的实验不止它一个。

1879年，杂交玉米的先驱者威廉·詹姆斯·比尔，在他生前就开始了一个非常著名的发芽实验。

实验要用瓶里准备的沙子和种子进行播种，而每个瓶子里包含21种植物，一共有20个瓶子。种下的瓶子里每五年发掘一个并进行播种，然后观察其中的发芽状态。后来为了扩大实验范围，在开瓶的时间上增加到了二十年一次。

直到今天，这个实验仍在继续进行。另外还有对红狐的驯化、大肠杆菌进化实验都已经持续进行了上百年，这些实验都有望在本世纪完成。

如今牛津电铃仍旧在正常运转，为了不破坏电铃本身，研究人员也一直没有把电铃拆解开来，没人知道里面是啥样子。为了防止电铃的元件构造被氧化，甚至没有人打开过扣在上面的玻璃罩。

想要真正的了解里面的结构，可能得等到铃铛停止运动的那天。根据目前的推测，铃铛应该还能够响铃100年以上。

瓶颈

牛津电铃里的电池形态让人费解，而电池的问世已经有上百年，同时随着电池发明创造的许多装置或者机器设备，在如今有了更高层面的发展。计算机问世不过几十年，已经完全突破当初的样子，成为了当今的先进科技，而电池基本上还是在原地踏步。

今天的大部分电池基本上都没有脱离原有的基础理论，仍旧处在电化学、化学能的形态上构建。虽然锂电池的问世在很大程度上给电池界带来了新的转变和商机，但如果要作为高效持久的动力源，锂电池仍旧不能够满足更高强度的使用。

在电池界的另一头，半导体同样也是现代最重要的发明创造之一。早先人们对半导体用“摩尔定律”进行了预测，结果事实和预测吻合。半导体行在后来快速的发展中，也更加印证了这个理论。

晶体管的体积也在越变越小，甚至在当前有突破这一定律的迹象。微型处理器的研发正从纳米级开始转为纳米级，在未来还能够制作出更小更强悍的处理器。

摩尔定律并非物理定律，更多的与经济学相关，是由经验论总结出来的现象。锂电池的发展每年都有一定程度的加强，也让许多人仍对电池技术充满期待，希望电池技术能够得到革新，就像摩尔定律展示的那样，只不过速度显得非常慢而已。

同时在核动力的研究开发上，科研人员也在对可控核聚变进行着深入的研究，核电池在未来同样也是非常重要的研究方向之一。

结语

牛津电铃在校园里继续运作着，也许不用等到它被拆开的那一天，研究人员就能够用更加先进的观测手段来探寻里面的结构，随之启发了科学界发明了新的电池。

又或者在未来某天科学家创造出了跨时代的电池，牛津电铃完全失去了它的神秘性，成为了博物馆里的一员。

但无论是哪种方向，人类都会在未来的探索道路中不断寻求新的发展。许多科技发明的创造都离不开科研人员夜以继日的研究，随着新科学技术的进步，我们或许能够成为一个时代的见证者。就像你身边最不起眼的电池一样，科技进步往往源于此。