1883年，爱迪生迎来了另一个重要的科学发现，这就是后来被称为“爱迪生效应”的现象。爱迪生在这一成就中发现了一个前所未知的现象，即一根独立的电线或电板放在电灯泡灯丝的两脚之间，可以作为控制电流流动的阀门。这一发现揭示了现代电子科学的基本原理。同年，爱迪生申请了一项采用“爱迪生效应”的电指示器专利，这是电子领域的首次应用。这一发现不仅为电子学的发展奠定了基础，还为后来的无线电通信和电子管技术铺平了道路。

1884年，爱迪生的妻子玛丽去世，给这段成功时期蒙上了阴影。爱迪生在电力行业的商业活动使得他在门洛帕克的时间越来越少。玛丽去世后，爱迪生更少呆在门洛帕克，而是和三个孩子住在纽约。一年后，爱迪生在新英格兰的朋友家度假时，遇到了米娜·米勒，并坠入爱河。这对新人于1886年2月结婚，并搬到了新泽西州的西奥兰治，爱迪生在那里为他的新娘购买了一处名为格伦蒙特的庄园。爱迪生与米娜一直住在这里，直到去世。

事实证明，门洛帕克的设施无法满足爱迪生日益增长的科研需求。他开始四处寻找更适合他需要的地方。当爱迪生搬到西奥兰治时，他正在附近新泽西州哈里森的电灯工厂的临时设施中进行实验工作。结婚几个月后，爱迪生决定在离家不到一英里的西奥兰治建造一个新的实验室。此时的爱迪生已拥有足够的资源和经验来建造“现存设备最好、规模最大的实验室，以及优于任何其他实验室的快速、廉价开发发明的设施”。1887年，爱迪生将他的工作室从门洛帕克搬到了西奥兰治，并在那里建立了爱迪生实验室（现为国家纪念碑），其规模是之前的十倍。

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11月，由五座建筑组成的新实验室大楼投入使用。一座三层楼高的实验室主楼包括发电厂、机械车间、库房、实验间和一个大型图书馆。与主楼垂直的四座较小的单层建筑包括物理实验室、化学实验室、冶金实验室、制模车间和化学品仓库。实验室的庞大规模不仅使爱迪生能够从事任何类型的项目，还使他能够同时从事多达十个或二十个项目。爱迪生在这座建筑群中一直工作到1931年逝世，实验室的设施也随着爱迪生不断变化的需求而增加或改建。多年来，爱迪生发明的制造工厂陆续在实验室周围建成，工厂雇用了大约5000名员工，并生产出各种新产品，其中包括使用蜡唱片的改进型留声机、油印机、荧光镜、碱性蓄电池、口述机以及电影摄影机和投影仪。整个实验室和工厂建筑群最终占地超过20英亩，在第一次世界大战（1914-1918年）期间达到顶峰，雇用了10,000名员工。

19世纪70年代末，托马斯·阿尔瓦·爱迪生为了专注于电灯的开发，暂时搁置了留声机项目。然而，随着新实验室在西奥兰治的启用，爱迪生重新开始了留声机的研发工作。在西奥兰治实验室工作的头四年里，他申请了八十多项专利，用于改进圆筒留声机和商人用的口述机。爱迪生不仅改进了留声机的机械结构，还开发了配套的播放和录制设备，以及制造唱片和机器的工艺。通过这些努力，爱迪生不仅使留声机更加实用，还创造了唱片业。留声机的开发和改进是一个持续不断的项目，几乎一直持续到爱迪生去世。

在研究留声机的同时，爱迪生开始关注另一种能够“让眼睛看到留声机能让耳朵听到的东西”的设备，这就是后来的电影。19世纪80年代，埃德沃德·迈布里奇和其他人已经进行了一些初步的实验，通过在赛马场上架设多台照相机，连续拍摄一匹奔跑的马。然而，这些实验只是暗示了电影的可能性，却没有提供可以观看动态影像的方法。

爱迪生发明电影摄影机的灵感来自于两个关键因素：首先，他认为只要有一台能高速连续拍摄照片的摄影机，就能捕捉到运动的画面；其次，乔治·伊士曼开发的一种用于静态摄影的新型赛璐珞胶片，证明可以适用于爱迪生提议的摄影机。在爱迪生看来，电影对眼睛的作用就像留声机对耳朵的作用一样。因此，1889年10月6日，当爱迪生在实验室首次放映实验性电影时，他也创造了有声电影。第一部电影实际上是一部“有声电影”，画面伴有留声机唱片的同步声音。

1891年7月31日，爱迪生申请了电影摄影机的专利。同年，他首次展示了电影，两年后，他在实验室内建造了一座外形奇特的建筑——“黑玛利亚”，开始商业化生产“电影”。1894年4月14日，随着一家位于纽约百老汇1155号的“窥视孔”电影放映厅的开业，电影首次在商业场所放映。这些早期的电影放映厅通常只允许一个人通过一个小孔观看电影，因此称为“窥视孔”。

随着时间的推移，一些人开始开发放映电影的机器。在爱迪生看来，最好的投影仪是托马斯·阿马特制造的。爱迪生获得了阿马特简陋机器的使用权，然后在他西奥兰治的实验室里对其进行了完善。电影商业放映始于1896年4月23日，地点是纽约市科斯特和比亚尔的音乐厅，当时使用的是爱迪生的“维太放映机”（Vitascope）。这台放映机体现了阿马特发明的基本原理，并经过爱迪生的改进，能够更好地展示动态影像。1913年，爱迪生将其投入商业使用，这比好莱坞采用这种方式改进电影娱乐早了13年。

与之前的电灯和留声机一样，爱迪生开发了一套完整的系统，研制出了拍摄和放映电影所需的一切设备。爱迪生最初在电影方面的工作具有开创性和原创性。然而，随着电影产业的迅速发展，越来越多的人开始对这一新领域感兴趣，并致力于进一步改进爱迪生早期的电影作品。因此，除了爱迪生的早期作品之外，还有许多人对电影的迅速发展做出了贡献。

到19世纪90年代末，一个欣欣向荣的新产业已稳固建立。电影不仅成为了一种娱乐形式，还逐渐发展成为一种艺术和文化现象。然而，随着竞争的加剧，爱迪生最终在1918年退出了电影业。

1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴发现了X射线，这一发现迅速引起了科学界的广泛关注。托马斯·阿尔瓦·爱迪生也不例外，他立即对这些看不见的射线产生了浓厚兴趣。几个月内，爱迪生就研制出了荧光镜，这是一种能够观察X射线图像的设备。与许多其他发明不同，爱迪生并没有为荧光镜申请专利，而是将其无偿提供给公众使用，因为医学和外科领域普遍需要这种设备。1896年5月16日，爱迪生申请了第一盏荧光电灯的专利，这项发明直接源于他对X射线的实验。荧光电灯的发明不仅展示了爱迪生在光学和电学领域的深厚功底，还为医疗诊断和治疗提供了新的工具。

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在19世纪90年代，尽管留声机和电影的成功为爱迪生带来了巨大的声誉和财富，但他也经历了职业生涯中最大的失败之一——铁矿石开采项目。在这十年间，爱迪生一直在他的实验室和新泽西州西北部的旧铁矿里工作，开发铁矿石的开采方法，以满足宾夕法尼亚州钢铁厂的需求。为了筹集资金，爱迪生卖掉了他在通用电气公司的所有股票。尽管爱迪生花费了十年的时间和数百万美元进行研究和开发，但始终未能使这一工艺在商业上实用化，他的投资最终血本无归。如果不是爱迪生同时继续开发留声机和电影，这将意味着财务上的破产。然而，正是这些成功的项目帮助爱迪生渡过了难关，使他进入20世纪时财务状况依然稳健，并准备好迎接新的挑战。

爱迪生面临的新挑战是开发一种更好的蓄电池，用于电动汽车。爱迪生非常喜欢汽车，一生中拥有多辆不同类型的汽车，分别由汽油、电力和蒸汽驱动。爱迪生认为，电力推进显然是为汽车提供动力的最佳方法，但他意识到传统的铅酸蓄电池无法胜任这项工作。1899年，爱迪生开始研发碱性电池。事实证明，这是爱迪生最困难的项目之一，他花了十年时间才开发出实用的碱性电池。当爱迪生推出他的新型碱性电池时，汽油动力汽车已经得到了极大的改进，电动汽车越来越少，主要用作城市中的送货车辆。尽管如此，爱迪生的碱性电池在铁路车辆照明、信号灯、海上浮标和矿灯方面还是非常有用的。与铁矿石开采不同的是，爱迪生十年来的巨额投资最终得到了丰厚的回报，蓄电池成为爱迪生最赚钱的产品之一。此外，爱迪生的工作还为现代碱性电池的发展铺平了道路。

1911年，爱迪生在西奥兰治建立了一个庞大的工业企业。多年来，围绕着最初的实验室，爱迪生建立了许多工厂，整个综合体的员工人数已达数千人。为了更好地管理运营，爱迪生将他为自己的发明而创办的所有公司合并为一家公司，即托马斯·爱迪生公司，由爱迪生担任总裁兼董事长。此时，爱迪生已经六十四岁，他在公司和生活中的角色开始发生变化。爱迪生将实验室和工厂的日常运营更多地交给了其他人，自己则更多地关注战略决策和长期规划。实验室本身也减少了原创性的实验工作，转而更多地改进爱迪生现有的产品，如留声机。虽然爱迪生仍在继续申请和获得新发明的专利，但开发改变生活和创造产业的新产品的时代已经过去。