人类在地球表面上越走越远,就常常需要与远处的人沟通。于是,人类开始寻找更好的沟通途径。最早的时候,除了嗓子之外,人们没有更好的沟通工具。但是无论人类发声多用力,也没有办法将声音传到几百米开外。如果两个早期的狩猎者分开了,其中一个在呼喊同伴时,会自然而然地将双手放在嘴边围成喇叭状以使声音传播得更远。不久,人类就学会了用树皮卷成扩音器。
早期的人类还发现通过嘴唇和手指能发出响亮的哨声,并且能传播很远的距离。当需要引起远方同伴注意的时候,人类也会吹响海螺壳。这些都是天然喇叭,后来人类学会了用金属来仿制它们。从古至今,号角在信号传递中发挥了重要作用。
鼓也问世很早。可能是有人看到一只啄木鸟在朽木上啄得咚咚作响,就产生了这样一种想法:用棍子敲打空心原木,可以发出这种声音,也可以传播得很远。某个思维活跃的先民用晒干的动物皮蒙住空心原木的末端,于是人类就有了鼓,它被广泛用来传递信号。
凭借这些手段,人类学会了远距离传递信息。另外,他们还学会了使用各种可见信号。人类早就发现即使很远也能看到空中的烟雾,于是开始用它向远方的人们发出信号。用湿毯子蒙住火堆再拿开,就可以弄出一团团的烟,这些烟可以被做成简单的编码。古埃及人白天用烟柱、晚上用烽火来发出危险来临的警告。一个名叫波利比乌斯的古希腊人发明了一种用烟雾和火焰传递信号的系统,可以拼写出单词。他把字母表分成5列,每列大约有5个字母;信号站里有两块略微分开的面板,左边面板升起的火把数量表明字母所在的列数,右边面板上的火把数量指示字母所在的行数。古罗马人在整个帝国境内都使用这套信号系统。在晴空万里的天气,系统运行良好,但是在下雨天它就失去了作用。
埃涅阿斯·特克提克斯以水为媒介,也做了一个信号装置。他在山上每隔几英里远就放置一个盛满水的圆柱形容器;容器内部有一个大小合适,可以轻浮在水面上的软木塞;软木塞中央固定了一根标有数字的木棍。当特克提克斯想要发送信息时,他举起火把,示意远处的操作员和他一起打开阀门,让水从容器中流出。当第一个容器里的水位到达棍子合适的位置时,他就放下火把,示意操作员马上关掉他那边容器的阀门,并记下此时木棍上对应位置的字符。这样一来,信息就可以在信号站之间来回传递了。
波斯人偶然发现,抛光的盾牌可以反射耀眼的太阳光,于是就以此作为传送信息的方法,这就是日光通信仪的原理。直到20世纪初,还一直有人使用这种方法。但是,这种方法碰上多云天气就没用了。
旗帜也是早期传递信息的一种途径。公元1690年,一个名叫阿蒙顿的法国物理学家认为可以通过长杆上的旗帜和横杠表示信息,人们从远处用望远镜就可以解读其含义。大约100年后,另外一位法国人,克劳德·沙普开发了一套非常成功的信号系统。他的信号桩上有一个可以活动的横杠,横杠的两端是一个小旋臂,旋臂以横杠末端为中轴几乎可以朝所有方向旋转。横杠和两个旋臂的方位可以有很多组合,每一种组合即代表字母表中的一个字母。在晴朗的天气里,使用望远镜甚至可以在11英里之外清晰地看到这些信息。
人们学会书写之后,就开始用跑得快的人作为信使来传递消息。大部分古代国家都设立了类似这样的沟通体系。古波斯帝国最伟大的国王之一——大流士,就有一套出色的信使体系。古代历史学家希罗多德曾这样描述:“无论是大雪,还是暴雨;无论是酷暑,还是黑夜,都不能阻止信使们完成使命的脚步。”
有些年轻的希腊男子会被专门训练成信使。这些信使里面最著名的一位就是费迪皮迪兹,他用了不到两天时间,从雅典一路跑到斯巴达,全程大约140英里,去请求斯巴达人帮忙抵抗正在威胁雅典的波斯军队。为了保证远距离送信的速度,一般会根据信使全速奔跑的距离长短,将整个路程分成几段。在每一段的终点处都有一位精力充沛的新信使等在那里,准备接过信息全速奔跑。这样,一个个信使传递着信息,直到送达目的地。有时候信使也会骑马奔跑。
随着一个又一个的国家被纳入罗马人的控制之下,对罗马人来说,在广袤的疆域上保持彼此之间的联系是很有必要的。因为有发达的道路网把帝国各地和罗马连接起来,信使们接力送信的效率非常高。道路沿线的一些站点都会养着精力充沛的马匹,以供信使们随时使用。更换马匹的地方就是最早的邮局,这也是我们“邮局”这个术语的来源。
这些信使系统的维护成本非常高,因此只能供国王和高级政府官员使用。在中世纪,信使的地位非常重要,如果谁妨碍了信使的行程,就会面临严重的惩罚。每当听到一声号响和一句“给国王的信件让道”,人们就必须赶紧从路上闪开,很快就能看到一个信使骑在马上飞驰而过。在中世纪有些国家,某些受到国王恩惠的个人也被特批可以使用信使系统传递私人信件,但是代价极高,也只有非常富有的人才承担得起。
很早之前,就有人训练信鸽,使其带着消息飞往远方。十字军东征时发现了这种方法,就把它引入了欧洲。中世纪的骑士们发现使用信鸽在城堡间传信非常方便,就一直沿用了下去,这是最早的空中邮件。信鸽创造了令人赞叹的速度纪录。在良好的天气里,成鸟可以在7到9个小时里飞完600英里的路程。人们发现狗也能成为信使,尤其是在战争时期。于是在无线电普及之前,人们一直用鸽子和狗来传递消息。
在数不清的岁月里,人们努力克服与他人交流想法时在空间和时间上所面临的种种障碍。他们天才地运用了声音、火、水、烟、太阳光、飞鸟以及他们能想到的各种自然载体。但是这些方法都有一定的缺陷,那就是它们只能在某些特定环境中工作。声音信号会受距离和风向影响;信使的速度有限;还有很多信号在夜里和雾里就失去了作用。没有哪种通信方法能百分百令人满意,直到人们学会了驾驭电流。
人们很晚才有勇气探索这种伟大的力量。雷鸣和闪电一定在先民们的心中留下了恐怖的印记。当他们看到乌云压顶、天黑地暗之时,当他们听到震耳欲聋的雷鸣之时,当他们目睹天空被耀眼的闪电撕裂时,他们一定会瑟瑟发抖。因为,那是他们不能理解的神秘而巨大的力量。当闪电击中附近的树木,或者击毙一只动物,他们只能蜷缩在一块突出的石头下面,颤抖着等待愤怒的天神离去。
千百年来,人们对这种巨大的力量所知甚少。但是人们一点一点地发现了关于它的奇怪现象。早在公元前600年,一个名叫泰利斯的希腊人发现用布摩擦过的琥珀可以吸引头发、小块丝绸和周围其他轻盈的物体。但是他不知道产生这些现象的原因是什么。琥珀被希腊人称为elektron,因为它看起来像是在反射着太阳光,在希腊语中太阳的名字是elektor。英语中“电”这个单词就源自琥珀的希腊名字。
在泰利斯之前很久,人们就知道地球上有一种能够吸引铁的石头。根据希腊一个古老的传说,有一天一个羊倌在休息的时候,把他的牧羊手杖放在了身边的地上。当他试图把手杖拿起来的时候,他惊奇地发现有铁的那一段被牢牢地吸在一块奇怪的黑色石头上。磁铁矿就是这样被发现的。
大约公元1600年,一位英国科学家——威廉·吉尔伯特发现除了琥珀以外,还有其他物质摩擦后也能吸引轻的东西。他是最早进入这个研究领域的科学家之一。到了17世纪,许多科学家都对这个现象很感兴趣,他们一个个都开始做起了实验。公元1663年,奥托·冯·格里克,一个德国人,发明了第一个可以摩擦发电的机器。
直到18世纪末,笨重的摩擦机器仍是产生电流的唯一途径。后来,一名叫伏特的意大利科学家把一堆铜和锌用法兰绒布片隔开,然后把它们浸入到食盐溶液里;从这一堆金属片里引出两条电线,一条带有正电荷,一条带有负电荷。这样伏特就能够得到持续的电流,而不是靠摩擦产生的星星火花。这项发现使人类在电力行业上向前迈出了一大步。“伏特堆”就是我们广泛使用的电池的先驱,伏特的名字也被用作电压的单位。大约在1860年,斯蒂芬·加里发现电可以通过导线从一处传导到另外一处。
即使在人们慢慢地认识了电之后,他们也没有把它同天上的闪电联系到一起。本杰明·富兰克林第一个提出可以通过实验证明电和闪电是同一个东西。他构想出了把风筝送到雷雨云中的主意:用两根木条做一个十字架,长度正好可以够到一块大丝绸方巾的四角;在上面加上一条尾巴和绳子,把一根磨尖了的铁丝固定到风筝顶部;绳子的一部分是麻线,靠近手的一部分是一条丝带,末端系一个金属钥匙。(1)
很长的一段时间里,人们对电的了解并没有给世界带来多少好处,因为他们不知道如何利用这些知识。但是就在过去的300年间,人们已经可以利用电池和电流来做各种各样的工作。
公元1819年,奥斯特发现如果把一条电线绕到一块软铁棒上,导线上再通上电流,铁棒就有了磁性。这个发现在后来电报和电话的发展中派上了大用场。
公元1831年,英国科学家迈克尔·法拉第发明了发电机,可以持续大量地产生电流。这为人类打开了巨大的能源宝库,电变成了人们廉价而可靠的奴仆。法拉第的工作为19世纪的电学实验铺平了道路,在这期间,几个世纪以来的发现在诸多发明中结出了果实。
所以,经过几百年的努力,那个把我们的祖先们吓坏了的巨大的神秘力量,终于被我们驯服,成为人类顺从的奴仆。人们可以随意制造电流,并把它应用到很多用途中。我们很难想象人类竟在没有电的环境中生活了几千年。而如今,电已经进入到我们生活的方方面面,用无数的方式为我们的舒适生活做出贡献。隆隆的发电机和蒸汽机一样有用,共同分担了世界上的工作。