就在一些人研究如何利用电能的同时,还有一些人在探索如何用电线传递信号。
1832年10月,艺术家塞缪尔·莫尔斯在乘着“沙利号”邮船从欧洲返回美国的途中,遇到了一位同行的乘客。他们都在国外学习,但这位同伴学习的是电力专业。他给莫尔斯讲述了安培做的那些奇妙的电学实验:电可以通过导线远距离传输。这给了莫尔斯一个灵感,或许信息也可以以电流的方式在电线上传输。“如果电路上的任何地方都有电流的存在,信息也一定能够通过电即时传送。”他说。
莫尔斯一直在思考这个想法,以致彻夜难眠。当离开这艘船的时候,他跟船长说:“船长,如果有一天你听说‘电报’这东西成了世界奇迹,记得奇迹是在你这艘叫作‘沙利’的幸运船上产生的。”
从那以后,莫尔斯就把他所有的时间都用来思考用电传递信号的方法。他在电线的一端固定了一支铅笔,用这种方法电流就可以让铅笔做记号。“如果我可以用一小段电线控制铅笔,为什么我不能在一万英里之外这样做?”
莫尔斯的生活非常拮据。一连好几年他都住在一个小单间里,这个房间被用作画室、客厅、卧室、厨房和工作间。“为了节省时间来做我的发明,”他后来告诉别人,“也为了节省我可怜的财富,有好多个月我都蜗居在我的小屋里。我从一家杂货店里买来少量的食物,在家自己做。为了不让朋友们知道我过着窘迫的生活,我习惯了在晚上把食物带到房间,我就这样过了很多年。”
莫尔斯试图通过教艺术课来维持生计,但是他花了太多时间做实验,所以学生非常少。其中一个学生这样描述这段时间:
我支付了50美元作为一个学期的学费,成了莫尔斯的一名学生。当第二个学期的学费到了最后付款日,钱并没有按照预期及时从家里拿出来。有一天莫尔斯教授对我说:“呃,孩子,我们今天不上课去挣点钱怎么样?”
“为什么,教授,”我回答道,“非常抱歉没能及时交上学费,但我下个星期就有钱了。”
“下个星期,”他伤心地回答,“那个时候我恐怕已经死了。”
“死了?”我吃惊又悲伤,急忙道,“10块钱能帮上什么忙吗?”
“10块钱可以救我的命。”
我付了仅有的10块钱,两人一起吃了晚餐。这是莫尔斯24小时来的第一顿饭。
莫尔斯努力了几年,终于有了一台可以工作的机器。机器非常简陋,由一个固定在桌子上的旧相框构成;一个旧钟表的齿轮由重物拉着,带动纸条向前走。但是,它能够传递信息了。
莫尔斯编制了一套用点和线组成的系统,代表不同的字母。这就是莫尔斯电码。一方的操作员按照编码把所代表的字母敲出来,信息通过一条有电流的电线以极快的速度传播。在电线的另外一端,一个软铁棒被放置到一个铁线圈中,当有电流通过时,这个铁棒就有了磁性,会把一个铁块吸引过来,发出咔嗒一声。当电流被切断时,一根弹簧会把这个铁块拉回原来的位置。这样信息就可以在电线的另外一端被记录下来,对应的编码可以被翻译成文字。
莫尔斯来到华盛顿,请求国会拨款3万美元用于建设一条从华盛顿到巴尔的摩的电报线路,来测试自己的想法。对于一个未经验证的项目来说,这笔钱是一笔很大的开销。但让国会意识到电报将会是多么有用,也不是一件容易的事情。
眼看到了会议的最后一天,议案通过的希望渺茫。莫尔斯一整天都待在参议院里,焦急地等待结果。夜里10点,还有两个小时休会,一个朋友劝他放弃,因为参议院不赞成他的项目。莫尔斯回到旅馆,数了数钱,发现支付完旅馆费用,再买一张回家的车票后,就只剩下37美分了。
第二天下楼吃早餐的时候,莫尔斯遇到了一位老朋友的女儿艾尔斯沃斯小姐。她面带微笑地朝他走来,说道:
“我专程过来向您道贺。”
“为什么呢,我亲爱的朋友?”莫尔斯问道。
“因为您的项目被通过了。”她回答。
“噢,不,我年轻的朋友,你搞错了。”
“是您搞错了,项目在午夜被通过了。”
刹那之间,莫尔斯激动不已,一时竟说不出话来。然后他说:“你是第一个告诉我这个好消息的人,将来电报线建好后,第一条消息就发给你。”
工作按部就班地展开了。公元1844年5月24日,莫尔斯准备进行测试,为了这一天,他努力了12年。他在华盛顿,助手在巴尔的摩,房间里有很多显赫的政府官员观摩。莫尔斯坐在机器前,缓慢而坚定地敲出第一条通过电报发出的消息:“上帝做了什么?”消息内容是他年轻的朋友艾尔斯沃斯小姐选择的。巴尔的摩的助手马上就收到了消息,并立即将其传回了华盛顿。这样只用了一瞬间,这些灵动的单词就在80英里的线路上跑了一个来回。
在接下来的10年里,电报公司在全国各地如雨后春笋般地成立起来。临终前,莫尔斯终于满意地看到全世界都在使用他的电报了。
有了莫尔斯的发明,信息可以从大陆的一端传送到另外一端。但是大陆与大陆之间被广阔的海洋隔开,大陆间的消息还是得由蒸汽船来传送。因为水会导电,电线不能在水中使用。除非用什么东西把电线包起来,以防电流损失。人们发现古塔胶——一种有点像橡胶的物质非常合适。于是人们就往铜线上涂抹古塔胶,然后几股线绕在一起,最后再用涂了焦油的纱线包起来做防护。
一个大胆的计划开始成型:在大西洋底下铺上电缆,让美国和欧洲之间的电报通信成为可能。赛勒斯·韦斯特·菲尔德,一个年轻的纽约商人,决定铺设这样一条电缆,他为之倾注了自己所有的力量和热情。
大西洋电缆的故事成为人类与自然斗争中最为激动人心的篇章之一。大西洋的水深加大了施工的难度。第一次尝试是在1857年。为了铺设电缆,英国提供了“阿伽门农号”,美国提供了“尼亚加拉号”,这两艘船非常大,足以运载所需的大量货物,而且装配有可以把电缆放到水下的机器。它们从爱尔兰海岸出发,开始了伟大的冒险。当安全地铺设了400英里之后,电缆断了。所有已经下水的电缆都已无可挽回地损失了。在这次行动中,大约50万美元沉入水底,除了放弃别无选择。
第二年,又一次尝试开始了。这次人们决定从大西洋中间开始铺设电缆。两艘船分别从大西洋两岸出发,每艘船上载有总长度一半的电缆;然后在大西洋中间相遇,两艘船上的电缆被铰接到一起。计划是这样的:两艘船分开,一艘往东开,一艘往西开,一边航行一边铺设电缆。但是还没等到它们离开对方的视线,电缆就断了。人们返回原地,再把电缆接在一起。电缆一次又一次地断开,电流不能通过。最终,人们再次被迫放弃。
看起来,人们肯定是要放弃了。但是,不!到了7月份,人们又开始工作了。8月5日,菲尔德先生向布坎南总统报告,电缆的两端都已经安全着陆。每个人都陷入了疯狂的激动中。英国女王和美国总统相互问候,这项伟大的成就宣告完成。
然而,这条电缆在发送了大约700份电讯之后,才刚刚满月,信号就变得越来越微弱,到最后干脆断了。想象一下菲尔德和那些把自己的钱一次又一次投入到这个冒险中的人是多么失望啊!几年的努力,成千上万的花费,只有一个月的使用价值——然后只剩下一条躺在水下长达两千英里的无用电缆。
于是,人们开始认为深海电缆可能永远也无法正常运转,他们因沮丧失望而选择退缩。但是菲尔德没有停止工作,他开始为铺设一条新电缆而筹集资金。公元1865年,他再一次尝试。为此,他们准备了一条更重的电缆,并租下了当时最大的蒸汽船“大东方号”来铺设。这次,他们更为小心翼翼。当工程进行到三分之二的时候,船上的机器在巨大的拉力下抛锚了,电缆被折断,丢失在海底。他们三次用铁锚在11000英尺的海底把它钩住,三次试图把它拉到水面,但却一次又一次地失败。
菲尔德放弃了吗?没有。一个新的公司成立了,他又募集到了新的资金。公元1866年7月,“大东方号”再次出航,两个月后,项目终于顺利完成。1866年7月27日,是菲尔德人生中最欢乐的一天。13年来他一直努力铺设海上电缆,终于获得了圆满的成功。
通过这条电缆发送的第一条信息是英国女王发给美国总统的,第二条由赞助公司的英国董事发送给纽约董事,信息的内容是这样的:“欧洲和美国被电报连接在了一起。荣耀归于至高的神,平安和善意给予人。”
电报通信终于在新旧大陆之间建立起来了。人们很快就能收到之前好几周才能传过来的早间新闻。从那天开始,两块被广阔大洋分开的大陆就一直保持着通信。截至20世纪30年代,大约有1800条这样的水下电缆在海底纵横交错,通往人类能够想象的所有方向。它们每天往世界各地输送超过4000条信息。几乎在事件发生的同一时间,我们就能收到相关消息。时间和空间的障碍终于被电缆克服。这种新的联系形成锁链,把世界各国绑在一起。
电报和电缆传递电脉冲,在另外一端产生声音。这种方法仍然是一个符号通信系统,使用者必须熟悉编码。如果电流可以传递信号,为什么不可以直接传递声音呢?在电报被发明32年之后,亚历山大·格雷厄姆·贝尔,波士顿大学一位年轻的教授,正忙于解决这个问题。他的工作间位于波士顿一条狭窄街道上某幢建筑的阁楼里。
贝尔教授是一位聋人教师,他在声音对耳朵的影响方面已经有了相当深入的研究。从童年开始,他就对说话和倾听很感兴趣。当他还是一个小男孩的时候,父亲就建议他和哥哥尝试制造一台说话机器。这真是个十分吸引人的提议,贝尔开始制作嘴巴模型,他在橡胶里塞上棉花,作为舌头和喉咙的一部分。他的哥哥制作了肺、喉咙和声带。然后,他们把这些东西组到一起,一个男孩向肺部伸出来的管子里吹气,另一个移动木偶的嘴唇。当它发出“妈——妈,妈——妈”的声音时,孩子们高兴极了。有一天,他们把这台机器拿到楼道里。兄弟俩开始操作,机器发出的声音就像一个小孩在哭喊,“妈——妈,妈——妈”。楼上的一扇门打开了,两个男孩还是让木偶玩具尽情地哭。然后,他们听到有人说:“天哪!这个小家伙是怎么了?”兄弟俩高兴极了。
贝尔长期以来对声音是如何影响耳朵的研究给他发明电话带来了启发。在耳朵中,耳膜这个微小的薄片对听到的单词做出反应。贝尔推理,如果厚度不超过一片薄纸的耳膜都可以把振动传递到厚重的骨头里,那么一片更重一点的薄膜应该可以振动一根电线。就在一刹那间,电话在他脑海里出现了,贝尔马上开始夜以继日地工作,做了一个又一个实验。贝尔全身心投入其中,完全不考虑其他,甚至放弃了自己的专业工作。
贝尔的奋斗故事和其他很多发明家一样。他被迫忍受贫穷和嘲笑,被称为“认为能通过一根电线聊天”的怪人。然而在一个炎热的6月的某一天,他所有的努力都得到了回报。贝尔和他的助手华生正在进行他们没完没了的实验,他突然听到一个微弱到几乎不可辨识的弦音。这是新生电话的第一声喊叫。贝尔冲进华生正在试图发送信号的房间,眼里闪烁着兴奋的光芒。“你刚才做了什么?”贝尔大喊道,“什么都不要动,让我看看。”
在很长的一段时间里,电话只能听到微弱的喘息,发出奇怪而含混不清的声音。然后伟大的一天终于到来了,它第一次真正地讲话了。1876年3月10日,贝尔在阁楼上,对着电话向助手说:“华生先生,请来一下,我需要你。”地下室里的助手突然放下听筒,冲过三段台阶来到阁楼,气喘吁吁地喊道:“我听到了,我听到你说了什么!”
终于成功了!你可以想象一下贝尔的欢乐和幸福。贝尔和华生开始兴奋地投入到让通话更加清晰的工作中。当时的那台设备很粗陋,电流很弱,电话传过来的声音几乎都听不清。但就是这样一个小小的开端,发展出了我们今天庞大的电话系统。
在这之后两个月,美国的第一次世界博览会——百年纪念博览会在费城开幕,贝尔把电话送去参展。电话在展览会上放了整整一个月,但似乎没人对它感兴趣。有一天,展览会的电气展览品要展示给评委们。被一群衣着光鲜的随从簇拥着的巴西皇帝唐·佩德罗,世界上最伟大的科学家之一——威廉·汤姆森爵士,还有一些名人也在场。贝尔被敦促赶到费城来展示电话。但是贝尔不打算过去,因为他太穷了。正好这时,他年轻的朋友梅贝尔·哈伯德要去费城,贝尔就跟着她去了火车站。当火车开动时,哈伯德小姐得知贝尔不打算跟她一起走,眼泪都掉下来了。犹豫了片刻之后,贝尔跳上了已经开始移动的火车,没有买票,也没有携带行李。
这次旅行成了贝尔生命中的重要转折点。评委们在展厅里观展,皇帝唐·佩德罗走进了贝尔展示电话的房间。他在放着小小听筒的桌子前坐下,被告知把这个奇怪的设备放到耳朵旁边。在另外一个房间,贝尔对着话筒慢慢说话。突然间,皇帝的脸上流露出极其惊讶的神情,大声惊叹:“它能讲话!”然后,著名科学家威廉·汤姆森爵士也过来了。他听了一下,然后说:“是的,它真的能讲话。这是我在美国见到的最神奇的东西。”
电话成了展会上的奇迹。“前一天晚上我上床睡觉的时候还默默无闻,”贝尔说,“第二天早上醒来发现自己已经出名了。”
从那以后,科学家们开始孜孜不倦地研究,并不断地扩展着电话的功能和数量。1915年,第一条横贯大陆的电话线开通。1927年,美国和欧洲之间开通电话服务,这成为通信史上一个新的里程碑。
莫尔斯发明电报之后,可以在数百万英里的线路上传递着信息。有了贝尔的发明,人们可以通过电线直接听到对方的声音。然而,因为太依赖电线,没有电线的地方依然无法通信,所以目前的通信系统还不够完美。科学家们仍然在寻找新的方法。然后就有了这样一个奇迹,不需要任何电线就能够通信。电脉冲可以在空中传播很远,这个原理人们很早就知道了。早在1795年,一位西班牙科学家就阐述了使用电流在空中传递消息的可能性。1887年,一位名叫海因里希·鲁道夫·赫兹的德国教授发现了如何在空气中把电波传送到相当远的距离。但是没人能够把这些理论应用到实际生活中。赫兹的研究发表之后,大家开始认真思考,每个国家都想率先解决这个问题。
伽利尔摩·马可尼是一个只有21岁的年轻意大利人,他在自家花园里开展了一系列实验。1896年,他去了英国,在那里他演示了不通过电线就能接收到将近两英里之外的信号的装置。这位年轻的发明家低调地稳步向前,不断地学习和实验,成功地把信号越送越远。最终,他能够把无线信号发送到英吉利海峡对面,这个距离大概是28英里。但他仍然不满足。利用改进后的仪器,马可尼计划把消息发送到大西洋对面。1901年,一个强大的装置在英国西海岸立了起来,准备进行这个伟大的测试。方案决定在每天几个约定的时间点,把代表字母S的三声嘀嗒声发送给身处纽芬兰的马可尼。
马可尼在纽芬兰一个小棚屋里等待着信号到来,时间到了,一切准备就绪。马可尼坐在那里,把听筒拿到耳边。将近半个小时过去了,依然连一点声音都没有。实验失败了吗?突然,在凝重的寂静中,马可尼听到了一声微弱的嘀嗒声,说明这个仪器勉强开始工作了。片刻之后,传过来了三声嘀嗒声——字母S!它跨越了大西洋,从2000英里之外跳到了这里。三声嘀嗒声一次又一次地传来,美国和欧洲又一次连接在了一起。这是一种即时的通信方式,不为距离、高山和水域所阻挡,人们终于可以跨越空间的巨大障碍。无线通信很快得到普及。人们建立起功率强大的无线电台,信息开始飞速地来回交换。
但是,无线电报也不是通信发展的终点。马可尼刚刚完善了无线电报,科学工作者就开始寻找无线电话的方案。在第一条无线信息发出后15年,无线电开始迅猛发展。到了1914年,世界上到处都可以见到无线电通信。
在这100年里,通信系统的发展从不缺乏奇迹。它们给地球系上了腰带,实现了跨地区通信,世上所有事情对人们来说都不再新奇。电报和电缆让人们可以跨越大陆,穿越大洋进行通信。有了电话和无线电,人们仿佛有了一双电耳,可以听到世界尽头的消息。科学家们现在(译者注:20世纪30年代)正在研制电视,将给人们一双电眼,可以看到很远地方那些处于人们视线之外的东西。当电视被完善之后,画面将在空中闪电般地传到全世界。有了这些大众通信设备,人类的生活将更加丰富。
(1) 编者注:富兰克林本人是否真正去做过这个实验尚未考证。后来虽有其他科学家效法,但在安全措施方面有所加强。读者切不可随意模仿,以免危及生命安全。