书城童书科学发明与创造
16591500000005

第5章 传媒通信中的发明与创造(1)

蔡伦的伟大发明

造纸术发明之前,人们都是把字写在竹简和丝帛上,由于承载的笨重和造价昂贵,制约了文化的传播。东汉宦官蔡伦造纸术的发明,对当时乃至后世都有极其重要的影响,造纸术与指南针、火药、印刷术并称为中国的四大发明,对世界文明的进步作出了巨大贡献。

蔡伦,东汉桂阳(今湖南郴州)人。

他出身低微,很小就入宫做了太监,服侍汉和帝。蔡伦聪明识字,人又谨慎好学。平时他不喜欢和人交往,经常把自己关在屋里读书思考。

汉和帝即位后,蔡伦被提升为中常侍,出入宫廷内外,平时服侍皇帝,负责掌管文书,传达皇帝的命令。当时许多外官经常和宦官结交,但是蔡伦却能坚守原则,并不随便与人交往,因此汉和帝更加信任他。蔡伦敢于指出和帝不对的地方,因此也很受和帝的器重,经常参与朝政。

蔡伦是一个喜欢思考和有所发明的人,汉和帝永元九年(公元97年),蔡伦升任尚方令,负责掌管皇帝的手工作坊,这个作坊是皇家的私人作坊,主要是为皇家服务。

蔡伦在监管作坊期间,经常和匠人一起切磋制造器械的技术,由他监管制造的各类军械、宝剑,十分精良、锋利,被天下人赞叹。他在这方面的才能也开始逐渐显露出来。

东汉以前,人们通常都用竹简和丝帛作为记载文字的工具,有些很长的奏章要用许多竹简,翻阅起来非常不方便,也难于随身携带,而用丝帛作为书写的载体,虽然方便,但是很昂贵,普通人家根本承担不起这样的费用。

蔡伦平常喜欢读书,对于竹简带来的种种不便深有感触,制造出一种轻便的、价格低廉的书写工具,成为蔡伦的一个梦想,为了实现这个梦想,蔡伦翻阅了许多前人的资料。

有一天,蔡伦看到宫女们在用蚕丝制造各种丝织品,从她们的制造过程中,蔡伦顿时有了灵感,他连忙赶回去,和匠人们共同研究,把树皮、麻头、破布、渔网等混合在一起,捣碎弄烂,然后将这些东西糅合在一起,拌匀后晾干,经过反复的实验和研究,蔡伦终于制造出了廉价和实用的纸张。

东汉和帝元兴元年(公元105年),蔡伦把发明纸的过程详细地记录下来,连同自己制造的第一张纸,一起奉献给汉和帝,请他过目。

汉和帝亲自试验后,非常满意,重重赏赐了蔡伦,并把制造纸的方法颁布天下,蔡伦的造纸术马上在各级社会阶层中传播开来,受到广泛的欢迎和喜爱。

为了赞颂蔡伦的杰出贡献,当时人们把这种纸叫做“蔡侯纸”。蔡伦的名气越来越大。

传承文明的活字印刷

印刷术是我们伟大的中华民族的四大发明之一,是对世界文化发展的重大贡献,距今已有1300多年的历史了。

我国最早的印刷术,是雕版印刷术,方法是先把木板刨平,锯成两页书大小。

然后在板面上抹上一层糨糊,把写好的文稿薄纸翻贴在板面上。雕刻匠用刻刀把一个个字刻出来。如果让字凸出来,这叫阳文版;如果让字凹下去,就叫阴文版。

印刷的时候,先在制好的文字版上刷上油墨,然后把白纸盖到版上,用刷子轻轻刷平,文字就转印在纸上了。

一页页刻好,一页页印好后再分装成册,一本书就出版了。

雕版印刷实行了一段时期之后,人们渐渐发现这种方法太费工料了,因此,人们迫切要求改进印刷技术。

我国北宋时期,有一个优秀的刻字工人名叫毕昇。是他,不断总结前人的经验,历时八九年的艰苦钻研,终于创造出泥活字印刷术。

他首先用泥土做成一个个小型四方长柱体,把顶端切平后刻上一个个单字,然后再放入火中煅烧以增强它们的硬度,使每一个字都像小巧玲珑的小瓷砖一样。

烧好后,他又把每个字按韵排列好。每到印刷时,就按着底稿的要求将字拣出来,一行一行排在铁板上,周围用铁框扎紧。

为了使每一块活字版形成一个坚固的整体,除了周围用铁框外,预先在铁板上放一些松脂、蜡等黏合物。

当把每块活字版在火上烤的时候,它们就熔化了,这时可以趁势用平板将活字压平,冷却后,活字就牢固地固定在铁板上了。然后刷上油墨,把白纸盖在活字板上印刷,印完后,可以再将铁板烤热,松香熔化了,就可以将活字一个个再拣起来,排列好,保存好,以备以后再用。

这样印书,既方便,又省工料,大大加快了印刷速度和效率。

继毕昇之后,1314年,山东农民王祯,又创造出了木活字印刷术。1488年,无锡一个名叫华燧的人,又创造了铜活字印刷术。

在我国毕昇发明活字印刷术的400多年后,德国人谷登堡于1445年研究成功了利用铸造的铅活字,进行活版印刷的技术。

古登堡还研制成功了木制印刷机,制成了调油墨,大大提高了印刷的速度和质量,为印刷的机械化做出了重大贡献。

罗兰·希尔发明了邮票

人类社会的发展,决定了人类单靠个人的力量是无法在地球上长期存活下去的。人类需要帮助,人类需要交流,信息传递成了人类生存必需的基本活动之一。

最初是打手势,之后发明了语言,用马拉松式的长跑传递口信。再以后发明了文字,开始书信传递,于是有了古代邮驿。

当时的邮资是按邮件运递路程和信件纸张数量逐件计算的,即“递进邮资制”,收费的标准也很高。

如果遇到江河泛滥、桥梁坍塌,信件就得多走几百千米,总计下来,邮资高得吓人。

如此昂贵的邮资,使平民百姓望而生畏,他们把寄信看成一件奢侈的事情。

19世纪30年代是改革的黄金年代,改革造就了一代英雄,罗兰·希尔发明了世界上第一枚邮票,在世界邮政史上树起了一座划时代的里程碑。

罗兰·希尔经过多年的调查主张大幅度降低邮费,实行邮件不分远近、一律收费1便士的均一邮资,他还提出使用“印刷精美的邮政用品”来预先支付邮资。

这种纸的大小与邮资图样大小相仿,背面涂上一层薄胶,人们只要沾湿背胶就可以将其贴在信件上,这就是罗兰·希尔关于邮票的最初创意。

为此,罗兰·希尔上书政府,提出了自己的改革建议,1839年8月17日,维多利亚女王批准了这个议案,决定英国自1840年1月10日起实行1便士均一邮资法。

罗兰·希尔也被女王任命负责邮政改革工作。

为了把创意中的1便士邮票变成现实,罗兰·希尔要求应该使用具有防伪性能并能在公众中取得信誉的图案作为邮票的图案,于是采用了威廉·怀恩创作的维多利亚女王的侧面头像,这样既显示了发行邮票的权威性,又通过邮票宣传了英国,宣传了女王。

邮票采用黑色油墨印刷,1840年4月15日,终于印出了世界上第一批邮票——黑便士邮票。

黑便士邮票原定于1840年5月6日发行,但有的邮局在5月1日就开始发售。

为表彰罗兰·希尔对邮政改革做出的杰出贡献,英国女王赐予他爵士称号,人们尊称他为“邮票之父”。

电话让声音漂洋过海

“我知道命运掌握在我自己的手中,我知道巨大的成功马上就要到来。”贝尔曾自信地向世界这样宣告。

贝尔1847年3月3日出生于英国苏格兰的爱丁堡。他的父亲是一位嗓音生理学家,并且是矫正说话、教授聋人的专家。

1862年贝尔进入着名的英国爱丁堡大学,选择语音学作为自己的专业,贝尔通过总结父辈们的经验进步很快。

1867年毕业后又进英国伦敦大学攻读语言学。就在此时,英国发生了大规模的肺病,贝尔先后失去了两个兄弟,其父带着全家迁居到加拿大以躲避瘟疫。

1869年22岁的贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授,担任声学讲座的主讲。在莫尔斯电报发明后的20多年中无数科学家试图直接用电流传递语音,贝尔也把发明电话作为自己义不容辞的责任。但由于电话是传递连续的信号而不是电报那样不连续的通断信号,在当时的难度好比登天。他曾试图用连续振动的曲线来使聋哑人看出“话”来,但没有成功。但在实验中,他发现了一个有趣现象:每次电流通断时线圈发出类似于莫尔斯电码的“滴答”声,这引起贝尔大胆的设想:如果能用电流强度模拟出声音的变化不就可以用电流传递语音了吗?随后的两年内贝尔刻苦用功掌握了电学,再加上他扎实的语言学知识,使他如同插上了翅膀。他辞去了教授职务,一心扎入发明电话的试验中。在万事俱备只缺合作者时他偶然遇到了18岁的电气工程师沃特森。两年后,经过无数次失败后,他们终于制成了两台粗糙的样机:圆筒底部的薄膜中央连接着插入硫酸的碳棒,人说话时薄膜振动改变电阻使电流变化,在接收处再利用电磁原理将电信号变回语音。但不幸的是,试验失败了,两人的声音是通过公寓的天花板而不是通过机器互相传递的。

正在他们冥思苦想之时,窗外吉他的叮咚声提醒了他们:送话器和收话器的灵敏度太低了!他们连续两天两夜自制了音箱、改进了机器。然后开始实验,刚开始沃特森只从收话器里听到嘶嘶的电流声,终于他听到了贝尔清晰的声音“沃特森先生,快来呀!我需要你!”1875年6月2日傍晚,当时贝尔28岁,沃特森21岁。他们趁热打铁,几经半年的改进,终于制成了世界上第一台实用的电话机。

1876年3月3日(贝尔的29岁生日),贝尔的专利申请被批准,专利号为美国174465。其实,在贝尔申请电话专利的同一天几小时后,另一位杰出的发明家艾利沙·格雷也为他的电话申请专利。由于这几个小时之差,美国最高法院裁定贝尔为电话的发明者。

回到波士顿后两人继续对它进行改进,同时抓住一切时机进行宣传。两年后的1878年,贝尔在波士顿和沃特森在相距300多千米的纽约之间首次进行了长途电话实验。与34年前莫尔斯一样取得了成功。所不同的是他们举行的是科普宣传会,双方的现场听众可以互相交谈。中途出了个小小的问题:表演最后节目的黑人民歌手听到远方贝尔的声音后紧张得出不了声,急中生智的贝尔让沃特森代替,沃特森鼓足勇气的歌唱使双方的听众不时传来阵阵掌声和欢笑声,试验圆满成功。

1877年,也就是贝尔发明电话后的第二年,在波士顿设的第一条电话线路开通了,这沟通了查尔期·威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人住宅之间的联系。也就在这一年,有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了新闻消息,从此开始了公众使用电话的时代。

1922年,贝尔逝世于加拿大巴德克,享年75岁。

菲洛·泰勒·法恩斯沃思发明电视

我们几乎每天都会看电视,但是却几乎没有人知道菲洛·泰勒·法恩斯沃思是谁。

2006年8月19日是美国科学家菲洛·泰勒·法恩斯沃思诞辰百年的纪念日。他是全世界公认的电子电视的发明者,被称为“电视之父”。

1927年,法恩斯沃思成功用电子技术把图像从摄像机传输到接收器上,这是公认的电视诞生标志。

法恩斯沃思于1906年8月19日出生于美国犹他州的农家。幼年的法恩斯沃思就表现出早慧的迹象,他对见过的任何机械装置具有摄影般的记忆力和天生的理解力。

法恩斯沃思的父母不断搬家以寻找较理想的居住地。当他们在爱达荷州定居下来之后,11岁的法恩斯沃思得知他的新家装有输电线,欣喜若狂。他在家里的屋顶阁楼上发现了成捆的科技方面的旧杂志,开始自学并决心当个发明家。法恩斯沃思开始做试验,并在12岁时自制了一台电动车,后来又造出洗衣机供家人使用。

后来,法恩斯沃思开始认真地考虑研制电视。他几乎是本能地意识到用机械装置传送图像是不可行的。这名年轻人还有一个直觉,即令他感到新奇的物理学领域——电子学的研究——有可能掌握着解决这一问题的答案。无论如何,电子能够以机械装置不可比拟的速度移动,这就可以使图像清晰得多,并且意味着不需要活动元件。他由此推理,如果一个画面能转换成电子流,那么就能像无线电波一样在空间传播,最后再由接收机重新聚合成图像。从本质上看这是个相当简单的主意,但如此简单的想法却似乎没有任何人想到。

1921年,15岁的法恩斯沃思经常神不守舍地考虑着一个难题:怎样设计一个新颖的收音机,使它能够把移动的画面与声音一起传送?

他产生了用电传输图像和声音的想法。

不久后,他就画出一个传输器草图,并拿给老师贾斯廷·托尔曼看。这张简单草图,就是现代电视机和电视传输技术的雏形。

但是,想继续搞研究的法恩斯沃思却面临着许多现实问题。一方面,他没有足够资金;另一方面,没人会相信一个15岁孩子的话。

法恩斯沃思只好暂时搁置自己的设计。

高中毕业后,法恩斯沃思进入犹他州杨伯翰大学。但因父亲去世,他不得不中途退学。

退学后,法恩斯沃思来到加州旧金山,创立了属于自己的简陋实验室,继续他的研究。1927年9月7日,年仅21岁的法恩斯沃思成功利用电子技术,把画着一条线的玻璃板图像从摄像机传送到接收器上。虽然当时图像很不清晰,但这套设备运行良好。

几个月之内,不少投资者表示愿意向法恩斯沃思提供资金供他继续研究。1930年8月,美国政府授予法恩斯沃思专利权,使他的发明受到专利保护。

法恩斯沃思并没有就此止步,而是继续专注于电视传输设备研究,并发明了100多种电视传输设备,为现代电视最终成形做出了巨大贡献。

法恩斯沃思发明电视后不久,又有一些人宣布自己为电视发明者,其中包括美国无线电公司首席电视工程师弗拉基米尔·佐里金。