书城教材教辅中学理科课程资源-探寻物理起源
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第20章 电报的发明(2)

满腔忧愤的莫尔斯并没被挫折击倒,他对自己发明的价值有信心。但是要改进电报装置,加大通信距离,需要一大笔钱。莫尔斯忍痛变卖了自己珍藏多年的几幅名画,在得与失之间,莫尔斯做出无悔的抉择。是一个有志者对事业的执着追求和不达目的不罢休的坚定信念,给了莫尔斯面对困难的勇气,支撑他继续研究和实验。这样,试验终于以莫尔斯倾家荡产为代价坚持下来了。这段艰难的日子里在青年技师盖尔的帮助下,经过3年的刻苦努力,一台简单、准确、实用的电报机终于问世了,它预示着电报为人类造福的日子即将到来。满载着成功的喜悦,莫尔斯带着他的电报机来到了华盛顿向国会申请建立一条实验性的电报线路。然而,经过几次讨论,因保守主义者从中阻挠,关于电报的议案没有通过。历经挫折的莫尔斯再度遭到沉重打击。他伤心地离开这座“无情的城市”,口袋里仅剩下不到一美元。莫尔斯的电报技术因得不到社会的承认而再度搁浅。传统观念和习惯势力对新生事物的指责和非难影响了其顺利成长,甚至使之遭到摈弃和扼杀。此时此刻,生存又成为莫尔斯的一道难题。他被迫又一次拿起画笔,但笔墨生疏,他的作品无人问津。此时的莫尔斯贫病交加,生活又一次把他推向了饥饿的边缘。

然而,新生事物总是有其不可战胜的顽强生命力。技术的进步如同历史的车轮一样是不可阻挡的,凡是为人类造福的技术发明必将受到历史的尊重和社会的承认。电报的议案终于被重新讨论通过了。在莫尔斯领导下,世界上第一条实用的电报线路在华盛顿到巴尔的摩之间开通了。1844年5月24日,这是人类通信史上非同寻常的一天,伟大的历史时刻来临了,莫尔斯在国会大厦联邦最高法院会议厅里,向应邀前来的科学家、政府人士介绍了实验原理,并向等候在64公里之外的盖尔发出了历史上第一份长途有线电报。电文是:“上帝创造了何等的奇迹!”从此,莫尔斯电报机风靡全球,电报从实验研究最终成为一种实用的通信工具,人类通信史上又翻开了新的一页。

伟大的发明家莫尔斯以其中途改行的勇气,不屈不挠的坚强性格,善于吸收前人成果又能独辟路径的思维方法,以及对科学事业无限热爱的执着精神,完成了人类通信史上的第一次革命。他的功绩将永远载入史册,但人们也同样不会忘记那些为科学突破做出贡献的铺路人,比如,杰克逊点燃了电报发明的火种;盖尔雪中送炭,加速了电报发明的历史进程。总之,每一项科技的突破都是整个人类智慧的结晶,是无数科学发明家共同奋斗的成果。

2.海底电缆的铺设

随着莫尔斯第一份有线电报的拍发成功,1844年起电报正式用于公众通信。随着资本主义的发展,英国同欧洲大陆及欧美两地之问利用邮船通信已远远不能满足信息联络的需要。而莫尔斯电报只能在陆地上使用,于是有线电报的发展趋势必然是由陆上传递到海上传递,由国内传递到国际传递。制造和铺设海底电缆也因此成为最迫切的任务。

1850年,最早的海底电缆在英法之间的多威尔海峡铺设成功,但它比较短,传输信息仍然不很方便,要铺设一条长达几千公里的电缆,工程艰巨,而且还有许多理论上和技术上的问题需要解决。1854年,克拉克发现了信号延迟现象。随后,年轻的物理学家威廉·汤姆孙经过一年的深入研究,解决了信号传递衰减的重大理论问题,成为长距离海底电缆铺设工程的奠基人。

1856年,大西洋海底电缆公司成立,汤姆孙作为该公司苏格兰股东的董事参加了第一条大西洋海底电缆的铺设。尽管他学识渊博,才华出众,但因太年轻而未得到重用,而并不精通电学的华特霍斯却担任了电气工程师,他这个人喜欢独断专行,对汤姆孙提出的技术上的建议随意给予否定。作为一位无权的董事,汤姆孙没有因怀才不遇而放弃对科学事业的追求,他本着严谨的治学态度,勇于提出自己的主张。

1857年,沟通欧美大陆的第一条海底电缆终于制成了。而电气工程师华特霍斯却在铺设的关键时刻故意拆台,找借口拒绝随船出航。董事会只好请汤姆孙来代理他的职务。然而,电缆沉放到330海里时,意外地发生断裂,第一次铺设失败了。面对初次尝试后的挫折,汤姆孙没有气馁。他冷静地分析了电缆断裂的原因,而后立即全神贯注地钻进格拉斯哥实验室里。

经过半年的潜心试验,1858年春,汤姆孙发明了灵敏度很高的镜式电流计电报机。技术问题解决了,电缆沉放工程再次动工,华特霍斯又因嫉妒拒绝出海,汤姆孙从大局出发,不计个人恩怨,在没有任何利益却承担着重大风险和责任的情况下又一次代理了电气工程师的工作。“亚加墨娜”号海船载着200多吨重的电缆从北美出发,东渡大西洋,不料海上突然起了风暴。船上的人们在狂飙飓风中搏斗了一个多月,终于在8月5日于爱尔兰登陆。下午3点55分,汤姆孙成功地拍发了从欧洲到美洲的第一份电报。可是,仅仅使用了一个月的电缆又一次发生严重故障,通讯中断了。耗资巨大的铺设工程没有取得商业上的效益,公众的批评和谴责接踵而至,不少股东都纷纷打起退堂鼓。汤姆孙顶着各方面的压力,竭力宣传和主张再制造第二条海底电缆。

1865年,汤姆孙费尽心血领导制成了第二条电缆,公司也吸取了教训对制造技术进行了严格的检验。同年6月,铺设工程再次拉开帷幕。汤姆孙不顾自己骨折后的行动不便,仍旧领导施工。这次出海的“大东”号巨轮比“亚加墨娜”号壮观得多,人们寄予的希望也越大。想不到电缆铺设到大西洋中部时,又意外折断,坠入了4000多米的深渊。这次惨重的失败给汤姆孙以致命的打击,几年的辛苦付之东流,舆论的压力和各界的怀疑愈加强烈了。汤姆孙在极度悲痛中再次鼓起勇气,拿出破釜沉舟的劲头,他坚信“大西洋阻挡不住人类的进步!”经过紧张的奋战,1866年4月,“大东”号再度起航,汤姆孙仍身肩重任,主持沉放工作,永久性的大西洋海底电缆终于铺设成功了!

全部海底电缆铺设工程前后经历了四次,整整进行了十年,真可谓:步步看来都是血,十年辛苦不寻常!历经了风险、灾祸和挫折,海底电缆的铺设奏出了人类通信史上的豪迈乐章!它的成功,使电报的通信范围扩大了。从此,大洋两岸的人们能借助电报来满足快速传递信息的需要,人类通信史上又立下了一座新的里程碑。然而为铺设电缆立下功勋的汤姆孙却说道:“我在过去所极力追求的科学进展,可以用‘失败’这个词来标志,在失败中必然有一些悲伤,但是在对科学的追求中,本身包含的必要努力带来很多愉快的斗争,这使科学家避免了苦闷,而且或许还会使他在日常工作中相当快乐。”汤姆孙的话表现了一位科学巨匠对科学事业的探索从不满足的谦虚品格,也揭示出科学家追求真理的执着精神,这是我们从汤姆孙变失败为成功的历程中得出的深刻启示。

三、无线电报的诞生

有线电报的应用,带来了人们生产、生活的巨大改观。然而,随着社会生产的发展,有线电报逐渐暴露出其自身的局限性,首要问题是必须由导线连接,尤其受地理环境的束缚。为了解决导线传信的矛盾,发明家们又开始了无线电报的研究和探索。

19世纪,电照明技术的发展为无线电通信的突破提供了物质条件,而1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦关于电磁波的预言,为无线电通信奠定了理论基础。赫兹的重大发现给无线电发明家们开辟了广阔的道路,研究用电磁波传送信息的学者们形成了群雄逐鹿的局面。法国物理学家布冉利、英国皇家学会会员洛奇、新西兰物理学家卢瑟福、美国中年电学家台思拉等众多杰出的探索者都为无线电的研究进展立下了不可泯灭的功劳。但是,正如马克思所说:“在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。”波波夫和马可尼正是这样两位到达科学顶峰的发明家,实现了人类用电磁波传递信息的理想。

1.波波夫的贡献

1894年,俄国的物理学家、电气工程师波波夫研制了一台无线电接收机。同以往的接收器相比,它的灵敏度更高,而且首次在接收机上使用了天线,这是世界上第一根天线。波波夫的这个重大发现,打开了无线电通信研究的突破口,为人们的研究提供了新思路。1895年5月7日,波波夫在彼得堡物理化学会的物理分会上表演他发明的无线电接收机,当接通火花发生器时,接收机的电铃立即就响起来。波波夫的表演,引起各界的轰动和关注。几十年后,前苏联政府把这一天定为“无线电发明日”。不久,波波夫用电报机代替电铃,作为接收机的终端,组装成一台无线电发报机。1896年3月24日,波波夫和助手雷布金又在俄国物理化学年会上正式进行了无线电传递莫尔斯电码的表演。在250米远的通信距离内拍发了世界上第一份有明确内容的无线电报,电文是“海因里希·赫兹”。它表明了电磁波发现对人类的重大意义,也表达了波波夫对这位卓越物理学家的无限崇敬。

波波夫的成功开辟了人类通信史上的新纪元,人类迎来了用电磁波传递信息的时代。然而由于落后、保守的沙俄政府没有及时认识到无线电报的重大作用,所以对无线电事业的发展没有给予任何关心和支持。波波夫第一次向当局申请实验经费时,竟得到这样的批示:“对于这种幻想,不准拨款。”在艰难的困境中,意志坚强的波波夫想尽各种办法坚持继续实验。1897年春,38岁的波波夫在喀琅施塔得停泊场进行无线电实验,可靠通信距离达640米。同年夏天,波波夫在巡洋舰“阿非利加”号上进行无线电通信联系的试验,最远距离达到5公里。实验过程中,波波夫发现了金属物体对电磁波的反射作用,当他把这个伟大发现报告给有关部门时,却没有得到支持和重视,直至30年后,其他科学家依据这个原理发明了雷达。一项重大的发明机会就这样在厄运中失之交臂了。没有理解、没有支持、没有承认、四处碰壁、被困难重重包围的波波夫,在47岁时因患脑溢血英年早逝!他也失去了获得诺贝尔奖——这项科学界最高荣誉奖的机会。

在科学的发展史上,社会的不公平待遇甚至是虐待,扼杀了科学家进行科学发现的才能,埋没了他们科学研究的潜力。在很大程度上,社会的人文环境主宰了科学家的命运。历史上根深蒂固的传统习惯是造成所有时代里发明家悲惨命运的根源。如果波波夫没有遭受科学道路上的蒙难,无线电事业的发展可能会提前30年。

2.马可尼与无线电报

意大利青年发明家马可尼是无线电发明和发展中的后起之秀,在波波夫表演无线电收发报以后,马可尼才开始崭露头角。1895年夏天,21岁的马可尼在花园里进行了一次非常成功的电磁波传递信号实验。同年秋天,他把电磁波的传送距离扩大到2.7公里,为了进一步进行试验,他向意大利申请资助,但没有得到政府的支持,于是马可尼毅然踏上去英国伦敦的征程,寻求新的发展机会。到伦敦后不久,幸运的马可尼申请到了英国政府的专利,同时得到了英国邮电总局总工程师普利斯博士的大力支持,为他提供良好的实验条件,派去得力助手,并为他的研究成果做大力宣传。