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莫爾斯的發(fā)明
莫爾斯出生于美國一個(gè)牧師的家庭,青年時(shí)研究過繪畫和雕刻,擔(dān)任過許多藝術(shù)團(tuán)體的負(fù)責(zé)職務(wù)。他曾離開美國到英國去求師。歐洲秀麗的風(fēng)光和各種各樣的古跡使他眼界大開,歸國后,畫技有很大進(jìn)步,很快成為一個(gè)享有世界聲譽(yù)的畫家。他之所以改行從事電信的研究。完全是出于一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)。
那是1832年的秋天,一艘名叫“薩麗”號(hào)的輪船,滿載旅客和郵件,正在浩瀚的大西洋上破浪而行。這艘郵客輪是從法國定期開往美國紐約去的。
一天傍晚,吃過晚飯,許多旅客都圍坐在餐廳中聊天。這時(shí),只見一位青年從提兜里拿出一塊馬蹄形的鐵塊,展示在餐桌上,鐵塊上纏繞著許多密密的絕緣銅絲。大家望著這件奇異的東西,有些莫明其妙。
“這叫電磁鐵?!边@個(gè)青年一邊說,一邊聯(lián)結(jié)上電池,給銅絲通電。
奇怪的事發(fā)生了:鐵塊竟會(huì)立即產(chǎn)生一股神奇的力量,把附近的鐵釘、鐵片一下子吸了過去;可是當(dāng)電路一斷,咦!那些鐵釘、鐵片又立即紛紛掉了下來,那股神奇的力量也瞬間消失了。
這位青年叫查爾斯·杰克遜,是美國波士頓城的醫(yī)生,對(duì)電學(xué)研究有著濃厚的興趣。由于1831年英國物理學(xué)家法拉第剛發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng),因此人們對(duì)一切電磁現(xiàn)象都感到新奇。熱心普及科學(xué)知識(shí)的杰克遜,在船上滔滔不絕地向旅伴們有聲有色地介紹著電磁鐵的功能。
什么是電磁鐵?電磁鐵有什么用處?這在今天已是很普通的常識(shí)了。可是在當(dāng)時(shí)卻是很新鮮的事哩!電磁鐵是根據(jù)奧斯特發(fā)現(xiàn)的電可以生磁的原理制成的,在螺線管里插入一根軟鐵棒(又叫鐵芯),就構(gòu)成了最簡單的電磁鐵。螺線管通電后會(huì)具有磁性,鐵在磁場中又能被磁化,因而就產(chǎn)生了吸引力。常用的電磁鐵大都做成馬蹄形(即U形),目的是讓它的兩個(gè)磁極可以同時(shí)吸引物體,增強(qiáng)引力。它的磁性有無可以由通斷電來控制,磁性強(qiáng)弱可以由電流的強(qiáng)弱來控制,它的南北極可以由通電方向的變換來控制,因此使用起來非常方便,在生產(chǎn)、生活和科技上具有廣泛的用途,在電報(bào)通訊裝置中也是必不可少的重要元件。
雖然當(dāng)時(shí)電磁鐵的應(yīng)用剛剛引起人們的重視,杰克遜講述的也是些簡單的知識(shí),但同行的旅伴們還是被深深地吸引住了。
“那么,電流通過導(dǎo)線的速度是多少呢?”這時(shí)一位皮膚黝黑的中年男子,注視著桌上的馬蹄鐵,很有興味地向醫(yī)生發(fā)問。
杰克遜回答道:“它的速度極快,無論電線有多長,它都可以瞬息通過。最初當(dāng)富蘭克林進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),在電線的一端剛通上電,隔河電線的另一端就同時(shí)出現(xiàn)了火花?!?/p>
“先生們!”杰克遜望著睜大了眼睛的聽眾,提高了嗓音,很興奮地說:“請(qǐng)記住,人類快要啟用一種巨大的力量啦!電磁鐵的魔術(shù)般的功能和電流的神速,將會(huì)使科學(xué)創(chuàng)造出電的奇跡,我們的生活也將隨之改觀?!?/p>
那位發(fā)問的中年男子不是別人,就是繪畫藝術(shù)教授莫爾斯,那年他正41歲,到歐洲旅行寫生后返回美國,沒想到杰克遜醫(yī)生的一席話竟成為他一生中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從此,他告別了藝術(shù),投身于尚處在幼年時(shí)代的電學(xué)領(lǐng)域。他在寫生簿上端端正正地寫下了“電報(bào)”兩個(gè)字,立志要完成用電流傳遞信息的偉大使命。
當(dāng)時(shí),電磁學(xué)在世界上是很引人注意的新事物,可是許多富有經(jīng)驗(yàn)的電磁學(xué)專家做過千百次試驗(yàn),并未能在電通信方面取得多少進(jìn)展,而莫爾斯對(duì)電磁學(xué)的知識(shí)可以說是一竅不通,況且年過四十,居然“半路出家”,要攀登別人未曾征服過的高峰,這是一場多么艱巨的攻堅(jiān)戰(zhàn)??!
莫爾斯以堅(jiān)強(qiáng)的毅力和勇于獻(xiàn)身的精神,開始了他的偉大事業(yè)。經(jīng)過半年的刻苦學(xué)習(xí),他初步掌握了電磁理論。他把自己的小畫室改成實(shí)驗(yàn)室,購置了各種電工器材和工具,一次又一次地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),充滿他的家庭的已不再是畫筆和標(biāo)本,而是線圈、磁石和導(dǎo)線,他的寫生本上也不再是人物像和風(fēng)景畫,而是數(shù)不盡的各種方案、草圖和科學(xué)筆記,他把整個(gè)心思和全部時(shí)間都凝聚到設(shè)計(jì)電報(bào)機(jī)上了。
然而,冬盡春來,夏去秋至,三年過去了,失敗自然是一個(gè)接一個(gè),他的積蓄也幾乎花光了,生活處于極端困苦之中。在給朋友的信中,他經(jīng)常這樣說:“我被生計(jì)壓得喘不過氣了。我的長襪一雙雙都破爛不堪,我的帽子陳舊過時(shí)了?!睘榱私鉀Q生計(jì)問題,1836年,他不得不重操舊業(yè),擔(dān)任了紐約大學(xué)藝術(shù)及設(shè)計(jì)教授。當(dāng)他重握畫筆時(shí),不禁感慨萬千。他奮筆畫了一幅一幅信鴿在滔滔大海上與風(fēng)浪搏擊的油畫,借以抒發(fā)自己的感情。是的,他始終沒有忘記自己崇高的使命。他一面教學(xué),一面繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn),幾乎把掙得的每一分錢,都用到了改進(jìn)發(fā)明上。
莫爾斯在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象:電流能在很長的電線中迅速地通過,在兩個(gè)帶電導(dǎo)體間如果僅有一個(gè)極小的間隙時(shí)會(huì)立即迸出明亮的火花。莫爾斯從這里獲得啟示,經(jīng)過反復(fù)醞釀,他在科學(xué)手記上寫下了這樣一段話:
電流是神速的,倘若它能不停頓地走十英里,我就能讓它走遍全世界。電流只需截止片刻,就會(huì)出現(xiàn)火花,火花就是一種符號(hào);沒有火花是另一種符號(hào),沒有火花的時(shí)間長又是三種符號(hào)。這里有三種符號(hào)可以組合起來,代表數(shù)字或字母。它們可以構(gòu)成全部字母,文字就能夠這樣通過導(dǎo)線傳送了。其結(jié)果,在遠(yuǎn)處能記錄消息的嶄新工具就能實(shí)現(xiàn)了!
這個(gè)構(gòu)思,確實(shí)是電報(bào)電碼發(fā)明史上的一次重大突破。莫爾斯設(shè)想用點(diǎn)、劃同空白的組合表示字母,這樣兩地間只需傳遞兩種信號(hào),就可實(shí)現(xiàn)任何消息的通信。這種簡便而又可靠的方法,把電報(bào)的設(shè)計(jì)和裝置大大改進(jìn)了。莫爾斯還規(guī)定了特定的點(diǎn)、劃組合,用以表示各個(gè)字母的數(shù)字,這就是電信史上最早的編碼——莫爾斯電碼。
這種莫爾斯電碼,直到現(xiàn)在還繼續(xù)使用。今天,不管電報(bào)傳送什么內(nèi)容,不管是哪個(gè)國家的文字,也不管是明碼還是密碼,組成電報(bào)的最基本的結(jié)構(gòu)仍然還是長短不同的兩個(gè)信號(hào):短的是點(diǎn)(·),通常叫“嘀”,長的是劃(—),通常叫“嗒”,一劃的長度等于三點(diǎn)。如字母A的電碼是“·—”,B的電碼是“—···”,數(shù)字1為“·—- ”,2為“··—- ”等等。在中文電報(bào)中,用四個(gè)***數(shù)字編成一組表示一個(gè)漢字,如用0022代表“中”,0948代表“國”字等等。
有了這套電碼,如何用來實(shí)現(xiàn)通信呢?這就必須設(shè)計(jì)制作一種能傳送電碼的裝置。為此,莫爾斯投入了更緊張的工作。
這臺(tái)機(jī)器是啥模樣?是方是長,是圓是扁,誰也沒有見過?。榱酥圃鞕C(jī)器得買器材,得有試驗(yàn)地方,這些都要花錢。他的試制經(jīng)費(fèi)全靠美術(shù)教學(xué)所得的收入是十分有限的,經(jīng)濟(jì)顯得十分拮據(jù)。于是,他變賣掉了家具和財(cái)產(chǎn),有時(shí)窮得連喝咖啡、買面包的錢都沒有,只好靠友人的接濟(jì),可他堅(jiān)持夜以繼日地工作著,有些友人忍不住勸他別搞電了,他笑笑,繼續(xù)試驗(yàn)著。
蒼天不負(fù)有心人,在莫爾斯堅(jiān)持不懈的努力和友人熱情的幫助下,他終于獲得了成功。1937~1938年間,他研制成了一臺(tái)能夠在短距離內(nèi)傳送電碼的通信機(jī),他把這臺(tái)機(jī)器命名為“電報(bào)機(jī)”,這年,莫爾斯已經(jīng)46歲了。
莫爾斯發(fā)明的電報(bào)機(jī)盡管非常簡陋而笨重,單是電磁鐵差不多就有50公斤,用作繞阻的導(dǎo)線跟莫爾斯用作架空線的導(dǎo)線一樣粗。別看它樣子不好,但卻是人類電報(bào)通信的雛形,其基本原理與現(xiàn)在的人工電報(bào)是完全一致的。我們都知道,人工電報(bào)是一種比較簡單的電報(bào)通信方式,只要有一套收發(fā)報(bào)機(jī)、一副電鍵、一副耳機(jī),就可以進(jìn)行兩地間的通報(bào)。目前在一些農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū),這種電報(bào)仍在使用。
莫爾斯電報(bào)機(jī)包括發(fā)報(bào)機(jī)、收?qǐng)?bào)機(jī)和連通兩者的導(dǎo)線。發(fā)報(bào)機(jī)的主要裝置是一個(gè)簡單的電鍵和作為電源用的一組電池,收?qǐng)?bào)機(jī)的主要裝置是一個(gè)由電磁鐵操縱的符號(hào)記錄器。當(dāng)發(fā)報(bào)人將電鍵按下時(shí),電路接通,電流迅即流經(jīng)收?qǐng)?bào)機(jī)中纏繞在電磁鐵上的導(dǎo)線,這時(shí)電磁鐵的鐵芯就被被磁化,于是便吸引頂部鐵制印字杠桿的一端使之向下,同時(shí)也就使杠桿另一端的子輪向上,壓緊電報(bào)紙條,留下墨痕。這個(gè)小輪的邊緣非常之薄,并且不斷地在墨、油缸內(nèi)勻速旋轉(zhuǎn)。繞在滾軸上的紙條也由機(jī)械操縱著,從卷著空白紙條的輪盤不斷地卷到另一個(gè)輪子上。當(dāng)松開電鍵時(shí),電路中斷,收?qǐng)?bào)機(jī)中的電磁鐵失去磁性,由于印字杠桿另一端彈簧的作用,便使小輪離開了紙條,紙上印下的墨痕線條也就中斷了。如果電鍵按下的時(shí)間短,紙條上就會(huì)留下一個(gè)短痕——點(diǎn)的符號(hào)(·);如果按下的時(shí)間長三倍時(shí),便留下一個(gè)長痕——?jiǎng)澋姆?hào)(—);在停按電鍵時(shí),便會(huì)得到點(diǎn)和劃間的間隔,按照規(guī)定把傳輸?shù)狞c(diǎn)劃符號(hào)組合起來,就能表達(dá)一定的文字意義,從而完成電報(bào)通信任務(wù)。
莫爾斯發(fā)明了電報(bào)機(jī)當(dāng)然十分開心,可是這臺(tái)機(jī)器傳送的距離僅有幾十米,因此他馬不停蹄地繼續(xù)投入了試驗(yàn)。
改進(jìn)電報(bào)裝置,需要大筆經(jīng)費(fèi),而他的錢早已用光了。他只好抱著電報(bào)機(jī)去找企業(yè)家贊助,然而不僅無人相助還招來了一連串冷嘲熱諷。莫爾斯毫不氣餒,東求西借,省吃儉用,甚至忍痛變賣了珍藏多年的名畫,把僅能維持生活的錢也全都用到試驗(yàn)上。
在他最艱難的日子里,有一位名叫蓋爾的青年技師專程從外地趕來,自愿做他的助手,同他一道堅(jiān)持搞下去。他們將電報(bào)機(jī)的電池組數(shù)加多,增加環(huán)繞電磁鐵的線匝,不斷地延長通信距離,最后終于使電報(bào)機(jī)達(dá)到了實(shí)用水平。
莫爾斯又帶著改進(jìn)了的電報(bào)機(jī)離開紐約前往華盛頓,向國會(huì)提出申請(qǐng),要求撥款3萬美元,供他在華盛頓和巴爾的摩城之間架設(shè)一條長40英里的試驗(yàn)性的電報(bào)線路。但當(dāng)時(shí)美國國會(huì)對(duì)莫爾斯的申請(qǐng)經(jīng)過一場辯論后,議案未能通過。他只好帶著失望的心情離開華盛頓,這時(shí)他的口袋里只剩下幾角錢了。
莫爾斯在困苦中煎熬著,仍然只得賣畫糊口,但他堅(jiān)信,凡造福人類的東西必將受到歷史的尊重,人類總有一天會(huì)理解自己的發(fā)明家的價(jià)值。后來在輿論的壓力下他請(qǐng)求的試驗(yàn)資金終于在1842年被國會(huì)通過了。這位年過半百歷盡艱辛的發(fā)明家心情萬分激動(dòng),他從學(xué)生那兒借了50美元,買了一套新衣服,興沖沖地趕到華盛頓去了。接著他與蓋爾一起用了不到兩年時(shí)間,完成了世界上靠前條實(shí)用的電報(bào)線路。
1844年5月24日,這是一個(gè)多么值得紀(jì)念的日子!在華盛頓國會(huì)大廈聯(lián)邦最高法院會(huì)議廳里,莫爾斯向應(yīng)邀前來的科學(xué)家、***人士介紹了實(shí)驗(yàn)原理后,便接通了機(jī)器,親手向40英里外的巴爾的摩城發(fā)出一連串的點(diǎn)、劃符號(hào)——即至今還在使用的莫爾斯電碼;等候在巴爾的摩城的蓋爾立即將收錄的電碼譯成電文:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”這是人類有史以來拍發(fā)的靠前份正式長途電報(bào)!剎那間,圍觀的群眾便一下子如海濤般歡呼起來。
試驗(yàn)成功了!莫爾斯的發(fā)明揭開了人類通信史上嶄新的一頁,把許多科學(xué)家為之奮斗不息的用電通信的理想變成了現(xiàn)實(shí)。它對(duì)社會(huì)進(jìn)步所起的作用是無法估量的。為了感謝這位偉大的科學(xué)家對(duì)人類所做出的重大貢獻(xiàn),1858年,歐洲許多國家聯(lián)合給予莫爾斯一筆40萬法郎的獎(jiǎng)金。在他的垂暮之年,紐約市人民還在市中央公園為他塑了雕像,給他以崇高的榮譽(yù)。
莫爾斯發(fā)明了電碼和電報(bào)機(jī),使電報(bào)成了電波用于通信上的最早的一個(gè)發(fā)明。莫爾斯不是物理學(xué)家和自然科學(xué)家,他只是一個(gè)普通的畫家。但由于莫爾斯看清了形勢(shì),迷上了電,愛上了科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造,最重要的還是他生活的時(shí)代有不少人已在電波通信方面作了許多探索,并有了可喜的進(jìn)展,從而使他有可能在借鑒和繼承他人成就的基礎(chǔ)上發(fā)明了電報(bào)。
1753年在《蘇格蘭人》雜志上就出現(xiàn)了一篇題為《采用靜電的電信機(jī)》的文章。文章中設(shè)計(jì)了由一條金屬線代表一個(gè)字母,借電來完成通信的建議。這或許是人類靠前個(gè)把電用于通信的設(shè)想。因而它一出現(xiàn)就引起了人們的廣泛興趣,好多人都投入了試驗(yàn)。也是在這一年,法國有人在4千米距離內(nèi),接通了電線通電,并發(fā)現(xiàn)電的速度極為驚人。
但是通電與通信畢竟是兩碼事。人們繼續(xù)研究著。有一個(gè)叫摩爾遜的學(xué)者,他用26根導(dǎo)線分別代表26個(gè)字母,然后讓所需要的導(dǎo)線通電,通電導(dǎo)線末端吸引相應(yīng)的字母紙片,由此拼成詞語,表達(dá)人們的想法。遺憾的是當(dāng)時(shí)還沒有電池,他靠靜電感應(yīng)不僅通信范圍局限,效果不理想,使用也不方便。
到了1822年,用電通信有了突破件進(jìn)展。俄國的許林格讓導(dǎo)線通電后使磁針左右反復(fù)跳動(dòng),然后根據(jù)不同方向跳動(dòng)次數(shù)來表示相應(yīng)字母和符號(hào),從而組成詞句。英國人威斯頓又改進(jìn)了許林格的發(fā)明,把這種磁針式通信機(jī)用在英國的鐵路線上。
正因?yàn)橛辛松鲜鲆幌盗械挠秒妬硗ㄐ诺膰L試和發(fā)明,莫爾斯才可能取得發(fā)明電報(bào)機(jī),取得用電通信的成功。因此,電報(bào)機(jī)和電報(bào)的發(fā)明,有點(diǎn)像長跑中的接力賽跑,正由于世世代代有心人的相互接力傳送才有可能跑完這壯麗的全程!
當(dāng)然莫爾斯的功績是不可磨滅的,莫爾斯電碼和莫爾斯電報(bào)機(jī)都可以講是人類歷史上的偉大發(fā)明。
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