从电报到电话

从电报到电话

夫志当存高远。

——《诸葛亮集》

电报机的发明

我们从莫尔斯发明电报机的经历可以推翻中国的一句古话“三十不学艺”，相信事在人为。

塞缪尔·莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791～1872年），是一位有名的画家，他曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年～1842年任美国画家协会主席。但一次平常的旅行，却改变了莫尔斯的人生轨迹。电报机也因此而登上了历史舞台，通信史翻开了崭新的一页。

莫尔斯

电磁铁

莫尔斯是在什么时候萌发了发明电报机的伟大志向呢？早在1832年，他从法国返回美国的旅途中就有了这个愿望。当时莫尔斯已经41岁了，在法国学了3年绘画后坐轮船返回祖国。轮船在大西洋中航行，为了打破长途旅行的沉闷气氛，美国医生杰克逊向旅客们展示了一种叫“电磁铁”的新器件，并讲述电磁铁原理。

莫尔斯被杰克逊出色的讲说深深的吸引了。杰克逊的一句话深深地印在了莫尔斯的脑海里。杰克逊说：“实验证明，不管电线有多长，电流都可以神速地通过。”这句话使莫尔斯产生了遐想：“既然电流可以瞬息通过导线，那能不能用电流来进行远距离传递信息呢？”莫尔斯为自己的想法兴奋不已，从这以后，他毅然改行投身于电学研究领域。

莫尔斯从法国回到美国后，担任纽约大学美术教授。在教学之余，他把大部分精力都投到电报机的设计上。1835年，他毅然告别了绘画艺术，专心攻读电磁学知识，一门心思地进行电报装置的制作。在他的画册上，再也见不到写生画和肖像画，见到的只是各种各样的电报设计方案和草图。

马领关烽火台遗址

数字通信早在古代就已经出现了。那时，人们为了传递敌人入侵的警报，每隔一定距离设置一个烽火台，它可以说是世界上最早的数字通信装置了。按照事先的约定，烽火台点火是一种状态，意思是有敌人入侵；无火则是另一种状态，意思是平安无事。用现代语言来说，这就是利用光信号来传送“1”和“0”两种符号。其中“1”表示“点火”，“0”表示“无火”。实际上，这就是最原始、最简单的数字通信。

人类通信的革命性变化是从把电作为信息载体后发生的。人们在很多年以前就有用电来通信的设想，因为与其他通信方式相比，电通信非常快捷。最初是在1753年，有人设想借助电感应来进行通信。那时，电池还没发明出来，对电的研究还停留在静电上。一位叫摩尔逊的人，曾经架设了26条电线，每一条线代表一个英文字母。在某条电线通电的时候，在另一端放置的小纸球就被静电所吸引，记下一个字母，由字母组成词句，就可以传递信息了。这恐怕是最早的电报机了。但是这种方法既原始又落后，需要的设备庞杂，并且静电感应传递不远。可想而知，这种电报机没能在实际中得到应用。以后，又有人在此基础上作了改进，如用单根导线代替26根导线，以木球代替纸球等等，但终究没能达到实用的目的。关于电流通信机的设想，虽然在当时还不是很成熟，而且缺乏应用推广的经济环境，但却使人们看到了电信时代的一缕曙光。

19世纪的前30年，人类的科学技术突飞猛进，例如，发明了蒸汽机车，英国利物浦和曼彻斯特之间的第一条公用铁路正式通车，以及6600马力的“东方巨轮”的下水等等，都标志着一个高速通信时代的到来。电信时代的序幕也由此拉开。

蒸汽机车

奥斯特实验

电学的发展将为实用电报机的发明奠定基础。1799年，伏打发明了金属电堆，人们可以很容易地得到恒稳电流，1820年，奥斯特发现了电流的磁效应。自此，人们把电与磁统一起来进行研究，电磁学的发展进入了崭新的阶段。就是在这个基础上，美国的莫尔斯在用电流传递信息上取得了重大的突破。他发明了只用一根导线，使用突发电流传输信号的电报机。

奥斯特

莫尔斯不是很懂物理知识，要学会和掌握电磁学的知识困难重重！回到美国后，他只得向纽约大学物理学教授盖尔请教，盖尔教授悉心教他组装电池和制造电磁铁的方法，加之莫尔斯的刻苦学习，1835年底，他终于用旧材料制成第一台电报机。

用旧材料制成的第一台电报机

莫尔斯的发报机先把凹凸不平的字母版排列起来，拼成文章，然后让字母版慢慢地触动开关，得以继续地发出信号；而收报机的结构则是，不连续的电流通过电磁铁，牵动摆尖左右摆的前端，它与铅笔连接，在移动的红带上划出波状的线条，经译码便还原成电文。莫尔斯的第一台电报机，只能在2～3米的距离内有效。这是由于收发两方距离增大，电阻相应增加而失灵。要想使电报应用到实际生活中，那就必须进一步改进。

莫尔斯买来了各种各样的实验仪器和工具，不分昼夜地在实验室里埋头苦干。实验桌上到处是磁铁、导线和线圈。他设计的方案，绘制的草图，进行的试验一次次失败了，莫尔斯陷入了深深的失望之中，几次想重操旧业，重新拿起画笔。然而，每次当他拿起画本，看到自己在本子上写的“电报”字样时，又为自己当初立下的志向所激励，从绝境中振作起来。

莫尔斯

莫尔斯振作精神冷静地分析失败的原因。几年的探索与实践使他相信，自己的探索方向是正确的。然而问题出在哪里呢？他认真的反思了自己的设计思路，检查了做过的实验，发现利用电磁铁做成电铃来发信号是行不通的，必须寻找其他的途径。后来莫尔斯拜著名电磁学家、感应电流的发现者亨利为师，虚心求教，亨利让莫尔斯把电磁铁换成使用绝缘导线的强力电磁铁，并用继电器把每个备有电池的电路串联起来，另一条则用地线代替。

莫尔斯式继电器人工电报机

1836年，莫尔斯在艰难的探索中找到了一个新方法，他在笔记本上记下了一个新的设计方案“电流只要停止片刻，就会出现火花。有火花出现可以看成是一种符号；没有火花出现是另一种符号；没有火花的时间长度又是一种符号。这三种符号如果组合起来代表数字和字母，就可以通过导线来传递文字了。”

莫尔斯电报是这样传递信息的：在拍发电报时，电键将电路接通或断开，信息是以“点”和“划”的电码形式来传递的。发一个“点”需合0．1秒，发一“划”需要0．3秒。在这种情况下，电信号的状态只有两种：按键时有电流，不按键时无电流。有电流时称为传号，用数字“1”表示；无电流时叫空号，用数字“0”表示。一个“点”就用“1、0”来表示，一个“划”就用“1、1、1、0”来表示。莫尔斯电报将要传送的字母或数字用不同排列顺序的“点和划”来表示，这就是莫尔斯电码，也是电信史上最早的编码。莫尔斯的新奇构思是电报发明的一个重大突破，直到今天，莫尔斯电码仍在普遍使用着。

莫尔斯有了新突破之后，马上投入到紧张的工作之中，他要把自己的设想变为实用的装置。资金缺乏，使他难以继续研究。不得已他只能抽出一部分时间来进行美术教学。他把教学得到的报酬全部用到电报的研制上。经过一年的努力，终于在1837年研制成功了一台传递电码的装置，他欣喜地把它称为“电报机”。

神奇古老的莫尔斯电码

1838年1月，莫尔斯做了一个在3英里收发电报的试验，取得了成功。1840年4月，这项发明申请到了专利。他试图说服别人投资生产电报机，但却没人感兴趣。莫尔斯只得到欧洲去活动，希望能在欧洲推广应用。然而这时英国的惠斯通已经发明了电磁电报，俄国的希林也造出了其他样式的电报机，大大延长了通信距离，达到了可以实际应用的水准。

1842年，美国国会通过了开发电报技术的议案，莫尔斯终于有机会大展宏图了。1843年，美国国会决定拨款3万美元架设华盛顿和巴尔的摩之间长距离的电报线路，全长64．4千米。第二年，长距离电报收发又取得成功。

莫尔斯在美国表演

1844年5月24日，在美国国会大厅里举行了一次隆重的电报机通信实验活动。在座无虚席的国会大厦里，莫尔斯踌躇满志地向应邀前来的科学家和政府人士介绍了电报机的原理。他的演讲激起了听众们的极大兴趣，人们都焦急地等待着“用电线传递消息”的奇迹发生。莫尔斯接通电源，用他那激动得有些颤抖的双手，操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机，向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报：“上帝创造了何等奇迹！”随着一连串的“滴滴答答”声的响起，电文通过电线很快就传到数十千米开外的巴尔的摩，莫尔斯的助手接到了他传来的电文，并准确无误地把电文译了出来。莫尔斯的电报终于成功了！

莫尔斯自动线报机

这一世界电信史上的壮举在美国、英国和欧洲其他国家都引起了轰动。1844年5月24日成了国际公认的电报发明日。莫尔斯的电报因为使用了电报编码，具有简单、准确和经济实用的特点，比其他人发明的电报优越得多。很快，他的电报风靡全球。如今，莫尔斯电码已成为现代电报通信的基本传信方法。

电报的发明是电信史上光辉的一页，开创了人类利用电来传递信息的历史。从此，信息传递的速度加快了。电报便可以载带着人们所要传送的信息绕地球走上7圈半。这种速度是以往任何一种通信工具所望尘莫及的。

电话的发明——贝尔

在美国波士顿大学校务会议上，校长和校董们正在讨论贝尔教授的辞职问题。

波士顿大学

校方不接受贝尔教授的辞呈，因为贝尔是一个出色的语音学家，贝尔太胜任波士顿大学语音学教授的职务了。这位出生在苏格兰的26岁教授是波士顿大学的荣誉。他在一个书香世家长大，父亲和祖父都是著名的语言学家，17岁毕业于欧洲著名的英国爱丁堡大学。他在伦敦大学专攻语音学硕士学位。当贝尔父子为逃避肺结核移居北美，立刻引起美国专家们的重视。当22岁的贝尔应聘成为波士顿大学教授的时候，贝尔的父亲已经成为北美闻名的语音专家了。贝尔父子两人经常被邀请到各地去讲演。贝尔十分善于讲演，很受听众的欢迎。

贝尔为什么要辞去语音教授令人羡慕的教授位置呢？他当然有自己的想法。

贝尔来美国定居时，莫尔斯电报已广泛应用，成为一种新兴的通信工具。贝尔想：“既然电流能够传递电波信号，为什么不能传播音波信号呢？”贝尔打算发明一种传播声音的“电报”。如果人们用电缆直接通话，那该多么方便啊！

贝尔电话研制已经进入了关键阶段，所以他向学校提出辞职。自己买材料，自己安装，做实验，查数据，紧张的工作搞得他精疲力竭，就连辞职书也是请别人代转校长的。

校方终于同意了贝尔的辞呈，他现在可以正式搞实验了，再也用不着挤时间。白天和黑夜全都属于他，他全身心地投入到电话研制中去。电磁铁片的振动膜研制成功了。讯号共鸣箱也宣布完工。螺旋线圈的振动簧片，已经达到设计要求。拟想中的电话主要部件全部完成，繁杂的工艺使他自顾不暇，贝尔非常需要一个助手，因为研究电话，必须两个人合作才行。一个偶然的机会，他遇到一位18岁的电气技师沃特森。两人一见如故。很快，共同的理想和追求，使他们成了终生不渝的合作者和朋友。

贝尔和沃特森的实验室很简陋，实际上是两间废弃多年的马车棚，坐落在波士顿柯特大街109号寓所内。尘土满地，拥挤闷热，一间房子四周被他们堵得严严实实。为了防止外面杂音传到屋内，贝尔叫它“听音室”；另一间是“车间”，兼作“喊话室”。房内到处是电磁元器件。经过贝尔和沃特森的勤奋劳作，两间房子的隔音效果十分理想。

贝尔曾经在聋哑学校任教

两年的时间很快过去了，他们经历了无数次的挫折、失败，但他们也从失败中看到了希望。1875年6月2日，沃特森走进喊话室，准备发出声音讯号。贝尔跑进听音室，随即把门关得紧紧的。按照两人的约定，在试验中沃特森用声音使振动膜轮番振动，而贝尔则依靠自己特殊的语音学家的敏锐听觉，倾听振动簧片产生的共振。他挨个将那些共振薄膜安装到收话器上，仔细地辨听电流脉冲产生的音响。突然，他听到了一种断断续续的声响，那是从颤动的振动共振膜里发出来的。细心的贝尔当即断定，它不是脉冲电流产生的声音。他需要沃特森的证实！整个这一切只不过是一瞬间的事情。然而，这是导通认识思路的一瞬间。贝尔感到他终于捉住了那鬼魂般时有时无的振动的尾巴。贝尔迫不及待地将收话器放到桌子上，冲出房门，大步流星地朝隔壁房间奔去。他非常激动，朝着被连续16小时紧张工作弄得筋疲力尽的沃特森喊道：“你是怎样做的？你什么也别动！按照两分钟前的做法重复一遍！”“请原谅，我太累了，所以搞错了。”沃特森解释道。贝尔平静下来说：“亲爱的沃特森，我知道你很累了。我请你完整地重复一遍搞错的过程……”沃特森解释说，他想接通振动膜时，未能把它接到电路上。为了排除故障，他就扯动了几下膜片，想用这种方法使它振动。而这正是贝尔在接收器里听到颤音。它就像当今人们在使用麦克风前，用手指弹击受话器的振动膜一样。

贝尔的思路被证实了，他激动地说：“总算响起来了，总算响起来了。”“你快说，发生了什么？”沃特森的困意一下全没了。贝尔告诉沃特森，以前我们的设计思路只注意到发送和接收电流脉冲信号，这样就使接收复制出的电流脉冲信号发生很大的变形。难怪两年多来，那古怪的电流脉冲信号时有时无，使我们一直困惑。这次，你手动膜片必然带动线圈，因而产生了法拉第所发现的感应电流，我接收到的正是你的感应电流。这种电流是由簧片牵动线圈振动而产生的……

沃特森一下子醒悟。他建议把精力放在感应电流的产生和复制上，就可以实现通话。“对！”贝尔狠劲拍了一下伙伴的手掌。两人笑了起来，又接着做试验。

沃特森扭身跑进听音室。贝尔让振动膜及线圈在受话器已有的磁场中来回上下移动。“听到了，听到了。”一种奇妙的沙沙声，最后变成刺耳的尖声。现代人打电话时，经常为感应电流失控产生的噪声而烦恼。可是，当时这声音在沃特森和贝尔的耳朵里，比优美的交响乐还要悦耳。

话器和听筒

在两位年轻人的头脑中已经形成了电话基本原理的雏形。用声音振动膜片，同时使线圈振动产生感应电流，通过导线传递到收听一方，感应电流又转化为线圈振动，最后振动簧片复制出声音。

感应电流的问题解决了，振动膜复制声音就容易了。贝尔辞去教授职务时，已经和父亲用四年多时间研制聋人用的助听器。这方面贝尔不担心，而感应电流是沃特森熟悉的，对此他也是放心的。

他们又苦干了半年，终于制成了第一套传话器和听筒。1876年，贝尔刚刚29岁，沃特森22岁。两个勇敢的青年，克服了重重困难，终于把电话机制造成功了。

1876年，贝尔获得了美国专利局的专利证书。但人们没有认识到他们此项发明的重要性。贝尔的电话初见世面，没有遇到知音。贝尔和沃特森回到波士顿，再次对电话做了改进，并且开始利用各种场合宣传电话的原理和用途，促使更多的人认识到电话的广阔前景。

贝尔在进行长途电话实验

1878年，贝尔和沃特森首次在波士顿和纽约之间进行长途电话实验，使两地相距300公里的两地通话成功。这次实验成功是得益于爱迪生的发明。为了使电话跨越长距离，爱迪生改进了电话的送话器，在其中加大了感应线圈，使电话达到了实用化。这一年，贝尔电话公司正式成立。

电话的社会信息传递便利，因而发展迅速。1878年美国电话不过几百台，两年后猛增到48000多台；1910年仅北美就拥有700多万台电话机。100多年后的今天，全世界已拥有2．5～3亿部电话机。

如今电话已经成为人们日常生活不能离开的通信工具了。