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第59章 科技·发明(9)

以前,西门子曾在军队里当过炮兵。那时的他就对科学研究非常着迷,对新发展起来的电报表现出了异乎寻常的兴趣。1847年,他组建了以自己名字命名的公司,开始生产电报设备,建立电报线路。这家公司后来成为跨国集团。

为了解决德国电镀工业对电力的需要,1866年,公司实验室成功地研制出一项产品,即用电磁铁代替永久磁铁的自激磁场式发电机。它的发电效率高,发电容量大,为现代电力工业打下了牢固的基础。

发电机问世以后,发电厂一座座建立起来,输电网也出现了。发电机如同光明之源,它的问世,标志着人类已经步入电气化时代。

048、留声机的由来

留声机又叫唱机,它的发明者是美国科学家爱迪生。它的出现与一起偶然的事件密切相关。

爱迪生曾对电气通讯问题进行过长期研究,喜欢在电报机的探索中投入大量精力。他的设想是在一个圆纸板上,用切口的方式刻上电文,再让一个个小杠杆和电开关连动起来,就能将电报自动地发送到远方。

在实验的过程中,一个有趣的现象引起他的注意:当纸板飞快地旋转时,小杠杆就传出了奇怪的声音。这是为什么呢?他不断地对此进行思考。最后他认为,这是圆纸板上刻的切口,使小杠杆振动而发出的声音。

一天,爱迪生在实验室里拿起一根短针做起了试验。他将短针竖在纸板上,用手指轻轻按住。当他对准模板讲话时,短针就颤动起来。

试验结束后,他产生了一个想法:说话的快慢高低,能使短针产生相应的不同颤动。那么,反过来,这种颤动也一定能发出原来的说话声音。

于是,爱迪生开始研究起声音重发的问题。

1877年8月15日,在实验室里,爱迪生让助手克瑞西按他所设计的图纸上的图样,制出一台由大圆筒、曲柄、两根金属小管和模板组成的怪机器。

12月,爱迪生公开进行了录音实验。他一边轻轻摇动手柄,一边对着振动膜引吭高歌,演唱了一首叫“玛利有一只小羊”的民歌:“玛丽有只小羊羔,雪球儿似的一身毛……”针尖在圆筒的锡箔上一圈又一圈地划动。

然后,爱迪生又把针尖移回到最初的位置,再使圆筒转动。结果,机器里飘出了歌声,和爱迪生刚才唱过的毫无二致。

留声机从此就问世了。第二年,爱迪生的留声机技术在巴黎博览会上荣获了发明奖。后来,爱迪生又把留声机上的大圆筒和小曲柄改进成类似时钟发条的装置,带动一个薄薄的蜡制大圆盘。

现在的留声机中,以激光唱机最为流行。这种机器是在20世纪70年代末由德国科学家开发出来的。

激光唱机需要唱臂、唱头和唱针,这就将传统唱机工作时所产生的噪声消除得一干二净了。它用激光扫描代替唱针,接上高保真放大机,人们就能听到声音了。激光唱机是集电脑、激光、数码技术三位一体的新型唱机。

049、电话的由来

电话是在北美洲首先问世的,它的发明者是出生于英国苏格兰地区的科学家亚历山大·格雷厄姆·贝尔。

1874年,贝尔遇到了年仅18岁的电气技师沃特森。贝尔非常欣赏沃特森的才华,于是聘任他为自己的助手,与他一道继续展开对电话的研究。沃特森在科研方面表现得非常出众,这使得贝尔更愿意与他合作。他们默默地对电话设备进行改进,使之臻于完美。

当时,怎样使声音的机械能量变成电气能量,这是电话研究者关注的主要问题。为了使这个问题得到解决,贝尔于1875年赶到华盛顿,向电报的发明者之一、著名物理学家约瑟夫·亨利请教。

1876年2月14日,哈伯德作为贝尔的代表,向专利局提交了一份申请书,表示要争取到发明电话的专利权。而仅仅过了两个小时,另一位科学家格雷也来到专利局,同样递交了一份申请,表示他已经开始研制电话装置。

贝尔对制造电话的设想是:在随声音而振动的金属板上装上一个开关。可是由于声音的振动速度非常快,开关总是跟不上声音的速度。1876年3月3日,贝尔由于一时疏忽,在金属板和开关接触的情况下进行了实验。可是竟然误打误撞地获得了成功:声音终于变成了电流。

为什么会出现这种情况呢?原来,金属板如果和开关相连,由声音引起的振动,就会在开关的线圈里产生感应电流,这就是送话器的原理。如果将这个原理反过来加以应用,就能够制成成功的受话器。电话就这样问世了。

当时,沃特森在二楼接到了贝尔的电话,他非常兴奋。第一次通过电话传递的话语,后来成为人们街谈巷议的话题。那句话是:“沃特森先生,请到这儿来,我需要你。”

不久,在费城的百年展览会上,贝尔骄傲地将他的发明展示给公众。在那里,此项发明甚至使巴西皇帝格外关注,众多的普通人更是在心里发出喝彩。1876年3月7日,贝尔对电话专利权的申请得到了批准。

但与此同时,格雷的研究也取得成功。到了1877年,发明大师爱迪生发明了碳粒送话器,也取得了专利权。那么,电话的专利权到底应当属于谁呢?三个人为了争夺专利权打起了官司。法庭也不能及时作出判断。这样,三人之间的复杂斗争就一年又一年地延续下去了。

1877年10月,一幅电话特写刊载在《科学美国人》杂志的头版。德国邮政局局长亨利希·斯蒂芬看到这本杂志,于是想得到一部电话。没过多久,他通过与伦敦电报公司经理的联系得到了一部,并在柏林和波茨坦郊区安装了多部电话。

德国商人厄恩斯特·维尔纳·西门子得知贝尔没有在德国申请专利保护,马上将电话投入大批量生产,并很快使生意扩大到德国全境。

贝尔创办了一家公司,做起了电话生意。1882年,他加入美国国籍。1892年,美国一家最大的电信公司——西方联合公司,将格雷和爱迪生的专利权购买了下来。在这之后,它与贝尔开创的公司因为争夺垄断权而进行着非常激烈的斗争。为了避免两败俱伤,西方联合公司最终作出让步,承认贝尔的全部所有权,不再插手电话事业。

而贝尔公司也必须给西方联合公司一些补偿,也就是向对方支付收入的20%,期限为17年。至此,这场旷日持久的纠纷终于解决,贝尔成为电话的真正发明者。

050、光纤通讯的由来

光的传播速度是非常快的。在中国古代,出现了“举火为号”的现象,这其实就是最原始的光通信。进入近代以后,信号弹、闪光通信等光通信形式出现。当然,这些方式在远距离通信中无法运用,超出人的视野就不灵了,更无法传送具有复杂内容的信息。

19世纪末以来,人们一直在寻找新的光通讯形式。

1880年,发明电话的美国科学家贝尔开始发送与接收光电话。到了第二年,贝尔发表论文《关于利用光线进行声音的产生与复制》,对他的光电话装置进行了如实的报导。可是这种早期光通信系统,并没有适合光通信的电磁波,通讯质量不高。

进入20世纪60年代以后,技术手段渐渐完备,光纤通讯呼之欲出。1960年,世界上第一台红宝石激光器问世。人们总是将这件仪器的发明归功于美国休斯研究所的梅曼。这台仪器开创了现代光通信的历史时代。可是当时进行激光通信受到的障碍不小,主要是气候因素导致大气层内信号的衰减。

光导纤维的问世,使激光在大气传输中出现的问题得到解决。

美籍华人高焜博士曾大胆提出利用光导纤维,实现激光通信的设想。1966年,他和他的同事霍可汉写了一篇题为《光波介质表面波导》的论文,首先指出:可以利用一定规格的玻璃纤维,作为光波导体而在实际通信中应用。这篇论文受到通信界的欢迎,高焜本人也得到了“光导纤维之父”的美誉。

1968年,一种新型无套层光纤被日本一家公司成功地研制了出来,它具有聚焦和成像的功能,得到了“聚焦纤维”的别称。几乎同时,美国宣布研制成一种新型的“液体纤维”,制造它时,所使用的主要原料为石英毛细管。可惜的是,这两种光纤的光耗损很难降低,所以并没有什么实用价值。

1970年,康宁公司成功地研制出一种套层光纤。它的耗损率仅为20分贝/公里,却能够传输15075路电话和275套电视。这项成果使通信光纤的研究走向了一个新的阶段。

光纤通信系统所使用的并非是单根光导纤维,而是一种光缆。这种物质是由许多光导纤维组成的。一根直径为1厘米的光缆,包含的光导纤维可达到千根之多。光缆和电缆一样可以架在空中,也能够埋入地下,还可在海底铺设。

1976年,日本在大阪附近的历史文化名城奈良,筹建了世界上第一个完全用光缆进行光通信的实验区。仅仅过了两年,那里就拥有了300个用户。1979年,法国进行了一次光缆电视的实验,取得了极大的成功。

现在,在中国的北京、上海以及许多省会城市,激光数字通信系统以及传输彩色电视的光纤通信系统已经建立起来。

051、同步卫星的由来

卫星通信作为一种通信方式,具有传输质量好、灵活而又价廉的特点。现在,它是国内、国际通信的一种主要手段,人们公认它是现代通信的重要支柱。

通信卫星又被人称为“同步通信卫星”,它与普通卫星有很大的不同。一般,卫星如果位于地球赤道上空36000公里处,又能围着地球的圆形轨道运行,那么它绕地球一圈的时间是24小时,与地球自转是同步的。而人们发射上天的物质中,只有这种卫星能做到这一点。换句话说,这种卫星与地球之间的关系总是处于相对静止的状态,因此被称为“同步卫星”、“静止卫星”。

早在1945年10月,一位名叫阿瑟·克拉克的空军雷达军官预言,如果利用在赤道上空同步轨道上运行的卫星,就可以进行远距离的通信。在卫星的发展史上,他首先提出利用静止卫星进行通信的设想。

从1954年开始,美国多次将月球、铜针无源偶极子带、无源气球卫星等作为中继站,进行电话、电视传输的试验。这些试验为美国考察太空积累了丰富的经验。1958年12月,美国发射了阿特拉斯火箭,将“斯柯林”卫星成功地送入椭圆轨道,这颗卫星重达150磅,发射难度可想而知。

这颗卫星上的发射机输出功率为8瓦,射频为150兆赫。为了进行远距离的通信,卫星飞到甲站上空时,先将甲站发出的信息以录音的形式保存下来,等到卫星飞到乙站上空时,再把录音信息向地面转发。这颗卫星前后共展开了12天的工作,这次尝试是非常可贵的。

20世纪60年代初,美国在卫星试验阶段所取得的成果是最大的。1963年,美国航空航天局发射了一枚非常重要的卫星。这颗卫星的重量达到170磅,输出功率则只有3瓦,主要用于美国、英国、法国、意大利和日本之间的电话、电视、传真数据的传输试验。

1964年8月,一颗进入静止同步轨道的卫星发射成功。这是世界上第一颗试验性静止同步卫星,发射者利用它进行了一系列试验,包括电话、电视和传真的传输。在同年的10月,这颗卫星还向美国转播了奥林匹克运动会的实况,该运动会的举办地点在日本东京。

1965年4月,西方国家财团设置“国际通信卫星组织”,向静止同步轨道输送了第一代国际通信卫星“晨鸟号”。它位于大西洋上空,序列为“IS—1”,意思就是第一代国际通信卫星。它将国际通信业务承担起来,可供480人同时打越洋电话,还负责着一套电视节目的传输任务。从此,人类开始进入卫星通信的新时代。

20世纪70年代以来,为了使区域性国际通信的需求得到满足,美洲、亚太、欧洲、中东等地区先后将覆盖本地区的同步通信卫星发射上天。80年代以后,印尼、日本、泰国、澳大利亚和中国,也向同步轨道传送了国内制造的同步通信卫星。

目前,区域性和国内的同步卫星,在本区域和国家内的通信中显得越来越重要了。

052、因特网的由来

在20世纪的通讯领域中,网络通讯属于一项重大发明。它是基于电子计算机技术和电话通讯技术而发展起来的快捷、安全的通讯网络。而网络通讯之中的突出代表,就是人们常常用到的因特网。

“因特网”的中文意思为“互联网”、“互联网络”。它是一个全球网络系统,由分布于世界各国的众多小网络系统所组成。

20世纪60年代,美国国防部高级研究项目署展开了一个研究项目,就是战时电脑联网通信。1969年10月,美国人第一次通过电话线实现“交互信息处理”的应用。他们在加利福尼亚大学和斯坦福大学的两台电脑之间,建立了信息联系。这一成果后来被科技史学者当做互联网发展的序幕。

没过多久,由国防部资助、阿帕公司承建,将美国军队用于军事和研究的4台电脑主机联结起来,形成了一个军事电脑网络,取名叫阿帕网。“阿帕”是英文“高级研究项目组织”的缩写。这个网络没有中央控制室,如果网络中的一台电脑遭到破坏,别的电脑还可以分担它的工作。阿帕网就是因特网的前身。

1983年,科学家罗伯特·卡恩开发出“网络通讯协议”(TCP/IP),取代了原有的“网络核心协议”(NCP)。1985年,军用研究从民用研究中独立出来。在国家科学基金会的资助和鼓励下,很多大学开始加入网络。到1988年,系统扩容和连接的改进得到了巨大的发展。

20世纪80年代后,一个连接各大学、研究机构的网络问世,使阿帕网的作用得到扩充。这个新网络是由美国国家科学基金会资助的,它形成了后来的因特网的骨干网络。入网的用户除了享用网络中所提供的信息外,还开始了相互间的通信联系,这使得人们入网的热情和兴趣与日俱增。1989年,人们开始正式使用“因特网”这个词汇。

进入90年代,因为商业性机构也参与到网络发展中来,入网的用户数越来越多,应用领域不断扩大,因特网成了全球规模最大的电脑网络。

1990年,阿帕网完成了它的历史使命,终于光荣退役。当然,它在世界科技史上所起到的特殊作用,人们永远不能忘怀。阿帕网的运行为20世纪的科学发展添上了浓重的一笔。

这个时候,在远距离计算机的网络协议中,TCP/IP系统得到大量应用,成为网络系统的重要成员。

1995年,联邦网络委员会利用TCP/IP技术和其他更新换代产品,将全球信息系统连接起来,并将此正式命名为“互联网”。这一系统虽然仍处于不断成长与革新之中,但是它保持自由进入的特点没有得到改变。

21世纪之际,人们发现,通过因特网连接起来的个人以及公共机构,需要用亿来计算。因特网的扩大使一场通讯和信息的革命悄然发生。