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第7章 开天辟地近代化学的奠基人波义耳(7)

1844年,莫尔斯在美国首次进行了长途电报通讯,在人类通讯史上揭开了新的一页。然而,电报传递信息首先传递的是电码,然后再需专门人员将电码译成语句。能不能发明一种装置直接传递语音、语句呢?于是,人们又开始探求更便捷的通讯工具。经过几十年的努力,世界上第一台电话机终于问世。这台电话机的发明人,是一位苏格兰青年,名叫亚历山大·贝尔。

小小发明家

亚历山大·贝尔1847年3月3日出生在苏格兰的爱丁堡。他的父亲和祖父都是著名的声学家,他们在聋哑人中工作过多年,对人的发声机制、听觉特点有深入的研究。贝尔的父亲还创制过一套利用手势、口型交谈的“哑语”,给聋哑者带来很大方便。贝尔生活在这样的环境里,从小受到熏陶,对语音的传递有浓厚的兴趣。这无疑给他后来发明电话,播下了种子。

不过贝尔并不是神童。许多发明家幼年时都并非聪明过人,他们的成功在于一生的勤奋。贝尔虽然在声学上算个小内行,并且可以熟练地翻译出聋哑伙伴的“哑语”,但其他功课却总是跟不上;他的淘气、贪玩更是全校闻名,他的书包里经常装着供他解剖玩的麻雀、青蛙之类的小动物。有一次,老师在台上讲《圣经》,贝尔逮的老鼠从书包里钻了出来,在教室里乱窜,引得大家哄堂大笑,乱成一团,把老师气得直哆嗦。

贝尔后来被祖父接到伦敦,由这位语音专家直接管教。这是一个颇有个性的倔老头,他很疼爱孙子,但要求非常严,教起书来就像一头狮子,那一脸花白的胡子,常使贝尔望而生畏。

不过贝尔很喜欢他,因为祖父知识渊博,简直是一部百科全书。贝尔同他一起生活了一年,学到了不少东西。贝尔后来曾回忆说:“祖父使我意识到,对于每个学生都该懂的普通课,我却不知道。我时常为这种无知而羞愧。他在我心头唤起了努力奋斗去克服学识浅薄的雄心。”正是这种雄心,激发贝尔踏上了探求科学真理的道路。

贝尔从伦敦回到故乡,兴趣发生了转移,他一面努力学好功课,一面开始对发明创造表现出巨大热情。

他家附近有一座老式水车磨坊,由一个青年操作。后来小伙子当兵去了,剩下一个孤苦无靠的老人以磨面为生。磨盘是靠水力推动的,水量大时磨盘转动,水量小时磨盘停转,要靠人力来推。每逢水量减小的季节,老人只好停业,靠平时节余,勉强打发日子。贝尔对他很同情,约来一群少年伙伴帮忙。大家你推我拉,开始都觉得好玩,但几天后就生厌了。最后只剩下贝尔一个人了,他使出吃奶的力气,也难以推动石磨。

贝尔回家以后,总是放不下水磨的事。“我为什么不能设计出一盘比较轻巧的水磨呢?”为了设计新水磨,他每天钻在父亲的书房里,翻阅各种资料,埋头设计图纸,反复地琢磨。一个多月后,他居然设计了一幅改良水车的图纸。几位工匠师傅看了方案,大为赞赏。图画得并不漂亮,但原理很巧妙。照图改制后,水车的摩擦大大减小,连孩子都可推动。消息传出,邻近村镇都赶来仿制。贝尔这时只有十五六岁,一时成为同伴心目中的英雄。

贝尔成了小发明家以后,一些对科学有兴趣的小伙伴便经常围着他转。在大家的推举下,贝尔把小伙伴组织起来,成立了“少年科技协会”,还订了会章,要求每个会员担任一个科目,每周演讲一次,发表各自的研究成绩。贝尔担任的是语音学兼生物解剖学讲演。讲演厅即设在他父亲书房顶上的阁楼里。这一群少年学者经常活动,增长了很多知识,也闹了不少笑话。

有一次,一名会员在路旁发现一头死了的小猪,心想大家平日研究的不外青蛙、甲虫之类,这次若用猪做实验,一定更有趣味,于是将死猪一直拖到小阁楼上。贝尔见到小猪如获至宝,当着全体会员开始演讲起来。待把猪的生理特点讲完以后,贝尔即动手解剖。不料猪死多日,内脏已经腐败,顿时臭气冲出,满屋会员一个个捂着鼻子逃之夭夭。贝尔却面不改色,一个人坚持把猪解剖完毕。

专注语音学

1864年,贝尔17岁时进了苏格兰的爱丁堡大学,这所大学是英国北部的重要学府,有不少著名的学者曾在这里读过书,比如麦克斯韦和达尔文等人。

贝尔在父亲和祖父的影响下,选择了语音学作为自己的专业,他想以此解决聋哑人的痛苦。

这项研究最终导致了电话的发明,这是贝尔当初不曾料想到的。

在爱丁堡大学,贝尔系统地分析和研究了人的语言、人的发声机理和声波振动原理之类的专门知识。语音学是一门很复杂的学问,直到20世纪上半叶才有成熟的理论。贝尔把理论和父辈的实践经验结合起来,进步很快。

1867年,贝尔20岁时,从爱丁堡大学毕业。为了继续深造,他又进了伦敦大学,仍然攻读语音学。

这时,贝尔家出了不幸的事,他的两个兄弟相继害肺病夭折。那时肺病在英三岛猖獗,几乎像今天的癌症一样可怕。贝尔的父亲连失两子,心有余悸。他把病因归咎于英国气候阴冷、潮湿,决定离开故土,于是带着贝尔和全家远渡重洋,迁移到加拿大。

年轻的贝尔到加拿大后,继续研究语音学,并在一所中学兼教语言课。他才华出类拔萃,1869年,22岁时被聘为美国波士顿大学的语音教授。这时,贝尔的父亲已成为北美闻名的语言学专家,经常应邀到各地演讲。贝尔少年时即有过演说锻炼,他的专业知识也日渐成熟。每次相随,他演讲起来并不比父亲逊色,很受听众欢迎。贝尔父子的名声很快就传遍大西洋西岸。后来,父子俩在波士顿开办一所聋哑学校,教习聋哑人克服语障,并研究试验助听器械。

俗话说,根深叶茂。贝尔自幼对人类的通信交往就有浓厚的兴趣,后又进行多年专门研究,在声学知识上做了充分的准备。当时试图发明电话的人很多,后来惟独贝尔获得成功,这不是偶然的,是他多年知识储备的必然结果。

当时莫尔斯发明的电报已广泛应用,成为一种新兴的通信工具。不过电报只能传递电码,局限性大。能不能发展一步,用电直接传递人的语音呢?这个问题引起了许多发明家、科学家的冥思苦想。但人们进行了20多年的探索都未成功,这是因为直接传递语音难度要大得多。

人的语音是声波的振动,它如何从导线上传送呢?几年来,贝尔也被这个奇妙的问题深深地激动着。声学本是他的专业,他家从祖辈起,就把人类语音传递当作己任。对贝尔来说,发明电话,不只是美好的理想,也是一种义不容辞的使命,他终于挑起了这副担子。

伟大的设想

贝尔最后定居美国。贝尔想:“既然电流可使音叉振动,为什么人的声音或音叉的振动,不能使电流获得相应音波而来传递声音呢?”

有一天,一次偶然的实验启发了他。

贝尔正研究一种为耳聋者用的“可视语言。”按他的设想,是在纸上复制人语声波的振动,以使耳聋者能从波形曲线看出“话”来。由于曲线识别并不容易,这个设计最终没有实现。

但贝尔在实验时,却意外地发现一个有趣的现象:当电流导通和截止时,螺旋线圈会发出噪声,就像发送莫尔斯电码的“嘀、嗒”声一样。

这个细节一般人是不会留意的,贝尔却是有心人。他重复几次,结果都一样。贝尔茅塞顿开,一个大胆的设想在他脑海中出现:“在讲话时如果我能使电流强度的变化模拟声波的变化,那么用电传送语音不就能实现了吗?”这个思想后来成了贝尔设计电话的理论基础。贝尔的发现看起来是偶然的巧遇,其实是长期酝酿的结果。

贝尔兴致勃勃地把自己的想法告诉了几位电学界人士,他很有信心地说:“我相信这是可以办到的,我一定要找出办法来!”可是听者却不以为然,有的一笑置之,有的耸耸肩膀。一位颇具资格,但看上去十分自负的先生告诉他:“产生此种设想,实在是缺乏电学常识。只要读两本普通的《电学入门》,导线传递音波的狂想自会消失。”

贝尔碰了钉子,并未泄气。他决定去求教约瑟夫·亨利——当时的一位大物理学家。于是,贝尔动身前往华盛顿。

亨利是电学史上一位杰出的人物,他曾经同法拉第各自独立地发现了电磁感应现象。事实上,他的发现比法拉第还要早些,只是没有第一个发表罢了。他还发明了摆动式电动机、继电器,莫尔斯的电报机就是根据他提出的原理发明的。亨利为人谦逊,不重名利。他一生中有很多发明,却不愿申请专利,许多本来应该由他享有的荣誉他都让给别人了。在相当长时间,欧洲和美国人都不太了解他。后来人们才发现他的伟大不在法拉第之下。为了纪念他的卓越贡献,1893年在美国芝加哥举行的国际电学家会议上,决定在实用单位制中,用他的名字“亨利”作为电感单位。亨利晚年担任美国史密森学会首任会长,威望很高。贝尔拜望他的时候,他已经73岁了。

那是1873年3月的一天午后,天下着微雨。一个头戴礼帽,身穿黑风衣的高个子青年来到亨利的寓所,他就是刚下火车的贝尔。老科学家此时正在午睡,贝尔不愿打扰他,就站在细雨中静静地等候。两小时后,老人醒来时,贝尔的风衣已经湿透了。这位科学界的老前辈从未见过贝尔,但对贝尔一家及其成功的聋哑教学方法是久有所闻的。老人很客气地接待了年轻的来访者。

贝尔陈述了他的发现,并详细解释了用电传送语音的设想,他的两眼因兴奋而闪闪发光。约瑟夫·亨利很快被年轻人的热忱所感动。贝尔讲完后,怀着微微紧张的心情问道:“先生,您看我该怎么办?是发表我的设想,让别人去做,还是我自己应该努力去实现呢?”

“您有了一项了不起的发明设想,贝尔,”亨利慈爱地答道,“干吧。”

“可是,先生,有许多制作方面的困难,而且我不懂电学。”

“掌握它!”这位大科学家斩钉截铁地说。

这句话对青年发明家产生了很大的影响。许多年后贝尔写道:“没有这三个令人鼓舞的大字,我是决计发明不了电话的。”对约瑟夫·亨利的鼓励,贝尔是终生难忘的。

贝尔所说的确是肺腑之言。科学技术的发展像一场接力跑。科技史上曾有许多像亨利这样胸怀大略的老将,为后来者开辟了道路。法拉第得益于戴维,刻卜勒接受了第谷的珍贵天文学遗产,达尔文获得其师亨斯罗的指导,都是科学上老一辈大师关怀新秀的佳例。

梦想成真

贝尔回到波士顿,悉心学起电学来,把他的业余时间全部用在电的研究上了。贝尔这时刚26岁,精力旺盛,经过刻苦用功,再加上搞聋哑教学实验接触过电磁器械,所以没过多久,学习就过关了。

1873年初夏,贝尔辞去波士顿大学声学教授的职务,正式搞起实验来。他试图将电学和声学熔铸于一炉(后来的电声理论即由此发端),万事皆备,尚需一名得力助手。在一次偶然的机会中,贝尔遇到一个年轻的电工技师,两人一见如故,那位技师名叫沃特森,只有18岁。他对贝尔的理想坚信不疑,表示一定尽全力相助。沃特森后来履行诺言,始终不渝,成为贝尔终身战友。

贝尔在近郊公寓的宿舍成了他们的实验室,同时这间灰尘满地、拥挤闷热的小屋,兼作两人的卧室。两位发明家埋头其中,一边研究电声转换原理,一边设计实用的机械。贝尔一有一种新的构思,沃特森立即从事制造。贝尔研制的电话是史无前例的东西,没有任何实物可凭,只能反复尝试,从失败中积累经验。有时贝尔在半夜偶有所得,立即翻身起来画图,沃特森马上照图施工。

日复一日,两年过去了。究竟他们试过多少方案,有过多少失败,已无从统计,最后才制成两台粗糙的样机。贝尔的设计是这样的:在一个圆筒底部铺一张薄膜,膜中央垂直连接一炭杆,插入硫酸液里,人讲话时薄膜振动,杆与硫酸接触处的电阻发生变化,电流随之有强有弱,接收处利用电磁原理,再将电讯号复原为声音。这就实现了用电传递声波的实验。

为了验证机器的效果,他们把导线从住处架到公寓的另一端。试验开始,贝尔和沃特森对着自己的装置大声疾呼,可是,各自听到的声音不是穿壁而来,就是越顶而过,机器像聋哑人一样毫无反应。他们一连试了好几天,好心的邻居们默默地忍受着他们毫无结果的大喊大叫。直到发明家嗓子都喊哑了,通话还是没有成功。

两位朋友沮丧已极。两年来,他们牺牲了所有的休息和娱乐,耗尽心血,造出来的电话竟是不争气的“哑巴”!

为什么会失败呢?贝尔苦苦思索着。是设计不对么?制作有误么?用电传递语音本身果真不可能吗?

夜幕降临了,望着满天的星斗,贝尔眼前浮现出亨利亲切的面容。他仿佛又听到老科学家坚定的声音:“贝尔,你有了一项了不起的发明设想!干吧!”

正在贝尔锁眉沉思时,忽听到沃特森的背将串联在电话线路中的电池碰到了地上的声音,他的心头猛地一震:“是不是由于电路中的电流太弱,负载太小而导致电话成为哑巴呢?”贝尔将这一新的想法一讲,沃特森顾不得准备晚饭,便又迅速投入到新的实验准备中去了。

为了得到更大的电流,他们花了两天的时间制作了一种新的“送话器”代替了原来的装置。

但经过试验,效果仍不理想,在“受话器”一边只有微弱的“口兹口兹”声,不知是声音微弱难辨,还是线路本身存在的干扰声。

又是一个繁星满天的夜晚,贝尔又一次陷入了沉思。

“先生,您听!”沃特森在背后呼唤着,贝尔转过头,困惑地望着助手。沃特森用手指着窗外,神色惊喜地重复道:“先生,您听!”

窗外,隐隐传来一阵“吉他”的曲调,那叮叮咚咚的音响,像山泉般在夜空里荡漾。贝尔侧耳凝神,听着,听着,豁然醒悟。他跳起来朝青年技师猛击一拳:“有啦!有啦!沃特森,你真行呀!”

原来,他们的送、受话器灵敏度太低,所以声音微弱,难以辨别,吉他的共鸣启发了聪明的年轻人。贝尔马上设计了一个助音箱的草图。他们急盼成功,一时找不到材料,就把床板拆了下来。两人一齐动手,连夜赶制。待木箱做好,发明家一连两天两夜没有合眼,到第三天傍晚,终于改装竣工。当时正值夏令,天气炎热,贝尔和沃特森浑身汗水淋淋,脸上却显露着兴奋之色。两人心里都感觉到:成败在此一举!

他们架好了导线。贝尔在实验室里,将门紧闭,沃特森在隔着几个房间的另一端,把受话器紧贴耳际。准备就绪,贝尔对着送话器呼唤起来:“听见了吗?沃特森。”

沃特森屏声静息地听着,受话器里的声音开始细如游丝,旋即清晰嘹亮。沃特森喜不自禁,急呼贝尔的名字:“贝尔!我听见了!听见了!”这时,两人欣喜若狂,互相大喊起来。

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