电子科学发明家-第11部分
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1862年,法拉第已经是七十一岁的老人了,他做完最后一个实验。实验
的内容是研究磁场对光源的影响。他设想强大的磁场可能会改变光源的波
长。虽然因为仪器的限制,实验没有成功,却表明这位电学大师卓越的洞察
力。法拉第这个闪光的思想,三十多年以后由荷兰物理学家塞曼(1865-
1943)用实验证实,他发现在强磁场中光源发射的谱线确实分裂成几条,后
来被称做塞曼效应。
法拉第一生的最后几年,是在乡间别墅度过的。他没有子女,陪伴他的
是忠实的妻子和一个侄女。他平常喜欢坐在窗下,远眺碧绿的草地、树林、
农舍和变幻无穷的天空。
晚霞布满天际,一轮红日渐渐西沉。到别墅去拜望的朋友,可以看见一
位白发飘肃、衣着简朴的老人,坐在门外凝望着田野和壮丽的落日。他的表
情恬静,眼里含着快活的光芒。
这位铁匠的儿子,横跨一个时代的大科学家,一直到临终都对大自然和
人民怀着深挚的热爱。他本人就象一轮红日,把光和热洒满人间以后正静静
地沉落。
1867年八月二十五日,法拉第坐在书房的椅子上安详地离开了人世,终
年七十六岁。这位伟大的科学家生前一向反对哀荣的葬礼,遵照他的遗言,
在伦敦北部的海格特公墓举行了简朴仪式,只有他的亲人在场。他的坟前只
立了一块小小的石碑,表示出迈克尔·法拉第长眠的地方。
没有举行轰动全国的葬礼,也没有金碧辉煌的陵墓,然而法拉第的伟大,
却是任何帝王所不能比拟的。他给后人留下的科学遗产,直到今天还在为人
类造福。
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莫尔斯和电报
电为人类服务,要算电报是最早了。有趣的是,发明电报的人不是物理
学家,也不是工程师,而是一位画家,他的名字叫塞缪尔·莫尔斯(1791-
1872)。一个搞美术的,竟成为有线电通信的开创者,这好象有些不可想象,
说起来其中还有一段故事呢!
在“萨丽”号上
1832年十月一日,一艘名叫“萨丽”号的邮船,满载旅客和邮件,在法
国北部的勒阿弗尔港启碇,驶向纽约。
邮船在浩翰的大西洋上破浪前进,船尾上空飞着海鸥。这种例行的远航
大多是枯燥无味的。旅客们或是聊天、下棋,或是在甲板上眺望无边的大海,
消磨时光。一天傍晚,旅客们正在餐厅里准备进餐,被一个年轻旅客的演说
吸引住了。这位青年名叫查尔斯·杰克逊,他是美国马萨诸塞州波士顿的医
生,但是对电学研究却有浓厚的兴趣。当时,电磁感应刚发现不久,人们对
一切有关电磁的现象都觉得新奇。杰克逊向大家展示了一个名叫电磁铁的新
装置。这是一个上面绕着绝缘铜线的马蹄形铁块,当铜线通电的时候,马蹄
形铁块就产生了磁性。杰克逊用孩子般的热情滔滔地解说着。
“先生们!”他说,“请记住,我们快要利用一种无限的力量了。最近
有实验表明,绕在铁芯周围的导线越多,磁铁的吸力就越强。而且有人已经
证明,电能够神速地通过一段导线,不管有多长。科学就要创造出改变我们
生活的电的奇迹啦!”
青年医生的话不时被打断,餐厅里响起一阵欢呼和热烈的议论。最后,
演说家被大家抬了起来。人们都被一种神奇的幻想陶醉了。谁也没有注意到,
听众中有一个皮肤黝黑的中年男子,一言不发地望着讲台,两眼闪烁着异样
的光芒。夕阳映照在他的脸上,象火在燃烧。他的心也在燃烧。他就是四十
一岁的美国画家塞缪尔·莫尔斯。
一连几天,莫尔斯坐卧不安,晚上也兴奋得不能入睡。他的情绪完全被
神奇的电所左右。几天以后,邮船到达目的地。旅客们挥手告别,有关电磁
铁的议论,不过成为记忆中的一朵浪花罢了。
可是,莫尔斯却好象换了一个人。在船靠近码头的时候,他忽然对船长
说:“先生,不久你就可以见到神奇的‘电报’啦,请记住,它是在你的‘萨
丽’号上发明的呀!”他提着画箱走下邮船,步履坚定,神情庄严。杰克逊
那天傍晚的一席话改变了莫尔斯的一生。从此以后,写生画、肖像画不再是
莫尔斯的主要兴趣。他告别艺术,投身到科学领域里去。画家在写生簿上端
端正正地写下了“电报”两个字,立志要完成用电传递信息的伟大使命。
攀登
可是,只要翻开电子科学技术史的最初几页,就可以看到,莫尔斯要完
成的使命是非常艰巨的。
早在1753年就有人试图用电来实现通信。当时电池还没有发明,科学家
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只能借助于静电感应。一个叫摩立孙的人,曾经设计架设二十六条导线,每
条代表一个字母,当导线接上电的时候,在导线另一端相应的纸就被吸引,
记下一个字母,这样类推,拼成词语,来传递信息。这大约是最早的有关电
报的工程设计,可是因为方法原始,而且用静电感应传不远,始终没有能够
实现。在摩立孙以后,不少学者提出其他方法,也做过多种实验,有的用单
线取代二十六条导线,或是用木球代替纸球,但是经过四十多年的努力,没
有什么成效。
1800年,在生物学家伽伐尼解剖蛙腿实验的启发下,意大利人伏打发明
了电堆,宣布了静电时代的结束。人们终于获得连续不断的电流了!“用电
传递信息”的理想之火又重新燃烧起来。
1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够转动磁针的效应。这个近
代电磁学上的重大发现,给电报的实现带来了希望。第二年,法国电学大师
安培就提出可以用电磁效应来传递消息。杰克逊在“萨丽”号上宣传的,实
际就是安培的思想。在这十年时间里,人们进行了大量探索,但是却没有找
到一种既有效又实用的方法。连不少有经验的专家都感到问题棘手。
莫尔斯就是在这种背景下“投笔从戎”,参加这场攻坚战的。一个从来
没有研究过电磁学的画家,而且已经过了四十岁,居然改行要攀登这座人们
都没有征服的高峰,这需要多么大的勇气和决心!
莫尔斯遇到的最大困难,是他对电和磁的知识几乎一窍不通。但是他一
点也不动摇,决心从头学起。经过半年的刻苦学习,莫尔斯初步掌握了电磁
①
原理。特别是美国物理学家亨利(1797-1878)一年以前提出的电报原理,
对莫尔斯有很大启发。亨利用电磁铁做成电铃,可以把信号传到一·六公里
远的地方。这实际是“电磁音响式电报机”的最早模型。莫尔斯决定采用亨
利的原理,进行深入的实验。
画家买来各种电工器材和工具,在家里夜以继日地干起来。从前的小画
室变成了地道的实验室,到处都是线圈、磁石和导线。他的写生簿也涂满了
各式各样的方案和草图。莫尔斯的全部生活和希望都凝聚在这个小小的实验
室里了。夜幕笼罩着城市,只有他实验室里的灯火常常彻夜不熄。冬尽春来,
秋去冬至。他画了一张又一张草图,进行了一个又一个试验,但是每次都以
失败而告终。
三年过去了,莫尔斯的积蓄几乎全部花完,电报机还是没有造出来。
这位业余发明家到了山穷水尽的地步。他在给朋友的信里写着:“我被
生活压得喘不过气了!我的长袜一双双都破烂不堪,帽子也陈旧过时了。”
1836年,莫尔斯不得不重操旧业,接受了一所大学的工艺美术教授的职
位。他又回到艺术界,不是休息,也不是退缩,而是为了生活,以便继续进
行试验。受挫的发明家第一次重新拿起画笔,不禁感慨万千。三年以前在“萨
丽”号上听演说的情景,他一次又一次的努力和失败,象潮水般涌现在眼前。
他奋笔画了一幅油画,画的下方是波涛汹涌的大海,一群
在暴风里搏击的信鸽布满了整个天空。他觉得,自己就是一只信鸽,在逆风
飞翔。莫尔斯念念不忘的还是通信,是人类多少年来没有实现的梦想。
突破
① 约瑟夫·亨利,美国著名科学家,详见本书第153-154 页。
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失败没有使莫尔斯气馁,他变得冷静了。用导线传递信息难道不可能吗?
不,经过三年的实践,他更加坚信杰克逊的话是能够实现的。那么失败的原
因在哪里呢?莫尔斯苦苦思索着。他反省了自己的设计思路,认真地检查了
所有的实验。
多少个不眠之夜过去了,莫尔斯终于找到了问题的症结:踩着别人的脚
印是不能走在前面的,必须寻找新路!经过反复思考,一个崭新的思想酝酿
成熟了。他在科学笔记上充满信心地写着:
①
电流是神速的,如果它能够不停顿地走十英里,我就让它走遍全世界。
电流只要停止片刻,就会出现火花,火花是一种符号;没有火花是另一种符
号;没有火花的时间长又是一种符号。这里有三种符号可以组合起来,代表
数字和字母。它们可以构成全部字母,文字就能够通过导线传送了。这样,
能够把消息传到远处的崭新工具就可以实现了!
莫尔斯的这个构思,是电报发明史上一项重大的突破。在这以前,人们
的试验,都是用多根导线或是磁针偏转的多种位置来代表不同字母,二十六
个字母就要有二十六种不同的状态,因此设备庞杂,很难实现。莫尔斯设想
用点、划同空白的组合来表示字母,只要发出两种电符号,就能够传送消息。
这就大大简化了设计和装置。莫尔斯规定了特定的点划组合,表示各个字母
和数字,这就是著名的莫尔斯电码,也是电信史上最早的编码。
为了设计和制作这种新装置,莫尔斯投入了紧张的工作。美术教学的收
入就是他的全部试制经费。有时候发明家穷得连买面包的钱都没有,但是他
很乐观。经过一年的努力, 1837年,莫尔斯终于研制成功一台传递电码的
装置,他把它叫做电报机。这时莫尔斯已经四十六岁。在同一年里,英国著
名物理学家惠斯登 (1802-1875)和库仑