书城教材教辅感动学生的发明家故事
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第21章 电话之父——贝尔的故事

亚历山大·贝尔,著名的发明家,电话的发明人。1876年,美国专利局批准贝尔的电话专利。电话专利是历史上引起争议最多的一项,经过长期诉讼,贝尔终于取得胜利。1880年法国授予他伏特奖金。贝尔从事研究的范围极广,曾获18种专利,还和其他人一起获得12种专利,其中14种为电话、电报,4种为光电话机,1种为留声机,5种为航空飞行器,4种为水上飞机,还有2种为硒光电池。然而,这些专利只代表贝尔发明才能的一部分,因为他的工作重点在基本原理方面。他丰富的创造性思想,在当时不可能样样都成为现实,他的许多观念到后世才见到成果。

1847年3月3日,亚历山大·贝尔出生在英国的爱丁堡。他的父亲和祖父都是颇有名气的语言学家。

受家庭的影响,贝尔小时候就对语言很感兴趣。他喜欢养麻雀、老鼠之类的小动物。他觉得动物的叫声美妙动听。上小学时,他的书本里,除了装课本书外,还经常装有昆虫、小老鼠等。有一次,老师正在讲《圣经》的故事,忽然他书包里的老鼠窜了出来,同学们躲的躲,叫的叫,弄得教室内大乱。老师怒不可遏,觉得这样的学生不可教。

不久,贝尔的父亲就将贝尔送到伦敦祖父那儿。这位慈祥的老人虽然很疼爱孙子,但对孙子的管教十分严厉。祖父深谙少年的学习心理,他不采用填鸭式的方法,硬逼贝尔学习书本上的知识,而是从培养贝尔的学习兴趣入手。渐渐地,贝尔有了强烈的求知欲,学习成绩也上去了,成了优等生。

一年之后,贝尔又回到了故乡爱丁堡。在他家附近,有一座磨坊。贝尔觉得这种老式水磨太费劲了,决定将其改进一下。于是,他查阅各种图书资料,设计出一幅改良水磨的草图。这图虽然画得不规范,但构想却十分巧妙。经过工匠的加工,水磨果然变得十分灵活,比原来省力多了。从此,他成了远近闻名的“小发明家”。

贝尔从这里看到了发明创造的意义。每一项的发明,都将使很大一部分人受益,都是人类向前迈进的一块基石。

19世纪被视为电气时代。19世纪初,英国科学家法拉第及其他研究者的成果为世界开辟了一种新的能源,而这种能源被首先运用到了通讯领域中。不少发明者制作出了通过电线即时传递信息的电报机,但只有美国人塞缪尔·莫尔斯的发明被最终采用。它运用的是电磁原理。

1869年,22岁的贝尔受聘美国波士顿大学,成为这所大学的语音学教授。

贝尔在教学之余,还研究教学器材。尽管很忙,他却喜欢利用业余时间做科学实验。他觉得电报技术十分有趣,又实用可行。

贝尔对电报技术一直很感兴趣。十几岁时,他和朋友们就在各自的房子之间联上一根电线,通过密码交换消息。他还运用电报学知识和从父亲那儿获得的声学知识做实验。他对人类的嘴如何能发出这么多不同的声音很感兴趣,尤其是元音的发音。他把一把音叉放在嘴前做试验,发现在发出各种元音时,音叉的音高随着舌头的移动发生变化。也就是说,元音同音高有关。

德国科学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹早已发现了这一点,并制造出一台调音器,通过电流调整音叉发出的音高。一位朋友将亥姆霍兹的研究报告翻译出来送给贝尔。尽管贝尔没能完全理解其内容,却记住了它的基本要点——电流能用来发出不同音高和音量的声音。电报只能根据是否有电流从发报者处传送过来,而发出相应的声音信息。相比之下,这是一个进步。把亥姆霍兹的装置发展成电话,是一个漫长的过程。但贝尔在19岁时就已迈出了第一步。他最初的想法是,或许能通过电流发出各种音高的声音来帮助聋人。

有一次,贝尔在做聋人用的“可视语言”实验时,发现了一个有趣的现象:在电流流通和截止时,螺旋线圈会发出噪声,就像电报机发送莫尔斯电码时发出的“嘀答”声一样。

“电可以发出声音!”思维敏捷的贝尔马上想到,“如果能够使电流的强度变化,模拟出人在讲话时的声波变化,那么,电流将不仅可像电报机那样输送信号,还能输送人发出的声音,这也就是说,人类可以用电传送声音。”

贝尔越想越激动。他想:“这一定是一个很有价值的想法。”于是,他将自己的想法告诉电学界的朋友,希望从他们那里得到有益的建议。然而,当这些电学专家听到这个奇怪的设想后,有的不以为然,有的付之一笑,甚至有一位不客气地说:“只要你多读几本《电学常识》之类的书,就不会有这种幻想了。”

贝尔碰了一鼻子灰,但并不沮丧。他决定向电磁学泰斗亨利先生请教。

亨利听了贝尔的一五一十的介绍后,微笑着说:“这是一个好主意!我想你会成功的!”

“尊敬的先生,可我是学语音的,不懂电磁学。”贝尔说,“恐怕很难变成现实。”

“那你就学会它吧。”亨利斩钉截铁地说。

得到亨利的肯定和鼓励,贝尔觉得自己的思路更清晰了,决心也更大了。他暗暗打定主意:“我一定要发明电话。”

此后,贝尔便一头扎进图书馆,从阅读《电学常识》开始,直至掌握了最新的电磁研究动态。

有了坚实的电磁学理论知识,贝尔便开始筹备试验。他请来20岁的电器技师托马斯·华生做试验助手。

接着,贝尔和华生开始试验。他们终日关在试验室里,反复设计方案、加工制作,可一次次都失败了。“我想你会成功的。”亨利的话时时回荡在贝尔的耳边,激励着贝尔以更饱满的热情投入研制工作中去。

光阴如流水,两个春秋过去了。

1875年5月,贝尔和华生研制出两台粗糙的样机。这两台样机是在一个圆筒底部蒙上一张薄膜,薄膜中央垂直连接一根炭杆,插在硫酸液里。这样,人对着它讲话时,薄膜受到振动,炭杆与硫酸接触的地方电阻发生变化,随之电流也发生变化;接收时,因电流变化,也就产生变化的声波。由此实现了声音的传送。

可是,经过验证,这两台样机还是不能通话。试验再次失败。

经反复研究、检查,贝尔确认样机设计、制作没有什么问题。“可为什么失败了呢?”贝尔苦苦思索着。

一天夜晚,贝尔站在窗前,锁眉沉思。忽然,从远处传来了悠扬的吉他声。那声音清脆而又深沉,美妙极了!

“对了,华生,我们应该制作一个音箱,提高声音的灵敏度。”贝尔从吉他声中得到启迪。

于是,两人马上设计了一个制作方案。一时没有材料,他们把床板拆了。几个小时奋战之后,音箱制成了。

1875年6月2日,他们又对带音箱的样机进行试验。贝尔在实验室里,华生在隔着几个房间的另一头。贝尔一面在调整机器,一面对着送话器呼唤起来。

忽然,贝尔在操作时,不小心把硫酸溅到腿上,他情不自禁地喊道:“托马斯·华生先生,快来呀,我需要你!”

“我听到了,我听到了。”华生高兴地从那一头冲过来。他顾不上看贝尔受伤的地方,把贝尔紧紧拥抱住。贝尔此时也忘了疼痛,激动得热泪盈眶。

当天夜里,贝尔怎么也睡不着。他半夜爬起来,给母亲写一封信。信中他写道:“今天对我来说,是个重大的日子。我们的理想终于实现了!未来,电话将像自来水和煤气一样进入家庭。人们各自在家里,不用出门,也可以进行交谈了。”

1876年贝尔生日这天,联邦政府专利局决定电话发明专利属于亚历山大·贝尔。

然而,贝尔不得不担当起一项新的责任:将电话介绍给公众,电话听起来就像是个奇迹。谁能相信一个小小的装备能让你与几英里外的人相互交谈和倾听?想让人们重视电话的任务并未因为报纸上刊登了几篇过分夸大电话功能的报道而得到任何减轻。记者们的想像远远超出了贝尔和华生已实现的成果。各种问题层出不穷。由谁出资架设电线、购置电话、设置交换机和接线站?电话当真能提高生活质量吗?还是像哈伯德认为的那样,仅仅是个有趣的玩具呢?《纽约时报》的社论、议会的讨论以及教堂的布道将会通过电话线传入千家万户。尽管它听上去很有诱惑力,却远远不能引起人们的广泛注意。大多数人漠然视之。

在一些报纸的煽动下,出现了对电话的担忧。拥有电话是不是就像往家里引回一个密探?是不是所有接通电话的人都能听见你说些什么?如果电流能传递声音,那么它会不会传播疾病?电话会不会伤害你?它会不会让人变聋或让人发疯?上帝对它怎么看?还有不少人在远离电话发明2000多年前就已写就的《圣经》里找到一些似乎禁止使用电话的语句。科学家和商界巨头们并不认真看待这些忧虑,但是在建立起一个全国电话网之前,必须打消人们的这种念头。于是贝尔又多了一项任务,就是让公众接受电话。他知道有必要让他的名字见诸报端,既已取得专利,他和他的设想就应成为人们谈论的话题。他是个能给人留下深刻印象的富有经验的演讲者,像许多出色的教师讲课一样,让别人放弃对电话的疑虑。

1876年5月,在美国艺术与科学学会的一次会议上,贝尔首次进行了一次“特技表演”,为的是引起人们的议论。在会议上,贝尔按了一下讲台上的按钮,与会者们听见桌上的盒子内传出圣歌的曲调,都惊讶不已。这条街上的另一幢房子里,梅布尔的表兄威廉正弹奏着一台“电报风琴”。琴键通过电报线与讲演厅里的盒子联接起来。风琴将每个音符以其特定的频率传送到盒子内一定音高的簧片上,使它们发出相应的声音。

1876年,在费城举行世纪博览会,厂商们借此机会推出他们最新的产品,博览会将引起全世界的注意,这对贝尔而言是千载难逢的机会。博览会在星期天是不对公众开放的,但6月25日,却对一小组尊贵的参观者敞开了大门。这群人中包括一些美国科学家、巴西皇帝佩德罗二世和著名的苏格兰科学家威廉·汤姆逊爵士。参观者们缓缓地在大厅中浏览,并在伊莱沙·格雷的展台前停留了许久。他们似乎有些疲倦,准备结束这一天的参观,这时有人建议他们去看看贝尔的展品。展品中有谐波电报,还有一只电话受话器。受话器通过电线与100码开外的话筒相联接。贝尔布置了一圈椅子,邀请参观者们坐下。在解释和演示了谐波电报后,便轮到电话了。他请哈伯德主持展览现场,自己走到话筒边。威廉·汤姆逊爵士把听筒举到耳边,他听到了一段歌曲,然后是贝尔的问话:“你知道我在说什么吗?”轮到巴西皇帝来体验这个奇迹了。贝尔朗诵了莎士比亚《哈姆雷特》中的著名片段“生存还是死亡”。皇帝吃惊得跳了起来,大叫道:“我听见了,我听见了!”皇帝大吃一惊的消息在第二天费城的各家报纸上被炒得沸沸扬扬。但最令贝尔得意的,还是他的苏格兰同乡兼科学家威廉·汤姆逊爵士成了贝尔的电话在大不列颠销售的代理人。

然而对电话的实用性的真正考验,是看它能否通过电报线长距离地清晰地传送声音。贝尔开始逐渐拉大试验距离,他和华生相互通话时相隔的距离从3公里拉大到8公里。

公众真正意识到电话的实用性是在1877年2月,当时近而立之年的贝尔在马萨诸塞州的塞勒姆演示了如何使用电话,华生在22公里外的波士顿,他们俩唱歌、交谈,并首次通过电话交换新闻。第二天《波士顿环球报》刊登了这条新闻,并配以如下标题:《电话传送——通过电线以人的声音发送的第一条新闻》。这条消息在北美各家报纸上互相转载,欧洲的科技杂志上也有报道。但不是所有人都对之抱以积极的态度。没有获得电话专利权的伊莱沙·格雷说:“它只能在科学界里制造点小轰动,作为一件科技性的玩具,它很精致。但是我们早已能用电报在特定的时间做更多的事。”他坚信电话将永远无法超越电报。他对费城博览会中的演示也毫无兴趣。他说自己只听见了“一个极模糊的嗡嗡响的声音”。

电话也引起了迷信的人们的猜疑。大多数人只在鬼怪故事中听说过“不见其人,只闻其声”的情形。有些人觉得电话中传来的声音神秘,超自然,甚至是邪恶的。一份美国报纸甚至宣称电话是魔鬼的工具。

另一个必须解决的问题是设计一个更易于使用的电话装置。贝尔作演示时用的电话模型要求说话者对着放在桌上的盒子大喊大叫,然后弯下腰,把耳朵凑近盒子听回答。贝尔对他的模型进行了改进,但首先普及的电话模型是由另一个发明家威廉设计的。它是一种二合一的产品,既可当作话筒,又可当作听筒。人们通过这种电话交谈的速度相对慢了,它也带来一些使用的麻烦。

1877年4月4日,一个曾雇佣过华生的电气工程师,查尔斯·威廉姆斯,成为首位永久性电话用户。一根电话线架设在他家与他的在波士顿的店铺之间。很快,更多的人希望自己家里也拥有这种新式发明。

要建立起电话系统就必须有线路网络。事实证明,繁忙的电报线路也适用于电话。1877年6月,贝尔和哈伯德、托马斯·桑德斯以及托马斯·华生一起组建了贝尔电话公司。

在同一月,贝尔还订下了另一个影响他一生的契约。7月11日,贝尔与女友梅布尔·哈伯德举行婚礼。他们去欧洲度蜜月,贝尔顺便应王室之邀为维多利亚女王作电话演示。

1878年,贝尔在波士顿和纽约之间进行首次长途电话试验(两地相距300公里),结果也获得成功。在这以后,电话很快在北美各大城市盛行起来。

当贝尔还是个孩子时,就梦想要当个科学家。现在,年仅31岁的他已经梦想成真了。那么,在他的后半生中,他还将做些什么呢?许多人可能会满足于作世界巡回演讲,接受掌声,与名流会面。但贝尔却不同,他对妻子说:“我必须有所成就。”

贝尔于1879年退出贝尔电话公司董事会,当时他32岁。托马斯·华生也同时离去,他发觉生命中还有许多方面可以有所作为。对贝尔或华生来说,电话所带来的兴奋已经过去。其他人或许会为开创电话事业陶醉不已,但那不会是他们。华生去欧洲旅行,结了婚并定居下来。在当了一段日子的农夫后,他加入造船业并取得了巨大成功。贝尔既富有又家庭美满,他搬入华盛顿的新居,思索着下一步该做些什么。

妻子对华盛顿上层社会的生活颇为赞赏,但贝尔却觉得很不自在。他是个孤僻的人,讨厌与人闲聊。华盛顿的生活大多都围绕着举行宴会,他讨厌这类活动。

尽管声名显赫,贝尔却并未忘记对聋人的关怀。他出资赞助苏格兰格里诺克的一所聋人学校,并于1883年在华盛顿也开设了一所学校,他始终积极支持聋人教育。

各种奖章和奖励从世界各地涌来。贝尔被授予法国荣誉勋位勋章;参与组织全国地理协会,并当选为会长;他还成为美国权威性科学组织——史密森学会的董事。他常年应邀作演讲和写专题报告。然而,贝尔仍在不断地思索。在百科全书中偶然读到的一句话也会使他思考良久。他认真地阅读科学杂志和报纸,密切了解其他发明家的动向,并为他们的发明设计各种改进方案。

贝尔在加拿大的新斯科舍省的巴德克湾和美国华盛顿各建造了一所实验室。他认为,当初自己在小饭馆楼上临时搭出的实验室里,在只有一名助手帮助的条件下,发明了电话。如果他有专门的实验室,有配备整齐的人员和购买设施的足够资金,那么一定会取得更丰硕的研究成果!他是正确的,在以后的40年中,大量的设计在他的实验室里诞生了。正像爱迪生发明感应线圈以改善电话系统,促进长途电话的发展一样,贝尔也对爱迪生的一个发明做了改进,这个发明就是留声机。就是我们现在使用的录音机的祖先,它以一只锡箔圆筒进行录音和放音。1887年,爱迪生的这项发明问世10年之后,贝尔也推出了他自己设计的留声机,这又引起了另一场激烈的斗争,这一次是与爱迪生争夺专利权——但是经得起反复使用的,还是由贝尔设计的硬蜡圆筒型留声机。以后,贝尔又对另一台录音机的雏型做了试验,但这种改进的唱机实际上又是另一位发明家——埃米尔·伯林纳于1897年的发明。

在贝尔后来的研究中,最有价值的便是光电话。这种仪器以光束传播声音,但能传播的距离从未超出600英尺。运用激光和玻璃纤维进行传导是当今革命性的通讯方式,光电话被视为其先驱,但无论是激光还是玻璃纤维,都是贝尔当时不可能得到的。当时,意大利科学家马可尼正在研究无线电信号,并将它的发射范围扩展到几英里,而光电话的传播距离只能以英尺计。于是,无线电成为20世纪初占统治地位的通讯方式。贝尔始终坚信光电话的可行性,限于当时的条件,光电话实验中止了。

贝尔对飞行也充满好奇,他制作了无数只风筝。他试验水翼艇,设计了一种空调系统,甚至培育出一个绵羊新品种。他将生命的最后几年用于研制专门配备救生艇的便携式海水淡化器。在他去世前的几个月,他还参加了巴哈马群岛的水下探险。

1922年春天,贝尔刚过75岁生日,便买了一台收音机,收听早期播出的音乐会和体育新闻。他仍随身带着记事本,随时记录下各种想法和对巴德克湾实验室进程的评议。

当时,电话已经在世界范围内普及。而美国因其对商业性和私人长途通讯的特殊需求,所以是世界上最热衷于发展电话的国家,已有1400万台电话投入使用,每12人便拥有一台。美国的电话拥有量超过全世界电话量的二分之一。

1922年7月底,贝尔在巴德克湾消夏时突然觉得自己很虚弱,没有食欲。1922年8月2日,他在痛苦中死去。

两天后葬礼在巴德克湾举行。当仪式开始时,加拿大和美国的电话网向贝尔致以最后的敬礼:整个系统关闭1分钟。来纪念这个开创一代通讯革命的人。