书城科普读物科学我知道——Why通讯
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第11章 第一次大西洋海底通信是怎么产生的?

银色的航道——多佛尔海峡

莫尔斯发明的有线电报,10余年间,在世界上得到广泛应用,英国、美国、法国等国家电报通信发展更快。1850年,英国和法国在多佛尔海峡之间铺设了一条海底电缆,使英国和法国实现了电报通信。

不久,英美两国政府决定在大西洋底铺设世界上真正的第一条海底电缆,以实现欧洲与美洲之间的电报通信。它的工程巨大,铺设的电缆几千公里长,需要解决许多理论与技术上的问题。在此之前铺设的多佛尔海峡海底电缆距离很短,采用的铺设技术与陆地上采用的方法大致相同,因此它并不能为铺设大西洋海底电缆提供多少可借鉴的经验。

英国著名科学家威廉·汤姆生被这一举世瞩目的工程吸引住了。他不是法拉第那样整天醉心于实验的科学家,他更像一名工程师,喜欢实际的应用工程。

其实,在此前,身为英国格拉斯大学教授的汤姆生,在研究电磁方面取得了非凡的成绩:他曾提出莱顿瓶放电振荡原理,还用数学方法推导出电振荡的方程和振荡频率的公式。他写的《瞬间电流》这篇论文是电磁学史上光彩夺目的篇章。他几乎步入了电磁理论大宫殿的门槛。但他没能迈出最后的一步,而是向大西洋海底电缆工程发起冲击。

要铺设一条跨越大西洋的海底通信电缆,是一件巨大的工程。首先是资金问题,因为需要几百万投资的工程,这几百万块钱是否会永远沉没在大海里,谁也没有把握。当然最大的困难还是科学技术水平上的问题,不仅器材质量要经受严格考验,当时有人甚至还提出数学上的证据说明铺设横跨大西洋的电缆是不可能的。

尽管如此,1857年还是有两艘电缆铺设船“尼亚加拉”号和“阿加门农”号出航,出资建造的是美国百万富翁赛勒斯·韦斯特·菲尔德,以及他的兄弟和四位公司经纪人。当时许多人嘲笑他们,警告他们。经过一番努力,铺设船行动了,但是看来提出警告的人是有一定道理的,试验失败了,并且报废了一大段电缆。但他们没有泄气。

次年,英国物理学家威廉·汤姆生参加了铺设工作。两艘船再次出航。这次他们对铺线作了改进,从线路中央开始铺设,每条船装一条电缆,以相反方向行驶。但是由于线路实在太长,海底落差也大,再加上各种海流的影响,铺设的难度比预料的大得多。但是在汤姆生和全体船员及工程技术人员努力下,电缆终于铺设成功了。大西洋两岸的电报机终于用电缆接通了。两岸互相拍发了热情洋溢的贺电,接着又发了336封电报。

可是海底通信电缆只使用了一个月,就出现了严重的故障,信号变得模糊不清。又过了半个月,电缆完全损坏了。由于在建造过程中,电缆公司的耗资数达十万英镑,但未能取得商业上的利益,不少股东准备停止投资。大西洋电报公司的股票一夜之间也一落千丈,投机商人趁机以异常低廉的价格抢购了所有的股票。在电缆刚建立时曾经身价百倍,几天前还被新闻界誉为“民族英雄”的赛勒斯·韦斯特·菲尔德霎时变成了“本世纪最大的骗子手”!汤姆生当然也遭到冷嘲热讽。

汤姆生埋头试验,寻找着失败的原因。根据反复分析,他发现第一条大西洋海底电缆碰到的一个关键问题是:电缆终端的电信号太弱,用现有的电报终端是无法接收的。为了研制出高灵敏度的电报机,这一年的冬天,汤姆生和他的助手几乎都泡在格拉斯哥实验室里,试验各种方案,但都失败了。

第二年初,对弱信号放大问题一筹莫展的汤姆生,为了轻松一下头脑,特意邀请了赫尔姆霍茨(1821年~1894年等五六位好朋友,到海滨去玩。赫尔姆霍茨比汤姆生年长3岁,是德国有名的物理学家。但他却十分推崇汤姆生,曾经谦虚地说:“当我站在他身旁时,常觉得自己像一只木鸡。”

当其他人正在游玩的时候,汤姆生却钻在船舱下面进行思考。赫尔姆霍茨对此很生气,但是他没有这样去惊动汤姆生。他掏出镜子,对着太阳,把阳光反射到汤姆生的脸上,不时地晃动。

汤姆生由于眼睛受到强光的刺激,中断了设计新电报机的思路,抬头看了一眼站在甲板上哈哈大笑的赫尔姆霍茨。汤姆生突然从强光中想到了怎么解决弱电信号放大的问题。因为在镜子对着阳光微微晃动的时候,镜子只转动一丁点儿,远处的亮斑却移过了很大的一段距离。

汤姆生发明了什么电报机,并拥有其专利?

汤姆生根据这个原理,移动某点位置上的电信号,使其在传导到一定距离时,得到相应扩大,从而发明了镜式电流计电报机,并获得了专利。

这是一种灵敏度很高的电报机。它的发明和使用,使长途电缆通信最终有可能得到实现。汤姆生增加了取胜的信心,他做了大量的试验取得了充分的数据,在总经理的支持下,汤姆生的铺设大西洋海底通信电缆建议被采纳了。

经过7年准备,1865年,第二条电缆要铺设了。汤姆生异常兴奋,虽然他5年前因滑冰不慎左腿骨折,成了跛子,但仍然参加远航,亲自指挥施工。

“伟大的东方人”号巨轮装载电缆,徐徐开动,开头电缆沉放顺利,施工人员满怀着胜利的希望。但是,当船航行到大西洋中部时,发生了意想不到的事故:电缆突然折断,坠入近4000米深的海底。沉放失败了。

这个时候公司总经理给予汤姆生教授鼓励,并再一次开始了建造海底电缆。

回到公司,总经理作出决定:立即着手建造第三条电缆再次远航。这是汤姆生主持的第四次沉放。这一次沉放,汲取了前三次的经验教训,自始至终进展顺利。经过通报试验,效果非常令人满意。大西洋终于被征服了!

汤姆生晚年时说过:“有两个字最能代表我50年内在科学进步上的奋斗,这就是‘失败’。”汤姆生勤奋实践,开辟永久性的大西洋海底通信的伟大业绩,正是在吃尽失败的苦头以后取得的。