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第12部分

电子科学发明家-第12部分

小说: 电子科学发明家 字数: 每页4000字

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告诉了他。后来,麦克斯韦沿着汤姆生开辟的道路一直走下去,终于完成了 

汤姆生没有完成的事业。 

     汤姆生为什么没有坚持到底,有种种原因。最主要的,是当时有项举世 

瞩目的工程——铺设第一条大西洋海底电缆,把他吸引住了。汤姆生不是法 

拉第那样的实验科学家,由于各人的经历、性格、受到的教育和所处的环境 

不同,因此,他身上更多地具有工程师的气质,对于实际的应用工程更有兴 

趣。这种倾向,在他三十岁以后更加明显。他的“三十而立”,可以说完全 

立在工程界了,尽管他一直是格拉斯哥大学的教授。 

     从莫尔斯发明电报以后,不到二十年,电报这种新型通信方式已经在世 


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界上流行起来。当时无线电还没有发明,莫尔斯电报只能进行有线传送,只 

能在陆地上使用,称做陆地电报。随着资本主义的发展,英国和欧洲大陆以 

及欧美两地之间传统的利用邮船通信的方式,已经远远不能满足需要,于是 

制造和铺设海底电缆成了最迫切的任务。1850年,在英法之间的多佛尔海峡 

铺设了最早的海底电缆,但是,它比较短。要制造和铺设几千公里长的海底 

电缆,工程就艰巨多了,因为有很多理论上和技术上的问题需要解决。 

     1854年,也就是汤姆生发表《瞬间电流》的第二年,一个叫克拉克的科 

技人员发现了信号延迟现象,也就是信号通过海底电缆的时候,收报比发报 

要滞后一定时间。他不能解释这种现象。 

     汤姆生知道这件事情以后,怀着极大的兴趣进行了研究。他意识到这个 

问题是铺设长距离海底电缆成败的关键。因为电缆越长,信号延迟时间也越 

长,而且衰减和失真(从脉冲波变成钟形波)也就越厉害。甚至会不能正常 

传递电报。经过整整一年的系统研究,汤姆生提出了关于海底电缆信号传递 

衰减的理论,解决了铺设长距离海底电缆的重大理论问题。这使他在还没有 

肩负铺设大西洋海底电缆重任以前,就已经成了这个工程的奠基人。那时, 

他刚三十一岁。一个有趣的巧合是,后来麦克斯韦提出电磁理论是三十一岁, 

赫兹 (1857-1894)证实电磁波的存在也是三十一岁。 

     1855年,汤姆生发表了信号传输理论的论文。它系统地分析了海底电缆 

信号的衰减原因,并且指出,由于海水是导体,包着绝缘层的海底电缆同海 

水组成了一个电容器,这就使信号传递有个充放电的过渡过程。如果增大铜 

线截面面积来减小电阻,加厚绝缘层来减小分布电容,而且使用小电流,就 

能够使信号的延滞降低到最小限度。这个理论成了后来设计海底电缆通信工 

程的重要理论根据。 

     1856年,大西洋海底电缆公司正式组成,资本总额是三十五万英镑。按 

照公司章程的规定,公司董事由各个地区的股东选定,在股东还没有分到百 

分之十的红利以前,董事没有薪金。苏格兰的股东选聘汤姆生当董事,汤姆 

生高兴地同意了。一个人把工作当成了事业,他是不会计较报酬的。青年电 

学家盼望的是把自已的理论拿到实际中去应用,在第一条大西洋海底电缆的 

工程中显示威力。 



                                无权的董事 



     本来,凭学识和才能,让汤姆生担任大西洋海底电缆工程的电气工程师 

是最合适的。可是,因为他在所有的董事中最年轻,起初没有得到重用。公 

司让华特霍斯当了电气工程师。华特霍斯对电学并不精通,主要是靠关系上 

去的。如果他能够虚心听取汤姆生的意见,倒也没有什么。但是他喜欢独断 

专行,瞎指挥。汤姆生只是一个普通的董事,既无职又无权,他提出的技术 

上的好些建议,都被华特霍斯随意否定了。 

     还有一件糟糕的事情,就是工程开始以后,才发现公司筹委会早就把电 

缆说明书交给了承办厂商,而且在制造电缆了。那份说明书是华特霍斯凭主 

观想象搞的。汤姆生和总工程师博拉特发现,说明书上的电缆直径比理论要 

求小得多,但是要取消合同已经来不及了。因此,第一条大西洋海底电缆的 

工程刚一开始,就陷入混乱中。由于当局用错了电气工程师,这项工程的成 

功起码要推迟三年。 


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       为了寻找补救的办法,汤姆生带着他的学生,专门对铜的电阻率进行研 

  究。多亏他在格拉斯哥大学建立的物理实验室,给研究提供了很大的方便。 

  汤姆生希望,在没有办法增大直径的情况下,能够找出提高铜线导电率的方 

  法。他们把当时市场上的各种铜线都买来作了测试,发现它们的电阻率差别 

  很大,而且只要在铜里加入微量的特定物质,就可以使铜的电阻率减小很多。 

  根据设计,第一条大西洋海底电缆要用一千二百段铜线焊接起来,每段铜线 

  长两英里,如果各段铜线的电阻率不一样,就会使整个电缆的电阻率相差太 

  大。汤姆生及时解决了这个问题,对电缆铜材的规格提出严格要求,并且总 

  结出一套实用的测量方法,为制造出合格的电缆提供了保证。 

       当青年电学家把研究结果写成报告交给公司的时候,遭到了华特霍斯的 

  反对。这个顶头上司硬说自己的设计没有错,并且指责汤姆生好高骛远。承 

  办厂商也跟着专横的电气工程师,说汤姆生规定的铜材,标准太高,没有办 

  法达到。 

       事情关系到公司的命运,在总经理费尔特的支持下,董事会召开联席会 

  议进行辩论。汤姆生当场列举了通过实验得出的大量事实来说明自己的主 

  张。最后,他的意见被采纳了,厂商也不得不按照新的技术标准签定合同。 

       1857年,电缆终于造好了。 

       沟通欧美大陆的第一条海底电缆就要沉放了,人们都很关心这件事。英 

  美政府拨出两艘海船,专门供给施工使用。电缆两头的登陆点,是加拿大的 

  纽芬兰岛和英属爱尔兰岛。这两个岛,一西一东,隔着大西洋,是欧美之间 

  相距最近的地方。 

       第一条大西洋海底电缆的铺设,历经了风险、灾祸和失败,整个工程真 

  可以称得上是人类通信史上的一篇壮丽史诗。 

       电缆工程开始铺设的时候,电气工程师华特霍斯却借口“身体不舒服”, 

  拒绝随船出航。董事会请汤姆生来代理他的职务,虽然没有薪金,汤姆生还 

                                                      ① 

  是答应了。不巧的是,电缆沉放到三百三十海里 的时候,意外地发生断裂, 

  第一次沉放失败了。就算这次沉放成功,也还存在着信号微弱,接收困难的 

  问题。 

       汤姆生没有因为受到挫折就气馁。他对事故进行了分析,找出了电缆断 

  裂的原因是由于表层机械强度不够,这一点不难解决。关键的问题是怎样接 

                                            ② 

  收弱电信号。那时,电子管还没有出现 ,没有电子放大电路,用当时通用的 

  电报终端机不可能接收电缆终端的信号。青年电学家下了决心:一定要赶快 

  把灵敏度更高的电报机研制出来! 

       汤姆生把全副精力都倾注在格拉斯哥实验室里,有很多学生给他当助 

  手。这个年轻的物理学教授试了很多方案,都没有成功。1857年的秋天和冬 

  天,他在探索中度过了。 

       第二年初,一个阳光和煦的日子,汤姆生约了几个朋友到海滨去玩,其 

  中有赫尔姆霍茨(1821-1894)。赫尔姆霍茨是德国著名物理学家,在电学 

  和热力学方面都有贡献。他比汤姆生大三岁,但是很钦佩这个才气横溢的朋 

  友,他曾经对别人说:“我站在他的身旁,常常觉得自己象一只木鸡。”这 

  一天,他们五六个人接受汤姆生的邀请来到海滨,租了一条游艇。大家兴冲 



① 海里是海上的长度单位,一海里等于一千八百五十二米。 

② 参看本书最后一篇《给无线电装上心脏的人》。 


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  冲地上了船,准备开船的时候,忽然发现汤姆生不在了。朋友们寻找了好一 

  阵,都没有找到他。赫尔姆霍茨扫兴地在甲板上来回踱着步子,另外几个人 

  坐在一边聊天。后来,赫尔姆霍茨无意中向船舱里望了一下,发现汤姆生正 

  躲在下面搞他的运算。汤姆生平常总随身带着个笔记本,一有什么新的科学 

  设想,就立刻记下来。这一天,大约又有什么新的设想了。赫尔姆霍茨看见 

  汤姆生丢下朋友们不管,又好气又好笑。他从衣袋里取出一面镜子对着太阳, 

  把阳光反射到这个“逃兵”的脸上。汤姆生正在聚精会神地画着新的电报机, 

  忽然觉得一个刺眼的亮点在眼前晃动。他抬头看见赫尔姆霍茨的笑脸,才知 

  道自己得罪了朋友。这个失礼的主人正想站起来赔不是,突然望着赫尔姆霍 

  茨手里的镜子发呆。紧接着,他狂喜地喊了起来:“成啦!成啦!我的赫尔 

  姆霍茨!”朋友们还没有弄明白是怎么回事,他就撒腿跑回学校做实验去了。 

  原来,汤姆生正在为弱信号放大的事发愁,在阳光下反光的镜子启发了他。 

  镜子只要在手里稍微移动一点,远处的光点就会大幅度地跳动,这不就是一 

  种放大嘛!根据这个原理,不久以后,汤姆生就发明了镜式电流计电报机, 

                                                        ①                        ② 

  并且取得了专利。这种装置,高斯 (1777-1855)和韦伯 (1804-1891) 

  也设计过,但是都没有达到实用水平。汤姆生发明的这种电报机,灵敏度很 

  高,给长距离电缆通信提供了实用的终端设备。 

       万事俱备,只缺东风。汤姆生期待着第二次出征。 



                                     劈浪向前 



       1858年春夏之交,大西洋海底电缆沉放工程再次开始了。华特霍斯又拒 

  绝出海。汤姆生从大局出发,还是承担了代理电气工程师的工作。他没有职 

  务,没有薪金,责任却很大。 

        “亚加墨娜”号海船载着电缆从北美出发,东渡大西洋。汤姆生负责实 

  验室的工作。不料,海船驶进大西洋的第二天,海上突然起了暴风。汤姆生 

  他们不顾危险,一面沉放电缆,一面劈浪向前。大风大浪持续了整整一个星 

  期。近二千公里的电缆绕在甲板上,足有两百多吨重,船在风浪中颠簸得很 

  厉害,没有多久,电缆就把甲板撞穿一个大洞,海水浸进下面的电气实验室。 

  电缆也绞在一起,不能顺利沉放。后来,幸亏风浪平息了,船员们才腾出手 

  来把船抢修好。“亚加墨娜”号在海上搏斗了一个多月,终于在八月三日驶 

  进爱尔兰。当时汤姆生高兴的心情,就象他父亲当年得知他选上教授的心情 

  一样,几乎到了发狂的程度。八月五日上午,电缆着陆。下午三点五十五分, 

  汤姆生拍发出从欧洲到美洲的第一份电报。五分钟以后,美洲一端清晰地收 

  到了信号。茫茫的大西洋终于被征服了!消息传开以后,大西洋两岸的人们 

  都感到欢欣鼓舞。 

       汤姆生为大西洋海底电缆的制造和铺设建立了特大的功勋,受到人们热 

  烈赞扬。他在海上表现出的坚定和沉着,更是赢得了很多人的尊敬。但是, 

  他所有的工作都是义务的,没有报酬。就连电流计式电报机,也是他自己花 

  钱研制的。而且,他在“亚加墨娜”号尽管是电气总指挥,但是大功告成以 

  后,登陆上岸,他的“将印”就被华特霍斯收回去了。 



① 高斯,德国著名数学家、物理学家和天文学家,在不少科学领域里有重大贡献。 

② 韦伯,德国物理学家,曾经同高斯合作,建立了电磁学中的高斯单位制。 


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     狂妄自大的华特霍斯擅自决定把汤姆生的电流式电报机取下来,换上了 

他自己设计的终端机。可是他设计的装置,根本收不到弱电信号,整整一个 

星期,第一条大西洋海底电缆连一条消息都没有传递过。这个事故,使公司 

董事和英美两国舆论界大为惊异。经过调查,才知道是华特霍斯的装置引起 

的。公司责成他换上了汤姆生的终端装置。八月十三日,大西洋海底电缆终 

于正式通报。但是,由于华特霍斯只换了一部份装置,英国女王一封不到一 

百字的电报,竟用了十六个多小时才传到纽芬兰岛,而对方拍回来的电报却 

只用了六十多分钟,因为美洲终端一直采用汤姆生的装置。 

     在铁的事实面前,华特霍斯被撤了职。汤姆生正式成为公司的电气工程 

师。汤姆生为人宽宏大量。他虽然取得了胜利,却并没有全盘否定前任的工 

作,还说华特霍斯在使公众相信大西洋海底电缆可能铺成这方面,是有贡献 

的。 

     科学的道路总是不平坦的。第一条大西洋海底电缆使用一个月以后,发 

生了严重的故障,信号变得模糊不清。又过了两个星期,电缆完全损坏,刚 

建立的横跨大西洋的通信中断了。公众反映十分强烈,出现了各种各样的批 

评。汤姆生他们经过一番努力,发现是电缆的制造不合要求,绝缘层抗腐蚀 

性能太差,电缆在海水里浸泡一段时间以后就

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