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诺贝尔奖获得者与儿童对话

神奇的电话(上)

  你已经有一部手机了吧?如果你的朋友给你发来一个短信息,你的手机上就会发出轻轻的"嘟嘟"声。在你们做家庭作业的时候,也许甚至还会给你发来数学题答案?好啊,你的父母一直还不很明白这短信息究竟是怎么回事呢,否则他们一定会禁止你把这玩意带到学校去。虽然你已经根本无法想像生活中怎么可以没有手机,但是你知道吗,电话里的声音是怎么传过来的?这是怎么回事:你怎么能够在家里的任何地方打电话?你的声音环绕着世界飘荡,却可以使对方听得清清楚楚?

  我小时候还没有手机。由于父母几乎从不让我们打电话,他们总是说:"只有在紧急情况下才打电话。"于是我们就自己装了一部电话机。我们拿来两个罐头盒,用一根绷紧的长绳子把它们连接起来,这电话机便做成了。只要紧紧地拉住绳子,把耳朵挤进另一只罐头盒的开口,那么对着罐头盒讲进去的声音,即使是轻轻的话语,在隔壁房间里也能听清楚。我们兴奋极了:成功了。

  当亚历山大·格拉哈姆·贝尔和他的同事托马斯·沃森能够在两个不同的房间,通过他们发明的电话机相互通话时,他们一定也这样激动。这是在1876年,想当初,还是你祖父的祖父活着的时候!贝尔试验了好几年,后来他终于制造成了一部会讲话的"电报机",这是他给起的名字。拍电报,也就是电传,人们当时就已经实现了。当然它还达不到像现代的传真机那样完美。一根铁丝接在一台器具上,上面有一个圆盘,圆盘上有字母。如果人们扳下一个开关,电流就流过铁丝。圆盘上的一根针分别按照流过电流的多少,指示出不同的字母,人们便将它记录下来,组合成单词。这还相当麻烦。

  用莫尔斯电码发报就快了,这之所以叫莫尔斯电码,因为这是美国人萨缪尔·莫尔斯发明的。他不是通过电线发送几十个不同的信号,而是只发两个信号:短的和长的。信号发来的顺序不同,它们也就代表不同的字母和话语。最著名的信号是SOS,这是国际通用的船舶呼救信号:三次短,三次长,三次短。莫尔斯发报方法今天几乎不再使用,但是这SOS信号你也许知道。

  亚历山大·贝尔并没满足于莫尔斯信号,他想传送真正的、口头的谈话。作为一个教听力严重受损儿童的教师,他知道单词和句子的发音,是由声带通过我们呼吸空气的振动而生成:每当他教会这个学生一个单词时,他总是将这个耳聋孩子的手,放到自己的喉头上,让这个孩子感觉到,发出不同的声音时,喉头的不同振动,并能够模仿它们。

  声音振动着在空气中传播,一下子就向四面八方扩散开去,就像你把一块石头扔进水里时产生的波浪圆圈一样。不同的声音产生大小不同的波浪。为了目标明确地把声音从一个地方传到另一个地方,贝尔就必须找到一种方法,可以把波浪只引向某一个方向,即引向他想与之讲话的人所在的那个地方。在使用我方才所讲的罐头盒电话机时,一根绳子就足够了:如果人们朝铁皮罐里讲话,声音便使缚子振动,于是这些波浪便通向另一只罐头盒。但是我们不能用这个方法,从慕尼黑打电话到汉堡。距离一远,波浪就会减弱,并在一定的时候消散。这原因就在于:这样的一根绳子只是用一种松弛的材料制成的,而且四周的空气也会减弱振动。

  于是贝尔就像莫尔斯那样用电线做试验,因为电流也能波浪式传送,这当然比在绳子上的波浪传送快得多。一根电线上有无数个微小的微粒,它们具有令人难以置信的可移动性,这就是所谓的电子。如果人们在电线的一端轻撞其中的几个电子,这些电子就会闪电般地把这个撞击传导给与其相邻的电子。这些相邻的电子同样地把撞击继续传送下去。这就像在一个挤满了人的地方,一个人在人群的一端碰撞了某个人,此人眼看就要跌倒,随即便碰撞他的邻人,如此等等。只不过电子之间相互并不接触,它们并不特别喜爱对方,所以互相躲避。之所以有这么多的电子停留在一根电线上,是因为还有许多质子,这些质子也在场。质子在原子的核里,而电线则由这些原子组成,电子喜爱质子。如果另一个电子过分逼近一个电子,这个电子就会立刻避开,因为它会觉察到这一点。电子之间风趣地在互相"打电话",而且经常不断地进行。但是它们打电话不用电线,它们相互发送光子。原则上人们可以说,因为电子互相打电话,所以我们也能够打电话。它们沿着电线传递信息,但是我想,它们并不明白,它们在传递什么。由于电子非常轻,反应很快,所以电子冲击波就能够用相当于光的速度传播。幸亏传播进行得如此之快,否则我们根本就不能和在美国的某个人打电话了。你设想,我们要用一根绳子来打电话,那么一个单词在最好的情况下,大约也需要一个小时才能到达那儿。这将是一次令人厌倦的谈话,人们为了听到一句答话,就得等候数个小时。

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