美腿玉足 一根电缆连起西洋大陆，东谈主类通讯历史从此改变
发布日期：2024-10-06 12:45 点击次数：156
本文来自微信公众号：返朴 （ID：fanpu2019）美腿玉足，作者：杨伟峰、王枫
如今，咱们已无法思象莫得移动通讯和互联网的宇宙将会如何。回来历史，这是一代代科学家、工程师和企业家协同死力的后果。许多科学家已彪昺汗青，而产业的缔造离不开“冒险作事的商量者或组织者”—— 这即是企业家（entrepreneur）领先的真义。本文主要评释跨大西洋通讯缔造的外传故事（无线通讯将不才一篇著述先容），请安永不消失的科学家和企业家精神。
撰文 | 杨伟峰（无线电治理从业者）、王枫（河北科技师范学院副老练）
伟大的构思频频就像离奇乖癖从十八世纪六十年代起，由英国发起的工业蜕变极大地激动了科学时间的发展和钞票的积存。跟着电磁学的发展和有线电报时间的利用，到了十九世纪中期，有线电报夸耀已在欧亚以及北好意思大陆遍布开来，极大贬低了调换资本。从欧洲到北好意思大陆的商船时常走动于大西洋东西两岸之间，那时单程飘零仍然需要 10 天傍边，两岸实时通讯十分必要，跨大西洋通讯业务商机巨大。
1854 年 1 月，弗雷德里克・牛顿・吉斯本（Frederick Newton Gisborne）在英属纽芬兰岛敷设到好意思国的电报电缆，因资金不及公司歇业后，到纽约寻找扶持。他找到了好意思国年青的大富豪塞勒斯・韦斯特・菲尔德（Cyrus West Field），提议筹资在纽芬兰岛的圣约翰斯和好意思国纽约之间建立一条电报夸耀。但方法高大的菲尔德合计，只是为了镌汰一天的通讯时长而投资这个技俩有点不合算。若是敷设一条从爱尔兰到纽芬兰的电缆，那镌汰的通讯时间就不单是几天了 —— 这根电缆就把欧洲和北好意思大陆连在沿路，工程将道理不凡。跨越大西洋电报通讯的构思就这么被提了出来。
菲尔德原是在造纸行业发财致富的，在电报行业是个十足的新手。起头，他对这项工程所波及的科学时间确凿一无所知，这也恰是他的运道之处。事实上，恰是因为他不懂，才莫得灭亡这个伟大的构思 —— 在别东谈主眼里这确凿即是离奇乖癖，是不行能完成的任务。
这个史无先例的外洋合并大技俩，除了波及政事、经济、军事、社交等诸多要素除外，还濒临许多科学、时间、工艺和材料难题。那时，大地电报业照旧运行崭露头角，欧洲和好意思国照旧部署了几条较短的海底电缆。【注：1851 年，布雷特（John Watkins Brett）在英吉祥海峡铺设了第一条海底电缆，把英国和欧洲大陆伙同在沿路。】其中插足运营最长的海底电缆长度仅 177 千米，深度不超过 550 米。而铺设跨越大西洋的电缆长度要超过 3200 千米，最深达 4750 米。跨大西洋电缆的长距离对通讯建议了一些专有的挑战，绝顶是因为传输表面和电缆想象仍处于争议之中。这种难度就好比 1957 年有东谈主看到苏联辐照了第一颗东谈主造地球卫星，就要组织队列到月球探险不异。
运道的东谈主得到了可贵的扶持摩尔斯电码的发明者和好意思国陆上电报夸耀缔造的前驱塞缪尔・摩尔斯（Samuel Morse）早在 1843 年就设思过电报夸耀穿过大西洋的事。当菲尔德征求他的见解时，他情切地扶持了这个设思。天然摩尔斯已在电报业大名鼎鼎，但他其实是画家诞生，电学表面常识并不塌实。菲尔德还写信征求了好意思国海洋学家、舟师军官马修・方丹・莫里（Matthew Fontaine Maury）的见解，莫里合计从纽芬兰岛到爱尔兰岛两地之间的海底高原地形额外合适敷设海底电缆，并为他提供了精准的海洋测绘数据。这对菲尔德来说是如虎添翼！
1854 年，志在必得的菲尔德劝服另外四位富豪共同加入了由企业家、投资者和工程师构成的所谓“电缆内阁”（Cable Cabinet）。这 5 个东谈主决定筹集 150 万好意思元插足到这项伟大的作事中，这在那时是一笔惊东谈主的巨款（过去联邦政府的总开支略高于 5800 万好意思元），但过后诠释这个金额还远远不够。他们从吉斯本手里选定了纽芬兰电报公司，承担了它 5 万好意思元的债务，并成立了“纽约 — 纽芬兰 — 伦敦电报公司”。纽芬兰议会但愿这个工程不错激动纽芬兰的经济发展，因此很快为他们颁发了特准派司，授予公司在纽芬兰岛上 50 年电报夸耀的特准商量权。1855 年，这些投资者成立了好意思国电报公司，并运行收购其他公司进行整合。1856 年 10 月，菲尔德在伦敦组建了大西洋电报公司（Atlantic Telegraph Company，简称 ATC）。1857 年，公司在英国得回融资并得到好意思英两国政府的扶持后，运行铺设第一条横跨大西洋的电报电缆。
菲尔德的坚定决心和强盛履行力是他见效的中枢要素，但仓促开工成了通盘这个词工程的最大虚伪。那时电学工程师和表面巨匠们对这史无先例的工程各持己见，无法已毕共鸣。本应该先通过可行性检会后再施工，然则公司董事们进行决策主要看的是时间和速率。
因为海水是导电的，当电报缆线浸入海水中，亚洲情色其电容会扩大 20 倍傍边，信号传输速率会显然贬低，导致通讯延时。以摩尔斯、英国物理学家迈克尔・法拉第（Michael Faraday）和公司的初任首席电气技师爱德华・怀特豪斯（Edward Whitehouse）为代表的一片合计，海底电缆的导线应尽可能细，以遗弃信号的蔓延。而电缆越粗，就需要更多的电量来填满。这小数和水管相似，水管必须注满，水才智从另一端流出来。
另一片想象决策以威廉・汤姆森（William Thomson）为代表。通过对瞬时电流的究诘，他得出“闲居定律”，即信号蔓延量与电缆长度的闲居成反比。汤姆森建议使用由最纯的铜制成大直径缆芯，以贬低电阻。他的不雅点赢得了首席工程师查尔斯・布莱特（Charles Bright）的赞同。但这种电缆想象决策比摩尔斯 — 法拉第的决策要重得多（金属缆芯和古塔胶绝缘体每海里的分量齐应该达到 392 磅），资本也更高，大西洋电报公司并莫得聘任这个决策。最终成型电缆的铜芯每海里仅重 107 磅，远莫得达到汤姆森和布莱特条目的 392 磅。汤姆森对电缆进行局部测试后，愈加胆寒：缆芯用铜的纯度远远不够，导电才略很不平衡，有些部分的导电才略是其他部分的两倍。
完工的电缆直径唯一东谈主的食指那么粗，缆芯由 7 根铜线构成，铜芯外包裹三层古塔胶。在胶层外，使用沥青、柏油、亚麻籽油和蜡油的夹杂物渗入的麻布缠绕，外面将 18 股钢绞线的护套（每股 7 根铁丝）缠绕成紧密的螺旋状，这种电缆不详承受几千牛顿的拉力。汤姆森真切究诘了电缆的受力问题，建立了一套海底电缆的应力表面，在《Engineer》杂志上发表了有关论文。
1857 年，大西洋电报公司在英国得回融资并得到好意思英两国政府的扶持后，运行铺设第一条横跨大西洋的电报电缆。电缆两头的爱尔兰和纽芬兰相隔约 3200 千米，是西洋大陆的最短距离。那时宇宙上还莫得任何船只不详运送 2500 吨重的海底电缆在大西洋的风波中而已飘零，因此只可雇佣两艘船各载一部分电缆在某个地点接合（第一次从爱尔兰向纽芬兰敷设的决策失败后，改为两船在大洋中心点汇合，接合电缆后再向相背场所敷设）。英国皇家战舰阿伽门农号和好意思国战舰尼亚加拉号各自运送一半的电缆履行敷设任务。灾荒的是，工程失败了两次，电缆在船只运送途中蓦的断裂而丢失。1858 年 8 月 4 日，第三次尝试终于见效。
1858 年 8 月 16 日，维多利亚女王用摩尔斯电码向好意思国总统詹姆斯・布坎南（James Buchanan）发送了一条信息，尽管速率很慢 ——98 个词的贺电发了 16 个半小时 —— 但这一见效让纽约东谈主全城欢庆。然则，电缆的信号日渐轻捷以致完全中断，在三个星期后就透顶欠亨了。收场，菲尔德通宵之间从“英豪”沦为“骗子”，还差戳歇业。
真切拜谒失败原因为了拜谒这个要紧技俩失败的原因，英国经济委员会和大西洋电报公司各委任了 4 名委员构成“拜谒委员会”。其中包括电学巨匠查尔斯・惠斯通（Charles Wheatstone）和威廉・库克（William Cooke），两东谈主早在 1837 年就得回了英国的电报时间专利。这份驰名而繁多的回报，真切分析了失败的原因，东谈主们从中吸取的教养使海底电报时间乃至电子工程时间有了飞跃的发展。
回报指出其中一个进犯的原因是在测量电流和电阻这些基本量时枯竭搭伙的单元，甚而这些术语还莫得方法化。1861 年，英国科学促进协会（British Association for the Advancementof Science）据汤姆森、布莱非凡东谈主的建议设立了一个电学方法委员会（Committee of Electrical Standards of the British Association），为电学单元制定搭伙方法。多年以后，汤姆森在 1893 年芝加哥召开的外洋电学大会上，建议了聘任伏特、安培、法拉和欧姆等当作电学的基本单元，这些外洋方法得回精采通过并被沿用于今。
另一个教养是敷设之前卤莽电缆作念全体的测试，检测电缆的导电性和全体绝缘性。拜谒回报的论断合计，公司在 1857 年出产和敷设电缆过于仓促，这主要归因于菲尔德。冲动和劲头儿是他的优点，亦然他当作企业家的瑕玷。
怀特豪斯的固持己见，亦然失败的凯旋原因之一。他拆掉了汤姆森良好无邪的镜式检流计，装配了他我方发明况兼苦求专利的继电器。他还持意聘任能产生几千伏电压的纷乱感应线圈，而灭亡使用不详产生更为限制电压的不错用镜式检流计测量的电板。“拜谒委员会”合计，3200 千米海缆的巨大阻抗使信号严重衰减和蔓延，怀特豪斯升迁电压超出了电缆的承受领域，烧坏了电缆。怀特豪斯在听证会上锐利地为我方辩说，他还举证说菲尔德不给他作念实验的时间。
面对公众的质疑、诟谇和诽谤，菲尔德莫得被打倒。1865 年他从头筹集资金，不息为我方的理思激越。此时，有线电报的究诘愈加纯属，比如汤姆森发明的镜式检流计能通过导线上小镜片的隐微动弹（光学放大）读出衰减 1000 倍的信号，处分了先前海缆中信号严重衰减的问题。公司字据汤姆森等东谈主的见解，更换了更粗的电缆贬低缆芯的阻抗。另外，宇宙第一巨轮“大东方号”（Great Eastern）号照旧建成，况兼适值闲置。领有了新的电报时间、电缆工艺和这艘排水量两万两千吨的巨轮，之前无比痛楚的事情变得通俗了许多。7 月 23 日，“大东方号”出航，运行了菲尔德的又一次尝试，但在离北好意思还有两天航程的时候电缆蓦的断裂，这第四次尝试再次失败。
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1866 年 7 月 27 日，好运终于驾临，“大东方号”见效完成了从爱尔兰瓦伦提亚（Valentia）到纽芬兰哈茨康坦特（Heart’s Content）的铺设。新电缆性能更佳，确凿提供了跨越大西洋的即时通讯。自后，此前丢失的电缆被捞起，又从头敷设使大西洋电缆成为双线，传输速率比 1858 年快 50 倍。由于敷设大西洋海底电缆有功，英政府于 1866 年封汤姆森为爵士。1892 年，为赏赐他在电缆工程和电报时间方面的特出设立和科学孝顺，维多利亚女王躬行加冕他为第一代开尔文男爵（First Baron Kelvin），即开尔文勋爵（Lord Kelvin）。
1867 年，菲尔德得回了好意思国国会颁发的金牌，并在巴黎举行的外洋展览会上得回了非凡奖，以赏赐他对敷设跨大西洋电缆的孝顺。
“新旧宇宙集结成了一个共同的宇宙…… 地球好似在用一颗腹黑超过”，奥地利作者斯蒂芬・茨威格（Stefan Zweig）在其《东谈主类群星能干时》一书中，把大西洋电缆敷设看作是影响东谈主类娴雅程度的 14 个瞬息之一，并高度嘉赞了企业家菲尔德精诚所至的坚贞坚贞。
1858 年大西洋电报电缆的信号传输速率是每小时几个单词，1866 年则达到了每分钟 6-8 个单词。到 19 世纪末，英国、法国、德国和好意思国将他们领有的电缆相联，构成电报通讯汇聚，宇宙因此变得更“小”了。
东谈主们对通讯的渴慕是无至极的，跟着通讯时间的升级换代，传输速率更快容量更大的光纤出现并逐步替代了电缆。在通讯历史上还有一项要道的时间发展 —— 无线电通讯，亦然科学家与企业家协力的伟大孝顺，咱们将不才一篇评释。
主要参考文件
[1] John Steele Gordon. A Thread across the Ocean:the Heroic Story of the Transatlantic Cable [M]. NewYork:Harper Perennial，2003:46，53，102—110，180—192.
[2] History of the Atlantic Cable & Undersea Communications (from the first submarine cable of 1850 to the worldwide fiber optic network) 参见：
https://atlantic-cable.com/
[3] The First Transatlantic Telegraph Cable Was a Bold， Beautiful Failure 参见：
https://spectrum.ieee.org/the-first-transatlantic-telegraph-cable-was-a-bold-beautiful-failure
[4] Historical figures of the IEC.参见：https://www.iec.ch/ history
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