６．电报机与继电器qk
萨缪尔.芬利.布里斯.莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse）1791年出生于马萨诸州的吉尔斯顿镇。这座小镇曾是邦克山战役打响的地方，位于波士顿的东北部。莫尔斯出生那年，距离美国宪法制定刚过去了两年，而当时乔治华盛顿正在处在他的第一个总统任期内；叶卡捷琳娜大帝统治俄国；路易十六和玛莉.安托瓦内特将在2年后的法国大革命中人头落地。然后在1791年，莫轧特完成了他最后一部歌剧——《魔笛》（The Magic Flute）， 不久后在35岁时与世长辞。
莫尔斯在耶鲁大学深造，并在伦敦学习艺术。后来他成为了一名成功的画家。他的作品《拉法耶特将军》（General Lafayette,1852年），现在还挂在纽约市政大厅。1836年，他以独立候选人的身份参与竞选纽约市长，并获得了5.7%的选票。他还是一个早期的的摄影爱好者。莫尔斯接受了路易斯.达盖尔（Louis Daguerre）的亲自指点，学习银板照相术，并且拍摄了美国最早的一些银板照片。在1840年，他把这项技术传授给了17岁的马修.布雷迪（Mathew Brady）,而布雷迪后来与同事一起，完成了一组非常有纪念意义的关于美国内战、亚伯拉罕.林肯（Abraham Lincoln）,还有萨缪尔.莫尔斯本人的摄影作品。
但是，这些只是他兼收并蓄职业生涯中点缀而已。萨缪尔.莫尔斯之所以被现在的人们熟知，还是因为他发明的电报机，以及以他的名字命名的电码。
全球性即时通信对于我们来说已经司空见惯了，这项技术其实是近代才得到发展的。回溯到19世纪早期，你也可以进行即时通信或者远距离通信，但是不能同时做到这两点。即时通信受声音传播距离的限制（没有扩音器可以用），或者受视眼的限制（或许可以使用望远镜作为辅助工具）。使用信件可以进行更远距离的通信，但是寄信耗时间太多，并且需要马匹、火车或轮船。
莫尔斯的发明问世前几十年里，人们为了提高远距离通信的速度，做过很多尝试。技术上比较简单的方法是，雇用一些人站在山上，作为中继系统，挥旗发出旗语。而在技术上稍复杂的解决方案是，使用带有机械臂的大型装置，代替人做挥旗的工作。
“电报（telegraph,字面意思就是“远距离书写”）”这个想法在19世纪早期就出现了，而且在萨缪尔.莫尔斯1832年开始实验之前，其它的发明家就已经开始研究它了。理论上说来，电报机的原理是很简单的：在线路的这一端采取一些措施，使线路的另一端发生变化。这恰好与我们上一章中用手电筒远距离发传信息所用的方法很一致。不过呢，莫尔斯先生不会用灯泡作为他的信号发生装置了，因为最早的可使用的电灯泡到1879年才被发明出来。作为替代手须，莫尔斯利用电磁（electromagnetism）现象。
如果你的手头有一根铁棒，那么在上面用细导线绕几百圈，然后在导线上接通电流，铁棒就变成了一块磁铁。现在它可以吸引其它的铁块和钢块（电磁上缠绕足够多的细导线，会产生足够强的电阻，能防止电磁产生短路现象）。断开电流，铁棒将丧失磁性。
电磁铁是电报机的基础。在线路的一端闭合或断开开关，可以使线路另一端的电磁铁有所动作。
实上际上，莫尔斯的第一个电报机比后来演化出的版本要复杂。莫尔斯认为，发报系统应该确实能在纸上写出些什么东西，或者就像计算机用户后来描述的那样，“输出一份硬拷贝。”当然，电报机输出的不一定非得是单词，因为那样做就太过复杂了。但是不管是杂乱无章的线条还是点和划，在纸上总应该写些东西。注意，莫尔斯现在一头扎进了一个需要纸张和阅读的模型，这很像瓦伦丁.霍伊（Valentin Haüy）的观点——盲人用的书应该印有凸起的字母。
尽管萨缪尔.莫尔斯在1836年通过专利局，他成功发明了电报机，但是直到1843年，他才说服美国国会，为其创立了一个公共基金。1844年5月24日，这是历史性的一天，当华盛顿特区和马里兰州巴尔迪摩市之间的电报线架设完成时，一条信息被成功地传递，内容是圣经中的句子：“what hath God wrought!”
传统电报中用来发送信息的电键，其外形如下图所示。
它虽外表奇特，其实只是一个被设计成有“最大开闭速度”的开关而已。如果需要长时间使用电键，最舒适的方法是，用拇指、食指和中指握住手柄，轻击它使其上下移动。保持电键按下状态一小段时间，就会产生一个“点”的莫尔斯码。按下状态保持的时间更长一些就会产生一个“划”的莫尔斯码。
线路的另一端是一个接收器，它主要是由一块电磁铁拉动一根金属杆构成的。最初，电磁铁控制的是一只钢笔。有一个装置通过使用一个压紧的弹簧来拉动一卷纸经过设备，与电磁铁连接着的钢笔就会弹起或者落下，在纸上画出点和划，能读懂莫尔斯电码的人员就可以把这些“点”和“划”译成字母和单词了。
当然，我们人类是个懒惰的物种，电报操作员们很快发现，他们可以很容易地通过听钢笔弹起和落下的声音来翻译电码。在传统电报机中的“发声器”的帮助下，钢笔最终被废弃，整个装置看起来如下图所示。
当电报机的电键被按下时，发声器的电磁铁拉动上面的活动横杠下降，它会发出“滴”的声音。当松开电键的时候，横杠弹回原来的位置，发出“嗒”的声音。一次快速的“滴嗒”声代表点，一次慢速的“滴——嗒”声则代表划。
电键、发声器、电池，还有一些导线连接到一起，电报机的电路示意图与前面章节中的手电筒电路图相似。
正如我们以前所发现的那样，不必非得用两根导线连接两个电报站。如果地球能为我们提供电路的另一半的话，一根导线就足够了。
就像我们在上一章所做的那样，我们可以把接地的电池用大写“V”表示。因此完整的单向系统如下图所示。
电报机的发明标志着现代通信的开始，人们第一次能够在视线或者听力之外的距离范围进行实时交流了，而且信息传递的速度比骏马疾弛还要快。更加耐人寻味的是，这个发明使用了二进制码。但是在后来的电子和无线电通信（包括电话、无线电、电视）所使用的通信模式中，二进制码被废弃了，直到后来它又被用在了电脑、光盘、数字影碟、数字卫星电视广播和高清电视上。
莫尔斯的电报机在某种程度上要胜过其他的设计，因为它对线路没有苛刻的要求。当你连接好电键和发声器之间的线路后，它们一般都可以正常工作。而其它的电报系统对线路的要求没这么简单了，但是正如我上一章提到的那样，这种电报机最大的问题就是长导线带来的电阻。尽管一些电报线路使用高达300伏的电压，而使用有效距离能够超过300英里，但是线路还是不能无线延长。
显然，设置一个中继系统是解决该问题的一个方案，每隔200英里左右，为一个工作人员装配好发声器的电键，他就可以接收信息，然后再把它转发出去。
现在，想像你已经被电报公司骋用，成为中继系统的一部分，他们把你扔在纽约和加利福尼亚的一个无名之地，让你在一个只有一桌一椅的小屋里工作。一条导线从东面的窗户伸进来，连接到发声器上。而你的电报机电键连接到电池上，最后线路从西窗伸出去。你的职责就是接收从纽约发来的信息，然后转发它们，最终使它们到达加利福尼亚。
开始时，你喜欢接收一条完整的信息，然后再把它转发。首先，根据发声器发出的滴嗒声，将字母记下来，当信息接收完毕时，再开始用你的电键来发送。最后，你终于掌握了诀窍，在听到滴嗒声的同时就可以发送信息，不需要再把信息记录下来了。这节约了不少时间。
有一天，当你正转发信息时，瞄了瞄发声器上那根上蹿下跳的横杠，又看了看在电键上上下翻飞的手指。然后你就这样来来回回地瞅来瞅去，恍然发现发声器上下跳跃的节奏与电键一致的。因此，你就去外面找了根小木棍，然后用木棍和一些细绳把发声器和电键连接到一起，如下图所示。
这真是个有趣的想法，但是事实上，萨缪尔.莫尔斯在早些时候已经领会了这个设备的概念。刚刚我们发明的这个设备称做“继电器”。继电器与发声器很像，传进来的电流驱动电磁铁拉动金属杠，金属杠同时又作为一个开关的组成部分，而这个开关连接着电池和输出线路。通过这种方法，输入的比较弱的电流就被“放大”成了较强的输出电流。
继电器的示意图如下。
当输入的电流触发了电磁铁，电磁铁把一个弹性金属条吸附下来，就像闭合了开关一样，使电流可以从接口输出。
因此，把一个电报机电键、一个继电器，还有一个发声器连接好，差不多就是下图的这个样子。
继电器是一个意义非凡的设备。当然，它是一个开关，但是这个开关的闭合和断开并不是由人来操纵的，而是由电流控制的。你可以通过它来完成一些不可思议的事情，实际上，使用它，你甚至可以装配好一台近乎完整的计算机来！
不错，继电器是一项如此出色的发明，以至于电报博物馆为它留了一席之地。让我们悄悄拿起一台，藏在外套里，飞快地从警卫身边溜过去。这台继电器用起来将非常方便。不过我们在使用它之前，还要学会如何计数。
