信息传
第一章 因丧妻之痛而发明电报的画家
  1825 年 3 月,一位中年人坐着长途马车,奔驰在从华盛顿到纽

  黑文泥泞的道路上。几天前,他还沉浸在见到各种大场面,见到总

  统、侯爵和众多社会名流的喜悦中,但是现在他思绪混乱,一言不

  发。因为父亲来信非常沉痛地告诉他,他感情笃深的妻子突然离世

  了。美国东北部的冬春时节多雨雪,道路并不好走。从华盛顿出发,

  一天后到达巴尔的摩。因为天气的原因,他不得不耽搁了一下。再往

  北,他进入上纽约和新英格兰地区,那里还被冰雪覆盖着,路途也更

  加艰难。等他赶到家中,爱妻已经下葬,他没有能看上她最后一眼。

  丧妻之痛,让他在一段时间内十分消沉,什么事情都不想做。

  但是还有三个年幼的孩子要养活,他不得不打起精神,带着一个

  孩子回到他在纽约的画室继续工作,同时将另外两个孩子留给了004 信息传

  父亲和保姆照料。毕竟他无法兼顾工作和带孩子两件事。为了忘却

  丧妻之痛,他没日没夜地工作,一周 7 天,从早到晚。同时,他

  还和几个同行一起创办了美国国家设计学院( National Academy of

  Design),在创作之余,开始培养艺术家。这所艺术学院今天依然维

  持着很高的水准,而这位创始人也被誉为美国历史上最好的画家之

  一。他的名字叫塞缪尔· 芬利· 莫尔斯,家里人称他为芬利。不过,

  今天他的另一个身份更为人所知——莫尔斯电报码的发明人和“电

  报之父”。

  画家莫尔斯

  莫尔斯 1791 年出生于美国马萨诸塞州的一个清教徒家庭。他的

  父亲加迪亚· 莫尔斯是一位加尔文派牧师,和大部分加尔文派的信徒

  一样,他的父亲也相信教育能够传播美德。莫尔斯在这样的家庭环

  境中,从小不仅受到了良好的教育,而且养成了做事一丝不苟的习

  惯。他还很小的时候,他的父亲就要求他写字一定要工整,做事情

  要有规矩。 19 岁时,莫尔斯进入父亲的母校耶鲁大学。那时的耶鲁

  并不教人谋生的手段,只是进行一些通识教育。因此虽然他学的是

  宗教、数学和动物学,但是他靠画画养活自己,并且后来一直以此

  为生。 1810 年,莫尔斯从耶鲁大学毕业后,在英国学习了三年绘画。

  在那里,他获准进入皇家学会,看到了米开朗琪罗和拉斐尔的很多

  真迹。这让他的绘画水平有了质的飞跃,年纪轻轻,在美国已经相

  当有名。那时没有摄影,因此稍微有点儿钱的人都要画师为自己画

  肖像。莫尔斯画一张肖像能够收入 60~80 美元,这在当时是一个人第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 005

  半年的收入。而他生意最好的时候,要完成的各种合同总金额达到

  4 000 美元。 1819 年,他为当时的美国总统门罗画肖像,获得 750 美

  元的报酬。这张肖像画,至今依然保存在白宫。

  他和沃克小姐在谈恋爱时感情就非常好。莫尔斯因为绘画有时不

  得不离开家,两个人就通过书信传递思念之情。婚后两人在康涅狄格

  州的纽黑文安了家,在随后的几年里孩子们陆续出生。画家这个职业

  收入并不稳定,莫尔斯运气不好的时候,两周只能挣 40 美元,但花

  费却高达 60 美元。因此, 1825 年当他赢得为法国拉法耶特侯爵画像

  的合同时,虽然要远赴华盛顿,他还是答应了。毕竟纽约市答应为此

  给他 1 000 美元。

  拉法耶特是美国独立战争期间帮助美国作战的法军统帅,因此

  美国人一直将他视为恩人。 1824 年,拉法耶特决定最后一次访问美

  国,走遍美国当时全部 24 个州。当他来到纽约时,纽约市出于对他

  的感激,决定招标为他画一幅肖像作为纪念,市政府选中了莫尔斯。

  但是拉法耶特的行程很满,马上要去华盛顿,莫尔斯只能跟随他前

  往美国的首都,因为只有这样才有机会为他画像。当时莫尔斯的妻

  子刚刚生下孩子两周,他虽然舍不得离开,但是为了生计,还是决

  定前往华盛顿。

  在华盛顿,莫尔斯参加了一系列重大的国事活动,包括总统门罗

  告别白宫的晚宴。除了门罗,他还见到了当选总统约翰· 昆西· 亚当

  斯,以及在竞选中输给门罗的安德鲁· 杰克逊将军。杰克逊在不久前

  的第二次英美战争中全歼了英国军队,被誉为“美国的拿破仑”,后

  来也当了总统。莫尔斯见到他们,兴奋不已,给远方的妻子写信告诉006 信息传

  她自己在首都的所见所闻。但是莫尔斯一直没有收到回信。过了一段

  时间,莫尔斯收到了父亲的来信,告诉他爱妻去世的噩耗。这就有了

  前面的那一幕。如果消息能够更早地送给他,他也不至于见不到妻子

  最后一面。

  这件事促使莫尔斯这位美国历史上著名的画家,后来把全部财富

  和精力都用在发明一种能够迅速传递信息的设备上。不过,在 1825

  年,莫尔斯并不知道如何让信息传递得比轮子转动的速度更快。他的

  灵感来自几年后在欧洲的经历。

  作为一名艺术家,到欧洲,特别是到法国和意大利,见识人类

  历史上最伟大的画家的作品,一直是莫尔斯的一个梦想。 1828 年底,

  莫尔斯终于解决了前往欧洲的费用问题,第二次踏上欧洲大陆。虽然

  在这次长达三年的欧洲之行中,他将大部分精力放在了研习绘画上,

  但正是这次欧洲之行让他最终成为改变世界的人。

  在法国期间,莫尔斯见到了已经遍及法国城市乡村的信号塔通信

  系统。早在法国大革命期间,法国发明家克劳德· 查佩就发明了一种

  类似中国古代烽火台那样传递信息的信号塔。不过这种高塔不是靠烟

  火,而是靠巨大的机械臂来传递信息。机械臂的不同姿势,表示不同

  的字母。由于信号塔又高又大,在几千米以外就能看到机械臂的姿势。

  这样一条消息就可以变成一连串机械臂的动作,通过一个个信号塔传

  递到远方。虽然当时还没有信息编码的概念,但是用不同的机械臂动

  作表示不同的字母,却是对语言和其他信息进行系统性编码的开始。

  当莫尔斯在法国见到这种通信系统时,它已经被法国人广泛地使

  用 30 多年了。它不仅从法国大革命时期开始就用于传递重要的军事第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 007

  情报,而且政府还用它发布重要的消息。比如,拿破仑就曾经用它把

  自己儿子诞生的消息告诉整个帝国。很多美国人早已见识过这种通信

  系统,但是谁也没有想在美国建造它们。这有两个主要原因。首先,

  法国属于地中海式气候,晴天比较多,而且平原上大部分是一望无际

  的农田。美国当时的发达地区东北部多雾多雨,不适合使用这种需要

  靠人眼识别机械臂动作的通信系统。其次,在全国范围内建立高大的

  信号塔成本非常高,而传输效率又非常低,一天只能传几百个字母。

  就连发明这种装置的查佩都讲,远程通信是权力的象征。这在中央权

  力较大的法国可行,在权力极为分散,讲究成本和利润的美国完全不

  可行。因此,莫尔斯最初见到信号塔时,并没有太多地关注它。他对

  信号塔的评价是,“信号塔系统比邮政好,但它不够快,用闪电的话

  更好”。

  莫尔斯并不懂电学,因此需要一个契机才能将电和信息传输联系

  到一起,而这个契机在他返回美国的旅途中到来了。

  转眼三年过去了,莫尔斯登船返回纽约。这是一次漫长的旅程,

  途中大家无事可做,只能高谈阔论。一些人谈论的有关电磁学的话

  题,吸引了莫尔斯的注意。其中有一位,大家都叫他杰克逊博士

  ( Charles Thomas Jackson),精通电磁学,他向莫尔斯演示了电磁感

  应现象——一块马蹄形的铁块缠绕着铜线,当铜线连上电池后,马

  蹄铁就有了磁性。莫尔斯被电磁学迷住了。一路上他向杰克逊学习

  了许多电磁学的基础知识,开始构思发明电报机,并且还画了张草

  图(见图 1—1)。这张草图保留到了今天,不过按照这张草图根本发

  不出电报。008 信息传

  图 1—1  莫尔斯在返回纽约的船上画的电报机草图(现收藏于史密森博物馆)

  船终于到了纽约,莫尔斯下船前对船长说:“用不了多久,我就

  会发明电磁电报了。”为什么叫电磁电报呢?因为“电报”的英文单

  词 telegraph 早就有了,它是远程传递图形的意思,并没有“电”的

  含义。莫尔斯后来发明的电报被称为 electrical telegraph,这个词组的

  含义才是真正的“电报”。只是后来不再使用机械臂通信, telegraph

  和电报就画了等号。第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 009

  塞缪尔·莫尔斯(Samuel Finley Breese Morse)

  1791年4月27日—1872年4月2日

  历史上许多著名的科学家都是极其优秀的“斜杠青年”。

  发明了摩尔斯电码、倾十余年心血研制成功电报机的“电报之父”莫尔斯,最初的

  职业其实是画家。《降落的朝圣者》(Landing of the Pilgrims)就是他最著名的

  作品。他还曾是《纽约观察者》的专栏作家,著有《外国阴谋美国的自由》一书。

  对信息进行编码

  从欧洲回来后,莫尔斯开始学习电磁学,研究起电报来。他把

  画室改成了实验室,用电池、电线做起了电学实验。对于大部分人来

  讲,这个转变似乎有点突然,但莫尔斯其实是一个很冷静的人。多年

  来他其实一直在考虑如何能够快速地传递信息,只是想不出比轮子更

  快的方式。他在欧洲见识到了信号塔的效率,只是觉得它在美国不实

  用,现在有了电,发明新的通信方式的时机到来了。

  世界上有两种发明家:一种是发明了一种现象,或者知道了一

  些新理论,然后他们试图找到应用,比如原子弹的发明就是如此;

  另一种是看到了一种需求,知道了一种应用场景,然后看看实现这

  个目的需要用到什么理论,爱迪生以及莫尔斯就属于后一种。

  莫尔斯回到美国后,首先补齐了所需要的电磁学知识。莫尔

  斯有非常好的数学基础,学习电学对他来讲并非什么难事。同时,

  他还是一位善于打交道的人,并结识了著名科学家约瑟夫· 亨利

  ( Joseph Henry)。亨利是最早发现电磁效应的科学家,今天关于磁

  场强度的单位就是以他的名字命名的。莫尔斯在发明的过程中几次010 信息传

  “卡壳”,都是向亨利求教的。

  有了基本的电磁学知识,莫尔斯对前人在用电传输信息方面所做

  的工作逐渐有了全面的了解。莫尔斯并不是第一个想到用电来传输信

  息的人,早在 18 世纪中期,就有人用 26 根导线代表 26 个字母,然

  后给导线的一端通上静电(当时还没有电池),导线的另一端就会吸

  引相应的小纸片,同时另一端有一个人观察是哪一个纸片被吸起来。

  这个实验实际上毫无实用价值,因为静电根本传不远。因此,这项研

  究并没有下文。 a 到了 19 世纪,电池的发明和电磁感应现象的发现,

  使得电流可以驱动机械运动,这使电报的出现成为可能。于是,在欧

  洲一大批科学家试图用电传递信息,但是因为他们的想法都不靠谱,

  因此我们这里就不多讲了。不过值得一提的是,在这些人中,包括了

  一大群大名鼎鼎的人物,比如安培和高斯,以及莫尔斯后来的主要竞

  争者——英国著名物理学家惠斯通。

  欧洲科学家失败的原因是没有解决好两件事:一是如何对信息

  进行编码,二是如何保证在没有大功率发电机的年代,仅仅靠电池供

  电,就能把信息传送到几十千米以外。而莫尔斯的成功之处,在于他

  首先解决了这两件事情。

  莫尔斯一开始也和他的欧洲同行一样走了许多弯路。他总是在

  想,英语有 26 个字母,需要 26 种传输方式,为此开始设计极为复杂

  和很难做出来的设备。莫尔斯在前三年里并没有意识到自己完全走错

  了路,而是在加倍努力地工作,试图研制出那些复杂的系统。

  a E. A. Marland, Early Electrical Communication, Abelard-Schuman Ltd, London 1964, no

  ISBN, Library of Congress 64-20875, pages 17–19.第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 011

  但是,如果方向选择错了,人们越努力,距离真理就会越远。

  在这三年中,莫尔斯花光了所有的钱,还是毫无进展。他不得不承

  认,电虽然传输速度极快,但是只能传送最简单的两种信号,就是

  连通和断开。一般人如果认识到这个现实,可能就会干脆放弃发明

  电报的尝试,莫尔斯却从和常人不同的视角来看待电通信这个问

  题——既然能够让远方知道电路连通与断开,那么快速地连通、断

  开 5 次,不就可以把数字 5 传递过去吗?至于两位数,则可以在传

  递第一个数字后,间隔一段时间再传递第二个数字。比如下面的序

  列(见图 1—2),分别代表数字 5 和 23,其中 ◉ 表示电路连通,而

  ◎表示电路断开。

  ◎◎◎◎

  ◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎

  ◎◎◎◎◎

  ◎◎

  ( 5)

  ( 23)

  图 1—2  莫尔斯设想的电路连通和断开方式

  这种对信息的编码方式,实际上比中国人画杠来表示一二三,

  或者古罗马人使用的罗马数字高明不到哪里去,但至少它是管用的,

  证明能够用电传输数字。而能够传数字,就有希望传文字。

  莫尔斯拿来一本有 4 万多个单词的通用字典,将里面的字从头

  到尾编上号,然后用电路传输单词的编号,而电路的另一端则根据

  编号查出对应的单词。采用这种方式,莫尔斯成功地传输了第一条

  信息。

  在很长一段时间里,莫尔斯想到的信息编码方式都是将所有的012 信息传

  信息对应成数字。这种编码方式其实今天依然在广泛使用,它被称为

  “矢量量化”( Vector Quantization, VQ),即采用很短的编号代表一组

  很长的信息,比如,我们用一个 96 位二进制代表一幅图像,或者用

  160 位二进制代表一个比特币。莫尔斯在 1837 年第一次向大家展示

  电报传递信息时,采用的也是这种编码方法。他当时成功地将“注意

  了,宇宙”( ATTENTION, THE UNIVERSE)这条信息传输了 10 英

  里(约 16 千米)的距离。

  当然,如果莫尔斯的电报机最终采用了这种既缺乏灵活性,又

  缺乏效率的信息编码方式,它未必能得到普及。在灵活性方面,它只

  适合对字典中有的词进行编码。如果想要发送一个字典中不存在的,

  如“N95”这样的代号,它就做不到了。在效率方面,传递数字 9 就

  要连通 9 次,显然不是一个好办法,更何况为了防止将“23”识别成

  “5”,中间的间隙要足够长,稍微不留神,就识别不清楚了。所幸的

  是,莫尔斯当时还想到了另一种针对每一个字母进行编码的方法,这

  就是我们所熟知的莫尔斯电码。

  在莫尔斯电码中,他把电路的连通方式分为短暂的接触和长时

  间连通两种。我们在谍战片中听到发报时总是发出“嘀嘀嗒嗒”的

  声音,“嘀”就是开关的短暂接触,“嗒”就是开关的长时间(至少

  是“嘀”的三倍时间)接触。于是莫尔斯就用这两种状态对 26 个英

  文字母和 10 个数字进行编码,这就是著名的莫尔斯电码(如图 1—3

  所示)。第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 013

  图 1—3  莫尔斯电码对英文字母和数字的编码

  如果将这两个操作分别对应成二进制的 0 和 1,那么莫尔斯电

  码实际上就是一种将英语文本转换成二进制编码的方法,比如 A 对

  应“01”, B 对应“1000”。当时还没有信息论,莫尔斯根据经验发

  现,对经常出现的字母用较短的编码,对不常见的字母用较长的编

  码,这样可以缩短一段信息整体的编码长度。从图 1—3 中可以看出,

  他对于英文中最常出现的两个字母 E 和 T 用了长度仅为 1 的编码,

  而对不常见的 X、 Y 和 Z 等字母采用了长度为 4 的编码。对于数字,

  由于它们出现的次数应该是相同的,莫尔斯用了等长的编码,即长

  度为 5。014 信息传

  我们至今无法得知不懂得二进制编码的莫尔斯,是如何想出这种

  对字母和数字的编码方式的。传记作家查阅了各种档案文件,也没有

  发现有用的线索。其中的原因可能是,莫尔斯当时只是将这种编码方

  案作为备用方案,因此没有做太多的记录,他甚至不知道这项发明有

  多么了不起。事实上,最初在申请电报专利时,莫尔斯用的是给单词

  编号的方案。正因为缺乏对自己想法的记录,甚至有人猜想莫尔斯电

  码是否是他的合作伙伴艾尔弗雷德· 韦尔( Alfred Vail)的想法。所

  幸韦尔在一封信中明确地说明莫尔斯发明了一种给字母编码的方法,

  后人才毫无疑义地将这项发明归功于莫尔斯。

  莫尔斯的编码方法并非是解决用电传递信息的唯一方法,因为

  对同一种信息的编码可以有很多种方案。这没有对错之分,但是有

  好坏之别。正如世界上大部分发明都有替代方案一样,在莫尔斯的

  年代,还出现过一些相互竞争的替代方法。比如查尔斯· 惠斯通和威

  廉· 库克发明的“五指针”编码方式。他们把 20 个英文字母排成两

  个三角形,然后用电磁场控制 5 根指针上下或者左右的方向。这五

  根指针方向的组合可以确认 20 个英文字母中特定的一个(如图 1—4

  所示)。

  大家不必纠结于惠斯通和库克的编码方法是如何工作的。从图

  1—4 中你马上能得到一个印象,就是它很难理解,而且能表达的信息

  有限。比如字母表中有 6 个字母就表达不了,更不用说数字了。其他

  编码方法,包括莫尔斯原本更看好的对单词编号的方法,在电报这种

  特殊的限定条件下,都不如基于二进制的莫尔斯电码。因此,其他编

  码要么根本没有成功,要么后来被淘汰了。第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 015

  图 1—4  惠斯通和库克的五指针电报编码方式

  莫尔斯电码能够得到普及的最后一个重要原因,是莫尔斯为这种

  电码发明了一套非常方便使用的接收装置。早期的各种电通信,都需

  要在接收端有一个人盯着接收装置,记录发送的信号。这种做法显然

  不实用,因为人一旦走神,信息就丢了。莫尔斯的第一代发报机也是

  这样工作的,它使用的是把电火花作为接收信号。在接收端的人要根

  据是否有火花判断传输的是“0”还是“1”。 1838 年,莫尔斯发明出

  点线发报机。这个装置颇为巧妙,当发报人将电路短暂连通后(也就

  是发出一个“嘀”),接收装置上的纸带就往前挪一小格,同时有油墨

  的滚筒就在纸带上印出一个点。当电路连通较长时间后,接收装置上

  的纸带就往前移动一大段,同时油墨印出一段较长的线。这样接收人016 信息传

  就不需要目不转睛地盯着接收装置,他可以随时取走接收纸带,根据

  上面的油墨印迹所对应的莫尔斯电码转译电文。

  由此可见,一项技术能够得以普及是由诸多因素决定的,只有当

  各种相关条件都具备时,发明才能算真正地完成。

  “上帝创造了如此的奇迹”

  莫尔斯不仅发明了电报编码方法,而且还让电报实现了城际通

  信。在他之前,所有的实验方案都只能传送几千米,如果是这样,即

  使想实现从北京到天津的电报通信也是不可能的。

  早期电报传不远的原因是电压不足。当时还没有发电机,电信

  号的传输只能靠电池,再加上当时的铜导线纯度不高,电阻很大,本

  来就不高的电池电压,大部分都消耗在了导线上。莫尔斯一开始只用

  了一节电池,电信号根本传不远,只能传十几米,这样还不如直接喊

  话来得痛快。 1835 年,莫尔斯找到了纽约大学化学教授伦纳德· 盖尔

  ( Leonard Gale)做合伙人。两个人一同努力,终于解决了这个问题。

  盖尔虽然不是学电学的,但是他有很强的学习能力和研究水平,知道

  应该从哪个方向入手解决问题。为了研制电报机,他很快掌握了亨利

  的电磁学理论。当莫尔斯总是无法让电报机的接收端工作时,盖尔找

  到了原因——电压不够。于是盖尔建议把 20 个电池串联成一个电池

  组,形成 20 倍的电压,同时把接收端的电感线圈多缠绕几圈,好让

  大部分电压降在接收端,而不是导线上。这个方法果然见效,电信号

  的传输距离很快超过了 300 米。至此,莫尔斯和盖尔终于成功地使用

  电实现了“远距离”传输信息。 1837 年 9 月 2 日,莫尔斯和盖尔在第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 017

  纽约大学第一次向大家展示了他们的发明——将电信号传递了 500 多

  米。当时正在美国访问的牛津大学教授、皇家学会会员查尔斯· 多布

  尼( Charles Daubeny)见证了这一历史时刻。

  第一次成功之后,莫尔斯信心倍增。两个月后,他和盖尔把传

  输距离增加到 10 英里。 1838 年 1 月 6 日,莫尔斯在新泽西的一家钢

  铁工厂里展示了电报的装置。莫尔斯写信给美国政府和国会,表示基

  于电能够建造全国范围的通信系统,而且比法国信号塔更有效、更便

  宜。但是当时的政府和国会对这项技术的实用性颇为怀疑: 10 英里

  可以,那么 100 英里、几百英里以后呢?显然,进行更远距离的传

  输,光靠增加电池数量是不够的。

  大部分发明家在发明过程中能享受到的成功喜悦是短暂的,因

  为他们的大部分时间都要来应付永远都解决不完的问题,莫尔斯也是

  一样。在没有政府资助的情况下,他花光了自己的钱,那一年又赶上

  经济危机,眼看发明工作就要进行不下去了。这个时候,通常会有一

  位救星登场。这一次莫尔斯的救星是我们前面提到的 30 岁的年轻人

  韦尔。不知什么原因,当时大学刚毕业的韦尔在学校看了莫尔斯的演

  示,于是对电报产生了浓厚的兴趣。莫尔斯决定用一些股份换得韦尔

  为他工作。当然,他看上韦尔的另一个原因是韦尔家里有一个铁厂,

  能够给他们提供一些资助。果然,在韦尔家人的帮助下,莫尔斯算是

  暂时渡过了难关。

  解决了财务危机后,莫尔斯和韦尔开始解决城市之间的通信问

  题。当时的电通信只能将信息传输非常有限的距离,那么能否将长距

  离通信变成很多的短距离通信,然后中间自动转发呢?当时已经有了018 信息传

  继电器,即通过电磁铁,而不是通过人连通或者断开一个电路。利用

  继电器,莫尔斯和韦尔发明了中继器(见图 1—5),也就是用第一个

  电路控制第二个电路的开关,再用第二个电路控制第三个电路的开

  关,并且每一个电路有自己的供电电源。这样,每一个电路只需要将

  电信号传递有限的距离,很多这样的电路在继电器的连接下,就可以

  实现信息的远程传输。

  20英里 20英里

  图 1—5  莫尔斯和韦尔电报专利中的中继器示意图

  中继器的发明不仅解决了信息的远程传输问题,也让莫尔斯的

  整个电报设计方案变得完整而且为后来利用信息控制机械操作提供了

  思路。

  在发明电报的过程中,莫尔斯向美国专利局递交了专利申请。考

  虑到这项发明将来可能会对全世界产生影响, 1838 年,莫尔斯专门

  跑到欧洲申请专利并且推广这项技术,但是遭到了冷遇。在英国,因

  为惠斯通和库克等人已经开始发明类似的通信工具,英国人直接拒绝

  了莫尔斯的申请。

  在法国,莫尔斯虽然获得了专利,但是当他向法国政府展示这项

  发明时,负责评估的朱尔斯· 盖伊特博士对此嗤之以鼻,认为这就是

  几根破铜线,做不了什么大事。在法国人心中,靠几根电线搭起来的第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 019

  简单设备,自然无法和高大的信号塔相比。在技术进步的过程中,如

  果原先的一项技术使应用发展得很成熟,新的替代技术在开始出现时

  常常会受到冷遇。在法国,信号塔已经使用了近半个世纪,通信网络

  遍布全国,人们自然不愿意承担风险接受一种前途未卜的新技术。

  不过,在法国的邻国普鲁士,参与军队后勤工作的赫尔穆

  特· 冯· 毛奇将军却意识到这种新技术将在未来的战争中发挥巨大作

  用。后来,毛奇将国家的军事战略建立在铁路和电报基础之上,提出

  了著名的毛奇外线战略,并且一举打败法国。这当然是后话了,因为

  当时莫尔斯还需要证明电报真的能实现城际通信。

  有了全套的技术只是真正实现城际电报通信的第一步,架设几

  十千米长的城际电报线对个人来讲是浩大的工程,需要大量的资金。

  为了做成这件事,莫尔斯努力了多年,他不断地宣传这项技术的用

  途,但是在没有证明城际通信可行之前,大家并不愿意给他投资。这

  就陷入了一个先有鸡还是先有蛋的因果困境。

  最终,莫尔斯只得再次向过去并不看好他的美国国会求助。 1843

  年,他在一些朋友的帮助下向国会提出申请,希望获得三万美元的

  资金,建设从华盛顿到巴尔的摩大约 40 英里(约 64 千米)长的电报

  线。这一次,国会经过激烈辩论,批准了莫尔斯的计划。时任美国专

  利局局长的艾尔斯沃斯是莫尔斯的同学,他的女儿安妮把这个好消息

  在第二天告诉了莫尔斯。莫尔斯高兴地对她讲,是你给我带来了这个

  好消息,等到电报开通的那一天,你可以选择发出的第一条信息。安

  妮说,那就发送“上帝创造了如此的奇迹” !a

  a “上帝创造了如此的奇迹”( What hath God wrought.),这句话出自《圣经》。020 信息传

  一年之后,莫尔斯从国会大厦向巴尔的摩发送出这条信息。至

  此,人类第一次实现了光速的通信。 120 年后,人类在第一次实现卫

  星通话时,发送的第一条信息也是“上帝创造了如此的奇迹”。当然,

  这个奇迹并非上帝创造的,而是莫尔斯和他的合伙人盖尔、韦尔,以

  及曾经帮助过他的亨利教授创造的。

  纵观历史,总会有一些人在关键时刻站出来,改变人类的发展

  进程。有意思的是,这些人并不一定一开始就是最有资格起到这种作

  用的人。如果我们回到当时,很难在众多可能创造奇迹的人中注意到

  莫尔斯。他既不是掌握最新技术的科学家,或者善于制作设备仪器的

  工程师,也不是有足够资本的商人。当时的人可能更会觉得莫尔斯不

  过是一个有着和身份不相符的充满幻想的人。但是,莫尔斯还是站了

  出来,冒着失去一切的危险,投入发明统治了人类通信半个多世纪的

  电报中。他有着很多人都不具备的素质——对新知识的渴望,对工作

  的狂热,以及坚定甚至固执的信念。最终,他成为对电报贡献最大的

  人,是当之无愧的“电报之父”。

  莫尔斯后来获得了巨大的荣誉。但是,和几乎所有重大发明一

  样,当这项发明普及后,关于发明权的争议也随之而来。就在莫尔斯

  申请电报发明专利后不久,他收到了与他同船从欧洲返回的杰克逊的

  来信,对方要求获得属于他的那一份发明荣誉。莫尔斯坚决地回绝了

  杰克逊的要求。对于莫尔斯的这个做法,公众并没有异议,但是,对

  于多次真心帮助过他的亨利教授,是否应该共享荣誉的问题,大家却

  有很大的争议。

  约瑟夫· 亨利是在电磁学发展历史上占有一席之地的科学家。如第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 021

  果不是因为当时美国科学家和欧洲同行交流较少,人们归功于迈克

  尔· 法拉第的很多发现其实应该归功于他。

  亨利很早就解决了电报中要用的一些关键技术问题,比如中继

  器。只是他对发明毫无兴趣,也没有提出电报的设计方案。因此当同

  事建议他申请专利时,他都未予理会。而当莫尔斯经常在遇到技术难

  题求助于亨利时,亨利都给予了无偿的帮助。后来莫尔斯在申请国会

  资助时请亨利给他写推荐信,亨利一方面回复莫尔斯这只是一个实用

  的新型发明,但另一方面建议国会支持莫尔斯的发明。

  1845 年,已经功成名就的莫尔斯和合伙人韦尔出版了《美国电磁

  电报》( The American Electro-Magnetic Telegraph)一书,讲述了美国电

  磁电报的发展史,却没有提及亨利的贡献。这件事让亨利很不满,于

  是他声称自己才是电报的真正发明者。莫尔斯对此也很不满。虽然莫

  尔斯曾经匿名撰文赞扬过亨利,但是他到死都没有在公开场合提起过

  亨利在电报上的贡献。一场功名之争让两个朋友从此形同陌路。莫尔

  斯和亨利所争的其实不是利益,而是荣誉,或者说是面子。虽然两个

  人在内心都认可对方,但为了面子都不肯服软。在这方面,他们与一

  般人没有什么区别。

  相比同时代的类似发明,莫尔斯的电报系统要完美得多,以至全

  世界对此有兴趣的商人和发明家纷纷放弃了其他可能的替代方案,专

  注于对莫尔斯电报的改进。这使得电报技术迅速完善,并且在世界各

  地得以推广。 1858 年,欧洲一些国家为了感谢莫尔斯为人类带来的

  这项伟大发明,联合筹款发给莫尔斯一笔高达 40 万法郎的奖金。022 信息传

  开启信息科学

  在莫尔斯的年代,绝大部分利用电线传输信息的努力都失败了。

  这里面有一个主要原因就是缺乏对信息技术的了解,因此大家都处于

  盲目状态。在人们的印象中,当时最有“资格”发明电报,或者广义

  上说发明电通信的科学家,应该是精通电磁学的物理学家。但是,信

  息科学和物理学其实是两回事。由于大家都处在自发的探索状态,谁

  恰巧在无意中用到了信息科学的原理,谁就能够比别人做得好。莫尔

  斯的成功有很大一部分是运气的成分,当然,这也和他不受电磁学的

  约束,思路开阔有关。

  虽然当时并没有信息论,但是莫尔斯和他的合伙人已经意识到通

  信中的一些关键性问题。

  首先,传输信息的信号和噪声的比例(也就是信噪比)要足够

  高,而且通常接收端的信噪比和传输距离的平方成反比。当时还没有

  人懂得信噪比的概念,但是盖尔在工作时发现,用电来传输信号,电

  压不足,信号就传不远。今天我们知道信号的能量和电压的平方成正

  比,而通信中的噪声通常是恒定的。盖尔通过提高电压的方式提高了

  电报的信噪比,才让电报能够传到远处。今天,处理信息的任何装置

  都要有基本的工作电压,就是要保证基本的信噪比。在电报诞生之后

  的 100 多年里,信息技术发展的核心就是想办法用更少的能量传递、

  处理和存储更多的信息。

  事实上,在电报出现后,美国的另一位发明家埃兹拉· 康奈尔

  ( Ezra Cornell)发明了绝缘电缆,解决了过去长途电缆容易漏电的问

  题,这样在接收端就能保证较高的信噪比。于是,同样的电压,在不第一章因丧妻之痛而发明电报的画家 023

  使用中继器时,可以让电报传递到更远的地方。随后,康奈尔和一些

  合伙人创立了世界上最大的电报汇款公司西联( Western Union),并

  且架设了第一条横跨北美大陆的电报线。当然,今天大家知道康奈尔

  更主要的原因是他联合创办了著名的康奈尔大学。

  其次,电报的出现让人们有了信息传输率、通信信道以及瓶颈的

  概念,开始有的放矢地提高通信系统的传输率。

  在依靠信件通信的时代,人们没有传输率的概念,因为两地之

  间送一封信和十封信的时间是相同的。但是在电报系统中则不同,

  字符要一个个地发出去,那么从发报员到收报员,就形成了一个信

  息通道,也就是我们今天所说的“信道”。在信道中,电报线两头操

  作的人动作较慢;相比之下,信号在电线中的传输速度很快,因此

  前者就是通信的瓶颈。当时,即便是最熟练的报务员,每分钟也只

  能收发 20 组左右的英文单词(或者汉字),因此电报线所提供的通信

  能力就被浪费了。如此一来,每一封电报必须定很高的价格,才能

  收回线路投资的成本。当然,如果定价太高,就不会有人使用,这

  个产业也不可能出现。

  莫尔斯等人意识到要降低电报的成本,就必须充分利用“电

  线”,尽可能多地传输电报。于是,他们发明了一种自动快报机,它

  包括键盘凿孔机、自动发报机和波纹收报机等设备。这些设备大多

  是用小型电动机带动的。使用时发报员先用键盘凿孔机在凿孔纸条

  上凿出莫尔斯符号孔,然后把凿好孔的纸条送入自动发报机发报,

  收报方则用波纹收报机收报。由于发报和收报的步骤都用机器代替

  了人工,效率大幅提升,这让后来的记者能够用得起电报。024 信息传

  在此之后,爱迪生发现城市之间的主干线路是电报系统中成本最

  高的,于是他发明了多路电报系统,让几个邮局或者收发报中心可以

  共享一根电报线,这让电报在一些企业得到普及。

  最后,莫尔斯等人的工作为后来设计信息编码提供了经验。

  莫尔斯在设计编码时,让常用字母使用较短的编码,不常用字母

  使用较长的编码,这样就缩短了电文整体上的编码长度。在香农提出

  信息论之前,虽然大家不明白为什么这么做有效,但还是普遍采用这

  种编码原则。

  另外,莫尔斯在无意中还发现,要想让信息传输可靠,需要在对

  不同信息编码时,让编码的差异性明显一些,以免产生混淆。比如,

  被他淘汰的采用连通次数表示数字的方法,就很容易将 23 和 5 混淆;

  此外,如果发报的速度快一些, 7 和 8、 8 和 9 这种比较大的数字也

  容易混淆。而莫尔斯电码每一个字符和数字都有自己的编码,这就避

  免了很多因混淆引起的错误。此外,由于不同的单词差异明显,即使

  发错一个字符,人们在收到电文后也常常能纠正传输错误。相反,如

  果采用数字和单词对应的编码方案,在传输中传错一个数字,整个单

  词就会译错,更正起来也比较困难。后来信息专家把不同编码之间的

  差异,用“编码距离”的概念来量化。任何一个有一定容错能力的编

  码方法,都会要求不同编码之间的距离足够大。本章小结

  电报的出现标志着近代通信的诞生。相比过去采用信件或者信号塔这样的

  信息传播方式,以电为载体的近代通信有两项根本性的改变,即它解决了

  传输的实时性和速率问题。电的传播速度近乎无限,这边发报,远在千里

  之外的人马上就能收到,信息的传输几乎没有延时。而在过去,基本上是

  马能跑多快,信息就能传多快。电报的信息传输率虽然比不上后来的电话

  和互联网,但在当时已经相当快了。在电报之前最快的通信系统信号塔,

  一天只能传几百个字母。但是电报一诞生,就能做到每分钟传 30 个字符

  左右,相比信号塔提高了至少两个数量级。此外,电报系统的成本要比信

  号塔低得多,体积也小得多,因此也比较容易普及。

  电报的出现,让全球的信息完全连为一个整体。当然,这种变化催生了很

  多新的产业,也改造了很多已有的产业,并逐渐改变了社会。
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信息传
----吴军
  70多年前,这个星球上极为聪明和智慧的头脑,时常聚集在纽约比克曼酒店,讨论后工业时代层次的科学问题,其中包括冯·诺伊曼、图灵、维纳和香农等人。在一次讨论中作为信息史上划时代的杰出人物香农指出,信息的意义就在于消除对未知世界的不确定性,建立新时代的世界观和方法论。 从20世纪中期开始,信息成为衡量经济发展和科技进步简单而直接的指标,深刻影响和决定着我们的生活。我们能够说得出来的对人类产生巨大影响的发明创造,一大半都和信息有关,包括电报、电话、电影、无线电、大众传媒、计算机、移动通信、卫星技术、互联网等。可以讲,信息技术的发展历史,就是半部技术和商业进步的历史。 本书将信息的发展史分为自发和自觉两个阶段,对信息发展脉络进行了详细地梳理,为我们了解信息的本质和发展规律提供了一个全新的框架和视角。 理解信息不仅有助于我们在工作和生活中进行有效决策,也有助于我们理解未来经济发展的趋势。同时,书中讲述的成功的人、成功的做事方法,也能够为我们提供有益的借鉴和启发,让大家能够获得可重复性的成功和可叠加式的进步。
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