信息传
第四章 来自失聪家族的声学家贝尔和电话
　　历史的延续常常是由那些伟大人物的谢幕和登场来衔接的。 1642

　　年，当意大利最伟大的科学家伽利略走完了他传奇的一生时，在英国

　　有一位早产儿呱呱坠地，他就是后来带领人类进入科学时代的牛顿 a。

　　同样， 1871 年当巴贝奇爵士在英国悄无声息地谢幕时，一位苏格兰

　　人也默默地从加拿大来到了美国波士顿，他在那里开始了改变历史的

　　伟大事业。这个人就是大名鼎鼎的亚历山大· 格雷厄姆· 贝尔。虽然

　　当时他还只是聋哑学校的一名十分普通的老师，但是他后来开启了人

　　类的电话时代，并且建立了世界上最了不起的信息研究中心——贝尔

　　实验室，就连信息论的创始人香农都是从那里走出来的。

　　a 按照儒略历，牛顿诞生的时候正是那一年的圣诞节，但是如果按照公历，他的出

　　生日期则是第二年（ 1643 年）的 1 月 4 日。066 信息传

　　来自苏格兰的聋哑人教师

　　1847 年，贝尔出生于苏格兰的爱丁堡，并在那里接受初等教育。

　　在近代科学和工业史上，有许多杰出的人才来自苏格兰，这要感谢一

　　个世纪前在苏格兰兴起的启蒙运动。这场启蒙运动带来了人类文明的

　　巨大进步。以至西方人讲，除了古希腊，没有哪个地区像苏格兰这

　　样，人口如此之少，对世界的贡献却如此之大。我们不妨列出一份从

　　那里走出来的、影响人类至今的伟人名单——思想家休谟和哈奇森、

　　经济学鼻祖亚当· 斯密、发明家瓦特、科学家麦克斯韦、开尔文勋爵

　　和“地质学之父”詹姆斯· 哈顿，当然还应该列上这位贝尔先生。在

　　这样的环境里，苏格兰是整个英国，乃至全世界最崇尚技术和工程的

　　地区。当时，中上阶层家庭的年轻人往往以研究科学技术和发明创造

　　为荣，而大学教授的则是实用技术，而非像牛津和剑桥大学那样把很

　　多学时都用来教授拉丁文、古希腊文和神学。在这样的大环境下，贝

　　尔从小就开始了发明创造，并且后来在爱丁堡大学学习和掌握了很多

　　实用的科学知识。

　　贝尔的父亲老贝尔是一位语音学教授。在贝尔 12 岁时，他的母

　　亲开始听力下降，最终不幸成为聋哑人。为了便于和母亲交流，贝尔

　　尝试着直接在母亲的额头处发音，并试图控制音调，以便能够让她听

　　清楚自己讲的话。正是因为母亲的失聪，贝尔开始研究声学，在研究

　　过程中，逐渐积累起来的声学知识帮助他后来发明了电话。

　　1870 年，贝尔随着全家一同移民加拿大，在那里他们建造了自

　　己的农场和作坊，而一直在研究声学的贝尔则建造了自己的实验室，

　　并进行了很多次用电传输声音和信息的实验。第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 067

　　当时电报已经开始普及，因此，很多发明家埋头研究用电传输信

　　息的技术仅仅是为了改进电报，以便提高传递信息的效率。比如，爱

　　迪生试图通过不同的载波来调制电报信号，让一条电报线能够同时传

　　递多份电报。贝尔（和电话的另一名发明人格雷）一开始时的很多研

　　究工作也是围绕这个中心展开的，其原理其实并不复杂。首先，它通

　　过某种方式，让电报线里的电流（也可以理解成电报线两端的电压）

　　按照一定的频率波动。其次，将莫尔斯电报信号加载在波动的电流

　　中，这种波动就称为载波。当时物理学家已经发现频率相差较大的两

　　种波在一个载体（电线）中传播，是不会相互干扰的，人们利用这个

　　原理就可以让一根电报线来传输多份电报。今天在无线电通信中，根

　　据不同频率传输不同的信号，其基本原理和 100 多年前的这种电报差

　　不多。

　　不过，虽然贝尔和爱迪生等发明家研究的技术都大同小异，但是

　　贝尔除了想改进电报，还希望用这种技术来帮助聋哑人恢复听力。今

　　天看来，这个想法远没有贝尔所想象的那样容易实现。不过贝尔通过

　　这些研究工作发现，声音的振动可以改变电路。于是他试图用这种方

　　法来传递音乐，但是没有取得成功。

　　不过，他和父亲在帮助聋哑人恢复听力方面所取得的成就还是得

　　到了社会的广泛认可。波士顿特地邀请他们来帮助培训聋哑学校的教

　　师，于是，就有了我们最初看到的这一幕。 1871 年，贝尔和父亲来

　　到了美国波士顿。

　　在波士顿培养聋哑人学校教师的过程中，贝尔发现那里有很多聋

　　哑人需要帮助，包括他所结识的一位后来成为他太太的失聪女士。一068 信息传

　　年后，他和父亲一起在美国开设了一所聋哑人学校，吸引了一大批

　　聋哑人来上学，这其中就包括后来美国著名的聋哑女作家海伦· 凯勒

　　（ Helen Keller）。海伦· 凯勒回忆，贝尔把自己一生的精力都用来帮助

　　聋哑人。而正是这种善意的初衷，引导他转入了一个全新的研究领

　　域——用电来传输声音。贝尔把这种通信系统叫作语音电报，因为那

　　时还没有“电话”这个词。但这种语音电报和我们所理解的传递文字

　　的电报其实是两回事。

　　贝尔为波士顿的聋哑学校们提供指导

　　在当时，用电传输语音是一个崭新的领域，并没有得到发明家

　　的广泛关注，因为没有多少人觉得它很有必要。甚至在贝尔发明电话

　　之后，英国无线电先驱、后来担任英国邮政总局首席电气工程师的威

　　廉· 亨利· 普利斯（ William Henry Preece）依然认为这个东西没有什第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 069

　　么用处，并且一直把精力花在改进电报上。他常常对人讲：“我的办

　　公室里就有一部电话，不过更多的是用来展示。如果想发条信息，我

　　可以使用发报机，或者派一个男童跑一趟腿。”

　　正是因为欧美的发明家把过多的注意力都放在了进一步改进电报

　　传输文字信息上，让原本对电学不是很精通的贝尔成为第一个发明实

　　用电话的人。当然，这个过程注定不会是一帆风顺的。

　　亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）

　　1847年3月3日－1922年8月2日

　　让声音在同一时刻于世界的另一端响起——也许是我们早已习惯了这件事情，才时

　　常忘了这是多么的不可思议！

　　继承了祖辈衣钵的贝尔，一生都致力于聋哑人的教育与声音的研究。他创建了贝尔

　　电话公司（AT&T公司的前身），是世界上第一台可用的电话机专利权的拥有者，同

　　时也是美国著名女作家、教育家、慈善家、社会活动家海伦·凯勒一生的挚友。

　　“华生先生，快来这里，我需要你帮忙……”

　　移居波士顿以后，贝尔才发现那里有着一种无与伦比的发明创造

　　的氛围。波士顿不仅有历史悠久的哈佛大学，还有美国最著名的麻省

　　理工学院，并且有着良好的商业环境和坚实的工业基础。这里的科学

　　家和发明家热衷于各种各样的科研项目和发明创造，并常常举办各种

　　科研论坛，发布和展示自己的发明创造和科研成果。这种浓郁的科研

　　氛围有点儿像今天的硅谷。如果你不发明点儿东西，都觉得不好意思

　　待下去。在这里，贝尔还被波士顿大学聘为生理声学和语言学教授，

　　除了教授聋哑学生，白天还要到大学讲课。因此，他只有晚上有时间

　　在他那个并不宽敞的公寓里进行实验，经常工作到凌晨。除了是个夜070 信息传

　　猫子，贝尔还有发明家常有的两个习惯：一是认真记录每一天的实

　　验，二是把用于记录的笔记本锁起来。为了保证笔记本的安全，他定

　　制了一张特殊的工作台，有一个非常安全的藏笔记本的地方。

　　长期夜以继日的工作很快就让贝尔的身体垮了下来，当时他

　　才 25 岁。几经权衡后，贝尔决定放弃教授聋哑学生这份教师工

　　作，集中精力搞发明。贝尔的这个决定，让他失去了大部分的收

　　入，不过他依然留下了两名学生，一个是 6 岁的男孩乔吉· 桑德尔

　　（ Georgie Sander）和后来成为他太太的女学生玛贝尔· 哈伯德（ Mabel

　　Hubbard）。这两名学生对贝尔发明电话都发挥了非常重要的作用。桑

　　德尔的父亲老桑德尔是一位富裕的商人，他为贝尔提供了实验室，并

　　安排自己的孩子和贝尔一同工作，以便于他向贝尔学习。作为交换，

　　老桑德尔孩为贝尔提供免费的食宿，让贝尔能够专心研究电声学。

　　哈伯德小姐在给贝尔当学生时成为他的挚爱，她的父亲加德纳· 格

　　林· 哈伯德（ Gardiner Greene Hubbard）先生是美国有名的律师和实

　　业家，他很早就涉足电报行业，并且创立了电报汇款公司西联。老哈

　　伯德是贝尔一生的朋友和赞助者，后来和贝尔一道创立了贝尔电话公

　　司，即今天 AT&T（美国电话电报公司）的前身。

　　有了基本的生活保障，从 1874 年开始，贝尔成为一名全职的发

　　明家。和爱迪生等人一样，此时的贝尔依然把很多心思花在了研究如

　　何改进电报，提高信息传输效率上。不过，贝尔这时预感到电流的波

　　动可以产生声音的波动，于是开始设想让不同振动频率的电流来驱动

　　（口风琴）不同的簧片，这样就能发出不同的声音。由于贝尔对电学

　　不是很精通，所以也就很难制造出他所想象的这种机械装置。于是谦第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 071

　　卑的贝尔跑去向电磁学泰斗亨利教授请教，让老科学家为自己的科研

　　方向把把脉。亨利听了贝尔的想法后，鼓励他说：“年轻人，大胆地

　　去干吧，虽然你不会制造机械，也缺乏相应的设备，但是只要你努力

　　想办法，这些难题也是可以得到解决的。” a

　　在获得亨利教授的大力鼓励后，回到波士顿的贝尔非常幸运地

　　遇上了托马斯· 华生。华生这时候还只是一个电器店的电器和机械工

　　程师，后来成为贝尔电话的共同发明人，也是贝尔一生的合作者。贝

　　尔和华生早期的实验都极为不顺利，原因是他们在无意中用了十分复

　　杂的方法来解决同样十分复杂的问题。贝尔一直试图用多个簧片来传

　　输和接收不同频率的声音，但是这么复杂的装置很难制作。贝尔和华

　　生花了足足一年的时间来研究这种装置，却没有获得什么进展。直至

　　1875 年 6 月 2 日，华生无意间在发射端用一根芦苇拨动簧片，贝尔

　　在金属线的接收端听到了芦苇拨动簧片的声音。这时他们才突然发现

　　用电线传输声音其实只需要一个簧片就可以做到，而不是多个簧片。

　　这次看似不经意的偶然发现，其实际意义远比贝尔想象的更加

　　重大，它蕴含了贝尔和华生一生都没能理解的一个科学规律，那就是

　　一根导线能够传输的信号会有一定的频率范围宽度，这个宽度后来被

　　人们称为频带宽度或者带宽。只要我们传输的信号频率范围不超过这

　　个带宽，那么一根导线就完全可以完成信息的传输任务。由于人说话

　　的语音频率范围并不大，因此只使用一根导线传输信息就足够了。当

　　然，如果要传输频率范围极宽的信号，比如高清晰的视频信号，那么

　　a Robert V. Bruce.Alexander Graham Bell and the Conquest of Solitude， Cornell

　　University Press； 1st Edition， 1990.072 信息传

　　一根导线就不够了。比如，如果我们把今天的 HDMI（高清多媒体接

　　口）导线切开，就会发现里面有很多组的信号线。人类真正理性地认

　　识到这个科学规律，是在香农提出信息论之后。

　　在这次意外发现的基础上，贝尔和华生成功地设计出了一种电声

　　系统，它可以传输模糊的声音，但不能传输清晰的语音。

　　所幸的是，一项发明如果方向走对了，剩下的问题就可以靠勤

　　奋来弥补，通常只要你实验做得足够充分，在某一个时间点就会突

　　然成功。接下来的 9 个月，贝尔和华生天天泡在实验室里。 1876 年

　　3 月 10 日，贝尔有事情招呼华生，他对着麦克风（当时贝尔称这个

　　接收语音的装置为喉舌）喊道：“华生先生，快来这里，我需要你帮

　　忙……”贝尔这样的呼唤显然不是第一次，过去从来没有成功过，但

　　这一次，华生来了。这让贝尔既惊讶又高兴，华生讲，他从接收装置

　　里听到贝尔在喊他，而且这一次能够很清晰地听到贝尔所说的话。贝

　　尔有点儿不相信，请他复述一遍。华生讲：“你说，‘华生先生，快来

　　这里，我需要你帮忙……’”这时贝尔才第一次感到成功离他们是那

　　么近。

　　为了确保通话系统能够稳定工作，贝尔和华生对调了位置，再次

　　进行实验。华生拿起一本书随便读了几句，在另一端的贝尔很快就听

　　到了华生的声音。虽然音量比较高，读音听起来还是有点儿含糊不清，

　　不过这比以前的实验结果已经有了一个巨大的飞跃。

　　贝尔在工作日志中对这件事的细节有着非常详细的记载，这本日

　　志至今依然完好地保存在美国国会图书馆。它的影印件可以在美国国

　　会图书馆的网站中查到（见图 4—2）。这份历史文献证实了 1876 年 3第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 073

　　月 10 日可以算作人类第一次实现远距离语音通信的日子。但是从贝

　　尔的记录中人们也可以看出，这时其实离发明实用电话依然有一段相

　　当长的距离。传记作家常常喜欢渲染一项重大发明的戏剧性结果，但

　　发明的过程其实是极其漫长而连续的。在这个过程中会有很多的里程

　　碑，很多发明家往往只走到了某一个里程碑就停住了前进的脚步，但

　　是历史只会记住走到最后的人。而贝尔和华生恰恰是走到最后的这样

　　两个人。

　　图 4—2  贝尔在 1876 年 3 月 10 日的工作日记

　　在接下来的近半年里，贝尔和华生继续进行各种各样的实验，对

　　电话进行不断的改进。到了夏天，他们觉得这时的电话系统已经可以

　　尝试着进行远距离语音通话了。由于当时没有足够长的电话线来做实

　　验，于是贝尔跑到了电报局，用电报线向 4 英里（约 6.5 千米）外打

　　了个电话，在 4 英里外的华生能听到微弱的声音。第二天晚上，贝尔074 信息传

　　第一次向大众展示了他发明的电话。他尽可能地拉了一根足够长的电

　　话线，并穿过一条隧道，然后请客人听另一头传来的清晰的读书声和

　　唱歌声，所有人听了后都大为吃惊。在 1876 年 8 月 10 日这一天，贝

　　尔在加拿大两个小城之间实现了相距8英里（约13千米）的语音通话，

　　这是世界上第一次实现城际之间的长途通话。它证明通过电，至少可

　　以单方向让语音传到另一个城市。

　　两个月后，贝尔和华生在波士顿和坎布里奇 a 第一次实现了双向

　　通话，至此实用电话才算真正被发明出来。

　　托马斯·奥古斯都·沃森（Thomas Augustus Watson）

　　1854年1月18日－1934年12月13日

　　世界上的第一通电话，说的是什么内容呢？这个问题恐怕就要问托马斯·奥古斯

　　都·沃森（文中的华生）了。

　　华生是亚历山大·格雷厄姆·贝尔的助手，更是载入人类史册的发明电话的第一位

　　见证者。

　　“华生先生，快来这里，我需要你帮忙……”简简单单的一句话，却是照亮后世的

　　一束光。

　　谁最先发明了电话

　　对于信息传输来讲，电话的应用市场远比电报广泛。电报并不

　　是人与人之间的即时通信，直到 21 世纪初各国陆续停止电报业务时，

　　它也没有普及家庭，甚至没有普及一般的企业。除非有急事，一般老

　　百姓很少会去邮局发电报。但是电话却不同，它很容易普及家庭。电

　　话的出现，使人类的远程信息传输量剧增。此外，电报之所以不能实

　　a 波士顿北边的一个小城，哈佛大学和著名的麻省理工学院就坐落在那里，与波士

　　顿仅仅隔着一条查尔斯河。第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 075

　　现即时的交互通信，是因为发报和译报的复杂性决定了电报需要专业

　　人员来操作，无法比肩即时通信的便捷。但电话很简单，拿起来就可

　　以讲，而且两个人一来一往可以极为充分地交流信息。虽然在贝尔没

　　有向公众展示他的电话之前，这项发明并不被重视，但是当大家真的

　　看到这个神奇的电话机将改变世界时，围绕它的发明权之争便在所难

　　免地爆发了。

　　世界上的绝大多数重大发明和发现都是水到渠成的结果，通常

　　在同一时间有好几个人独自做出了实质性的贡献，以至谁最早发明某

　　些技术或者发现某个规律会存在争议。电话的发明也是如此。在贝尔

　　（和华生）发明电话后的 18 年间，他的公司经历了 587 次围绕电话发

　　明权的诉讼，其中有 5 项官司一直打到了美国最高法院，但是没有一

　　次诉讼能够否定贝尔电话专利的优先权。在这些发明权的诉讼中，最

　　为著名的当属意大利人安东尼奥· 梅乌奇（ Antonio Meucci）以及美

　　国人伊莱沙· 格雷（ Elisha Gray）对贝尔专利提出的挑战。

　　如果仅仅是单纯地看发明时间，在贝尔之前梅乌奇和德国发明

　　家约翰· 菲利普· 赖斯（ Johann Philipp Reis）都发明过用电流传递声

　　音的技术，但是那些技术不仅传输声音的效果极差，实际上根本无法

　　正常用于两地长距离通话，和后来大家使用的电话没有任何关系。虽

　　然美国国会在 2002 年曾经认定电话技术的发明人是意大利人梅乌奇，

　　但是美国民间并没有把它当回事，而更倾向于认为此举是为了讨好意

　　大利。与此同时，加拿大官方则郑重声明，贝尔是电话技术的发明

　　人，因为梅乌奇的发明既不管用，也没有申请过专利技术。

　　在和贝尔争夺电话技术发明权的所有人中，一度让贝尔很头疼的076 信息传

　　人是格雷，因为他的发明和贝尔的电话技术确实有不少相似之处。后

　　来他和贝尔就电话的关键技术打了一场旷日持久的官司。

　　这件事要从 1875 年说起。那一年，贝尔在研制声学电报时发明

　　了一项用电传输声音振动的新技术。为了获得英国的专利权，贝尔指

　　示自己的专利律师暂时不要向美国专利局提出申请，因为当时英国只

　　会向那些从未在其他地方获得专利的发明授予英国专利权。因此，贝

　　尔耽误了一些在美国申请专利的时间。不过，由于贝尔同意和赞助他

　　做科学研究的老哈伯德以及老桑德尔分享电话发明研究成果在美国的

　　利润，老哈伯德在没有通知贝尔的情况下，向美国专利局提交了电话

　　发明专利申请。而就在他跨入专利局大门后的几个小时，格雷也提交

　　了自己的电话专利申请。格雷和贝尔的官司一直打到了美国最高法院，

　　大法官最终裁定贝尔为电话的发明者。很多人都觉得，贝尔赢得官司

　　的原因只是因为他们的专利提前提交了几个小时。但如果真是这样，

　　官司就不需要打到最高法院了。事实上，比早几个小时提交专利更客

　　观的原因是贝尔的实验室日志和各种来往信件证明他的发明是他和华

　　生长期独立研究的结果。更重要的是，在与格雷和另一名提起诉讼的

　　发明家阿莫斯· 多比尔（ Amos Dolbear）的私人信件中，格雷和多比尔

　　都承认了贝尔先前所做的电话发明和研究工作。但是，现在这两个人

　　站出来要求享有电话技术的发明权，最高法院认为这是缺乏事实依据

　　的，也是站不住脚的。

　　更需要指出的是，贝尔和格雷所争夺的是电话要用到的一项技术

　　的发明权。涉及电话的技术其实有很多，仅仅有了通过电传输语音信

　　息的技术，和发明电话还有相当大的距离。贝尔的过人之处就在于他第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 077

　　走完了电话发明的全部过程，而其他人的研究发明最多只能算是搭建

　　了一些效果不算太好的实验装置而已。贝尔的电话专利是在 1876 年

　　3 月 3 日，即他 29 岁生日那天被批准的，而这项技术被证明能够用

　　于通话，是我们前面提到的贝尔用麦克风呼唤华生的时候（ 1876 年 3

　　月 10 日）。至于电话被证明能够用于双向通话，已经是半年之后的事

　　情了。

　　媒体往往出于吸引读者的目的喜欢寻找某项技术最早的发明人，

　　而且不少读者出于猎奇的目的也常常喜欢挖掘那些所谓的真相，特别

　　是那些能够否定社会普遍认同结论的新说法。但是科学史家并不觉得

　　这种事情有多么重要，因为在很多时候，某项技术的第一个发明人往

　　往是找不到的。这里面有以下三个原因。

　　第一，任何一项技术永远都可以追溯更早的发明人。这就如同电

　　话的发明，虽然全世界绝大多数人公认发明的荣誉应该授予贝尔和他

　　的合作者华生，但是总能找到更早的人，比如梅乌奇，至于有没有人

　　在梅乌奇之前发明了和电话相关的技术，或者提出了相应的想法，如

　　果深挖也许还是能找到。

　　第二，也是更重要的原因，那些不断回溯找到的相关发明和我们

　　最终的使用通常是无关的，对后面的发明也没有什么启发。我在拙作

　　《全球科技通史》中列举了很多这样的例子，比如青霉素的发明可以追

　　溯到唐朝的裁缝，但是这和今天使用的抗生素并无相关性。

　　第三， 一个实物（比如电话），或者一个实用方法［比如 CDMA

　　（码分多址）通信］的发明通常要用到很多项科学技术，但是，在多

　　数情况下，其中一项关键技术的发明，和这个实物或者方法的发明是078 信息传

　　两回事。因此，我们不能把后者和前者等同起来，这是很多人常会犯

　　的一个错误。比如 3G（第三代移动通信技术）使用了 CDMA 技术。

　　虽然这项技术可以追溯到二战时演员海迪· 拉马尔的一项专利，但是

　　它和整个 3G 是两回事。这项通信技术最初是由高通公司等机构在 20

　　世纪 90 年代发明的。虽然两者在时间上前后相差大约半个世纪，但

　　是两项不同的技术是不具可比性的。

　　基于上述原因，我们把电话装置和这种通信系统的发明权给予贝

　　尔是十分公允的。正如绝大多数发明的荣誉都是授予了最后一个发明

　　者一样，贝尔就是电话的最后发明人。在此之后的电话技术进步只能

　　算是改进，电话发明这件事到贝尔就结束了。

　　在科技史上，大家把一个人和一项发明联系在一起，除了他提出

　　了原创性的设计，通常还因为他解决了从技术诞生到大家受益之间的

　　诸多技术难题，让广大受益者从感情上愿意把他和发明关联起来。贝

　　尔就是这样的人。虽然 1876 年底他和华生在向大家演示了能够双向

　　通话的电话，让大家能够使用并且接受这种新的通信方式，但是接下

　　来他们还有很多的研究工作要做。

　　当时，大家对于电话普遍存在的一个疑虑就是它到底能把信息传

　　送多远，语音到底能有多么清晰。在那个年代，电报已经能够将信息

　　发送到全球的任意一个角落，而电话只能将语音传送几十千米，且一

　　些易混淆的语音可能误传。传输距离和准确率，其实是通信技术两个

　　硬核指标。电话如果不能在这两个指标上达到电报的水准，公众就会

　　对它的应用范围和效果存有疑虑。实际上在电话刚出现的年代，包括

　　马克· 吐温在内的许多名人都觉得这是一种骗术。当然，马克· 吐温第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 079

　　也因此失去了他一生最有可能获利的投资机会。

　　在贝尔和华生第一次实现双向通话的一年后，他们基本上解决了

　　电话传输语音时清晰度问题，并且在波士顿铺设了一些电话线路。之

　　后，记者开始用电话给《波士顿环球报》发送新闻消息，公众这才开

　　始相信电话并非骗人的幻术。又经过了一年的改进，到了 1878 年，

　　贝尔和华生分别在波士顿和 200 英里（约 322 千米）之外的纽约进行

　　了首次长途电话实验。贝尔和华生在两地观众的众目睽睽之下进行了

　　交谈，为了渲染现场的演示效果，贝尔本来安排了一名歌手对着麦克

　　风唱歌，然后将歌声通过电话传到华生的所在地纽约。但是这位歌手

　　是第一次听到电话听筒里传出来的声音，居然吓得失声了，贝尔只好

　　让远在纽约的华生代替歌手演唱。华生此前从未在公众场合表演过，

　　这次他鼓足勇气唱了一首歌。他那不在调上的演唱逗得两边现场的听

　　众哈哈大笑。这次公开实验是对电话普及应用的一次很好的宣传，不

　　仅让公众相信电话能够成为他们的远程通信工具，而且打消了很多人

　　对于那个时代信息安全的顾虑。当时《纽约时报》曾经这样说，“如

　　果装了电话，无论门窗关得多紧，你说的每一句话都有可能被人偷

　　听”。正是贝尔和华生的公开演示，让大家明白了电话是怎么一回事，

　　它能做什么，不能做什么，从而消弥了人们对于电话不必要的担心。

　　然而，将电话普及成为统治世界上百年的通信工具，还有很多的

　　事情要做，而其中绝大部分事情是在贝尔的时代完成的。

　　由电话到现代通信

　　电话是信息史上第一种能够实现大量用户同时进行点对点双向通080 信息传

　　信的技术。在学术界，关于通信的分类，根据信息的传输方式可以分

　　为 4 种，即：

　　• 单点到多点的单向通信；

　　• 单点到多点的双向通信；

　　• 多点到多点的单向通信；

　　• 多点到多点的双向通信。

　　从信息传输的角度来讲，第 4 种最为便利，需要解决的技术问题

　　更多，需要投入的资金也更多。从 1877 年开始，贝尔的电话研究工

　　作和商业推广就同步进行。这首先要感谢他商业上的两个合伙人，也

　　就是他两个学生的父亲老哈伯德以及老桑德尔。在贝尔的时代并没有

　　风险投资基金，要想从零开始做一门生意，只能靠个人关系找天使投

　　资人。所幸的是贝尔有这样两个对电话技术感兴趣的投资人。这一

　　年，贝尔在波士顿架设了第一条商用电话线路。一名住在波士顿北郊

　　萨默维尔的工厂主查尔斯· 威廉斯要和他在波士顿的工厂进行通话，

　　他使用了贝尔提供的电话服务，成为全世界第一个电话用户（见图

　　4—3）。随后，记者开始用电话向各地报刊发送新闻消息。从电报和电

　　话的发展过程可以看到，它们最初的使用者都是企业家和记者。前者

　　希望更快、更方便地获得和发送信息，后者则非常看重信息的时效

　　性。信息时代一旦开始，信息的价值就和它的时效性密切相关，而且

　　总有一些人愿意付费来获得这种时效性。

　　威廉斯最初使用的电话就是单点对单点的通信，两个点之间只

　　要有一条电话线就可以实现通信。但是，如果真要实现多点到多点通

　　信，就不能采用这样的方法了，因为线路数量和电话机数量的平方第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 081

　　大致是成正比关系。 a 比如，实现 10 门电话机之间的通信需要大约

　　50 条连线，而要架设一个有 100 门电话机的通信网络，就需要大约 5

　　000 条连线了。当这个网络增加到 1 000 门电话机时，就需要大约 50

　　万条连线。不过，早期大部分电话的使用者都是商人和记者，他们使

　　用电话的主要目的是和公司、报社随时保持联系，而不是彼此互相通

　　话。因此，贝尔等人也没有注意到这种点对点直接连线的方式并不适

　　合电话网络的发展。

　　图 4—3  美国架设第一条商业电话线的房子（威廉斯在萨默维尔的住宅）

　　a 网络连接数量 =[（节点数—1） 2

　　2

　　] ——编者注082 信息传

　　1878 年，一位叫作乔治· W. 科伊（ George W. Coy）的美国人在

　　听了贝尔的报告后受到启发，发明了电话交换机。从此，终端用户

　　使用的电话机，不再是直接连到对方的电话上，而是先连接到交换

　　机上，再由交换机连到其他电话上。这样一来，即使不用那么多的

　　长途通信线路，也可以实现所有电话之间的通话。交换机的原理被

　　用于今天所有点对点的信息传输系统，比如互联网的路由器、卫星

　　电视系统的通信卫星、移动通信的基站等，交换机都扮演着重要的

　　角色。

　　科伊随后研制出了第一台交换机并获得了专利。他把自己的交

　　换机放在纽黑文，为当地人提供电话服务。有了交换机就需要有接线

　　员，由于一开始使用电话的用户不多，科伊自己承担了接线员的工

　　作。从交换机连出去的线路对应哪个用户是固定的，为了保证不接错

　　电话，科伊在交换机每个电路的插孔处做了一个编号，然后按用户姓

　　名做了一个名字和编号的对应表。每次接到电话呼叫时，通过查表，

　　就能知道该接通那条电话线。

　　科伊的这种做法实际上涉及现代通信的一个基本问题，就是传输

　　目标的物理地址和我们便于记忆的逻辑地址之间的一一对应。交换机

　　某个插线孔后面的那条电线，是某个电话要连通的物理地址，而对应

　　的用户则是一个虚拟地址。在通信时，信息发送者的目的是把信息传

　　到接收人（逻辑地址）那里，而通信系统只能识别通信系统的物理地

　　址，因此就需要建立物理地址与逻辑地址的对应关系。

　　随着科伊业务范围的不断扩大，连入交换机的电话用户增加到了

　　好几百户，他只得雇一名专职接线员来为大家服务。当然这时要记住第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 083

　　几百个人的名字和交换机面板上的插孔是如何对应的，几乎是一件不

　　可能的事情，接错线的情况时有发生。这时就需要发明一种能够更好

　　地将电话的物理地址和逻辑地址一一对应起来的技术方法，电话号码

　　和电话本就应运而生了。

　　电话号码的发明是一次公共卫生事件导致的直接结果。 1879 年，

　　波士顿周围暴发了流行病。接线员一旦生病，就需要有人临时替班，

　　但是替班的人常常找不到用户对应的接线孔位置。位于波士顿洛厄尔

　　市一位叫摩西· 格里利· 帕克（ Moses Greeley Parker）的医生，是电

　　话最早的使用者之一，也是当地电话业务的投资人。他为了避免替班

　　的人接错线，就给每部电话配了一个号码，这样以后打电话的人不用

　　说找谁，只需要讲要接通哪个号码就可以了。这个号码就直接写到交

　　换机的面板上，于是接线员的工作就变得非常简单，接错线的情况就

　　很少发生了。帕克的这项改进，其实就是在交换机上将逻辑地址和物

　　理地址统一起来。不过在整个通信系统中，逻辑地址和物理地址之间

　　的对应关系并不能因此被省去，而只是把统一对应关系的工作交给了

　　打电话的人。

　　一开始，大家担心这些 4~5 位的电话号码（当时的电话较少，只

　　需要四五位数字就足够了）记不住，但是很快发现这种担心实在没有

　　必要。在手机问世之前，用电话的人总能记得住几十个常用的电话号

　　码。当然，谁也不可能记住所有的电话号码，于是电话公司就把一个

　　地区的所有电话号码汇总到一起，印成一本厚厚的黄页 a，送给安装电

　　a 在美国，商业电话号码薄采用黄色纸张印刷，被称为黄页，而个人电话号码薄采

　　用白色纸张印刷，被称为白页。084 信息传

　　话的用户。随着互联网的兴起，人们逐渐改变了从黄页上查找电话号

　　码的习惯，纸质的黄页也逐渐消失。不过，类似黄页的生意并没有消

　　失，它变成了今天互联网上的搜索引擎。

　　发明了电话号码之后，电话机也要随之改变。早期的电话并不

　　需要拨号，也就没有拨号盘。大家打电话时，只需要拿起话筒直接对

　　着接线员呼叫对方的姓名就可以。有了电话号码之后，大家一开始是

　　呼叫对方的号码，但是这样显然不方便。于是，人们发明了转盘式的

　　电话机。这种电话机上面有一个圆形转盘，每次把手指伸进对应的数

　　字，然后拨到头。每个数字对应一个不同的脉冲，当不同的脉冲传到

　　交换机时，就会通过相应的继电器接通不同的线路，这样就可以直接

　　连通对方的电话了。今天这种转盘式电话已经不常见了，不过大家在

　　电影里还能看到它们。

　　当然，不仅和电话相关的配套技术要发展，电话本身的核心技术

　　也需要不断进步。在看到电话巨大的商业潜力之后，很多发明家都开

　　始纷纷致力于电话技术的不断改进，语音质量，特别是长途电话的语

　　音质量得以不断提高。在这些积极参与改进电话技术的发明家中，就

　　有大名鼎鼎的科学家爱迪生。但是，他并不打算参与电话服务的市场

　　竞争，而是把技术卖给了贝尔。

　　由此可见，电话的成功是很多项技术综合作用的结果，而不是单

　　靠某一项技术的突破就能完全实现的，更不是哪一次偶然的通话成功

　　所导致的。

　　当然，电话的普及除了需要在很多配套技术上做好准备，还需

　　要大量的投资和工程建设，特别是架设长途电话线路。 1885 年，在第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 085

　　老哈伯德的帮助下，贝尔在自己的电话公司（贝尔电话公司）里成立

　　了一个专门从事长途业务的子公司——美国电话电报公司（ American

　　Telephone & Telegraph Company），即后来著名的 AT&T 公司 a，这家

　　公司的总经理并非贝尔本人，而是老哈伯德。随后，在老哈伯德的帮

　　助下， AT&T 公司找到了大量的私人投资，逐渐完成了全美电话网的

　　建设。 1892 年， AT&T 公司开通了从美国东部到美国中部芝加哥地

　　区的长途电话业务，从此用一张巨大的电话网将当时美国最大的两个

　　工业区，即以纽约为中心的东北部工业区和以芝加哥为中心的五大湖

　　工业区，紧密地联系在了一起。当时从纽约到芝加哥的通话费是 2 美

　　元一分钟，而当时 1 美元的购买力超过了今天的 100 美元。因此，电

　　话的这个价格并不比电报便宜，但是它的优势是比电报更方便。

　　1895 年，无论是对贝尔电话公司还是对美国电信业来讲，都是

　　一个具有关键意义的年份。这一年贝尔电话技术的专利到期，一夜

　　之间，美国冒出了 6 000 多家电话公司。一方面，这使得电话技术在

　　美国得到了迅速普及。在接下来的十几年里，美国的电话装机数量

　　从 200 万户猛增到了 3 000 万户。另一方面，剧烈的市场竞争使得整

　　个行业面临着无钱可赚的不利局面。而贝尔电话公司将一如既往地成

　　为电信行业的主导者，还是成为六千分之一的竞争者，却是未知，这

　　就到了考验贝尔及其公司管理者智慧的时候了。贝尔应该感到庆幸的

　　是，他在早几年收购了爱迪生关于电话的一些技术，这让他们的长途

　　电话业务能够做到语音更清晰，具有更加明显的市场竞争优势。进入

　　a 后来 AT&T 公司成为所有贝尔公司的母公司。086 信息传

　　新世纪之后，贝尔开始学习爱迪生，也办起了研究所，这就是后来贝

　　尔实验室的前身。

　　当然，公司之所以能够成功地度过 10 年恶性竞争的艰难时期，

　　其强大的管理团队发挥了巨大作用。当时贝尔长期的合作伙伴老哈伯

　　德年事已高，已经退休好几年，不过他在退休前做了两个非常明智的

　　安排。

　　首先，他将董事长一职交给了新的投资人威廉· 福布斯，即著名

　　的福布斯家族第二代掌门人、铁路大王的儿子。福布斯的加入为贝尔

　　电话公司带来了雄厚的资金。其次，老哈伯德将管理权交给了他观察

　　和培养了很多年的西奥多· 牛顿· 韦尔（ Theodore Newton Vail）。这

　　个韦尔是和莫尔斯一同发明电报的那个韦尔的堂弟。韦尔两度出任

　　AT&T 公司总裁，他坚信电话服务就像供水、供电、邮政服务一样，

　　是一种社会资源型服务，全世界范围内最好只由一家公司提供。

　　事实上， 1895 年电信市场的突然开放，极大地促进了电话技术

　　的普及，而 AT&T 公司迅速将大量的电信资源集中在一起，从而有

　　效避免了过度的恶性竞争。即便韦尔不再担任 AT&T 公司总裁后，

　　也没有放下电话业务，而是跑到南美洲去建立电话王国。通过不断

　　地并购、整合，韦尔将贝尔电话公司和后来的 AT&T 公司变成了电

　　信行业的垄断型企业。当然韦尔的这种疯狂并购行为让 AT&T 公司

　　成为美国司法部眼中的反垄断对象。最终，在 1913 年，美国政府和

　　AT&T 公司双方达成金斯堡协议 a， AT&T 公司开始收敛它的商业扩张

　　a 金斯堡协议规定， AT&T 公司将允许任何地方性电话公司无条件接入 AT&T 长途

　　电话网络。——编者注第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 087

　　行为。但这时 AT&T 公司在世界电信产业的地位已经变得十分稳固，

　　它已经是美国、加拿大、南美洲、日本以及欧洲很多国家最主要的电

　　话公司。

　　1914 年， AT&T 公司建成了首条横跨美洲大陆的电话线路，将

　　东海岸的纽约和西海岸的旧金山紧密地连在了一起。这条线路长达

　　3 000 多英里（约 5 000 千米），用了 13 000 多根电线杆。

　　1915 年，这条线路第一次开通时， 68 岁高龄的贝尔和 61 岁的华

　　生分别坐在纽约和旧金山的电话机旁，实现了人类第一次横跨美洲的

　　通话。当时的总统托马斯· 伍德罗· 威尔逊和两个城市的市长，连同

　　上百名嘉宾共同见证了这一伟大的历史时刻。华生在 1881 年退出了

　　贝尔电话公司和通信行业，继续从事他所喜欢的机械工作，并且靠自

　　己的专利收入办起了一家造船厂。这家工厂逐渐成长成为北美最大的

　　造船厂之一，也是二战时美国主要的造船公司之一。虽然华生远离了

　　通信行业，但是，在这样历史性的时刻，大家依然想到了他，请他来

　　和贝尔一起开启这一次历史性的通话。 39 年前，当贝尔和华生在波

　　士顿的实验室里第一次实现了含糊不清的通话时，他们还是风华正茂

　　的青年。随后，也是他俩成功地实现了波士顿到坎布里奇、波士顿到

　　纽约的两次历史性通话。 1915 年，他们即将步入古稀之年，而曾经

　　的合作伙伴老哈伯德、福布斯等人已经作古多年。这些人用近乎一生

　　的时间，实现了全世界人与人之间即时传递信息的伟业。后来 AT&T

　　公司在纪念贝尔的同时，也没有忘记华生的贡献，其语音识别系统便

　　是用华生的名字来命名的。088 信息传

　　1915 年，亚历山大·格雷厄姆·贝尔即将从纽约致电旧金山

　　相比贝尔和华生，知道老哈伯德、福布斯和韦尔的人就要少很

　　多。这不仅是因为他们一直站在幕后，更是因为美国从来不缺少商

　　人，而民众对科学家和发明家更加敬仰。在电话发明后的半个世纪

　　里，大量的科学家和工程师为电话技术的发展和普及做出了卓越贡

　　献，除了贝尔、华生、爱迪生、科伊和帕克这些我们说得上名字的

　　人，更多的人并不为人所知。但如果没有他们的默默奉献和付出，就

　　没有电话在全球的普及。

　　相比电报，电话有许多便利之处。从信息传输本身来讲，我们更

　　喜欢用传输速率、单位能量传递信息的效率以及通信成本等指标来定

　　量衡量不同信息技术的差异。在传输速率上，电话比电报高出了两个第四章来自失聪家族的声学家贝尔和电话 089

　　数量级。在 19 世纪末，长途电话的信息传输速率大致相当于今天的

　　每秒上万比特，虽然当时的电话还不是今天的数字电话。此前，电话

　　机的能耗也比电报机要低很多，这还不算邮差跑来跑去送电报所花费

　　的能量。

　　在信息传输成本方面，无论是电报还是电话，其主要成本都在

　　架设线路上。由于电话的用户数量比电报的用户数量要高出好几个数

　　量级，因此传输一条信息的平均成本要低得多。不仅如此，电话通信

　　成本的下降速度也比电报要快很多。 1915 年，纽约到旧金山的长途

　　电话刚刚开通时，每分钟的电话费高达 7 美元，大致相当于现在的 1

　　000 美元，而到了 2000 年，这个价格已经降到了每分钟 10 美分以下。

　　而电报则在它结束服务之前，价格几乎没有什么变化。虽然考虑到通

　　货膨胀的因素，电报的实际价格还是在下降，但是降幅远不如电话那

　　样明显。在信息行业，衡量一项技术是否有广阔的市场前景有一个简

　　单而准确的指标，就是成本的下降速度。具体到电报和电话这两项通

　　信技术，除去特殊的应用场合，电话几乎在各个方面完胜，而电报再

　　次出彩要等到短信这种通信方式的出现。

　　电话大大地缩短了人们之间的距离，也有效地改变了人们的生

　　活方式。到了 20 世纪初，世界上除南极之外的各大洲都有了四通

　　八达的电话网。原本要几天甚至几个月才能传递出去的信息，瞬

　　间便可以通过电话通知对方；原本必须见面才能解决的问题，很多

　　都可以通过电话解决了。这一方面让全世界诞生了一个巨大的新产

　　业——电信产业，另一方面又带来了巨大的社会效益。今天，全球

　　电信产业（不包含互联网）的规模已经接近 4 万亿美元（包括电信090 信息传

　　设备和电信服务两部分）， a 几乎相当于德国的 GDP（国内生产总值）。

　　不仅如此，电话还让很多相距遥远的城市紧密地联系在了一起，让

　　政府管理更加高效，让商业行为更加顺畅。通常，在通信领域每投

　　入一元，至少可以带来两元以上其他产业的收入，而且，越是在经

　　济落后的地区，电信产业对其他产业的促进作用越明显。因此，今

　　天我们中国将 5G 作为引领未来产业的核心，是很有战略眼光的。

　　a 数据来源： Telecommunications Industry Association。本章小结

　　贝尔发明电话对于世界的意义，我们无论如何形容都不过分。但是贝尔成

　　功的原因过去鲜有人进行系统的分析和研究，大家通常只是把成功归结于

　　贝尔的勤奋努力、运气和特殊的经历（周围都是聋哑人），然而，有 4 个

　　不可或缺的因素常常被人们忽略。

　　第一，虽然贝尔一开始也是聚焦于改进电报，但是他很快将焦点转到了传

　　输语音的技术研究领域。

　　第二，贝尔和华生在无意中找到了用简单方式解决复杂问题的方法。如果

　　贝尔一直坚持用很多组不同的簧片构成发声器来合成不同频率的声音，那

　　将是一个复杂的不可能完成的任务。

　　第三，贝尔发明的不仅仅是一项技术，而是一套系统。同时代和他竞争电

　　话发明权的人，在工作的深度和广度上都是无法和他的研究成果相提并

　　论的。
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