3.8 莫尔斯-维尔的电报

100多年来，提到电报，人们首先想到的是莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791—1872，见图3-20）。莫尔斯原本是一位画家，专业上与电报毫无关系。甚至他的家庭，包括远亲在内，也没有一个从事与电报相关行业的。莫尔斯1791年4月27日生于美国马萨诸塞州的查尔斯顿（Charlestown，Massa-Chusetts），他的父亲老莫尔斯（Jedidiah Morse，1761—1826）是美国知名的地理学家、牧师。1805年，14岁的莫尔斯进入耶鲁大学学美术，19岁毕业，并获得了法学博士。1811年（这正是美国南北战争时期），莫尔斯赴英国伦敦留学，继续学习绘画，1815年回到美国。1826—1842年期间，莫尔斯担任美国全国美术学会主席。在此期间，莫尔斯于1829年开始漫游欧洲各国，3年后，在返回美国的途中，一个偶然的事件改变了他的人生轨迹。

1832年10月1日，在从法国北部的勒阿弗尔港驶向纽约的旅途中，在“萨丽”号邮船（packet-ship “Sully”）上，莫尔斯听了一位旅伴、一名美国医生和科学家杰克逊博士介绍奥斯特电流生磁的讲演。

查尔斯·托马斯·杰克逊（Charles Thomas Jackson，1805—1880，见图3-21）在医药、化工、矿物学和地质学等领域都有所建树。杰克逊出生于美国马萨诸塞州普利茅斯新英格兰的一个杰出的家庭，1829年毕业于哈佛医学院。杰克逊的讲演中介绍了伏特电堆、奥斯特电流生磁的伟大发现、法国物理学家们关于电和磁研究的新成就以及法拉第发现的电磁感应。其中安培关于电报的设想对莫尔斯触动最大，莫尔斯对电报产生了极大兴趣，下决心研究电报。

在讲演结束时，杰克逊引用了富兰克林的一句话：“无论有多远，电都可以瞬间到达”。莫尔斯想：“既然这样，为什么不可以让它传送情报呢？”

莫尔斯回到美国后，担任纽约大学美术教授以维持生计，教学之余，他把大部分精力都投入到电报机的设计上。可是，事情远不如想象的那样简单，一个画家必须对电学从头学起。莫尔斯说：“如果它（电）能够不停顿地走10mile（约16km），我就让它走遍全世界。”［14］从这句很不专业的豪言壮语中可以反映出莫尔斯当时的电学专业水平。1835年，他毅然告别了绘画艺术，专心攻读电磁学知识，一门心思地研究电报。

图3-22是画家莫尔斯笔下设计的电报机图纸（原图是彩色的）。类似的图纸还有多种版本，这是比较接近最终实际的一幅图。1835年底至1836年初，莫尔斯终于在纽约大学（New York University）完成了他的第一台电报机样机，这台最初的电报机被设计成自动发报和自动收报形式。自动发报机部分已经使用了编码，通过手摇使代表编码的序列的凸台依次触发电键，把电流脉冲发送出去。收报机把电流脉冲通过电磁铁吸合记录笔，记录纸是通过一个可以产生类似重锤式动力的钟表运动机构牵引的，这样，在移动的纸带上可以画出“点”（dot）、“划”（dash），经译码之后便还原成电文（见图3-23）。

电池是莫尔斯按照资料说明自制的，仅有一个单元，可能是格拉夫式的。电压只有1V多。电磁铁是斯特金式的蹄形电磁铁（sturgeon electromagnet），这种电磁铁还不是绝缘线密绕方式的，它是裸线间绕的，因此匝数不会太多。莫尔斯利用这台电报机，可以完成电报的收发，但距离只有大约40ft（约12m）。

为了增加传输距离，改进电报，莫尔斯找到了纽约大学化学教授盖尔（Leonard Gale，1800—1883）。盖尔教授指出，要增大传输距离，需要更好的电池，应使用更多的电池单元串联工作，他还建议使用亨利式（纱包线绝缘密绕多层）电磁铁代替斯特金式电磁铁。盖尔教授还特别建议莫尔斯读一读亨利1831年发表在Silliman's Journal上的论文，这篇文章对莫尔斯改进电报非常重要。在盖尔教授的帮助下，莫尔斯使用了20单元的电池，改进了电磁铁，电报的实验室试验传输距离达到了10mile（约16km）（只是使用了10mile导线进行了试验，并没有实际架设实用的线路）。

1837年，纽约大学的毕业生艾尔菲德·维尔（Alfred Lewis Vail，1807—1859，见图3-24）回母校，偶然在莫尔斯的房间观看了电报机实验，他像莫尔斯当年听到杰克逊的讲演一样，对电报发生了强烈的兴趣。维尔从此便开始和莫尔斯一道，全力投入到了电报的研究之中，两人的默契可谓天作之合。

艾尔菲德·维尔是一个机械师和发明家。维尔出生在新泽西的莫里斯顿（Morristown，New Jersey），他的父亲史蒂芬·维尔（Stephen Vail，1780—1864）是个实业家，斯皮德韦尔钢厂（Speedwell Iron Works）就是维尔一家的。

维尔在钢厂担任机械师，于1832年毕业于纽约大学。通过维尔，电报的研究首先得到了斯皮德韦尔钢厂的一笔资助，并借了工厂的一间房屋做实验室。

作为一个机械师，维尔帮助莫尔斯改进了发报机，将原来的自动发报改为手动发报，这样反而提高了发报速度，为此，他们发明了发报电键（见图3-25）。收报机改为高性能的小型机，基本形成今天的电报机原型（见图3-26和图3-27）。

在1839—1842年间，莫尔斯频繁拜访亨利，就有关电磁技术方面的问题向亨利请教，亨利诲人不倦地帮助莫尔斯解决了许多技术方面的具体问题。

维尔不但帮助莫尔斯改进电报机械结构，而且还发明了电报编码。这种编码就是现在我们所称的莫尔斯码，它的主要发明人实际是维尔。但按照莫尔斯最初设计的电报结构，也必须有一套编码才能完成信息的传送，这样可以推断，使用一套完整的编码和电报机配合的构思在莫尔斯的整体设计中应该早就存在了。莫尔斯曾经说过：

“电流只要截止片刻，就会出现火花；没有火花是另一种符号；没有火花的时间长些又是一种符号。这里有3种符号可以组合起来，代表数字和字母。它们可以构成全部字母，文字就能够通过导线传送了。其结果，在远处能记录消息的崭新工具就能实现了！ ”［14］

这应该就是莫尔斯最初的粗陋的想法。

莫尔斯最初的编码似乎是一些表示数字的点和划，并没有直接发送字母的编码。数字对应单词，需要查找一本代码表才能知道每个词对应的数字。

维尔构思的一个方案，是通过点、划和中间的停顿，可以让每个字母、数字和标点符号彼此独立地发送出去。编码方案在1837年完成。莫尔斯与维尔签订了一个协议，他们达成一致，同意把这种标识不同符号的方案放到莫尔斯的专利中。这就是现在我们所熟知的莫尔斯电码，它被用来传送世界上第一条电报。

维尔在构思和设计电码时，大量研究了报刊上的常用字符的使用频率。对于出现频率最高的三个字母E、T、A，用最简单的电码组合，这三个字母的电码符号分别为⋅、—、⋅—。对于不常用的字母，如J、Q、X、Y、Z等字母，其组合则比较复杂（见图3-28）。

莫尔斯在考虑到了各个字符点划组合上的区别之外，还对点划的长短和间隔的大小做了严格的时间上的规定。一个“点”为一个时间单位；一个“划”相当于三个“点”的时间长度，点与点、点与划、划与划之间的间隔为一个“点”的时间，字符之间相隔三个“点”的时间，字之间的间隔为五个“点”的时间。所谓一个时间单位，大约为0.1s。由此构成了莫尔斯电码的标准。

利用电键拍发电报信号时，按键的时间短就产生一个短脉冲，按键的时间长就产生一个长脉冲，手抬起不按电键就产生一个间隔。

收报时如果使用的是自动记录仪，则会在记录纸上对应绘出长短不同的“点”和“划”；还可以通过听声音长短的办法来区分短脉冲和长脉冲，短脉冲发出的是类似“嘀”（dit）的声音，长脉冲发出的是类似“嗒—”（dah）的声音。但当时的所谓声音并不是像现代设备那样可以从扬声器或者耳机中听到电码的音调，因为那时还没有震荡电路和扬声器或耳机，那时的声音来自这些最早期的电报机的电磁铁吸合时机械装置发出的“嘀嗒”的声音。

1838年1月6日，莫尔斯和维尔在斯皮德韦尔钢厂进行2mile（3.2km）收发电报的试验获得了成功。1840年4月，莫尔斯为这项发明申请到了专利。他试图说服别人投资生产电报机，但几乎没人感兴趣。

莫尔斯只得到欧洲去活动，希望能在欧洲推广应用，然而这时英国的惠斯登已经发明了五针电报，俄国的西林格的电报机也已经大大延长了通信距离，达到了可以实际应用的水准。

1842年，莫尔斯带着改进后的电报机，离开纽约去华盛顿，说服了几位议员向国会提出一个议案：拨款3万美元在华盛顿（Washington）与巴尔的摩（Baltimore）之间建立一条40mile（64km）长的实验性电报线路。不料国会经过激烈辩论，议案没有通过。莫尔斯回到纽约时，口袋里只剩下了几十美分。

此后一年里莫尔斯贫病交加，实验中断了，重新拿起画笔但笔墨生疏，作品也卖不出去，他处于绝境之中。然而，天无绝人之路，1843年3月，莫尔斯突然收到参议院的通知，美国国会仅以6票之差的微弱多数，通过了拨款30000美元，架设从巴尔的摩到华盛顿的40mile的电报线路的决议。

1844年5月24日，世界上第一条商用电报线路建成并正式通报，在美国国会大厅里，莫尔斯向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报（见图3-29），电文内容是《圣经》中的一句话：What hath God wrought（上帝创造了何等的奇迹）。在巴尔的摩接收电报的就是莫尔斯的合作者——艾尔菲德·维尔。