智慧灵光：人类有史以来最伟大的１００项发明发现（七） 人类有史以来最伟大的发明

　　第61项　邮票 　　 　　世界上最早发行邮票的是英国。 　　1840年5月，英国邮政局用贴邮票的办法，首创了“先付邮票”的制度。这个办法是由苏格兰印刷商查尔摩斯提出的，后来由社会和行政改革家罗兰・希尔爵士付诸实施。
　　邮票的发明，是邮政服务系统长期发展的必然结果。
　　在欧洲，最先建立国家邮政服务系统的，是路易六世统治下的法国。早在1464年，法国就颁布了邮政法。相比之下，英国就要晚得多了。1635年，查理一世建立了一个由皇家垄断的邮政系统。在第一任邮政局长威瑟林斯的领导下，英国邮政实行了日夜服务，只要6天就能把一封信从伦敦送到爱丁堡，还包括把回信从爱丁堡送到伦敦。威瑟林斯还制定了一个正规的邮费表，只有一张普通纸那么大，每80英里路程收两便士邮费。
　　18世纪末叶，在皮特的管理下，英国使用了最早的邮政马车，从而提高了邮政服务的速度和效率。很快，希尔爵士发现传递信件的费用，与远近没有多大关系，主要取决于递信的数量。他相信只要降低每封信的邮费，就一定会有更多的人利用邮递服务。
　　于是，在1836年，他提出取消以距离为标准的收费办法，而代之以重量为标准的收费办法，通过用胶水把“标签”粘在每一封信上的办法预先收费。这一建议在1840年5月6日付诸实施，英国政府发行了世界上最早的“标签”――邮票。它分为两种：一便士的黑色邮票和两便士的蓝色邮票。邮票上印有维多利亚女王的头像。前者就是有名的“黑便士”，而今是集邮圈里的极品。
　　1854年，阿切尔发明了邮票穿孔机。这一发明使发信人从此不再需要用剪刀来剪邮票，轻轻一撕就得。
　　在邮票使用中，还出现了一些欺骗行为。有人把打在黑色邮票上的邮戳弄掉，再重复使用。于是，人们对邮票的制作技术加以改进。除了改成红色之外，还用若干分离的印版印刷以防伪造。有时在邮票的角上加上检查字母，以防止有人把两张用过的邮票上各剪下一半来，拼成一张“新”邮票的欺骗行为。
　　1874年，万国邮政联盟成立，随后邮政系统在全世界得到了迅速的推广。
　　
　　第62项　邮政编码
　　
　　邮政编码是现代社会的产物。伴随经济和文化的发展，信件的数量不断增长，用户迫切要求加快信息传递。为适应这种客观要求，邮政部门依据邮政通信网，把全国划分为若干邮区，用阿拉伯数字排列组合成代号，代替每个邮政局新的地理位置和分拣经转关系，这种代号就是“邮政编码”。
　　世界上最早实行邮政编码的国家是英国。1959年7月28日，英国人率先在诺里季地区试行，以后推广到全国。1961年，德国在全国范围内推行邮政编码。随后，邮政编码被推广到世界上很多国家。中国从1980年7月1日起在全国范围内试行邮政编码。
　　
　　邮政编码主要有两种形式
　　(1)数字编码：用阿拉伯数字编定邮局代号。大多数国家都采用数字编码，一般把全国划分为若干个邮政区域，每个区域用固定的数码表示。如美国自1963年开始实行了五位数编码，第一位数代表大邮区，第二、三位数代表从属于大邮区中的中等邮区，第四，五两位数代表中等邮区内的邮局投递区。自1982年起，美国又将五位数扩展到九位数，把邮件直接分拣到投递段。中国的邮政编码采用六位阿拉伯数字，分四级：第一，二位数表示省，自治区或直辖市，第三位数代表省、自治区、直辖市内的邮区。第四位数表示邮区内的县(市)，第五，六位数表示邮局和投递区。
　　(2)混合编码：用地名缩写字加阿拉伯数字混合编定邮局代号。英国使用的就是这种混合编码。它的形式是前两位和后两位用英文字母，中间两位用数字，例如“WF28RD”编码表示Wakefield邮区，第二分区第八投递局，RD投递段。相比之下，英国的邮政编码一直编到投递段，是比较详细的；而别的国家一般只编到投递区(乡村)、投递局(城市)。英国的做法引起了世界上不少国家的注意和借鉴。
　　世界上有的国家大，人口多，自然需要位数多；有的国家小，人口少，自然需要的位数少。比如像美国这样的大国，用的就是9位数；泰国由5个数字组成邮政编码，前两位数字代表地区，后三位数字代表所要寄达的邮局，卢森堡困国土面积较小，所以只用四位数字作为邮政编码就够了。
　　信件上书写邮政编码以后，简化了邮局的分拣方法为采用自动化分拣创造了条件。用人工分拣，无需熟记那些地名和经转关系，从而提高了分拣效率和分拣质量。而采用机器自动分拣，邮政编码更是不可少，让机器认识几个有限的数字字母，比让它认识复杂繁多的地名当然要简单容易得多。
　　邮政编码的发明，大大提高了信件的内部处理时限，从而促进了邮政通信的现代化。
　　
　　第63项　电报
　　
　　电报是近现代重要的通讯工具。
　　不少人认为，电报是一个叫莫尔斯的美国人发明的。实际上，它是无数人长期努力的结果，莫尔斯只是他们中的一位杰出代表。
　　在发现电磁场之前，人们就开始了制作电报机的尝试。早在发明电池之后的1808年，德国的解剖学家佐默林，就提出用36个电极制作类似后来发报机的设想。
　　世界上第一台电报机是由库克和惠特斯通制作成功的。他们使用五根磁针，分别指向一些不同的字母。1838年，在伦敦和西德雷顿之间的大西方铁路，就安装了一台这样的电报机。1837年，他们获得了发明专利。但到后来，他们在电报的发明权问题上发生了争执，两人关系破裂，从而影响了他们对电报机的进一步完善。
　　而几乎同时，莫尔斯正在全力以赴地投入研制。
　　1832年10月2日，41岁的莫尔斯从欧洲留学回国。船上一个名叫查尔斯・杰克逊的人现场演示了被称为“电磁铁”的奇妙功能；当电磁铁联结上电池，给铜丝通上电，铁块便立即产生一股神奇的力量，把附近的铁钉、铁片一下子吸了过去；可一断电，那些铁钉，铁片又立即掉了下来，神奇的力量也消失了。杰克逊还说：电流的速度是极快的，不论电线有多长，它都可以瞬息通过。听到这里，莫尔斯大脑里闪过一个念头“如果在电线的一个地方能看到电流的存在不就可以用来向远方通信了吗?”
　　他的设想是：既然骤然切断电路就会闪现电火花，那么电火花是一种讯号，没有电火花是另一种讯号。把这些讯号结合起来，代表各种数字和字母，数字和字母又按顺序来编排。这样，文字就可以由电线传送出去，而远处的仪器可以把讯号记录下来。这就是“电报通讯”的最初构想。
　　1835年，莫尔斯成了纽约大学教授。在这里，化学教授格尔为他制作的电磁石电池给他的发明以很大帮助。当年底，他完成了第一部电报装 置。它用刻有沟纹的文字板构成文句，使它慢慢移动，电路则断断续续地发出讯号。收报的地方，用电磁石吸引一个摆，摆下装有铅笔，铅笔随摆的摆动在纸上画出波形线条。但这个装置并不成功，接收距离也只有几米。稍远一些讯号就接不到了。
　　后来，莫尔斯又结识了来访母校的贝义尔。他对莫尔斯的发明很感兴趣，还出资在他父亲的铁工厂里研究电报装置。后来，莫尔斯又研究出了一整套用点(.)和划(―)组成的电报符号――“莫尔斯电码”，这种电码至今还在使用。
　　1838年，莫尔斯与贝义尔合作，做了距离为3英里的电报试验获得了成功。1844年，华盛顿和巴尔的摩之间的电报线被架设。5月24日，在华盛顿的国会大厦呈，莫尔斯坐在电报机前，向远在40英里外的巴尔的摩市发出一系列电报符号，开创了人类用电线传送信息的新纪元。
　　
　　第64项　电话
　　
　　人们老早就有一个愿望，那就是用一种更迅速更方便的办法来传递信息。电话的发明终于实现了人们的这个愿望。
　　最先发明电话的，是美国人亚历山大贝尔。他是波士顿大学的声音心理学教授，专门研究对聋哑人的语言教育。在研究中，他对用电来传播声音的问题发生了兴趣。
　　关于电话的原理，早在贝尔之前就已有人提出过不同的设想。可无论是法国人波萨尔，还是德国人赖茨，他们均未能如愿获得成功。问题主要是，怎样把声音的机械能量变成电气能量?
　　为了解决这个问题，贝尔千里迢迢赶到华盛顿，拜访了物理学家约瑟夫亨利。经过这位老科学家指点，贝尔更坚定了信心。他悉心钻研，很快掌握了很多电学知识，为以后的发明打下了基础。
　　为了集中精力搞试验，1869年初夏，贝尔毅然辞去了波士顿大学教授的职务，专心研究电话。一次偶然的机会，他遇到了18岁的电气技师沃特森，两人一见如故。沃特森对贝尔的设想坚信不移，全力相助，使研究工作很快取得了进展。
　　贝尔的设想是：在随声音而振动的金属板上装上一个开关。但声音的振动太快，开关很难跟得上。因偶尔的疏忽，他在金属板和开关接触的情况下做了实验，不料，这次却获得了意外的成功：声音变成了电流。
　　这是什么原因呢?原来和开关相连接的金属板，由声音引起的振动，在开关的线圈里产生了感应电流。这就是送话器的原理。把这个原理倒过来应用，就成了受话器。这样，电话的发明终于成功了!
　　半年以后，贝尔向美国专利局提交了电话专利的申请书。然而，就在他提交申请书两小时之后，耶莱夏・格雷也向美国专利局提交了电话专利的申请书。随后，爱迪生于1877年发明了碳粒送话器，取得了专利权。于是三人之间开始了复杂的斗争。
　　1892年，美国一家最大的电信公司――西方联合公司，收买了格雷和爱迪生的专利权。以后，它又与贝尔公司之间发生争夺垄断权的激烈争斗。后来，为了避免两败俱伤，西方联合公司承认贝尔的全部所有权，不再插手电话事业。贝尔公司也作出了相应的妥协，答应把收入的20％支付给对方，期限为17年。至此，这场旷日持久的纠纷才算得到解决，贝尔得到了电话的发咀权。
　　
　　第65项　传真机
　　
　　现代社会，人们对信息的需求量越来越大，对通信业务的要求也越来越多。通信的内容不仅有语音，还扩大到了图像和数据：通信的对象除了人与人之间，还扩大到人与机器、机器与机器之间。这样，图像通信、数据通信等新的通信方式也就随之而产生和发展起来了。在众多的图像通信中，传真具有正确、迅速、经济和方便的优点，在办公自动化中被认为是最有希望的通信技术。
　　传真技术的设想，最初是由英国科学家贝思于1842年提出来的。直到1883年，德国工程师尼普科夫发明了“尼普科夫圆盘法”，这才使传真技术从设想变为可能。
　　1895年，美国科学家格雷受到电报的启发，利用电报的原理来传送图像。他把发送端的描画针在发送原件上扫描，将原件图像转换成电信号发出去。同时，在接收端的描画针，也按照与发送端相同的方式进行扫描。在大洋彼岸的英国，考珀也进行了大致相同的研究，几乎同时取得了成功。
　　1925年，美国无线电公司研制出了世界上第一部实用的传真机。它由发送机、接收机两部分组成。发送机上有一个滚筒，把发送的图像卷在滚筒上，滚筒的前方装有强光源的灯，灯发出的光被透镜聚集成一点并照射到图像上，图像上的颜色被灯光照射后反射出明暗不同的光。这种强弱不同的光再射到光电管上，光电管就产生电流光强电流大，光弱电流小，这样就把强弱不同的光转换成了大小不同的电流，光信号转换成了电信号。然后，电信号经过放大后，通过电路发送到接收机上，接收机内也有一个滚筒，它的大小、转速与发送机上的一样。接收机收到的电信号，经过放大等一系列还原处理后送入记录装置，最后在记录纸上出现的图像就和发送机上的基本相同了。
　　现代传真技术可分为三个发展阶段。(1)1972年以前，传真技术的发展非常缓慢，主要应用于新闻、出版、气象和广播行业，采用的是专用有线电路；(2)1972～1980年，传真技术完成了从模拟向数字、从机械扫描向固体化电子扫描，从低速机向高速机的迅速转变，除代替电报和用于传送气象图、新闻稿、照片、卫星云图外，在医疗、图书馆管理、情报咨询，金融数据，电子邮政方面也开始了应用，(3)80年代以后，传真技术摆脱了只作为图像通信设备的约束，向综合处理终端设备过渡，除了承担通信任务外，还具备图像处理和数据处理的能力，形成了具有新功能，新概念的综合性处理终端。
　　
　　第66项　无线广播
　　
　　20世纪初，无线电话问世不久，无线电广播就开始了。
　　1906年，一种特别简单的高频振荡检波装置――矿石检波器发明了。任何一个无线电爱好者，只要花上几元钱买一个耳机和矿石之类的元件，就可以安装一台简易收音机了。
　　最早成功的无线电广播，是由美国物理学家费森登开创的。
　　1906年的圣诞节前夜，在新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上，听惯了“喃喃嗒嗒”莫尔斯电码声的报务员们，耳机中忽然传来了人的说话声和乐曲声――朗读《圣经》故事和演奏小提琴及播放亨德尔的《舒缓曲》唱片，最后还听到了亲切的祝福声。几分钟后，这些声音消失了。报务员们怔住了，他们大声呼叫起来，纷纷把耳机传递给同伴们听。这就是人类历史上第一次试验性的无线电广播，它是从费森登主持和组织的实验室里播出的。
　　费森登是最早研究无线电广播的先驱者之一。在两位金融家的赞助下，他在马萨诸塞州的布兰特岩城建立了一个实验室，在电线，真空管、电池 和天线中寻找途径，试图把人的声音加入在无线电波里放送出去。
　　费森登整天泡在实验室里摆弄那些无线电元器件，整整花了4年时间，终于完成了一套广播装置，做成了特殊的高频交流发射机。1906年圣诞节前夜的那次试验，尽管不过几分钟，却预示了人类传播信息的一次革命。
　　几乎同时，1907年，福莱斯特发明了一种可以广播人声的无线电真空管――三极管，这是世界上第一个能放大电信号的电子器件。它独霸了电子器件舞台，从此无线电通信技术的影响长达半个世纪之久。
　　1920年4月，美国的无线电专家--弗兰克・康拉德，在他的家中私人对外广播娱乐节目。随后，他又在匹兹堡建立了世界上第一座广播电台――匹兹堡市KDKA电台，定时向公众播音。1920年11月2日，康拉德在KDKA中报告了当时竞选总统的结果，美国人成群地聚集在收音机旁，收听了这条广播新闻。这次广播，轰动了全国乃至整个世界。
　　
　　第67项　短波通讯
　　
　　20世纪初，无线电通信技术日趋成熟。一些业余无线电爱好者自制简陋的通信设备，架起简易天线，进行近距离的无线电通信。就在这个表面平静的小天地里，实际蕴藏着一个大的发现。
　　1912年的一天，意大利罗马城郊发生了一场大火，一台功率很小的业余短波电台发出了求救信号。发信号的人原本指望火灾现场附近的消防人员能闻讯赶来营救。但出乎意料的是，在遥远的丹麦首都哥本哈根，一些接收机也收到了这个求救信号。后来人们发现，只用几十瓦的短波无线电台所发射的电波，竟然能够从西半球传到东半球。
　　更多的类似试验证明：短波比长波更适合于远距离通信。于是，一些国家开始建立短波通信系统。1924年，第一条短波通信线路在瑙恩和布宜诺斯艾利斯之间建立。
　　后来，查普曼对电离层的结构作了细致的研究，指出按离地面高度不同，电离层可分为D、E、F层，它们对不同波长的电磁波反射的效果不同，只有波长为厘米数量级的微波会穿透电离层。空间时代来临之际，微波恰好成为空间与地面之间通信联系的通道。
　　1924年，英国物理学家阿普尔顿设计了一种变位法，利用伦敦的BBC广播电台来测定电离层的存在。试验证实了在不同的时间和高度上，确有正电离层，D电离层、F电离层的存在。这为环球无线电通信提供了重要的理论依据，无线电事业从此进入了一个新纪元。由于这些发现，阿普尔顿获得了1947年度的诺贝尔物理学奖。
　　与长波相比，短波传播具有较强的方向性，用较低的功率就可以发射较远的距离。
　　1925年，荷兰工程师冯贝茨利尔，利用4000瓦水冷电子管在一个包装箱内建造了一个波长约为30米的发射机。在他随后的通信试验中，远在印度尼西亚都收到了发射的无线电信号。很快，在荷兰和印尼之间建立了短波无线电联系。
　　后来，人们还发现，用高频发射管制造的发射机可以向世界范围发射信号。1927年6月1日，荷兰女皇利用这种发射机向东、西印度群岛发表了广播讲话。这是第一个“世界广播系统”。从此，在长距离广播中，短波取代了长波。
　　
　　第68项　微波通讯
　　
　　利用电磁波实现通信，是从长波即无线电波开始的，然后是短波和微波。形象一点说，长波是沿地面传播的，又叫做“地波”；短波是凌空飞行的，又叫做“天波”，微波呢?它是沿直线传播的，所以又叫做“空间波”。
　　微波不像长波那样能绕过高山的阻挡，也不像短波那样能被电离层反射。在空间传播的距离一远，微波就被地球表面的圆弧所阻挡。所以，微波在地球上传播的距离一般只能保证50公里左右。要让微波传得更远，必须增加天线的高度。
　　早在20世纪20年代，微波通信的研究就开始了。
　　1920年，出现了一种叫做巴克豪森板栅振荡器的设备，可发射40厘米的微波，这引起了人们对微波的兴趣。1929年，法国人克拉维尔率先研究利用微波通信。两年后，他和他的同事们在法国北部的加来和英格兰东南部的多佛尔之间，做了距离为40公里的试验，证明了微波通信具有高质，独立、灵活和经济的特点。又过了两年，他建立了英法之间的第一条商用微波无线电线路。
　　为了让微波能绕过障碍物，使微波的通信距离更远一些，科学家从接力赛跑中得到启发，于50年代创造出了一种微波接力通信。这就是采取微波中继通信方式：每隔50公里，建立一个微波接力站，把前一站发来的微波信号接收下来，再转发到下一站去。这样，一站一站的接力赛跑就能把信号传播到远方。
　　在一条微波通信干线上，除了中间要设立许多接力站以外，两端还必须设立终端站。它具备收发微波信号的设备，还有各种转换和控制设备，以便把电视台，电信局送来的电报，电话，电视，传真信号变换为微波信号发送出去，同时把收到的微波信号变换为电报，电话，电视，传真信号送到电视台，电信局，再转发到各个用户，从而达到通信的目的。
　　1957年，苏联发射了第一颖人造卫星，开创了微波通信的新天地。科学家在人造卫星上设置了自动微波接收装置，上面装有微波收发机，既可接收地面发去的信号，又可把这些信号放大处理后，再转发到另一个地面站，以实现两地间的通信。这样，实现微波通信就不需要过去那么多接力站了。在卫星覆盖的地区内，任何两地之间的微波通信，都可畅行无阻。
　　从50年代以来，微波通讯每10年一个阶梯。先是发达国家建立了国内微波通信干线，形成了国内通信网，接下来出现了国际微波通信干线；后来，又实现了国际间远距离电视传输。
　　
　　第69项　光纤通信
　　
　　光的传播速度很快，这是人类老早就知道的。在中国古代，有“举火为号”的说法，实际上就是最原始的光通信。到了近代，出现了信号弹、闪光通信。不过，这些方式难以用于远距离通信，超出人的视野就不灵了，更无法传送具有复杂内容的信息。19世纪末以来，人们一直探索新的光通讯手段。20世纪60年代以后，光纤通讯呼之欲出。
　　早在1880年，美国电话发明家贝尔就已发送与接收了光电话。第二年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。
　　光通信虽然出现早，但却远没有无线电通信发展那样迅速而广泛。原因主要是早期光通信系统没有找到像无线电波那样的电磁波，通信质量也不高。
　　1960年，美国休斯研究所的梅曼研制出世界上第一台红宝石激光器，开创了现代光通信的历史时代。但激光通信也有障碍，主要是气候因素会导致大气层内信号的衰减。
　　光导纤维的出现，解决了激光在大气传输问题。事实上，利用纤维导 管传输光线和图像的概念，早在一个世纪以前就有人提出过。1854年，丁铎尔在英国皇家学会的一次演讲中说，光线能够沿盛水的弯曲管道进行反射而传输，以后他用实验证实了这个想法。
　　利用光导纤维，实现激光通信的设想，是美籍华人高煽博士提出的。1966年，他和他的同事霍可汉发表了题为《光波介质表面波导》的论文，在世界上首先提出：一定规格的玻璃纤维可作为光波导体而用于实际通信。高煜本人因而被誉为“光导纤维之父”。
　　1968年，日本公司宣布研制成了一种新型无套层光纤，它能聚焦和成像，称为“聚焦纤维”。几乎同时，美国宣布研制成一种新型的“液体纤维”，它以石英毛细管为主要材料。这两种光纤的光耗损很难降低，所以实用价值不大。1970年，康宁公司研制出耗损率为20分贝/公里的套层光纤，可传输150万路电话和2万套电视，使通信光纤研究跃进了一大步。
　　光纤通信系统所使用的不是单根光导纤维，而是由许多光纤维组成的光缆。一根直径为1厘米的光缆，里面有上百根光导纤维。光缆和电缆一样可以架在空中，亦可埋入地下，还可铺设于海底。1976年，日本在大阪附近的奈良筹建了世界上第一个完全用光缆实现光通信的实验区，两年后就拥有了300个用户。1979年，法国试验成功了光缆电视。
　　
　　第70项　同步卫星
　　
　　卫星通信是一种传输质量好，灵活而又价廉的通信方式。目前，它是国内、国际通信的主要手段，已成为现代通信的重要支柱之一。
　　“通信卫星”，又叫“同步通信卫星”。它与普通卫星有何不同呢?原来，只有在地球赤道上空36000公里处，围绕地球的圆形轨道运行的卫星，绕地球一圈的时间是24小时，刚好与地球自转是同步的。换句话说，它与地球之间处于相对静止的状态，所以称之为“同步卫星”。“静止卫星”。
　　早在1945年10月，一个叫阿瑟克拉克的英国空军雷达军官，就在《无线电世界》杂志上发表了《地球以外的中继站》一文，预言可以利用在赤道上空同步轨道上运行的卫星实现远距离通信，并第一次提出了利用静止卫星进行通信的科学设想。
　　从1954年起，美国多次利用月球，无源气球卫星等作为中继站，进行了电话，电视传输试验。1958年12月，美国用阿特拉斯火箭把一颗重150磅的“斯柯林”卫星送入椭圆轨道。卫星上发射机的输出功率为8瓦，射频为150兆赫。为了实现远距离通信，卫星飞到甲站上空时，先将甲站发出的信息录音，待卫星飞到乙站上空时，再把录音信息转发到地面。这颗卫星前后工作了12天，这是一次可贵的尝试。
　　60年代初，美国在卫星试验阶段的成就最大。1963年，美国航空航天局发射了一颗重170磅，输出功率3瓦的卫星，用于美国、英国、法国、意大利和日本之间作电话、电视、传真数据的传输试验。1964年8月，又发射了一颗进入静止同步轨道的卫星，成为世界上第一颗试验性静止同步卫星，利用它进行了电话，电视和传真的传输试验，还于当年10月向美国传播了在日本东京举行的奥林匹克运动会的实况。
　　1965年4月，西方国家财团组成的“国际通信卫星组织”把第一代国际通信卫星“晨鸟号”送入静止同步轨道。它位于大西洋上空，序列为“IS―I”，意为第一代国际通信卫星。它承担起了国际通信业务，可供480人同时打越洋电话，还可传输一套电视节目。从此，人类进入了卫星通信的新时代。