书城童书科学知识大课堂——科技轶闻趣事
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第32章 发明异趣(6)

马文曾在1937年改造过钢丝录音机,使它的音质有很大提高。当弗劳伊玛的塑料磁带录音机问世后,马文发现由于在塑料带上涂的铁粉材料不很理想,影响了声音的保真。马文的发明神经立即被触动了,他进行了数千种不同材料的试验,最后找到了较为理想的磁性颗粒——针状伽玛型氧化铁粉。他将这些粉末用凡立水调和后涂抹在塑料带上,在涂料未干时即放入磁场处理使所有的铁粉颗粒按一定的方向排列起来。这种又轻又薄的塑料磁带录音质量很好,至今还在被人们使用。

如果说新型铁粉的发明是马文刻意追求的结果的话,那么录音高保真技术的发明,则可说是他无意中获得的成果。

在一次试验中,马文试图录下一个高频信号,未能成功,但在放音时却听到了平时无法录到的频率很低的声音,他甚至还听到了真空电子管中灯丝振动而发出的轻微的丁当声。马文的心狂跳了起来,这不就是自己一直在追求的高保真录音吗!马文立即动作起来,将磁带用高频进行处理,然后录下自己的声音:“一、二、三、四。”重放时,这声音果然极其清晰。

后来马文说:“录音时有一张纸片被我不小心带落到地板上,放音时我甚至都听到了纸片落地的声音。”

后来马文又发明了有几个声道的真实的立体声录音技术。他在录音时采用可录不同频率的装置录下,再用适应不同频率的喇叭播放。这样,人们就是在家中也能得到与剧场相近的效果。这也就是今天录音机的“高保真多频道立体声”技术了。

初期的塑料带录音机都是开盘式的,比较笨重。1964年,荷兰的菲利浦公司发明出盒式封闭型磁带录音机,这一发明使老式开盘式录音机迅速被淘汰,录音机开始步入普通家庭。现在,它几乎已是家家户户必备的家用电器了。

打赌引出的发明

1872年的一天,在美国的加利福尼亚州,有两个人为一桩事打起赌来。这并不稀奇,因为美国人似乎有爱打赌的天性。但那天的打赌对我们来说却有着重大的意义,因为它最终导致了电影的发明。

在一家酒吧里,斯坦福与科恩发生了激烈的争论,争论的并不是一个非常重要的问题:马奔跑时蹄子是否都着地?斯坦福认为奔跑的马在跃起的瞬间四蹄是腾空的;科恩却认为,马奔跑时始终有一蹄着地。争执的结果,谁也说服不了谁,于是就采取了美国人惯用的方式——打赌来解决。他们约定了打赌的金额后,请了一位驯马好手来作裁决,然而,这位裁判员也难以断定谁是谁非。这很正常,因为单凭人的眼睛确实难以看清快速奔跑的马蹄是如何运动的。

裁判的好友、英国摄影师麦布里奇知道了这件事后,表示可由他来试一试。他在跑道的一边安置了24架照相机,排成一行,相机镜头都对准跑道;在跑道的另一边,他打了24个木桩,每根木桩上都系上一根细绳,这些细绳横穿跑道,分别系到对面每架照相机的快门上。

一切准备就绪后,麦布里奇牵来了一匹骏马,让它从跑道的一端飞奔过来。当跑马经过这一区域时,依次把24根引线绊断,24架照相机的快门也就依次被拉动而拍下了24张照片。麦布里奇把这些照片按先后顺序剪接起来,组成了一条连贯的照片带。根据这组照片,裁判终于看出马在奔跑时总有一蹄着地,不会四蹄腾空,从而判定科恩赢了。

按理说,故事到此就应结束了。但这场打赌及其判定的奇特方法却引起了人们很大的兴趣。

麦布里奇一次又一次地向人们出示那条录有奔马形象的照片带。一次,有人无意识地快速牵动那条照片带,结果眼前出现了一幕奇异的景象:各张照片中那些静止的马叠成一匹运动的马,它竟然“活”起来了!

生物学家马莱从这里得到启迪。他试图用照片来研究动物的动作形态。当然,首先得解决连续摄影的方法问题,因为麦布里奇的方式太麻烦了。马莱是个聪明人,经过几年的不懈努力,在1888年发明了被后人称为“马莱枪”的枪形摄影机。它的“枪管”实际上是一只能够伸缩的用来调整距离的镜筒。“枪托”上的圆盒里装有4米长的胶卷。扣动开关,它就能以每秒12幅的速度把影像拍摄进去。

1889年8月,巴黎举行世界博览会,著名发明家爱迪生应邀参加。在那里,爱迪生见到了“马莱枪”。这新奇的发明给爱迪生留下极深的印象,他马上想起小时候曾玩过的旋盘玩具。

那是比利时的普拉多在1832年根据“视觉暂留”原理发明的:在一个能转动的旋盘边缘,画上各种连续变化的人和动物图像,当旋盘旋转起来以后,从旋盘外壳的一个小小开口望进去,这些图像上的人和动物好像突然有了生命,竟然活动了起来。

“如果能把马莱的发明和普拉多的玩具结合起来的话,那一定是一样更有趣的东西。”爱迪生开始了研究。1891年,爱迪生的“活动影戏”问世了。它是一只高15米的长方形大柜,上面装有透视镜,里面装有电灯。胶卷绕在两只大圆盘上,用手柄摇动使胶卷以每秒16格的速度在电灯前移动,观众则坐在透视镜前观看。与普拉多的旋盘一样,它每次“放映”只能供一人观看。

爱迪生的发明可视为原始的电影放映机。经过许多科学家接力式的创作发明之后,电影呼之欲出了。终于,电影发明史上关键性的人物——吕米埃尔兄弟出场了。

这兄弟俩出生于法国贝桑松的一个油漆工家庭里,两人从小就有钻研精神,当他们一起从里昂的马蒂里埃工商学院毕业后,坚持在一起搞科学发明。

1894年初,他们见到了爱迪生的“活动影戏”,极感兴趣,不但反复观看,还把它拆开来作详细的研究。他们有一个想法:这么好的东西,每次应让许多人同时观赏。

他们很快找到了办法:让电灯将胶片上的影像放到幕布上去。但有一个难题却让他们的发明止步不前:爱迪生的放映机用人力摇动手柄作动力,速度很难控制,放出的影像质量也由此大打折扣。

一天,弟弟用缝纫机缝制窗帘,看着缝纫机针一上一下的运动过程,他突然醒悟:机针往下插进时布料停一下,机针拉上时布料进一下。这一停一进,不是可以运用到放映机上去控制速度吗?高兴的弟弟和哥哥苦干了一个月,在放映机上安上了一组能动能停的抓片结构,终于使电影活灵活现地走上了银幕。

1895年12月28日下午,巴黎的一些社会名流应吕米埃尔兄弟的邀请,来到卡普辛大街14号“大咖啡馆”的地下室,观看了他们的发明。室内的灯熄了后,一道白光直射到银幕上,观众被惊呆了。有位记者曾这样报道当时的情形:“一辆马车被飞跑着的马拉着,迎面跑来。我邻座的一位女客看到这一景象竟害怕得突然站了起来。当白布上的火车头喷着烟、吐着火开过来时,一位先生竟失声惊叫起来……”

这一天,成了电影的生日。

电视神话的实现

20世纪20年代,美国有一位名叫雨果·根斯巴克的作家,在他写的科学幻想小说中预言:700多年以后,人们就可以坐在自己家里观赏6千米以外国家剧院的演出了。他的这个预言代表了当时许多人的一个意愿。那时,世界上已经发明了电报、电话,摄影术也有了很大的发展,于是自然就有人想到要设计一种用电来传送物体影像的机器,只要一揿开关,就能呈现我们所需要的图像。

不过,由于这个设想太神奇,以致在当时被人们视为与《天方夜谭》一样的神话。在当时,雨果·根斯巴克的预言还算是胆子大的呢。可是,这位作家没有想到现代科学技术发展得如此之快,哪里用得着700年,只不过过了几十年,现实便已经大大超出了他的幻想。现在,不要说6千米以外剧院的演出,就连人类在遥远月球上的活动,我们坐在家里也能看得一清二楚。

这个神话是靠什么实现的?我们的读者几乎会异口同声回答:“靠电视!”是的,那么,电视又是谁发明的呢?

是贝尔德。

1925年10月2日,在英国伦敦一家百货店里,随着一声声“太好了,太好了!”的喊声,从楼上奔下来一个披头散发、光着脚板的人。只见他抓住一个正在店堂里的15岁的小伙计泰顿,不由分说便把他推到楼上。

泰顿面对这发疯一般的人,吓得直打哆嗦,可这个人只是让他坐下来,然后打开了在他面前的一个由大圆盘、鼓轮、振动镜组成的奇特机器。泰顿正在纳闷时,更奇怪的现象出现了:

他的侧面有一个像电影银幕那样的平面,随着机器的发动声,那平面上竟出现了一张人脸,一张布满惊异神色的人脸。当发现那就是自己的脸后,泰顿更是惊得连话也说不出来了。

那个“疯子”便是英国发明家贝尔德,那台有着大圆盘的奇特机器便是世界上第一台机械电视,泰顿便是世界上第一个上电视的人。那个圆盘是一个扫描盘,它对泰顿进行了扫描,然后将他的影像映现到接收机的平面屏幕上。

科学技术的发展是有继承性的。在贝尔德发明电视之前,人们已经发明了无线电发射技术、电传真技术和电影技术。电视就是在这几种技术的基础上发展起来的,尤其是电传真技术的出现,为电视的诞生更是创造了条件。

电传真技术的原理并不十分难懂。大家知道,一幅图像的内容不论多么复杂,都可以分解成许许多多的小黑点。你如果用一个放大镜去看报纸上印的照片,就会清楚地看到,照片上的图像原来都是一个一个的小黑点组成的。传真也是这样,人们采取化整为零的方法,把一幅图像分解成几十万个小黑点,用电子束对它们挨个儿扫描,就像我们看书一样,从左上角开始,一字挨一字、一行挨一行地往下看,然后把扫描的情况转换成电信号发送出去。接收机在收到电信号后,再使它还原成相应的小黑点,就会得到原来的图像。

那么,能不能利用类似的原理来传送活动的图像呢?1923年,贝尔德开始着手这项发明工作。

对这项工作,他有着一些有利条件。贝尔德从小对科学有着浓厚的兴趣,从小就喜欢摆弄科技制作,他曾自己动手制作电话交换台,与朋友们互通电话;他也给家里安装过小型发电机,用厨房的自来水驱动水轮为蓄电池充电。1906年,26岁的贝尔德进入皇家技术学院,学习电子工程,特别是深入地研究了硒光电原理,这为他研究电视打下了坚实的基础。而且,这时通过高频电路和改进型光电管,人们已能比较清晰地传送图解电报和传真照片。也有一些人已经开始电视的研究,取得了一些经验,这也为贝尔德的发明提供了基础。

但是,贝尔德也有着一个几乎是致命的不利条件——贫穷。他没有资金,没有赞助人,只得自己动手,在今人看来不可思议的简陋条件下开始发明研究。于是,他所住的简易宿舍内的一只盥洗盆框架,成了他实验设备的基础部分;它和一只旧茶叶箱相连,箱上安放了一台从电器商店屋后废物堆里捡来的电动机,用它来转动那个用旧帽箱盖子做成的开有螺旋形小孔的“扫描圆盘”。这些小洞,是用来把场景分成许许多多明暗程度不同的小黑点发射出去的。

此外,还有一盏简单制成的装在旧饼干箱里的投影灯,从一家自行车行买来的几块透镜,以及从一部报废的电报机上拆下来的部件等。这些破旧凌乱的东西,用密密麻麻的电线串连在一起,就成了贝尔德的实验装置。

你别小看了这套像一堆破烂似的装置,贝尔德就是利用它,在1924年春天,成功地用有线电发射了一朵十字花的图像。虽然发射的距离仅3米,图像也忽现忽隐,仅能看出一个大致轮廓。但这毕竟是人类利用电视技术,发射的第一个实物图像。

真正的成功是在又过了一年多后来临的。就在本文开头提到的那个日子里,贝尔德在百货公司楼上的住所里,对他的装置完成了一次改装。在试机时,他激动得浑身颤抖:在接收机上,作为发射对象的木偶“比尔”的头部和面孔特征被清晰地显示出来,甚至还能见到眼睫毛!“太好了,快找一个活比尔来!”贝尔德一跃而起,奔下楼去,演出了刚才提到的那一幕。

几乎与此同时,美国科学家詹姆斯研究电视也取得了重大进展。1926年5月,詹姆斯在华盛顿市郊试验用无线电传送活动着的风车的影像。人们在10千米以外的地方,通过电视接收机,奇迹般地看到了风车缓缓转动的图像。以后不久,詹姆斯又用电视来转播电影,也取得了成功。1936年11月2日,英国广播公司启用贝尔德的机械电视系统,采用无线电发射方式,在伦敦正式开办了世界上第一座电视台。

电视,这个一度离我们那么遥远的美丽的神话,终于变成了现实。

抽搐的蛙腿

1780年的一天,意大利波洛尼亚科学院院长、41岁的生理学家伽伐尼同往常一样,来到了实验室,继续他的青蛙解剖实验。同往常不一样的是,这天他意外地发现了一个新的情况。许多年后的1791年,伽伐尼在描述当时的情形时说:“这一发现是这样发生的。我已经解剖好和预备好一只青蛙,将它置于桌上。这时助手用解剖刀的刀尖偶然轻触青蛙的股神经,结果蛙腿上的所有肌肉都一再紧缩,如同用有力的夹子夹紧那样。”

伽伐尼是个很细心的人,他对死青蛙的腿为什么会抽搐进行了研究。他用各种不同的金属取代解剖刀多次重复这过程,总是得到相同的结果。但若用玻璃、橡胶、松香、石头和干木头等来代替金属,则不发生这样的现象。

在进行了长达10年的研究后,伽伐尼确认,由于电的刺激才使蛙腿收缩的。这电是从哪里来的呢?他认为这是动物体内存在着一种区别于静电的“活电”,即动物电。只要用一种以上的金属与之接触,这种电就能激发出来,就像莱顿瓶放电一样,每一片肌肉纤维就是一个小电容器,放电时引起动物肌肉的运动。1791年,伽伐尼在英国皇家学会讲坛上发表了他的著名论文《肌肉运动中的电力》。

伽伐尼的论文引起了欧洲学术界极大的关注,人们普通接受了他对动物电的见解。可是,不久后另一位意大利物理学家伏打,对伽伐尼的理论提出了挑战。

当伽伐尼在英国皇家学会宣读那篇著名论文时,意大利帕维亚大学的物理学教授伏打也在场。这位研究电学的行家对伽伐尼的实验产生了极大的兴趣,在回去后立即重复伽伐尼的实验,接着大胆地采用伽伐尼没有用过的方法进行新的实验。

伏打把实验中用的两块性质不同的金属板改换成两块性质相同的金属板,结果青蛙腿立即停止了抽搐。这一截然不同的结果使伏打大为吃惊。他认为,使蛙腿抽搐的能量,的确如伽伐尼所说的,来自一种新的电能,但这种电能不是由动物细胞组织产生的,而是由两块不同性质的金属的接触产生的。若只用一种性质的金属做实验,蛙腿就不会产生抽搐现象。