天才的设想

贝尔生活在被视为电气时代的19世纪，电子革命的风潮正由孕育演变到迸发。

随着世界各大洲的经济、贸易等各方面的交流日益频繁，快捷的通讯要求变得紧迫起来。然而，一百多年前的通讯方式几乎依旧延续着五千年前古埃及时期的原始缓慢方式。直到19世纪中叶，最快的旅行和通讯方式还是骑马。一般的通信是靠人工邮递和马车邮递，政府急件是由速递员骑着马传送的，速度比普通邮件快一倍。

通信的落后与迟缓给人们的生活带来了很大的不便，便捷快速的通讯迫在眉睫，许多科学家、发明家都在绞尽脑汁地进行钻研。

通信技术关键性的变革发生在19世纪中期萨缪尔·莫尔斯发明电报以后。

电报的发明，拉开了电信时代的序幕，开创了人类利用电来传递信息的历史。1870年，第一根海底电缆在大西洋底铺就，从此开始了北美洲与欧洲之间的直接通讯。电报大大促进了商业的发展，西方联合电报公司和大西洋与太平洋电报公司都看到了这个巨大的商机，他们纷纷投入巨资建立各自的电报网，期望着巨额利润的回报。

尽管电报比以往所有的通信方式都更迅捷，但它的弊端也在它诞生后不久就暴露出来了。电报依靠信息员来把信息从电报站送到相关的人，这当中最大的局限性便是一次只能传递一条信息，所以在发报需求量很大时会造成耽搁，这影响电报及时迅速地传递信息。繁忙的电报局常常挤满了等着发报或收报的人。电报公司认识到，这个问题的解决会引来更多的生意，谁能找到解决问题的办法，谁就能获得大笔报酬。

当时，有很多科学家都致力于寻找一种能够在一条电报线路上同时传递多条信息的研究，贝尔也是其中的一员。不过，贝尔的出发点只是想去利用这种新兴的科技更好地去帮助那些特殊的群体——聋哑人。

1873年秋天，贝尔应波士顿大学演讲学院之邀，被任命为演说术教授。波士顿大学不仅给贝尔提供了丰厚的薪水，而且为他提供了适于研究的工作场地，他可以利用业余时间不知疲倦地独自摸索他喜欢的科学实验。第二年，贝尔应麻省理工学院艺术与科学协会的邀请做了一场有关可视语音的讲座，这次讲座在当地引起了很大反响。

尽管贝尔的工作特别辛苦，但对电报这一新生事物，他却表现出极大的热情。贝尔开始从事电报研究时，电报是靠电线向远方传递的，一次只能传递一个信号，存在明显的局限性。头脑灵活的贝尔于是设想利用高低不同的音调达到传递多个电报的目的。在进行多路电报通信的实验过程中，贝尔萌发了在电报线路上通话的设想，这个灵感触动的伟大构想，最终促成了电话的诞生。

基于对这些频率特性的认识，贝尔提出了多路电报的理论，也就是用一根电报线发送不同音高的电报信息。贝尔的设想在电报线的发送端将音叉分出不同的频率，每一种频率携带相应音高的一条信息：在节报端，相对应的音叉接受相对应的频率信息。通过这种方法，看似一团乱麻的电报信息就被按音高的不同由收报方解码出来，贝尔称他的设想为“多路电报”。

早在1872年时，电报公司针对一条电报线路上不能同时传递多条信息的弱点，安装了一种改进装置——复式电报系统。这种系统可以使电报线路能同时双向发报。但是如果在线路的一端同时有许多消息等着发送，那么这种改进装置就形同虚设了。问题并没有解决，电报的性能还需要进一步改进。

1872—1873年的冬天，贝尔全力投入到多路电报的工作之中，为了避免别人剽窃他的实验，他只是利用晚上的时间偷偷地做实验。由于改良电报系统存在着巨大的商业价值，许多发明家都在全力以赴地进行探索，贝尔必须让自己的实验避开公众的注意。

尽管贝尔对多路电报投注了极大的热情，对所有有关电子学的理论也进行了系统的学习，但由于他缺乏实际的操作经验，以至于每一次实验都以失败告终，研究多路电报的工作始终没有进展。

在后来断断续续的试验当中，贝尔突然有了一个大胆而天才的设想：人的声音能通过电线来传递吗？在一次参加麻省理工学院的展览会时，他看到了一个叫做“声波记振仪”的发明，通过一张膜来传递声音，把声音记录在烟熏的玻璃上。这个仪器实用价值很低，但是贝尔对它潜在的功能非常着迷。

1874年，贝尔向一位医生朋友要了一个死人的耳骨，做成了极其可怕的声波记振仪。当用这个简陋的仪器研究声音特性的时候，在反复的试验中，突然迸发出了灵感。

受新思路的鼓励，他得到了一个启发：只需要很小的能量就能够扩大人的声音。在一张草图中，贝尔记下了发明过程中的这一重大突破。

同年冬天，贝尔终于制造出了一台能同时以两种音高发送信息的多路电报机。他的实验并没有因此而中断，因为他的脑海里随时都会产生新的想法。声音有大有小，有的悦耳动听，有的则令人无法忍受。为什么声音会如此各不相同呢？原因就是不同的声音具有不同形状的波。声波中决定声音大小的是它的振幅，而决定声音音调高低的是它的频率。

尽管贝尔已经在理论上论证了可以借助于电流来传递声音，但他意识到要把多路电报顺利付诸实施，就必须找一个对这项技术感兴趣的投资伙伴。

这时，一个叫加德纳·格林·哈伯德的人成为贝尔有力的后盾。哈伯德是波士顿能言善辩的律师，马萨诸塞州的参议员，北美洲飞速发展时期出色的商界精英。早在1872年，贝尔就在哈伯德设立的聋哑学校授过课，哈伯德的聋哑女儿——梅布尔正是他的学生。也就是在这时，哈伯德对贝尔产生了好感，并常常邀请贝尔到家中做客，为女儿辅导。

一天晚上，教完了梅布尔之后，贝尔便对哈伯德说出了自己的多路电报理论。事实上，哈伯德早就对电报怀有深厚的兴趣，自从1865年美国内战结束后，西联电报公司就一直控制着整个美国的通讯业，并且其业务迅速向世界其他国家蔓延。多年来，出于商业动机，哈伯德一直在游说议会建立另外一个公司跟西联电报公司竞争。

当贝尔将多路电报的实验向他和盘托出时，哈伯德立即意识到这正是一个建立竞争性电报网的好契机。于是，他同意为贝尔的发明提供资金援助，条件是无论贝尔研制出什么专利项目，他都要分享其中的一份。

1875年2月，贝尔与哈伯德和另外一个投资人托马斯·桑德尔正式签署了一份书面协议，起草了三个人之间松散的合作关系：由哈伯德和桑德尔出资援助贝尔的实验。如果贝尔获得专利，那么作为回报，两个投资人将分享部分利润。另外，哈伯德还将承担组织申请专利的工作。尽管他们的合作当时并没有正式名称，后来的历史学家们还是戏称它为“贝尔专利协会”。

有了充足的资金，贝尔的小房间很快就被实验仪器占去了大部分空间。尽管贝尔喜欢独立工作，但他仍意识到自己需要一个精通电学的助手，以便于将脑中的想法完整地表现出来。这时，贝尔认识了一位当时威廉斯公司最优秀的电气工程师——托马斯·沃森。他们的认识，可以说是整个通信史上最为幸运的事情。

沃森是个熟练的工程师，精通电学，拥有丰富的电气工作经验，从不轻易言败。从1875年初开始，沃森很快离开了他以前的公司，与贝尔展开了人类历史上具有纪念意义的实验研究。

1875年初，贝尔和沃森已经完善了多路电报机的设计，准备向专利局提出申请。虽说它还不太可靠，要让电报公司对它感兴趣可能还需要很长一段时间做没完没了的修补和改进，但是他们坚信设计原理的运用是正确无误的，所以，他们对这项设计的前景仍然满怀信心。

与他的竞争对手不同，贝尔没有充足的仪器设备，也没有许多帮他发展完善设计思想的好帮手。在他的实验室里唯一和他并肩作战的伙伴只有托马斯·沃森。

为了更好地论证自己关于用电流传声的可行性，贝尔还曾向美国著名的物理学家——约瑟夫·亨利请教过，亨利听了贝尔的设想非常震惊，并鼓励贝尔继续研究下去。但与此同时，贝尔听到最多的就是尖刻的嘲讽。一位电报技师就曾用嘲笑的口吻对贝尔说：“阁下，真是异想天开，电线怎么能传递声音呢？只要稍微懂点电学常识，就不会有这种想法，我看你还是学点电学知识吧！”

1875年6月2日，就在贝尔与约瑟夫·亨利会面3个月之后，贝尔与沃森所做的一个实验更加让贝尔相信了电话传声的可能性。当时正值夏天，天气异常闷热，贝尔和沃森已经热得汗流浃背，仍然在狭小的工作室中忙碌着。他们已经认识到在多路电报研究过程中，收报机的衔铁簧片不能与电报机的簧片同步振动，影响接收效果。

电报机和收报机分别放置在两个房间里，通过一根电线连接着。为了提高效果，贝尔把收报机的衔铁紧紧地贴到耳朵上，但是效果还是不好。贝尔走出电报机机房，让沃森切断电流，检查一下收报机里的簧片是不是卡住了，如果是这样就把它松开。

当沃森发现由于固定衔铁的螺丝钉拧得太紧而使得电报机的衔铁停止振动的时候，他一边松螺丝一边用手指拨动簧片；贝尔在另一端听到了这个声音，就跑了过来，他怀疑这个复杂的泛音的音色是人的声音，他很高兴发现他对于传送语言的预见不再是一个神话。

这个奇特的现象引起了贝尔和沃森的重视，他们想搞清楚这是一个偶然事故还是一个意外的突破。于是，两人又互换位置，将刚才的情形又演示了一次。令人惊讶的是，他们竟然又得到了相同的结果！

之前，贝尔曾经担心人的嗓音可能产生不了足够强大的电流以传到受话一方。而现在，贝尔认为，如果沃森轻轻拨弄簧片能在收报机上产生声波状电流的话，那么人类的讲话声也能做得到。

这一现象使得两个年轻人万分激动，在科学研究中，需要精确的理论，反复的实验，细致入微的观察，只有这样，才能得到智慧女神的眷顾。贝尔和他的助手无疑得到了这个结论：声音可以以电流的形式传送，在另外一端又能转化为声音。

这一切是在电流切断时发生的，贝尔和沃森仔细分析了仪器发生故障时出现的现象，他们推断：当电流切断时电磁体还保留着少量的磁性，这使簧片震颤并发出声音。

当微弱的声音通过电线传过来的时候，贝尔记下了电话的发明时间——1875年6月2日。惊人的成功就在眼前，但是将近一年之后贝尔的发明才问世。

就在那天晚上，贝尔把原始电话的草图画了出来：有话筒的一端紧紧地和膜片连接着，讲话人发出的声波能够引起膜片振动，这种振动导致送话器上的簧片跟着振动；簧片恰好在电磁铁的一极振动，由于电磁感应的作用，就会产生一股电流。电流强度是随着人声大小随时变化的，这时接收人把耳朵贴近另一端的膜片就能够听到讲话者的声音了。

尽管新的发现让贝尔惊喜万分，但多路电报的发明才是他们的初衷，贝尔一方面继续着他对多路电报的研究，一方面他也在思索人的声音能不能通过导线相互传递。作为一名矫正语言的专家，贝尔明白，人的嗓音是由一系列声波组成的，这些声波以不同频率振动。

怎样才能把大量的不同的频率转化为电流的变化，而这种电流又在受话端转化为声频呢？

自从证实了声音可以通过电流来传播的设想以后，贝尔研究电话的热情更加高涨。但是他的两个投资人却坚持让贝尔把全部精力放在多路电报机的研究上面，贝尔陷入了深深的困惑之中。

现在贝尔的样品从理论上来讲，已经完工了。给人的感觉是好像马上就要摘取丰收的果实了，可事实上，他们还有很长的路要走。

1875年6月26日，在布兰特福德家里做实验时，贝尔突然想到：耳朵的耳膜直径不到1.3厘米又薄如棉纸，但是却能带动比它重得多的骨头，那么，如果用一块更大更结实的膜片来带动一块钢板也就是有可能的了。

在对人耳的发声原理分析之后，利用膜片来做电话的设想便在贝尔的头脑中形成了。

后来，贝尔正是模仿鼓膜的振动制作了一个叫膜片的装置，膜片薄得能随声波振动，也能随电流的变化而振动，以使人类嗓音中的各种频率像电子信号一样通过电线传送。

1875年7月1日，贝尔首先实验他的新式膜片电话。他兴奋地对着电话放声歌唱，沃森在隔壁房间里听到了受话机里传来了贝尔的声音，尽管很模糊，听不清什么调子，但这毕竟迈出了一大步。

在不断的研究过程中，贝尔发现如果把随声音振动的导线插入导电液体中，比如稀硫酸，可以使电阻发生变化而产生波荡电流，这意味着人的声音可以通过导线来传输。

实验取得了突破性进展，但此后的几个月，哈伯德先生拒绝资助贝尔做这种莫名其妙的实验，实验不得不中断。就在这段时间里，同领域的竞争者拉近了与贝尔的差距，为以后的专利问题埋下了隐患，使贝尔在此后的20年里几无宁日。