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一口气搞懂莫尔斯电码

 爱你没商量我的 2019-05-23

今年是世界上第一封电报诞生175周年。1884年5月24日,萨缪尔·莫尔斯试验成功世界上第一份电报。不要看这只是一份普普通通的电报,它更重要的意义在于:为人类开启“信息时代”的大门

一口气搞懂莫尔斯电码

莫尔斯其实是个画家

在电报发明之前,长距离通信一直以来对人类来说都是十分艰难的事情,最早有狼烟,驿站,驿道,信号塔等办法,但是无论哪种办法都很难实现长距离实时的通信。

后来,法拉第发现了电和磁是可以相互转化,人们就开始思考是不是可以利用“电”来传递信号呢?

一口气搞懂莫尔斯电码

于是,许多人开始投身于用电来传递信号的事业当中,在这些人当中,真正实现用“电”来传递信号并且大规模商用的人就是莫尔斯。

他出生于1791年,是美国“地理学之父”迦地大·莫尔斯的长子。因为莫尔斯电码实在太有名气,让很多人以为莫尔斯是一个发明家。实际上,他的职业是一位画家,而且是在美国历史上都数得上名次的伟大画家,尤其擅长肖像画。

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1812年 莫尔斯自画像

1825年,莫尔斯作为一位年轻有为的肖像画家,他接到了人生当中至关重要的一个大订单,当时纽约市委托他为拉斐特画一幅肖像画,而拉斐特则是一名战斗英雄。

只是忙于工作的莫尔斯没有想到,在当年的2月7日,他的妻子卢克丽霞突然病重,父亲差人用快马送来的一封信,信上写着:

你亲爱的妻子正在生病疗养。

他收到信时已经是2月10日,他不知道,此时他的妻子已经去世了。

到了2月11号,他又收到了父亲差人用快马送来的一封信,信上写着:

你亲爱的妻子突然猝死,请快点回来。

于是,莫尔斯立马往家里赶。可当他赶到家时,已经是第二周了,他的妻子都已经下葬了。

这件事情对莫尔斯的打击很大,他发现自己之所以没能见到妻子的最后一面,原因就在于通信太慢了。都18世纪了,信息还没有一匹马跑得快。所以,他开始试图找到一种可以远距离快速通信的方法。

长距离通信

1832年,摩尔斯41岁。在过去的几年时光里,他陆续在意大利、瑞士和法国学习绘画,此时他乘坐横跨大西洋的船“萨利号”,准备从欧洲返回美国。他打算回美国后开个展览。而几年前妻子的病故,他似乎已经忘得一干二净,此时的他正热衷于自己的绘画事业。

在返程的途中,他和一位来自波士顿的查尔斯·杰克逊博士聊得很是投机。

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查尔斯·杰克逊

一开始两个人大谈哲学,后来也不知道是什么原因,他们开始聊起了电磁学。而这位博士在电磁学领域简直就是顶尖的专家,给他解释了:

  • 电的传播速度是多少?
  • 电可以传播多远?

甚至自己还随身带着电磁铁和一些电学的元器件。尤其是当这位博士讲到电可以通过任意长度的电路实时传播时,莫尔斯听呆了。

他就开始寻思:如果电流的出现可以在电路的任意位置上被检测出来,那么信息不就可以通过电流实时传递到任何地点。

于是,他开始计划发明一台可以通过电流传递信息的电报机。不过,发明电报对于画家莫尔斯真的不是一般难,他经历了很多挫折,并且还缺少资金。

长距离通信的上千年发展史告诉我们,要解决长距离的通信的两个核心问题是:

  • 信息的编码
  • 长距离的传输

之前无论是驿站,驿道,信号塔都没有能够很好地解决这两个问题。而莫尔斯发明的电报之所以可以流行起来,正是在于他解决了这两个问题,那他是如何解决的呢?

我们先来说他如何解决“信息的编码”。

他当时想到的是用敲键来进行编码,这就好比打鼓一样,只不过是打电磁鼓,通过这种方式就可以让电报线路以电脉冲的形式传播了。而他手上现成的技术只有最简单的电脉冲,也就是通过开关电路造成电流的通断。

一开始他是没想到要用编码的。但无奈手头上就只有“开”和“关”这样的组合。想要表示丰富的语言,最早想到的是,发送一个数字,用点击和停顿来区别。

比如:“·· ···· ····”表示244,然后每个英语单词都对应着一个数字,在接收和发送两段都准备一本词典,他甚至都开始做编码词典,并消耗了大量的时间。

为此,莫尔斯的助手阿尔弗雷德·韦尔(Alfred Vail)还研发出了一种杠杆电键。

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阿尔弗雷德·韦尔

也就是我们常常在二战片里面看到的用来发电码的按键。这个杠杆电键就可以用来实现“开”和“关”的操作,也就是电脉冲的传播。

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杠杆电键

就在大功告成时,他突然明白一件事情,电报传输成本很高。也就是说,每一次“开”和“关”都是钱,而且电线还很昂贵。而现在这样的编码系统实在是效率太低了,因为十分复杂,所以电报员就需要每一次都进行查表,这无形中又提高了人力成本。为了能提高效率,他又开始陷入思考。

最终,莫尔斯和他的助手开始思考是不是可以对字母直接进行编码,他们想到了:

  • 点信号“·”:开关短时间闭合,听起来更像是短音的“
  • 长信号“-”:开关长时间闭合,听起来更像是长音的“

他们用“·”和“-”对字母进行编码。

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原始的摩尔斯电报系统

为了能够提高效率,他们甚至考虑到高频词用少一点符号来编码。为了确定英文字母在使用中的出现频次,阿尔弗雷德·韦尔专门去了一趟当地的报社,韦尔仔细查看了他们使用的铅字盘,并且在备货中数字母的数量,12000个E,9000个T……200个Z。

可能你会问,那如何区分打完了一个单词,或者一个语句呢?其实他们也设置的标准的间隔时间:

t代表单位时间间隔,滴=1t,嗒=3t,滴嗒间=1t,字符间=3t,单词间=7t。

根据他们的统计结果,莫尔斯和它的助手绘制出了一张字母编码表。这套编码系统也就是后来大名鼎鼎的莫尔斯电码

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很多人都以为点信号“·”和长信号“-”实现了二进制语言的功能,实际上并不是。莫尔斯电码中的“间隔”其实也是与点信号“·”、长信号“-”同样重要的。

听了这么多关于莫尔斯电码的内容,我们也来听一段,你可以对照着上面的莫尔斯电码表,猜一猜这段编码到底说了什么?

蒙圈了是不是?下面我准备了这段编码的图片版,以及解读版。

一口气搞懂莫尔斯电码

具体解读要对照着莫尔斯电码表,解读的结果就是:

.. -. ..-. --- .-.

I N F O R

-- .- - .. --- -.

M A T I O N

-.-. .-. . .- - . ...

C R E A T E S

...- .- .-.. ..- .

V A L U E

合起来也就是“information creates value”,也就是信息创造价值。

虽然我们一般人刚开始接触会有点蒙,不过只要稍加训练,掌握这门语言还是比较轻松。在当时,电报员可以不通过任何的查阅资料,就可以知道在这个“滴答声”中对方想要说的是什么。对他们来说莫尔斯电码其实就是一种类似于口头语言一样的语言,只不过这是用手指头来“听”的。

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解决了编码的问题,那莫尔斯又是如何解决长距离传输的问题呢?

因此电线自身有电阻,所以电流传输是会受到限制的。本质是就是电信号在电缆上传送时,信号强度会随着传递长度的增加而递减,这也导致了电信号不能够传输得很远。

为了解决这个问题,莫尔斯和他的助手发明了中继器。通过中继器可以加强信号,这样信号就可以传输得更远,通信网络也就能被扩展得更大。所以长距离传输的问题就这样被他们给解决了。

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其实在莫尔斯之前,已经有几位科学家和工程师在尝试做电报系统,甚至英国的威廉·库克和查尔斯·惠特斯通已经做出了商业的电报系统。可是因为编码系统和长距离传输问题都没有很好的解决。所以,并没有流传下来。

因为莫尔斯发明了莫尔斯电码和中继器,莫尔斯的电报系统也就解决那两个困扰人类数千年的通信难题,所以他战胜了同时代的竞争对手,最后成为了我们现在熟知的电报发明人。

世界上第一份电报

虽然已经做出了发明,但是要让自己的发明走向社会,是需要一大笔钱的。但是此时的莫尔斯特别的穷困,他是拿不出钱来的。于是,他向国会提出申请,希望能够得到3万美元的赞助经费,帮助他建设一条连同华盛顿和巴尔的摩的电报线路。

为此,国会内部进行了激烈的辩论,款项迟迟没下来。直到两年后,莫尔斯才拿到了这笔钱,并成功建设了电报线路。

1884年5月24日,莫尔斯用颤颤巍巍的手发出了人类历史上第一条电报信息:

上帝创造了何等的奇迹!(What hath God wrought! )

第一次电报信息的发布成功,给莫尔斯带来了巨大的财富、声望和荣誉,从此他步入了政坛。甚至,后来美国有一段时期的钞票都印有他的肖像。

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电报改变人类社会

自从莫尔斯电报机的面世,电报系统开始大规模地发展起来,仅仅美国电报系统在1846年-1866年的20年时间里,电缆就从几百英里发展到超过10万英里,总投资额超过4000万美金。

而且各国开始纷纷建设自己的电报网络,人类甚至实现了横跨大西洋的电报通信。莫尔斯的发明遍布整个世界,形成一个巨大的通信网络。

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电报使得信息传递的速度不只是提高了几倍,而是好几个数量级。电报从一开始只是用来给新闻记者提供即时通讯,到后来被广泛的运用到了军事当中。与此同时,电报也开始为商业和金融业提供实时的交易资讯,成为生活不可或缺的一部分。

应该说,电报让全球各地的人第一次没有时差地连接在了一起,成为了一个整体。而莫尔斯当之无愧是“信息时代的瓦特”,正因为有了他,人类社会迈入了信息时代。

一口气搞懂莫尔斯电码

关于莫尔斯,以及电报的发明,我们就说到这里。

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