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气象学史:02.信标机

 科学声音 2021-11-21

上文书说到蒲福那一段时间情绪不振。当时他事业处在瓶颈期。年纪轻轻就退休回家了,一年只能拿那么一点退休金。上次我说他一个月能拿45英镑,这是我搞错了,实际上是他一年能拿45英镑。这点钱真的不算多。毕竟他为英国曾经出生入死,还受了那么重的伤。
这时候蒲福的姐夫埃奇沃思找到了他。埃奇沃思一生结过4次婚。蒲福的姐姐是他的第3任妻子。所以只能说那一阵子埃奇沃斯是蒲福的姐夫。埃奇沃思当时已经59岁了,足足比普福大了30岁。

埃奇沃思

这个家伙在爱尔兰也是个不得了的名人。他年轻的时候交友十分广泛,曾经在英格兰住了很长时间。他跟当时伯明翰的月光社成员关系密切。这个月光社我们曾经不止一次提到过。这是一个非常松散的小团体。核心人物就是进化论提出者达尔文的祖父伊拉斯莫斯·达尔文。达尔文家族和韦奇伍德家族长期联姻,韦奇伍德家族也是月光社的重要成员。
这个小团体非常松散,既没有人员名单,也没有会议记录。到底有哪些人参加过他们的活动,如今也是一笔糊涂账。反正这些人每到月圆之夜就跑到马修博尔顿的豪宅里面聚会。马修博尔顿就是著名的詹姆斯·瓦特的投资人。瓦特也是月光会的成员。还有一个重要的成员,就是英国著名化学家普利斯特列。
西方人都用公历,算月亮圆不圆不方便,要是用中国的农历那就太方便了。月圆之夜不就是每个月十五吗?比如说七月十五中元节啦,八月十五中秋节啦,正月十五元宵节啦,唉,这都是月圆之夜。这帮人为什么每个月十五跑出来聚会呢?就是因为那年头的城市都没有路灯。

马修·博尔顿的豪宅 Soho House 是月光社的固定聚会地点

他们一帮人在马修·博尔顿的家里聊得很开心,一个个还都嗨得不行。等聚会结束都大半夜了。你叫他们黑灯瞎火的走回去,实在不合适,如果天上有个大月亮呢,倒也解决了照明问题。不过带来的问题就是他们这帮人的行为习惯,怎么看怎么都像夜访吸血鬼。
这帮人都是志同道合的好伙伴他们讨论的主要议题就是科学。当然,对当时的人来讲,科学这个词的含义远比现在要广泛的多。基本上把什么成型的理论都囊括进去了。比如说宗教学、修辞学、语言学,在我们看来这东西都属于文科,都不算自然科学。但是在那个年头,通通都算。而且这帮人在一起也不仅仅是高谈阔论,他们还经常动手做实验。普利斯特列就带着它们检测各种气体的性质。

普利斯特列

那个年头化学还在草创时期,很多行为都不太规范,以我们如今的眼光看来,基本上就属于作死。普利斯特列弄到了一块氧化汞。这种东西中药里叫“三仙丹”。他把三仙丹放在烧瓶里。然后用一块凸透镜聚集太阳光,焦点对准了烧瓶里的三仙丹。结果他发现从氧化汞里面冒出了很多气体。普利斯特列也不知道这些气体到底是些什么东西,反正这种气体是不溶于水的。他把点燃的蜡烛伸进去,发现火焰更加明亮。扔了一只小老鼠进去,小老鼠好像也没有什么异样,活的还挺自在的。普利斯特列的胆子也真大,他觉得老鼠没问题,我自己应该也没问题,他就打开瓶子深深的吸了一口,觉得还挺愉快的。所以这种气体就被他命名为“脱燃素空气”。
当时流行的还是四元素学说,还是把气体当作一种单一元素。后来拉瓦锡也用类似的实验证明了这种所谓的脱燃素空气就是氧气,是一种单独的元素。既然气体并非是一种单一元素,四元素说也就不攻自破了。

普利斯特列用作气体实验的装置

不过呢,我们也能看得出,普利斯特列的胆子是真大。什么气他都敢吸一口。幸好他吸的是氧气,否则麻烦就大了。当时的很多化学家都有这种坏习惯。遇上笑气你也吸一口,然后就哈哈哈哈笑起来没完。后来吸笑气还在英国的上流社会流行了一阵子,包括瓦特在内,都是参加过这种聚会的。普利斯特列肯定也在月光社搞过这种活动。拿出各种各样的气体,都让大家闻一闻吸一吸。
伊拉斯姆斯达尔文其实脑子里面早就有了有关进化的思想,在月光社搞聚会的时候,他肯定也会跟大家分享。韦奇伍德家族是专门制造高档瓷器的,他在制瓷方面也有很多心得要跟大家聊一聊。有关蒸汽机的研发,瓦特是这方面的权威。所以埃奇沃思和他们混在一起,也是深受他们影响,那个时代就是一个发明家辈出的年代。因为那时候搞发明的门槛实在太低,到处都是低垂的果实。

纽马基特(Newmarket)的赛马活动历史悠久

反正那一阵子埃奇沃思就在英格兰各地到处闲逛,他没什么事干。他参加了切尔西的一个赛马俱乐部。当时正好要举行一场赛马比赛。一帮绅士贵族都在城里的咖啡馆等消息。他们要根据每场比赛的消息来改变下注的策略。但是切尔西是在伦敦地区,比赛是在北边很远的纽马基特,直线距离也有90公里。要想传递消息,只能靠人骑着马送信,肯定是不及时的。
埃吉沃斯当时就动了心思,因为他此前看过胡克的书。我们以前讲到过胡克这个人,他跟牛顿作对了一辈子。牛顿把他在皇家学会所有的痕迹都抹去了,包括画像。所以我们至今也不知道胡克到底长什么样子。

胡克的设想

胡克此前曾经提到过一个设想,就是利用光学符号可以远距离传递信息。比如说你在河边架起一个巨大的三角形,对方看到了查查手册就可以知道三角形到底代表什么含义。你再换个四边形,又代表另外一种含义。这种巨大的符号,老远就能看见,如果你看不清的话,拿个望远镜也能解决问题。不仅仅是胡克在自己的书里面提到过这种设想,另一个老主教约翰·威尔金斯其实在自己的书里面也提到过。
所以当时埃及沃斯就来了精神头。他问了一下,每天下午4点钟,比赛就会结束。他又问了一下马驰勋爵希望什么时候能知道消息。马驰勋爵当然觉得越快越好,如果晚上9点钟就能知道,那是最好不过了。
埃奇沃思夸下海口,不需要等到晚上9点钟。下午4点比赛结束,5点钟他就能知道消息。马驰勋爵死活不信,埃奇沃思愿意出500英镑的赌注跟马驰勋爵赌输赢。赛马俱乐部全都是高端人士,没一个爵士头衔你都不好意思加入。所以这帮爵士就来了兴致。弗朗西斯爵士也跟着投了500英镑,他押埃奇沃思会赢。反正这位爵士押500磅,那位爵士押500磅,加起来这笔钱可不老少呢。你想想啊,蒲福一年的退休金也才45英镑,人家一出手就是你10年的收入。
后来埃奇沃斯自己又把赌注加了一倍。别人也跟着往上加。而且埃奇沃思铭说了,自己肯定不是让人骑着马传递消息。因为当时英格兰的道路条件其实很差。想让马在5小时内跑100公里,其实有点难。更别说只用1个小时就把信息传递过来。结果马驰勋爵一听到这话,马上打了退堂鼓。大家都是聪明人,万一你真想出个什么办法传递了消息,那自己就亏大发了,所以这场赌局实际上就黄了。

埃奇沃思的设计方案

但是埃奇沃思还是在完善自己的想法,而且自己动手做了试验。他设计的信息传递系统实际上用一根大指针,指向各个角度。不同的角度代表不同的符号。这样即便离得很远,你拿望远镜也能看清楚。用这种东西传递消息显然要比马跑快的多。夜里可以用灯来传递信号。
当然埃奇沃思经常跟伊拉斯莫斯·达尔文通信。他俩关系特别好,而且达尔文对他也很推崇。当时达尔文的兴趣已经转向了天气预报方面。在自己制造各种仪器来测量气温气压等等数据。他也知道埃奇沃思发明了一种可以远距离传递信息的工具。可是他们完全没想到这种远距离传递信息的工具和天气预报有什么关系。
他们俩没想到,但是法国人想到了。一个叫罗姆的法国人在1793年的时候写了一本书。这本书的主要内容就是在探讨我们能不能利用远距离的信息传递工具来想办法预测风暴呢?其实这种思想和现在的天气预报还是有区别的。比如说你发现突然刮起了南风,你是不是就可以利用远程通讯工具向南边的人发出警告呢?既然是刮南风。说不定过一段时间就会刮到南边。只要信息传递速度超过了风的速度,你就赢了。
当然埃奇沃斯根本就没时间想这些事儿。当时法国人大兵压境,准备要渡海入侵英国。所以埃奇沃思满脑子想的都是如何利用自己发明的这套远程信息传递工具来作为法国人入侵的预警系统。

法国人的信标机

埃奇沃思万万想不到,法国人早已抢在他之前发明了更加完善的光学信息传递系统。我们以前也提到过。法国人发明了一种信标机,结构也很简单,一根横梁两边挑着两个短臂。横梁的倾斜角度和两个短臂的倾斜角度有很多种排列组合。可以用来传递更复杂的信息,比埃奇沃思的指针式信标机要强的多。
当时这种光学信标机,被统称为Optical telegraph。现在我们都知道telegraph这个词的意思后来变成了电报。但是graph这个词根仍然透露了这个某种视觉属性。对于早期的那些依靠视觉传递信息的装置,我们还是翻译成“信标机”,和电报还是不要混淆为好。
后来埃奇沃思回到了爱尔兰。他在爱尔兰的首府都柏林测试了它的装置,他发现这套装置是好用的。欧洲大陆上的拿破仑在加紧准备入侵英国。所以埃奇沃思也很有紧迫感,毕竟要在爱尔兰岛周围建立很多信标机才能组成完善的预警系统,这不是一个小的工程。这时候伊拉斯莫斯·达尔文去世了,埃奇沃思是需要一个新的合作伙伴,于是他就选中了自己的小舅子蒲福。
埃奇沃思和蒲福两个人是有分工的。埃奇沃思负责和政客们套近乎,他要去游说这些政治家们。要是国家不拨款,靠他自己的钱,根本就不可能建成这套系统。

爱尔兰岛的预警通讯系统

蒲福干的则是包工头的活。他带着一帮工人在一个个的山头建立信号塔。你别忘了这是个国防通信装置。还需要有配套的警卫室器材室。而且蒲福还要负责训练这些的操控信标机的人员,这也是一门专业。他们需要学会如何解读密码。这种事儿儿戏不得,不能搞错。每个站点要派出一名站长,还得有两个打杂的。还要在都柏林等等几个大城市建立总台。所有信息从各个站点汇集到总台。然后由总台再进行处理。整个信号系统所有的字符代码缩写全都是由蒲福制定的。
那几年,蒲福算是把线路上的崇山峻岭全都摸了一遍。说实话,那个年头村里的农民还是很淳朴的,没见过什么世面,看见个望远镜还能新鲜半天。但是蒲福也曾经遇到过麻烦。就像如今很多人都不愿意手机铁塔建在自己家楼顶上一样。那个时候的农民也很讨厌信标机就建在自己家旁边。虽然这种信标机也不会发出什么噪音,也不会发出什么辐射。但是当地的农民还是非常讨厌这种玩意儿。主要是看守信标机的那些人实在太麻烦,动不动跑过来借个斧头啊,借个镰刀啊,讨要两杯水喝,要不就过来借个火种,要不就是借个酱油借个醋的,光借了醋不够啊,顺便再借两盘饺子……。诸如此类的事儿没完没了,时不时的闹点矛盾出来,说白了还是人员素质太低。
经过蒲福的努力,在阿斯隆和海边的都柏林之间建立了一条通讯线路。传递消息的过程就像击鼓传花一样,一站一站传递过去。两个站点之间也就相距十几二十公里,再远就真的看不清楚了。

爱尔兰的雾

但是最让蒲福揪心的还不是这些鸡毛蒜皮的杂事。最让蒲福揪心的是爱尔兰的天气。信标机依靠的是视觉传递信息。最怕的就是天气不好,碰上雨雪风霜。如果是浓云密布,今天是个大阴天。你去仔细观察周围的景物,图像的对比度都会下降。远处山头上的信标机可能就真的看不太清楚。如果今天下大雾,那更是啥都别看了。如果碰上刮大风,信标机的指针一个劲儿晃悠,那也没法有效传递信息。以爱尔兰的气候条件,万里无云的大晴天真的没那么多。
所以,最开始的一段日子里,蒲福甚至都有点崩溃了,他真是哭都哭不出来。他在一封给埃奇沃思的信里诉苦。他和手下的人足足训练了8个月。却连一句完整的话都发送不了,他简直要抓狂了。所以理想和现实之间真的还是有差距的,这事儿没那么简单。
一直到1804年的6月份,这条线路终于竣工了。所有的技术难题都被一一解决。1804年的7月2日这一天举行了启动仪式。一大帮社会名流都来参观。埃奇沃思成功的向210公里以外的蒲福发送了一条信息。仅仅花了7分钟时间,信息就传过去了。又过了5分钟,收到了蒲福的回信。
但是信标机并不是每一次都有这么高的效率。所以政客们在新鲜了一阵儿以后,也就逐渐失去了信心。而且要雇佣这么多的人员,成本实在是太高了,他们也承受不起。所以一个礼拜以后,埃奇沃思也就被扫地出门了,整套系统被移交给了军方。至于军方能不能有效率的运用这套系统,那只有天知道。
对此蒲福是非常愤怒的,他付出了多少努力。现在全都打了水漂了。所以蒲福觉得自己的人生很失败,他觉得自己什么都不是,没有工作,没有目标,也没有计划。这也难怪,那个时候蒲福还年轻呢。他也意识不到,这些经历日后都会成为他的人生财富。
埃奇沃思当然也不能亏待了自己的这个小舅子。所以他努力通过自己的人脉关系,想办法让自己的小舅子重新回到了皇家海军,这才是蒲福发挥自己才能的地方。他离开了爱尔兰,直奔英国伦敦的海军造船厂,这儿有一艘新的军舰在等着他去指挥呢。哪知道他看到这艘军舰以后啊,连死的心都有了。这是怎么回事儿呢?我们下回再说。

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