世界现代前期科技史-第6章
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难题，并发明了灵敏度更高的镜面电流计作为接受端的讯号接收器，因而解
决了传输电压不必提高的问题。于是横跨大西洋、连接欧美两大洲的海底通
讯线路揭开了人类信息往来的新篇章。接着，又一项巨大的电缆敷设工程于
1869年宣告完成。它起于英国的伦敦，穿过欧洲大陆，然后部分沿着陆地、
部分通过水下到达印度的卡里卡特城，全长达一万海里。19世纪末完成了从
印度到澳大利亚的电缆敷设。1902年，电缆穿过太平洋，把加拿大和澳大利
亚连在一起。从此，远距离通讯便迅速发展起来。
电报机的问世，给人类带来了极大的方便，同时推动了工业的发展，也
加强了各国和各地区间的联系。
② 电话机的问世
在电报机发明之后，或许就在研究有线电报的同时，就有人在想：能用
电直接传送有声语言该有多好。原因是随着资本主义工业化程度的提高，城
市迅速得到发展，企业、办事机构和人际交往都迫切希望能实现快速、简便、
准确的通讯，实现超距离的对话。在电报通讯成功之后，它确为人类提供了
一种划时代的信息传递手段，但这种通讯方式要用编码作中介，把文字翻译
成点、划符号拍发出去，接收之后还要再转译成原来的文字，所以使用起来
不很方便。在研究用电传送声音方面，最早的涉足者要算是德国物理学家赖
斯 （1834—1874）。他用木头仿造人耳制造了一个发话器，上面固定有肠衣
薄膜，薄膜上附有一块金属薄片，薄膜随声音振动时金属片就不断地和另一
个金属片接触，通过电路接触电阻的变化引起电流大小的改变。受话器是一
个绕上绝缘线的勾针，勾针用两个小支架固定在共鸣箱里，当断续的电流通
过线圈时就会发出声音来。试验成功后，赖斯在1861年的法兰克福物理学会
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上做过公开演示。由于这种装置通讯距离十分有限，声音效果又不甚理想，
所以没有得到推广应用。但它确是能直接传送声音的第一个装置，赖斯将这
种声电转换装置称之为“电话”。
继赖斯之后，在实用电话研究中首先获得成功的是美国发明家葛拉汉·贝
尔（1847—1922）。贝尔生于英国的爱丁堡，1870年移居加拿大，后又移居
美国。贝尔一家三代都是研究语言学的。他的祖父安德鲁·贝尔具有演说才
能，曾为电影配音解说。他的父亲梅尔维尔·贝尔从事对聋哑人的语言教育。
贝尔本人也曾从事聋哑语言的教学和研究。当贝尔得知赫尔姆霍茨关于电磁
铁能够引起音叉振动的实验以后，便开始考虑通过电线传递声音的可能性。
1873年他移居美国后，曾在波士顿大学担任生理学教授。在此期间，他在年
轻助手华特逊 （1854—1934）的协助下，进行了利用电流传递声音的一系列
实验。为了证明通过簧片在磁铁附近的振动可以引起电流强弱的改变，反之
电流强弱的改变又会使磁铁附近的簧片发出声音，贝尔便在试验中把音叉放
在带铁芯的线圈前面，音叉振动时，会在线圈中产生强度随声音变化的持续
电流，如果把此电流输送到电线另一端的同样线圈内，就会使该线圈前面的
音叉发出和前一个音叉同样的声音。于是贝尔在实验成功之后，便于 1876
年2月14日向美国政府申请了发明电话的专利。
此后，贝尔在华特逊的协助下继续对他的实验装置进行改进，尤其是将
送话器端的线圈与受话器端同一装置的线圈相联，随着感生电流和磁场的变
化，受话器的簧片就能发出与送话器端频率相同的声音。在1876年3月10
日的一次实验中，华特逊通过上述装置清楚地听到了贝尔从另一房间发出的
声音。这一天贝尔在写给母亲的信中说：“1876年3月10日，这一天对我
而言，真是个值得纪念的日子，我终于解决了实验上的难题。在不久的将来，
电话线将和自来水管、瓦斯管一样，普遍地被安装在每个家庭里，朋友们可
以在自己的家中彼此通话。”贝尔发明的电话机于1876年在纪念美国独立一
百周年的费城博览会上展出，并且进行了相距150米的通话表演，在参观者
中引起了极大轰动。说来也巧，在1876年2月14日，和贝尔同一天向美国
专利局提出发明电话专利申请的还有一人。他就是美国的格雷 （1835—
1910）。格雷发明了一种类似赖斯电话的装置，与赖斯电话不同的是利用溶
液改变电阻，从而改变电流强度。由于其性能和声音传送效果远不如贝尔电
话机，故其发明未能取胜于贝尔。
贝尔电话的话筒和听筒合为一体，既是发话器又是受话器，作为听简使
用效果很好，作为话筒使用效果却不理想。1877年爱迪生发明碳精话筒，送
话声音显著清晰。根据爱迪生的建议，在话筒和线路之间再装上一个普通变
压器，使贝尔电话进一步趋于完美。1878年，休兹（1831—1900）又发明了
“麦克风”，送话质量得到进一步改善。
贝尔在电话的研究过程中，就已清楚地看到这一发明的社会需要和发展
前景。在电话机问世之后，贝尔为其推广应用广为宣传。他到美国各地发表
演说和进行表演，使更多的人了解了电话机的原理和功用。1877年，波士顿
的《世界报》收到了第一份用电话发出的新闻电讯稿，这标志着电话已为公
众所采用。1878年1月，美国建立了第一个电话交换台——中央电话局。同
年，贝尔受英国政府之邀，赴英国协助架设电话线路。1879年巴黎电话交换
台建成。此后欧洲许多城市相继建立了电话交换台和电话局。1884年，美国
在波士顿和纽约之间架设了第一条实用电话线路，1886年，在纽约和费城之
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间也架起了电话线。随着电话的推广和应用，电话机也不断得到改进和完善，
通讯线路和电话交换装置也日趋先进。1891年美国的斯特罗齐尔 （1847—
1905）又发明了自动电话交换机，到1910年，世界上已有1000万个电话用
户，电话这一新的通讯工具很快得到普及和广泛应用。
贝尔不仅是个发明家，而且颇具宣传鼓动才能，同时亦是个杰出的实业
家。在发明电话后不久，于1880年成立了贝尔电话公司。1895年该公司已
有职工15000人，垄断了美国的电话事业，到1905年职工超过90000人。贝
尔为电话的发明和通讯事业的发展做出了重大贡献。
③无线电的诞生
电报与电话的发明及应用给人类社会带来了方便和利益。但电报与电话
这种通讯形式，最初都是靠电流的有线传导来传递信息的，因此必然要受到
通讯线路的限制。无线电通讯的成功则打破了线路的局限，实现了通讯技术
的又一次重大飞跃。无线电通讯的发明是科学向技术转化的又一成果，也是
19世纪末最主要的技术成就之一。
无线电通讯的理论先驱是著名英国物理学家麦克斯韦（1831—1879）。
麦克斯韦在理论研究中，以实验事实为基础，他把全部电磁现象归结为两组
偏微分方程，即电磁场基本方程式 （亦称麦克斯韦方程）。他的理论证实了
电磁过程是在空间的一定速度（相当于光速）传播的，从而预见了电磁波的
存在。1873年麦克斯韦在他所著的《电磁学》一书中曾经预言：由于电磁波
的存在，特别是电磁波以每秒30万公里的速度传播，不久的将来，在相距遥
远的两地之间，建立起瞬时可达的通讯联络，已经不再是一种梦想。1888年
德国物理学家赫兹 （1857—1894）发现了电磁波，从而证实了麦克斯韦的预
言。赫兹在研究过程中，证明了电磁波具有和光相类似的特性。如电磁波和
光波一样，也具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质，特别是从它的频
率和波长直接确定了其传播速度等于光速。为了纪念赫兹在电磁波研究中的
贡献，电磁波又被命名为“赫兹波”。电磁波的发现有着非同寻常的意义，
它的发现导致了科学技术的又一次重大变革。特别是为有线电报向无线电报
的发展开辟了道路。
电磁波的发现展示了极为诱人的前景，此后不少科学家、发明家把眼光
投向了电磁波，把研究的方向转向了无线电。赫兹验证电磁波存在的实验说
明，使用快速振荡的电火花产生极高频率的电磁波，可以使在远处的导线回
路产生相同的电振荡。这一原理显示，无线电通讯的成功近在咫尺了。法国
物理学家布朗利（1844—1940），1890年改进了赫兹的电波接收装置，可在
140米外接收到赫兹电波。英国物理学家洛奇（1851—1940）对接收器又做
了进一步改进，在800米外成功地接收到莫尔斯电码发送来的信号。在无线
电接收器的改进过程中，检波器曾一度成了科学家们着力攻克的关键部件。
然而攻克这一难关，在技术上取得突破，真正使无线电进入实用阶段的重要
人物——意大利人马可尼 （1874—1937）——当时仅是个名不见经传的20
岁的年轻人。1894年马可尼在意大利的电气杂志上读到赫兹的实验和洛奇的
报告以后，便立志献身于无线电技术的开拓事业。他把自己家里的阁楼作为
实验室，带着不顾一切的执着投入了忘我的实验工作。父亲不理解马可尼的
行动，更没有领悟到儿子“工作”的意义，他认为马可尼是在做一种毫无意
义的游戏，盛怒之下，粗暴地毁坏了马可尼的实验设备。幸运的是，马可尼
的哥哥亚比索给了弟弟极大的支持，才使马可尼的研究得以继续。马可尼在
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实验中发现如果将发送器和接收器的一端接地，另一端接到天线上，就能有
效地改进电波的发送和接收。1895年9月，马可尼在哥哥亚比索的协助下，
终于成功地进行了第一次无线电传播实验。马可尼将一块铁皮用作发射机的
天线，在密封的玻璃管中装入镍粉和少量银粉，并排除其中的空气，制成了
较为理想的检波器。1896年，马可尼用功率较大的发送器成功地将电波信号
传送到2—5英里的地方，当年便获得了发明专利权。马可尼无线电实验的成
功，使他的父亲深受感动。父亲亲自陪伴他拜访意大利邮政部长，希望获得
对这项发明的承认和支持，但他们得到的却是鄙视与冷落。因此马可尼又和
母亲一起来到英国，在英国他得到了邮政部的热心支持，马可尼在索尔贝林
平原上成功地进行了相距15公里的无线电通讯。1897年7月，马可尼获得
了伦敦专利局批准的专利。同年又在伦敦建立了马可尼无线电信公司。由于
马可尼在英国的成功和影响，意大利政府向他发出了回国工作的邀清。马可
尼高兴地接受了邀请，并将自己的公司更名为“意大利无线电公司”。
对无线电通讯做出重要贡献的还有俄国物理学家波波夫（1859—1906）。
他于1895年5月7日在彼得堡物理化学协会物理学部年会上，用他制成的世
界上第一台无线电接收机成功地进行了无线电通讯的公开实验。波波夫曾任
俄国水雷学校教官。在对无线电通讯系统的改进中，他也设置了天线。1896
年波波夫又实现了海上船舶间的无线电联系。1897年俄国海军在克朗施塔得
建立了无线电报局，波波夫所创造的无线电报设备在俄国军舰上获得了应
用。1898年马可尼成功地实现了跨越英吉利海峡的无线电通讯。1901年12
月12日，马可尼又将无线电讯号发射到大西洋彼岸，即从英国的康瓦尔传播
到加拿大的纽芬兰，其间相距2700公里，终于实现了越过大西洋的无线电联
系。从此，无线电通讯进入实用阶段，使世界通讯事业出现了新的面貌。此
后马可尼又研制出一套高效能的接收系统，进一步改进和完善了无线电通
讯。由于他对无线电通讯的杰出贡献，在 1909年和德国物理学家布劳恩共同
获得诺贝尔物理学奖。
无线电报的发明和应用，引发了一系列重大的技术突破，开辟了无线电
技术的新时代。继无线电报成功之后，无线电广播、雷达、电视等新技术相
继出现、纷纷登场。
无线电能够准确地传播莫尔斯电码，自然人们就想到了能否用无线电直
接传播人的声音。美国物理学家费辛登 （1866—1932）早就萌生了这样的念
头，并且成为率先实现传声无线电的科学家。费辛登原在爱迪生实验室工作，
1900年又到美国气象局从事无线电实验。1902年他建立了专门的实验室，开
始进行传声无线电的研究。费辛登历经4年顽强的奋斗，终于成功的设计制
造了一套传播声音的无线电装置——人类历史上第一个无线电广播电台。在
1906年圣诞节前进行了第一次播音。这一天，有些报务员从耳机中破天荒地
听到了空中传来的节日祝福。
传声无线电的播音成功，又刺激了收音装置的迅速发展。1904年英国电
气工程师弗莱明 （1849—1945）发明了具有检波作用的二极管；美国的设计
师浮来斯特（1873—1961）又于1907年发明了具有放大作用的三极管。后来
美国电气工程师阿姆斯特朗又发明了超外差装置。于是收音机得以发展和推
广的条件趋于成熟。
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四、物理学革命与相对论的创立
19世纪末到20世纪初是物理学发生巨大变革的年代，相对论（包括狭
义相对论及广义相对论）和量子力学在这个世纪之交先后诞生，这一场对经
典物理学的深刻革命使人们对自然界的认识深入到微观，扩大到字观，并大
大推进了20世纪人类社会和科学的进步。考虑到两个理论之主要成果产生的
时间，相对论的创立将在本书中叙述，而量子理论的建立留待世界现代后期
科技史中介绍。
1。狭义相对论的创立
（1）经典物理学的内在矛盾和麦克尔逊—莫雷实验的“零结果”
1687年夏，牛顿（1643—1727）《自然科学的数学原理》的出版标志着
物理学的第一次大综合。该著述集中了作者多年来潜心研究的成果，他天才
地统一了伽利略 （1564—1642）的力学成就和开普勒（1571—1630）等所揭
示的星体运动规律，提出运动三定律和万有引力定律，形成了经典力学（也
称牛顿力学或古典力学）的理论体系。后人为这个体系的进一步发展和完善
又作了许多出色的工作，拉格朗日 （1736—1813）的《分析力学》和拉普拉
斯（1749—1827）的《天体力学》堪称经典力学的颠峰。到19世纪初，经典
力学大厦几乎是“尽善尽美”、“坚
