2017年4月28日

電報技術的尋根之旅

作者/歐陽太閒,就讀美國哥倫比亞大學電機工程研究所博士班,研究領域為系統生物學、高通量定序資料分析與癌症生物標記。


90年前的電報站設備。(作者提供)
意外買下了一組約90歲,被厚厚的灰塵包裹的電報站設備。原來只是好奇透過上面的銘牌與刻字調查其來歷,卻展開了一段電報技術的尋根之旅。

18世紀時的歐洲在電學研究有許多重大進展,鼓舞了當時的科學家探索電力的新應用,其中一項即是利用電力傳遞訊息。但此時的成果受限於操作困難或者傳輸距離太短,難以廣泛應用。直到1837年美國的摩斯(Samuel Morse)和英國的惠斯同(Cooke Wheatstone,發明惠斯同電橋)獨立提出可以商業化營運的系統。前者用一條電線,傳輸用長短電壓變化編碼的字元,控制接收端的電磁鐵舉起或敲下撞針,將訊號記錄在紙捲上,再解出字元;後者用多線並列傳輸一個字元,控制接收端多個連接電磁鐵的指針左右轉動,指向收到的字元。

然而摩斯系統的用戶很快就發現,不需要看紙捲紀錄,直接聽接收器的敲擊聲音變化就可以解出字元,因此接收機的結構可以大幅簡化。當時的美國很窮,工業技術和教育水準也落後,在幅員廣大的領土上電報線路若出了問題,也不易維修。製造容易、成本低廉又可靠的摩斯系統遂廣受歡迎,很快普及成為電報系統的標準。

這些技術的突破鼓舞了當時的創業家投入成立電報公司,例如1851年,紐約密西西比谷印刷電報公司(New York and Mississippi Valley Printing Telegraph Company)在紐約成立,該公司後來在1856年和康乃爾(Ezra Cornell,創辦康乃爾大學)創立的電報公司合併,改名西聯電報公司(Western Union Telegraph Company)成為世界最大的電報公司之一,即為這套設備原來所屬的公司。因為電報業務沒落,西聯公司目前已轉型成為金融服務公司,在世界各地提供跨國匯款服務。

同時期的歐洲電報業也迅速發展,1869年時丹麥三家公司合併成為大北電報公司(Det Store Nordiske Telegrafselskab Aktieselskab),該公司實際為英國與沙皇俄國控制,目標是建立橫跨歐亞的電報系統。該公司的服務範圍向西拓及挪威、巴黎、倫敦;向東則沿著中國海岸線鋪設海底電纜,連接長崎、上海和香港。但電報編碼系統原來是以拉丁字母為基礎發展而成的,遇到同音異字的漢字就無用武之地了。所以1869年大北電報公司延請丹麥海軍學院的數學教授,以通曉中文和阿拉伯文,研究古星象聞名的謝勒普(Hans Schjellerup)開發中文電碼。其原理是用4碼數字代表1個中文字,並用類似康熙字典的部首查詢字元。該工作後來轉委法國人威基謁(Septime-Auguste Viguier)完成,並在1871年(同治十年)年於上海出版成書,稱為電報新書。相較於世界各國積極嘗試新科技,清政府一直拒絕核准陸上電報線建設,最後大北電報不顧清方禁令自行開建。到了1874年(同治十三年)被急派到臺灣處理牡丹社事件的欽差大臣沈葆楨上書直陳電報線對於國防的重要性,清政府才核准建立福建沿海的電報線。大北電報公司現在已轉型成生產耳機與助聽器的廠商。

19世紀後幾十年電報設備逐漸發展成熟,設備的構造與外型逐漸定型。裝備中有黑色圓型按鈕的裝置即為電報鍵(telegraph key)。電報鍵其實就是一個電路開關,控制電路開閉以發送訊息。這型設計是1890~1915年間流行的款式,屬於1881年邦乃爾(Jesse Bunnell)發明專利的衍生型。有兩個圓筒的裝置用來接收訊息,叫做音響器(sounder)。該音響器由曼哈頓電業公司(Manhattan Electric Supply Company)承製。這個設計也是由邦乃爾的專利衍生而來。裝置上的兩個圓筒即兩組線圈,用作電磁鐵,有電流時產生磁場吸引上方鐵片,控制敲擊桿敲打銅製機身,發出聲音供解碼。因此最簡單的電報系統就是串聯的電源、電報鍵(開關)、音響器(電磁鐵)而已。

這位不太有名的邦乃爾在投入電報設備發明前,曾在1861年美國內戰時,加入卡內基(Andrew Carnegie,後來成為美國鋼鐵大王、創辦卡內基美隆大學)創立的聯邦軍事電報服務(Union Military Telegraph Service),跟著林肯(Abraham Lincoln)領導的聯邦軍征戰。美國內戰結束後,邦乃爾投入電報裝備的改良,並在1878創立邦乃爾公司(J.H. Bunnell & Company)生產電報設備。他發明的專利電報鍵和音響器因為可靠耐用而大受業界歡迎。在1908年全美電報界給卡內基祝壽的晚餐會上,邦乃爾公司將迷你版的音響器做為禮物,贈送給邦乃爾在內戰時期的老長官卡內基和當時的電報業界聞人。祝壽餐會上有個名不見經傳的年輕人,名叫沙諾夫(David Sarnoff),他在餐會兩年前加入在1895年發明實用無線電系統的馬可尼(Guglielmo Marconi)創辦的無線電報公司的美國分公司。餐會4年後的4月15日,週日值班的沙諾夫接收到來自大西洋的無線電訊息,表示有重大船難發生,沙諾夫遂連續3天不眠不休譯碼並轉發事件的進展。這艘遇難的船即鐵達尼號,因此該事件讓沙諾夫聲名遠播。1915年時沙諾夫創辦生產電視的RCA公司與國家廣播公司(National Broadcasting Company),成為電視廣播業的霸主,也曾和發明FM技術的哥倫比亞大學教授阿姆斯壯(Edwin Armstrong)合作,但後來兩人為了FM發明專利權鬧翻而打官司。這樁官司一直到1967年由阿姆斯壯遺孀勝訴才塵埃落定。

回到電報站設備本身,這組電報鍵和音響器剛買來時積了相當厚的灰塵。但清理後,用電表檢查發現各部件仍可導通,零件也不需潤滑就能操作,於是試著自行架起一個小型的電報線路。通上電源後發現,這組近一個世紀以前的設備,仍然可以順暢地收發摩斯電碼。雖然這組設備在今日看來極為原始,在當年卻是人類最先進的科技結晶。更有意思的是,這項技術的發展,竟串起這麼多風雲人物。讓人不禁想,現在沒沒無聞,卻仍焚膏繼晷地推進知識疆界的科學家與工程師們,有朝一日,或許也能名留青史呢。

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