The Romance of Modern Invention Archibald Williams 1196 downloads.pdf

古腾堡计划电子书：《现代发明的传奇》
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书名：《现代发明的传奇》
作者：阿奇博尔德·威廉姆斯
发布日期：2012年10月24日 [电子书编号#41160]
最新更新日期：2024年10月23日
语言：英语
更多信息及格式请访问：www.gutenberg.org/ebooks/41160
致谢：由克里斯·卡诺、马修·惠顿以及http://www.pgdp.net上的在线校对团队共同制作（该文件是由互联网档案馆提供的图片资料整理而成的）。

*** 古腾堡计划电子书《现代发明的传奇》开始 ***

现代发明的故事
作者：阿奇博尔德·威廉姆斯

加利福尼亚州帕萨迪纳鸵鸟养殖场所使用的太阳发动机。它能驱动泵，每分钟可输送1,400加仑的液体。
[参见第210、211页。]

现代发明的传奇

书中以通俗易懂的语言介绍了无线电报、液态空气、现代火炮、潜艇、飞艇鱼雷、太阳能发动机、飞行器等诸多主题的有趣内容。

作者：阿奇博尔德·威廉姆斯，著有《现代机械的传奇》《现代工程的传奇》等作品。

附有25幅插图。

伦敦：西利有限公司，地址：大拉塞尔街38号，1907年。

前言
本书旨在以生动有趣的方式，避免使用专业术语，向年轻人介绍现代发明的一些最新进展；同时，也向他们展示那些尚未完全展现其全部价值的最新发现。
作者衷心感谢以下各位在文字内容与插图方面给予的帮助：马可尼无线电报公司의 커스버트 홀先生、윌리엄 서그先生、한스 크누드센先生、F.C.B. 콜先生、E.J. 라이브스先生、안톤 폴락先生，以及泰洛图格拉夫公司、파슨스 증기 터빈 회사、모노타입 회사、바이오그래프 회사、로코모빌 회사、스피드웰 모터 회사。
1902年9月

目录
页码
无线电报 7
高速电报 28
电话——无线电话 39
留声机——转盘留声机——电话录音机 54
电传打字机 72
现代火炮——步枪——机枪——重型武器 83
——炸药——在枪械工厂中 83
飞艇鱼雷 126
潜艇 143
动画电影 166
巴黎大型望远镜 183
拍摄不可见之物——暗光摄影 194
太阳能发动机 207
液态空气 213
无马马车 224
高速铁路 258
海上快船 272
机械飞行 284
机器排版 306
彩色摄影 317
照明技术 330

插图目录
帕萨迪纳鸵鸟养殖场所使用的太阳发动机——封面图
马可尼先生的小屋一角——10页
马可尼先生的移动通讯站——16页
波尔杜塔楼——22页
古列尔莫·马可尼——26页
高速电报系统：接收装置——28页
高速电报系统：穿孔纸带样本——34页
一组独特的留声机——56页
电传打字机：接收端与发送端——72页
电传打字机：主要部件示意图——75页
电传打字机：实际应用示例——76页
西姆斯装甲汽车——114页
“荷兰号”潜艇——144页
“荷兰号”潜艇的内部结构——150页
“荷兰号”潜艇处于下沉的最后阶段——160页
巴黎大型望远镜——188页
皮姆利科地区的液态空气公司工厂——214页
塞尔波莱特在“复活节彩蛋”上的工作——224页
由液态空气驱动的汽车——242页
液态空气驱动汽车的原理图——246页
英国皇家海军的鱼雷驱逐舰“毒蛇号”——278页
桑托斯-杜蒙的飞艇绕埃菲尔铁塔飞行——288页
桑托斯-杜蒙的飞艇返回朗尚普斯机场——300页
排版机——308页
单版印刷机——312页

无线电报
1845年的某一天，一个伪装成贵格会教徒的男子在大西部铁路的斯劳站登上火车，前往伦敦。当他抵达伦敦后，这个外表看似无辜的贵格会教徒却因被指控在斯劳附近犯下谋杀罪而被捕，这让他极为震惊和沮丧。关于这起谋杀案的情报以及凶手的外貌描述已通过电报从案发地传送到帕丁顿，那里的侦探在火车上跟踪这名罪犯，等待合适的时机将其逮捕。塔威尔最终被审判、定罪并处以绞刑。从此，公众第一次真正意识到，这种尚未得到充分发展的电报技术其实蕴含着巨大的潜力。

13年后，两艘船在大西洋中部相遇，它们携带的电缆被连接起来，然后向相反方向延伸，最终延伸到了爱尔兰和纽芬兰。同年8月7日，第一条电报信息从新大陆传到了旧大陆。至此，电报已成为一种具有全球影响力的通讯工具。

其历史上的第三个具有里程碑意义的事件则发生在最近。1901年12月12日，22岁就已声名远扬的意大利青年古列尔莫·马可尼再次获得了更大的声誉。在纽芬兰的医院角，他通过风筝、长导线、装有金属微粒的精密装置以及电话听筒，接收到了来自康沃尔郡的同事们发送的信号。康沃尔郡的波尔杜站与医院角之间并没有任何导线相连。那些用摩尔斯电码表示字母“S”的三个短点信号，是通过那无边无际、神秘莫测的电磁波传递的——那种我们现在经常听到其存在，但智者们却认为我们对其知之甚少的物质。

马可尼的这一伟大成就自然令全世界震惊。当然，也有一些人质疑这一报道的真实性。而另一些人则惊慌失措，甚至急于相信大西洋已经被跨越了，于是纷纷抛售自己持有的电缆公司股票。用金融市场的术语来说，电缆公司的股票出现了暂时的“下跌”。不过，世界很快又恢复了平静。

这一次，那些它曾略有耳闻的实验终于取得了巨大的成功，这一成就本身已经十分惊人，但与它所引发的新闻传播方式的变革相比，或许还远远算不上什么。无线电报这一主题极为广泛，要在单章之内详尽阐述是不可能的。同时，对于一本旨在向读者介绍最新科学研究进展的书来说，忽略这一主题也是不可行的。事实上，它所吸引的关注度足以让它不仅占据一席之地，而且应处于核心位置；正因如此，这些最初的几页将用于简要介绍无线电报的历史与理论，并提及一些用于在空间中传递信号的不同系统。在寻找切入点时，作者倾向于从“以太”这一重要话题入手——目前许多科学领域的研究者都在日益关注这一概念，希望从中找到对诸多目前起源不明的现象的解释与关联。那么，什么是以太呢？首先，它的存在仅仅是一种假设，就像原子和分子的存在一样。没有人能够声称自己真正见过或体验过它。只有当这种假设能够解释并调和我们所观察到的各种现象，并使我们能够建立起可经科学验证的正确理论时，它才有存在的合理性。科学家们目前的观点是：我们所能看到和触摸的一切，包括空气以及浩瀚的宇宙空间，都被某种极其微妙的物质所渗透；无论某物看起来多么连续，其实不过是被这种名为“以太”的物质分隔开的原子群而已。推理使他们得出了这一结论。显然，任何效应都不可能凭空产生。把时钟放在钟罩下，我们就能听到它的滴答声；一旦抽出其中的空气，滴答声就会消失。那么，之前存在于钟罩中的、现在却不见了的东西是什么呢？那就是空气。因此，根据逻辑，我们可以得出结论：空气才是让我们能够听到滴答声的原因。没有空气，就没有声音。再者，把一支点燃的蜡烛放在抽空空气后的钟罩另一侧，我们仍然可以清楚地看到它。空气的缺失并不会影响光线的传播。但是，我们真的能相信在蜡烛与我们的眼睛之间存在着完全的空隙吗？不可能！与其这样想，不如认为钟罩内也充满了那种能够将烛光传递到眼睛中的物质，就像外界的空气一样。另外，假设我们测量一根铁棒……

在金属还处于冷却状态时需小心处理，之后再对其加热。我们会发现它的体积有所膨胀。可以说，铁原子比之前更具能量，它们彼此之间产生排斥力，因而间距变大。那么这些间隙里有什么呢？不是空气——因为无论金属是热态还是冷态，空气都无法穿过它。不！是以太：它能轻易穿过那些连空气分子都无法通过的微小缝隙。

这是马可尼先生在“明尼阿波利斯”号轮船上的舱室一角，展示着用于无线电报通信的仪器。

再假设我们在铁棒的一端连接电池的负极，另一端连接正极。无论铁棒是热态还是冷态，都会有电流流过它，这说明电流能够跨越所有的以太间隙，或者说是通过这些间隙从一个原子传递到另一个原子。
因此可以得出结论：以太不仅无处不在、渗透于一切物质之中，更是热量、光、电，甚至思维所依赖的介质。

这些波动本身是从一点传递到另一点的。那么，这种传递究竟是如何实现的呢？我们无法想象以太会以一种毫无规律的方式运作。答案就是通过波动来实现的。以太应当被视作一种极具弹性的固体。当我们所说的热、光或电作用于以太的某一部分时，就会使周围的粒子开始运动，但这些粒子的运动方向是横向的，而非向前；这种运动方式就像一条尾巴被拴住的蛇一样。这些以太波的长度差异极大，它们对我们身体或敏感仪器的作用则取决于其长度。通过巧妙的装置，人们已经测量出了各种波的长度。当每秒有5000亿个波，且每个波的长度仅为1/4万英寸时，它们就会影响我们的眼睛，这时我们就称之为光——红光。当波的数量变为原来的两倍而长度减半时，就会出现紫光。而当波的数量进一步增加、波长继续缩短时，我们的身体就无法感知到这些光了；我们没有任何方法能够察觉到它们的存在。同样地，频率低于红光的振动也是无法被感知的，直到频率降至每秒100次时，我们才能感觉到热量。以太波可以比作钢琴上的音符，我们目前只了解其中的一些音阶而已。那些未知的音阶正在被逐步发现。例如，著名的X射线就被归类为最高的音阶；而电波则位于光与热之间的音阶上。40年前，克拉克·麦克斯韦教授提出，光与电之间存在着密切的联系，二者可能仅在于波长不同而已。后续的研究证实了他的理论——光速（每秒185,000英里）与电流速度实际上是相同的。波恩大学的赫兹也在1887年至1889年间证明了，光的反射、折射以及光线聚焦等现象都可以通过电流来再现。因此，科学家们认为，所谓的光和电其实源于同一机制——以太的振动。不过，由于光和电的表现形式截然不同，人们很容易认为它们属于完全不同的性质。

例如，如果在蜡烛与眼睛之间放置一层极薄的金属片，光线就会被阻挡。不过这种金属片却能很好地传导电流。相反，玻璃这种会排斥电场的物质却是透明的，也就是说它允许光线通过。此外，电流可以随意绕过各种障碍物，而光线则只能沿直线传播。

为消除疑虑，我们只需拿着一支点燃的蜡烛，再把金属屏放上去——光线无法穿透，但热量却可以。如果用装满明矾溶液的极薄容器代替金属屏，那么光线就能透过，而热量则会被阻挡。由此可见，热量和电流都能穿透那些光线无法穿过的物质；而光线则无法穿过那些同时阻挡了电流和热量的屏障。我们还必须记住，真空空间也能让各种能量从太阳传递到地球。

当遇到我们所说的固体物质时，以太波会受到影响，这并非因为固体物质中缺乏以太，而是因为存在其他物质，这些物质会影响介于两者之间的以太。以玻璃为例，它会使以太发生变化，从而使一系列快速波动的光波能够继续在其缝隙中传播，而长波电波则会受到严重阻碍，最终完全消失。另一方面，金属则能容纳缓慢振动的波（即长波），但却会迅速抑制光线的快速振动。换句话说，透明性并不仅限于光。所有物体对某种类型的射线都是透明的，许多物体甚至对多种类型的射线都是透明的。

或许还可以证明，根本不存在所谓的绝对阻隔，我们之所以无法检测到某种能量的穿透，只是因为缺乏足够精密的仪器而已。

需要牢记的关键点如下：
1. 以太是一种普遍存在的介质，能够传递各种形式的能量。
2. 这些能量形式的不同仅在于它们的振动频率不同。
3. 振动频率决定了波在特定物质中的穿透能力。

通常情况下，任何类型的物质都会对光产生阻滞作用——也就是说，它们并非像以太那样理想的导体——而许多物质，尤其是金属，对热量和电流的敏感度则高于以太。

将勺子迅速插入热茶中时，勺子会变得极其烫手；而即使手紧贴着茶液，也只会感受到轻微的温暖而已。我们也都注意到：在电路中，哪怕存在极微小的空气间隙，也会阻碍电流的流动——因为电流根本无法穿过这样的间隙。如果电流强度足够大，它仍会强行跨越这个间隙，从而产生火花，这些火花不仅亮度极高，温度也极为惊人。金属导线对于电来说，就如同话筒对于声音而言；它们可以说是存在于空气与以太中的“电气管道”。不过，就像站在话筒外的人能够听到通过话筒传来的声音一样，拥有“电气听觉”的仪器也能检测到流经导线的电流。无线电报之所以能够实现，是因为人类发现了能够充当“电气耳朵”或“电气眼睛”的仪器，这些仪器能够捕捉并记录那些此前无法被检测到的振动。已知最早的无线电报形式就是通过光来传递信息——有人会在山上点燃灯光或火堆，以此作为激发以太产生波动的工具，这些波动会以惊人的速度向前传播，直到到达接收端，也就是那个能够看到光线的人的眼睛。之后便出现了电报技术。起初人们使用的是完整的电路（两根导线），但在1838年人们发现，如果只使用一根导线，而用接地线来替代另一根导线，那么其效果不仅同样显著，甚至比使用金属电路时的效果还要好两倍。这样，向无线电报技术迈出了第一步。接下来的步骤自然是去掉另一根导线。这一成就最初是由莫尔斯教授取得的，他在1842年无需任何金属连接即可通过苏斯奎哈纳河发送信号。他在河流两岸各铺设了一根长度为河流宽度三倍的导线，其中一根导线上装有电池和发射装置，另一根则装有接收装置或检流计。这两根导线的两端都连接有浸在水中的大型铜板。莫尔斯得出的结论是：只要导线足够长、铜板足够大，就可以实现无限距离的信息传输；虽然有相当一部分电流会在水中损耗，但依然可以完成信号传输。[1]

[1] 此处需要指出的是，将“无线电报”这一术语用于电气系统其实具有误导性，因为它暗示了无需使用电线；而实际上所有电气系统都是依靠电线来工作的。不过，由于人们普遍认为“无线电报”指的是无需金属连接即可进行电报传输的技术，再加上那些更为先进的通信方法越来越减少了电线的使用量，因此这一术语仍然被沿用下来。

大约在同一时期，来自邓迪的苏格兰人詹姆斯·鲍曼·林赛也以类似的方式在泰河对岸发送信号。1859年9月，林赛在邓迪的英国协会上发表了一篇论文，他在文中声称，通过在美国和英国的海岸线上铺设电线，再利用表面积为130平方英尺的电池、面积为3000平方英尺的浸入式电极以及重达300磅的线圈，他便能够实现从英国向美国的消息传递。然而，由于资金匮乏，这位贫困的学者无法开展大规模实验以获得公众的支持。他于1862年去世，留下了这样一位人物的声誉：即便面临重重困难，他依然通过不懈的努力取得了非凡的电气学成就；更何况他还曾着手编纂一部包含50种语言的巨型词典！

马可尼先生的无线电报传输装置。
电信号通过物质、金属、大地或水进行传输时，是通过电路中的电流传导来实现的。而当采用空中传输方式时，也就是用电离层来替代一根或两根导线时，就有两种传输方法：感应法与赫兹波法。
先来说感应法。每当有电流流过导线时，导线周围的电离层中就会产生磁性，从而形成“磁场”。这些磁波会向四周无限延伸，一旦遇到与带电导线平行的导线，就会在该导线上诱发出与原来电流相似的感应电流。只要有电存在……

那里也存在磁性，反之亦然。电能够产生磁性，而磁性也能产生电。贝尔电话的发明使得电报员能够利用这一规律。1885年，当时担任邮政总局顾问电气工程师的威廉·普里斯爵士，在纽卡斯尔附近架设了两个绝缘的导线方阵，每个方阵的边长为440码。这两个方阵呈水平状态且相互平行，彼此之间的距离为四分之一英里。当电流在一个方阵中流动时，另一个方阵中的电流也会通过电话被检测到，即便两个方阵相距1000码，电话依然能正常工作。威廉·普里斯爵士由此证明了，即使没有接地连接，信号也可以通过空气传递。1886年，他在相距4.5英里的两根平行电报线上发送了信号；1892年，他还在布里斯托尔海峡中的弗拉特霍姆岛与威尔士海岸相距3.3英里的拉弗诺克之间建立了稳定的通信联系。如果赫兹波这种强大的竞争对手没有出现的话，感应法本可以取得更大的成就。1887年，赫兹教授发现，当莱顿瓶释放的电荷通过带有空气间隙的导线时，火花也会以几乎完整的圆形或方形路径穿过与莱顿瓶保持一定距离的导线中的间隙。这种“电眼”或检测器可以通过螺丝调节其间隙宽度，当间隙达到某一特定值时，其检测效果最为显著，此时检测器或接收器便能与发射器“同步”。赫兹因此确立了三个重要事实：(a) 静电在空气间隙中释放时，会在周围的空间中产生强烈的电波；(b) 这些电波可以被捕捉到；(c) 在特定条件下，捕捉装置的效果最佳。正是基于这三大发现，马可尼先生等人开发出了最新一代的无线电报技术。他与巴黎的布兰利教授、克朗施塔特的波波夫教授、夏洛滕堡的斯拉比教授以及许多其他人一起，致力于改进这种技术。

用于发送和接收赫兹波的装置。他们的实验表明，无线电报通信需要满足两个条件——

（i）这些波必须具有很强的穿透力，能够穿透任何障碍物；
（ii）它们必须保持自身的能量，从而使最大的能量传递到接收端。

第一个条件最适合由波长较长的波来满足；而第二个条件则适合由频率极高的波来满足，就像光一样。为了获得最佳的电报传输效果，必须在两者之间找到一个平衡点——既不能使用长度达千英里的交流发电机产生的波，也不能使用频率高达数千次/英寸的光波。据估计，赫兹波的频率为230,000,000次/秒，对应的波长为1.5码。不过，这一频率和波长在实际中会有很大波动。

马可尼的发射装置由三部分组成：电池、一个感应线圈（线圈的两端各有一个黄铜球，位于空气间隙的两侧），以及一个莫尔斯电码发送键。当按下按键时，电池中的电流会流经线圈，并在黄铜球上积累电荷，直到电荷量足够大，使得电荷以数百万次的频率在两个黄铜球之间跳跃，从而产生火花。空气间隙越大，就需要积累更多的电荷才能引发跳跃，进而产生更强的振动。马可尼发现，如果用铝线将覆盖有锡纸的风筝或气球与其中一个黄铜球相连，就能大大增强波的效应。有时，他也会用安装在两三百英尺高的杆子上的导体，或是船的桅杆来代替风筝或气球。

现在我们来看看接收器。

1879年，D·E·休斯教授发现，当麦克风与电话相连时，即使麦克风距离正在通电流的线圈有几英尺远，电话里仍然能听到声音。简单来说，麦克风在最基本的形式下就是电路中的一个松散连接点，它会导致电流以极快的频率间歇性流动。他发现，金属麦克风在受到波的影响后会粘附在一起，而碳制麦克风则不会如此。

这种装置具有自恢复功能，即一旦电波效应消失，它就能立刻恢复到原来的松散接触状态。1891年，巴黎的布兰利教授发明了一种“相干器”，其实不过是给麦克风另起的名字罢了。五年后，马可尼对布兰利的发明进行了改进，并为自己的相干器申请了专利。这种装置是一个很小的玻璃管，长度约为两英寸，内径为十分之一英寸。管子的两端各有一根导线，这些导线末端装有两个银质插头，插入管子内部。两个插头之间留有1/32英寸的间隙，该间隙中填充着特殊的粉末——由96份镍和4份银混合而成，还含有极微量的汞。在密封之前，管子内的空气几乎被完全抽走。除非受到电波的冲击，否则这个充满粉末的间隙实际上属于非导电体。这些金属颗粒彼此之间的接触非常轻微，因此能够有效阻碍电流的通过。但当赫兹波穿过空间并击中相干器时，这些颗粒会突然紧密挤压在一起，从而形成一条让电流可以通过的通道。电流会驱动一个“继电器”或电路，使得更强的电流能够不断通过；每当相干器受到电波影响时，这个继电器就会动作。它还会带动一个装置，在每次电波作用后轻轻敲击管子，使颗粒重新分散，为下一个电波的到来做好准备。此外，它还配有莫尔斯电码发送装置，可以将文字以点划的形式记录在长纸带上。可以说，相干器类似于火车的司机，而“继电器”则相当于火车引擎。司机本身没有足够的力量来推动火车，但他有足够的力气启动蒸汽机，让引擎来完成工作。相干器虽然无法用于驱动莫尔斯电码记录装置所需的强大电流，但它可以轻松地将强电流切换到另一个电路中。由于篇幅有限，这里无法详细介绍马可尼利用改进后的仪器所取得的成就，但附上的列表可以显示出他是如何逐步增加信号在空间中的传输距离的。1896年，他来到了英国。那一年，他从邮政总局的某个房间向100码外屋顶上的一个站点发送了信号。不久之后，他便实现了在索尔兹伯里平原上2英里的信号传输。

1897年5月，他从拉弗诺克角向3又1/3英里外的弗拉特霍尔姆发送信号。这一成功发生在关键时刻：正如我们所知，W·普里斯爵士早已用他的方法跨越了同样的距离；而马可尼则用他的设备尝试了三天仍未能实现这一目标，因此似乎新的系统在两种方法中效果更差。不过，马可尼将发射装置移到悬崖下方的海滩上，并通过导线将其与悬崖顶上已架设的电线相连，凭借灵机一动，他终于完成了任务——有了更长的导线来发送信号。他与弗拉特霍尔姆立即建立了通信联系，次日又与布里斯托尔海峡对岸、相距8又2/3英里的布里安唐建立了联系。此外还有以下数据：

- 尼德尔斯酒店到斯瓦奈奇：17又1/2英里
- 索尔兹伯里到巴斯：34英里
- 法国海岸到哈里奇：90英里
- 怀特岛到蜥蜴岛：196英里
- 海上（1901年）：350英里
- 1901年12月17日，英格兰到美国：2099英里

1902年2月底，还发生了一次更为显著的成就，尽管可能没有上述例子那么令人震惊。马可尼在乘坐“费城号”轮船前往美国的途中，一直与康沃尔郡的波尔杜保持通信联系，直到船只距离波尔杜1550英里远时仍在接收信号，这些信号可以通过摩尔斯电码记录下来，任何熟悉该编码的人都能解读。信号还能在另外500英里的范围内被接收到，但由于他的设备强度不足，马可尼无法回复。

波尔杜塔楼是马可尼无线电报公司为在英格兰与美国之间建立跨大西洋无线电报通信系统而建造的。四座塔楼上悬挂着电缆，这些电缆则延伸至塔楼中心的建筑物内。这些塔楼高215英尺，由木材制成。

1901年底，当这一跨大西洋通信成就被公布后，有些人对整个系统提出了批评。批评者们指出了两个缺陷：首先，他们认为信息传输的速度太慢，无法保证该系统的可行性。马可尼先生则回应说，曾经有一段时间，通过跨大西洋电缆每分钟传输一个单词就已经算是不错的速度了；而他如今已经能够在很远的距离上以每分钟22个单词的速度发送信息。速度的进一步提升只是时间问题而已。

第二个反对意见在于：信号被发射到太空中后，任何处于其覆盖范围内的仪器都可能接收到这些信号，从而导致信息泄露；此外，当多组电波同时在以太介质中传播时，也会造成混乱。这位年轻的意大利发明家在实验过程中一直意识到这些缺陷，并试图找到解决办法。在最初的尝试中，他使用抛物面形金属屏来将电波导向所需方向，防止其扩散到其他方向。他还利用金属条与检波器配合使用，这些金属条的尺寸经过精心设计，能够最有效地响应特定频率的电波。来自电线、风筝等装置的电振荡虽然强度很大，但其能量会迅速以一系列逐渐减弱的振动形式散布到太空中，因此它们会在一定程度上影响到沿途遇到的任何接收器。如果你走进一个有钢琴的房间，在乐器附近制造出很大的噪音，就会听到一连串的音符声。但如果你用音叉敲击后将其靠近琴弦，只会有与音叉频率相同的那一根琴弦产生反应。无线电报系统需要一种类似音叉功能的装置。不幸的是，人们发现，发射端和接收端的频率匹配度越高，它们能够有效作用的距离就越短——电“噪声”的传播范围比电“音符”更广。不过，马可尼先生已经取得了相当大的进展，他将调频系统的保密性以及“噪声”系统的强大传输能力结合在了一起。通过精心调整的金属条和线圈，他使得一系列单个强度较小但具有高度规律性的电波能够在接收器上产生累积效应，就像在接收器表面储存电能一样，直到其强度足以克服检波器的阻力。事实证明，至少在中等距离范围内，调频式无线电报的保密性不亚于有线电报（因为有线电报有可能被窃听）。在美洲杯帆船赛期间，马可尼先生每天向《纽约先驱报》发送总计4000字的消息，尽管有人试图截获这些信息，但他仍成功保持了信息的保密性。他声称自己拥有多达250种不同的调频方式；实际上，这种调频方式的种类似乎没有上限，因此那些企图……

“发报人”就如同试图打开一个不知道密码的密码锁的人。他或许能够找到正确的频率，但成功的可能性极小。可以肯定的是，随着无线电报技术的快速发展，不久之后就能实现数百甚至数千英里距离间的信息传输。

这种新式电报技术为人类带来的巨大前景无需多言。摆脱了昂贵电缆的束缚、拥有便捷通信手段所带来的好处显而易见。我们只需想象：现有的所有电线网络都被电磁波所取代或补充，这些电磁波能够在那些无法通过金属线路连接的地点之间传递信息——比如船只与船只之间、船只与陆地之间，以及各种移动或固定的物体之间。

如今，海上航行中乘客与外界失去联系的时间已经缩短了。跨大西洋航行的无消息期现在只有三天而已。各国海军正在配备各种仪器，这些仪器在未来的海战中可能会发挥与大型火炮同等重要的作用。像我们这样的海洋强国更应庆幸：不久的将来，我们的帝国将通过看不见的电信号相互连接，而敌人将无法发现或切断这些信号。

1899年，艾尔顿教授在电气工程师协会上聆听马可尼先生的演讲后，用几句话生动地描绘出了无线电报的浪漫之处：“如果有人想呼唤朋友，”教授说道，“他会使用一种强烈的电磁声波，只有拥有相应接收装置的人才能听到。

‘你在哪儿？’他会问道。得到的回答可能是‘我在煤矿深处’，或是‘正在穿越安第斯山脉’，又或是‘身处太平洋中央’。或者，尽管不断呼喊，却依然没有回应，那样这个人就会知道自己的朋友已经死了。让他们想想这意味着什么；想象一下每天在房屋各个房间之间传递的呼唤声，再设想这种呼唤声能够延伸到更远的地方。”

从一极到另一极；并非嘈杂的喧哗声，而是只有愿意倾听的人才能听到的呼唤，而对于那些不愿倾听的人来说，则完全是寂静的。”——古列尔莫·马可尼。

艾尔顿教授的预言何时能实现？谁也说不准。科学中充满了各种惊喜，普通人常常怀着些许恐惧去思考接下来会发生什么；而像开尔文勋爵这样的智者则谦逊地承认，与大自然那神秘的内部运作机制相比，他们的知识其实微不足道，近乎无知。

高速电报技术
尽管无线电报技术取得了惊人的发展，但我们不应忘记，在传统的有线电报传输方式上也有许多令人瞩目的改进，尤其是在速度方面。在一年中的某些季节或一些难以预料的特殊情况下，人们会急于通过连接重要城市的电线来传递信息。即便是最优秀的电报操作员，也很难保持每分钟50个单词的传输速度，而且这种状态也难以持续半小时以上。莫尔斯电码中，每个字母平均需要3个信号来表示，而一个单词的平均长度为6个字母。因此，50个单词总共需要900个信号，即每秒15个信号。即便只是短时间内发送这么多信号，也会让操作员感到极为疲惫。

为了解决这个问题，人们找到了用机械装置来替代人工操作员的方法，从而处理实际的信号发送工作。1842年，瑟索的一位钟表匠亚历山大·贝恩发明了所谓的“化学电报”。需要传输的文字会被以大号金属字体打印出来，全部为大写字母，这些字母与电池的正极相连，而电池的负极则接地。一个由五个部分组成的金属刷子，每个部分都连接着一根导线，该刷子会在金属字体上移动。每当刷子的某个部分接触到金属时，就会形成电路，从而向接收站发送电流。在接收端，有一个类似的刷子以相同的速度在浸有碘化钾的纸上移动。电流的作用会使溶液发生分解，使其变成蓝色或紫色。最终，文字就会以纵向排列的形式呈现出来，每个字母之间有白色间隔，这些间隔代表了刷子接触点之间的间距。

Pollak & Virag公司在其高速电报系统中使用的接收装置。该装置能够以每小时50,000字的惊人速度接收并记录信息。

Bain化学电报机则能以每分钟1500字的速度传输信息，这一速度是普通对话速度的十倍！不过，即便后来通过改进将传输线路从五根减少到一根，由于信息编码方式的原因，该系统仍不够实用，未能得到广泛应用。取而代之的是速度虽慢但更为实用的系统——即双工电报和多工电报系统。

当信息通过电线传输时，实际用于生成信号的时间要长于电流在电线中传播所需的时间。发明者们利用了这一特点，开发出了这样的方法：不仅可以通过同一根电线同时发送两条或多条信息，还可以让这些信息朝不同方向传输。当信息相互交叉传输时称为“双工传输”，而当它们一同传输时则称为“多工传输”。

多个通信设备能够共用同一根电线的原理，是将它们与线路接触的时间进行分配。假设有四个发射器同时从伦敦向爱丁堡发送信息，那么这四个设备的电线都会接入一个圆形接点装置中，该装置由数百个绝缘段组成，这些绝缘段与四个发射器依次相连。这样，设备A就会与第1、5、9、13号绝缘段相连；设备B则与第2、6、10、14号绝缘段相连；设备C与第3、7、11、15号绝缘段相连，以此类推。在每个绝缘段的顶部，有一个与通往爱丁堡的电报线路相连的臂状装置，它以恒定的速度旋转。在大约1/500秒的时间里，该臂状装置会将某个绝缘段与某个设备连接起来。如果“分配器”上有150个绝缘段，且该臂状装置每秒旋转三次，那么每个设备与线路的接触频率将超过每秒110次。而当传输速度达到每分钟50个字时，每秒产生的15个信号平均会分布在7次接触时刻中。爱丁堡也有类似的接收装置来接收这些信息。显然，为了使系统正常工作，避免出现混乱，这些旋转臂状装置必须以完全一致的恒定速度运转。当伦敦的臂状装置位于第1号绝缘段上时，爱丁堡的臂状装置也必须处于相同的位置。多路电报系统中最大的难题就是如何精确控制时间。哥本哈根的保罗·拉库尔发明了一种名为“音叉轮”的装置来驱动这些臂状装置，因为它的动作是由音叉的振动来控制的。这种轮子由软铁制成，边缘带有齿状结构，它在磁铁附近旋转。每当有电流流过磁铁时，磁铁就会吸引轮子上最近的那个齿；如果有一系列规律的电流通过磁铁，那么轮子的转动就会保持均匀。拉库尔利用音叉来确保电流脉冲的规律性——音叉每秒的振动次数是固定的，每次振动都会闭合电路，从而向磁铁输送电流。要找到两个频率相同的音叉其实很容易。

这样一来，伦敦站和爱丁堡站的旋转速度就能保持一致。这种“中断器”系统极为灵敏，最多可同时发送16条信息，这意味着单根导线每分钟能够传输500到800个单词。不难理解，这样的系统能带来巨大的成本节省——与使用多根独立导线相比，仪器及中断器等设备的成本其实微不足道。通过使用那些比人类大脑和手更快地生成信号的自动发射器，线路的传字能力还可以进一步提升。查尔斯·惠斯通爵士发明的自动发射器早已被邮政机构所采用。需要发送的信息首先会被刻录在带有三排平行孔洞的长带上：中间那一排仅用于引导带子通过发射机，而两侧孔洞的位置则决定了要发送的信号内容。例如，当三个孔（包括中间的那个）处于同一位置时，就代表莫尔斯电码中的“点”；如果左侧的孔位于右侧孔的后方一个位置，则代表“划”。在处理长篇通讯内容时，工作会分配给多名操作员，他们共同操作打孔机，每分钟可以打出250到300个单词的符号，而发射机则能在同一时间内发送同样数量的信息，同时还具有无需休息的优点。该发射机的运作原理在于改变电流的方向或性质。带孔的带子会经过一个带有两个触点的摆动杠杆，以及与电池两极相连的电极板。一旦有孔位于触点下方，触点就会下降并形成连接。在接收端，导线则与缠绕在永磁体极柱上的线圈相连。这种磁体具有北极和南极，其中一极具有吸引力，另一极则具有排斥力，能够吸引或排斥钢或软铁。只要在软铁棒上绕几圈与电池极柱相连的导线，就能使其暂时变成磁体。不过，哪一端是北极、哪一端是南极则取决于电流的方向。如果电流沿着北极的方向流动……

永磁体能够增强磁体的吸引力，但如果磁力方向相反，则会降低其吸引力。在磁带上相邻的“点状”孔洞会使得正电流和负电流在极短的时间内依次出现；而那些并非相对位置的“划线状”孔洞则能让正电流在导线上停留更长时间。因此，莫尔斯码信号会在记录磁带上以不同的时长停留，从而形成一系列的点和划线——这取决于墨水从纸上被带走的速度是快还是慢。惠斯通式录音机的工作速度可达每分钟400字，如果使用两台机器通过多路复用方式协同工作，这一速度自然会翻倍。不过，作为一种高速传输设备，它已被两位匈牙利电工安东·波拉克和约瑟夫·维拉格的最新发明所超越。他们的发明将穿孔带传输技术与电话及摄影技术相结合：信息通过穿孔磁带发送，再通过电话振膜以及光照敏感纸来记录下来。1898年，这两位发明家为布达佩斯的联合电气公司测试了他们的系统。匈牙利的首都通过两条双线与200英里外的一个站点相连，这两套系统共同构成了全长400英里的传输线路。各种天气条件下的测试表明，波拉克-维拉格系统能够在这样的距离上以每小时10万字的速率传输信息。从匈牙利出发后，他们又前往美国，在那里60分钟内就有至少155,000字的信息被发送和接收。这一平均速度——每分钟2580字，即每秒43字——实在令人惊叹！即便是在相距950多英里的纽约和芝加哥之间，该系统的传输速度也能保持在每分钟1000字左右。能够实现如此惊人效果的装置有两种类型：一种用于以莫尔斯电码记录信息，另一种则能生成清晰可读的手写字符。前者传输速度更快，但后者的可读性足以弥补其速度较慢一半的缺陷。

用于Pollak-Virag系统传递信息的穿孔带样本，以及接收端所接收到的信息样本。

莫尔斯电码法与惠斯通系统极为相似：信息是通过在带上打孔来准备发送的。不过两者的孔位有所不同——在惠斯通系统中，每个点与划号都需要两个孔，而Pollak-Virag系统则只需一个孔。如果孔位于中央引导线的右侧，则表示“划号”；如果位于左侧，则表示“点”。

前述的“电流反向”方法会使得接收端的永磁体吸力或斥力发生变化，从而影响隔膜的移动。该隔膜的中间部分通过一根极细的金属棒与一面小镜子的中心相连，而这面镜子则通过两点铰接在支架上。隔膜的微小移动会引发镜子的大幅摆动，镜子前后倾斜时会将电灯的光线反射到透镜上，透镜再将光线聚焦成亮斑，最终投射到感光纸上。

在最初的装置中，发明者们将纸张固定在垂直圆柱的周面上，该圆柱通过轴心以恒定速度旋转，轴心下方装有螺纹，这样，被光线照射的纸张部分就会沿着螺旋路径从圆柱顶部到底部移动。不过，在后来的版本中，人们开始使用连续的感光纸带，同时用一个水平罩将灯与镜子隔开，该水平罩上开有螺旋形缝隙，其长度恰好相当于圆柱一周的弧长。这个水平罩会与驱动感光纸带的机械同步旋转；随着它的转动，灯丝发出的光线能够穿过缝隙照射到镜子的位置会不断从右向左移动，而镜子反射出的光线则从左向右照射在感光纸上。当一行文字记录完成后，水平罩的右端又会开始让光线透过缝隙，于是明亮的光点会在已经移动了一段距离的纸带左端重新开始工作。镜子的前后移动会在纸上形成所谓的“之字形轨迹”，这种记录方式从纸带的这一侧延伸到另一侧，由一系列上下起伏的之字形线条组成，这些线条对应着莫尔斯电码中的点与划。用于传输手写字符的装置比上述装置更为复杂，现在需要使用两部电话机，而且打孔带上有五排孔洞。如果我们拿起练习本查看其中的字母，就会发现它们各自占据1条、2条或3条空间带。例如，字母“a”占据1条空间带，字母“g”占据2条，而字母“f”则占据3条。在书写字母时，手指的移动会形成曲线和直线，而这些曲线则是水平移动与垂直移动共同作用的结果。为了能够绘制出曲线，Pollak和Virag先生不得不再增加一部电话机，这部电话机上还装有一根金属杆，该金属杆与镜子相连，且依靠三个点而非两个点来支撑镜子。其中一个点是固定的，另外两个点则代表着两个控制杆的末端，这两个控制杆可以分别或同时使镜子进行垂直和水平的移动。

在继续之前，先简单介绍一下这种带孔的纸张。正如我们所说，它上有五排孔洞。最上面的三排孔洞仅与字母的上下笔画有关，而最下面的两排则与横向笔画相关。当某一组的孔洞与另一组的孔洞同时作用时，就会产生复合运动或曲线。

最上面那一排孔洞会让强度已知的负电流通过导线，从而在字母的上部区域产生向上的笔画及回程笔画——例如字母“t”的上部。第二排孔洞则让强度与负电流相等的正电流通过，这些电流会影响字母中部区域的上下笔画，比如字母“o”中的笔画；第三排孔洞传递的正电流强度是负电流的两倍，它负责形成字母中部及下部区域的双倍长度的垂直笔画，例如字母“p”中的笔画。

为避免生成的图像呈现为一系列之字形，垂直方向上的回程笔画必须与出程笔画走相同的路径；由于光点会持续从纸张的左侧移动到右侧，因此必须有与之相抵消的力量存在，这样才能确保光点的运动轨迹完全垂直。而在其他情况下，不仅水平方向的运动会相互抵消，而且从右向左的力还必须大于从左向右的力，这样才能形成诸如字母“e”中的左弯笔画。为此，第4排和第5排的孔洞会传递电流，从而驱动第二个电活门，该电活门会带动镜子在垂直轴上移动，从而使光线水平反射。

可以注意到，第3、4、5排孔洞的大小各不相同，这样就能让不同时长内的电流顺利通过。正是通过这种方式，才能形成字母如“r”、“w”、“v”、“b”等中的连接部分。

一旦感光纸条被光点的移动所覆盖，它就会通过滚筒进入显影和定影的化学溶液池中，这样一来，信息的接收就完全自动化了。

读者可以通过波拉克先生发送的一条简短信息来亲自了解这一巧妙系统的效果。实际上，这条信息的传输仅需两秒钟，而且清晰度极高。

据说，借助一种特殊的“多路复用”装置，一条通信线路上可以同时使用30组波拉克-维拉格装置！读者应该能够……

通过简单的计算，就可以得出关于它们联合产出的一些有趣数据。

电话。
在任何一个大城市里，都能看到大量细电线横跨街道、穿过房屋。如果沿着这些电线的走向追踪，会发现它们最终会终止，或者说是合并成电缆，然后消失在房屋的某个角落里——那就是电话交换机。如果反向追踪，情况则会有所不同：有些电线会通向公共机构，有些则通向办公室，还有些则通向私人住宅中的房间。有时，这些电线的终点会在城镇内；而有时则会延伸到乡间，穿过绿野和林荫小道，最终连接到某座坐落在豪华公园里的宅邸里。也许还需要行驶数百英里，才能找到连接两座重要城市的干线；甚至有时还得潜入海底，沿着海底电缆寻找信号。
除了那些横跨城镇的可见电线外，还有许多电线通过专用管道埋设在地下。此外，还有许多电话线根本不会离开建筑物，它们的作用就是实现同一栋建筑内各个房间之间的通信。电话以及与其配套的电铃，现已成为所有大型场所的必备设施。房主想要与厨师、管家、园丁或马车夫通话时，只需使用电话即可，这样既节省时间又省力。如果他想与城里的办公室通话，除非有直接线路连接，否则就需要先拨打电话交换机——正如我们所知，该地区的所有电话线都会接入这个交换机。通常，人们是通过快速转动手柄来触发电动磁铁，从而让交换机里的铃铛响起。交换机里的操作员，通常是女性，她会询问来电者想要通话的人的号码，然后拨打该号码，从而连接双方的线路。
在某些电话交换机中，比如新设立的邮局电话交换机，电铃已被灯具取代，这大大方便了操作员的工作，因为他们的耳朵不必再一直忍受铃声的干扰。当用户挂断电话听筒时，电流会流入继电器，进而接通与用户号码对应的电灯的电路。

在通话过程中，当对话结束时，再次挂断电话的动作会点亮另一盏不同颜色的灯，以此提示线路已重新可用。在美国这个拥有大量自动设备的国家，有时甚至不需要接线员。用户可以通过机械装置与任何其他用户建立联系，除非该用户正在通话中，此时会有拨号器记录下这一情况。从1901年国家电话公司传输的8.07亿条信息量，以及邮政系统传输的8900万封电报这一数据，就可以看出电话的普及程度。不过，在美国和德国，电话的使用范围比英国更为广泛。在美洲西部人口稀少的草原地带，农舍通常与数英里外的中心站相连，这样他们就能获取外界的消息，并彼此保持联系。或许作为一个整体，我们还没有充分认识到高效电话系统的优势；正因如此，许多地区仍然没有电话服务，因为无法找到足够的用户来保证系统的正常运行。有人强烈建议，通过普及电话服务，可以缓解我国的人口流失问题，让人们能够在远离城镇的地方生活，同时仍能与城镇保持紧密联系。目前，为了方便接触客户，许多商人更愿意将住所设在业务所在城市的周边。如果能有面向所有人的廉价且高效的电话服务，就能减少现有情况下所需的诸多出行，同时由于不必居住在城镇附近，人们也可以回到乡村去生活。就连挪威也拥有完善的电话系统。在人口较少的地区，电报几乎不用，但在那些隐藏在峡湾深处的偏僻小村子里，却能找到电话。瑞士也是一个多山的国家，但在电气技术方面非常先进，其电话服务价格十分低廉。在伯尔尼或日内瓦，用户第一年需支付4英镑，第二年2英镑12先令，第三年则只需1英镑12先令。相比之下，纽约的收费则要高得多，根据服务类型不同，每年需支付15英镑10先令到49英镑10先令不等。

作为一项造福公众的发明，电话在匈牙利的双都布达-佩斯展现出了最出色的作用。1893年，一位名叫西奥多·布施加施的人在那个城市创办了一份堪称“报纸”的刊物，而这份刊物完全依靠电话来传递信息。其出版场所其实就是电话交换机，电线和各种仪器则取代了印刷品的作用。订阅者们只能通过听音来了解当天的新闻。

这份名为《Telefon Hirmondo》或“电话报纸”的刊物拥有六千多名订阅者，他们只需支付18弗罗林的费用，相当于每天约一便士，就能享受12小时的电话服务。

新闻是通过电话、电报以及记者们以常规的新闻采集方式收集的，然后通过平版印刷技术印在宽6英寸、长2英尺的纸条上。这些纸条会被交给那些嗓音洪亮且经过训练的人，由他们朗读内容，再通过传输设备将信息传送到各个订阅者的耳边。

订阅者们能够准确知道何时该收听信息以及会听到什么内容，因为每个人的手持设备上都有严格的节目安排。需要说明的是，《Telefon Hirmondo》并非单纯的报纸，它除了具备一流报纸的功能外，还兼具娱乐、演讲、布道、表演、政治演说以及音乐播放等功能。电话办公室通过电线与剧院、教堂和公共大厅相连，通过特殊的接收器获取那里的声音，然后再通过电线将这些声音传送到成千上万的订阅者手中。因此，布达-佩斯的居民只需查看节目表，就能知道何时能听到自己喜欢的演员或布道者的讲话。女士们也能及时了解到当季的时尚动态。孩子们也并未被忽视，每周都会安排专门的时段为他们提供讲座或音乐会等娱乐内容。

那些热衷于广告宣传的人也有机会发声，不过他们为此需要付出高昂的代价——只需支付1弗罗林，那些播音员就会为他们的产品宣传12秒钟。广告时间被安排在新闻报道之间，这样一来，除非订阅者愿意冒着错过部分新闻的风险而挂断电话，否则就不得不听到这些广告。

多亏了“Telefon Hirmondo”，传教士、演员或歌手在衡量自己的受欢迎程度时，不再需要考虑前方座位的情况，而只需关注自己表演时有多少电话正在使用。另一方面，用户也无需再花费大量时间步行、等待、打车以及承担各种费用。事实上，如果这一理念进一步发展下去，我们甚至会怀疑：当电话机就放在手边、能通往如此多娱乐场所时，布达佩斯的人还愿意起床吗？他们会不会变得极其懒惰？而那些表演者面对着越来越少有人使用的观众席时，又会怎样呢？一排排的电话机真的能激励出未来的利顿、帕蒂、欧文或格莱斯顿这样的杰出人物吗？这似乎很值得怀疑——毕竟电话机可不会表现出兴趣或鼓掌。

那个挂在墙上的、外观简单的电话机里到底有什么呢？它要么放在一个小红木箱旁，要么横放在箱子上的支架上。在较老式的电话机中，发射器和接收器是分开的：前者固定在箱子前面，后者则可以移动，以便贴在耳朵上。不过，更先进的型号将发射器和接收器整合在一个可移动的手柄中，这样听筒就能靠近耳朵，而话筒则位于嘴巴的对面。只需用手指按下一个小杠杆，就可以根据需要启动其中的一个部件。

起初我们可能会对这种电话机的构造感到有些畏惧，后来则可能会对其感到愤怒，但实际上它的结构相当简单。第一台实用的电话机是由苏格兰人格雷厄姆·贝尔在1876年发明的，它由一根长长的木制或电木制手柄组成，手柄中央有一块永久磁铁，磁铁的一端绕着一小圈绝缘导线。导线的两端穿过手柄，连接到两个端子，从而与线路相连。在距离磁铁绕线极点很近的地方，还固定着一块薄薄的圆形铁板，铁板上有一个漏斗形的听筒。当铁板处于静止状态时，它是凹状的，其中心会被磁铁吸引而向磁极靠拢。当有人对着听筒说话时，声波会振动隔膜，使其中心向外或向内移动。隔膜的这种运动会影响磁铁的磁性，有时会增强它，有时则会减弱它，进而在线圈中产生强度不同的电流。

这些电流通过线路传送到另一部电话中，从而激发该电话中的线圈，进而影响远处磁体的磁性，这种磁性会吸引或释放位于磁极附近的振膜，进而使空气产生波动，其效果与扬声器播放声音时产生的波动极为相似。为使电话具备足够的传输能力，以便实现远距离通话，人们认为应该用特殊的发射器来替代普通电话，并在电路中加入电池，以提供比电话端磁体所能产生的电流强得多的电流。1877年，爱迪生发明了一种由碳制成的特殊发射器。他发现，当碳材料的两个表面被压得更紧时，电流就越容易通过；其原因可能是接触点增多，从而为电流提供了更多的传导路径。因此，他的发射器包含一个与振膜相连的灯黑小圆盘，以及另一个碳制或铂制圆盘，振膜的振动会以不同的力推动第一个圆盘。从本质上讲，爱迪生的发射器只是麦克风的一种改进形式——它起到调节电流的作用，而贝尔电话则仅起到激发电流的作用。现代电话则将爱迪生的发射器与贝尔的电话接收器结合在一起。后者对电流极为敏感，即便是最微弱的电流也能被检测到。我们已经知道，马可尼在他的著名跨大西洋实验中就使用了电话来识别来自康沃尔的信号。电话也可以使用“地线回路”来代替第二根导线；但由于这种方式会使电话受到同杆上其他导线或地面产生的杂散电流的影响，现在通常会使用两根导线来构成完整的金属电路。即便如此，用户仍有可能听到相邻线路上的对话内容；笔者就曾通过这种方式首次得知拉迪斯密斯解围的消息。由于海底电缆存在自感现象，导致难以在其中传导电流，目前电话还无法用于长度过长的海底线路。不过，英国与法国之间已有一条长23英里的电话电缆，连接圣玛格丽特湾和桑加特；苏格兰与爱尔兰之间则有一条长26英里的电缆，连接斯特兰雷尔和多纳哈迪。第一条电缆使得伦敦与……之间能够进行通话。

马赛则距离900英里；而后者使得人们可以通过格拉斯哥从伦敦与都柏林通话。目前最长的直通线路是纽约与芝加哥之间的线路，其整个线路需要1900英里的坚固铜线，这些铜线被架设在35英尺高的电杆上。在完善的通信系统中，电话的传输效率极高，因此无论通话双方相距50英里还是500英里，几乎不会有什么差异。没有理由认为从开普敦到开罗的电话线路不能实现非洲两端之间的清晰语音通信。我们甚至有可能看到这样的日子：伦敦的商人能够与悉尼、墨尔本或惠灵顿的代理人进行通话。法国电工热尔曼先生已经朝着这一目标迈出了一步，他发明了一种可以使用更强电流的电话，这样一来，海底电缆的通话范围自然也就扩大了。我们通常使用的电话，由于碳膜的存在，只有少量电池电能能够传送到导线中。不过，接收器的灵敏度极高，这在很大程度上弥补了电流强度不足的问题。热尔曼先生则改变了这一状况，他的电话发射器能让高比例的电流流入导线，而接收器的灵敏度则相对较低。这样就能实现“高音量通话”——这其实并非什么新事物，爱迪生早在1877年就发明过类似的产品——这种电话能够以极其强劲的方式还原语音。在特殊管状接收器的帮助下，热尔曼先生实际上已经通过与伦敦-巴黎线路具有相同阻力的线路传递信息，其音量之大，即使在15码外的开阔地带也能听到！

无线电话
在无线电报已经引起全世界极大关注的今天，得知可以在相当远的距离上进行语音的无线传输这一事实，应该不会让读者感到惊讶。我们之前已经提到过这一点（参见“无线电报”部分）。

威廉·普里斯爵士通过并联的导线系统跨越了巨大的空气间隙，使得一侧产生的声音能够传递到另一侧。此后又出现了另外两种传输方法；在介绍第一种方法之前，我们不妨先简单谈谈格雷厄姆·贝尔发明的光话机。在这种装置中，光被用来充当扬声器与听者之间的“金属连接”。贝尔教授在设计光话机时使用了与电电话相同的送话器，但他没有采用在磁铁前方工作的振膜来产生沿导线传播的电信号，而是使用了一面单面镀银的极薄玻璃镜。声音会使这面镜子从凹面迅速变为凸面，进而导致其反射能力发生变化。一束强光通过透镜聚焦在镜子的中心，再由镜子以一定角度反射，经过另一透镜后传向接收装置。接收装置则由一个抛物面反射器组成，它负责捕捉这些光线并将它们聚焦在硒电池上，而硒电池则通过电路与普通电话听筒相连。当说话者将信息输入送话器时，他会通过晃动镜子，向远处的硒电池发送一系列强度不同的光波。硒具有这样一种特性：在光照下，其对电流的阻碍作用比在黑暗中要小；而且光越强，这种阻碍作用就越小。因此，来自镜子的光波会不断改变硒电池的导电性能，从而使电流以不同的强度流过电话线。通过这种方式，贝尔教授成功跨越了800码的距离——他不仅能够传输语音，还能传输音乐音符，为此他使用了一个旋转的穿孔圆盘，该圆盘每秒会多次中断连续的光束。随着圆盘转速的提高，光闪的频率也会增加，从而在硒电池中产生相应次数的电流脉冲，这些脉冲再由接收装置转换成音乐音符。这样一来，借助机械装置，简直可以让“阳光”来演奏音乐了。从光话机之后，我们再来看看另一种利用光来传输声音的方法，而这种方法则与波士顿的哈蒙德·V·海斯先生有关。

马萨诸塞州。这一技术体现在“无线电话筒”或“光波扬声器”中，因为它能够利用强光束来传递人声。发光体会释放热量，一般来说，光线越强，产生的热量也就越大。目前，我们还无法在不借助热量的情况下产生强光，因为我们还不知道如何让其他振动以足够快的速度发生从而产生光的感觉。不过我们可以直接产生热量，而热量会使原子以及以太发生运动，从而产生光，但同时也会消耗大量能量。探照灯的电弧就能产生大量的光和热。光可以在数英里外被眼睛感知，但人体却无法察觉来自同一光源的热量。不过海耶斯先生发现，探照灯光束所携带的热量足以影响远处电话接收器中的机械“神经”。发送装置就是探照灯，其背面有四对导线，这些导线经过开关和电阻盒或调节器后与电话听筒相连。接收装置则是一面凹面镜，镜的焦点处有一个逐渐变细的玻璃灯泡，灯泡内装有对热量极为敏感的碳化灯丝。灯泡的渐细端穿过镜子伸入耳道中。如果想要传输信息，发话人就需要将探照灯转向想要通话的人，并发出相应的信号。收到信号后，对方就会将镜子对准光束并开始倾听。发话人的声音会控制探照灯的光束——声音越大，电弧发出的光就越亮；光束越强，传递到镜子上的热量就越多，聚集在敏感灯泡上的热量也就越大，从而导致灯泡内的灯丝膨胀。这种膨胀会通过渐细端传递给耳机。由于这一过程每秒会重复多次，耳机中就会充满声音，远处的各种语音变化都能被清晰地分辨出来。要进行通话，需要两套这样的装置，因为探照灯和灯泡的功能是不可互换的。不过，由于所有大型轮船都配备了探照灯，因此所需的设备其实已经具备。

只需少量费用即可完成这项工作。海斯先生的发明有望成为短距离无线电报技术的强劲竞争对手。它在各种天气条件下都能正常使用，且是一种高效的通信方式。与声话机一样，它也体现了声音、光和热这些现象之间的相互关联，以及它们如何被结合起来以实现特定目的。

接下来，我们把目光从空中转向地面，来看看费城的爱德华·F·柯林斯先生的发明。这位电工利用的是在地球中各方向流动的电流，以及与地球相连的电池所产生的电流。用于发送无线语音信息的设备包括几个便于使用的支架、多个储能电池、几组线圈，以及接收和发送装置。

发射器的作用是将电池中的电流通过线圈传递出去，再通过与地下导线网相连的电线，将经过强化的电流传送到地下。在地下产生的电信号会向各个方向传播，最终到达接收装置下方的类似屏蔽网，这些电流会影响到电话听筒中的敏感膜片。

实际上，这一系统与马可尼先生的系统非常相似，不同之处在于后者利用的是大气中的电波，而前者则利用的是地球内部的电波。两种系统都使用强化线圈；埋设的屏蔽网相当于空气中的风筝或气球；电话发射器则相当于电报的发送键；听筒则相当于接收器和中继器。毫无疑问，随着时间的推移，柯林斯先生将会调整他的设备，从而在地下产生与马可尼先生、洛奇教授等人所使用的那种能够为信息加密的电磁振动相同的效应。

留声机。
即便托马斯·爱迪生没有在电灯、电话、电动鱼雷、从矿石中分离铁的新工艺、电报、动态摄影以及无数其他发明方面创造奇迹，他依然会因为发明了留声机而名垂千古。凭借其将看似毫无用处的材料转化为惊人科学奇迹的才华，他当之无愧地被称为“西方魔法师”。其中最堪称魔法般的发明，便是那种能像人类耳朵一样捕捉声音、且具有无限复现能力的装置。由于它能再现清晰的人声，这一机械奇迹始终占据着极为重要的地位。当我们使用电话时，我们会意识到那些声音是正在与我们通话的人实时发出的；而留声机里播放的则是或许已经永远消失的人声，这种差异为这台机器增添了更多的浪漫色彩。

留声机诞生于1876年。可想而知，它的出现引起了巨大轰动。1877年，《泰晤士报》的一位撰稿人写道：“就在几周前，我们还为可以通过长长的电线以及两端的微型电磁铁，在相距数百英里的情况下进行语音交流而震惊不已。现在，另一种奇迹即将出现——这是一种纯粹的机械发明，它能够让人们说出的话被‘储存’下来，并可以反复播放，次数可达数百次，甚至数千次。那种能够将任意长度的信息录在金属盘上，再通过邮件寄送到世界任何地方，然后完全以发送者原本的声音重新播放出来的机器，会让人作何感想？至于那台能让已离世之人的声音以我们曾经习惯的音调与节奏与我们对话的机器，又该怎样评价呢？”

爱迪生设计的第一款留声机，代表了声音领域研究的巅峰成果。早在1856年，利奥·斯科特先生就发明了一种能够接收声音的装置。

“留声机”这一名称颇为响亮，因为它能够机械地记录下人类声音或乐器所产生的空气振动。该装置有一个类似喇叭口的巨大金属锥体，其较小的一端上有一层薄膜，而在这层薄膜上则连接着一个极为精密的笔尖，该笔尖在覆盖着黑色纸张的旋转圆筒表面留下痕迹。任何声音进入喇叭口后都会使薄膜振动，进而带动笔尖在圆筒上留下与振动相对应的线条。斯科特的装置仅具备录音功能，可以说它只是留声机的前半部分；20年后，爱迪生为它增加了播放功能。据《泰晤士报》的简述，他的装置结构非常简单，简单到许多科学家都怀疑自己为何没有想到要发明它。

一个带有连续方形螺旋纹路的金属圆筒水平安装在长轴上，该轴的一端装有与圆筒上螺旋纹路相同螺距的螺纹。轴由垂直支架支撑，还装有一个重飞轮以确保旋转速度保持稳定，人们通过手柄来转动这个轴。在带螺旋纹路的圆筒上方铺着一层薄锡箔，钢制笔尖轻轻置于锡箔上，笔尖通过弹簧固定，与振动膜之间则隔着一小块橡胶管。最后，还有一个大型吹嘴，用于将声音集中到振动膜上，从而完成整个装置。

要使用这台机器进行录音，需要将圆筒移动，直到笔尖接触到锡箔的某一端。对着吹嘴说话的人会转动手柄，让新的锡箔表面不断出现在笔尖下方。由于轴上的螺旋纹路与圆筒上的螺旋纹路具有相同的螺距，笔尖始终位于螺旋纹路上方，根据从振动膜传来的振动强度，笔尖会在锡箔上留下深浅不一的痕迹。

这是一组独特的留声机。1. 现存最古老的留声机，现藏于南肯辛顿博物馆。2. 用锡箔制成的留声机。3. 同类产品中较为便宜的型号。4. “观赏型”留声机。5. 结构完全相同、尺寸仅为前者一半的留声机。6. 装有留声机的玩偶。

当唱片播放完毕后，触点会从锡箔上移开，圆筒则回到原来的位置，触点再次在金属板上留下的凹痕处移动。此时金属板便成为主动部件，通过振膜振动向空气中传递声音，其振动的时间和强度与唱片播放时的情况相似。有趣的是，留声机的原理最初是由爱迪生用来作为电话“中继器”的。他注意到了格雷厄姆·贝尔最新发明的电话，以及长距离电话线中电流泄漏带来的不良影响。他发现，线路越长，浪费的电流就越多——其增长速度甚至超过了线路长度平方的比例——因此他希望将长距离线路分成若干段，再通过机械方式将声音振动从一段传递到另一段，从而大幅节省电能。

作为连接两个部分的介质，人们使用浸湿的纸条；针则固定在带有微小凹痕的装置上，用来将信息传递到另一部电话机中。而作为录音设备的留声机，则是后来才出现的发明。爱迪生最初设计的那个装置不仅笨重且操作不便，还存在诸多缺陷，远不能达到《泰晤士报》中所描述的那种效果。它的音质很差，唱片甚至无法承受一百次播放，十几次就会损坏。除此之外，还将一种唱片从一台机器上转移到另一台机器的转盘上时面临相当大的困难。由于忙于电话和电灯的研究，爱迪生暂时搁置了留声机的开发工作。他的兄弟格雷厄姆·贝尔、奇切斯特·贝尔以及查尔斯·萨姆纳·坦特则进一步发展并改进了他的初步设想。他们发明了“图式留声机”，采用了可轻松取下的圆筒形唱片。原来用锡箔的材料被替换成了涂在轻质纸制圆筒上的特殊蜡层。由发条驱动的马达取代了手动操作，这些新机器因此变得更加方便且高效。一旦有时间，爱迪生便再次投入到这项研究中。他设计了实心蜡圆筒，并为一种可用于削除旧记录表面、从而为新的记录创造空间的小型工具申请了专利。如今的留声机或图式留声机已经十分常见，但由于读者可能更了解它的功能而非其构造原理，这里就简单介绍一下它的一些主要特点。首先，当喇叭、隔膜以及记录针在唱片上移动时，唱片本身保持静止状态。而用锡箔制成的乐器则是相反的情况。唱片是通过一个极小的蓝宝石尖端来刻划的，该尖端末端呈圆形凹陷状，边缘极为锋利，能够在一块蜡上刻出微小的凹痕。这个尖端通过一系列精巧的重量与杠杆结构与厚度为1/140英寸的法国玻璃隔膜相连，从而实现运动。用于再现声音的部件则是一个直径与刻划尖端相同的蓝宝石球，它会依次穿过那些凹痕，将其运动传递给隔膜。由于这种装置对唱片的处理极为温和，因此即使重复播放上百次也不会对其造成明显损伤。

人类在无意识中模仿自然的方式实在令人称奇——留声机中的复制装置，其各部分的功能与耳朵中被称为锤骨、砧骨和镫骨的骨骼功能完全相同。若要了解留声机的工作原理，读者就必须先掌握声音理论。所有的声音都是由运动物体产生的脉冲所形成的，这些脉冲通常通过空气传递到耳朵中。声音的强度取决于脉冲的力度；音调则取决于单位时间内的脉冲数量（通常为1秒）；而音乐家们所说的音色，则是由主振动之外存在的次要振动所决定的。如果我们用强力放大镜观察留声机唱片表面，就会看到用刻刀在蜡上刻出的一系列凹槽，有的长而深，有的短而浅，它们以有规律的组别交替出现。当复制用的针以每秒约10英寸的速度在唱片上移动时，这些凹槽的深度、长度以及排列方式决定了最终产生的音符的性质。通过研究由隔膜驱动的针在特制纸上留下的痕迹，我们就能轻松理解那种神秘的音色变化，因为这种变化能够立刻显示出是哪种乐器发出了特定频率的音符。例如，中央C音是由每秒一定次数的空气冲击耳膜而产生的。同样的音符可能来自钢琴、小提琴、班卓琴、人的喉部、管风琴或圆号，但我们仍能立刻判断出它的来源。几乎不可能将钢琴和圆号混淆在一起。如果在该音符依次产生时让记录仪器持续工作，它就会记录下一条波浪线，每道波的长度都相同，但轮廓会根据音符的来源不同而有所差异。我们会发现，这些波本身也是波浪状的，边缘像锯齿一样参差不齐，而且那些较小的次级波大小也各不相同。这些次级波就是主音的谐波。有些乐器产生的谐波比其他乐器更多。这些微妙的波动被记录在蜡面上并得以再现，这充分体现了留声机在机械设计上的卓越成就。

此外，留声机不仅能记录这些复合音符，还能记录和弦或同时发出的多个音符，而这些音符可能来自不同的乐器。在运作方式上，它就像一个通过不断练习而能够同时处理账本中各种金额的人——不同的音波相互叠加、融合在一起。

留声机对各类声音的捕捉能力并不相同。班卓琴的二重奏能被很好地记录下来，而吉他则效果较差；同样，短号的表现相当出色，但低音鼓的效果却很糟糕。人声中的低音部分用小号来录制时能呈现出惊人的真实感，但女高音所依赖的高音部分往往听起来很“刺耳”。因此，即便在最完美的状态下，留声机也无法与人类极其敏感的耳朵相媲美；这部分原因在于，无论是录音装置还是播放装置中的振膜都有其自身的基频，这一频率与其他音符并不和谐，而人类的耳朵则像眼睛一样，能够适应任何振动。

不过，留声机的曲目几乎无穷无尽。可以说，它简直就是多种乐器的集合体。它能清晰、准确地再现管弦乐队的演奏、独奏乐手的表演、歌手的歌声、演说家的演讲，或是舞台上受欢迎的表演。正因如此，我们随处都能见到它——在娱乐场合、客厅里，甚至在火车站等公共场所，它总会诱惑着我们掏出多余的零钱来购买它。在伦敦的竞技场里，它能向数千名观众播放音乐；在婴儿房里，那些结构精巧的玩偶在按下按钮后，借助隐藏的机械装置，就能重复播放一些著名的儿歌旋律。

不应认为留声机仅仅是一种高级的科学玩具，它其实还有着更为重要的用途。在美国最近的总统选举中，留声机经常被用来为不同候选人的利益向大规模集会发表演讲，而这些候选人或许正在数百英里之外用同样的话语竭力宣传自己的主张。

由于学习外语发音需要不断模仿各种声音，因此在专家的指导下，留声机也被用于……

需要反复向学生们重复某些词语和短语，直到他们完全掌握其中的难点。在未来，这样的场景——即全班学生都聚精会神地听着带有纯正巴黎口音的留声机播放的内容——或许会变得很常见。

作为机械秘书以及速记员的替代品，留声机早已走出了试验阶段。世界上一些大型企业都在日常使用它，这充分证明了它在商业领域的价值。许多公司，尤其是美国的公司，都投入大量资金来建立留声机系统，以此节省人力与成本。经理们早上到达办公室后，会先阅读邮件；一旦理解了每封邮件的内容，就会将回复口述到留声机唱片上，随后这些唱片会被送到打字室，由助手将其放入留声机中，通过耳机聆听内容后进行打字。有趣的是，在加拿大政府所在地渥太华，人们也使用留声机来记录议会的会议与辩论内容。

因此，尽管这种“会说话的机器”可能不再具有娱乐性，但其实际用途却有望得到极大提升。在思考这种设备的未来时，我们不禁会想：如果我们不把各种有价值的声音记录下来，是否就错失了利用爱迪生这一杰出发明的机会？如果这些录音能保存在不会腐朽的材料中，并被妥善存放在国家专用的保管设施中，那么它们甚至可以流传数个世纪。要想了解它们对后代的价值，只需想象一下自己能够听到查塔姆伯爵那雄浑有力的演讲、伯克那富有感染力的言辞，或是西登斯夫人那充满激情的演说。在家庭层面而言，那些由祖父母或叔伯婶姑为后人留下的语音录音，无疑会成为极为珍贵的家族遗产——而那些挂在客厅相册里的肖像画，只不过能让我们看到这些人拍照时的着装变化罢了！

录音与制造——留声机唱片有两种形状：圆筒形和平板形。平板形唱片上有着从边缘向中心逐渐变细的螺旋形凹槽，仅用于留声机这种单纯的复现设备。其制造过程为……

其制作过程首先是在涂有极薄蜡膜的锌板上进行刻录：刻录装置中的锐利钢针会移除表面的少量物质，从而露出下面的锌层。随后，将酸液倒入该锌板上，酸液会腐蚀那些裸露的锌面，而不会影响到仍被蜡覆盖的区域。刻蚀完成后，蜡会被完全清除，进而从锌板上制出铸模或电铸负片。原始记录上的凹痕会在负片中以相同大小的突起形式呈现；当将这个负片压在经过适当处理的硫化橡胶或赛璐珞圆盘上时，圆盘上就会形成与原始记录相同的凹痕，从而再现原有的音调。圆柱形录音带的制作有两种方法：模具法与复制法。后者极为简单——只需将“母带”放置在一台机器上，该机器还会让一个与母带平行且相距较近的空白圆筒旋转。在“母带”上方有一个复制装置，它通过精细的杠杆与位于空白圆筒上的切割装置相连，因此一个装置的移动会带动另一个装置产生相应的移动。虽然这种方法的结果相当精确，但速度相对较慢，因此模具法逐渐成为更常用的方式。爱迪生最近发明了一种从蜡制正片获取负模的巧妙方法。由于锌圆筒的形状原因，无法像处理平面圆盘那样对其进行操作，因为制好负模后必须通过切割才能将其分离。于是，爱迪生凭借其一贯的毅力，试图找到一种能够对蜡进行电铸的方法——既然蜡是不导电体，就不会有金属沉积在其表面。问题在于如何在这种材料上沉积金属。凡是见过用于X光检查的克鲁克斯管的人，都可能注意到玻璃管上存在的黑色沉积物，那是由于负极不断释放出微小的铂颗粒所形成的。爱迪生利用了这种排斥作用，将蜡制录音带置于两个金电极之间的真空环境中，从而在其表面镀上一层极薄的纯金膜，之后便可以在其上轻松沉积银或镍。当镀层足够厚时，蜡就会被熔化，然后仔细清理电铸层的表面。要制作铸件，只需倒入蜡，待其冷却后会收缩到可以取出的程度。从这一工艺的复杂性可以看出，某些嘶嘶声或类似的声音也是可以通过这种方式来表现的。

深度小于百万分之一英寸的凹痕，却能被极其清晰地再现出来！圆筒唱片有两种规格，直径分别为2.5英寸和5英寸。直径较大的那种能带来更理想的复制效果，因为其凹痕尺寸更大，因此不易被复制装置磨损。每英寸100圈是标准的螺旋密度；但在某些唱片上这一数值会翻倍。

留声机、图音记录仪以及唱盘几乎全部在美国制造，那里有配备最先进设备与工具的大型工厂，日夜不停地工作以应对来自各地的订单。仅有一家工厂每天就能生产出一千台机器，其价格从几先令到40英镑不等。唱片则在英国大规模生产；既然爱迪生-贝尔公司已经推出了不会破损的赛璐珞唱片，其价格还将进一步下降。通过爱迪生的电铸技术，顾客无需更换圆筒即可更换唱片内容——他们只需将圆筒送到工厂，经过加热后放入模具中，并在巨大压力作用下让柔软的赛璐珞材料填充进模具中的凹痕里；不一会儿，“Auld Lang Syne”就变成了“Home, Sweet Home”，或是任何顾客想要的曲目。因此，更换唱片其实并不比从图书馆借一本新书更复杂。

照相留声机
这种乐器是一种完全依靠光和电力运行的留声机。电灯的火焰会随着声音振动而发生变化，从而导致其亮度随音调或音质的改变而波动。火焰发出的光线通过透镜聚焦在感光胶片上，经过常规处理后，胶片上就会出现与不同时刻的光强成比例的明暗条纹。随后，这张胶片会被置于灯光与一块与电路及电话相连的硒板之间。硒板对电流的阻抗会随着照射在其上的光强度而变化：当胶片上的暗部遮挡住灯光时，硒板的阻抗就会很高；而当光线能够照射到……

当薄膜穿过较为透明的部分时，其电阻会减弱。因此，电话机就会经历一系列影响“接收器”的变化。正如在录制语音时，声波会影响光线，而光线又会作用于敏感的薄膜；在再现声音时，薄膜则会影响敏感的硒板，从而将声波所传递的信息准确还原给电话机。

鲁默先生的方法有一个巨大优势：只需一张薄膜，就可以通过摄影技术制作出多份录音；另一个优势是，与Telegraphone类似，将同一张薄膜依次放在一排灯前，就能让相应数量的电话机正常工作。

这位发明家并不满足于自己的成就。他希望借助光和硒板不仅能记录声音，还能记录图像。

电话录音机
在分别介绍了留声机和电话机之后，我们可以简要探讨一下将这两种仪器结合起来的巧妙方案。所谓电话录音机，其实就是一种用于记录远处传来的声音的装置，它可以替代电话机中的听话人角色。

假设雷丁市的某位用户想要通过电话线与伦敦的朋友通话，但当他拨打朋友的号码后却发现朋友不在家或办公室里。他要么等待朋友回来，这会浪费大量时间，要么自己口述信息，而这又是一个缓慢且费力的过程——这就是普通电话机的局限性。但如果伦敦的那位朋友拥有电话录音机，那么接听电话的人就可以选择将电话线连接到该设备上并启动机器，这样，信息就能被存储下来，等朋友回来后再进行播放。

电话录音机是由J. E. O. 库姆伯格先生发明的。人们像平常一样将信息说进电话机的发射器中，声音产生的振动会通过电话线另一端的声波作用在记录笔上，从而在收信人的家中或办公室里的蜡筒上形成音轨，之后便可随时读取这些信息。该装置采用了极为灵敏的发射器。

如果需要，该装置可以如此设计：通过双通道管道，将所说的话同时传送到电话机以及普通留声机上，这样就能确保所有发送的信息都能被记录下来。由瓦尔德马·普尔森先生发明的Telegraphone具有与电话录音机相同的功能，但其不同之处在于它完全采用电气方式工作。它没有蜡制圆筒，也没有切割点；取而代之的是缠绕在圆柱形鼓上的钢丝（每圈都经过精心绝缘处理），以及一个非常小的电磁铁，该电磁铁有两个精细的触点，分别位于钢丝的两侧，轻轻贴合在钢丝上。随着鼓的旋转，整根钢丝会逐渐从这两个触点之间穿过，而位于钢丝另一端的扬声器则会产生一系列电脉冲，这些脉冲会使作为两个触点之间临时桥梁的那段钢丝磁化。三分钟半后，磁铁会从钢丝线圈的一端移动到另一端，随后会自动回到起始位置，为再次播放声音做好准备。实现这一过程的方法是将Telegraphone从电话线中断开，然后将其连接到普通的电话听筒或接收器上。一旦圆筒开始再次旋转，电磁铁就会受到钢丝中产生的磁场的影响，每当它接触到已被磁化的部位时，就会向接收器的振膜施加脉冲，从而使振膜以与原始信号相同的频率和强度振动。这样一来，即便消息已经传递数小时甚至数天，仍能清晰准确地再现出来。由于钢丝线圈的磁性效应能够持续相当长的时间，因此这条消息可以被重复播放多次。当需要用新的圆筒来录制新信息时，只需用永久磁铁沿着钢丝滑动，以消除上一条消息留下的磁性即可。普尔森先生还设计了一种用于接收特别长长度信息的仪器。与那种带有钢丝线圈的圆筒不同，这种仪器使用的是极薄的扁平钢弹簧带，该弹簧带从一个卷轴绕到另一个卷轴上，横跨两个电磁铁的极点，而这些电磁铁仅接触弹簧带的下表面。第一个电磁铁中有连续电流流过……

首先擦除之前的记录；接着，第二个磁铁会根据电话线传来的信号对磁带进行磁化处理。当信息传输完毕后，磁带会被送回原处，此时与接收器相连的磁铁会在磁带再次经过时输出清晰可懂的语音。普尔森机器使得通过多部电话同时传输相同信息成为可能，因为磁带可以依次经过与各部电话相连的电磁铁。

自动书写仪
第一次观看那支微型自动书写笔在带玻璃罩的装置中工作的情景，确实是一种奇妙的体验。尽管这支笔仅通过两根细线与外部相连，却仿佛拥有人类的思维能力。它能以流畅的笔迹书写，就像人类一样。在单词末尾，它会画上横线于“t”字上，再在“i”字上加点。写完一行后，它会将笔浸入墨水瓶中。它还能正确地添加标点符号，用简图来辅助表达文字内容，同时也能像手写一样使用速记法。它能够写出各种形状和大小的字母。

然而，却看不出它为何会如此行动。那个带玻璃罩的装置隐藏了控制它的机制，无论那是什么。我们的耳朵也听不到任何机械运转的声音。乍看之下，这种书写方式就跟那些出现在墙上、用来警告伯沙撒王的神秘文字一样令人费解。

实际上，它是大量耐心与机械巧思的成果，最终造就出了这种名为自动书写仪的奇妙仪器。之所以称其为“自动书写仪”，是因为借助它，我们可以将自己的笔迹以电信号的形式通过长距离的电线传送出去，就如同电报员用摩尔斯电码发送信息一样便捷。无论人在电线一端用自动书写仪写下什么，另一端的那台机器就能再现出同样的内容，即便两者相距数百英里之远。

承《电传图谱》公司慷慨许可。
《电传图谱》：上部为接收器，下部（去掉盖子后）为发射器。

该仪器的高度约为18英寸，其底座的边长也为18英寸。它由接收器和发射器两部分组成。接收器为垂直结构，构成电传图谱的竖立部分及后部；在其一侧还装有普通的电话接口。而发射器则是一个倾斜的桌面，便于手部操作，属于水平结构，位于设备的前方。一个站点的接收器与另一个站点的发射器相连；同一台仪器的这两部分之间通常无法直接通信。
我们将通过简单的图表来解释电传图谱的工作原理。

这些功能共有三点。首先，它必须准确再现发射端上所写的内容；其次，它只能再现文字内容，而非手部的所有动作；第三，它必须为记录笔提供新的纸张以及新的墨水以便书写。在示意图中，我们可以假设已移除电传打字机的所有覆盖物，从而看清其最核心的构造部分。为简化示意图，那些具有独立功能的线圈、导线和磁体并未全部展示出来，而且该图也不是按实际比例绘制的。不过，通过这些展示，读者仍能理解驱动该机器运行的基本原理。

先来看发射端：那里有一个小平台P，它的后端装有铰链，前端会根据铅笔施加的压力而微微上下移动。一卷纸则通过杠杆S来移动，而这个杠杆还有其他用途。P的右侧是电铃按钮E，左侧则是另一个小按钮K。铅笔位于两根小杆CC’的连接处，这两根小杆的另一端则与杠杆AA’相连。铅笔的任何动作都会通过CC’传递到AA’，再由AA’传递到LL’臂，而LL’臂的末端则是两个非常小的刷子ZZ’，它们会在RR’区域上移动。需要注意的是，铅笔的位置决定了这些小刷子会停留在RR’区域的哪个位置，进而决定了要输送到远端站的电流大小。从技术上讲，RR’区域被称为变阻器或电流控制器。每个区域都被划分为496个部分，这些部分之间由绝缘材料隔开，因此电流只能通过连接线才能从一个部分流向另一个部分。为了便于理解，示意图中仅展示了13个分区。深色线条代表绝缘层，WW’则是连接各个分区的细导线。如果电池B产生的电流从第1个分区进入变阻器，那么它必须穿过所有这些导线才能到达第13个分区。电流总是从第1个分区进入，但从变阻器出发的点则完全取决于刷子Z或Z’的位置。如果Z位于第6号位置，电流将穿过5圈导线，然后沿着L臂传输，最终通过主导线到达接收站；如果位于第13号位置，则需要穿过12圈导线。

电传打字机

在继续讨论之前，我们必须先明确电阻这一概念，因为整个电传打字机系统都是建立在电阻原理之上的。电流在通过细小的通道时也会遇到阻碍，这一点与水类似。用半英寸的管道输送水要比用一英寸的管道困难得多，而且无论管道的直径如何，管道越长，所需做的功就越多。因此，影响电阻的因素有两个：管道或导线的尺寸，以及其长度。
WW’这两根导线非常细，因此对电流的阻力极大；其阻力高到如此程度，以至于当电池B中的电流流经所有这些导线时……

在长距离传输过程中，电环所传递的力仅剩下原始力的十五分之一或更少。
这些变阻器彼此独立工作。当铅笔在传输纸上移动时，每个变阻器会向接收端发送一系列强度不同的电流。
现在我们需要重点关注接收器，它有两个臂DD’以及两根杆FF’，其尺寸与发射端的AA’和CC’相对应。这些臂DD’会通过线圈TT’上下移动，而线圈TT’则位于磁铁MM’弯曲处的圆形区域内。这些线圈相对于磁铁的位置取决于来自发射端的电流强度。每个线圈都会在螺旋弹簧的作用下移动，直到其产生的电力与弹簧的阻力达到平衡为止。电传图象仪最巧妙的设计之一，就在于能够精确调整这些线圈，使其能够准确跟随发射端中杆LL’的运动。

承蒙泰洛图格拉夫公司慷慨许可。
这是泰洛图格拉夫设备工作效果的一个示例：上方的示意图显示的是在发送端绘制的图案；下方则是同一图案，由数英里外的接收设备还原出来的结果。

现在我们可以了解信息发送的全过程了。发送方首先按下E键，以此提醒接收站的人员有信息即将传来——无论是通过电话还是纸质形式。顺便提一下，同样的电线既可用于电话通信，也可用于泰洛图格拉夫通信；一旦电话线路被断开，泰洛图格拉夫的通信也会随之中断。

他随后将杠杆S向左推动，使发射器与远端的接收器相连，同时也将一张新的纸推到平台P上。他用铅笔在纸上书写信息，同时用力按压纸张，这样平台就会压在电触点X上。随着铅笔在纸上移动，CC’臂的角度也在不断变化，而ZZ’刷子则沿着变阻器的不同部分移动。电流以不同的强度流向TT’线圈，进而驱动DD’臂、FF’导线以及那支由玻璃制成的小笔。在调节完善的电传打字机中，AA’臂与DD’臂会同步运动，因此笔的位置必须始终与铅笔的位置保持一致。这位聪明的发明家福斯特·里奇在设计这种电传打字机时，除了要实现动作的精确复制外，还得考虑许多其他问题。如前所述，笔只需记录下铅笔那些至关重要的动作。显然，如果铅笔在回划字母“i”时，笔也跟着记录下铅笔所经过的整个路径，那么接收端就会出现混乱；那样得到的就不是清晰可读的信息，而是一堆难以辨认的线条。因此，里奇想出了巧妙的办法来避免这类问题。当铅笔压下平台P时，它会接触到触点X，从而通过长距离导线形成电路，激活接收端的磁铁。这个磁铁会吸引一个小臂，进而断开另一个电路，使得杆Y下降到靠近纸张的位置。此时，FF’导线和笔就可以放在纸上并描画出字符。但一旦铅笔从发送纸面上移开，平台P上升，X处的触点就会断开，接收端的磁铁也会停止作用，被它吸引的小臂会复位，从而再次形成电路，使杆上升并抬起笔。所以，除非真的用铅笔按压纸张，否则笔是不会留下痕迹的，即便它在移动。一旦一条线书写完毕，两端就需要新的纸张表面。操作员会将杠杆S向侧面推动，从而在自身端实现机械上的切换。与此同时，电路会被形成，激活接收端的某些磁铁，促使那里的纸张也向前移动，同时还会切断书写电流，这样笔就会暂时回到墨水瓶中的正常位置。

有人可能会问：如果这些导线是用来为书写装置供电的，那它们又如何能同时影响抬杆Y呢？答案是：这里使用了两种不同的电流——用于书写的直流电，以及用于压下抬杆的振荡电流。直流电从电池B出发，通过变阻器RR’沿导线流动，进而进入驱动臂DD’的线圈，最终流入另一端的接地端；而振荡电流则每秒改变方向多次，从而相互抵消，它通过一根导线上传，再通过另一根导线传回，经过抬杆连接点，不会干扰直流电的正常运行。

当信息传输完毕后，操作员会用铅笔尖按下小按键K，将接收器与远端的发射器连接起来，准备接收回复。

电传打字机的操作速度与书写者的速度相同。如果使用速记方式，信息传输速度可超过每分钟100词。至于传输距离，邮政部门已经在巴黎与伦敦之间、以及巴黎与里昂之间进行了成功的测试。在后者中，信息是从巴黎发送到里昂，然后再直接返回巴黎，两地的线路在里昂处相连，总距离超过650英里。没有理由不能使用更长的传输线路。

早期那种不完善的电传打字机是由伊莱沙·格雷教授发明的，他几乎与格雷厄姆·贝尔教授同时发明了电话。他的电传打字机基于所谓的“逐步原理”工作，但其缺点是速度极为有限。如果操作员书写过快，接收端的笔就会跟不上发送端的铅笔，从而导致混乱。因此，尽管这种方法很巧妙，但还是被放弃了。里奇先生在实验中一直在寻找一种更简单且速度更快的替代方案。经过四年的努力，他终于将上文所述的变阻器系统完善到了极致，任何见过该仪器书写效果的人都能立刻体会到其优势。

与普通电报相比，电传打字机的优点可简述如下：任何人只要会写字就能使用它，无需专业操作员。

每条发送的消息都会被自动记录下来。接收消息的人无需亲自在场，他回来后就能看到写好的消息。该设备不会发出任何声音，因此能够确保信息保密。普通电报可以通过声音被读取，但电传打字机则不会。除非截获方拥有与发送端完全相同的设备，否则根本无法窃听线路上的信息。它可以与普通电话使用同一组线路，由于电话功能与之结合，用户便拥有了两种通讯方式。对于某些业务而言，使用电话可能更为合适；但在某些情况下，则应选择电传打字机。电话中的消息可能会被其他用户听到；除非在发送端有目击者，否则无法证明此类消息的真实性；而且由于发音不清，消息内容也有可能被误解。而电传打字机既能保证保密性，又能避免误解。通过它所写下的内容，在实际用途上与普通信件具有同等效力。我们不应忘记它在传输示意图方面的巨大作用——一张简单的图表往往比数页文字更能清晰地说明问题。电传打字机还有助于侦破犯罪，通过图像形式呈现相关内容，这些图像可以在极短的时间内被发送到全国各地。在战争中，从前线传回的关于本国及敌方阵地情况的情报，有时会起到至关重要的作用。

现代火炮
关于现代火炮这一庞大的主题，为便于阐述，此处不仅包括重型武器，还包括机枪和轻武器。因此，在本章中只能对其进行简略的介绍。事先对用于描述各种操作的技术术语进行明确界定是很有必要的。

火器的使用可以追溯到很久以前，有趣的是，上个世纪出现的许多改进其实都是对早期发明的重新应用——只是由于相关工具和设备的精度不足，这些发明才未能得到实际应用。早在1498年，人们就已经知道如何在炮管上加工直槽；1635年，罗齐潘获得了英国专利。大约在1620年，伯明翰的科斯特尔首次将炮管上的槽设计成螺旋形。柏林还保存着一门拥有13条槽的螺旋形炮管大炮，其制造时间为1664年。不过，这类武器首次在实战中被使用的记录出现在1859年路易·拿破仑的意大利战役中，两年后美国陆军将领詹姆斯也使用了此类武器。

后装式火炮的发明同样可以追溯到16世纪，1741年就有英国相关的专利出现；而美国的第一项相关专利则是在1811年获得的，那是关于燧发式武器的专利。美国制造的弹仓式枪支出现在1849年和1860年，但实际上它们不过是1480至1500年间出现的旧式火绳转轮枪的改良版。伦敦塔中就有一把可追溯到15世纪的转轮枪，而1718年的英国专利则描述了一种结构精良、安装在三脚架上的转轮枪，其尺寸与现代机枪相当。该发明者声称，他为射击基督徒而设计了圆形弹膛，同时为对抗土耳其人则设计了方形弹膛！

“火炮”这一术语用于指各种重型枪械，包括安装在要塞上的火炮、海军火炮、攻城炮以及用于野战的火炮。这些火炮都安装在支架或炮架上，可分为三类：

（i）加农炮，即重型火炮。
（ii）榴弹炮，用于野外、山区或攻城作战，其重量和长度均小于加农炮，设计用于发射装药量相对较小的空心弹丸。
（iii）迫击炮，用于以高角度发射弹壳。

不过，现代远程火炮及改进型榴弹炮已几乎取代了迫击炮的作用。各类机枪体积较小、重量较轻，可手动携带，处于加农炮与轻武器之间——而轻武器则指的是士兵随身携带的步枪、手枪或左轮手枪等武器。设计相似的一组火炮通常会以其最初发明者的名字或制造地来命名，例如阿姆斯特朗火炮、维克斯-马克西姆机枪、马蒂尼-亨利步枪或恩菲尔德步枪。然而，用多种不同的名称来描述同一种武器会带来混淆。同一款火炮可以通过其重量来称呼，比如“35吨火炮”；也可以通过其弹丸的重量来称呼，比如“68磅炮”；还可以通过其口径，也就是炮管的大小来称呼，比如“4英寸火炮”。其中，重量较大的后装式火炮和速射火炮通常以炮管大小来标识；而小型速射火炮、野战炮等则通常以弹丸重量来标识。因此，在列出各类军用火炮时，最好将这些参数一并记录下来，以便日后参考。

无论大小，任何一门火炮都不是一个完整的整体，而是由多个部件通过复杂的装置连接而成的。加农炮的主要组成部分包括：

（1）炮身，即用于装填弹丸的主筒，其一端为炮口。

(2) 枪尾部分由以下部件组成：(a)弹膛，其内径大于枪身其他部分的直径，用于容纳发射药；(b)枪尾塞，在发射药爆炸之前将其塞紧，再通过一种名为“封闭装置”的特殊结构将所有缝隙密封起来，从而防止气体从这些缝隙中泄漏，避免这些气体阻碍弹丸向前移动。

与机枪、步枪或猎枪类似，枪管指的是枪身内部管道的整个长度。但在后两种武器中，枪尾开口是通过将枪尾块或枪栓滑回或弹回至射击位置来关闭的。

早期的武器通常为直筒结构，这类武器的弹丸与枪管之间存在较大间隙，爆炸产生的大量气体会从该间隙中逸出，从而导致威力下降，这种现象被称为“气阻”。而在所有现代武器中，人们使用的是锥形弹丸，其底部装有柔软的铜制推力环，该推力环的直径略大于枪管的内径，且枪管上还设有多个螺旋形凹槽。发射药爆炸产生的巨大压力会将弹丸推入枪管并使其从枪口射出。弹丸的钢制或铁制主体直径小于枪管内径，因此可以轻松穿过枪管；而推力环由于直径较大且由柔软的铜制成，只能随着弹丸一起通过枪管，同时流入那些螺旋形凹槽中，从而防止气体泄漏，并被迫沿着凹槽的走向移动。因此，推力环在沿枪管移动时会绕自身的纵轴快速旋转。当弹丸离开枪口时，它便拥有了两种速度：一是飞行速度，二是绕自身轴心的旋转速度，后者使得弹丸能够沿着枪管的轴线稳定地向前飞行。这样一来，弹丸就能拥有极高的速度和强大的穿透力，同时也能实现精确的射击。

弹丸在空中的运动轨迹被称为弹道。如果不受任何干扰，弹丸将会以完全直线的方式无限飞行下去。但一旦弹丸从枪中射出，其后方发生的爆炸就会使另外两种自然力开始作用于弹丸——即重力，它会将弹丸拉向地面。

空气阻力会逐渐减缓子弹的速度。
（从理论上讲，如果从完全水平放置的步枪枪口垂直向下发射子弹，它与从枪口水平发射的子弹会同时击中地面，因为两种情况下重力作用是相同的。）
因此，子弹原本笔直的飞行轨迹会被改变而形成曲线，最终仍会以一定的速度落回地面。为了抵消重力的作用，需要通过抬高枪口将子弹向上发射，同时要确保枪口的高度恰好等于子弹在飞行过程中因重力作用而下降的距离。射手可以通过瞄准具来调整枪口的倾斜角度——靠近枪口的瞄准具通常是固定的，而靠近枪尾的瞄准具则可以通过滑动刻度杆来调节，从而得到适合特定射击距离的合适角度。
子弹的速度越大，其飞行轨迹就越平缓，对敌人的威胁也就越大。假设人的平均身高为六英尺，那么从子弹落地点到实际击中点的整个范围内，都对处于该区域内的任何人构成危险，这一区域被称为“危险区”。使用更强的推进剂可以获得更高的初始速度，而通过增加子弹的直径也可以使其飞行距离更远。对于初速相同的步枪子弹和炮弹而言，炮弹能飞得更远的原因其实很容易解释。
假设步枪子弹的长度是其直径的三倍，那么炮弹的长度也是其直径的三倍。如果炮弹的直径是子弹的十倍，那么它的前端面积就是子弹前端面积的10×10=100倍；而其质量则是子弹质量的10×10×10=1000倍。
换句话说，当两个物体的各维度都成比例时，它们的空气阻力与直径的平方成正比，而它们的质量以及动量则与直径的立方成正比。因此，炮弹在出发时就比子弹具有巨大优势，可以将其比作一群在空气中同路行驶的自行车手；而子弹则相当于单独一名骑手，他必须独自克服与领头骑手相同的空气阻力，却没有其他骑手的重量作为支撑。

关于枪管膛线的作用，它在于防止子弹在飞行过程中翻转，使其始终保持前端朝前的状态。每个男孩都知道，陀螺在快速旋转时才能最稳定地“悬浮”在空中——它的水平旋转能够抵消其向地面坠落的趋势。同样地，以垂直方向旋转的步枪子弹也能克服其内部原子偏离水平运动轨迹的倾向。F.R.S.会员约翰·佩里教授用一个装在盒子里的重飞轮来演示这种被称为“陀螺效应”的现象：有人站在可旋转的桌子上操作这个飞轮。无论那人如何试图让陀螺偏离原来的旋转方向，只要其旋转速度足够快，他就会失败；他或许可以改变陀螺相对于自己身体的位置，但桌子会随之转动，确保陀螺的中心线始终指向同一方向。

**步枪**
直到上个世纪中叶，我们的士兵仍使用被称为“布朗贝斯”的火石枪作为武器。这种枪的枪管为实心结构，直径为3/4英寸，长度为39英寸，连同刺刀在内重量超过11磅。子弹是圆形的铅制，重量为1盎司，必须用一块油布将其包裹起来，以便使其能够顺利进入枪管并避免偏差；之后再用推杆将子弹推入火药中，而火药则通过火石产生的火花点燃。然而，这种枪的射击精度实在不可靠，这一点从进攻敌人时的命令“孩子们，等到看到他们眼睛的白色部分再开火！”就可以看出来。1680年，每支近卫军部队都配备了8支带膛线的卡宾枪，这一数量相当有限，很可能只是供侦察人员使用。此后就再也没有关于这类枪支的记载，直到1800年，第95团才获得了20口径的前装步枪；大约在1835年，这些步枪又被能发射球形子弹的不伦瑞克步枪所取代，这一改进使得步枪的有效射程增加了一倍多。配备这些步枪的部队被称为“步枪旅”。最终，在1842年，整个军队都用上了真正的击发式火枪，这种枪也是实心枪管结构，其火药是通过铜制击发帽引爆的。[由于这种铜具有商业价值，每当军队撤退后，就有许多人涌向奥尔德肖特等地，试图收集散落在地上的铜碎片。]

不久之后，枪管上便出现了膛线，同时人们开始使用长度更长的子弹。这种子弹的头部朝前，底部为中空结构——一旦爆炸产生的气体压力作用于该结构，它就会立即膨胀，从而填满膛线，避免出现射击偏差。1852年，我军采用的便是法国人米尼埃设计的子弹，尽管早在几年前就已经有英国人发明了类似的可膨胀子弹。与此同时，普鲁士人则拥有他们著名的“针式枪”，这是一种后装式带膛线的武器，通过滑动枪栓上的针来发射子弹；当枪栓向前移动时，针会刺穿火药并因摩擦而引发爆炸。这种步枪在问世约20年后，即1866年的普鲁士-奥地利战争中被投入使用，法国则迅速以同原理改进后的夏斯波步枪来应对。这种步枪的装弹和射击速度是传统前装枪的5到7倍，而且士兵无需站立装弹，这一特点自然引发了其他国家步兵武器的革命性变革。英国政府向来是最晚做出改变的，直到1864年才决定采用后装式步枪。在能够获得更完美的武器之前，英军根据斯奈德的设计，对恩菲尔德步枪进行了少量改造，使其成为后装式步枪，此后便被称为斯奈德-恩菲尔德步枪。最终，通过竞争，马蒂尼-亨利步枪诞生了——它结合了亨利的膛线设计以及马蒂尼的后装机制。这种步枪每22英寸有7条膛线，加上刺刀后的重量为10磅4盎司。它的射击精度非常高，即使在较远的距离上，子弹的飞行轨迹上升高度也仅为8英尺，因此不会飞过骑兵的头顶。53秒内便可发射20发子弹。到了世纪末，所有这些武器都被弹匣式步枪所取代，也就是那种无需携带弹药袋即可多次射击的步枪。它们与左轮手枪的不同之处在于只有一个射击室，子弹是通过后装机构的简单动作逐一装入该室的，同时该机构还会将用过的弹壳取出。这类步枪的枪管直径更小，膛线也更尖锐，因此射击更加精准且威力更大；再加上新型炸药的使用，其后坐力也更低。

法国的勒贝尔步枪是如今欧洲各国所使用的各种步枪的先驱。不过，美国人早在1849年就已知悉一种类似的武器，它首次被用于美国内战期间。这种步枪后来被称为亨利步枪，之后又演变成了温彻斯特步枪。德国军队使用的步枪则是毛瑟枪——在南非战争中，我们曾在布尔人手中见到过这种枪：它的弹匣可以一次装入五发子弹，用完后弹匣会自动脱落。土耳其也采用了这种步枪，西班牙人在美西战争后期也曾使用它。奥地利的曼利赫尔步枪也被多个欧洲国家采用，而克拉格-约根森步枪则目前被北欧国家以及美国军队所使用，这些步枪在许多方面都与毛瑟枪相似，它们都能通过弹匣一次性装填子弹。霍奇基斯步枪的弹匣位于枪托内，可容纳五发子弹，这些子弹由螺旋弹簧依次推入装弹位置。目前，我军主要装备的是李-恩菲尔德步枪，它正在取代几年前配发的李-梅特福德步枪。这两种步枪都属于小口径武器，口径为.303英寸，配有可拆卸的弹匣，弹匣内可装入十发子弹（李-梅特福德步枪的弹匣可装八发子弹），子弹通过弹簧依次被送入枪膛，当枪机关闭时，子弹就会被推入射击室。用完子弹后，只需拉动枪机即可将空弹壳抛出，同时会有另一发子弹从弹匣中被推入枪膛，如此循环往复。如果使用带阻铁的型号，那么无论弹匣是否已满，都可以逐发装弹和射击。李-恩菲尔德步枪有五条膛线（李-梅特福德步枪有十条），每10英寸内膛线会完成一次从右到左的完整旋转。该步枪的重量为9磅4盎司，枪管长度为30.197英寸，平均射程为3500码。我们现在也和其他国家一样，开始采用弹夹式装弹方式，而非传统的弹匣式装弹方式。这样一来，新型武器便具备了密封结构，同时重量和长度也有所减轻，但射击速度依然保持不变。据说还将有一种射速更快的步枪出现，这种步枪能够利用后坐力来驱动枪机并实现自动锁定，从而成为真正的自动枪。实际上，已有几个欧洲国家对这类武器进行了试验，并给出了积极的评价。最近在意大利进行试验的一种此类武器……

爆炸产生的气体通过一个小孔进入，从而推动活塞杆运动。据说这种武器可以容纳多达50发子弹，每分钟可发射30发；但如此高强度的射击会导致枪管过热，因此试验不得不中止。自动射击模式的主要弊端在于，在战斗的紧张氛围中容易因随意射击而造成大量子弹的浪费。事实上，无论在过去还是现在，要在战场上杀死一个人，通常需要相当于其体重那么多的铅弹。

英吉利海峡对岸的邻国也做出了重要贡献，他们发明了如今已被广泛使用的无烟火药；李-梅特福德所使用的火药就是“柯达因”。为防止子弹在撞击时变形，人们会在其表面涂上镍及其合金等硬质金属。如果子弹的头部较软或事先出现裂痕，就会造成极其严重的伤口；因此《日内瓦公约》明文禁止在战争中使用此类弹药。

在结束这一话题之前，不妨简单谈谈手枪。手枪与步枪一样经历了类似的演变过程，最终发展成了多发装弹的左轮手枪。据记载，1480至1500年间，火绳锁式左轮手枪开始被使用，伦敦塔中就藏有一件属于这一时期的左轮手枪。两百年前，伦敦的枪械匠理查兹将古老的轮锁式枪械改成了火石锁式枪械，他还给枪管加上了膛线，并从枪尾处装填子弹。理查兹设计的枪械是双管结构，可在装填位置拧开枪管——子弹被放入与火药紧密接触的弹室中，之后再重新拧紧枪管。由于子弹是柔软的铅制球体，当火药被点燃时，子弹会以极高的精度穿过带膛线的枪管。

直到不到一个世纪前，击针式点火装置才取代了火石锁式点火装置，此后出现了许多单管手枪，比如著名的德林格手枪。而这些手枪又后来被柯尔特公司在1836年至1850年间推出的左轮手枪所取代。60年代初，史密斯-韦森公司又通过一种自动取出空弹壳的装置对左轮手枪进行了改进。美国的利弗莫尔和拉塞尔则发明了“弹夹”装置。

几发子弹；而同样著名的温彻斯特枪则将子弹存放在枪管下方的弹筒中，螺旋弹簧会根据需要将子弹迅速送入枪尾。目前，每个军部都有自己专用的武器。德国毛瑟牌军官用手枪每10秒可发射10发子弹，只需轻轻按下扳机即可启动整个射击装置；每次爆炸产生的气体压力负责完成其余工作——抽出并抛出弹壳、上紧击锤、压缩弹簧以实现重新装弹和关闭枪机，所有这些都在极短的时间内完成。曼利彻尔枪也是自动类型，但其枪管会向前移动，为从下方弹筒中送入新子弹腾出空间；而毛瑟枪则在后坐力作用下枪尾会向后移动。其射程为半英里。子弹以10发一组的形式装在弹盒中，可一次性装入。

机枪。介于手持武器与火炮之间，兼具两者特性的便是那些能以极快速度发射子弹的机枪。自美国在内战期间（1862-1865年）尝试过加特林博士设计的微型炮台以来，人们不断发明出越来越完善的机型，如今的现代机枪已堪称巧妙与高效的典范。加特林机枪近年来通过阿克尔斯供弹系统得到了极大改进，至今仍未完全过时。它由10个圆形枪管组成——每个枪管都有独立的闭锁装置——这些枪管安装在一个中央轴上，并通过合适的齿轮驱动旋转。子弹通过自动装置依次被送入各枪管中，而击锤的布置使得装弹、关闭枪尾、射击以及排出空弹壳的整个过程都能在枪管和枪尾持续旋转的情况下完成，这一旋转动作是通过手摇曲柄实现的。一人负责将装有子弹的供弹盒放入进料口，另一人则转动曲柄。随着枪管的旋转，子弹会逐一从供弹盒落入枪管中的凹槽中，然后枪机的闭锁装置会依次为每发子弹装弹并使其发射。当枪……

进一步转动锁扣，将其拉回，即可取出空弹壳并丢弃；这样它就为装入下一发子弹做好了准备。在实际使用中，总有五发子弹处于装填状态，而五枚空弹壳则处于不同的抛出阶段。最新型号的机枪配备了电动机，射击速度可达每分钟一千发，实际上在十秒钟内就能发射八十发子弹！不过，以如此快的速度操作这些机枪并不安全，因为子弹有可能在未被击发的情况下被抽出，然后在操作人员的腿部爆炸。而自动机枪则不同，由于它们仅依靠子弹爆炸来驱动，因此不会出现此类事故。供弹鼓内可容纳104发子弹，且几乎可以立即更换。一个供弹鼓内的子弹可在5又1/4秒内全部射出。小型加特林机枪的供弹鼓可容纳400发子弹，这些子弹被分成16组，每组25发，可连续不断地送入枪管。该机枪的设计使其能够以任意角度射击，且无需移动枪架即可覆盖较宽的横向范围。加德纳机枪——最初制造的加特林机枪一度被加德纳机枪所取代，后者的不同之处在于其枪管（数量为4根或更少）都固定在同一水平面上。这种机枪通过枪身侧面的旋转手柄来操作，子弹从供弹装置中逐发滑入枪管，然后由弹簧驱动击锤将子弹击发。诺登费尔特机枪——诺登费尔特先生设计的机枪也遵循这一原理：它的枪管数量为10根、5根、4根、2根或1根，同样水平排列在坚固的框架中。每根枪管都有独立的闭锁装置、击针、弹簧和抽壳装置，因此各枪管可以独立工作，不会同时失效。该机枪配有可旋转的枪架，便于调整射击方向，而钢制框架则能承受射击产生的冲击力。在快速射击时，一名操作员可以负责操作射击手柄，另一名操作员则负责调整射击方向。射击是通过手动操作的杠杆来实现的，该机枪的射击速度可达每分钟600发。霍奇基斯机枪——霍奇基斯机枪属于一种全新的设计，其特点是枪管间歇性旋转，而枪管的后座部分及机械结构则不发生旋转。它只有一个装弹活塞和一个弹簧驱动的击针。

所有枪管都使用同一个抽壳装置。射击时的冲击力会作用于巨大的固定式后座上，从而被分散到整个枪身中。与诺登费尔特枪类似，这种枪也可以在不使用工具的情况下拆卸并重新组装。该枪可以发射1磅重的弹丸。

马克沁枪则与上述所有枪支有所不同，如今在陆军和海军中都有广泛应用。它由两部分组成：

（1）固定部分：包括作为水套的枪管外壳以及后座外壳。
（2）后坐部分：包括枪管以及两个用于安装锁具和曲柄的侧板。

后坐部分在固定部分内部工作。子弹通过顶部的供弹装置由一条装有250发子弹的带子输送进来。其工作机制是自动的：首先，弹药爆炸使枪管向后反冲，同时强大的弹簧被拉伸；当弹簧恢复原状时，枪管又会向前移动。枪管会向后移动大约一英寸，这一后坐力会被用来驱动抽壳装置，将空弹壳排出，同时弹簧又会将新的子弹推入到位。在枪管外壳下方有排壳管，空弹壳便通过此管排出枪外。马克沁枪的射速为每分钟600发子弹；持续射击时约为每分钟70发；而快速射击时则可在同一时间内发射450发子弹。由于使用过程中枪管会变得非常热，因此枪管外壳内装有7品脱的水以保持其冷却。在短时间内可以连续发射约2000发子弹；但若持续射击，大约600发子弹后水就会沸腾，大约1000发子弹后就需要补充水分。带有阀门的管道可以让蒸汽排出，但水则无法流出。操作员只需按下射击杆或按钮即可操控这门枪。启动机器后，他只需坐在防护盾后面，就能在子弹不断供应且手指始终按在扳机或按钮上的情况下，让枪持续自动射击。他可以用左手松开几个杠杆，然后用肩膀抵住……

该枪配有可调节的肩托，因此可以抬高或降低枪管，或将其水平调整，而不会影响导弹的发射。我们提供两种规格：一种为海军使用，口径为0.45英寸，可使用重480格令的纯铅子弹；另一种为陆军使用，口径为0.303英寸，使用普通的镀镍步枪子弹。由于马克沁机枪能够适配各种口径的弹药，因此被各国政府所采用。该枪本身的重量为56磅，可通过三脚架、野战支架或带轮子的野战推车等多种方式安装使用。这种推车可携带16箱弹药，每箱内有250发子弹，总计4000发。其总重量约为半吨，因此可由一匹马拉动，专为在恶劣地形中使用而设计。还有一个小型装置，可固定在轮子上，通过操作手柄为子弹带补充弹药。

对于舰船而言，马克沁机枪通常安装在常规的海军锥形支架上，或者固定在甲板的护墙或桅杆上的军事平台上。还有一种极为巧妙的安装方式，即“驻防型支架”，它能让马克沁机枪变成“隐形炮”，既可用于堡垒城墙，也可用于临时工事。该机枪装在两个小轮子上，通过类似割草机那样的手柄推动即可移动。到达目标位置后，实际上是一个支架的手柄会被向下转动，同时旋转其中一个轮子，机枪便会通过齿轮机构上升，直至对准城墙，随后两根突出杆子末端的钩子会将机枪牢牢固定住，而手柄的宽端则因其自身重量而紧贴地面。使用时该机枪会被锁住，但只需转动几下轮子，它就会在几秒钟内消失不见。

口径较小的马克沁机枪还可以作为轻型骑兵炮，安装在由两匹马牵引的“疾驰式推车上”，推车上还有两个供操作员使用的座位。该推车可携带3000发子弹，战斗时钢制座椅可向上翻转形成防护盾。有趣的是，还有一种更为轻便的型号，可以背在步兵背上，再通过三脚架进行射击。将两挺这样的枪安装在双三轮车上，就能以较快的速度移动。

在一条相当平坦的道路上，下马的士兵们很快就能使用到一种非常有用的小型武器。我们在战争后期经常听到的“庞蓬炮”，其实是一种大型版的马克沁自动武器，只是其结构上有一些不同之处。它的口径为1.5英寸，它发射的不是子弹，而是重1磅的爆炸性弹丸，这些弹丸配有撞击引信，爆炸后会分裂成大约十二到十四块碎片。其有效射程可达2000码，最远甚至可达4000码。最近推出的改进型“庞蓬炮”则能发射重1.25磅的弹丸，其有效射程可达3000码，而在能量完全耗尽之前，其射程还能达到6000码。这种武器的初速为每秒2350英尺，而旧型号的初速仅为每秒1800英尺。两种武器的射速均为每分钟300发。

柯尔特自动枪是美国发明的武器，其自动射击原理源于炸药爆炸产生的力量，而非后坐力。射击、抽壳和装弹动作所依赖的力量来自火药气体，其中一部分气体通过枪口上的小孔进入，再通过杠杆作用于枪械的机械结构。该武器也由两部分组成：(a)枪管，与(b)枪身相连，枪身内装有用于装弹、射击和抛壳的装置。枪管由坚固的镍合金制成，弹药则是通过安装在枪身上的盒子中的传送带送入的，这些盒子会随枪身一起移动，因此不会受到枪械运动的影响。每个盒子里有250发子弹，且可以轻松更换。

将供弹带插入后，按下杠杆并向后拉动——手动操作一次即可——这样就能打开枪膛，将第一发子弹从供弹带上送到输送装置中。之后松开杠杆，弹簧会使其向前移动，从而关闭那个小孔，并将子弹从输送装置送入枪管，同时还会压缩主弹簧并控制枪膛的开启与关闭。

当扣动扳机时，子弹就会被发射出去。在子弹穿过那个小孔但尚未离开枪口时，膨胀的气体会对活塞施加压力，进而驱动气体杠杆动作，该杠杆会作用于枪膛的机械结构，打开枪膛、抛出弹壳，同时将另一发子弹送入输送装置。气体杠杆复位后，会将子弹推回枪管内，并关闭并锁住枪膛。

该枪的击锤起着气泵活塞的作用，将强大的气流压入枪膛并经由枪管排出，从而清除所有未燃尽的火药，实现彻底清洁。其所用金属具有足够的强度，能够承受最强烈的硝化火药负荷；快速射击时的震动也不会影响其射击精度。该枪不会迅速升温，因此无需水套，多余热量可通过辐射方式散去。枪管可适配各种口径的轻武器弹药，并配有安全锁。我们使用的弹药为李-梅特福德型弹药，每分钟可发射400发子弹。该枪总共由94个部件组成，但实际需要拆开进行清洁等的部件仅有不到20个。在战斗中可由一人操作，操作方式类似于使用手枪。该枪重量为40磅，骑兵或步兵可使用邓多纳尔德型骑兵载具来携带它。弹药箱可容纳2000发备用弹药，位于枪的上方，通过坚固的钢轴固定。一根带有凹槽的杆子插入轴上的旋转漏斗中，通过自动装置完成装弹过程。枪架本身由钢制成，车轮及轴也由山核桃木和钢制成，可随时拆卸。简单的背带适用于任何装有马鞍的骑兵马匹，而轴则安装在骑手双腿后面的插座中。装满弹药后的总重量仍低于400磅。

重型火炮
与步枪及小型火炮一样，过去50年里重型火炮的改进程度也远远超过了此前几个世纪的总和。这些变化不仅影响了武器所用的材料、口径与枪管长度的比例、安装与射击方式，还影响了弹丸的形状与重量、发射速度，甚至用于将弹丸从枪中射出的物质。

试想一下，那个时代那些矮小的铸铁前装枪——威灵顿的士兵们使用这些枪支，将炮弹用油脂紧紧包裹以便使其能顺利装入炮膛，或者使用炮弹和葡萄弹进行射击。在滑铁卢战役那艰苦的一天里，双方阵队之间的距离近到如此之甚，以至于史书上都是以步数来衡量距离的。或者，想象自己站在纳尔逊的战舰上，看着那些每门炮都有八到十名士兵在用力拉绳的场景。可以看到，那些仍在冒烟的火炮被拖回船内，其炮管会被清理干净并冷却，然后再次装填火药、弹丸，或是用于击碎敌人桅杆的链弹，之后火炮才会再次从舷窗中伸出。接着，炮手会拿起燃烧的导火索，在收到信号后将其点燃，引燃散布在引信孔中的火药颗粒。五十门右舷火炮同时开火，巨大的炮声在法军甲板上回荡，由于距离极近，有几处甲板甚至被燃烧的弹丸引燃了。随后有人喊道“登船！”于是士兵们便翻过护墙登上敌舰，而密集的枪火则为他们提供掩护；与此同时，右舷的火炮也同时开火，迎击新的敌人。这就是一个世纪前的战争模样。与之相比，后来的南非战役中，火炮的射程是以英里计的，经过从早到晚的战斗后，英国将军还能报告说：“一整天我们都没见到任何火炮或布尔人。”近身作战的时代已经过去，军队中的混战也不再出现；再过几年，刺刀或许也会被归为过时的武器。然而，现代战场上有着人类智慧所创造出的各种致命武器。手动操作的机枪几分钟内就能发射出与威灵顿麾下一个步兵团相当的弹药数量，其速度和精确度是威灵顿当时无法想象的。如今流行的快速射击型远程海军火炮，无需靠近敌人就能摧毁整个舰队或港口。致命的鱼雷比一整支舰队更能有效地守护我们的水道。人类动用了所有的文明资源，运用了所有工程技术的成果，来制造出如此强大的武器。

以最无情的方式加以摧毁。但结果却出人意料！原本我们以为会有成千上万人在战斗中丧生，如今却只需为数百人的死亡而哀伤；曾经整个团都被消灭，而现在我们的救护车只能接载那些分散在各处的伤员。这就是现代战争的残酷之处。前装枪虽然已经使用了很长时间，且表现相当出色，但它终究还是被淘汰了——因为人们终于克服了其制造上的种种难题，后装枪便取代了它的位置。不过，我们的军队中仍存在着大量前装枪，其中许多是近期制造的，并已尽可能地适应了现代作战需求。因此，我们首先将关注这些枪支。最早的枪支是由铸铁制成的，但由于铸铁在承受强大爆炸力时容易破裂，人们便长期使用青铜、黄铜等更坚固的材料来制造枪支。这些古老武器中那些装饰极为精美的样本可以在伦敦塔以及许多其他收藏馆中看到。在上个世纪注重实用性的时代，人们更看重的是制造成本和速度，而非外观。为了抵御爆炸带来的压力，人们采用了多种新的方法来加工铁材。埃尔斯威克的阿姆斯特朗提出了这样的想法：将一系列短小的焊接圆筒连接起来，再通过一个实心的锻造部件将其封闭，从而形成枪管。此外，他还尝试过用锻铁卷制而成的枪管。不过这两种方式都并不理想，于是人们开始使用钢管，但当时钢管的成本过高，且制造工艺也不稳定。于是人们又重新使用锻铁卷制而成的枪管，而皇家炮厂的弗雷泽先生则发明了一种双层或三层锻铁卷制的结构，这种设计非常成功，尤其是当用薄钢内管替代锻铁内管之后（1869年）。所有这些枪支都具有膛线，因此所使用的弹丸也必须与之相匹配。由于使用的是锥形弹壳，人们便在弹壳表面加上凸耳，以便使其能够嵌入膛线槽中。不过，这样的设计往往会削弱枪管的强度；而另一方面，如果要在多个浅槽中安装多个凸耳，又会削弱弹壳的强度。

人们尝试了各种改进方法，最终在炮壳底部安装了一种能够膨胀并填满凹槽的气体装置。这样一来，这种后装式武器便变成了效率极高的现代武器。接下来要解决的问题是如何以足够大的力量发射弹丸，从而穿透当时战舰上普遍使用的钢铁装甲。人们得出的结论是“制造更大的火炮”，于是各国的兵工厂开始生产重量高达100吨甚至110吨的巨型火炮，其炮管口径也在16英寸以上。1872年，重达35吨的“伍尔维奇巨炮”诞生了，随后还有重量为81吨、口径为16英寸的同类火炮出现，再之后则是重达100吨的埃尔斯威克巨炮，其中一些还被部署在了地中海地区的防御工事中。然而，当这些巨型火炮被安装在舰船上使用时，其产生的巨大冲击力会损坏舰船结构，甚至导致舰船毁坏。随着用于制造火炮和装甲的钢材质量得到极大提升，又一场革命随之而来。从那以后，人们不再倾向于使用少数几门超重火炮，而是选择依靠大量重量较轻但射速更高的火炮来发挥威力，这类火炮就是速射式后装炮。目前我们所拥有的最重型火炮，其口径也属于中等水平，最大的后装炮口径为12英寸、10英寸和9.2英寸。不过，这类火炮的制造工艺极为复杂，制造一门大型火炮所需的时间几乎与建造它所要安装的舰船所需时间相当。每门火炮都需要经过大约16道不同的加工工序：——
(1) 将实心或空心钢锭锻造成形。
(2) 进行退火处理，以消除应力。
(3) 将钢锭水平放置在工作台上进行粗车加工。
(4) 在车床上对钢锭的炮管部分进行粗加工。
(5) 进行硬化处理：将钢锭加热到高温后，立即将其浸入由水浴冷却的菜籽油中。钢锭会在7到8小时内缓慢冷却，期间还会用起重机不断移动它。这样的处理方式能让钢材变得更加有弹性且更坚韧。
(6) 再次进行退火处理，即将钢锭重新加热到900华氏度，然后让其缓慢冷却。这些工序中会使用西门子的测温仪。

(7) 通过切割出的样品进行测试。
(8) 第二次进行车削和钻孔加工。
(9) 为防止收缩，再次仔细车削。外层线圈被扩大到足以轻松套在内层之上。在内部，将其垂直放置于一个坑中，然后让外层部分覆盖在其上，同时注入水和气体以使整体均匀收缩。其他凸起部分、环状结构等也会随之收缩。
(10) 最终步骤——钻孔并形成腔室。
(11) 进行铰孔处理，或进行极其精细的钻孔，可能还会用铅和砂纸进行抛光处理。
(12) 在机器上水平加工出膛线。
(13) 为安装后部部件做准备。
(14) 将其送到试验台进行测试。
(15) 钻孔以安装插座、瞄准装置等，同时进行内衬处理和刻字加工。再安装后部部件、锁具、电控点火装置等，最后通过锉削进行微调。
(16) 进行表面处理，如上漆或涂棕色涂层。

当枪管磨损时，可以更换新的钢管作为内衬。
完成这些复杂的工序后，这门火炮仍需安装到其炮架、海军用支架或隐藏式安装装置上。这些装置都是结构复杂、需要精确调整的机械部件，其制造过程需要大量时间和精力，此处不便详述。
关于这类火炮的主要组成部分已有所介绍，但关于如何关闭后部部件的方法则仍有待说明。需要注意的是，虽然现在的火炮重量仅为那些大型前装式火炮的一半左右，但其威力却更大。例如，46吨重的12英寸火炮能够以2750英尺/秒的速度发射850磅重的弹丸，而且所需的炸药量相对较少。而那门著名的“81吨”火炮则需使用大量炸药才能发射1700磅重的弹丸，其发射速度仅为一半左右，且穿透力也较差。这一变化的实现得益于使用了燃烧速度较慢但威力极强的炸药，同时扩大了炮膛空间以确保有足够的空气供应，还延长了炮管的长度。

在炮弹离开枪口之前，火药气体中的每一个微粒都能被激发。这一设计以及用钢替代多层焊接铁的做法，使得现代枪支相比旧式枪支更为修长纤细。

为抵御爆炸产生的压力，必须使用密封性良好的枪尾塞。最先进且设计精巧的便是由瑞典工程师发明的韦林塞。普通的螺旋式枪尾塞其周缘有三分之二是平面，另外三分之二是带螺纹或凹槽的，用于与枪尾的相应凹槽相啮合；因此只有半圈周缘能够通过螺旋实现固定。韦林先生在塞子上设计了多个台阶，每个平面段上有三个螺纹部分，这些螺纹部分会分别与枪尾中的对应结构相锁定。这样一来，每个平面段都有三个部分参与固定，从而使得螺旋的固定力几乎无法被克服。由于该塞子是在侧面铰接的，其长度因此缩短了三分之一，而且重量很轻，只需轻轻转动手轮即可将其打开。

射击流程如下：首先利用液压装置将弹丸提升到装弹托架上，再将其移至枪尾开口处并推入枪管内。弹丸底部连接的驱动带边缘带有凹槽，这样即使以较高的装填角度装弹，弹丸也不会滑落。将火药装入炮膛后，再将枪尾塞旋紧并锁住。该枪尾塞的轴向部分（靠近火药的位置），因其形状被称为“蘑菇头”，它的头部与螺旋塞之间包裹着德邦格密封装置——这是一种由多层浸过羊油的帆布制成的垫子，被紧紧压在两块锡盘之间。当火药爆炸时，“蘑菇头”会被迫压向该垫子，使其边缘紧贴枪管内壁，从而防止气体向枪尾泄漏。

用于引发爆炸的电火花则是通过安装在“蘑菇头”上的一个小巧而精妙的装置从外部引入的。由于只有在枪尾塞完全拧紧之后电路才能闭合，因此既不会发生提前爆炸的风险，也不会出现重复装弹的问题。如果电气装置出现故障，仍可通过击针装置来安全地发射炮弹。

以上描述的是一种典型的大型火炮，这一原理同样适用于所有口径的火炮以及那些射速更快的火炮。当枪尾被旋转时，其内部机制也会随之动作。

再次开火时，需要将空弹壳取出。不过，德班格设计的闭锁装置非常有效，因此现在口径为6英寸及以下的火炮可以将火药装入袋中再放入炮膛，这样就无需使用原本必需的金属管，从而减轻了重量。当然，军队中还使用着多种后装式火炮，但上述几种是最为先进的。目前最常用的制造方式是采用缠绕式炮管：先在多层金属丝上覆盖一层外管或护套，该护套通过加热膨胀后再套上去，这样在冷却后就能紧密贴合。另一种没有金属丝结构的火炮则通过热缩环来增强其强度。快速射击型火炮有多种口径，包括8英寸、7.5英寸、6英寸、4.7英寸、4英寸和3英寸（12磅炮）。用于海军的这类火炮通常比那些用于野战作战的火炮更长、更轻，且射程更远。此外还有口径为1英寸多到2英寸的较小型快速射击火炮（如诺登费尔特、霍奇基斯、维克斯-马克西姆型号）。一些高速12磅炮也与6英寸、4.7英寸火炮以及大口径榴弹炮一起被用作驻防用火炮。在野战和攻城作战中，我们仍然使用口径为5英寸的榴弹炮，这些都是短管、有膛线、后装式的武器，它们能够以较高的发射角度投射出重炮弹，但射程相对较短。目前正在考虑一种新的8英寸口径火炮。有趣的是，比较一下这些火炮的威力——它们全都使用黑索金作为火药。

炮口尺寸
数量
重量
速度
口径
装药量
每发发射的弹数
分钟
秒

12英寸：207磅，850磅/秒，2750发/分钟，1发/秒
8英寸：52磅，210磅/秒，2750发/分钟，5发/秒
6英寸：25磅，100磅/秒，2775发/分钟，8发/秒
4.7英寸：9磅，45磅/秒，2600发/分钟，12发/秒
3英寸：2磅9盎司，12.5磅/秒，2600发/分钟，20发/分钟

我们海军所使用的火炮大致分布如下：81吨级、13.5英寸级的火炮，以及加特林式、加德纳式、诺登费尔特式等旧式机枪，此外还有少数仍在使用的前装炮等，这些火炮仅配备在最老式的战舰上。

用于海岸防御的西姆斯装甲汽车。
正在使用的马克沁机枪和砰砰炮。

一级战列舰主要配备四门安装在炮架上的12英寸口径大炮，以及十二门6英寸口径的副炮；此外，上层甲板和战斗平台上还装有若干小型速射炮，这些武器也可用于舰艇上，同时还配备了数挺马克西姆机枪。
一级巡洋舰的最大口径为9.2英寸，6英寸口径炮的数量则相对较少。一些较新的巡洋舰所配备的最重火炮仅为7.5英寸或6英寸口径；与二级巡洋舰类似，后者也在这些主炮与小型速射炮之间配备了数门4.7英寸口径的火炮。
规模较小的舰艇通常只配备4.7英寸口径的火炮。如今，所有舰艇都配备了鱼雷发射管。
这些实用的小型速射炮和机枪正是让装甲列车如此强大的致命武器。事实上，无论在进攻还是防御方面，它们的作用都无可估量——古代不列颠人的战车在现代就有了对应物，那就是最近在水晶宫展出的西姆斯式机动战车。这种装有装甲的移动堡垒主要用于海岸防御，但也能在几乎任何地形上行驶。它由一台16马力的发动机驱动，时速可达9英里，自身携带燃料、两挺机关枪、两挺小型马克西姆机枪以及10,000发弹药，此外还有必要的人员配置以及用于夜间作战的探照灯等设备。
顺便提一下，探照灯已经取代了以往从炮中发射的各种照明装置，比如地面照明球或带有定时引信、会在空中爆炸并悬停以暴露敌人行踪的降落伞式照明装置。
同样，那种由链条连接的“双头弹”、装在薄铁筒或锡筒中的铁球（射程约为350码）、以及用于攻击舰船和村庄的装有易燃物质的“燃烧弹”，也都已经过时了，就像传统的实心炮弹一样。一个世纪前，年轻的施拉普内尔发明了一种以他名字命名的炮弹——这种炮弹由多个子弹组成，装在容器中，内部还有小型爆炸装置，可通过撞击或定时引信引爆。这种炮弹的射击精度非常高，其有效射程可达5000码。例如，一枚15磅重的施拉普内尔炮弹就包含192颗子弹。

这些导弹以极快的速度飞行，射程可达数百码。普通炮弹的长度在2.5到3口径之间，内部仅含有炸药。另一种则是环状结构的炮弹，由多个部分组成，中心装有起爆装置，爆炸后会使炮弹碎裂。帕利瑟炮弹在用于攻击铁板时具有惊人的穿透力。但令人惊讶的是，近几个月的实验表明，如果在炮弹外部加上一层软质外壳，就能让炮弹轻松穿透那些此前任何攻击都无法攻破的装甲。

**炸药**
半个世纪前，火药仍是推动炮弹飞行的动力来源。它的成分包括约75份硝石或硝酸钾、15份经过精心处理的木炭，以及10份硫磺。这种成分能够锁住大量用于燃烧的氧气，当被制成较大的棱柱形颗粒时，其效果最为显著。随着旧式燧发枪的淘汰，取而代之的是装在铜壳中的起爆物质；后来，发明家们又创造了更强大的炸药来取代火药。通过用硝酸和硫酸处理棉花，人们制出了枪棉；一年后，用相同方法处理甘油后便得到了硝化甘油。由于这种液态炸药难以操作，人们便使用诸如黏土之类的惰性颗粒来吸收硝化甘油，从而制成了炸药。不过，枪棉的爆炸速度实在过快，不适合用于步枪或大炮，因为它容易导致武器本身爆炸而非引爆其中的炸药。为减缓其爆炸速度，人们会在其中混入普通棉花，或将它的纤维缠绕在某种惰性物质上。随着连发步枪和机枪的普及，无烟火药便成了必需品。这类火药通常含有硝化纤维素（即枪棉）或硝化甘油，或者两者兼有。它们被混合在一起形成一种可塑性的物质。

这种黏稠的混合物会被制成各种形状的棒状或颗粒状，其尺寸通常较大，以此降低其燃烧速度。为了将高爆炸药转化为低爆炸药，人们会使用鞣酸、石蜡、淀粉、麦麸、泥炭等物质，以及许多矿物盐。为确保完全燃烧，一些较大的颗粒会被制成带中心孔的结构，甚至被钻出多个孔洞，这样火焰就能穿透整个颗粒，使其失去所有爆炸性。

我们的cordite是由硝化甘油在挥发性溶剂的酸性作用下溶解二硝基纤维素，并再加入矿物胶质或油类而制成的。这种化合物呈半流体状态，通过金属板上的圆孔时，会根据孔径大小形成不同尺寸的细丝或绳状物，因此才被称为cordite。

为寻找更强大的炸药，人们进行了大量实验，最终几乎普遍选择苦酸作为基础原料。这种酸本身是通过硝酸作用于苯酚而生成的，各国都有自己用于制造炮弹的苦酸制备方法。法国人在1885年开始使用mélinite，这是一种由苦酸和火棉混合而成的物质。Lyddite的成分则是英国严格保密的秘密，这种物质最早在苏丹战争后期被用于5英寸榴弹炮中，参与了奥姆杜尔曼的轰炸行动。50磅重的Lyddite炮弹对南非高原地带造成的破坏极为严重——当黄色烟雾散去后，可以看到树木被连根拔起，岩石被粉碎，地表地貌都发生了变化。

人们也曾尝试将炸药用于炮弹中，有些武器则利用压缩空气作为动力。几年前，美国投入了大量资金来建造大型气动装置，但后来因为过于笨重而将其废弃。Dudley发明的“空中鱼雷”炮，通过平行管中的小型cordite装药引发爆炸，从而释放出含有爆炸性明胶、火棉及汞 fulminate的13磅重炮弹；部分冷却后的气体从排气口排出，对炮管内的弹丸产生作用力，使弹丸在空气中旋转。由于担心热量会导致枪管变形，该炮并未采用膛线设计。

依靠摩擦力来推动弹丸前进。据说，一些基于类似原理设计的武器曾在美西战争中被有效使用。哈德森·马克沁先生所发明的“马克沁炸药”据称能够将半吨重的炸药抛射到一英里远的地方，而一吨重的炮弹则可以被抛射到半英里的距离。

不过，就连这些发明家也被伯克兰教授超越了——他设计了一种装置，通过缠绕有铜线的铁管来发射重达两吨的弹丸，同时向铁管中通入电流，从而完全无需使用发射药。

在枪械工厂里
让我们去参观一家枪械工厂，了解一下制造一件完整的武器或一台复杂的机枪所需的各种工序。我们走进那间巨大的车间，其屋顶和墙壁都是玻璃制成的，车间里充满了各种机器发出的嗡嗡声、呼呼声和叮当声。在长长的工作区里，一排排车床依次排列着，它们负责切削、研磨、抛光、钻孔以及加工枪管内膛——所有这些操作都自动进行，且精度极高。那些看似无所事事的操作员其实只是在监督着切削过程不要过度，并通过调整控制手柄来调节速度，偶尔还会更换新的工具。这些加工过程中使用的刀具具有自清洁功能，因此机器永远不会堵塞；地上则堆满了由微型研磨工具切下的黄铜碎屑，其他地方则散落着黄铜和钢铁的刨花，这些刨花就像木匠削刨花一样轻松地被大型凿子削下来。

在这里，一块巨大的钢锭经过反复加热，再由蒸汽锤敲打，或者通过液压压力在每次加热后进行挤压，直到达到理想的尺寸和形状。随后，会用特殊的钻头将钢锭的中心部分钻穿，以去除其中的实心核心。这一工序被称为“钻芯”，它适用于口径不超过8英寸的枪支；而口径更大的枪支则是在车床上先粗略地钻出孔洞，然后在后续的锻造过程中再放入芯轴。在钻孔过程中会产生巨大的热量——我们可以回想一下本杰明·汤普森通过实验性钻孔让水沸腾的情景——为了降低这种热量，人们会不断向金属表面输送肥皂水。我们可以看到，润滑液从各个方向流动：有的油滴缓缓落在小型黄铜研磨机上，有的则像喷泉一样四处流淌。

流水声在机器的嘈杂声中营造出一种宜人的氛围。不过这些机器的噪音比我们预想的要小；在实际运转时几乎不会发出任何声音。比起每台机器都能以极高的精确度完成各自的工作，更让我们惊叹的是它们运作时的极度严谨性。所有的忙碌与喧嚣都发生在我们头顶上方，那是发动机驱动带带动整个车间机械运转所产生的。突然，一台巨大的起重机发出刺耳的吱嘎声，缓缓移动到指定位置，放下链条，吊起一根枪管，然后像举起一根手杖那样轻松地移动这根重达数吨的物体，将其送到另一个加工工位继续加工。

我们接着来到另一台车床前，那里有一件更大的锻件正在被加工，它被放置在特制的支撑装置上，同时有多把不同的刀具对其作用，因此它逐渐呈现出我们熟知的那种逐渐变细、带有条纹的外观。

我们困惑地从一个加工阶段走到另一个阶段。这里有一支枪，其枪管正在被加工成能够容纳火药的尺寸。再往前走，我们看到一支已经较为完成的武器，正在接受枪尾塞及其他配件的安装。还有一支枪的枪管内壁已经被加工得极为光滑，但人们还在用铅粉和砂纸对其进行进一步打磨处理。

在下一个车间里，有一台令人惊叹的机器，它能以极其精准的方式在枪管内部加工出膛线——因为负责加工膛线的工具必须在沿枪管长度方向移动的同时旋转，这样才能形成正确的螺旋结构。膛线并非一次性加工完成的，而是通常一次加工一条，其间距则是通过预先制作好的圆盘来控制的。

现在我们来到了用于制造线绕式枪支的装置前，这种技术代表了迄今为止在强度与耐用性方面所能达到的最高水平。那根枪管首先被放置在一台缓慢旋转的车床上，然后从一侧的卷轴上不断放出宽度约为四分之一页的钢带。对于一支12英寸长的枪来说，需要缠绕大约117英里的钢带！枪口端有14层钢带，而枪尾端则有75层。重物则用来调节钢带的张力，而这种张力是会发生变化的。

每一层中，最外层的应力最小，却能承受每平方英寸100吨以上的压力。接着我们来到用于准备炮架和安装装置的区域，在这里可以看到一些由电动发电机驱动的重型设备，工人们则坐在高台上仔细监督工作进展。我们饶有兴致地粗略地查看了用于快速射击的海军炮的锥形安装装置、一些巧妙的升降与调校装置，以及那些需要进一步研究的液压缓冲装置，随后便来到了制造各种弹药的部门。这里有各种形式的榴弹、穿甲弹、锻造钢制或铸铁制的弹药，还有供机枪使用的小型黄铜弹壳；引信装置的精巧工艺也令人赞叹不已。不过我们不能再耽搁了，因为机枪本身的制造过程更需要我们的关注。由于这类武器的结构极为复杂且零部件众多，因此需要近一百台不同的机器，有些铣床甚至能在同一个主轴上安装多种不同类型的刀具。在工厂的许多地方，都能看到工人们更换不同尺寸或用途的工具。有些镗床可以同时加工两个枪管，还有些则能同时钻三个枪管或对多个枪管进行抛光处理。此外，还有数百项精细的操作需要逐一完成，从钻螺纹孔到在螺帽上切割槽口。仅是加工枪管这一项就需要大量工人。每一个部件都会被精确到极小的程度，成千上万件产品被生产出来，以便相同型号的武器之间能够互相替换。看看那根最初呈灰色且表面粗糙的枪管，经过一系列加工后现已变成了亮银色。现在它正被安装在液压膛线机上，为装入.303英寸口径的子弹做准备。而那些口径较大的枪管则会被加工成可以发射小型炮弹的形态。再往前看，枪管及其套筒正在被组装在一起，各个部件也被拧紧。我们没有时间仔细观察这些精密装置是如何被安装上去的，也只能匆匆看一下那些榴弹炮以及6英寸口径快速射击炮的炮尾装置，导游还指出了那里堆放着的……

这些扁平的装置用于防止德班格式密封件在不用时发生变形。此时下午的时光已渐近尾声，而铸造车间仍未有人光顾。要到达那里，我们必须先经过铁匠铺，稍作停留，观看那些金属板被巨大机器粗略加工成扳手形状的过程，随后这些扳手的边缘还会被进一步处理以使其更加完美。一台蒸汽锤正忙碌地将越来越大的芯轴插入烧红的锻件中央。锻件散发的热量极为强烈，尽管有水雾喷洒来降温，但我们还是很高兴能赶紧离开那里，进入旁边的车间。在这里，我们看到熟练的工人正在用沙子仔细制作模具，这些沙子是根据木制模型的轮廓制成的。幸运的是，我们刚好在一批铸件即将被制作出来的时刻赶到。两名强壮的工人抬着一个从炉子里取出的、还带着高温的巨大铁坩埚，里面装着沸腾的液体——据说是锰青铜。当铁棒被浸入其中时，就会冒出美丽的绿金色火焰。铁匠则像厨师撇去汤中的浮沫一样冷静地搅拌并清除那些杂质。现在一切准备就绪，坩埚再次被提起，里面的液体被倒入一个大型漏斗中，然后流进下方的模具中，直至填满整个模具。在每个模具旁，都有一名手持铁棒的助手负责继续搅拌，把所有的杂质和气泡带到表面，以便金属能够凝固——这一场景简直就像为画家准备的绝佳素材。于是我们便离开了他们。

飞艇式鱼雷。
战争发明的历史，其实就是不断在新的防御手段与新的攻击手段之间来回博弈的历史。有时人们会发明盾牌来抵御标枪的攻击；随后又出现能够以更大威力将标枪射向盾牌的武器；接着盾牌又被更厚的铠甲所取代，如此循环往复。这一发明的进程一直持续到现代，其规模越来越大，也为战争艺术带来了越来越多的惊人变革。如今，战争已演变成人类所控制的“高爆炸药”力量与经过特殊处理而具备极强韧性的金属抗力之间的较量。
至少在海上，目前看来进攻力量似乎比防御力量更为强大。我们的战舰可能被数英寸厚的最坚硬金属包裹，从而成为几乎无法被重炮击中的浮动堡垒。它们还配备了强大的引擎，能够以同等力量进行反击，船员也都是意志最为坚定的人。然而，如果在海战中遭遇攻击，那种极具破坏力的冲击随时都可能从某个意想不到的方向袭来——即便有所察觉，也难以及时发现，因为攻击可能来自水线以下。即便给战舰从甲板到船底都装上几英尺厚的装甲，面对鱼雷的巨大冲击，这些金属也会像饼干盒一样被压碎。
这种破坏性武器令人敬畏，与其说是因为它已经造成的破坏，不如说是因为它还具有巨大的潜在破坏力。在实际战争中，鱼雷成功击中敌舰的案例其实并不多。不过，它的心理威慑作用却是巨大的。即便鱼雷没有击中目标，仅仅是它的存在，尤其是在夜间，就会让舰队指挥官们时刻保持高度警惕，从而影响他们的作战效率。鱼雷不存在“半途而废”的情况：要么完全成功，要么毫无用处。虽然制造鱼雷需要巨额成本，但只要使用得当，它就能让敌人的大量财产和士兵葬身海底。因此，发射鱼雷其实就如同用小鱼来捕捉鲸鱼罢了。

发明家们的目标是为这种适用于开阔海域的飞艇式鱼雷赋予这样的性能：一旦被发射出去，它就能在没有外部帮助的情况下朝着预定方向前进。由于问题本身的复杂性，要制造出一种实用的武器面临着极大的困难。鱼雷无法像炮弹在空气中那样在水里飞行——水虽然具有可塑性，但却不可压缩，因此会为移动中的物体带来随速度增加而增大的阻力。所以，鱼雷必须拥有自己的动力装置和操控系统，实际上就是一种功能完备的微型潜艇。为了避开视线和危险，它必须在水面下航行，但又不能沉到海底；为了发挥效用，它必须具备较高的速度、较大的作用范围，并能够抵消途中可能遇到的任何水流影响。

在各种纯机械驱动型的鱼雷中，怀特黑德鱼雷无疑是最出色的。30年来，它依然在开阔海域作战方面处于领先地位。这真是将各种技术手段巧妙地运用到实际目的中的典范，而且由于它最符合上述对有效攻击武器的要求，因此详细研究这一极为重要的武器是非常有意义的。

1873年，奥地利海军的卢普伊斯上尉尝试使用一种小型火力舰，通过绳索和引导线来控制其在海面上的行进方向。这种火力舰上装有炸药，一旦与目标船只相撞就会立即爆炸。奥地利政府认为其方案过于粗糙，无法实现，于是上尉开始寻找能帮助他将这个看似不错的想法转化为现实的人选。他找到了当时在菲乌梅的一家工程公司担任经理的怀特黑德先生。怀特黑德先生立刻对这一设想表示赞同，放弃了复杂的引导绳系统，开始用自己的方法来解决这个问题。经过两年的秘密研究，他在一名可靠的机械师以及自己儿子的帮助下，制造出了第一枚以他名字命名的鱼雷。这种鱼雷由钢铁制成，直径为14英寸，重量为300磅，装有的炸药量为18磅。不过它的性能相当有限：在理想条件下，它的行驶速度仅为每小时6节，而且只能短距离行驶。它的行进轨迹也不稳定，有时会在海面上航行，有时则会沉向海底。不过，英国政府意识到了怀特黑德先生工作的价值，

他鼓励他不断改进这种武器，并为专利权支付了巨额费用。一种又一种设计被不断尝试，最终实现了近乎完美的形态。

简而言之，怀特黑德鱼雷呈雪茄状，头部钝圆，尾部逐渐变细，整体形状类似鱼类。其长度是直径的12倍，不同型号的直径在14到19英寸之间。鱼雷前端装有触发装置，尾部则有两个三叶螺旋桨，它们同轴旋转但方向相反，这样既能节省动力，又能避免鱼雷偏离飞行轨迹；此外还有两组舵，一组水平，另一组垂直。最新型号的鱼雷速度可达29节，射程超过1000码。

鱼雷内部由密封的钢制隔板分成五个舱室。最前端是爆炸头，里面装有湿式火棉或其他炸药。这个被称为“战斗头”的部件是可以拆卸的，为了便于训练，人们会用装满木头的假头来替代它，以保持平衡。

接下来是空气舱，里面充满高压空气，用于驱动发动机；再往后是平衡舱，里面装有用于维持鱼雷适当深度的装置；然后是发动机舱；最后是浮力舱，该舱室是密封的，可防止鱼雷在飞行结束后下沉。

依次来看各个舱室：鱼雷的最前端是用于点燃火棉的手枪式点火装置及引信。这一部分的设计经过了精心处理，以确保鱼雷不会对友军造成危险。手枪式点火装置由一个在金属管中滑动的钢制塞子组成，塞子的后端装有雷管。只有当塞子完全压紧雷管时，才会发生爆炸。为防止过早爆炸，人们采取了三项预防措施。首先，塞子前端有螺纹，一旦鱼雷入水，螺旋风扇就会沿着这些螺纹移动。在鱼雷行驶45英尺之前，风扇还无法到达末端，因此塞子也无法被压紧。即便塞子已经完全松开，也需要强大的力量才能将其压紧，因为此时必须先折断一根小铜针。而在此之前，螺旋风扇还根本无法开始转动。

在发射瞬间必须拔出安全销，这样鱼雷在离开发射舰的危险区域之前就不会造成危害。引爆装置由38格令的汞 fulminate组成，而引信则由六个一盎司重的干火棉圆盘构成，这些圆盘被放置在一个铜制圆筒中，圆筒的前端与手枪的击针管相连。当受到冲击时，汞 fulminate会膨胀2500倍，从而给火棉圆盘带来强烈的冲击力，使其爆炸并进一步冲击200磅重的主装药。空气室由质量上乘的压缩钢或厚度为三分之一英寸的磷青铜制成。在准备发射时，该空气室需要承受每平方英寸1350磅的压力。由于压缩程度如此之高，最大尺寸的鱼雷中该空气室内的空气重量至少有63磅。空气是通过特殊设计的强力泵送入空气室的。在这个空气室的后方还有另一个容器，里面装有止回阀和转向装置。止回阀是一种用于密封空气室的装置，在鱼雷被发射之前不会让空气泄漏出去。该阀门的构造使得在阀门打开、空气室与启动阀相连之前，不可能将鱼雷插入发射管，因此发动机在鱼雷离开发射管之前不会开始工作。转向装置无疑是怀特黑德鱼雷中所包含的诸多巧妙装置中最精巧的一个。它的功能是在发射前设定的深度上保持鱼雷的平衡状态。这一功能是通过两种机制实现的：一个摆锤，以及一个在鱼雷下沉时因水压作用而开启的阀门。当鱼雷朝下倾斜时，摆锤会向前摆动，通过连接杆使水平方向的舵上升；当鱼雷上升时，摆锤恢复垂直状态，舵则变为水平状态。这一装置仅能确保鱼雷以水平方向前进，而阀门则通过与摆锤的协同作用来维持鱼雷的适当深度。其原理较为复杂，简而言之，就是当摆锤摆动过远时，阀门会对其进行修正。为防止发射时的冲击导致摆锤剧烈晃动，还有一套特殊的控制装置，它会在鱼雷行驶一定距离后才会释放转向装置。转向装置并不直接作用于舵上。怀特黑德先生在早期的研究中……

实验表明，重量和阀门所产生的拉力不足以在螺旋桨的推力作用下移动舵面。因此，他设计了一种小巧而有效的辅助发动机，即伺服电机——它对于鱼雷而言，就如同蒸汽转向装置对于船舶一样重要。这种伺服电机位于引擎舱内，长度仅为4英寸，但通过压缩空气产生的动力极为强大：转向装置施加的半盎司压力就能让舵面承受160磅的拉力。该发动机由三个单作用气缸组成，这些气缸的曲柄彼此之间的夹角为120度，因此不存在“死点”或停止点。虽然它们的体积很小，但由于气室内的压力极高，仍能产生近31马力的动力。为防止鱼雷在从发射管进入水中时转速过快而造成自身损坏，人们为其配备了“延迟动作阀”，该阀门会在鱼雷撞击水面时自动打开。此外，为避免空气以逐渐降低至零的压力进入气缸，还加装了“减压阀”或调速器，以确保发动机以恒定速度运转。

怀特黑德鱼雷可从水线以上或以下的发射管中发射。甲板上的发射管优点在于更易于瞄准，但装填鱼雷时却存在危险，因为敌方舰船发射的子弹或炮弹可能会引爆鱼雷，带来严重后果。因此，人们越来越倾向于使用水下发射管。为了精确瞄准鱼雷，人们设计了一种巧妙的装置，该装置能够考虑到发射鱼雷的舰船的速度、目标舰船的速度以及鱼雷本身的速度。当到达发射时刻时，负责操作的军官会按下电钮，从而启动固定在发射管旁的电磁铁。电磁铁会释放出一个重球，该重球下落后会转动“发射杆”。压缩空气或火药喷射物会被施加到鱼雷的后端，如果鱼雷处于水下状态，它就会沿着导向杆从舰船侧面射出，同时从两端被释放出来，这样就避免了那种如果不在鱼雷尾部完全离开之前将其保持在舰船前端而导致的严重偏转现象。这种导向装置使得鱼雷能够以高速几乎垂直于舰船的行进方向从舰船侧面射出。

不难理解，怀特黑德鱼雷是一种价格高昂的武器，其价值高达500英镑甚至更多，因此相关机构在对待它时格外谨慎。

在用“空弹”进行训练时，会为鱼雷安装一种“霍姆斯灯”。这种灯实际上是一个装满磷化钙的容器，水会通过容器上的许多孔洞渗入其中，从而产生气体并上升至表面。这些气体与空气中的氧气接触后便会燃烧，同时产生大量浓烟，无论白天还是黑夜都能显示出鱼雷的位置。在朴茨茅斯，有储存着上千枚鱼雷的仓库。每枚鱼雷都会定期被拆解、检查、测试，之后再根据记录重新组装起来。每枚钢制鱼雷都会被保持得光亮整洁，表面还会涂上一层薄油，以防出现任何锈迹破坏其外观。G·E·阿姆斯特朗中尉所著的《鱼雷与鱼雷艇》一书中有一段有趣的描述，展现了在鱼雷储存方面所体现出的极度严谨态度：“作为对鱼雷保管工作细致程度的例证，可以提到的是，鱼雷机制中的一种小型黄铜螺丝，其价值约为每打两便士半，而这种螺丝的编号绝不允许出错。有一次，在清点库存时，负责清点的士兵报告称共有5000个这样的螺丝，但实际上只有4997个。尽管这些螺丝的价值不过是一毛钱的极小一部分，但人们还是为此写了好几封邮件来回沟通。”这类鱼雷效能的典型例子，就是1894年日中舰队之间在鸭绿江上进行的战斗。日军用大炮持续轰击对手数小时，却未能取得决定性成果，于是他们决定发动鱼雷攻击。在夜色掩护下，他们发动了攻击，结果摧毁了一艘巡洋舰“定远号”。次日夜间，日本驱逐舰再次发动攻击，又毁坏了一艘巡洋舰“辽远号”，该舰在遭到攻击后五分钟内便沉没了；同时还击沉了用作训练舰的旧木船“威远号”，并将一艘大型蒸汽艇炸到附近的码头之上。这些致命的打击让中国军队难以承受，不久之后他们便向装备更先进、作战能力更强的敌人投降了。如果今天爆发大规模海战，大多数国家无疑会选择使用白头鱼雷，因为它在开阔海域中具有出色的性能。

陀螺仪的运用大大提升了其精确度。这种陀螺仪实际上是一个重型的飞轮装置，会以与鱼雷飞行路径成直角的方向快速旋转，从而使得鱼雷几乎无法改变方向。在港口防御方面，可以使用布伦南鱼雷或美国的同类产品——西姆斯-爱迪生鱼雷。这两种鱼雷都是通过连接线从固定基地进行操控的。不过，这些连接线的存在却成了它们在舰队作战中使用的障碍。我们的海军部门正在使用布伦南鱼雷，它是由墨尔本的一位钟表匠发明的。由于家境贫寒，布伦南先生向殖民地政府申请资助，以便能够继续研发这种鱼雷，最终他获得了足够的资金来完成这项工作。1881年，我国海军部要求他将这项发明带到英国进行试验，结果发现它在港口和溪流防御方面极为有效。在皇家工程师的建议下，布伦南先生因其专利和技术而获得了丰厚的报酬。布伦南鱼雷的动力来自岸上的强大发动机，该发动机的功率可达100马力，鱼雷则通过坚固的钢琴线与发动机相连。这些线的一端缠绕在鱼雷内部的两个卷轴上，每个卷轴都带动一个螺旋桨；另一端则连接到由岸上发动机高速驱动的两个卷鼓上。当卷鼓转动时，鱼雷内的卷轴也会随之旋转；因此，鱼雷被拉得越紧，它的前进速度就越快，就像一匹训练有素的跑马一样。鱼雷的转向是通过调节两个卷鼓的相对速度来实现的，进而影响螺旋桨的转速。这两个卷鼓可以自由地安装在发动机轴上，通过摩擦制动器来控制它们的转速，这样就不必改变发动机的运转速度即可调整鱼雷的速度。其中一个卷鼓的速度增加，另一个卷鼓的速度就会相应减少。鱼雷可以轻松地在正前方两侧各40度的范围内向左右转向；但一旦发射出去，就只能依靠船只才能将其收回。它的飞行轨迹会由上文所述的霍姆斯光源来标记。这种鱼雷装有200磅重的火药装药，同时还配备了类似怀特黑德鱼雷所用的装置，用于保持适当的深度。西姆斯-爱迪生鱼雷则与布伦南鱼雷的不同之处在于，它的响应指令的能力更强，而且其动力是通过电力传输的。

连接电缆，其长度超过30英尺，直径为2英尺。鱼雷本体通过杆状物与一个大型铜制浮标相连，该浮标上装有球体，用于向操作员显示鱼雷的行进路径。鱼雷本身由四部分组成：爆炸头；用于储存电缆的装置，这些电缆会在鱼雷行进过程中被释放出来；发动机舱；以及用于安装转向装置的隔间。这种鱼雷具有极高的速度和较远的射程——超过4000码。它能够向任何方向转动，必要时还可以改变航向。与布伦南鱼雷一样，它的缺点也是拖尾电缆过长，容易缠绕；此外，如果敌军的炮火损坏了浮标，鱼雷也可能失去功能。不过，一旦经过实际测试，它很可能会成为一种非常有效的港口防御武器。

谈到奥林-阿姆斯特朗鱼雷，我们就进入了鱼雷设计的最新阶段。由于传统电缆存在诸多缺陷，电工们开始寻求无需物理连接的鱼雷控制方法。无线电通信技术表明，这样的方法并非不可实现。瑞典人阿克塞尔·奥林与J.T.阿姆斯特朗共同研究，最终证明可以通过光波来操控鱼雷，或者更准确地说，是通过某种形式的X射线来实现操控。奥林声称，他的鱼雷时速可达22节甚至更高；它可以被随意调整航向，向左或向右移动；只要在视野范围内，就可以通过敌人无法察觉的光波来控制它；而且不仅一艘鱼雷，多艘鱼雷也可以通过同一束光波来操控；由于鱼雷处于水下状态，即便被敌人发现，也很难成为其炮火的有效目标。

这种鱼雷带有一根伸出水面的杆子，杆子的上端有一个白色圆盘，用于接收光波并将其转化为驱动动力。夜间时，这根杆子上还会装有一盏电灯，灯光会遮住敌方视线，但能让操作员清楚地看到鱼雷的位置。奥林设计的鱼雷在攻击时具有极强的针对性。在攻击之前，舰船虽然可以借助钢网来获得一定的保护，但由于这种大型鱼雷的头部隐藏着另一枚较小的鱼雷，一旦钢网被击中，那枚小鱼雷就会立刻冲出，打开一个缺口，随后那枚较大的鱼雷便可轻松跟进。而钢网则……

鱼雷在穿透目标后，还需再次撞击才会爆炸。首次撞击时，从鱼雷头部伸出的销钉会插入以使发动机反向运转，同时有个螺母会沿着螺旋轨道移动。当螺母移动到螺纹末端时，鱼雷的头部会通过阀门缓缓伸出，使其前端呈向下倾斜状态。此时发动机再次反向运转，螺母再次移动，这次则是让鱼雷的头部向上移动，从而从下方以最佳角度击中目标船只。这种鱼雷已经过了试验阶段。据报道，在奥林先生将他的发明献给瑞典政府以及对该年轻同胞的创意极为感兴趣的国王的命令下，不久前在瑞典的河流中进行了多次试验。鱼雷被发射出2.5英里远，能够按照指令改变方向，还能上升或下沉——而这一切都无需任何物理连接。政府对试验结果十分满意，决定为这种武器申请专利，因为它能提供一种廉价的手段来保护海岸线。奥林先生描述了如果他的发明被用来防御某个阵地时可能发生的情况：“假设我在一个合适的小海湾中，10英尺深的水下藏有12枚鱼雷，而我接到的任务是摧毁刚刚出现在地平线上的敌舰。在我的面前，或许会有一张小桌子，上面摆放着我的控制装置；我有12个按钮可供操作。每个按钮上都会标明与之相连的鱼雷的详细信息，包括其破坏力、发动机性能以及能飞行的距离。此外，每个按钮上还会标明按下它以释放鱼雷的时间。现在，我看到敌舰队中最前面有一艘大型船只。我将手指放在与最强大、最具杀伤力的鱼雷相对应的按钮上，按下按钮——大概持续12秒。鱼雷会在特殊弹簧的作用下从固定装置中被推出，里面的小销钉也会被拔出，随即发动机制开始运转，我的‘毁灭工具’便潜入水中，而那艘船根本无法察觉到自己的末日即将来临。我再按下另一个按钮，根据按下的时间来操控鱼雷的方向；舵会响应我的指令，而那些控制装置则遵循我的意念。”[2] [2] 《皮尔森杂志》

如果这种鱼雷真能如设计者所期望的那样发挥作用，那么至少以目前的方式进行的海战将变得不可能。似乎没有理由不能从舰船上发射这种鱼雷；我们也无法想象，那些拥有如此可怕武器的敌舰会愿意彼此靠近到几英里之内，尤其是当潜艇还配备了奥林先生以及他的瑞典兄弟昂格少校正在研发的多种新型航空鱼雷时。奥林设计的那种鱼雷将依靠强大的推进装置来发射；而昂格少校设计的鱼雷则依靠通过鱼雷后部涡轮机点燃慢燃气体所产生的连续动力来驱动。发明者们希望这种鱼雷的射程至少能达到六英里。

面对这样的导弹，还有什么防御手段呢？战舰要么会被从下方击毁，要么会被从上方摧毁，其处境将越来越不利。庞大的体积只会让它成为更易攻击的目标；而以增加重量为代价换来的强度，也只不过是让战舰更快沉入海底的手段罢了。难道海战不会逐渐变成由几次致命且迅速发动的攻击所决定的战斗吗？人类的发明将会让规模不同的国家之间的力量对比越来越均衡，首先是在海上，然后在陆地上。最终，但愿就连最狂热的人和最勇敢的心也会避免陷入那种近乎毁灭性的战争之中，而战争——人类最大的敌人——也将随之被消灭。

潜艇。
由于出现了可用于攻击敌舰水线以下部位的鱼雷，人们自然而然地开始研发那种能够靠近目标、从而有效发射鱼雷的船只。在探照灯出现之前，夜间袭击可以让小型船只很好地隐藏起来；但如今，午夜的黑暗瞬间就会被日光驱散，因此就需要更为巧妙的攻击方式。
于是，潜艇或潜水艇应运而生——这类船只能够在与目标保持安全距离的情况下潜入水中，待鱼雷发射完毕后便能隐身返回，避开破坏范围。
近年来，人们发明并试验了许多所谓的潜艇。这一理念其实由来已久，我们许多所谓的现代发明也是如此。两千多年前，亚里士多德就描述过一种用于攻打提尔的此类装置（不过那更像是一种潜水钟而非真正的船只）；他还提到潜水员会使用“类似大象鼻子的”气管，从水面获取新鲜空气——这一设计被应用在了多艘现代潜艇上。据说亚历山大大帝也在战争中运用过潜水员；普林尼则提到过一种巧妙的潜水装置，培根则提到了潜水员使用的气管。甚至还有证据表明当时已有攻击性武器被使用。卡卢维乌斯被认为发明了用于喷射希腊火的潜艇炮。16世纪时，乌普萨拉的主教详细描述了某些用于从水下攻击船只的皮制小船，他声称自己亲自考察过其中两艘。1629年有记载称，巴巴里海盗会通过潜水员将潜艇鱼雷固定在敌舰的龙骨上。早在1579年，一名名叫威廉·伯恩的英国炮手就为他自己设计的、装有皮革接合处的潜艇申请了专利。

通过螺旋装置来调节其大小，内部填充水作为压载物，同时以空气管作为桅杆。1885年试制的坎贝尔-阿什潜艇也是基于类似原理设计的。
科尼利厄斯·范·德雷贝尔是一位聪明的荷兰人，他在1600年前定居英格兰，他制造出了若干种潜水器，并获得了两位国王的资助。他声称自己找到了让污浊的空气重新充满氧气的办法，从而使潜水器能够在水下长时间停留；至于他是通过化学处理、压缩空气还是其他方式实现这一点的，目前没有相关记录。德雷贝尔的成功使他得以在泰晤士河上进行实验，詹姆斯一世还曾陪同他进行过一次水下航行。1626年，查理一世命令他制造“可潜入水下的船只”，以及“水雷、水爆弹”等武器，这些武器很可能是用于对法国的战争，但并没有记载表明这些破坏性武器真的被使用过。

“荷兰”号潜艇。
这些早期的潜艇似乎都是依靠安装在密封皮革套中的桨来推进的；不过在1654年左右于鹿特丹制造的一艘潜艇则配备了明轮。
再往近代看，1773年时，一位名叫布什内尔的美国人也有了类似的创意，他发明了著名的“龟形艇”——那种小型直立式船只，一个人可以坐在里面，通过带有外露开口的皮革瓶来潜入水中，再用小桨推动船只前进，同时用简单的舵来控制方向。曾有人试图用这种艇来炸毁英国舰队，但并未成功。

那些装有鱼雷的“潜水艇”，但由于水流过于强劲，鱼雷在距离目标一定距离处爆炸，操作员最终得以从这次意外冒险中获救。布什内尔正是那种可拆卸式安全龙骨的发明者，而这种设计后来被广泛采用。

不久之后，另一位新英格兰人——富尔顿也加入了这一领域的研究。他是19世纪初期最聪明却最不受重视的工程师之一。他在法国船厂建造的“鹦鹉螺号”在很多方面都为现代潜艇的设计提供了范本。该潜艇拥有雪茄形状的铜制船体，由铁制肋条支撑，长度为24英尺4英寸，最大直径为7英尺。推进系统位于船尾中央，通过手摇绞盘驱动轮子来推动潜艇前进；船头设有一个小指挥塔，潜艇则通过舵来操控方向。船体下方还装有可拆卸的龙骨，顶部则装有可在水面上使用的可折叠桅杆和帆。此外，潜艇外部还配有锚。尽管所使用的材料并不完美，但富尔顿仍然取得了不少成就：在布雷斯特，他带领三名船员下潜到25英尺深的地方；还曾炸毁了一艘旧沉船。在塞纳河上，他让两名船员下潜20分钟，然后又在水下返回出发点。他还尝试将高压空气送入潜艇内部，使潜艇能够在水下停留数小时。然而，法国、英国以及他的祖国都拒绝接受他的发明；极度沮丧的他便转而致力于设计船舶发动机。

1821年，同样是美国人的约翰逊上尉制造了一艘长100英尺的潜水艇，打算将其用于从圣赫勒拿岛接回拿破仑，不过这艘潜艇大多时间都在水面上行驶。这次行动最终未能实现。

此后，卡斯特拉和佩耶讷分别在1827年和1846年发明了另外两种潜水艇，其用途更为和平——它们配备了潜水舱，让使用者能够从海底打捞物品；卡斯特拉还在自己的潜水艇上设置了通向水面的空气管道。另一位发明家鲍尔在阿尔伯特亲王的资助下在英国生活了几年，亲王为他提供了实验所需的资金。在布鲁内尔的帮助下，他建造了一艘潜水艇，但海军当局擅自对它进行了改动，结果导致这艘潜艇沉没，船员们也因此丧生。之后他前往俄罗斯，为当地海军制造了几艘潜水艇，但最终也被抛弃，不得不像富尔顿一样转而从事其他工作。

事实上，在这一时期之前，人们还没有提出需要用于作战的实用潜艇的需求，否则这些发明早就会有截然不同的反响了。在过去的半个世纪里，一切都发生了变化：美国和法国在潜艇制造方面展开竞争，而其他欧洲国家则以极大的兴趣关注着这一领域，并为解决水下推进问题贡献自己的力量。

1864年美国内战期间的封锁战中，霍萨托尼克号在查尔斯顿港被击沉，其他船只也遭到破坏，这标志着潜艇技术的起步。不过与后来的现代潜艇相比，那些实验性的鱼雷艇实在十分笨重——它们只能将武器安装在船首伸出的杆子上，一旦接触到障碍物就会爆炸，很可能让攻击者自己也一同毁灭。因此，在怀特黑德鱼雷得到完善之后，才有了进一步发展的动力。

法国也在同一方向上进行探索，1889年他们制造出了古贝特号潜艇，这是由一位私人发明家设计的，后来也得到了其他海军力量的支持。这类潜艇体积非常小，第一艘的长度为16.5英尺，可搭载两到三名船员。1899年制造的古贝特2号长度则为26.25英尺，其结构由多层枪金属通过坚固的螺丝连接而成，因此能够承受巨大的压力。它们的形状类似鸡蛋或纺锤形，依靠压缩空气来控制沉浮——需要上浮时，只需调整水舱中的水量即可。如果系统出现故障，还可以拆下重达3600磅的临时龙骨，使潜艇重新浮出水面。推进力来自电力，它驱动船尾的螺旋桨，而鱼雷则通过压缩空气从发射管中射出。

“借助光学望远镜，再加上气动伸缩装置，操作员可以瞬间将望远镜伸到水面之上或拉回水中。这样，当潜艇靠近水面时，古贝特号的船长就能看清周围的情况。该望远镜配有棱镜和透镜系统，能够将海面的影像投射到下方观察者的眼中。”

“船员的呼吸所需新鲜空气由氧气储罐提供，而污浊的空气则可以通过小型泵排出。”

新鲜空气可以被压缩并储存在储气罐中，以供船员使用一周甚至更长时间。
“Gymnote”号于1898年建成，其体积是“Goubet”号的两倍多；它呈雪茄形状，长29英尺，直径6英尺，排水量为30吨。其动力来自储存在蓄电池中的电能，用于水下航行时使用；理论上它的速度可达10节，但实际上并未达到这一速度。

五年后，这种潜艇得到了改进，出现了“Gustave Zédé”号——这是迄今为止设计过的最大的潜艇。该艇由磷青铜制成，配备一个螺旋桨，长度为131英尺，排水量为266吨；它可以容纳9名官兵，携带3枚鱼雷——不过只有1个鱼雷发射管而非2个；它的指挥塔仅有轻型装甲。据说它在水面上的行驶速度为13节，水下则为8节。在海军部长洛克罗伊的见证下进行的测试中，它将一枚未装填炸药的鱼雷附着在“Magenta”号战舰上，然后成功逃脱且未被发现。那次测试的结果被认为非常成功。但由于其行动范围有限，其成本实在过高，因此现在该类别的正式型号变成了体积较小的“Morse”号（118×9英尺）。

1896年举行了一次竞赛，由劳布夫设计的“Narval”号潜艇获胜，它的形状与普通的鱼雷艇类似。在水中航行时，“Narval”号依靠燃烧石油燃料的布鲁莱发动机来为锅炉加热；而当它潜入水中进行攻击时，则由蓄电池提供动力。它的排水量约为100吨，配有4个泽维基式鱼雷发射管。据测算，它在水面上的行动范围约为250英里，以每小时5节的速度在水下航行时的行动范围则为70英里。这种潜艇是另一类用于进攻战术的潜艇的雏形，而“Morse”号则主要用于海岸和港口防御。法国海军共有30艘潜艇，不过其中几艘目前还只是处于设计阶段，还没有经过实际战斗测试——实验中使用的鱼雷当然是空包弹而已。

与此同时，美国从1887年开始也在进行相关实验，当时纽约的霍兰德先生制造出了以自己名字命名的潜艇。

经过大幅改进后，该设计已被我海军部门采纳为标准型号，目前他们正在按照类似的设计建造大约六艘此类潜艇。虽然很难获得关于法国潜艇的详细信息，但美国方面则较为开放，那些曾参观过“荷兰号”及其后续型号的人为我们提供了详尽的描述。这些潜艇虽然也呈雪茄形，但在某些方面与“纳瓦尔号”相似，它们设计用于在水面长时间航行，配备有160马力的四缸汽油发动机，以汽油为动力。在水下时，则由70马力的电动防水马达驱动，航行速度为每小时7节。艇上设有甲板结构、发动机用的烟囱，以及一个由4英寸厚装甲保护的小型指挥塔。其武器装备包括5枚长度为11英尺8英寸的18英寸“怀特黑德”鱼雷。该潜艇的排水量为120吨，其中包括850加仑的汽油储存空间；全长为63英尺4英寸，宽度为11英尺9英寸。

“霍兰德号”的内部结构。右侧的大型摆锤通过机械装置来使潜艇保持在预定深度处。

一位曾乘坐该潜艇出行的冒险家这样描述它[3]：“‘霍兰德号’的长度为53英尺，最宽处的直径为10又1/4英尺。它的排水量为74吨，还有2又1/2吨的浮力储备，这一浮力会使其上浮至水面。[3]《皮尔逊杂志》。”

“该潜艇的框架是由钢制成的圆形结构，这些框架之间的距离略大于1英尺。从潜艇中心到船头和船尾，框架的直径逐渐变小。在潜艇顶部有一个平坦的上层建筑，可作为行走平台；其下方则设有用于放置排气管以及各种外部设备的空间，比如绳索和小锚。覆盖在框架上的钢板厚度在半英寸到八分之三英寸之间。”

“从可以视为潜艇中心的部位开始，有一个塔状结构向上延伸，穿过上层建筑约18英寸。这个结构的直径为2英尺，是进入潜艇的唯一通道，也是操作潜艇的地方。在船尾有一个普通的三叶螺旋桨和一个普通舵，此外还有两个水平方向的舵——被称为‘潜水舵’，看起来就像鸭子在水面游动时展开的脚掌。”

“从船头向船尾方向，三分之二的距离处有地板，地板下方存放着蓄电池、汽油箱以及用于让潜艇下潜的注水舱；在潜艇最后三分之一的区域，地板消失了，那里则安置着推进装置。”

“潜艇上有大约十几个开口，其中最重要的三个是金斯顿阀，通过这些阀门可以给注水舱注水或排水。其他开口则用于连接压力表，这些压力表可用于调节或显示潜艇在水下的深度。潜艇的顶部和侧面还有十二个观察窗。除非使用锚，否则潜艇必须保持移动状态才能持续处于水下。

“它可以通过舵来控制方向，浮到水面；或者通过排空储气罐使其升到水面。如果撞到海底或陷入泥中，它还可以利用压缩空气将自己顶出来。只要船体底部没有被击穿，它就不会沉没。无论在水中还是在水面上，它的速度都能达到8到10节。”

“它在水面上行驶时无需补充汽油，即可航行1500英里。在水中时，它也能以40节的速度持续行驶而无需浮出水面。如果压缩空气不被用于其他用途，比如排出潜航舱内的空气，那么这些空气足以让船员呼吸30小时。它能在8秒内下潜到20英尺的深度。”

“船内到处都是各种机械装置。一旦走下炮塔，就会立刻看到它们。那里有一个很小的指南针，必须小心避开。操作员站立时，压力表就在他正前方。还有通向船体各部位的通话管，以及通往引擎室的信号铃。”

“操作员的双手垂在身体两侧，他可以触摸左侧的轮子来操控船只的方向，同时也可以触摸右侧的轮子来控制潜航装置。当舱盖关闭后，操作员可以通过环绕在炮塔周围的、宽约1英寸、长约3英寸的玻璃窗向外观察。”

“只要船还在水面上行驶，这些窗户就非常有用——只要水面平静，就能清晰地看到周围的环境。但一旦船沉入水中，这些窗户就毫无用处，因为根本无法透过水看到外界。此时就必须依靠指南针来掌舵，而直到最近，人们还认为这在潜艇上是不可能做到的。炮塔里有一盏小电灯，能告诉操作员前进的方向，同时也能让他看清深度计上的刻度。如果船从某艘船等物体下方经过，通过观察窗可以看到相应的阴影，但也就仅此而已了。能够看到水中游动的鱼群，不过是一种美好的幻想罢了。”

“船体内唯一宽敞的空间就在炮塔内操作员所站长椅的正前方。那里是18英寸长的鱼雷发射管以及8又5/8英寸长的防空炮的装弹位置。”

在这个开放空间的两侧，有六个压缩空气罐，每个罐中装有30立方英尺的空气，压力为每平方英寸2000磅。附近还有一个较小的罐子，其中装有3立方英尺的空气，压力为50磅。还有一个更小的罐子，其中装有2立方英尺的空气，压力为10磅。这些较小的罐子提供的压缩空气，与无烟火药一起，被用来将弹丸从船上发射出去。

在炮塔的正后方、左舷的船顶上，有一个用于控制船只方向的小型发动机；它由压缩空气驱动。右舷的船顶上则安装着潜水引擎，其上的圆盘大小如同倒置的餐盘一般。这些圆盘实际上就是隔膜，水压会作用于这些隔膜上，从而抵消某些弹簧的作用力——那些弹簧的作用是保持潜水舵处于特定角度，进而确保船只在潜水时能保持在精确的深度。

一侧有一个立方形的钢制箱体，那就是空气压缩机；而在该部分的正中央，则有一个长摆锤，就像普通鱼雷中的那样。当船只下潜或上浮时，这个摆锤会前后摆动，从而防止船只沉得过深或以过快的角度上升。地板上有一些杠杆，当抬起并朝特定方向移动时，就可以让浸水罐充满或排空空气。四周还有各种阀门、轮子和管道，其布局之复杂足以让外行感到困惑。

船上还有泵、通风装置以及一种用于在水下航行时确定位置的探测装置。这种探测装置由一个重物组成，该重物通过一根钢琴线连接，而钢琴线则从卷轴中穿出，再经过底部的填料函。此外还有用于向船员提供新鲜空气的阀门，不过在通常半小时到一小时的航行时间内，这并不是必需的，因为从船上各处排出的空气已经足够满足这段时间内的需求。

另一种设计略有不同的潜水艇，是由瑞典发明家诺登费尔特设计的。这款潜水艇的长度为9.5米，排水量为60吨。与Goubet号类似，它也只在水平状态下才会下沉，而Holland号则是以轻微的角度向下沉没。在水面时，它由一台100马力的蒸汽机驱动；而当烟囱被关闭、船只开始潜水后，螺旋桨仍会继续运转。

这些船只来自高压下沸腾的大型水槽，该水槽能够持续供应蒸汽，三台循环泵则确保蒸汽与锅炉保持连通。船只的沉降是通过两台受保护的螺旋装置来实现的；当这些螺旋装置停止转动时，船体的浮力便会让它重新浮出水面。船只由舵来操控，而舵的转动则由摆锤来调节。其中最先进的那种船只是英国在巴罗制造的，并在南安普顿水域进行了测试。上述这些船只应被称为潜水器而非潜艇，因为它们通常是在水面航行，只有在接近敌人时才会潜入水中。美国的创新精神造就了一种极为独特的船只，将其称为潜艇实属恰当——因为它能够沉到100英尺深的海底，在海底依靠三个轮子前进。这就是由巴尔的摩的西蒙·莱克先生发明的“阿戈诺特号”。它的主体是一个圆柱形的钢制框架，框架顶部有一个扁平的空心钢制甲板。在潜水状态下，甲板内会注满水，这样不仅可以避免甲板被外部压力压碎，还有助于船只下沉。当它在水面航行时，看起来就像一艘普通船只，拥有两根轻型桅杆、一个装有舵轮的小指挥塔、前桅、通风装置、起重机、抽水泵以及两个锚。在正常情况下，它既可以在水面航行，也可以在水中行驶，为此配备了特殊设计的汽油发动机；而在战争时期，则可以使用储藏电池。电动发电机为整个船内提供照明，包括位于船首的4000烛光强度的探照灯，用于在水下照亮前进道路。当船只停止并接到潜水的指令后，船员们首先会抛出测深绳以确定水深。之后他们关闭所有外部开口，然后通过指挥塔进入船内，舵手则继续在指挥塔内操控方向，操作起来与在船外时一样方便。用于向甲板和潜水舱注水的阀门被打开，于是“阿戈诺特号”便缓缓沉入海底。那两根看似桅杆的东西实际上不过是直径3英寸的铁管，它们高出甲板30英尺以上；只要没有达到更深的深度，这些铁管就能为船上的乘员提供支撑。

新鲜空气可以进入，同时让废气排出，而当水位上升到一定高度时，它就会自动关闭。在海底，这艘多功能潜艇会以三轮车的形式开始行驶。它的两侧各有一个驱动轮，每个驱动轮的直径为6.5英尺，重量为5000磅；还有一个重量为2000磅的转向轮，安装在舵上。在坚硬的海底或强潮水中，由于这些轮子重量较大，因此能更有效地推动潜艇前进；而在松软的沙地或泥浆中，则是由螺旋桨来推动潜艇，此时驱动轮则处于“闲置”状态。这样一来，它甚至能够在齐腰深的泥浆中行进——因为螺旋桨有大量水作为助力，所以能更轻松地向上游移动。

从结构上看，阿戈诺特号看起来就像一支巨大的雪茄。其坚固的钢制框架间距为20英寸，框架上覆盖着厚度为3/8英寸的钢板，这些钢板通过双道铆接固定在一起。要承受上方水的压力，必须具备极大的强度——在100英尺深的水下，水压可达每平方英寸44磅。最初，该潜艇的长度为36英尺，后来又增加了20多英尺，宽度则为9英尺。当它潜入水中时，重量为57吨。在紧急情况下，可以立即从内部释放出重4000磅的假龙骨；此外，还有两个各重1000磅的配重物，作为在深水区沉没时的额外安全措施。

潜艇的内部被划分成多个隔间：生活区包括舱室、厨房、操作室和引擎室。此外还有存放物品和电话的隔间、中间区域以及潜水员专用房间。操作室内有各种控制装置，如杠杆、手轮等，用于操控潜艇的移动。水位计可以显示潜艇距水面的精确深度；两侧的指针则可以指示潜艇相对于水平的倾斜程度。某些杠杆用于打开阀门，让水进入船底的压载舱；还有其他装置用于释放假龙骨。此外，还有测速仪用于记录轮子的转动速度，以及其他仪表用于显示蒸汽压力、引擎转速等信息。指挥塔上的指南针能让驾驶员无论在水面之上还是之下都能保持正确的航行方向。这个仅6英尺高的指挥塔位于生活区的中央，由钢铁制成，顶部还有小型结构。

船体上部设有窗户。在船高的大约四分之三处环绕着油箱，这些油箱为船内的小型储油罐供油，以供使用。压缩空气则储存在两个曼内斯曼制造的钢制储气罐中，这些储气罐已经过测试，能够承受每平方英寸4000磅的压力。当“阿尔戈号”潜入水底较深之处时，这些储气罐可为船员提供持续的空气供应，同时也有助于进行潜水作业。

“阿尔戈号”在水下行驶时的最大速度为每小时5海里。当它到达目的地——比如一艘沉没的煤轮——后，工作人员会进入“中间舱”，然后关闭该舱的密封门。接着会开启压缩空气流，直到该舱内的气压与潜水员所在舱室的气压相等。中间舱的门由印度橡胶制成，具有防水防气功能；其中一扇门与“中间舱”相连，另一扇则是通向海面的出口。

通过船头的三扇窗户，留在舱内的人可以观察周围的情况，视野范围取决于水面的清晰度。潜水员会穿上潜水服，头盔上装有电话，这样他们就可以互相交流，也能与船上的人员通话。他们还配备了电灯，而来自船首的强光则能为他们提供照明。水下也可以轻松使用起重机，而强大的抽水泵则能以每小时60吨的速度将沉船中的煤炭抽到上方的驳船上。

由此可见，这类船只对于打捞作业以及探测港口、河口、海岸线等处的海底情况来说具有极大的价值。在战争期间，它可以用来布设或检查用于港口防御的水雷；如果用于进攻，则可以悄无声息地进入敌方的港口，摧毁其水雷或炸毁其舰船，而不会被察觉。

要让“阿尔戈号”浮出水面，只需向甲板下及船舱内的四个储气罐中注入压缩空气即可。这样一来，它的浮力就会逐渐恢复，从而缓慢而稳定地上升，最终再次浮在水面上，然后驶向陆地。

我们刚才简要介绍了过去为制造实用的潜水艇而做出的诸多尝试中的部分有趣案例，并更深入地了解了几款现代潜水艇的结构。

各种设计方案中，荷兰型潜艇尤其受到重视，因为它是我们海军部所采用的型号；而我们新设计的潜艇仅在与美国原型的细节上存在差异。在结束这个话题之前，我们有必要思考一下对导航工程师的要求，以及目前的发明在多大程度上满足了这些要求。

处于下沉最后阶段的“荷兰”号潜艇。

科幻作品中完美的潜水艇是由儒勒·凡尔纳所创造的，他笔下的“鹦鹉螺号”至今仍堪称科学想象力的杰作。这艘惊人的船舶无论在海面航行还是潜入深海，都能以同样的效率与安全性行进，即便承受着数个大气压的压力亦无妨。它可以停泊在海底，而身着潜水服的船员们则可以外出，在水中的“森林”中漫步、攀登“海洋山脉”。它能从珍珠床和沉没的帆船上获取珍贵的宝藏；而且即便面对体积是其千倍的敌舰，它也能将其击沉，而自身的船体却不会受到任何损伤。没有任何天气状况能影响它的指南针，也没有任何震动会打破它的平衡状态。船员们在宽敞的舱室里轻松愉快地履行着各项职责，电力与自动装置让这些工作变得极为简单。若非在极地海域探险时遇到氧气供应不足的问题，以及人类情感冲突的影响，尼摩船长的乘客们本可以在这座漂浮的乐园中继续他们的航行。

与这一令人着迷的虚构作品相比，现实中那些最实用的潜水艇实在相形见绌。它们都是体积狭小、视野有限的船只，在水下航行时充满危险，钢铁结构与电气设备会干扰指南针的正常功能，目前最好的潜望镜也只能勉强替代人类的视觉功能。它们在海面的速度本来就不快，一旦潜入水中，速度还会进一步降低，甚至不如最老旧、最慢的炮艇。它们的活动范围也十分有限——也就是说，它们无法携带足够的补给，以便在远距离执行任务、与敌舰作战后再返回基地而不需要补充物资。

此外，还有许多技术难题需要解决，比如如何保持浮力与稳定性、避免迅速沉没、以及在水中维持正确的平衡。这类在海面与海底之间航行的小型船只的平衡性极其敏感，哪怕是船员的轻微动作都可能危及船只安全。为了解决这些问题，大型压载水箱、发动机以及储能装置都必须安装在船体底部，同时还会使用摆锤来自动控制舵的方向，从而保持船只的纵向稳定。至于让船只下沉的方法，Goubet等设计中是通过改变螺旋桨的角度来实现的，还有一些设计则利用水平方向的舵叶来实现这一目的。

诺登费尔特和霍兰德认为，首先必须让潜艇的船头与船尾保持精确的平衡状态。然后，潜艇还必须与水达到完美的平衡——也就是说，它的重量必须恰好等于它所排开的水的重量。为此，它的比重必须与水（无论是海水还是淡水）的比重几乎相同；哪怕是微小的意外都可能破坏所有的计算结果。即便只是与一条大鱼相撞，也可能会损坏转向装置，而船体上的凹痕则很可能导致潜艇立即沉没。

即便潜艇能够避开这些危险并顺利驶向目标，目前仍缺乏实际证据表明，仅仅发射鱼雷这一行为——尽管鱼雷坠入水中后其重量会立即得到补充——就足以确保潜艇不会沉底或浮出水面。如果潜艇浮出水面，它就会处于敌军的攻击范围内，任由对方摆布；而且由于其速度较慢（即便没有受损），也几乎没有成功逃脱的机会。

不过，无论最终结果如何，有一点是肯定的：尽管这种潜艇攻击方式尚未经过实际测试，但这种潜在的威胁很可能会动摇那些好战的舰队的士气。

霍兰德先生说：“当第一艘潜艇鱼雷艇投入战斗时，它将让我们面临战争史上最棘手的难题。在进攻时，它将会展现出一种无懈可击的武器——因为根本没有任何防御手段……你无法对潜艇采取任何反击措施，甚至连它本身也无法攻击……你无法看到水下的情况，因此也就无法在水下作战。所以，除了逃跑之外，你根本无法抵御水下的攻击。”

不过，这位发明家对潜艇作为社会工具所带来的未来充满期待。他的潜艇已经通过多次水上和水下的长途航行测试，并取得了圆满成功。‘阿戈诺特号’也曾搭载五名乘客航行了一千英里，证明了它具备适航性、可靠性以及出色的操控性能。

霍兰德先生满怀信心地预计，在不久的将来，就能有依靠从海岸到海岸延伸的缆绳来驱动的自动转向装置来操作潜艇，从而在英吉利海峡实现潜艇运输。他还将潜艇的种种优势阐述得淋漓尽致。

这种运输方式始终可行，因为雾天或风暴之类的普通干扰因素并不会影响海水深度。

无论夏季还是冬季，温度都会保持恒定。这些温暖且光线充足的船只不会产生烟雾或水花。运转正常的电动机也不会散发出令人作呕的气味。由于每艘船都通过自己的电缆在规定的深度行进，并且有电话与岸上保持联系，因此既不会因移动而引发晕船，也不会有碰撞的风险。同样的方式也可用于在湖泊底部或被冰层覆盖的宽阔河流底部进行运输。这就是迄今为止人们为和平或战争所设想的潜水艇——一个需要未来一代人来证明其价值的大胆构想。

动画图片。
读者是否曾想过：雨滴是以单个的形式落到地面上的，为何看上去却像是成条状下落的呢？又为何在黑暗中挥动烧焦的木棍时，其发光端会呈现出火焰状的线条呢？根据常识，雨滴与发光点不可能同时出现在同一个地方。然而我们似乎却能同时看到这两者处于不同的位置。
这种看似矛盾的现象其实源于“视觉残留”现象，几个世纪以来一直吸引着科学家的关注。简单来说，视觉残留可以这样解释：眼睛对光线极为敏感，正如那些持续时间不到百万分之一秒的电火花仍能被看见一样，眼睛能够以惊人的速度捕捉到各种影像。但它无法以同样的速度消除这些影像。视觉影像的持续时间大约为十分之一秒到二十一分之一秒。因此，电火花的持续时间看起来会比实际要长得多。
显然，如果一系列影像的出现速度快于眼睛清除它们的速度，那么这些影像就会相互重叠，进而出现以下四种结果之一：
(a) 如果反复呈现相同的影像，那么该影像就会看起来持续不断；
(b) 如果这些影像各不相同且彼此之间没有关联，就会出现混乱；
(c) 如果按规律轮流呈现两个或少数几个物体的影像，那么这些影像就会合并在一起；
(d) 如果这些物体除了某一部分之外都相同，而那一部分在每次呈现时所处的位置略有不同，那么就会产生运动错觉。

关于(c)点，查尔斯·巴贝奇讲述了一个关于J.赫歇尔爵士的有趣故事：——[4]
[4] 引自亨利·V·霍普伍德先生的《活生生的画面》一书，作者本章中的许多信息都源自该书。

“有一天，赫歇尔与我在饭后坐在一起，闲来无事地转动着桌上的梨子，突然问我是否能让他在同一时间看到一先令硬币的两面。我从口袋里拿出一先令硬币，将其放在镜子前，演示了我的方法。我的朋友说：‘不行，那样不行。’接着，他让硬币在桌上旋转，展示了自己同时看到两面的方法。第二天，我把这个趣事告诉了已故的菲顿博士，几天后他便给我带来了一幅说明这一原理的精美插图。那是一个圆形纸盘，悬挂在两根缝纫用的丝线上。用双手的拇指和食指握住这两根丝线并快速转动，纸盘自然也会随之旋转。纸盘的一面画着一只鸟，另一面则是一个空鸟笼。当丝线快速转动时，那只鸟似乎就飞进了笼子里。我们很快便用这种原理制作出了许多其他玩具，比如一面是老鼠、另一面是捕鼠器等等。我们将这些玩具展示给了凯特上尉、沃拉斯顿博士以及许多朋友，但没过多久就被遗忘了。几个月后，在皇家学会俱乐部用餐时，约瑟夫·班克斯爵士担任会议主席，我听到当时担任海军部秘书的巴罗先生大声谈论帕里斯博士的一项奇妙发明，不过我并不完全明白它的用途。据说这种装置名为‘幻影环’，在阿尔伯马尔街的皇家研究所有售。我怀疑它与我们之前提到的那个玩具有关，于是第二天早上以七先令六便士的价格买下了一个幻影环，随后将其寄给了已故的赫歇尔夫人。它其实就是她儿子和菲顿博士共同发明的那种玩具，曾经让他们的朋友们开心了好一阵子，之后便又被遗忘了。”

由此可见，幻影环只不过是用来说明眼睛能够将一系列交替出现的图像组合在一起的原理而已。接下来要介绍的那些玩具，则是运用相同原理，但朝着创造“活生生的画面”这一方向发展的产物。

例如，当我们看到有人跑步时，我们会持续看到同一个身体和同一双腿，只不过它们的位置不断变化，而这些变化的图像最终会融合在一起。

各种画面会逐渐相互融合。如果只使用一幅图画、一张图表或一张照片，就无法再现那种运动感。一个有无数条腿的人形形象根本无法让我们感受到其正在奔跑或移动；而仅用模糊的图像来展示其双腿依次所处的位置，同样也是徒劳无功的。因此，我们不得不采用一系列彼此略有差异的图片；为避免这些图片显得模糊不清，在切换图片时必须在眼睛与图片之间放置一块屏幕。切换速度越快，用于表现同一动作的图片数量越多，效果就越逼真。这些就是所有用于制造运动错觉的装置所必须遵循的基本原则。视觉暂留现象促使人们发明了许多光学玩具，这类玩具的名称，与大多数与动态图像相关的装置一样，都十分冗长。在这些玩具中，我们将挑选三种进行重点介绍。

1833年，根特的普拉托发明了幻影圆盘——“那种能给人以虚假现实感的装置”——以此来解释这个复杂的名称。幻影圆盘是一个由纸板或金属制成的圆盘，其边缘上绘有一系列连续的画面，展示着人或动物处于不同动作状态下的样子。每两张画面之间都有一个狭窄的缝隙。该圆盘被安装在一个轴上，可以在镜子前旋转，这样，透过缝隙观看的人就能看到依次反映在镜子中的画面。

1860年出现的走马灯，其实也是基于相同原理的改良产品。在这种装置中，画面被排列在一个垂直轴上旋转的空心圆柱体内侧，圆柱体的侧面在画面上方设有缝隙。由于缝隙会导致图像变形，法国人雷诺于1877年发明了动视镜。它与走马灯的不同之处在于，画面并非直接通过缝隙显示，而是通过设置在画面与圆柱体轴线之间的镜子反射出来，每个画面对应一面镜子。只有当镜子与视线呈直角时，画面才会显现出来。雷诺还设计了一种专门的灯具，用于将动视镜中的画面投射到屏幕上。

这些以及其他一些类似的装置虽然颇为巧妙，但却存在明显的局限性。它们的成功与否取决于制作者的创造力与精确度，而制作者在选择拍摄主题时也受到限制；此外，由于装置的构造原因，它们只能呈现机器无限重复的少数几组动作。由于整个动作过程必须被压缩在几张照片中，因此动作之间的转换必然显得十分突然。

要想让“动态影像”技术取得成功，就需要两种条件：一种方法是能够快速连续拍摄大量照片，另一种则是能够再现这些照片的机器，无论其数量有多少。这一方法最终在摄影技术中得以实现。随着摄影技术的进步，“动态影像”技术也得到了快速发展，因此有必要简要介绍一下摄影技术中的各种改进。1839年发明的旧式达盖尔照相法需要半小时的曝光时间。后来，湿胶片技术的出现将这一时间缩短到了10秒。1878年，干板技术进一步将曝光时间缩短至1秒；从那以后，摄影用银盐乳剂的感光度大幅提升，现在甚至可以在千分之一秒的时间内拍出清晰的照片，这一时间短到足以捕捉动物最快速的动作。

因此，到1878年时，即时摄影技术已经可以用来辅助“动态影像”技术的应用了。在此之前，人们虽然已经通过摆好姿势的模特拍摄了一系列照片，但拍摄主题的选择仍然十分有限。而在1870年至1880年间，马雷和穆布里奇两位科学家开始利用相机记录马匹的动作。马雷试图通过单个镜头和多次曝光，在一张底片的边缘上拍摄出一系列照片。而穆布里奇则使用了多台相机——他搭建了一个长长的白色背景，相机则以相等间距排列在背景两侧。相机的快门与连接在背景与相机之间的绳索相连，这样当马匹在跑道上奔跑时，快门就会按照固定间隔自动打开，从而实现连续曝光。穆布里奇的方法后来被德国人安舒茨继承，他在1899年发明了电控高速摄影机。在获得负片后，他在玻璃上打印出透明的正片，然后将这些正片环绕在一个大圆盘上，该圆盘会在屏幕前旋转，屏幕上则有一个孔。

透明胶片的尺寸。当每张图片经过孔洞时，背后的盖斯勒管会因电接触而短暂亮起，从而让人们得以看到马匹动作的某一瞬间。

[5] 《皮尔逊杂志》1902年5月刊上有一篇非常有趣的文章，介绍了马雷教授在拍摄人类、鸟类及四足动物动作方面的最新研究成果。

大约在1888年，带状胶片的出现为动态影像的拍摄带来了前所未有的可能性；如果继续使用玻璃底片的话，是根本无法实现这一点的。现在，拍摄一系列连续的画面已经变得相对容易，因此弗里泽-格林公司和埃文斯公司在1890年就展示了一种能够在半分钟内完成300次曝光、即每秒10次曝光的相机。

接下来要特别提及的是爱迪生的活动电影放映机，他于1894年在英国首次展示了这种设备。早在1887年，爱迪生就试图以类似留声机录制声音的方式制作动画画面（见第56页）。他将感光赛璐珞纸缠绕在圆筒上，经过多次曝光后，其表面便形成了一排排微小的负片。这些负片再被用来制作正片，然后通过电光闪现来依次照亮它们。不过，这种方法在后来更为完善的活动电影放映机中被完全抛弃了——那种放映机能够播放邮票大小的画面，画面通过持续移动的赛璐珞胶片在观众的视线与小型电灯之间传递。画面以每秒46帧的速度掠过观察点（这一速度此前从未有人能达到）；由于每张画面都处于正确的位置，快速旋转的快门上的缝隙能让人们看到它极短的时间。胶片两侧按固定间隔打出的孔可以与轮子上的凸耳相配合，从而确保画面能够匀速移动。几乎所有后来的动态影像拍摄设备都采用了这种带孔胶片的技术。

为了实现每秒46帧的拍摄速度，爱迪生发明了一种特殊的曝光装置。每张负片只有1/46秒的曝光时间，而这其中还必须包括将新的胶片表面调整到镜头前的时间。因此，他设计了一种间歇式传动装置，该装置能以每秒46次的频率推动胶片前进，但在其余9/10的时间内则让胶片保持静止状态。

每张照片所分配的曝光时间都是固定的。在拍摄过程中，镜头会被快门遮住。这一曝光原理也被其他发明家广泛采用。通过这种方式，可以避免产生质量较差的负片，而投射到屏幕上的图像则会更明亮、更稳定。爱迪生已经展示了长而柔软的胶片带的功能，不久之后就有人开始模仿他的发明。幻灯机、生物放映机、照片放映机以及许多其他类似设备相继出现。1895年，卢米埃尔兄弟凭借他们的电影摄影机取得了巨大成功，他们在马赛和巴黎展示了这种设备，将我们如今所熟知的动态图像投射到屏幕上，让大量观众观看。这款相机兼放映机开启了商业化动态摄影的时代。自1895年以来，与动态图像设备相关的专利数量之多，足以证明发明家们要么对这一摄影领域有着特殊的兴趣，要么期望从中获得可观的利润。有一家名为“Mutoscope and Biograph Company”的公司，其唯一目的就是大规模生产和展示动态图像。这家公司是美国企业，但在世界许多地方都有子公司，包括不列颠群岛、法国、意大利、比利时、德国、奥地利、印度、澳大利亚和南非。从以下的简短介绍中，就不难理解这家公司在动态摄影发展中所起的作用。该公司拥有三种设备：用于制作负片的Mutograph相机；用于将图像投射到屏幕上的Biograph放映机；还有Mutoscope，这是一种常见的设备，人们只需支付一便士就能以不同的方式观看同样的图像。从外观上看，Mutograph的体积极为庞大，堪称同类设备中的巨无霸。连同电池一起，整个设备的重量可达数百磅。它能够拍摄出非常大的图像——2.5英寸×2英寸，这样的尺寸不仅能提升图像的细节程度，还无需像其他胶片那样进行过高的放大处理。该相机每秒可进行多达一百次曝光，在这段时间内，有22英尺长的胶片会从镜头前经过。由于胶片非常厚重，如果每次曝光时都让它停止移动然后再突然向前移动，就可能会损坏胶片。其机械结构……

这种由电动机以恒定速度驱动的摄影机，其设计使得只有正在被曝光的胶片部分会停止移动，而其余部分则持续向前移动。已被曝光的部分以及其后形成的胶片环状部分，会由两个滚轮拖动——这两个滚轮在旋转过程中仅有部分时间与胶片接触。这样一来，剧烈的运动仅发生在几英寸宽的胶片区域，即便在最高速度下，该相机也几乎不会产生振动。

经过曝光的胶片会被卷绕在一个直径为三英尺、长度为七英尺的卷轴上，这个卷轴会在装有显影液的槽中旋转。显影完成后，卷轴会被从支架上取下，悬置于一系列用于清洗、定影和最终冲洗的槽上方。当负片干燥后，它会通过一个特殊的印刷装置，与另一张胶片相接触，从而在后者上形成正片图像，用于制作动态照片。即使那些只经历过柯达短款胶片在显影过程中出现问题的技术人员，也能体会到处理这类胶片的难度。

Mutoscope公司的组织结构与其设备一样完善。它在世界各地都设有代表机构。无论是在和平时期还是战争期间，只要发生重大事件，就会有摄影师带着沉重的设备赶到现场，为全球展示拍摄照片。显然，在拍摄之前往往需要克服诸多人为或客观上的障碍，而且摄影师还会面临极大的危险。有记载称，在美西战争期间被派往古巴的一名摄影师，为了保护他的珍贵设备，不得不在三天三夜里断水断粮；因为接应他的队伍在看到西班牙巡洋舰后便立即离开了。还有报道称，另一名摄影师在海上与西班牙人激烈追逐后，侥幸逃脱了被俘的命运。另有记录显示，大西洋城里用来拍摄消防车队列的摄影设备曾被其中一辆消防车撞击而损坏，操作人员也被抛向人群；不过，装有已曝光胶片的箱子却毫发无损，经显影后仍能得到一系列极为精彩的图片，这些图片记录下了碰撞发生的瞬间。

Mutoscope公司拥有数千组照片，其中最珍贵的恐怕要数教皇陛下的照片了——教皇慷慨地允许W.K.迪克森先生进行五次特殊拍摄，期间共拍下了……

共制作了17,000张负片，每一张都令全世界的数百万人极为感兴趣。该公司不惜投入时间和金钱，只为向公众提供令人满意的作品。一年的产量可达数百英里的胶片长度；有时为拍摄一组照片就需要700英尺的胶片，而这类照片的价值甚至可高达1000英镑。摄影师们所展现出的热情实在令人惊叹。例如，1898年的德比赛在下午3点20分举行，而在10点时，Biograph公司又在帕拉斯剧院的巨大银幕上重新播放了这场比赛的影像。基奇纳勋爵从苏丹战役归来时，人们在多佛尔于当天下午拍摄了一组照片，并在当晚就将其展出！再举个例子，1897年的周年庆典活动，在实际举行十天后就在纽约被播放出来；两天后芝加哥也有放映；又过三天，这些影片甚至在距离庆典现场5000英里远的旧金山也吸引了大量观众！在讲座或娱乐活动中，通过幻灯机逐张展示图片，人们很容易感到厌倦。但当Biograph公司以极快的速度播放这些影像时，就再不会有无聊的感觉了——人们根本无法抗拒这种动态的魅力。一张照片只能给人们带来与原物相似的印象，而一系列相互呼应的图片则能让静态的画面焕发生机，让人误以为自己看到的并非事物的影像，而是事物本身。Biograph公司提供的内容种类繁多，足以满足最挑剔的观众的口味：有在斯皮特黑德举行的盛大海军阅兵式，也有福尔总统在巴黎附近的猎场打野鸡的场景。稍作停顿，尼亚加拉大瀑布的壮丽景象就会呈现在银幕上；马克沁机枪也会发出声响；从高速行驶的火车上拍摄到的全景画面则让观众仿佛真的正在开阔的田野间、高耸的岩石间行驶，或是冲进黑暗的隧道中。还有以真实动作般的速度驶来的列车，其呈现得如此逼真，仿佛灾难即将来临；接着，画面突然切换，我们将看到列车缓缓驶入车站。车门打开，乘客们下车并与朋友握手，行李员们忙着搬运行李，车门再次关闭，列车员挥动旗帜，车厢慢慢离开画面。然后，我们的注意力又会转移到其他内容上……

10英寸口径的火炮，在桑迪胡克地区进行射击。接下来，似乎是为了表明这台设备无所不能，我们又看到了一群小猪正专心致志地、毫无礼貌地从食槽中进食的情景。
不可以为“活体影像机”只是用于娱乐而已——它其实还有许多实用的功能。借助它，人们可以详细观察机械运转以及人体肌肉的活动情况，从而为机械工程或医学教育提供帮助。对于艺术学校而言，它则提供了与真实模特相同的各种姿势。对于舞蹈、拳击、摔跤以及各类体育运动来说，它同样具有实用价值。作为广告媒介，它更是无与伦比；如果它能最终取代那些破坏城市景观、弄脏环境的海报，那我们将不胜感激。不久前，北德意志-劳埃德轮船公司的负责人就在伦敦的帕拉斯剧院租用了这台设备，向有兴趣的人展示一场非常有趣的展览，以此证明他们的船只始终适合用于英美之间的航行。
“活体影像机”甚至被用来为大英帝国服务，推动人们移居殖民地。三年前，弗里尔先生在帝国学院以及英格兰的其他地方展出了多部影片，展现1897年马尼托巴省的丰收景象。那些想要移民的人可以通过这些影片亲眼看到，加拿大广阔的平原确实物产丰饶。他们能够亲眼看到自动收割机如何收割、打包小麦，还能看到发动机如何将谷物脱粒以便出售。这显然比那些欺骗穷人、把他们引向致命沼泽地的土地公司所给出的虚假描述要好得多。
再者，还有什么比名为“我们的海军”的精彩展览更能吸引年轻人加入我们的战舰队伍呢？无论口头还是书面上的描述，都无法比得上那些生动逼真的场景——包括舰上的训练、大炮的装填与射击、小型火炮的准备、鱼雷的发射，以及驱逐舰的快速行进。
上文提到的“默片放映机”，在大多数公共娱乐场所、酒吧、码头等地都能找到。

这些展览设在步行道上。将硬币投入投币口后，手柄就会转动，进而让一系列图片依次呈现出来。这些图片是从幻灯片上放大而来的，它们被按顺序安装在圆筒上，就像书本的页面一样。当通过手柄转动圆筒时，这些图片就会从眼前掠过，产生的效果类似于电影放映机上的逼真画面。一个圆筒上可以安装900到1000张图片。

幻灯机的优点在于其体积小巧、结构简单，而且能够轻松更换内容，以便展示当天的各种主题和事件，因此这种动画照片极为受欢迎。它为视觉带来了与留声机为听觉带来的相同好处。不久之后，我们肯定就能拥有兼具这两种功能的便捷设备，从而让我们的钱物得到更充分的利用。

几年后，人们才会更清楚地认识到动画照片的真正意义与价值，因为目前它还属于一种新事物。随着插图报纸和杂志的增多，人们越来越希望有图片来辅助阅读每日、每周或每月的新闻报道，即便这些插图只是新闻编辑室的创意作品而非真实记录。那种能够“反映现实”的可靠动态图像，将会成为新闻业的辅助工具而非竞争对手，它会在文字描述之后出现，进一步展现那些被摄像机记录下来的场景。在过去两年里，我们之所以如此热衷于观看关于军队上下船、重炮在险峻地形中的运输以及战争相关场景的动画影片，很大程度上是因为我们事先已经读过了关于这些场景的文字描述。另一方面，即使报纸上的文字内容早已变得混乱不堪，那些动画影片所留下的印象仍会长久地留在我们的记忆中。因此，我们尤其希望能够将诸如庆典、女王葬礼、爱德华国王加冕等历史性事件的影像保存下来，这样后人只需转动手柄，就能亲眼目睹那个时代发生的重大事件。

巨大的巴黎望远镜
这台望远镜的威力极大，以至于它能让月球看起来仿佛距离地球只有35英里远；它的长度如此之长，以至于许多板球运动员都无法将球从一端投掷到另一端；它的重量极其沉重，足以成为一列货运火车的负荷；其造价高得惊人，那些对天文学感兴趣的百万富翁们可能都会犹豫是否要为自己购买这样的望远镜。正是这样一台庞大的望远镜，在1900年的法国世博会上令成千上万的参观者惊叹不已。在众多令人惊叹的展品中，它或许是最受关注的。这一科学工程上的杰作，以及人们在巨大困难面前所展现出的坚韧毅力，都源于1894年德隆克勒先生向一群法国天文学家提出的建议。他提议在即将到来的世博会上将天文学作为重点展示内容，为此需要建造一台在尺寸和性能上都远远超越现有所有仪器的折射望远镜，从而为“天体历史”增添新的篇章。对于不懂天文学的人来说，这台望远镜的巨大尺寸本身就极具吸引力，就像福斯桥、埃菲尔铁塔、大旋转木马、纽约港附近的自由女神像、金字塔以及人类制造的各种“最大纪录”一样。在德隆克勒提出这个建议时，最大的折射望远镜是位于威斯康星州威廉湾的耶基斯望远镜，其物镜直径为40英寸；其次是加利福尼亚州汉密尔顿山上的36英寸利克望远镜，该望远镜由马萨诸塞州剑桥波特的阿尔文·克拉克公司制造。在反射望远镜方面，仍以半个世纪前安装在比尔城堡草坪上的罗斯勋爵的望远镜最为著名。它的反射镜重达三吨，位于一根直径6英尺、长度60英尺的管子下端。这台巨大的反射望远镜是沿子午线方向安装的，只能垂直移动。而折射望远镜则是普通的便携式望远镜，一端装有物镜，另一端装有目镜。相反，反射望远镜没有物镜，取而代之的是一面镜子，这面镜子负责收集进入望远镜的光线并将其反射回目镜，而目镜则位于比镜子更靠近望远镜开口端的位置。

每种光学系统都有其特有的缺点。在反射望远镜中，图像会因“球面像差”而出现不同程度的扭曲；而在折射望远镜中，图像的形状大致是完美的，但却容易产生“色差”——这种现象在廉价的望远镜和双筒镜中尤为明显，这些仪器所呈现的物体边缘常常会带有光谱中的各种颜色。这种缺陷源于不同光线具有不同的折射率：紫光比红光更早到达透镜的焦点，因此当其中一种颜色的光线能够聚焦在人眼上时，另一种颜色的光线则无法聚焦。在精心制造且价格昂贵的望远镜中，人们会使用复合透镜，通过使用不同种类的玻璃，使所有颜色的光线几乎都聚焦在同一位置，从而消除色差。

为将色差降至最低，德隆克勒先生提出，物镜的焦距应约为200英尺，因为较长的焦距比短的焦距更容易得到校正；同时，物镜的直径也应超过59英寸。之所以需要如此巨大的透镜，是因为折射望远镜的光学原理所致——来自物体（例如恒星）的光线首先照射到物镜的近端，然后被物镜弯曲成会聚光束，最终在焦点处汇聚。在焦点之后，这些光线又会分开，并被目镜捕获，目镜会将它们转化为平行光束，使其能够进入瞳孔。由此可见，虽然肉眼只能接收到直接从物体射向瞳孔的少量光线，但借助望远镜后，肉眼就能接收到照射在物镜整个表面的集中光线；如果不对这些光线进行重新分配，那么图像的亮度就会大幅提升，而目镜的作用正是放大图像。假设瞳孔的直径为0.1英寸，且要实现100倍的放大效果，那么物镜的直径就必须是瞳孔直径的100倍，这样才能让图像的亮度与物体本身相当。如果物镜的直径仅为5英寸而非10英寸，就会像高倍显微镜那样导致大量光线损失，图像的清晰度也会因尺寸的增加而下降。

由于德隆克勒先生希望他的望远镜在放大倍数方面打破所有纪录，他别无选择，只能制造出能够提供足够照明强度且尺寸空前的透镜。起初，他遭到了不少人的反对和嘲笑，有人认为他的计划根本无法实现。但尽管有很多人预言他会失败，他依然坚持着手实施自己的计划。

这座巨型望远镜的各个部件的制造工作交由经验丰富的专家们来完成。高蒂埃先生负责制作该仪器的所有机械部件；曼图瓦先生则负责铸造巨大的透镜；德普雷先生则负责铸造巨大的反射镜，这一点稍后会提到。首先面临的难题就是仪器本身的巨大体积——显然，无法用常规方法来安装如此庞大的装置。180英尺长的望远镜管既需要足够坚固以便移动，同时又需能够精确观测恒星。即便能像小型望远镜那样将其安装在“赤道支架”上，又该如何保护它免受风雨侵袭呢？为此需要一个直径超过200英尺的巨大圆顶，这一尺寸比罗马圣彼得大教堂的圆顶还要大70多英尺；而且这个圆顶必须能够以每小时约50英尺的速度在基座上旋转，这样才能让望远镜跟随天体的运动而调整方向。因此，制造者们决定放弃制造可自由移动、并能指向任意方向的望远镜的念头。他们选择的替代方案是将望远镜本身固定在一个位置上，然后通过安装在巨大铁框架上的反射镜来将恒星引入望远镜的视野范围——从技术上讲，这两者合称为“恒星固定器”。反射镜及其支撑结构会通过钟表装置以与恒星运动相匹配的速度进行转动。恒星固定器的原理早在18世纪就已经被应用，后来又经过莱昂·傅科的改进，因此使用这一原理的望远镜制造者们并没有采用任何未经验证的新技术。在如今，处理大量铁材以及建造巨大金属结构早已成为常规工程任务，因此在这台望远镜的金属结构制造方面并不存在什么特别的困难。当然，人们在每一个细节上都格外小心：所有的接头和轴承都经过了极其精确的调整；而恒星固定器中的所有圆柱形活动部件也都被检查得极为严格，其圆柱度误差甚至不超过万分之二十五英寸！这台望远镜的镜筒长180英尺，由24节组成，每节直径为59英寸，这些部分通过螺栓连接在一起，并由7根巨大的铁柱支撑着，其重量达21吨。恒星固定器的高度和长度均为27英尺，重量则为45吨。其下部结构……

它被牢牢固定在混凝土基座上，顶部有一个装满水银的容器，镜面及其框架就漂浮在水银中。水银承担了重量的九成，剩下的部分则由用于移动镜面的杠杆来承受。尽管镜面及框架的总重量达13吨，但水银的阻力极小，只需几磅的力就能让整个装置转动。

建造这台巨型望远镜的真正关键在于镜片和反射镜的制造。用于各种摄影和光学用途的一流镜片，由于其制造过程需要极高的精力和技术，因此价格极为昂贵；相比之下，玻璃本身的价值则微不足道。几乎没有哪种工艺比镜片制造更需要精湛的机械技能了；镜片越大，制造难度就越高——首先是铸造，其次是研磨，最后是抛光。熔融玻璃中哪怕只有一个气泡，或是抛光过程中出现最微小的表面不平整，都可能让原本价值数千英镑的镜片失去其价值。

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这幅图展示了大型巴黎望远镜的整体结构，包括其镜筒末端。该望远镜的镜筒长度为180英尺，直径为59英寸，重量达21吨。

这台望远镜的物镜是由以制造大型透镜而闻名的曼图瓦先生所铸造的。为消除其中的所有气泡，所用玻璃被反复煮沸多次。之后，玻璃被注入模具中，并让其在极缓慢的速度下冷却。通常需要整整一个月的时间才能打开模具，而在此期间，由于表面冷却速度快于内部，透镜表面常常会出现裂纹。不过最终还是得到了完美的成品。

德普雷先生则在法国北部的热蒙工厂承担起了铸造反射镜的艰巨任务。他不得不建造一种能够容纳15吨以上熔融玻璃的特殊炉子。这个直径为6.5英尺、厚度为11英寸的反射镜需要3又3/4吨的熔融玻璃来铸造；由于要使其逐渐冷却极其困难，20次尝试中有18次都失败了。

在用常规方法将粗糙的透镜和反射镜磨至大致精确的形状后，接下来就需要进行抛光处理。通常情况下，这项工作是由最为精细、最精准的工具——人类的双手来完成的。但鉴于这些部件的巨大尺寸，手工抛光显然是不可行的。工人的手一接触玻璃，就会在其表面留下微小的凸起，而抛光师虽然会将这些凸起磨平，但在部件冷却后会留下深度仅为1/75,000英寸的凹陷，这样的凹陷足以导致图像失真，因此必须再次对透镜进行打磨，整个表面也需要重新抛光。

于是，戈蒂埃先生决定使用机器来进行抛光。但由于摩擦产生的热量、抛光室内的温度上升以及灰尘的存在，这一过程极为困难。为确保成功，他们不得不为所有的抛光设备加热，并将其温度保持恒定。

经过近一年的时间，经过各种严格测试后，透镜和反射镜的抛光工作终于完成。

表面不规则度不得超过1到25万分之一英寸。值得提及的是，高蒂埃先生对这面镜子应用了傅科先生的测试方法。通过望远镜将镜子反射出的光点聚焦起来，然后移动目镜使其不再处于焦点位置。如果该光点变成一个被同心圆环绕的发光圆圈，那就说明反射光点的表面是完全平坦的。而如果向内移动目镜时光点出现垂直方向的扁平化，向外移动时则出现水平方向的扁平化，那就说明该部位是凹面的；反之则是凸面。

为了将这面镜子从茹蒙运送到巴黎，人们专门安排了一列火车，并采取了与保护皇室成员时相同的严密措施。火车在夜间持续行驶且速度恒定，以避免玻璃原子发生振动。抵达巴黎后，镜子被转移到一辆沉重的马车上，由一队人护送至展览场馆。这个巨大的“物镜”也受到了同样细致的照料。

在展览会上，望远镜被安置在一条朝南北方向延伸的长廊中，稳星装置位于长廊的北端；而在另一端，也就是目镜所在的位置，则有一个大型圆形剧场，供人们观看投射在30英尺高屏幕上的恒星或月球图像，同时还有讲解员不时为观众解释所看到的景象。在目镜的焦点处，太阳和月球的图像直径约为21到22英寸，而投影到屏幕上的图像则被放大了约30倍。

目镜部分由一根与主管同宽的短管组成，该短管安装在四个轮子上，可以在轨道上移动。特殊的传动装置可以推动这个类似手推车的结构前后移动，从而让图像在目镜或照相底片上形成清晰的焦点。一旦目标出现在视野中，对焦就相当容易；但由于观察者无法控制250英尺外处的稳星装置，每当想要观察视野之外的物体时，就必须通过电话向靠近镜子的助手下达指令。

承《斯特兰德杂志》编辑们的允许，我们可以引用德隆克勒先生自己关于他第一次通过巨型望远镜观测时的感受的描述：——

“一如既往，每当有某种能够颠覆原有理论的创新出现时，总会有许多人高声预言它会失败。我怀疑，我的成功带来的满足感，恐怕会比我自己感受到的要少得多。比起任何人，我都更清楚我的仪器在何种恶劣环境下工作——附近的河流、数十万人行走所扬起的尘土、土壤的震动、机械的运转、温度的变化，以及周围成千上万盏电灯发出的强光……所有这些因素，再加上许多其他技术上的难题，虽然列举起来十分繁琐，但它们同样至关重要。即便是在那些经过精心挑选、环境极为理想的观测站里，这些因素也足以让任何天文学家对成功望而却步。”

“在空气纯净、宁静的地区，大型新仪器的调试往往需要数月，甚至数年时间。”

“尽管如此，我依然充满信心。我们的计算已经反复核对过，我认为没有任何理由让那些持悲观态度的人产生担忧。”

“我急切地等待着月亮处于适合观测位置的那一夜；终于，那一夜到来了。”

“一切都已经准备就绪。建筑物的活动式屋顶已被推开，测星仪的反射镜正对着天空。在距离仪器200英尺远的那个黑暗的方形房间里，也就是仪器目镜所对准的地方，我和两三个朋友已经就位。一名接线员随时待命，负责将我的指令传达给负责操作测星仪及其反射镜的控制人员。”

“此时月亮已经升起，它的银色光芒在反射镜中闪烁着。”

“‘调整到正确的赤纬角度。’我下达命令。”

“电话那头立刻有了回应：‘慢慢来，再慢一点；现在向左调整——够了；再调整到正确的赤纬角度——更慢些；现在停止——极其缓慢地调整。’”

“在我们眼前的那块玻璃上，月亮的影像从一角逐渐蔓延开来，最终覆盖了整个玻璃面。我们就站在巴黎的中心，注视着这颗卫星的表面——上面布满了陨石坑、山谷，一片荒凉景象。”
“我赢了。”

拍摄无形之物。
我们大多数人都能认出那些借助著名的X射线所拍摄的阴影图。它们通常展示的是人类、动物、鸟类或鱼类的身体结构。颜色较深的区域表示骨骼的位置，无论大小；颜色较浅的区域则表示附着在骨骼上的肌肉；而在这些区域之外，则是对应于肉质组织中最薄、最透明部分的阴影区域。

在这个充满科学奇迹的时代，公众往往需要相当长的时间才能理解一项新发现的真正重要性。然而，当1896年有消息称维尔茨堡的伦琴教授确实能够用一种新的射线拍摄出活体生物的内脏图像，并且还能穿透金属及其他不透明物质时，整个文明世界都对此表现出极大的兴趣。一方面，这种“新型摄影技术”似乎颠覆了人们对于“不透明性”的传统认知；另一方面，它又带有某种神秘色彩，而且由于能够轻易穿透人体，似乎有可能彻底改变医学和外科手术的方法。起初，关于X射线的各种奇怪说法层出不穷，人们赋予它一些连其发现者本人都会感到惊讶的能力。还有人以为这些图像是通过普通摄影方式在相机中拍摄出来的，但实际上伦琴既没有使用镜头也没有使用相机，其工作原理类似于用灯在墙上投射阴影。在X射线摄影中，由特殊设计的电光源取代了灯，而墙则被感光板所替代。需要拍摄的对象只需置于两者之间，其不同部位对射线的阻抗各不相同，因此感光板会受到不均匀的照射，曝光后便可按照常规方法进行显影和打印。因此，利用X射线获得的图像实际上应被称为阴影图或透射图。

让伦琴教授声名鹊起的这一发现，与许多伟大的发现一样，都是建立在该领域其他人的研究成果之上的。以出色的色彩效果而闻名的盖斯勒早已注意到，在极度稀薄的空气中进行的电放电现象……

这些气体会发出美丽的荧光。威廉·克鲁克斯爵士沿着相同的研究方向进行实验，他使用斯普伦格尔空气泵将管内的压力降低到大气压的1/100000，结果发现有发光物质从阴极或负极以直线形式射出，所经过的一切物体都会被加热并产生磷光反应。克鲁克斯认为这种发光现象是由“辐射物质”构成的，并对其成因作出如下解释：管内的空气粒子数量较少，因此能够比管外密集的大气中的粒子更自由地移动。当某个粒子到达阴极时，会遭到阴极的强烈排斥而沿直线运动，进而“撞击”另一个粒子、管壁或路径上的任何物体，运动的突然停止就会转化为光和热。

通过特殊的装置，他证明了这种“辐射物质”能够驱动小叶片转动，而且即使震荡线圈的端子位于玻璃管外部，这种辐射流依然存在，这也就反驳了普卢伊的观点——即辐射物质不过是从端子上脱落下来的铂金微粒而已。他还发现，当辐射物质被阻挡时，会投下阴影，被阻挡的物体会吸收撞击带来的能量；而当障碍物被移开后，原本处于遮蔽状态的管壁部分会比那些因长期受到撞击而“疲劳”的部分发出更强烈的磷光。进一步的实验表明，“阴极射线”可以被磁铁偏转，而且它们还会影响暴露在其中的普通感光板。

1894年，匈牙利人、著名物理学家赫兹的弟子莱纳德在克鲁克斯管的一侧用铝制“窗口”替换了部分玻璃，结果发现可以透过外部空气追踪射线的行进路径。由此可知，从管子负极发出的能量流中必定存在着某种非物质性的东西，因为管内外之间并没有直接的连接通道来解释外部出现的磷光现象。无论这些射线的本质是什么，他都成功让它们穿透金属盒中的感光板并在其上留下痕迹。

1896年，伦琴有了重大发现：克鲁克斯管发出的射线在穿过玻璃后能够穿透不透明物质。他用厚纸板覆盖住管子，但仍然发现这些射线能够投下阴影。

书籍、卡片、木材、金属、人类的手等等，即便在几英尺的距离之外，也能被投射到感光板上。随着时间的推移，这些射线还会穿透木材、金属或骨骼；不过某些物质，尤其是金属，其阻力要比木材、皮革和纸张等物质大得多。伦琴教授通过证明在人还活着的时候就能对其骨骼进行“阴影成像”，为自己的研究画上了句号。自然地，大家都想了解这些射线不仅能做什么，它们究竟是什么。由于无法将它们与已知的任何射线相联系，伦琴便用代数符号来表示这种未知的射线，并将其命名为X射线。他发现，在正常条件下这些射线是肉眼看不见的；它们只能沿直线传播，穿过棱镜、水或其他折射介质时也不会偏离路径；此外，磁铁对它们也没有任何作用。这一事实本身就足以避免将它们与真空管中的“阴极射线”混淆。不过伦琴认为，这些射线可能是阴极射线在穿过玻璃后发生了某种变化，从而在运动方式上类似于声波——即直线前进，而非呈之字形来回摆动。早在之前，开尔文勋爵就已经怀疑过这种“以太波”的存在。还有其他学者提出了不同的理论。有一种观点认为，X射线实际上就是光谱中的紫外线，其振动速度极快，以至于人类肉眼无法察觉，就如同极高频率的声音人耳也听不见一样。感光板对光谱中红色端部分的颜色反应最小，而对紫色端部分的颜色反应最大，这一现象在某种程度上支持了这一理论。摄影师可以在暗房中使用红色或橙色光线，因为感光板无法“感知”这些光线，而X射线则恰恰相反。根据这一紫外线理论，X射线的以太振动频率为每秒数万亿次。另一种理论则认为，X射线属于介于热波与光波之间的以太波范畴。但这一理论同样无法很好地解释那种不发生折射的奇特现象。用于X射线摄影的设备包括一种特殊类型的克鲁克斯管、一个强大的感应线圈以及荧光屏。

用于拍摄的感光板以及显影设备等，此外还有来自主电源的高压电，以及小型发电机或电池。克鲁克斯管直径为四到五英寸，中间部分呈球形，两端则逐渐变细。一根铂金丝从管子的一端穿入，末端连接着一个直径约一英寸的碟形铂金板。在这个负极端的焦点处，还有一块与光线路径成一定角度的铂金板，其作用是使光线偏转并穿过管子的侧面。正极端则从管子的一侧穿出。如前所述，管子里含有极少量的空气；如果这些空气被完全抽走，管子就无法正常工作。因此有些管子被设计成这样：当空气密度过低时，电流会流经那些从管子两侧伸出的化学物质棒，从而释放出足够量的气体，使管子再次能够正常工作。

当鲁姆科夫感应线圈接入电路后，管子两端之间就会发生一系列快速而剧烈的放电现象，其强度类似于莱顿瓶的放电现象。但由于缺乏密集的大气环境，原本应该出现的明亮火花被管子内的微弱光芒所取代。这种线圈的尺寸很大，能够让火花在十到十二英寸的空气间隙中传递。或许让读者知道，一个尺寸合适的线圈所含的导线长度可达13英里以上，不过这一数值与之前在伦敦理工学院展出的巨大电感器上所缠绕的150英里长的导线相比还是微不足道的。

如果我们受邀观看X射线演示，会发现操作员和他的设备都在一个黑暗的房间里。他打开电源后，负极端周围会出现一道柔和的光芒，这道光芒逐渐扩散，直到整个管子都被绿色的荧光覆盖。在管子中，有一条清晰的线条将负极焦点处接收板后面的阴影区域——那里的温度极高——与那些直接受到反射光照射的区域分开。

接着，会有人让我们把手靠近管子。操作员则用他的荧光屏握住手的靠近管子那一侧，那荧光屏其实只是一个框架，上面贴着涂有钡氰化铂的纸张。这种化学物质，再加上其他几种化学物质，共同起到了……

佩鲁贾的萨尔维奥尼发现，这种物质对X射线敏感，能够使X射线显现出来，从而让人类肉眼看到它们。对于X光摄影师而言，这种屏幕的作用就如同普通摄影师所使用的玻璃底片一样——它能让摄影师在将感光底片放置到位之前就清楚地看到物体形态，实际上也省去了制作永久性记录的必要。该屏幕能够清晰地展示手部所有的骨骼，清晰度极高，以至于人们几乎忍不住想要看背后是否真的有一只手。我们中的一个人伸出手臂，屏幕上就会显示出尺骨和桡骨的动态：有时两者都能被看到，有时则一个会遮挡另一个。当身体置于X射线照射范围内时，屏幕上会呈现出清晰的阴影——脊柱和肋骨的轮廓，心脏和肺部的活动也能清晰地被观察到。深呼吸时，肝脏这个暗色器官也会随之移动。在X射线的照射下，根本不存在隐私可言：扩大的心脏、患病的肺部、出现溃疡的肝脏都会立刻暴露无遗。短短一瞬间，这种荧光屏就能揭示出那些可能数月都无法通过常规检查发现的状况。如果用装有干版的光学幻灯片来替代聚焦屏，X射线很快就能穿透用来保护干版免受普通光线影响的任何包裹物。因此，拍摄阴影图的工作可以在白天进行，这在某些条件下具有很大优势。不过，由于干版在接触X射线后会变得敏感，所以在不使用时必须格外小心保管。在X射线技术发展的早期，要获得一张负片需要几分钟的时间，但如今，得益于X光管的改进，几秒钟通常就足够了。X射线的发现是一项伟大的成就，因为它极大地促进了减轻人类痛苦这一崇高目标。并非每个人都能理解更快速的电报传输方式或新的纺纱方法，但即便是智力最迟钝的人，也会认可那种能够拯救生命和肢体的科学技术。我们当中有谁不会有可能摔断手臂或腿部，或是患上肉眼无法察觉的内伤呢？既然如此，谁又不该庆幸，一旦发生这样的意外，X射线就能帮助我们了解问题的所在、知道该如何处理，以及了解康复的进展如何呢？X射线

如今，X光设备对于医院的正常运转而言，就如同摄影工作室里的相机一样不可或缺。在那些随军队开赴前线的医院里，这种设备更为重要。自1896年5月以来，许多受伤的士兵都因这项在维尔茨堡被发现的杰出技术而受益匪浅。希腊战争、古巴战争、蒂拉战役、埃及战役以及南非战争，都为测试这种新摄影技术提供了诸多机会。过去那些毫无用处且只会增加军事医院危险与痛苦的检测方法，现在已经没有存在的必要了。即便由于重量原因，X光设备无法被带到快速移动的军队前方，也可以设置在“前线”或“后方”医院中——那些在士兵受伤后初步处理伤势后就将其送去的医院。那里的医务人员可以利用X光射线来确定子弹或弹片的确切位置及其造成的伤害程度，从而及时将这些有害物质取出，大大降低其危害性。

X光射线为外科医生们提供了一种强大的武器。虽然它的全部潜力尚未被完全发掘，但毫无疑问，它标志着外科手术领域的一个新纪元。正因如此，伦琴教授当之无愧地可以与发现血液循环的哈维、疫苗学的奠基人詹纳，以及首位使用氯仿作为麻醉剂的詹姆斯·杨·辛普森爵士相提并论。

在黑暗中拍照。
用看不见的射线来拍摄照片固然奇怪，但更不可思议的是，似乎无需任何射线存在，就能让感光底片上形成图像。伦敦皇家学会副会长W.J.拉塞尔教授发现，如果将某些物质置于黑暗的柜子里，使其与干板接触或紧贴着干板，那么这些物质就能自动在感光胶片上留下该物体的轮廓。数小时甚至数天后，对底片进行显影处理后，就能看到该物体的清晰影像。拉塞尔博士用木材、金属、树叶、图画、印刷品以及蕾丝进行了实验，结果发现锌也具有这种特性。

这是一种异常活跃的化学物质。将金属板打磨得极为光滑，然后在其表面刻上图案，几天之后，这块金属板上就会留下所有划痕和痕迹的印记。不仅锌能够留下自己的痕迹，它还能影响那些本身并不具有活性的物质，从而在金属板上形成影像。这一现象已通过将蕾丝样品置于金属板与薄锌片之间，以及将树叶置于两者之间进行过实验验证。有趣的是，虽然将赛璐珞、古塔波胶、植物纸以及金箔等均不具活性的薄膜置于锌与金属板之间并不会产生任何阻碍作用，但薄玻璃板却会抵消锌的作用。在各种金属中，除了锌之外，镍、铝、白铜、铅和锡也会影响经过处理的金属板。另一种完全不同的物质——印刷墨水，也具有类似的效果；不过并非所有的印刷墨水都有此作用，因为拉塞尔教授发现不同种类的墨水所产生的效果差异很大。更奇特的是，报纸正反两面的文字都会出现在金属板上，而且这种效果源自墨水本身，而非来自外部的光线，因为经过显影后文字呈现为深色，而如果是阴影成像的话，墨水会阻挡光线，从而使文字呈现为白色。拉塞尔教授还指出，现代的书写墨水无法单独产生影像，但一百年前写的纸或几百年前的印刷书籍，在锌的帮助下却能生成清晰的图像，即便那些已经褪色或难以辨认的文字也能清晰呈现。这一发现为破译古老且部分已模糊的手稿提供了实际应用的可能。
可以用一张5英镑的纸币来进行一项非常有趣的实验：将纸币有印刷文字的一面贴在金属板上，此时印刷文字会呈现为深色；但如果将纸币夹在锌片与金属板之间，让纸币的背面朝向经过处理的金属板表面，那么印刷文字则会呈现为白色。而锌在接触到有印刷文字的一面之后，也会自身形成该文字的影像，仿佛从纸币中吸收了某种特殊物质一样！
对于这种看似矛盾的“暗光摄影”现象，有两种理论可以解释。其中一种得到拉塞尔教授的支持，即所有“活性”物质都会释放出能够作用于感光板的蒸汽。支持这一观点的证据是，玻璃的介入会阻止暗色影像的形成。但另一方面，也需要记住，赛璐珞和明胶片虽然也是密封性良好的物质，却能够储存光线并再次释放出来。这一点是眾所周知的。

那些让阳光照射进相机内部的摄影师，即便已竭力避免任何外部光线照射到感光板上，仍可能导致感光板在后续曝光时出现“起雾”现象。不过在这里，玻璃又带来了一个问题：如果是反射光造成的问题，那么显然玻璃的阻碍作用会比不透明的植物皮革或古塔波胶要小。

太阳能发动机。
有一天，乔治·史蒂芬森与一位朋友一起观看着一列由他的机车牵引的火车。
“是什么推动那列火车前进的？”史蒂芬森问道。
“是机车。”朋友回答。
“那又是什么推动机车的呢？”
“是蒸汽。”
“那蒸汽是从哪里来的呢？”
“是煤炭。”
“而煤炭又是从哪里产生的呢？”
这个问题让他的朋友感到困惑，史蒂芬森自己则回答说：“是太阳。”
驱动机车的“阳光能量”其实是在数百万年前储存在当时覆盖地球表面的茂密森林中的。每天，植物在阳光的照耀下生长，经过漫长的岁月，这些植物在厚重岩石和碎屑的压力下变成了化石。今天，我们将“黑色钻石”——煤炭——投入炉中，以此获得热量与动力，而这些其实都是远在人类出现之前就存在的能量，人们往往忘记了它的真正来源。
我们在风和水的作用中也能更直接地看到太阳的影响。如果太阳没有在地球的高地上形成冰雪，就不会有奔腾的瀑布、汹涌的急流或平缓流淌的溪流。而由于太阳对大气层的不均匀加热，才会产生冷空气取代热空气的现象，也就是我们所说的风。当我们燃烧燃料时，其实是在利用太阳的能量；风车和水车则让太阳的能量为人类服务。近年来，有许多人警告我们，不要过度消耗煤炭，因为那个时刻已经不远了。

从几个世纪的时间尺度来看，当世界上的煤层被开采殆尽时，我们的后代将失去在现代生活中起着至关重要作用的能源。虽然浪费资源是不可原谅的，为后代着想也值得赞扬，但似乎并没有什么理由让我们为遥远未来的人们的生活状况而担忧。即便煤炭耗尽，风和河流依然存在，潮汐所蕴含的巨大未开发能量也在，而太阳本身，只要加以合理利用，也能为我们提供能量。它并不需要波斯火神崇拜者们的祈祷，而是希望人们以科学的方式利用它所赋予的恩赐。

将手放在正对着夏日阳光的屋顶上，你会觉得那里的热度高得无法触碰。通过一个小透镜将阳光聚焦起来，那个发光的焦点会如此强烈，以至于我们不得不立刻把手抽回！现在想象一下，如果用一块几英尺宽的大玻璃将数平方码的阳光汇聚到一个点上，而在那个点上放置一个锅炉，那么锅炉就会产生蒸汽，这些蒸汽可以被引入气缸中，从而为我们工作。

我们中有多少人真正意识到炎热夏日所蕴含的巨大能量呢？据估计，热带地区每平方英尺的地面所接收到的热量相当于0.3马力的功率。按照这个标准，尼亚加拉瀑布的水力强度也就相当于大约一平方英里面积所接收到的阳光能量。一艘轮船甚至可以利用其甲板被阳光加热所产生的能量来驱动。

几个世纪以来，发明家们一直在尝试利用这种巨大的未被充分利用的能量。我们都知道，据说阿基米德就是通过用数百面镜子将阳光聚焦到围攻他家乡锡拉库萨的罗马战舰上，从而将其烧毁的。不过，这个故事与其说能证明古人了解太阳的能量，不如说只是个有趣的故事罢了。第一台真正的太阳能装置是由“蒙尼特号”战舰的建造者埃里克森设计的。他将阳光聚焦到锅炉上，每使用100平方英尺的反射镜就能产生相当于1马力的动力。虽然这并不能被称为“高效率”，因为有很多热量被浪费掉了，但它为后续的改进奠定了基础。

在美国，尤其是在那些干旱缺燃料、且全年都阳光强烈的地区，各种类型的集光装置已经被成功安装并投入使用。威廉·卡尔弗博士……

华盛顿在亚利桑那州的荒凉地带建造了巨大的镜面结构，这些镜面安装在圆形轨道上，因此能够在日出到日落之间的任何时刻都对准太阳。卡尔弗博士共使用了1600面镜子。由于每面镜子能产生10-15度的热量，通过简单的计算就可以知道，所有这些镜子的共同作用足以产生16,000-24,000度的高温——这一温度相比我们平时所处的90度阴凉环境来说，简直高出数百倍。迄今为止，已知的最高的温度来自电灯的灯丝，其温度可达6000华氏度。

这些高温镜面的综合效应极为强大。据说，它们能在短时间内将俄罗斯的铁块加热到类似温蜡的状态，而这种温度已经远远超过了许多高炉所能产生的温度。它们加热砖块的效率是普通窑炉的20倍，而且这样制得的砖块并非那种容易被铲子轻易敲碎的脆弱材料，而是坚硬到足以刮伤表面硬化过的钢铁。

加利福尼亚州还有另一种设计的太阳能发动机。读者可以想象一个巨大的圆锥形灯罩，将其较小的端朝下放置，内表面贴满了近1800面长2英尺、宽3英寸的镜子，整个装置由轻质铁框架支撑着，这样就能大致了解帕萨迪纳鸵鸟农场所使用的设备了。这台机器是沿着子午线方向设置的，也就是与太阳的运行轨迹成直角，依靠发条装置全天候跟随太阳移动。在所有镜子的焦点处有一个长13英尺6英寸的锅炉，锅炉表面涂有吸热物质。这个锅炉可容纳100多加仑的水，水会自动注入，从而全天持续产生蒸汽。蒸汽通过管道输送到一台发动机，该发动机能够驱动水泵，每分钟可输送1400加仑的水。

考虑到其功能，这种装置的成本极低，因此在阳光几乎终年充足的地区，太阳能发动机终将像其他地方的风车和工厂烟囱一样普遍。如果几平方码的镜面就能每小时提升近100,000加仑的水，那么对于撒哈拉沙漠、波斯沙漠、阿拉伯半岛、蒙古、墨西哥和澳大利亚来说，确实存在希望——当然，前提是这些地区的地下水资源与地表阳光资源一样丰富。水对于最贫瘠的土壤也能产生惊人的效果。在阿尔及利亚，法国人已经……

通过科学的灌溉技术，人们重新开垦出了数千平方英里的土地。在澳大利亚，巨大的自流井使得原本是沙漠的数百万英亩土地变得适合人类和动物居住。让太阳为那些长久以来缺乏水源的地区提供水源，实属理所应当的回报。太阳能驱动装置才刚刚开始发挥其作用，目前我们还只能想象它未来可能对文明带来的巨大影响。不过，它的原理极为简单、科学且显而易见，因此不难设想，在不远的将来，它可能会成为煤炭这一传统能源的强大竞争对手。从地底开采煤炭并将其转化为热能，相当于走了三角形的两个边，而第三个边则就是利用当下的阳光。

液态空气。
在各种常见现象中，没有哪种比水这种物质的形态变化更有趣了。水的常态是液态，但在霜冻的作用下，它会变得像铁一样坚硬、像玻璃一样易碎；一旦接触到火，它就会立刻变成无形的蒸汽。
这一变化恰恰体现了这样一个重要原理：宇宙中每种物质的形态都取决于热量。如果把金属从地球带到太阳上，它首先会融化，然后蒸发；而我们在这里仅以蒸汽形式存在的物质，在月球上则会变成液体。
就体积而言，最显著的变化是从液态到气态的转变。在蒸汽中，水分子之间存在着巨大的排斥力，每个分子都极力想要远离周围的分子，占据尽可能大的空间。
虽然我们习惯于看到水分子如此活跃，从而形成强大的蒸汽，但恐怕只有少数人有机会见到那些完全丧失了自我约束能力、因而会重新变为液体的气体物质——那种形态对我们来说完全是陌生的。还有哪种气体比我们呼吸的空气更为常见呢？我们又何尝不能期望它也能变成水的状态呢？然而，科学最近揭示了一种由压力和低温共同作用产生的奇妙物质——液态空气。关于这种物质，有许多惊人的预言，也有许多奇怪的现象值得探讨。
很可能我们的读者曾经注意到过，火车员在连接两节车厢的管道上工作时的情景：他首先关闭管道两端的阀门，然后再拧开中间的连接处。在断开连接的瞬间，似乎会有少量蒸汽从连接处冒出。但实际上，这是由于低温而非热量造成的——因为管道里充满了高度压缩的空气，当这些空气突然膨胀时，会产生足够的低温，使周围空气中的水分结冰。

请记住这一点，同时也要了解给自行车轮胎打气时会发生什么。随着打气的进行，打气泵会变得越来越热；如果是金属制成的话，最终会变得烫手难耐。这种热量是由空气分子被挤压在一起而产生的，既然所有的力都会产生热量，那么你的力量也就转化成了热量。在压缩和膨胀这两种过程中，我们找到了制造液态空气的秘诀——有人称其为“未来的强大能量”。

承液态空气公司慷慨许可，特此呈现其位于皮姆利科的工厂景象。左侧是三台压缩机，它们分别以90磅/平方英寸、500磅/平方英寸和2,200磅/平方英寸的压力压缩空气；右侧则是用于储存液体的容器。

假设我们取一定量的空气并将其压缩到原来体积的1/100，那么这些空气分子的活动性就会急剧增加。它们会疯狂地相互碰撞，从而产生大量热量。此时，如果我们冷却装有这些空气的容器，就能让它们失去能量，变得安静下来，不过它们之间的距离会比之前更近。现在再想象一下，如果我们突然让它们重新释放出来，它们就会失去活力，热量也会消失，分离时还会剧烈颤抖。换句话说，原本集中在1/100体积中的热量不得不“均匀分布”到整个体积中，结果就是极度的寒冷。而如果将这种空气引入另一个同样充满压缩空气的容器中，寒冷程度还会进一步加剧，最终空气分子会失去所有力量并转化为液体。

液态空气并非什么新事物。谁最先制造出它已无从考证，有几个人声称自己取得了这一成就，其中包括波兰人奥尔泽夫斯基和瑞士人皮克泰。作为一种实验室实验，少量液态空气的制备技术早在二十多年前就已为人所知。早期的制造方法纯粹依靠极高的压缩力，通过强大的力量迫使空气分子紧密接触，从而暂时克服它们之间的相互排斥力。由于这一过程成本极高，据说第一盎司液态空气的成本就超过了600英镑！

要想让液态空气成为可商业化的产品，最关键的条件就是大幅降低生产成本。1857年，C.W.西门子为基于“再生原理”制造液态空气的方法申请了专利——该原理是通过让部分压缩空气膨胀来为其降温。以在液态气体研究领域享有盛誉的杜瓦教授为例，他在1892年通过对该原理的改进，以相对较低的成本制得了液态空气；此后其他发明家们进一步降低了成本，如今液态空气似乎已经有望变得足够便宜，从而成为蒸汽和电力的强劲竞争对手。

一家名为“液态空气、动力与汽车公司”的企业在美国和英国建立了大规模工厂，用于商业化生产液态空气。笔者曾参观过他们位于伦敦吉灵汉街的工厂，那里的许多设备都是由该公司的发明者汉斯·克努森亲自演示操作的。读者们无疑想了解关于这种特殊液体诞生过程的“真实情况”，以及它所展现出的那些奇特现象——当然，如果这些现象其实只是对自然法则的遵循的话，那它们还能被称为“奇特现象”吗？

一进入工厂，首先映入眼帘和耳中的，就是那台功率高达50马力的巨大燃气发动机，它以惊人的力量运转着，甚至让整个建筑都为之震动。从那沉重的飞轮上，巨大的皮带连接到三台压缩机上，这些压缩机负责将从建筑外部经过特殊净化装置处理后的空气不断加压。墙上的三个仪表盘可以精确显示压缩机内部的压力状况：第一个仪表的读数为每平方英寸90磅，第二个为500磅，第三个则为2200磅，也就是说，相当于在1便士大小的面积上施加了接近一吨的压力！

低压压缩机的活塞直径为10英寸，而……

在压缩的最后阶段，所需克服的阻力极大——高压区域仅有两英寸宽，相当于整个区域的1/25。如果循环泵能让我们的手感到温暖，那么就不难理解压缩机的温度有多高了。这些压缩机与汽油发动机的汽缸一样装有水套，这样循环流动的冷水就可以吸收部分热量。被压缩的空气会流经缠绕在大型水箱中的螺旋管，由于压缩产生的巨大热量，这些水箱中的水几乎都会沸腾。

当空气被充分冷却后，它会进入一个较小的腔室，在其中膨胀；随后再进入一个更大的腔室，在那里，剧烈的膨胀作用使得空气分子凝聚成液体，这些液体则收集在专门的容器中。此外，还有装置确保从液体中升起的任何蒸汽都能流经膨胀腔室外的空间，从而帮助冷却进入的空气，避免能量浪费。

液态空气储存在一个巨大的木制箱子里，该箱子通过绝缘材料严格隔绝外界的热量。打开阀门后，一股蒸汽会喷出，紧接着便是清澈的蓝色液体——这就是我们呼吸的新鲜空气。将一部分这种液体倒入锅中，起初它会微微沸腾，不久之后就会像火上的水一样剧烈沸腾。由于空气带来的热量实在巨大，液体无法抵抗，因而试图恢复到原来的状态。你可以把手指伸进锅里——只要迅速抽出，就不会受伤。手指周围的空气层可以暂时保护你免受伤害。但如果将手指留在液体中几秒钟，手指就会被切断。把少量液体倒在外套袖子上，它会无害地流到地面，然后立刻膨胀成一团冰冷的蒸汽。把一些液体放入试管并塞上瓶塞，很快瓶塞就会在压力作用下被冲出来。现在观察沸腾的过程：氮气的挥发性更强，因为它的沸点比氧气低，所以会先蒸发掉，留下纯净的蓝色氧气。这种液体的温度低于零下312度——这一温度远远低于我们呼吸的空气温度，就如同熔融铅的温度远高于常态空气温度一样！

将氧气浸入水中后，其表面很快就会覆盖一层冰膜，这层冰膜可以从容器上取下，进而用作盛装液体的杯子。如果将一段钢丝绕在点燃的火柴上，再将整个装置浸入该杯中，钢丝就会剧烈燃烧并熔化成小颗粒；这意味着在零下300度的液体环境中，实现了需要3000华氏度才能完成的反应！

液态空气对某些物质有着奇特的影响：它会使铁变得极其脆弱，以至于仅浸泡片刻的铲子都会在手中碎裂；但奇怪的是，它却能增强铜和黄铜的强度。肉类、鸡蛋、水果以及所有含有水分的物质都会变得像钢铁一样坚硬，同时也像玻璃一样易碎。水银在液态空气中会凝固成类似铁的状态；就连能够承受极寒气候的酒精也会被其破坏。笔者曾亲眼目睹了Negretti和Zambra公司生产的温度计在液态空气中的测试情况：温度计内的液体迅速降至零下250度，随后继续下降，大约在零下260度时便冻结并使玻璃泡破裂。由于普通液体无法承受如此极端的温度，因此测量这类温度极为困难，必须使用通过金属收缩来检测低温的特殊仪器，尤其是对于液态氢而言——它的温度比液态空气还要低得多，甚至能使液态空气凝固成固体冰！

在处理和运输液态气体时，人们会使用双层结构且内部已抽尽空气的玻璃容器。这种完美的真空环境具有极佳的绝缘效果，因此即使容器内的空间不足一英寸，装满液态空气的“杜瓦瓶”也几乎不会让手感到寒冷。这一事实与科学界所谓“地球大气层仅延伸到地表一百或两百英里之外，而宇宙空间则是真空”的观点难以相容。如果真是如此，那么来自9200万英里之外的太阳的热量又该如何传达到地球上呢？

液态空气至少有一个显而易见的用途：作为制冷剂，它无与伦比。就相同体积而言，它的制冷效果显然远优于冰；而且与其他冷冻剂相比，它还有一个优势：缓慢冷冻会对肉类和水果的组织造成破坏，而液态空气的瞬间冷冻作用在解冻后不会留下任何不良影响。因此，液态空气公司提议在大型港口建立储存设施，为船只提供制冷服务，用于保存食物、为热带地区的船舱降温，同时也有望缓解船舱内的恶劣环境。

液态空气早已被应用于医学和外科领域。在外科手术中，它可替代麻醉剂，使需要手术的身体部位失去感觉。在发热病房里，它的冷却效果也颇受青睐；而液态氧则能取代压缩氧，帮助恢复微弱的生命体征。对于潜水员和潜艇而言，液态空气同样具有不可替代的价值。

当液态空气与油和炭结合后，便形成了名为“氧液”的强力爆破剂。这种由油和炭填充在纸制容器中的爆破装置还配有引信。一旦准备好进行爆破，只需将这类装置放入装满液态空气的容器中，调整好位置后引爆即可。克努森先生向作者保证，氧液的爆破威力是硝化甘油的两倍，但其成本仅为后者的三分之一。此外，它也更安全——如果发生故障，液态空气会迅速蒸发，几分钟后该装置就会变得无害。

不过，液态空气最广泛的用途还是体现在其以较为温和的方式释放能量的时候。它是能量的一种表现形式，其状态属于非正常状态，而当它恢复到正常状态时，会释放出巨大的能量。如果将其置于密闭容器中，它能产生每平方英寸12,000磅的压力。通过让容器更多地或更少地接触大气热量，可以控制它恢复到常压状态的速度。只要它保持液态，就如同储存在蓄电池中的电能一样，代表着巨大的能量储备。液态空气公司在吉灵厄姆街的仓库里，就有一辆由液态空气驱动的微型汽车。一个经过精心保护的铜制储罐中装满了液态空气，这些空气通过机械装置被注入膨胀线圈，在那里迅速膨胀，然后进入气缸。18加仑的液态空气足以让汽车以每小时12英里的速度行驶40英里，而且不会产生蒸汽或石油驱动车辆时所伴随的噪音、污垢、气味或蒸汽。汽车的速度可以通过控制注入膨胀线圈的液态空气量来调节。

现在我们来谈谈成本问题——新发明往往需要经过成本方面的考量，很多发明因此被否决。液态空气的储存是可行的，可以长期保存。（一个大型真空瓶在暴露于大气环境22天后，仍有部分液态空气未被蒸发。）但对于目前仍依赖蒸汽和电力的各种应用来说，它的成本是否过高呢？液态空气公司的管理人员……

虽然他们不认同那些关于这种商品未来发展的夸大预言，但仍坚信它将会长期存在。使用功率为50马力的小型设备时，其生产成本高达每加仑一先令；而若使用功率为1000马力的大型设备，他们计算认为，即使以每加仑一便士的价格出售，也能实现盈利。成本的大幅降低得益于对“能量浪费”的有效利用：首先，压缩空气液化之前的膨胀能量会被用来驱动电机；其次，冷却罐中的热量也能被加以利用；甚至电机的“废气”也足够冷，可用于普通制冷。当然，任何东西都不可能产生超过其初始投入的能量；因此液态空气产生的能量也不会达到制造它所需的能量水平。但正如我们所见，它的便捷性与清洁性使其非常适合多种用途；一旦能够大量生产，肯定会有新的应用方式出现。也许有一天，液态空气发动机会取代汽油车，那时每个村庄都会挂出“此处出售液态空气”的招牌。正如法国人所说：“谁活着，谁就会看到。”

无马马车。
1754年，一群富有进取心的曼彻斯特商人推出了一种“快速马车”。根据他们的宣传，这种马车“无论听起来多么不可思议，只要没有意外发生，从曼彻斯特出发后确实能在四天半内抵达伦敦”。当时的司法大臣认为，如此快速的旅行既危险又不可取——道路状况很可能导致事故，同时还会危害健康。他说：“有人严肃地建议我在从爱丁堡到伦敦的途中在约克多停留一天，因为有一些不中途停留的乘客因车速过快而患上了中风，最终死亡。”
由于这种马车以每小时三到四英里的速度行驶，从苏格兰到英国首都需要两周时间，因此如果让那位司法大臣的顾问们复活，他们很可能会对汽车在尘土飞扬中飞驰的场景感到极为不安。而我们则更愿意以那种安全的速度，步行或乘坐邮政马车来“快速出行”。

承斯皮德韦尔汽车公司的慷慨许可，这里介绍M.塞波莱特驾驶的“复活节彩蛋”汽车：它在尼斯以29又4/5秒的纪录速度行驶了一公里，时速超过75英里。这辆汽车依靠蒸汽驱动。

公路条件的改善以及道路建设的进步，提升了邮递速度。19世纪第一季度时，巴斯路上的平均行驶速度仅为每小时10英里甚至12英里。但随着“铁马”时代的到来，这样的速度已显得不够快，而铁路的发展也导致了传统马车运输业的衰落。本应成为传统马车的替代品的汽车，却因不合理的法规而被排除在公路运输之外——这些法规让铁路获得了快速运输的垄断权，而这种垄断状况直到最近才被打破。

从蒸汽马车、蒸汽汽车到汽车、机动车——这些依次出现的交通工具，其发展历程颇具独特性：与其说这是一种实用交通方式的稳步发展，不如说是一种对这项本应得到更好发展的发明的突然且决定性的阻碍。即便只是简要概述汽车的演变历史，也必须将其分为两个主要部分，中间仅有一些重要的工程技术成就作为连接。

第一阶段（1800年－1836年），在不打算过分夸大英格兰的贡献或贬低其他国家的努力的前提下，可称之为“英国时期”，因为在这一时期英格兰处于领先地位，制造的蒸汽马车数量也远远最多。第二阶段（1870年至今）则可同样恰当地称为“欧洲大陆时期”，因为在这一时期法国、德国、比利时和美国的工程师们在汽车技术方面取得了巨大进展；而英格兰由于某些原因，直到最近还无法有效参与这一领域的发展。

从历史角度来看，很难确定谁发明了第一辆自行移动的车辆。16世纪时，纽伦堡的钟表匠约翰·豪斯塔赫制造出一辆以螺旋弹簧为动力的车辆，实际上它不过是现代发条玩具的放大版而已。大约在同一时期，荷兰人，尤其是西蒙·斯蒂文，给马车装上了风帆；同一世纪还有关于蒸汽马车的记载。

不过，第一辆真正实用且至少能部分实现自动行驶的汽车，无疑出自法国人尼古拉斯·约瑟夫·居诺之手，他当之无愧地被称为汽车工业的奠基人。他的这台机器如今是巴黎艺术与工艺博物馆中最珍贵的展品之一。它由一辆大型马车构成，车头有一个装有机械装置的旋转平台，整个车辆则依靠一个实心轮来驱动并控制方向。锅炉由坚固的铜板制成，其下方有一个封闭的炉子，火焰通过漏斗向上穿过水层。几个带有简单倒档装置的气缸驱动着棘轮，进而带动驱动轮转动。这辆马车的行驶速度非常慢，因此居诺对其进行了改进，之后（1770年）它的速度才提升到每小时4英里左右。它还曾以撞击墙壁而闻名，据说这一壮举一度让工程师们不敢再开发这种看似危险的交通工具。

十年后，达莱里制造了一辆蒸汽汽车，并在亚眠的街道上试驾——不过具体效果如何并未被记载。而在汽车技术进一步发展之前，法国大革命就阻止了邻国的一切和平性质的创新活动。

然而在英格兰，蒸汽早已被视为未来的动力来源。后来成为著名铁路工程师的理查德·特雷维西克在1802年制造出了蒸汽发动机，并实际驾驶它从坎伯恩行驶到90英里外的普利茅斯。但他并没有继续发展这一成果，而是转而致力于机车制造，将他的想法留给了其他人去实现。那些人认为，能够在现有道路上行驶的车辆，显然比那些一旦脱离光滑的铁轨就无法行进的车辆更实用。在1800年至1836年间，陆续出现了一些用于公路运输的蒸汽车辆，其中一些，比如大卫·戈登设计的那种依靠金属腿推动车辆前进的装置，其实并不实用；但大多数车辆的机械设计都取得了稳步进步。

由于要列举出这一时期所有英国发明家是不可能的，我们只能提及那些在新型交通工具发展方面起到引领作用的人士。著名化学家戈兹沃西·格尼为公路上的机械驱动技术做出了贡献，就如同乔治·史蒂芬森为铁路发展所做的那样。他大胆地投入大量资金用于研发各种实验性车辆，这些车辆都是六轮结构。最早的这类车辆除了驱动轮外还配备了轮腿，因为他认为在崎岖的地形中仅靠驱动轮是无法获得足够抓地力的。（最初的铁路上使用的齿轮式车轮也是出于同样的错误观念。）不过在后来的型号中，人们认为轮腿并无必要，于是便不再使用它们。格尼设计的车辆能够轻松爬上伦敦周边的最陡峭的山丘，包括海盖特山。不过，有一位聪明的数学家通过计算证明：蒸汽车辆根本不可能在平地上移动，更不用说爬坡了——因为这违背了所有自然规律！

在确认了这些车辆的性能之后，格尼带着它们前往更远的地方。1829年，他首次记录了自己与三位同伴驾车穿越雷丁、德维兹和梅尔克沙姆的行程。据记载，包括停顿时间在内，他们的行驶速度最初仅为每小时约6英里。他们行驶时极为小心，以免伤害到当地居民。但在梅尔克沙姆，由于当时正有集市举行，一些马车夫担心如果这种新的交通工具普及起来自己就会失去生计，于是煽动人群向他们的车辆投掷石块。两名游客受了重伤，格尼不得不躲进一家酿酒厂，由警察在那里保护他。

他的马车。在返程时，一行人精心安排行程，以便在梅尔克沙姆的居民们都已入睡时经过那里。这辆马车行驶状况极佳，每跑一段距离性能都会提升。“我们的速度实在快得惊人，”同行中的一人写道，“以至于跟随我们的邮车上的马匹都难以跟上我们的步伐。在德维兹山脚下，我们遇到了一辆马车和另一辆车，它们停下来看我们如何攀登这座极为陡峭的山峰。我们以极快的速度登上了山顶。看到这一幕的那些人非常高兴，纷纷为我们鼓掌。”

1830年，奥格尔和萨默斯先生们使用装有管状锅炉的车辆，彻底打破了当时的道路速度纪录。这辆车辆在下议院特别委员会的测试中表现优异：在平地上能达到每小时35英里的速度，在南安普顿附近的山上则能以每小时24.5英里的速度上行。它在250磅/平方英寸的锅炉压力下运行，尽管没有安装弹簧，却能连续行驶800英里而不会出故障。考虑到当时的道路条件远不如现在，再加上前一年史蒂芬森设计的轨道列车也未能达到更高的速度，这样的表现就显得更加不可思议了。

议会关于无马车辆的委员会给出了极为正面的评价。他们认为，蒸汽驱动的车辆比邮车更快、更轻，更能轻松上下坡，安全性更高，也更经济，对道路的破坏也较小；最后还指出，收费站收取的高额费用（往往是无马车辆收费的20倍）实属不合理。

由于这份报告的推动，沃尔特·汉考克、布雷思韦特等人开始在伦敦的帕丁顿与班克之间、伦敦与格林威治之间、伦敦与温莎之间以及伦敦与斯特拉特福德之间提供汽车运输服务。早在1829年，查尔斯·丹斯爵士就已经让蒸汽马车在切尔滕纳姆与格洛斯特之间运行。在四个月的时间里，这种马车共行驶了3500英里，运送了3000名乘客，仅需四分之三小时就能穿越9英里的路程；不过，一些心胸狭窄的地主出于抗议，在道路上铺设了深达18英寸的石堆。

最宏伟的公路运输服务当属1833年由丘奇博士建立的伦敦与伯明翰之间的线路。该线路使用的车辆仅有一辆而已。

那是一种装饰极为华丽的马车。当这种蒸汽马车的成功似乎已经确定之时，天边却出现了阴云——它已经取得了太大的成功。铁路公司们大为不满，他们清楚地意识到：一旦道路上出现能够以低廉费用快速将人们从一地送到另一地的交通工具，那么建造昂贵的铁路的工作就会受到严重阻碍，甚至可能完全停止。于是，这些公司利用两起机动车事故作为借口，向议会请愿。议会里尽是些喜爱马匹的贵族和制造商，他们看到了铁路带来的利润前景。尽管科学界普遍支持蒸汽马车，但1836年还是通过了一项法律，通过限制其速度来使其失去竞争力。该法律规定，今后每辆公路机车前方必须有一名手持红旗的行人，提前100码为乘客发出警告。这项法律标志着英国汽车工业第一个发展阶段的终结。它一举摧毁了一个庞大的产业，让社会失去了极其宝贵的运输工具，同时也打击了许多聪明发明家的积极性；而如果从当时汽车制造技术的快速发展速度来看，这些发明家本可以很快将蒸汽马车发展到更为完美的程度。就在这些蒸汽马车被禁止使用的那一年，它们已经证明了自身的高效与安全性。仅汉考克的伦敦线路就行驶了4200英里而未发生任何重大事故，而且由于非常受欢迎，这些马车上总是挤满人。因此很难相信这些交通工具没有满足公众的需求，或者那些使用它们的人认为它们比马车差。然而，无知的偏见让它们在道路上消失了60年；如今，许多英国人得知，在他们祖父母的时代，这种如今被视为新型的出行方式其实已经相当成熟时，都感到十分惊讶。

第二阶段（1870年起）——要了解汽车的进一步发展，我们不得不再次跨越英吉利海峡。在格尼和汉考克致力于开发蒸汽马车的同时，法国的发明家们也在不断努力。1835年，迪茨在凡尔赛和巴黎之间建立了运输服务，同年，达斯达也在王室人员的见证下对他的蒸汽“马车”进行了成功的试验。但在接下来的35年里，由于缺乏资金支持，蒸汽马车并没有得到太多改进。也没有像格尼那样愿意投入大量资金进行实验的人出现；此外，虽然法律并未对公路机动车的使用加以限制，但……

铁路行业坚决抵制这一可能带来威胁的竞争对手。因此，总体而言，蒸汽动力驱动的公路运输发展十分艰难，直到那场惨烈的普法战争之后，发明家们才重新振作起来。1873年，曼斯的博莱先生制造了一辆名为“l’Obéissante”的汽车，它能够从曼斯行驶到巴黎；这辆车后来成了流行歌曲和戏剧中的常见题材，其名字也被当作榜样供巴黎的女士们效仿。三年后，他又设计出了一辆可容纳50人的蒸汽巴士；1878年，他又展示了一辆时速可达18英里的汽车，从巴黎开往维也纳，引发了人们极大的赞叹。

1880年之后，法国工程师们将注意力分别放在重型机动车和用于休闲出行的轻型车辆上。1884年，布顿与特雷帕尔杜两位先生与迪翁伯爵合作，制造出了蒸汽驱动的三轮车；1887年，塞尔波莱先生也推出了另一款类似车型，该车型配备了以他名字命名的特殊蒸汽发生器。1890年，一项非常重要的创新出现了，它使得汽车工业发展到了今天的水平。德国工程师戈特利布·戴姆勒发明了汽油发动机。由于其重量轻且结构简单，这种发动机立刻成为了制造商们梦寐以求的产品。很快，各种类型的汽油驱动车辆便大量出现，但直到1894年，《Petit Journal》报社的编辑皮埃尔·吉法尔组织了一场从巴黎到鲁昂的赛车比赛，这些车辆才真正引起公众的广泛关注。该报社为获胜者提供了丰厚的奖品。共有10辆赛车参赛，有些是蒸汽驱动的，有些则是汽油驱动的。比赛结果显示，就稳定性而言，戴姆勒的发动机可与蒸汽发动机相媲美。次年，又举行了一场规模更大的比赛，路线是从巴黎到波尔多再返回。人们纷纷捐款作为奖品。塞尔波莱、迪翁和博莱等人则致力于制造蒸汽汽车，试图让蒸汽动力重新夺回失去的优势，而那些支持汽油动力的人则秘密研发出更强大的发动机，企图彻底让蒸汽动力退出历史舞台。电力也曾试图在Jeantaud汽车比赛中一展身手，为此还专门安排了列车在沿途为车辆提供充电服务。然而，蒸汽汽车在出发后不久就出现了故障，而汽油汽车则轻松获胜，取得了决定性的胜利。

这次比赛引发的巨大兴趣促使迪翁伯爵成立了法国汽车俱乐部，该俱乐部汇集了所有热爱这种新型交通工具的人士。从此，汽车运动变成了一种时尚、一种热潮。

法国人拥有平坦笔直的道路，而且他们对马匹的喜爱也并非根深蒂固，因此尽管飞行汽车噪音很大且气味难闻，他们依然欣然接受它。订单源源不断，以至于汽车制造商无法满足需求，也无法承诺在18个月内交付车辆。因此，那些有钱人如果能找到愿意出售汽车的人，就不得不支付双倍的价格——这种情况至今仍存在于某些法国品牌的汽车上。较穷的人则选择德·迪翁三轮摩托车，这种摩托车在1896年的巴黎-马赛比赛中表现优异；或者选择博莱公司生产的精致三轮车。汽车比赛成了当时最热门的话题，人们专门创办杂志来记录赛车手的比赛情况；几乎所有受欢迎的报纸都会设有专门的汽车新闻专栏。随着比赛速度越来越快，人们对这些比赛的兴趣也越来越高。那些戴着黑色护目镜、身穿皮衣、赢得奖品的司机们便成了英雄。简而言之，从1901年有近千辆汽车聚集在朗尚赛道观看大奖赛这一事实就可以看出汽车工业对法国人的影响力，而这场赛事的真正焦点其实并非真正的马匹。法国人并非唯一热衷于汽车的人。快速的汽车与那个时代充满活力的精神十分契合，其带来的乐趣也容易被人们所欣赏，因此不可能仅限于一个国家。除了法国之外，美国、德国和比利时在汽车爱好方面也毫不逊色；而在英国，由于大卫·萨洛蒙斯爵士的努力，自1896年起英国已部分摆脱了红旗制度的束缚，也有许多迹象表明马的时代正在走向终结。

汽车的类型
汽车可以根据其用途、尺寸和重量，或是动力来源来进行分类。我们首先从动力来源的角度来介绍它们。
A. 汽油发动机——目前，汽油发动机既适用于功率为40到60马力的大型汽车，也适用于重量约为70磅的小型自行车。

由于其相对简单的结构，这种发动机在大众心目中的地位无疑位居首位；这一优势足以弥补那些对车外人员影响更大的缺陷——如气味和噪音。内燃机的主要特点在于：它能在一次工作循环中将燃料直接转化为能量，方式是在气缸内部让燃料爆炸。在这方面，它比蒸汽机更高效，因为蒸汽机在从锅炉传递到驱动装置的过程中会损失能量。汽油发动机及小型汽车通常只有一缸，而大型车辆则拥有两缸、三缸，有时甚至是四缸。四缸或更多缸的设计可以避免旋转运动中的“死点”问题，在这些时刻机器的动量仍在做功；正因如此，赛车引擎往往采用四缸结构。为简化说明，我们仅描述单缸发动机的工作原理，至于多缸发动机如何协同工作，则由读者自行想象。首先，燃料即汽油，是石油经过蒸馏后得到的极易燃物质：它极其容易着火，因此必须严格避免与明火接触；同时它的蒸发速度也非常快，如果储存容器的密封性不佳，汽油很快就会变质，无法用于发动机驱动。就发动机最重要的部件而言，它包括一个只能单向做功的单作用气缸、一个安装在密封圆筒内的重飞轮，该飞轮通过铰接杆与活塞相连，从而将活塞的往复运动转换为与飞轮相连的曲轴的旋转运动；还有进气阀和排气阀、用于生成汽油混合气的化油器，以及用于点燃气缸内气体与空气混合物的点火装置。发动机的工作过程如下：当活塞在第一次冲程中向外移动时，它会通过进气阀吸入一定量的空气与气体混合物，这两种物质的比例由专门的阀门来控制。当这个冲程结束时，活塞会回程，从而压缩混合气，使其更具可燃性。就在活塞开始第二次向外移动时，电火花会触发混合气的燃烧，产生爆炸力，推动活塞猛烈向前运动。在第二次回程过程中，燃烧后的气体会被排出，排气阀则每两圈被齿轮抬起一次。

曲轴的旋转会带动“消音器”工作，随后这个工作循环便再次开始。我们可以看到，在整个循环的三分之四时间里——即吸气、压缩和排气阶段——所有的做功工作都是由飞轮来完成的。因此，单缸发动机若要正常运转，就必须以较高的速度旋转飞轮。一旦停止运转，只能通过手柄或踏板来重新启动它；而这一过程往往十分繁琐费力，以至于汽车驾驶员在短暂停车时，会断开发动机的驱动装置，让发动机继续空转。

点燃气缸内气体的方法可以是本生灯，也可以是电火花。通常认为，管状点火方式不如电火花点火方式，因为它无法精确控制爆炸的时间。大型汽车通常会同时配备这两种点火系统，以便在一种系统出现故障时还能使用另一种。

电火花点火通常是通过感应线圈来实现的，该线圈由一层粗绝缘线构成的初级线圈，以及一层极细的导线构成的次级线圈组成。电流会按照排气阀齿轮上的凸轮所设定的时间间隔，从蓄电池流经初级线圈，从而在次级线圈中产生强度更高的电流。次级线圈与“火花塞”相连，火花塞固定在气缸末端，其上有两个相距约1/32英寸的铂金电极。次级线圈中的电流会跨越这两个电极之间的微小间隙，产生的高温火花能够点燃被压缩的气体。有时，也会用由发动机驱动的小型发电机来产生初级电流，而非使用蓄电池。

驾驶员可以通过操作一个名为“提前杆”的小杠杆，来控制爆炸发生的时间，进而调整发动机的转速。

由汽油驱动的气缸的工作频率非常高，每分钟可达到1000到3000次。如果不对气缸进行冷却，如此频繁的爆炸所产生的热量很快就会使气缸过热而无法正常工作。像摩托车上的小型气缸，由于有与气缸一体铸造的散热肋片，因此足以实现良好的冷却效果；但对于大型机器来说，必须在气缸周围设置水套或水箱来进行冷却。水

液体通过小型离心泵在护套中循环流动，该泵由驱动齿轮驱动；同时，还有一组管道固定在汽车前端，用于利用前进时的气流。只要护套和管道内充满水，气缸的温度就不会超过沸点。动力从发动机经由中间齿轮传递到驱动轮上——在简单的装置中，这些中间齿轮可能只是皮带或几颗齿轮，而在汽车上则较为复杂。在汽车底部，通常横跨整个车身的是副轴，其两端各装有一颗小齿轮，这些小齿轮会驱动链条，而链条则与固定在驱动轮上的较大齿轮相连接。副轴通过“摩擦离合器”与气缸机构相连，这种离合器由几个圆形表面组成，可通过杠杆使其相互压紧。驾驶员启动汽车时，会让发动机先获得足够的动力，然后通过摩擦杠杆不断加大对副轴的压力，直到摩擦离合器克服汽车的惯性并使其开始移动。适用于平路行驶的齿轮组合在爬坡时则不够有力：发动机转速会下降，甚至可能因为缺乏动力而停止运转。因此，汽车都配备了变速装置，可以提供两三种速度——低速用于爬坡，高速用于平路行驶；在下坡时则可以松开摩擦离合器，让汽车滑行。

B. 蒸汽汽车——尽管汽油汽车近年来已占据主导地位，但蒸汽汽车依然是一个强大的竞争对手。发明家们一直在努力制造重量足够轻、适合用于小型休闲汽车的蒸汽引擎。目前，Locomobile（美国）和Serpollet（法国）的蒸汽引擎系统越来越受欢迎。Locomobile的价格约为120英镑，即便与更便宜的汽油汽车相比也具有竞争力。它的锅炉为小型多管结构，外部包裹着两三层钢琴线，以此确保在高压下的安全性。由于锅炉位于座椅下方，自然需要较大的安全余量。燃料汽油通过特制的燃烧器输送，该燃烧器上布有数百个细孔，这些孔呈环形排列在进气口周围。燃烧器的供油量由弹簧阀控制，一旦锅炉内的蒸汽达到一定压力，该阀门就会自动切断汽油供应。Locomobile的运行非常平稳，噪音也很小，这与那些会产生明显爆炸声的发动机相比无疑是一种很好的改进。

塞波莱特系统是一种独特的蒸汽生成方式。其锅炉实际上只是一圈长长的管道，每当气缸作功一次时，泵就会向其中注入一小股水。蒸汽随即产生并被立即使用，而机器的运转速度则由泵注入的水量来控制。通过一种巧妙的装置，燃料供应与水供应被同步控制，从而避免燃烧器出现不必要的浪费。

C. 电力驱动汽车——虽然存在多种类型的电力驱动汽车，但目前它们在商业应用上还不如另外两种类型实用。电力驱动汽车的主要缺点在于蓄电池的重量（其重量往往几乎相当于整车其他部件的总重量），以及蓄电池耗尽后难以重新充电的问题。此外，蓄电池还会很快磨损，从而导致更换成本上升。据报道，T.A.爱迪生正在研发一种性能更优的蓄电池，它的使用寿命更长，且单位功率下的重量更轻。目前记录中，电力驱动汽车最长的连续行驶距离为187英里，这一数值远远不及1900年11月23日那辆汽油车在Crystal Palace赛道上48小时24分钟内不间断行驶1000英里的成绩。Pieper和Jenatsky两位工程师已成功尝试将汽油发动机与电动机相结合，这种设计能够在不需要高转速时避免能量浪费，而是让发电机储存能量，需要时再将其转化为动力。不过，除非蓄电池的重量能够大幅减轻，从而无需增加过多重量就能储存大量电能，或者在全国范围内每隔50英里左右就设置充电站，否则单纯的电力驱动汽车仍无法成为最受欢迎的选择。

目前尚不确定蒸汽动力最终能否取代汽油发动机。与汽油发动机汽车相比，蒸汽动力汽车具有启动更简便、动力调节更精准、易于倒车、没有振动、噪音和异味，且无需复杂齿轮系统的优点。另一方面，汽油发动机汽车没有可能出故障或爆炸的锅炉，也没有需要持续监控的复杂仪表，而且燃料供应也相对容易解决。必要时，可以携带足够支持汽车行驶数百英里的汽油；只要车上还有汽油，汽车随时都可以投入使用。从各种……的数量来看

就实际在使用的车辆类型而言，可以说蒸汽机最适合用于重负荷牵引，而汽油发动机则多用于休闲汽车上。

经Liquid Air公司许可使用。这款小巧精致的汽车由Liquid Air技术驱动，完全不会产生气味或噪音。

D. Liquid Air也是一种可行的动力来源。目前它还处于试验阶段，但笔者有可靠消息称，在这些文字付印之前，道路上就会出现由Liquid Air驱动、时速可达80英里的汽车。

制造方面——正如英国人是蒸汽汽车的先驱一样，德国人和法国人则是汽油汽车的主要制造商。由于英国的制造商受到短视的法规限制，而欧洲大陆的国家则不断发明并掌握着重要的专利技术，因此至今我们的制造商仍面临巨大困境。每年都有大量汽油汽车从法国、德国和比利时进口。至于蒸汽汽车，则主要来自美国和法国。1901年，美国就向我国出口了近2000辆此类汽车。不过，也有迹象表明英国……

工程师们正努力挽回失去的优势；令人欣慰的是，在索恩克罗夫特公司等企业生产的重型蒸汽汽车领域，我国处于领先地位。我们希望几年后也能成为出口国。

在了解了各种类型汽车的历史与特点之后，接下来探讨它们的行驶速度便很有意义了。正如我们所见，1830年时，蒸汽巴士在条件较差的道路上就能达到每小时35英里的速度。因此，可以预期，在现代化的优质道路上，最新型号的汽车能够打破70年前的纪录。而从那些用于测试速度的比赛中可以看出，事实确实如此。法国拥有笔直且维护良好的军事用道路，是驾驶员的理想之地。只需看看地图就会发现，这些主干道完全符合欧几里得关于“直线是两点之间最短距离”的理论——比如鲁昂和迪耶普之间的道路，两侧都是坚固的防御工事，绵延数英里。

在法国的比赛中，汽车的速度提升十分显著：1894年，获胜汽车的平均速度为每小时13英里；1895年为15英里。1898年这一数字上升到了23英里，次年则达到了30英里。不过，这些速度都与1901年巴黎到波尔多比赛中的记录相比就相形见绌了——那次比赛的获胜者福尔尼埃先生以每小时53又3/4英里的速度行驶了327.5英里的路程！而同样连接这两座城市的著名“苏德特快”列车，虽然被誉为世界上最快的长途列车，却比它慢了整整一个小时。有趣的是，在同样的比赛中，一辆重量不超过80磅的沃纳牌摩托自行车也以接近每小时30英里的速度成功完成了全程。经过70年的等待，汽车终于得以向铁路报仇。

这并非唯一一次快递服务在面对更为灵活的公路交通工具时表现不佳的情况。1901年6月，法国和德国的官员们抛开了旧日的恩怨，出于对汽车的共同热情，组织了一场从巴黎到柏林的比赛。这是一场盛大的赛事，各国汽车都将争夺速度冠军。为了确保参赛者和观众的安全，人们采取了各种预防措施。不同颜色的旗帜和标识标出了赛道，这条赛道贯穿了兰斯、卢森堡、科布伦茨、法兰克福等地。

从艾森纳赫、莱比锡和波茨坦到德国首都。大约有五十个城镇和大型村庄被设为“中立区”——也就是说，参赛车辆必须花费一定时间才能通过这些地方。在每个中立区的入口处都设有检查点。一旦有参赛车辆抵达，就必须减速，同时将记录着到达时间的卡片交给一名骑自行车的人，这名人员会骑车前往该区域另一端的检查点；当规定的时间过后，车辆才能继续前进。其他规则还包括：在比赛期间，除车辆上的乘客外，任何人不得推动或拉动车辆；每天结束时，只允许有固定的时间用于车辆的清洁和维修；此外，根据车辆的大小，允许有限数量的人在这段时间内操作车辆。

除了数千名警察和士兵之外，还有大量汽车俱乐部代表被部署在赛道沿线，以控制围观人群。对于那些时速在50到60英里之间的车辆来说，保持一条畅通的道路是至关重要的。

7月27日黎明时分，109辆赛车聚集在巴黎郊外的尚皮尼堡，准备出发前往柏林。三点半刚过，第一名参赛者收到了出发信号；两分钟后，第二名也收到了信号；此后，在接下来的三小时内，剩下的107辆赛车也依次出发，其中还有一名女性选手，即德·加斯特夫人。即便在这么早的时间，也有至少2万人前来为参赛者们送行，这充分体现了法国人对汽车运动的极大兴趣。

在比赛的三天里，巴黎陷入了极度兴奋的状态。每隔几分钟，就有来自赛道沿线的电报传来，汇报着参赛者的进展情况。消息显示，在第一阶段，各选手之间展开了激烈的竞争。法国的顶尖车手们——福尔尼耶、沙隆、德·克尼夫、法尔曼和吉拉尔多——纷纷向起点处的第二名乌尔吉埃尔斯发起冲击。福尔尼耶很快便取得了领先优势，那些记得他在巴黎-波尔多比赛中的出色表现的人立刻认定他将为冠军。距离巴黎283英里、也是第一阶段终点的亚琛，是在6小时28分钟后被抵达的。福尔尼耶位居第一，德·克尼夫则落后六分钟，位列第二。

承液态空气公司慷慨许可，特此呈现液态空气动力汽车的构造图：A为液态空气储存容器；B为在高压作用下将液态空气转化为常压空气的管道；C则为通过链传动装置驱动后轮的气缸。

28日，比赛变得异常激烈，发生了多起事故。驾驶唯一一辆英国车的埃奇，因路面上的急弯导致汽车飞向空中，弹簧也损坏了，他的赛车就此报废。还有一个人因为撞死一名男孩而失去了继续比赛的资格。不过，福尔尼耶、安东尼、德克尼夫和吉拉尔多特当天都避免了意外，以极快的速度前进。在杜塞尔多夫，吉拉尔多特暂时领先于福尔尼耶，但很快又失去了优势。安东尼则以极快的速度持续追赶，在汉诺威的终点站以第二名完成比赛——尽管路面状况恶劣且转弯处十分危险，他的平均时速仍高达54英里！

在这样的比赛中，司机确实需要拥有钢铁般的意志力。他必须透过厚厚的黑色护目镜来保护自己免受高速行驶时产生的灰尘侵袭，同时还要始终保持高度的专注与敏锐的反应能力。

尽管汽车以极快的速度行驶，但却没有任何信号来帮助司机；他必须同时充当信号员和驾驶员的角色。他必须留意道路上的每一块松动的石头、每一个不平之处以及任何突然的起伏；他还必须计算转弯处的曲线半径，并判断坐在车内负责操控方向的助手能否让汽车在不停速的情况下通过弯道。他的所有判断和决策都必须在几分之一秒之内做出，因为稍有迟疑就可能带来灾难。他的驾驶风格必须果断而谨慎——胆小的司机永远无法取胜，粗心的司机则很可能会失败。即便汽车在他脚下像野兽般狂奔、风声呼啸，他也必须保持冷静。至少有一名经验丰富的司机因心理压力过大而退出了比赛；可以肯定的是，大多数参赛者在比赛期间的夜晚几乎都无法入睡。

29日4点，福尔尼耶开始了第三阶段的比赛，这一阶段同样充满了高速行驶的场面。此时，他与安东尼为争夺第一名而展开激烈竞争。车速有时会达到每小时80英里，这一速度甚至超过了我们最快的火车的行驶速度。如此高的速度意味着巨大的风险，因为即便汽车配备了强大的刹车系统，要停下来仍需要100码甚至更长的距离。在汉诺威附近，安东尼遭遇了事故，吉拉尔多现在位居第二，而福尔尼耶则轻松夺得第一名。沿路，人们不断为他欢呼，向车内投掷花束，祝愿他一路顺风；而在柏林，见到他的民众更是激动不已。福尔尼耶被大量的鲜花、月桂冠以及其他礼物所包围，各国的公爵、公爵夫人以及权贵们纷纷向他献上礼物，他成了当时的英雄。

就这样，这场堪称“法国人对德国的和平入侵”的活动结束了。它表明，在如此广阔的地域上，即便道路状况糟糕到只有德国的道路才有的程度，汽车依然能够保持比往返于巴黎和柏林之间的火车更高的平均速度；此外，尽管参赛车辆数量众多，但发生的事故却寥寥无几。值得一提的是，福尔尼耶实际用时为16小时5分钟；在109名参赛者中，有47人成功抵达柏林；而骑摩托车的奥斯蒙特仅比冠军慢3小时10分钟。

在英格兰，由于道路状况不佳，这种驾驶方式既不可取也难以实现。只要仍遵守每小时12英里的速度限制，这种做法就绝不会被允许。目前，有人正在呼吁取消这一限制——尽管在城市交通中这一限制还算合理，但在开阔地带却显得毫无道理。为让决策者明白汽车其实很容易停下，因而即使在较高速度下也是安全的，1902年1月2日，人们在韦尔贝克公园进行了试验。试验结果显示：以每小时13英里的速度行驶的汽车在4码内就能完全停下；以每小时18英里行驶则在7码内；以每小时20英里行驶则需要13码；而这些距离还不到以相同速度行驶的马车所需距离的一半。

用途——至少在英格兰，95%的汽车都被用于休闲用途，比如作为载人车辆、自行车、小型轿车或大型汽车。由于汽车的昂贵价格，驾驶汽车的人远远少于骑自行车的人；但那些有能力拥有汽车的人则认为驾驶汽车极其有趣。漫画家们经常描绘汽车驾驶过程中出现的各种麻烦事——链条断裂、轮胎爆裂等等。只有亲身体验过，才能明白这些小故障与驾驶带来的愉悦感、快速变化的风景以及掌控强大力量所带来的快感相比，实在微不足道。如果需要证明汽车受欢迎的程度，那么从司机们的特殊着装上就能看出来。他们高速行驶时产生的风势足以穿透普通衣物，因此他们不得不穿上厚重的毛皮外套。此外，尘土也无处不在，于是他们还会穿上防尘工作服，戴上带有天鹅绒边缘的大护目镜，再戴上一顶紧贴颈部和耳朵的半航海风格帽子，以此保护身体的相应部位。整体来看，他们的形象实在不怎么美观；但即便是最有艺术气质的司机，也会为了舒适以及更好地享受驾驶乐趣而牺牲外表。

在英格兰，驾驶汽车的人最不满的，就是法律规定的速度限制。将一辆性能强大的汽车的速度限制在每小时12英里，就如同把一匹纯种马限制在一只走不动的马车的速度一样。粗心驾驶的行为确实不可原谅，但偶尔出现这类行为并不足以成为法律对所有驾驶者采取苛刻态度的理由。不过，必须承认，警察的做法也有其合理性，因为司机们始终面临着……

违反交通规则的话，就无法准确判断行驶速度，结果往往以远超其所能承受的速度行驶。汽车在许多方面都具有极大的便利性，尤其是在跨地区旅行时——可以直达目的地，无需像乘火车那样经历单调或迂回的旅程。它能让医生快速完成出诊任务，也能让商人从乡间别墅赶到办公室，还能为商人运送货物、为邮局递送包裹。在未来的战争中，汽车同样会发挥重要作用：无论是搬运重型武器和补给品，还是接送指挥官，或是为伤员送医送药。承蒙洛科莫比尔公司的允许，我们得以附上英国皇家工程兵团的R·S·沃克上尉关于汽车在布尔战争期间所发挥作用的见证。“几个月前，我在开普敦看到一辆汽车，因其简洁实用的设计而深受吸引，于是买下它并带回了乡下，打算在恶劣路况下对其进行测试。它的第一次行驶路线是绕着比勒陀利亚，特意选择这样的路线是为了在正式投入使用前找出缺陷。显然，由于这辆车并非为这类工作而设计，因此存在不少问题。大约一个月后，所有问题都已被找到并解决，之后这辆车便一直被用来在各个城镇和要塞之间运送补给品等。它还承担了其他重要任务，比如前往那些需要安装探照灯或尚未安装探照灯的地点，通过这种方式，它几乎走遍了德兰士瓦的所有较大城镇。每天都可以访问所有可能安装探照灯的地点，而这些地点之间的距离往往超过50英里——这远远超出了马匹的承载能力；而且在这种情况下，汽车通常可以搭载两人。此外，这辆车还被用作探照灯装置的拖车，用于为炮车和运输车运送汽油、碳块、水等物资，同时还能驱动发电机为点火用的蓄电池充电，从而避免让汽油发动机为这一目的而运转。为此，装有发电机的拖车部分会被降到地面，汽车的尾部则被抬高，一个轮子放在发电机的滑轮上，另一个轮子则离地，接着用两颗螺栓将平衡装置固定起来。有一次，这辆车甚至通过这种方式驱动了一台30厘米口径的探照灯运行一小时。正因如此，人们才发明了专门用于在野外携带发电机和探照灯装置的拖车，不过目前……”

这种装置此前并未被如此使用过。拖车通过一个挂钩与车辆相连，该挂钩位于平衡齿轮的后面。马克沁机枪、柯尔特手枪或小型弹药车等也可以固定在同一个挂钩上。

“毫无疑问，这辆汽车迄今为止最出色的表现，就是它带着拖车进行的试运行——在那次任务中，它成功引爆了克莱因内克的那些地雷。这些地雷是在大约八个月前埋设的，此后一直无人去检查过。期间曾有过几次恶劣的暴风雨，布尔人及牛群也频繁经过那个地方，那里还发生过火灾，最后还被投掷了烈性炸药。总共18枚地雷中，只有两枚受损，推测是因野火的高温而引发的。地雷导线的绝缘层已被烧毁，电池也失去了作用。人们原本认为发电机式的引爆装置不足以引爆这些地雷，于是便将一台250伏、2马力的电机从比勒陀利亚运来，这台电机的重量约为三四百磅，也被安装在拖车上；此外，还有四分之一英里长的绝缘电缆、一些测试设备、三个人的装备以及他们三天的口粮，还有给汽车用的汽油箱。一天早晨，整个队伍离开比勒陀利亚，前往里特方丹。我们中有两人坐在车上，第三人负责驾驶。在里特方丹，我们停下来过夜，第二天一早，在护卫队的护送下，穿过指挥官山口，绕过马加利斯堡的北部，最终抵达靠近克莱因内克的地方。在那里，必须放弃公路，转而驾车穿越灌木丛。在山脚处，行进相当容易，只需拨开几株灌木即可，不过草丛常常会缠绕在车轮和链条上。随着坡度变大，石头也变得越来越大，因此必须非常小心地驾驶汽车，以防车轮损坏。在距离山顶约四分之一英里的地方，我们停了下来，那里就是地雷所在之处。我们先对地雷进行了侦察，然后捡起了相关的导线；那些无法使用的导线被放在炸药上方，其余的则被带回了汽车上。发电机从拖车上取下，汽车倒退着停在其旁边；一个车轮微微抬起，抵在发电机的滑轮上，有人用步枪作为杠杆将其固定住；另一个车轮则放在地上，下面压着一块石头。由于平衡齿轮处于自由状态，发电机可以正常运转，而另一个车轮则不会移动。由于通电时间很短（即从电流接入发电机端子到地雷爆炸的时间），汽车不会受到任何损害。当所有的导线都连接到发电机上后，汽车开始启动，过了一会儿，确认发电机已开始工作后，便接通了第二个端子。”

爆炸声响起，尘土飞扬，克莱因内克雷区也随之消失了。那天天气极其炎热，工作量也很大，因此我们用锅炉直接烧的水泡的茶显得格外珍贵，它帮助我们消化了那些为了不让敌人得到而不得不舍弃的多余食物。

在返程时，我们发现这些额外的货物对汽车来说实在太过沉重，很难继续前进到突击队隘口，不得不频繁停车为发动机加蒸汽，于是这些物资就被留在了第一个岗亭处，我们才得以顺利返回。

在里特方丹度过的第二个夜晚让我们得以休息，第三个下午我们就开始返回比勒陀利亚。不幸的是，一场沙尘暴袭击了这辆汽车，情况十分糟糕。风暴首先把车上唯一的乘客的帽子吹走了，由于另外两名乘员落在后面很远的地方，他只好关闭引擎去追回帽子。与此同时，风势越来越大，汽车开始“自行移动”，所幸我们及时将其控制住，才避免了碰撞。幸运的是，风的方向正好有助于熄灭火焰，因为在户外根本无法点燃火柴。汽车冲进了比勒陀利亚郊外的一道壕沟中，后来有友好的马车将其拖出，之后在重新点燃引擎后便返回了家中。

这次运输的货物（不包括电池等物品）重量至少有五百磅，再加上司机，这一重量实在惊人。考虑到这辆汽车原本设计上是用于在普通道路上行驶的，而我们所走的道路绝非普通道路，能完成这样的运输实属不易。这辆汽车通常配备的物品包括：供两人使用的毯子、防水布等；四块用于跨越沟渠、沼泽或石头的木板；所有必要的工具和备用零件；一天的汽油供应；几部电话以及一英里的电线。此外，如果需要使用探照灯的话，拖车上还会配备：一台30厘米的投影仪、一台用于该投影仪的自动灯、一台发电机（100伏特、20安培）、两小段电线、两对碳棒以及各种工具。通常情况下，这个拖车会与行李一起运送，只有在需要作为照明设备时才会被汽车拖上，也就是通常在到达营地后，当许多其他物品可以被留下时才会使用它。

或许，这辆汽车最能发挥作用的用途，就是帮助缓解大城市的人口拥挤问题，同时让乡村恢复一些失去的功能。

繁荣。没有什么比便捷安全的交通方式更能促使人们选择在乡村生活了，无论是公共交通还是私人交通工具。目前，伦敦某些地区的郊区火车运行速度缓慢且十分拥挤，所需时间甚至相当于汽车行驶两三倍距离所需的时间。我们必须欢迎一切有助于恢复城乡平衡的交通方式，让工人能够住在离工作地点较远的地方。人口分布更加均衡所带来的国家健康益处将是无法估量的。环球旅行是汽车技术发展带来的最新成果之一。1902年4月29日，莱韦斯博士与九位朋友从海德公园角出发，乘坐三辆汽车开始为期九个月的环球之旅，其中最大的一辆是配有豪华设施、拥有24马力、可容纳四人的旅行车。他们的行程途经法国、德国、俄罗斯、西伯利亚、中国、日本和美国。

高速铁路。
一个世纪前，长途旅行被视为一种艰巨的挑战，由于道路危险以及旅途条件极为不便，人们总是希望尽快完成这段旅程。如今，虽然列车的行驶速度远远超过那些缓慢的客车，车厢也更为舒适，风险几乎为零，但仍有九十九分之百的铁路乘客希望能在时刻表允许的范围内用最短的时间完成旅程。对我们的祖辈来说微不足道的时间差异，如今却变得非常重要，以至于各铁路公司都争相试图为100英里的行程节省几分钟时间，只因为乘客们希望减少在车厢中的停留时间。

在过去的五十年里，高速列车的最高行驶速度并没有发生显著变化。大西部铁路公司早期将帕丁顿到斯劳的18英里路程在15分半钟内跑完，平均时速为69.5英里。

至于当今全球的常规高速列车服务，美国位居首位：大西洋城与卡姆登之间的50英里路程，平均时速可达68英里；英国位居第二，福法尔与珀斯之间的33英里路程，平均时速为59英里；法国则位列第三，莱奥布勒与南皮埃尔德科尔之间の路程，平均时速略高于58英里。这些路程虽然比上述大西部铁路的行程更长（后者现在需要24分钟），但平均速度却更低。那么，速度下降的原因是什么呢？并非因为现代机车动力不足——有时列车的时速可达80英里，而在美国，1英里的距离仅需32秒即可行驶完毕。原因更可能在于对经济性的考虑，以及现有的铁轨铺设和铁路工程结构所带来的限制。以目前的情况来看，若要达到每小时90英里的速度，将会过度消耗煤炭，同时也会对列车造成严重损害，从而无法让铁路公司获得利润；此外，在某些地区，这样的速度还会给乘客带来危险。要想大幅提升列车运行效率，就必须用其他动力装置取代蒸汽机车。

动力还有其他应用方式，金属轨道的铺设方式也应能够满足极高速度行驶的需求。由于快速交通既具有商业价值，又关乎人们的出行便利，因此不能认为每小时50英里的平均速度就能继续满足旅客的需求。目前已有两种技术经过实际测试，其普通行驶速度可达每小时100英里，而高速行驶速度则更高。其中一种就是单轨系统，它将被用于计划中的曼彻斯特与利物浦之间的铁路线。目前，这两座城市之间——它们是首批通过铁路相连的城市——的旅客可以选择三种不同的交通方式，在四十五分钟内即可抵达目的地。著名工程师F. B. 贝尔先生希望再增加一种前所未有的快速交通方式。他已获得议会授权，允许修建一条从曼彻斯特的迪恩斯盖特出发、终点位于利物浦大教堂后面的铁路线，该线路上的列车将每十分钟一班，以每小时110英里的速度行驶。

单轨轨道的外观相当独特。普通的平行金属轨被替换成了架设在A形桥墩顶部的单根轨道，这些桥墩的支柱则牢牢固定在枕木上。单轨列车沿长度方向被一道缝隙分隔开，这使得列车可以悬挂在桥墩的两侧，并在行驶过程中越过桥墩。用于承载和驱动列车的双翼轮则位于该缝隙的顶端。由于列车的“重心”位于轨道下方，因此即使在急转弯时也不会翻倒。

第一条采用这种系统的铁路是由法国工程师夏尔·拉蒂格在阿尔及利亚建造的。在那里，普通的双轨铁路常常会被严重的沙尘暴阻断。他从那些两侧各驮着大袋子的骆驼队那里得到了灵感——骆驼的腿被工程师转化为铁制桥墩，而骆驼所驮的货物则变成了列车。基于这一想法建成的铁路线，以骡子作为牵引动力，多年来在阿尔及利亚的丝草贸易中发挥了重要作用。1886年，贝尔先生决定将蒸汽动力应用于拉蒂格的系统，从而使其成为一种有效的客货运输方式。于是他在威斯敏斯特的托希尔菲尔德地区建立了新的铁路线。

罗马天主教大教堂里有一条微型铁路。在九个月的试用期内，人们发现这种单轨铁路非常适合用于高流量交通场景，且安全性高，维护成本也低于普通的双轨铁路。列车能够轻松通过极其陡峭的弯道，还能在非常高的坡度上行驶而不会打滑。

贝尔先生因此受到鼓舞，决定在以黄油闻名的乡村小镇利斯托威尔与日益受欢迎的海滨度假地巴利布尼恩之间建造一条单轨铁路。这条铁路于1888年2月28日开通以来，一直运行得非常顺利，从未发生过任何员工或乘客受伤的事故。

在桥墩的两侧，距离顶端两英尺处各有一条导轨，车厢上安装的小轮子会紧贴这些导轨，从而防止列车在转弯时过度摆动或倾覆。在三个车站处，没有转辙器，而是设有旋转台或道岔，列车可以通过它们转到侧线上去。

公路车辆则通过升降桥跨越铁轨，这些桥梁操作十分方便，而且还能自动设置信号来阻挡列车通过。这些桥梁由两部分组成，其工作原理类似于塔桥——每半部分都会从垂直位置向中间下降，最终停在经过特别加固的铁轨上，以承受额外的重量。机车为双锅炉结构，有两个烟囱和两个火箱；在平地上可以以每小时15英里的速度牵引240吨的货物，而轻载时则能在两分钟内行驶一英里。车厢长度为18英尺，每侧可容纳12名乘客，车厢被纵向分为两部分。此外还有专用货车，主要用于将沙子从巴利布尼恩运送到利斯托威尔，每辆货车可运送3吨沙子。在每列列车的中间，还有一辆造型特殊的车辆，可供那些想要从铁轨一侧走到另一侧的人使用。

以巴利布尼恩-利斯托威尔为蓝本，其他国家也建成了多条类似的铁路线路。不过，贝尔先生并不满足于最初的成就，他决心进一步发展单轨铁路技术，使其具备更快的行驶速度，而他认为空中轨道才是实现这一目标的最佳方式。1893年，他提出了“闪电特快”服务计划，打算以每小时120英里的速度运送乘客。但这个计划似乎过于理想化，难以吸引投资者们的资金支持，贝尔先生很快便放弃了这个想法。

他认为，如果要建造一条符合自己心意的高速铁路，那就必须由他自己出资。他对自己的方案充满信心，因此在1897年的布鲁塞尔展览会上投入了4万英镑用于建设一条试验性轨道。该展览会分为两个部分，两者之间通过一条电气化铁路相连——一部分位于首都，另一部分则位于7英里外的特尔维伦。贝尔先生在特尔维伦修建了这条铁路。在建设过程中，他遇到的最大困难来自土地所有者的反对，这些人大多是小农，他们希望在铁路穿过他们的土地之前获得有利的条件。在他与200名土地所有者签订合同之前，工人们无法开始施工，而这些合同中大多数都是对农民有利的。除此之外，施工条件也并不理想：他不得不为至少10条道路架设桥梁；而且由于地形原因，铁路需要较大的坡度、急转弯以及长长的路基，而由于夏季潮湿，这些路基的稳定性也无法保证。这条铁路有3英里的长度，两端的弯道半径均为1600英尺。铁轨架设在桥墩上，距离轨道表面约4英尺高，桥墩则固定在铺设在普通道砟上的钢轨上。贝尔先生在这条铁路上只使用了一列列车，该列车的重量为68吨，长度为59英尺，宽度为11英尺，可容纳100人。列车内部设施十分豪华，座椅经过特殊设计，能够抵消转弯时的离心力，同时车头和车尾呈尖形，以此减少迎风阻力和尾流带来的影响。列车底部有16对轮子，与桥墩两侧的两对导轨相接触，而8个直径为4.5英尺的大双翼轮则承担着列车的重量。其中4个轮子由安装在列车底部的强大电动机驱动，这些电动机连同导向装置一起位于列车下方。电动机从中心轨以及铺设在瓷质绝缘体上的另一根钢轨上获取电力。列车的最高时速可达每小时90英里。展览结束后，应比利时、法国和俄罗斯政府的请求，人们又进行了多项试验，结果证明贝尔的方案值得在更大规模上进行测试。于是，这位工程师向英国政府提出了在利物浦和曼彻斯特之间修建高速铁路的提案。

下议院委员会否决了关于萨尔福德公司的相关法案。不过，该委员会不得不承认，所提出的证据大多支持这一系统；而且，在对铁路线路进行相应调整以消除某些反对意见后，当所需资金到位时，便获得了议会批准，可以开始运营。再过几年，这座重要的海港城市与这座重要的棉花产业城市之间的距离很可能只有几分钟的火车行驶时间。

读者自然会想到这样一个问题：如果轨道上出现什么障碍物，以每小时110英里的速度行驶的火车能否迅速停下以避免事故？

西屋公司的空气制动器的制动力为每秒3英里，因此它能够在37秒内，即995码的距离内让以每小时110英里速度行驶的火车停下。贝尔先生提议在西屋制动系统的基础上再增加一种电动制动器，这种制动器由长度为18英寸的磁铁组成，通过反向电机产生的电流在导轨上施加每平方英寸200磅的吸力。这种制动器的一个巨大优势在于：在火车速度最快、最需要制动力的时候，它的效率也最高。预计两种制动系统结合使用后，能让火车在更短的距离内停下；但除非遇到紧急情况，否则不会同时使用这两种制动器。在正常情况下，火车只有在进入车站前的上坡路段才会减速。由于整个铁路线都有坚固的围栏，且没有平交道口、吊桥或道岔，因此发生碰撞的可能性极小。此外，每列火车都会有自己的信号员。假设34.5英里的铁路线被划分为7英里一段的区间，火车离开车站后会留下一个危险信号；行驶7英里后又会设置另一个信号，而行驶14英里后则解除第一个信号。这样，火车司机在看到这些信号后至少还有7英里的距离可以用来减速。在雾天时，司机还可以参考车厢内的小型信号装置，该装置与大型信号灯同步工作。

曼彻斯特-利物浦铁路将专门用于高速列车运行。贝尔先生不赞成让不同速度的列车混行，他认为自己设计的系统的优点之一就在于，普通双轨系统的慢车和货车无法在单轨铁路上行驶；因为如果允许的话，铁路管理人员可能会倾向于将这类车辆也放到这条铁路上。

根据需求，一列火车可以由1节车厢组成，可容纳40、50或70名乘客。据计算，以每英里1便士的费用计算，平均12名乘客的票价就能覆盖列车运营的所有成本。贝尔先生认为，单轨铁路的建造成本远低于双轨铁路，因为单轨铁路能够实现更急的转弯，从而节省大量的切割和填筑工作；此外，只要对桥墩和轨道进行适当加固，单轨铁路本身就可以充当跨越道路、山谷和河流的桥梁。尽管单轨铁路近年来逐渐流行起来，但也不意味着双轨铁路就只能以较低的速度运行。德国工程师在柏林与佐森之间修建了一条长17英里的电气双轨铁路线，列车在该线上的行驶速度可达每小时100英里。这条铁路线的弯道非常平缓，因此在这方面不如曲线更为复杂的单轨铁路。不过，双轨铁路的优势在于动力供应方式——这种方式两种铁路系统都采用。蒸汽机车能够自行产生动力，只要有燃料和水，它就能独立运转。而电力机车则需通过金属导体从中央车站获取能量。一旦电力中断，整个铁路线的运行就会停止。目前来看，蒸汽机车仍具有优势。但从经济性角度来看，电力系统的优势显而易见。在所研究的单轨铁路以及柏林-佐森铁路系统中，由于采用了重量较轻的电动机，每名乘客所需承受的负荷更小。单轨列车、桥梁及轨道所承受的应力也较小，维护成本也更低。而最大的节省则体现在燃料方面。蒸汽机车会浪费大量煤炭，许多能量以未完全膨胀的蒸汽形式从烟囱排出。由于空间限制，设计者无法在移动中的机车上安装那些在电气铁路的中央发电站中才能用到的更高效的设备，而这类发电站通常位于水边或矿井附近，因此可以以极低的成本获取燃料。这样一来，不仅无需承担煤炭输送的成本，而且借助三重或四重膨胀发动机，每吨煤炭所能产生的能量甚至是机车炉膛中产生的能量的两到三倍。

目前有许多关于建设高速铁路的计划。东南地区计划在坎农街与查令十字站之间修建单轨铁路，以避免目前列车在两站之间行驶时出现的延误。此外，还有从伦敦到布赖顿的铁路规划，这一线路可将行程时间缩短至半小时；还有另一条连接多佛尔与伦敦的铁路也在筹划中。甚至有人提议在现有铁轨上铺设单轨铁路，用于快速运送乘客——高速列车在上方行驶，而慢车及货运列车则在下方的双轨上行进。

不过，最雄心勃勃的计划来自沙皇的国度。俄罗斯工程师希波利特·罗曼诺夫提议修建一条连接圣彼得堡与莫斯科的铁路，这条铁路可在3小时内穿越600英里的距离，比目前的行程时间缩短10小时。他打算使用T形支架来支撑两条铁轨，每条支架上各有一条铁轨，列车则悬挂在这些铁轨上。由于有两条铁轨，大约400节列车可以持续往返运行，它们依靠从上方电线获取的电力驱动。每节列车有12个车轮，其中4个车轮垂直排列，8个水平排列，这样就能通过两侧的铁轨保持列车不脱轨。如果某节列车出现故障，电流会被切断，从而自动让后续的列车停止行驶。

在铁路发展初期，人们不顾这些线路是否真的有用，就纷纷规划各种方向的铁路线。许多这样的线路最终只是停留在纸面上而已。现在，随着高速铁路理念的兴起，我们不应认为所有规划中的电气化铁路都会建成，不过毫无疑问，未来的铁路速度将会远远超过现在的水平。

以下是根据每分钟2英里这一速度标准制定的时刻表。如果一个人在上午10点从伦敦出发，那么他将会在以下时间到达目的地：

| 目的地 | 距离（英里） | 到达时间 |
|--------|--------------|----------|
| 布赖顿 | 50 | 上午10:25 |
| 波茨茅斯 | 60 | 上午10:30 |
| 伯明翰 | 113 | 上午10:57 |
| 利兹 | 188 | 上午11:34 |
| 利物浦 | 202 | 上午11:41 |
| 霍利黑德 | 262 | 下午12:11 |

爱丁堡：400，下午1点20分
阿伯丁：540，下午2点30分

在“向北竞赛”以及美国飞车手的纪录面前，这些纪录又将何去何从？
至于欧洲大陆间的旅行呢？假设英吉利海峡隧道能够建成——这当然是个相当大胆的假设——巴黎就将近在咫尺。商务旅客可以在伦敦登上高速列车，睡上2小时24分钟，醒来后便能精神抖擞地看到身穿蓝色制服的巴黎搬运工在身边忙碌。或者，即便我们希望保持这条“银色通道”不受地下隧道的影响，人们仍然可以乘坐快速的涡轮蒸汽轮船——稍后会详细介绍这类船只——在多佛尔上船，半小时内抵达加来，离开伦敦后4小时内就能到达法国首都。如果能达到罗曼诺夫先生设定的速度标准，那么中午从巴黎寄出的最新款帽子，两点之前就能出现在摄政街上了。这样的速度确实会带来一场与蒸汽机车取代马车类似的旅行革命。正如有人所说，蒸汽机使得更多人开始出行，而电气铁路则会让那些经常出行的人能够走更远的距离、更频繁地出行。

海上快船。
1836年，一艘明轮船“天狼星号”从科克港出发，仅用19天就穿越了大西洋抵达纽约。与之形成对比的是，北德邮轮“德国号”在1900年完成了从桑迪胡克到普利茅斯的往返航行，其平均速度超过每小时27英里，整个旅程仅用了5天7小时38分钟这一创纪录的时间。这种速度的提升幅度远远超出了单纯比较数据所能显示的。物体在水中运动时会受到流体惯性和摩擦力的阻碍，因此要加快速度就必须施加与速度提升幅度不成比例的力。虽然无法用精确公式来表达这一关系，但在特定条件下，速度与所需动力会以立方比增长；也就是说，要将速度提高一倍，就需要八倍的动力；提高三倍，则需要27倍的动力。

现代高速船舶的构造在各方面都远优于推动“天狼星号”前进的那些船舶，就如同精心设计的现代化推进系统远远胜过我们祖辈们视为奇迹的那些笨重装置一样。在造船技术方面也有了巨大进步，人们现在能够设计出既具有最小水阻又能承载大量货物的船舶。那些船首尖锐、船体逐渐变细的大型邮轮，仅从外形上就能体现出其极高的速度，因此才被称为“海洋猎犬”。至于最快的船舶——鱼雷驱逐舰，其设计者显然遵循了欧几里得关于直线的定义：只有长度而没有宽度。但无论船只的形状如何，它都无法摆脱自然法则的约束。大自然的力量始终制约着它们。一个人划着小艇，轻松就能以每小时4英里的速度前进；而八名训练有素、体格健壮的人，在同样的时间内也难以让他们的轻型快艇达到每小时12英里的速度。

要想了解邮件船和驱逐舰是如何在巨大的水阻力面前仍能达到令许多火车都自愧不如的速度的，我们只需去看看这些海上快船的锅炉舱和引擎室即可。

请注意，海洋工程师们设计了多种装置，将燃料转化为动力。我们通过气闸进入炉舱，必须先关闭一扇门才能打开另一扇门。在那里，我们会看到一群满身是汗、脏兮兮的人，他们只穿着背心。仿佛生命就取决于此一般，他们不断地将煤炭铲进那些在风扇产生的强风作用下而发出耀眼光芒的炉子中。燃烧后的炉气在排出到外界之前，会将其部分热量传递给水，而水则被一层钢壁隔开。海洋上使用的锅炉有两种——火管式锅炉和水管式锅炉。在火管式锅炉中，火焰在管子内部燃烧，水则在管子外部流动；而在水管式锅炉中则相反，炉子的顶部和侧面由许多平行排列的小管道组成，水在这些管道中循环流动。由于这种类型的锅炉能够快速产生蒸汽且能承受极高的压力，因此它被广泛用于各种军舰上。在锅炉设计中，关键在于确保加热表面积与需要加热的水量成适当比例。海军使用的是无烟煤或威尔士煤，因为它们具有很强的加热能力且不会产生烟雾；此外，人们还尝试过使用原油或液体燃料，因为这类燃料比煤炭更容易装载上船，所需司炉人数也较少，而且可以储存在那些无法用作煤炭储存处的地方。从锅炉出来的蒸汽会进入引擎室，我们将跟随蒸汽一起前往那里。此刻，我们身处一个充满各种机械设备的迷宫之中：机器的轰鸣声让人耳目俱聋，石油的气味令人不适，而试图看清曲柄和连杆的运动轨迹则让眼睛十分疲劳。在我们两侧，排列着三组甚至四组尺寸逐渐增大的气缸。其中最小的那个被称为高压缸，它直接接收来自锅炉的蒸汽。蒸汽通过滑阀进入气缸，推动活塞来回运动；活塞杆穿过气缸端，并通过连杆将旋转运动传递给曲柄。随后，已经部分膨胀的蒸汽并不会像在火车头上那样被排到空气中，而是被引入下一个气缸，该气缸拥有更大的活塞，以此来弥补压力下降的问题。当第二个气缸完成工作后，蒸汽会再次进入第三个气缸，也许还会进入第四个气缸。

蒸汽在到达冷凝器之前，会因低温而突然转化为水，这在串联式发动机的最后一个气缸中产生真空吸力。因此，船舶发动机之所以能够保持强劲的动力并具备良好的经济性，关键就在于其对蒸汽的处理方式——就像一个大家庭里的衣物一样，只有经过反复使用后才能真正发挥其作用。

往复式发动机虽然效率很高，但却存在严重的缺点，其中最突出的是其强烈的振动会给船上的所有人带来不适。如果旋转部件的平衡性不佳，它就会运转不均匀，并将震动传递给与其接触的任何物体。把这样一个装置倒过来，再通过踏板快速转动驱动轮，整个机器很快就会开始剧烈颤抖，在弹簧上上下跳动，因为轮子的某一部分比其他部分更重，而气阀本身的重量就足以打破平衡。现在想象一下高功率船舶的机舱里会发生什么：驱逐舰上的螺旋桨每分钟可旋转400圈，这意味着由活塞、曲轴、连杆和气阀（这些部件的重量都达数吨）所产生的动量，每秒都要被停止13到14次。无论这些运动部件的平衡性有多好，振动依然会从船头传到船尾。即便是在那些配备豪华设施、发动机转速较低的客轮上，螺旋桨的震动也依然十分明显，令人不适。

也许有人会说，振动是高速运转的必然结果。对于火车、汽车、自行车等依靠刚性路面行驶的交通工具来说，这种情况确实存在，因为它们会受到路面不平带来的影响。但这一规律并不适用于所有船舶。无论是帆船还是划艇，无论其行驶速度如何，都可能完全没有振动，因为水中的运动通常都是缓慢而平稳的。事实上，在较为平静的水面上航行是一种理想的出行方式，而问题则是从引入蒸汽作为动力源之后才出现的。

不过，即便是蒸汽，也可以被消除其带来困扰的能力。蒸汽涡轮机的出现解决了这个问题——它能像发电机一样平稳地驱动螺旋桨，而且其运转速度是任何往复式发动机都无法维持的，否则很快就会损坏。

蒸汽轮机这一发明与著名天文学家罗斯勋爵的儿子查尔斯·帕森斯的名字紧密相连。他首次在自己的“Turbinia”号试验机上展示了将轮机应用于蒸汽动力航行时的巨大潜力，其成果吸引了整个造船业的关注。
轮机的原理其实可以在普通的风车中找到。在固定轴承中旋转的轴上装有叶片，这些叶片以一定角度迎向空气、水或蒸汽的流动方向，从而迫使流体沿圆形路径横向移动。帕森斯设计的轮机则是专门为利用蒸汽而设计的。它由一个密封的圆柱形壳体组成，壳体内有一个圆筒，圆筒周向上排列着多排弯曲的叶片。在壳体的内侧，也有相应数量的叶片环，它们与圆筒上的叶片交替排列，这样就能以最有效的角度将蒸汽导向圆筒上的叶片。
壳体和圆筒的直径并非恒定，而是向排气端逐渐增大，这样就能让不断膨胀且压力逐渐减小的蒸汽拥有更大的作用力。从锅炉中以数百磅/平方英寸的压力进入壳体的蒸汽，首先撞击圆筒上的第一组叶片，之后继续前进并遇到壳体内的第一组叶片，进而转向圆筒上的第二组叶片，如此一直持续到壳体的另一端。蒸汽的动力完全来自于其膨胀速度；它不会试图绕过障碍物，而是尽可能地让障碍物自行移开。如果障碍物难以被移开，蒸汽就必须绕过它，直到其压力足以克服障碍物的惯性。因此，轮机与汽缸发动机有所不同：蒸汽可以穿过障碍物而不会产生任何功，而汽缸发动机则不同，只要汽缸的齿轮开始转动并产生动力，所有的蒸汽通道都会被封闭，从而不会出现能量浪费。实际上，轮机在高速运转时效率最高。
最初的蒸汽轮机被用来驱动发电机。1884年，帕森斯制造出了一台轮机，其中15个大小不一的叶轮以每秒300转的惊人速度旋转，能够产生10马力的功率。1888年，他又制造出了120马力的轮机；1892年则出现了2000马力的轮机，这种轮机还配备了冷凝器以产生负压。这些用于发电、抽水和通风的蒸汽轮机取得了极大的成功。

帕森斯先生决定测试这些发动机作为推动船舶的动力源。那艘长100英尺、宽9英尺的小船配备了三台涡轮机——高压、中压和低压各一台，总功率达2000马力，这一动力与吨位的比例是前所未有的。然而在试验中，这艘被命名为“图尔比尼亚”的船的表现却令人极为失望：螺旋桨旋转速度过快，从而产生了所谓的空化现象，即螺旋桨将水抽走，使其在部分真空环境中运转，因此只能发挥出部分动力。为了解决这个问题，人们采用了螺距更大、叶片面积更大的螺旋桨，每根推进轴上安装了三台这样的螺旋桨。在第二次试验中，“图尔比尼亚”在标准距离内的航行速度达到了32又3/4节，后来甚至达到了每小时40英里的惊人速度，这一速度是当时最快渡轮速度的两倍。1897年的斯皮特黑德阅兵式上，最引人注目的景象之一，就是那艘灵活的“图尔比尼亚”以高速列车的速度在一排排雄伟的战舰间穿梭。

“毒蛇”号鱼雷驱逐舰。这是当时海上速度最快的舰艇，其速度可达每小时41英里。该舰的螺旋桨由涡轮机驱动，输出功率达11,000马力。1901年的海军演习期间，它在奥尔德尼岛附近遭遇海难而损毁。

取得这一成功后，帕森斯在泰恩河畔的沃尔森德建立了专门用于制造涡轮机的工厂。海军部很快向他下定了订单，要求他建造一艘350吨级的鱼雷驱逐舰——“毒蛇”号。在试航时，该舰的速度超过了每小时41英里，其发动机输出功率为11,000马力，这一数值与我们最大的战列舰相当。另一艘同尺寸的驱逐舰“眼镜蛇”号也拥有同样的高速性能。然而，这两艘驱逐舰都遭遇了不幸：“毒蛇”号在1901年8月3日的秋季海军演习中于奥尔德尼岛海岸失事；而“眼镜蛇”号则在同年9月12日的北海风暴中沉没。不过，这些灾难并不能说明涡轮机本身存在问题——前者是由于大雾造成的，后者则是由于结构缺陷所致。此后，海军部又订购了另一艘涡轮驱动型驱逐舰。再过几年，我们很可能会看到所有强大的海军国家都配备这类舰艇，让它们充当舰队的“眼睛”，并且以比“毒蛇”号和“眼镜蛇”号更高的速度航行。

涡轮机不仅被用于军事领域，也被应用于民用领域。目前，有一艘名为“爱德华国王”号的涡轮驱动蒸汽船，它在克莱德河上的费尔利-坎贝尔镇之间往返航行。这艘船的长度为250英尺，宽度为30英尺，深度为18英尺，配备了三台涡轮机。每台涡轮机中的蒸汽都会经过五次膨胀，因此当蒸汽进入冷凝器时，其体积已是锅炉容积的125倍。（在“毒蛇”号上，蒸汽通过直径为8英寸的进气管进入涡轮机，然后通过面积为4平方英尺的出气管离开。）在往复式发动机中，50倍的膨胀率已属较高水平；而涡轮机则能从蒸汽中获取更多的能量。由于涡轮机无法反向运转，因此在三根螺旋轴的外侧还安装了专门的涡轮机，用于推动船舶后退。在天气良好、海面平静的情况下，“爱德华国王”号在“斯凯尔莫利一英里”测试中的速度可达20.5节，其涡轮机输出功率为3500马力。因此，它也是克莱德河上所有蒸汽船中最快的，因为它的舒适性也最高。据称，就涡轮机而言，即便触摸蒸汽箱，也无法判断内部的转子是否正在旋转！

每台船用发动机都会根据其煤炭消耗效率来评判。除非国家处于危难之中，否则所有船舶的船主和船长都会尽量避免过度使用燃料而带来的更高速度。在低速运转时，相同量的蒸汽所产生的动力比活塞式发动机要小，但当以高速运转时，其动力表现至少与活塞式发动机相当。喀里多尼亚轮船公司的管理人员对“爱德华国王号”与同吨位、由同一家公司制造的明轮船“汉密尔顿公爵夫人号”进行了详细对比。记录显示，虽然明轮船每燃烧一吨煤能多行驶一小段距离，但“爱德华国王号”的平均航速却快了每小时两节，这一速度优势远远超过了燃料消耗上的微小差异。如果让“汉密尔顿公爵夫人号”以18.5节而非16.5节的速率航行，它的煤炭消耗量将会远远高于“爱德华国王号”。

基于这些初步试验的结果，喀里多尼亚公司决定再建造一艘涡轮动力船。此外，还有三艘高速涡轮动力游艇正在制造中：一艘700吨级，一艘1500吨级，另一艘170吨级。其中170吨级的游艇为麦克阿尔蒙特上校所有，设计时速可达24节。帕森斯先生认为他的技术具有以下优点：大幅提高航速；增加煤炭携带量；降低煤炭消耗；提升在浅水区的航行能力；增强船舶的稳定性；减轻机械重量（“爱德华国王号”上的涡轮机重量仅为产生相同动力所需的活塞式发动机重量的一半）；维护成本较低；没有振动现象，从而减少船体磨损，有助于更精确地操控武器；同时还能降低船舶的重心，从而在战争期间提高安全性。

这位发明家还提出了一种2800吨级的巡洋舰方案，该舰将配备高达80,000马力的引擎，从而实现每小时44节（约50英里）的航速。这样的数据表明，我们或许正处于一场类似蒸汽动力取代风力动力的海洋运输革命的前夜。至于蒸汽涡轮机究竟会带来更高的航速还是更低的能耗，还有待观察；不过可以肯定的是，它将会提升船舶的舒适度。我们可以相信，就像其他机械装置一样，这项技术还会继续得到改进，其效率也尚未达到极限；即便我们的海上舰艇无法达到每分钟一英里的标准，那也……

作为陆地交通工具中最快速的类型，我们期待着不久的将来能够实现更高的行驶速度，从而大大缩短长途旅行的时间。目前已有计划要开发一种能将跨大西洋的航行时间缩短至三天半的服务。实现这一目标的技术已经具备。

注：在最近推出的“Velox”涡轮驱逐舰上，有一个新颖的设计——即在蒸汽涡轮机之外还配备了普通的往复式发动机。这些发动机属于三重复合式结构，直接与主涡轮机相连。它们直接从锅炉获取蒸汽，并将废气排入高压涡轮机中。这类往复式发动机用于维持巡航速度；当需要更高功率时，蒸汽会直接从锅炉进入涡轮机，而气缸则会被脱离啮合状态。

机械飞行。
几乎没有任何其他问题能像航空导航那样强烈地激发人类的想象力与创造力。在我们的天性中，存在着一种不愿沦为“无翼的生物”的冲动——毕竟鸟类、蝙蝠乃至微小的昆虫都能在广阔的天空自由翱翔。有谁没有像所罗门一样，怀着羡慕与遗憾的心情思考过“鸟儿在空中的飞翔方式”，感叹自己被沉重的身体束缚在地球上，无法像那些有羽毛的生物那样轻松地滑翔？这种未实现的愿望体现在达达卢斯和飞马之类的传说中，也出现在童话里的“飞毯”故事里，还有儒勒·凡尔纳的作品中——在那些作品中，勇敢的罗布尔驾驶着他的“云层快艇”，以惊人的方式预见了未来。

用最现代的说法来说，航空机动技术被视为“哲人石”或“长生不老药”的机械版；它是一种极其令人向往却又难以实现的东西。有时，这种怀疑态度会被媒体夸大其词的报道所改变，人们会轻易相信人类已经征服了天空，但当现实与报道不符时，又会感到恼怒。当然，正确的态度应介于这两种极端之间。仔细思考就会发现，许多务实而冷静的人是不会轻易投入金钱、时间甚至生命去追求这种虚幻的目标的，尤其是在一个科学计算总能抑制过度幻想的世纪里。

目前航空技术的发展状况，就好比有一辆需要很多人共同推动的火车车厢。即使十个人使出全力，也可能无法让它动弹分毫。然而，只要再有第十一个人加入，他们就能克服车厢的惯性，让它逐渐加速前进。每一次关于动力应用的科学发现，都在让我们更接近那一天的到来。我们现在拥有强度极高且重量较轻的金属，还有蕴含巨大能量的微型发动机……

我们拥有丰富的机械制造经验可供借鉴；事实上，用那首爱国歌曲的话来说，就是“我们有所需的设备、有合适的人才，还有足够的资金”——但我们至今仍未创造出能够像飞行器那样超越鸟类速度的机器。原因其实不难理解：要制造出成功的飞行器，面临着巨大的困难，其中一些是独一无二的，因为在水上或陆地交通工具中并不存在这样的问题。

首先，无论是称其为飞艇、飞行器还是气垫船，它不仅需要能够移动，还必须具备自我升空的能力。而普通船只或火车则无需具备这一功能。实现自我升空的方式要么是依靠大型气球，要么是依靠强大的动力。前者由于气球体积庞大，在强风中难以操控；后者则可能因机械故障而带来致命后果。

即便我们的飞行器能够成功升空，接下来还要面对在不断变化的空气流中操控方向的难题，这要求操作者具备在陆地或水上很少需要的谨慎与能力。此外，还有从地面起飞以及安全着陆的困难。更严重的是，虽然只有通过实验才能取得成功，但这种实验成本极高且风险极大，一旦失败，不仅会导致飞行器彻底毁坏，有时还会造成人员伤亡。在追求飞行能力的道路上，已有无数人丧生。

尽管存在这些障碍，人们依然在不断努力征服天空。那些有判断力的人相信，实现这一目标的那一天已经不远了，下一代人或许会像我们熟悉汽车一样熟悉飞行器。不过，与其猜测未来，不如着眼于目前为最终胜利所做出的努力。

首先，我们可以将实验者分为两大类：一类人是坚信轻于空气的飞艇能实现目标的人，比如桑托斯·杜蒙、齐柏林、罗兹等人；另一类人则对气球不太看好，他们认为理想的飞行器应该是完全依靠动力驱动、并通过类似风筝的原理来推动空气的机器。海勒姆·马克西姆爵士、S.P.兰利教授、劳伦斯·哈格里夫先生以及悉尼·霍兰兹先生都属于后一派的代表人物。

一谈到可操控的气球，桑托斯·杜蒙特的名字便立刻浮现在人们脑海中。不过在探讨他的成就之前，我们不妨先了解一下齐柏林伯爵设计的飞艇——那是一种结构精巧但造价高昂的飞行器，1900年在博登湖上进行了测试。
这种飞艇是在一个面积为450英尺×78英尺×66英尺的巨大木制结构中建造的，该结构依靠90个浮筒漂浮在湖面上。仅这个木制结构本身的成本就超过了1万英镑。飞艇本身的长度接近400英尺，圆柱形部分的直径为39英尺，两端则呈圆锥形设计，以此尽可能减少空气阻力。从外观上看，它似乎是一个整体结构，但实际上它被分成了17个独立的部分，每个部分都是气密性的，这样即使某个部分出现故障，也不会危及整个飞艇的安全。
铝制杆件和环状结构为飞艇提供了一定的刚性支撑。飞艇能够容纳12,000立方码的氢气，正如读者们所知，氢气虽然比普通煤气更轻，但价格也更高；每次给飞艇充气都需要数百英镑的成本。
在飞艇下方有两个装有发动机和螺旋桨的铝制舱室，此外还有一个重达600磅的配重装置，用于调整飞艇的姿态；还有舵机用来控制飞艇的航行方向。
6月30日，许多科学家和专家聚集在一起，观察这艘价值2万英镑的飞艇的表现。由于风势的原因，飞艇两天都无法起飞，但在7月2日晚上7点30分，飞艇终于从存放它的结构中出来，8点时开始首次飞行，当时有轻微的东风，飞艇飞行了3.5英里。在飞行初期，飞艇的操控系统出现了故障，导致飞艇无法正常飞行，不过最终还是顺利安全地着陆了。次年10月，齐柏林伯爵再次尝试飞行，这次是在每秒3码、即每小时6英里以上的强风中飞行的。

桑托斯-杜蒙先生的飞艇在为亨利·多伊奇奖而进行的飞行中绕过了埃菲尔铁塔。
由于资金短缺，“大东方”号飞艇的命运与齐柏林飞艇相同——它被拆解，其部件被出售。
那位年迈的伯爵已经证明了石油发动机可以在天然气环境中安全使用。不过，要真正证明气球的操控性，还得等待更年轻的人来完成这一任务。

1900年，法国航空俱乐部成员亨利·多伊奇设立了一项奖金为4000英镑的竞赛。参赛者必须从巴黎塞纳河附近的航空俱乐部公园出发，飞往埃菲尔铁塔并绕其一周，然后在半小时内返回起点才能获奖。在此之前，富有且勇敢的巴西青年桑托斯·杜蒙已经多次驾驶热气球在埃菲尔铁塔附近成功飞行。因此他决定使用专门设计的“桑托斯·杜蒙V号”热气球来争取这一奖项。然而第三次尝试以灾难告终——热气球坠落在房屋上，所幸没有伤到乘员。于是他又制造了另一艘热气球——“桑托斯·杜蒙VI号”。10月19日星期六，杜蒙仅用9分钟就抵达埃菲尔铁塔，又用了20分半钟才回到起点，比规定的时间多出了半分钟，从而满足了获奖条件。不过，关于他是否真的赢得了奖项出现了争议，因为有些委员会成员认为热气球应当是在半小时内降落到地面，而不仅仅是从上方飞过；但最终，这份当之无愧的奖赏还是授予了这位坚定的年轻飞行员。与齐柏林伯爵的设计相比，这艘成功的热气球规模相对较小：它的形状类似雪茄，长度为112英尺，直径为20英尺，可容纳715立方码的气体。杜蒙的独到之处在于他在热气球内部加装了一个较小的热气球，可以通过向其中注入空气来弥补外部气袋的漏气问题，从而保持气袋的张力。驱动热气球前进的关键部件是一台四缸汽油发动机，该发动机配备了“水套”以防止过热。这台发动机每分钟能带动由丝绸制成并安装在轻质框架上的大螺旋桨旋转200次，产生的推力为175磅。热气球的尾部装有舵用于操控方向，前端则悬挂着一根长绳，绳子的一端可以拉向框架中心，以此调整热气球的平衡状态。飞行员站在一个大的柳条篮子里，篮子的两侧还有装满沙子的重物作为配重。由于发动机一旦停止运转，就必须先降落到地面才能重新启动，这一因素给他的每一次飞行都带来了极大的不确定性；有一次，其中一个气缸出现故障，差点导致热气球与埃菲尔铁塔相撞。

应摩纳哥王子的邀请，杜蒙从巴黎前往摩纳哥，并驾驶热气球在海湾上空飞行。他原本的计划是飞往科西嘉岛，但由于气体泄漏，热气球及乘员坠入海中，这一计划就此破灭。杜蒙虽获救，但他立刻开始规划新的项目，其中包括参观水晶宫——本应在1902年夏天进行一系列热气球升空试验，但因热气球上的丝绸材料被海水浸蚀以及经历的其他种种问题而未能实现。与齐柏林伯爵一样，杜蒙最重要的成就便是将汽油发动机应用于航空领域。这种发动机相对于其体积而言能产生巨大的能量，且结构相对简单，这对航空事业来说至关重要。他还证明，在有利条件下，热气球确实可以逆风飞行，但尚无法达到令人满意的精确度，因此还不能将航空旅行视为一种真正简单的活动。许多发明家，如巴顿博士、罗兹先生、亨利·多伊奇等人，都在试图为热气球安装发动机以解决航空难题，这表明热气球仍然在人们心中占据重要地位。不过，纵观这类升力与推进力结合方式的成果，不得不承认——尽管对杜蒙先生怀有敬意——这些成果实在有限，并未带来重大进展。问题在于，这些人的研究方向是否正确？他们及其后继者的努力是否真能创造出比目前更为成功的飞行器？他们的努力似乎注定会失败。正如海勒姆·马克西姆爵士所说，热气球本质上就是轻而脆的，只不过是个气泡而已。即便能够制造出每磅重量可产生100马力的发动机，要让热气球在强风中航行依然不可能，因为发动机的动力会将热气球内的气体在风压作用下挤压变形，使其无法控制。因此，热气球只能任由风摆布，不得不在往往不符合飞行员意愿的条件下飞行。海勒姆·马克西姆爵士在批评热气球的同时也提出了替代方案。他观察大自然中的各种飞行生物后得出结论：既然所有能飞行的物体都比空气重，那么航空导航的问题就必须通过一种天生具有向地面坠落趋势的机器来解决，而这种机器只有依靠巨大的力量才能维持飞行。它的重量本身就能起到……

它必须能够承受空气中的各种气流，其承受能力至少要远高于飞艇。其升力原理应与风筝的升力原理类似：风筝通过绳索被限制在一定的高度之下，而风以一定角度作用于风筝，产生的压力则像一个持续作用在风筝下方的楔形力一样，使其上升。实际上，无论风筝是静止在风中还是被快速拖动穿过无风区域，空气的楔形作用力都是相同的。

马克西姆决定制造一种实际上属于巨大型复合风筝的飞行器，由强大的发动机驱动。但在开始设计这种机器之前，他先进行了一些实验，以确定风筝或飞行器所需的尺寸以及推动它们所需的力。为此，他制作了一个“旋转台”——该装置由一根长臂构成，一端装在坚固的支点上，由一台10马力的发动机驱动。在这根长臂的自由端，他安装了小型飞行器；通过精密的天平测量，他发现当飞行速度为每小时40英里时，每马力可提升133磅的重量；而当速度达到每小时60英里时，每平方英尺的表面积可承受8磅的重量。他与其他从事类似研究的科学家们一样，意识到：如果要让一个重物悬浮在空中需要一定的力，那么让它快速移动则只需要更小的力。而在海陆上，速度越快，所需的力量就会急剧增加，这一点对飞行器来说是个优势。兰利教授发现，一块重1磅的黄铜板，在以极高速度旋转时，只需不到1盎司的推力就能悬浮在空中。当然，随着速度的增加，这块板会越来越接近水平状态，从而减少与空气的阻力。

马克西姆等人正是基于飞行器的这种特性才抱有希望的。快速移动的飞行器会不断接触到未被扰动的新鲜空气，这种情况就类似于滑冰者——他能够以高速在静止状态下无法支撑他的冰面上滑行。随后，马克西姆将注意力转向了飞行器及发动机的设计工作。他还专门设计了一种用于测试面料的机器，以便确定哪种

这种材料最适于被拉伸并覆盖在坚固的框架上，从而形成机翼结构。该材料必须轻质、强度高，且与空气的摩擦力要小。测试装置上装有喷嘴，空气以恒定速度从喷嘴中喷出，冲击待测材料；材料会以一定角度迎向气流，通过指示器可以显示出其“升力”——即向上飞起的趋势——以及“漂移力”——即沿气流方向水平移动的趋势。一块以与气流成1/10角度放置的锡片，其升力是漂移力的10倍，这一比例被定为标准。对天鹅绒、毛绒料、丝绸、棉花和羊毛制品进行的实验表明，粗麻布的漂移力是其升力数倍，而细亚麻布的升力则是其漂移力的9倍；至于斯宾塞公司生产的用于制造气球的布料，其性能则与锡片相当。因此，他选择了这种布料来覆盖在轻质但坚固的框架上。不过，要让这种材料保持合适的形状并非易事，因为不均匀的张力会导致材料变形；但最终，那些飞机还是被制造出来了，其结构紧密得如同鼓面一般。主机翼的宽度为50英尺，长度为40英尺；两侧还有5对辅助机翼，总面积达到了5400平方英尺。为提供动力而设计的蒸汽机或许是整个装置中最有趣的部分。马克西姆选择使用蒸汽作为动力源，因为他最为熟悉这种动力形式，而且它的输出功率与设备重量成正比。他设计并制造了一对高压复合式发动机：高压气缸的直径为5英寸，低压气缸的直径为8英寸，两者的冲程均为1英尺。蒸汽以每平方英寸320磅的压力被输送到高压气缸中，这些蒸汽来自一个由汽油燃烧器加热的管状锅炉，该燃烧器的威力极大，能够在1分钟内将压力从100磅提升到200磅。锅炉、燃烧器以及能够产生350马力动力的发动机的总重量为2000磅，相当于每马力约6磅的重量。由发动机驱动的两个螺旋桨的直径为17英尺11英寸。这架完成后的飞行器重达7500磅，被安装在肯特郡鲍德温公园里的一条9英尺轨距的铁轨上，那里离海勒姆爵士所著名的枪械工厂并不远。在9英尺轨距的铁轨外侧，还有一条宽35英尺、轨道方向相反的铁轨，这样……

当机器从内轨上升时，末端装有法兰轮的长杆会压在外轨的底部，从而防止机器上升过远。人们还安装了测力计来测定螺旋桨的推力和提升力。实验表明，当发动机以最大功率运转时，螺旋桨对空气的推力为2200磅，而飞机的提升力则达到了10,000磅，这一数值比机器自身的重量还要多出1500磅。一切准备就绪后，机器被固定在测力计上，然后通入蒸汽，使其以最大功率运转；当固定装置突然被解除时，机器便以极快的速度向前冲去，速度之快以至于一些工作人员被猛地甩到平台上。当速度达到42英里/小时时，内轮脱离了轨道，外轮开始发挥作用。不幸的是，那些35英尺长的轴杆强度不足，无法承受如此大的负荷，结果其中一根轴杆断裂了。上层轨道也随之垮塌，这也就成为了人类历史上第一架拥有发动机、锅炉、燃料以及机组人员的飞行器真正离开地面的时刻。不过，这次飞行并没有持续太久，因为断裂的轨道部分卡住了螺旋桨，还导致一片螺旋桨叶片断裂，不得不关闭蒸汽供应，于是机器便降落在地面上，车轮陷入草丛中，从没有留下任何痕迹来看，它并非沿着地面滑行，而是直接垂直降落的。由于其他事务的干扰以及缺乏足够大的试验场地，这位发明家无法继续进行实验，而这些实验早已证明：确实可以制造出一种重量超过空气的巨大飞行器，并让它自行升空并高速移动。只是种种不幸因素才使得这种飞行器的真正能力未能得到展现。另一位从事类似研究的科学家是华盛顿史密森尼学会的秘书S.P.兰利教授，不过他的试验规模要比海勒姆·马克西姆爵士的小得多。16年来，他一直坚持不懈地研究飞行器，经过多次失败后，他的“飞行器模型”终于取得了显著的成功——尽管这只是个模型，但它已经能够完成多次飞行。他的研究无疑证明了：飞行所需的能量仅为以往认为的最低值的五十分之一。一位法国数学家曾通过计算得出结论：燕子为了保持快速飞行，必须具备与马相当的动力！而兰利教授的飞行器模型则给出了完全不同的结果。

这再次证明了“一盎司的实践价值相当于一磅的理论”这一说法的正确性。鸟类的重量几乎是它所排开空气重量的千倍。作为飞行器，它们在自身重量相对较小的情况下却能产生巨大的动力，同时也会消耗大量的燃料。一位细心的博物学家计算过：按照其体型比例，一只普通的知更鸟每天所吃的食物，相当于人类要吃一根长200英尺、直径3英寸的香肠！那些见过鸟类从草坪上抓起虫子并一口吞下的人，肯定能相信这一点。

因此，兰利教授致力于制造一种既极其轻便又具备强大动力的机器。他和马克西姆一样选择蒸汽作为动力来源，并通过严格控制重量，设计出了一个锅炉重量仅为5磅、气缸重量为26盎司的发动机，其输出功率可达1到1.5马力！这无疑堪称机械工艺的杰作！他将这个发动机装在一个船形外壳中，该外壳由两对飞机悬挂着，飞机之间的间距为12.5英尺。整个装置的重量接近30磅，其中四分之一是机械部件的重量。通过使用较小的飞行器进行的实验，兰利教授意识到，保持结构的刚性以及平衡性是两大最难实现的难题；此外，让机器在空中启动也绝非易事。

翱翔的鸟类并非直接从地面起飞，而是先展开翅膀在地面奔跑，直到空气压力足以使其翅膀充分振动。此外，它们还会逆风飞行，以便充分利用升力。兰利教授在波托马克河上租了一艘房船，在船上搭建了一个装置，通过该装置可以将飞行器以高速送入空中。

1896年5月6日，在经过长时间等待适宜的天气条件后，这款飞行器终于被用于试飞。它在逆风中上升，以每小时25英里的速度飞行了半英里多。当水和燃料耗尽后，它便轻轻降落在水面上，随后又被重新发射升空。两次飞行都很平稳，唯一的限制就是动力源的快速消耗。兰利教授认为，如果使用更大的机器，它们就能在空气中停留更长时间，并以目前还无法想象的速度飞行。

在我们所研究的那些机器中，推进动力都来自螺旋桨。而在自然界中并不存在类似的结构。但这并不能成为反对使用螺旋桨的理由——因为没有动物拥有驱动轮，也没有鱼类的尾巴上装有旋转式推进器。不过，有些发明家强烈主张在翅膀的设计上应效仿自然。热衷于飞行汽车研究的西德尼·H·霍兰兹先生设计了一种巧妙的圆柱形发动机，它能驱动一对长翅膀摆动，在向下扇动时为翅膀提供比向上扇动时更强的推力。鸟类的胸肌则由两个强大的弹簧来模拟，这些弹簧会在翅膀向上运动时被拉伸，从而为向下扇动时储存能量。人们还十分关注鸟类翅膀的实际形状：它的下表面并非平坦，而是呈空心状，前端还有略微向下的凹陷。因此，“气翼”很可能会取代“飞机”——因为大自然不会无缘无故地设计出这样的鸟翼。气翼的作用原理是：当翅膀的前端撞击空气时，会使其向下运动；如果翅膀是完全平的，其后部就会撞击已经处于运动状态的空气，从而产生较弱的升力。而飞鸟翅膀的弯曲度越往后面越大，这种弯曲结构能够在空气经过翅膀后缘时对其施加更大的压力，从而抵消空气的阻力。

1901年10月19日，桑托斯·杜蒙先生的飞艇在绕过埃菲尔铁塔后返回朗尚普斯。

有一群非常有趣的实验者运用了这种飞行方式——他们完全不使用发动机，而是依靠翅膀飞行，从而掌握了在空中保持平衡的秘诀。人类无法通过用四肢拍打翅膀来推动自己飞行。海勒姆·马克西姆爵士曾在航空学会上表示，若要成功模仿鸟类，人的肺脏重量必须达到40磅，这样才能摄入足够的氧气。

他的胸肌重量为75磅，胸骨则向前突出21英寸。除非他的体重增加，否则他的双腿将会变得像扫帚柄那么细，头部则会像苹果那么小！所以目前我们还是保持现状吧！

德国人利连塔尔博士是第一个尝试科学飞行器的人。他成为了一名专业的空中杂技演员，从人造坡面上冲下去，依靠飞行器将他托起，让他能够飞行相当长的距离后再落回地面。他的飞行器翼展为160平方英尺，也就是说，每磅体重对应大约一英尺的翼展。但他最终因为飞行器在半空中结构崩溃而丧生。珀西·皮尔彻也遭遇了同样的命运——他放弃了从斜面滑下的方式，转而选择用绳索连接在高速行驶的载具上被拖行。目前，芝加哥的奥克塔夫·查努特是“滑翔”派中最杰出的人物。他使用的不是翅膀，而是一种由多个小型空气曲面堆叠而成的风筝状装置。据说这种风筝能以较小的重量产生强大的升力。

这些实验者以及许多其他人的目标都是相同的——了解空中平衡的规律。在完全理解这些规律之前，制造大型飞行器还为时过早。人必须先学会走路，才能学会跑步；必须先掌握平衡能力，才能实现飞行。

不断有新的飞行器设计被公之于众。我们可以肯定，只要通过耐心地努力和实验，解决“如何飞行”的问题已经为时不远了。

作为时代变迁的体现，通常不愿接受新理念的战争部也开始对飞艇感兴趣，并委托F.A.巴顿博士设计一种结合了两种浮力原理的飞艇。该飞艇由六组三叶螺旋桨驱动，每侧三组。其上升动力一部分来自长度为180英尺、装有156,000立方英尺氢气的气球，另一部分则来自九架总表面积接近2000平方英尺的飞机。由于有了这些飞机，就无需再通过抛掉压舱物来上升，或释放气体来下降。由于这种飞艇的重量略大于空气，因此它能够依靠135……

马力驱动的马达使飞机以适当的角度抵住空气飞行；在下降时，则起到降落伞的作用。这种作战气球最独特的特点便是自动水平衡系统——在“甲板”的两端各有一个可容纳40加仑水的容器，两台泵负责让水在这些容器中循环流动。进入某个容器的水量由一个重摆来调节：当重摆转动时，它会打开通向较高位置的阀门，同时关闭通向较低位置的阀门。这一设计极为巧妙，一旦投入实际使用，必定会取得成功。

1903年在圣路易斯举行的世界博览会上，飞行员们将为赢得丰厚的奖金而竞争。海勒姆·马克西姆爵士表示愿意投入2万英镑用于进一步的实验及奖励设置。在我国，也有一些杂志愿意为那些能在规定时间内完成特定飞行任务的飞行员提供高额奖励。此外，还有人建议应由国家资助航空研究，因为对于英格兰而言，最令人担忧的莫过于飞行器与潜艇——它们都会让英格兰失去作为岛国的优势，使其面临突如其来的攻击。

丁尼生在《洛克斯利大厅》中的精彩段落中，以诗意的视角展望了未来。他是这样描述的：

“我凝视着人类目光所能及的未来，看到了那个世界的景象以及所有即将出现的奇迹；看到天空中满是商船，那些神奇的船只正在航行；看到紫色暮色中的飞行员们带着珍贵的货物降落；听到天空中充满了呼喊声，随后便有如幽灵般的露水飘落，来自各国空中舰队，在蔚蓝的天空中交锋。”

用更通俗的语言来说，飞行器将主要被用于军事目的。一个国家无法用金属制成的“雨伞”来保护自己……

它本身就能保护城镇免受从天而降的爆炸物的伤害。邮政服务也将发生革命性的变化。飞行器将取代游艇和汽车，为登山者和探险家们带来巨大的机遇（当然，前提是他们还能找到新的探索目标）。此外，还将有一条直达北极的路线，可以飞越那些曾让无数人丧生的险恶冰原。便捷的交通或许能让各国更加紧密地联系在一起，促进彼此间的友好与和谐。将未来的飞行器视为和平的使者，而非传播死亡与破坏的工具，未尝不是一件令人愉快的事。

由机器进行排版。
数千年前，那些用砖块在未烧制的砖上刻上象形文字与符号的亚述制砖工，可被视为人类最伟大、最具革命性的发明——印刷术的最初探索者。然而，直到15世纪初，古腾堡和科斯特才想出了这个既巧妙又简单的想法：利用独立的字母模板进行排版，通过不同的排列组合来表达不同的含义。对英国人而言，1474年与1815年具有同等重要的意义，因为在那一年，英国人在自己的土地上战胜了无知与压迫的力量，尽管这一胜利的成效并未立即显现。考虑到卡克斯顿的第一本书在威斯敏斯特问世时所引发的轰动，令人惊讶的是，如此重要的发明竟会遭到当权者的反对，以至于在近两个世纪的时间里，印刷术一直是一门未被充分运用、缺乏发展的技术，就像一个在摇篮中就被扼杀的巨人。不过，一旦偏见为它让出道路，各种改进的方法便接踵而至。如今，我们已经拥有了先进的圆柱形印刷机，它们能够以极快的速度处理大量纸张，每小时可打印20,000份，其效率之高简直如同孩子解开棉线卷一样轻松。除了如何利用一台机器在短时间内打印尽可能多的副本之外，另一个问题也出现了：如何以同样快速的速度完成排版工作。没有字母模板的印刷机就如同没有干草的割草机一样毫无用处。一旦字母模板准备就绪，就可以根据可用机器的数量来制作相应的印版。但要在短时间内安排大量字母模板，印刷商就必须雇佣一大批排版工人——除非他能找到某种同样高效且成本更低的办法。在过去的一个世纪里，机器排版师与人工排版师之间一直存在着竞争，机械的智慧与人的眼力和智力相互较量。而在过去的五年里，这场竞争明显偏向了机器一方。如今，已有两种出色的装置出现，它们能让一个人以手工排版的六倍速度完成排版工作，其便捷程度简直让人联想到神话中的场景。

这是一种通过连续不断的动作将活猪加工成一串串香肠的机器。这类机器分别被称为林otype机和莫诺type机。简单来说，它们对于排版工人而言，就如同打字机对于文员一样——都是根据键盘上的按键来形成文字的。不过，打字机只是将单个字符打印在纸上，而林otype机和莫诺type机则能铸造、输出并排列好字体，从而可以多次使用这些字体进行印刷。它们大大减轻了排版工人的工作负担，同时提升了工作效率。早在1842年，就有机器被用来机械化地排版期刊，不过那种机器如今已几乎被遗忘。从那以后，又有数百项发明获得了专利，还有数十种不同的机器被尝试过，但大多数情况下效果并不理想；因为人们发现，为了追求速度而牺牲了排版质量，原本看似通往印刷机的捷径，实际上在完成所有修改之后反而成了最漫长的道路。一个真正高效的排版工不仅要速度快，还要精确无误，粗心大意的工作从长远来看是行不通的。几年前，巴尔的摩的奥特马·梅根塔勒尔完善了这种机器，他设计了能够一次性铸造整行字体的方案。全称即为“林otype排版机”的这种机器，能够直接生产出可供印刷机使用的字体，这些字体以“字块”或“整行”的形式呈现，因此才有了“Lin’ o’ type”这个名称。它至少值得简单介绍一下。林otype机的占地面积约为6平方英尺，重量为一吨，仅需一名操作员即可操控。它的最主要组成部分包括：顶部用于放置黄铜模具的倾斜式储藏槽、用于控制模具升降的键盘，以及用于在操作完成后将模具送回储藏槽的长杠杆。

经林奥托公司慷慨许可。
林奥托排字机：操作员通过按下键盘上的按键，将字母一行行地排列、铸制，并安置在“排版台”上，为印刷做好准备。

操作员面朝键盘而坐，键盘上有90个按键，这些按键被赋予不同颜色以便区分各种字母。他的双手在按键上快速移动，黄铜制成的字母模便会被送入相应位置。当某个按键被按下时，字母模会从储料盒中弹出，经由传送带被送到组装箱中。每个字母模都是一块扁平的椭圆形黄铜板，其厚度因字母的不同而有所差异；字母模顶部有一个大的V形凹槽，而在较长的一侧则刻有字母的一半形状。与之对应的字母……

标记会被印在操作员最容易看到的那一侧，这样他就能清楚自己正在做什么，并及时进行必要的调整。一旦一个单词输入完成，他就会按下键盘旁的“间距”杆。这一操作会在最后一个字母后面插入一个空格，将其与下一个单词隔开。如此反复操作，直到铃声响起，提示虽然还有一两个字母的空间，但该行已无法再容纳另一个完整的音节。此时就必须调整单词间的间距，即增加单词之间的空格，直到所有空隙都被填满。在手工排版时，这种操作需要相当长的时间，而且十分繁琐；而在排字机上，操作员只需转动一个手柄，那些尖端朝上的楔形空格块就会同时被向上推，从而实现所需的横向扩展，使行距达到标准。

关于“空格块”的问题：如果每个空格块都只是单个楔形结构，那么压力只会作用在字母块的底部，而其顶部由于可以轻微移动，因此铅字之间仍会有间隙。为避免这种情况，人们又设计了一个较小的楔形块，其尖端朝下，可以在这個较大的楔形块上滑动，从而确保各个部件始终保持平行。这个较小的楔形块与字母块形状相同，且固定不动，只有较大的那个楔形块会移动。

当一行字母块全部准备就绪后，它们会自动被送至压模轮上。该轮以中心为轴旋转，上面有一个开口，其尺寸恰好与所需行距相匹配。起初，这个开口是水平的，字母块会正好贴合在开口处，使得字母表面的凹陷部分处于恰当的位置，以便接收从后方由自动泵输送过来的熔融铅。这个金属容器通过本生灯的火焰保持在550华氏度的合适温度。铅液瞬间凝固后，就可以用刀具仔细修剪其背面，之后就可以将这组字母块取出。接着，压模轮旋转四分之一圈，使开口变为垂直状态，然后冲头会将这些字母块推出，再将它们放入排版架上，与之前的字母块拼接在一起。之后，压模轮又会恢复到水平状态，为下一次铸造做准备。

这些已组装好的字模已经完成了工作，必须被送回储藏槽中。实现这一功能的机制极为巧妙：一个带有肋条的杆子会下降，从而将字模向上推，使那些“空隙”恢复到原来的位置；当字模与肋条处于同一水平面时，它们会通过横向移动滑到相应位置，此时每个字模顶部的V形开口中的凹槽会与杆子上的肋条相吻合。随后，该杆子会上升，直到与贯穿整个储藏槽顶部的另一根相同结构的杆子对齐。一组高速旋转的横向螺杆会将字模从短杆转移到长杆上，字模会沿着长杆移动，直到某个字模到达其在储藏槽中的正确位置，此时其上的齿状结构会让它自动落下。在这一切进行的同时，操作员已经在准备下一排字模，这些字模随后会被转移到铸字轮上，再回到储藏槽中。这样一来，排版、铸字和分类这三个步骤就可以在机器的不同部位同时进行；因此，一名熟练的操作员一小时之内就能制作出20,000个字母，而手工排版者则只能制作1500个字母。那修正错误呢？哪怕只有一个逗号多或少，都需要重新铸造整排字模。这一事实充分证明了两种方法在速度上的差异——尽管机械式排版机存在结构上的限制，但它仍然能比手工更快地修正错误。难怪英国的印刷厂里会有1000多台机械式排版机。Monotype与Linotype一样，也以快速排版为目标，但其工作机制与Linotype有本质区别。首先，该设备由两个完全独立的部件组成：一个是键盘，可能位于印刷厂的第三层；另一个则是铸字机，它一直在地下室里不断地铸造并固定字模。不过实际上它们是一个整体。连接两者的就是由键盘机构打孔后的长条纸带，这条纸带会被送到铸字机那里，进而形成字模。键盘是操作员的工具，而铸字机则是键盘的“奴隶”。

其次，这种单字排版机是按单个字母来排版的，而非以整行或整组的形式。因此它实际上是一台完整的铸字厂。如果要求它铸造G字母，它就会大量生产这些字母，直到需要铸造其他字母为止。第三，借助冲孔纸卷，无需再次使用键盘即可反复使用相同的字体，就如同风琴可以反复演奏同一首曲子一样。该设备的键盘外观相当复杂：它拥有225个键，每个键对应一个字符；此外还有30个键用于调整单词之间的间距。在机器的后部，有一卷纸在滚轴上移动，而30个由键盘控制的冲头则位于纸的上方。当某个键被按下时，阀门会打开，让空气进入两个气缸，每个气缸驱动一个冲头。冲头随即上升，在纸上切出两个整齐的小孔。之后，纸卷会向前移动，准备加工下一个字母。在单词末尾，会使用特殊的杠杆来添加空格，以此类推直至一行结束。操作员还可以通过自动指示器了解还剩下多少空格，以及如果空格大小为正常值的话，该行将会有多长或多短。例如，假设已有10个空格，且还有1/10英寸的空余空间，那么将每个空格的长度增加1/100英寸，就能恰好填满剩余空间。同样地，如果10个正常大小的空格会让行长超出1/10英寸，那么将每个空格的长度减少1/100英寸，行长也会变得恰到好处。

经 Monotype 公司的慷慨许可。
Monotype 刻字机：将带孔的纸卷从机器顶部送入，机器便会自动将字母逐个刻印出来。
操作员无需为这类计算而烦恼。他手中的指示器是一个垂直的圆筒，上面布满了小方格，每个方格内都印有两个数字，这些数字会明确告知他该做什么。按下某个键后，圆筒会旋转，直到指针指向某个方格为止。操作员随即按下该方格上所印数字对应的按键，这样就能确保刻出的线条长度恰到好处。
当纸卷刻印完成后，它就会被从键盘上取下并送入刻字机中。此前处于被动状态的纸卷，此刻便开始发挥主动作用了。

纸张被放置在滚轴上后，由机器慢慢将其展开。纸张会经过一根中空的杆子，该杆子上开有与键盘上按键数量相同、位置也完全一致的孔洞。当纸张上的孔洞对准杆子上的孔洞时，空气就会涌入，通过管道以特定方式驱动排版机械，从而使相应的模具与熔化的铅接触。在单排字机中，所有模具都存放在一个约三英寸见方的托盘中，该托盘会根据穿孔滚轴的指令前后或左右移动。这些模具的排列方式与键盘上的按键完全一致。因此，如果滚轴上已刻有字母“A”，那么某个孔洞会促使托盘向某一方向移动，另一个孔洞则使其向另一方向移动，直到刻有“A”的模具位于熔化铅流出的小孔下方。此时字母就会被挤出，通过狭窄的通道向侧面移动，把前面的字母挤到一边，而托盘则可以再次移动。

每个单词的末尾都会铸出一个“空格”或空白部分，其大小由对应行中的“对齐孔”决定。单词一个接一个地被铸出，直到一行内容完成为止；随后，一个类似刀子的杠杆会上升，将排好的字母送入“排版区”。尽管这台机器是自动运行的，但它不会容忍任何错误操作。如果排版人员出了差错，导致一行文字过长或过短，自动机制会立即发挥作用，将传动带从固定滑轮移到自由滑轮上，从而停止机器运转，等待有人来处理问题。但如果冲压工作做得正确，机器就会持续运转，直到一整列字母都被排好为止。

单排字机的优势显而易见。为了节省成本，人们无需拥有整套设备——只要拥有键盘即可，在一定程度上就能自己进行排版，随时方便地完成排字工作。这样，人们就可以全神贯注地操作键盘，随时停止工作而不会让排版机闲置，一旦完成排版，只需将成品送到中央的排版机构即可。在那里，一个人就能完成原本需要六个人才能完成的排版工作，这无疑大大降低了成本。

过一段时间后，他就能收到已经准备好的排版版本，随时可以对其进行修改并输入印刷机中。一旦排版工作完成，他就可以将金属版熔化，无需担心日后会后悔，因为他知道存放在柜子里的纸卷仍能像第一次那样继续发挥作用。如果需要再次进行排版，他只需将纸卷寄回中央机构即可。多亏了兰斯顿先生的发明，我们有望迎来这样一个时代：每个教区都能自行印刷，或者至少能够自己制作杂志。唯一需要的，就是由明智的教区委员会提供一台单版印刷键盘——一旦其成本被认为合理的话——并将它放置在邮局或乡村协会里。支付少量费用后，乡绅就可以代为打印保守党候选人的演讲稿，校长可以为学生编写特殊资料，教区长则可以打印宣传册及慈善呼吁书。而那些地位较低的人，如果认为自己也能通过键盘写出精彩的文字，当然也可以将自己的想法大量打印出来。

彩色摄影。
当摄影技术还处于起步阶段时，许多人认为，既然已经找到了在感光表面上记录物体形象的方法，那么用不了多久就能找到一种能够同时记录自然物色彩与形态的技术。

在过去的四十年里，摄影技术取得了惊人的发展，尤其是在速度方面。像马雷这样的专家已经证明了相机在捕捉动物运动的各个阶段方面比人眼更具优势。甚至步枪子弹在飞行的瞬间也能被感光板捕捉下来。不过，虽然相机在记录物体形态方面能为人眼提供有力帮助，但在处理色彩方面，人眼仍然具有优势。目前，摄影师仍无法通过类似普通黑白底片制作的过程，让感光板以简单的方式呈现出物体的真实色彩，从而一次成像。实际上，如今直接从自然界获取彩色照片的技术，也并不比达盖尔时代更先进。

不过，现在确实存在几种间接或迂回的方式来制作彩色照片。这些方法不仅能够产生美丽的图像，而且极其巧妙有趣，因此我们打算在此介绍其中三种最为著名的方法。

读者务必避免将那些经常出现在火车车厢和商店橱窗里的彩色照片误认为是真正的彩色照片——那些照片其实完全是手工制作和机械印刷的结果，根本算不上真正的彩色照片。

在开始解释这三种方法之前，我们有必要先简要了解所有这些方法所依赖的现象——光与色彩的本质。实际上，光与色彩是同一回事，光就是色彩，色彩也就是光。

科学家们现在一致认为，光的感觉源于那种神秘物质——无处不在的“以太”——的波动运动。在一束白光中，存在着多种不同频率的波动。当这束光通过棱镜时，这些不同频率的波动会被分离成紫、靛蓝、蓝、绿、黄、橙和红，这些颜色被称为纯色，因为如果再将它们中的任何一种光通过棱镜，依然会得到同样的颜色。而红褐色等复合色，在经过棱镜处理后则会立刻分解为各自的纯色。

关于这七种纯色之间的关系，有几点值得注意。首先，尽管它们共同作用才能产生白光，但彼此之间却存在竞争关系，每一种颜色都嫉妒其他颜色，只等待机会展现自己的优势。例如，如果在一张纸上画上七种颜色的方块，然后透过红色玻璃观察这张纸，我们只能看到红色的方块以它的本色呈现，因为只有这个方块与红色光线相协调。（可以类比钢琴与其他乐器演奏的音符之间的关系：如果小提琴弹出了C音，钢琴上对应音高的琴弦也会发声，而其他琴弦则不会响。）橙色方块会呈现出橙色，但绿色、蓝色和紫色则看起来是黑色的。红色玻璃阻止了这些颜色的以太振动，不让它们显现出来。绿色和紫色对红色或彼此之间也会产生同样的效果。正是由于这种吸收或阻挡不同光线的特性，我们在被白色阳光照射的景象中才会看到不同的颜色：树木和草地会吸收除绿色光线之外的所有光线并将其反射出去；蒲公英和毛茛则能捕获并保留除黄色光线之外的所有光线；玉米田里的罂粟只会反射红色光线，矢车菊则只会反射蓝色光线；而雏菊则更为“慷慨”，能反射出全部七种颜色。因此，颜色并非某种可以触摸的东西，就像声音一样，它只不过是一种以每秒特定次数的以太振动来影响眼睛视网膜的能力而已。无论光线是从物体表面反射出来还是通过物体折射而来，其效果都是相同的——红色砖块和红色玻璃对眼睛产生的效果并无差别。

首先需要明确的一点是：只要有机会，某种颜色就会试图“俘获”其他颜色。第二点则更为复杂，即即便表面上看起来各种颜色处于和谐状态，这种“俘获”行为其实仍在持续着。

我们努力将这一点清晰地呈现给读者。在纯色中，紫色、绿色和红色——即极端色与中间色——就足以产生白色，因为每种颜色都含有邻近颜色的成分。紫色含有少量靛蓝，绿色含有少量黄色，红色含有少量橙色；实际上，光谱中的每种颜色都或多或少地包含其他几种颜色的成分，但这些成分并不足以改变该颜色的本质特征。现在，假设我们有三盏灯，它们的光线照射在同一块白色纸张上，第一盏灯前放置紫色玻璃，第二盏灯前放置绿色玻璃，第三盏灯前放置红色玻璃。结果会怎样？仍然是白光。为什么呢？因为这三种光以平等的方式相互混合，由于没有任何一种光占据优势，因此它们能够和谐共存。接下来，如果调暗紫色灯的光线，那么绿色和红色光就会混合成介于两者之间的黄色；再调暗红色光并增强紫色光，则会得到靛蓝色。在整个过程中，各种颜色都在通过妥协实现混合。但是，如果将红色玻璃和绿色玻璃放在同一盏灯的前面，让白光透过它们——那么黄色光去哪儿了？只有棕黑色的光能到达屏幕上。红色与紫色或绿色与紫色组合时也会出现同样的情况。因为其中一种颜色不得不让路给另一种颜色，于是就出现了“被压制”的颜色。红色对绿色说：“你想让你的光线穿过我，但那是不可能的。”绿色则回应：“好吧，但我已经过滤掉了除绿色以外的所有光线，如果那些光线不能穿过你，那什么也传不过去。”结果就是一片黑暗。同样的现象也可以用蓝色和黄色来说明：这两种颜色同时照射在纸张上会产生白色；但让白光依次透过蓝色玻璃和黄色玻璃后，则会得到绿色光。同样，蓝色颜料与黄色混合也会产生绿色。在这两种情况下，都不会像红色+紫色或绿色+红色那样出现黑暗或颜色完全被阻断的情况。原因其实很简单：蓝色光是紫色和绿色的混合体，而黄色则是绿色和红色的混合体。因此，当这两种颜色的光同时照射到屏幕上时，它们会形成一种可以视为加法运算的结果的混合色。

蓝色 = 绿色 + 紫色。
黄色 = 绿色 + 红色。
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绿色 + 紫色 + 红色 = 白色。
但是，当光线依次穿过两片有色玻璃，或从两层有色涂料反射出来时，就会发生颜色之间的“捕获”现象：蓝色只能让绿色和紫色通过，黄色则只能让绿色和红色通过。这样一来，紫色就会被黄色捕获，红色则被蓝色捕获，而绿色则可以自由通过。
因此，那些会产生相互抵触效应的颜色混合方式，与在平等条件下混合颜色的方式之间存在巨大差异。正如我们所见，前者发生在光线依次穿过不同颜色时；后者则发生在光线同时照射到物体上时。白色屏幕能够反射所有照射在其上的颜色，因此它可以同样清晰地显示出绿色、红色、紫色或它们的组合；而那些本身带有红色、绿色或紫色的物质，则会捕获其他颜色。所以，如果用红色屏幕代替白色屏幕，那么同时照射在屏幕上的紫色或绿色光就会变成黑色，因为红色会捕获这两种颜色；如果是紫色光，那么绿色就会被捕获，以此类推。
由此还引出了另一个现象：虽然两束或更多束光叠加在一起可以产生白色，但颜料混合却无法得到白色。即使一个人拥有满满一箱颜料，无论以何种方式将它们混合，都无法得到白色；不过借助灯笼以及各种不同颜色的玻璃，就能轻松实现这一目标。任何两种在平等条件下混合后能生成白色的颜色，被称为互补色。
因此，黄色（=红色光+绿色光）是紫色的互补色。
粉色（=红色光+紫色光）则是绿色的互补色。

因此，蓝色（即紫色光与绿色光之和）是红色的互补色。

当然，这一原理不适用于颜料的混合，因为互补色需要共同作用，而非相互抵消。如果读者已掌握了这些基本概念，那么理解后续的工艺流程就不会有困难。

(a) 由都柏林的乔利教授发明的乔利工艺。首先在玻璃板上划出细密的平行线条——据我们推测，每英寸约有350条。这些线条交替填充紫色、绿色和红色物质，每隔一条就是紫色、绿色或红色之一。将这种彩色滤光片置于相机中、感光板的前方。在曝光过程中，来自红色物体的所有光线都能穿过红色线条，但会被所有的绿色和紫色线条阻挡。因此，在显影后，负片上与红色物体位置对应的部分将会被深色线条覆盖，而这些深色线条之间则会有宽度为前者两倍的透明带。从负片上打印出的正片上，则会出现宽度为前者两倍的透明线条，以及介于其间的不透明带。现在，如果我们再次将彩色滤光片放在与拍摄负片时相同的位置，正片上透明区域对面的红色线条就会显现出来，而绿色和紫色线条则会被其背后的黑色沉积物阻挡，因而无法被看到。这样，该物体就会被表现为一系列红色线条，而在较近的距离观看时，这些线条会看起来融为一体。紫色和绿色也会以类似的方式影响感光板；复合颜色则会不同程度地影响这两组线条，两组光线在人眼中会混合在一起。因此，黄色光线既能通过绿色线条，也能通过红色线条，当彩色滤光片贴在正片上时，透过绿色和红色线条的光线会混合成黄色，就像用灯笼照射屏幕一样。所有颜色都是如此。

乔利工艺的优点在于只需制作一张负片即可。

(b) 艾夫斯工艺。——费城的爱德华·尤金·艾夫斯先生也得到了与乔利教授相同的成果，但他采用的是完全不同的方法。他

需要制作同一物体的三个负片，分别通过紫蓝色、绿色以及放置在镜头前的红色屏幕来拍摄。红色负片仅会受到红光的影响，绿色负片仅受绿光影响，紫蓝色负片则仅受紫蓝光影响，且这种影响是按适当比例产生的。也就是说，每当某种颜色的光线照射到相应负片的某个区域时，该区域就会变得不透明；而由此打印出来的正片在相同位置则会是透明的。将用红色屏幕负片制成的正片贴在红色玻璃上观察，就只能看到正片中那些透明的部分有光亮；用绿色或紫色玻璃观察绿色或紫色正片时也是如此。艾夫斯方法中最巧妙的部分，就是那种能够同时让三种正片（通过相应颜色的玻璃照亮后）呈现在眼前的装置。当这些正片的位置被精确调整到完全重合时，人眼就能将它们融合在一起，从而分别看到绿色、红色或紫色，或者以正确的比例看到它们的混合色。这种用于观察的装置被称为“克罗莫斯科普”，它包含三面镜子，可以将正片上的反射光汇聚成一条直线。由于这三张底片是以立体方式拍摄的，因此所呈现的效果不仅有色彩，还有立体感，极为逼真。

(c) 桑格·谢泼德工艺——这种工艺主要用于制作灯笼用透明胶片。与艾夫斯工艺类似，也需要制作三个负片和三个透明正片。不过，这里不是使用彩色玻璃来影响正片的颜色，而是直接对正片本身进行染色，然后将它们紧密地堆叠在一起，让灯笼发出的光线依次穿过这些正片。这样一来，我们就从和谐的状态进入了混乱的状态；谢泼德先生不得不设法确保，在任何情况下，这种“捕获‘囚犯’”的过程都不会干扰最终结果，反而有助于得到理想的效果。首先，需要通过紫蓝色、绿色和红色屏幕分别制作三个负片。正片则是通过碳印法在薄的赛璐珞薄膜上打印出来的。这种碳膜中含有明胶和重铬酸盐。光线作用于重铬酸盐后，会使明胶变得不可溶。因此，虽然正片最初没有颜色，但会留下一些明胶斑块，而这些斑块可以吸收各种颜色的染料。染色过程需要极大的细心与耐心。

现在，如果认为每个正片都会呈现出与其负片所对应的屏幕颜色，那可就错了。稍加思考就能明白其中的原因。

假设我们正在拍摄一个红色物体，比如一个花盆。红色的负片会以暗色沉积物的形式呈现该花盆的影像。因此，打印出来的正片上，该位置将会显示为透明的玻璃状，因为未被染色的明胶是可溶的。这样一来，若要对底片进行染色，那么除了我们希望保持红色的部分之外，其他地方都会变成红色；而当把这张底片放在光线下时，那个花盆就会呈现为白色透明块状。

那么，该如何解决这个问题呢？

谢泼德先生的方法基于一种有序的“光线捕获”机制。在当前情况下，由于我们需要红色，所以可以通过另外两个正片来实现这一目标——这两个正片与红色正片紧密接触，从而使三者完全重合，从而去除白光中的非红色光线。

那么，如果这两个正片被染成绿色和紫色又会怎样呢？它们虽然无法产生红色，但通过共同去除白光中的红色、绿色和紫色光线，最终会产生黑色，这显然与我们的目标背道而驰。

因此，这些正片的颜色并非与制作负片时所使用的屏幕颜色相同，而是与其互补色相同——也就是上文所说的那些与屏幕颜色混合后会形成白色的颜色。

所以，红色屏幕对应的负片会被染成紫色+绿色=蓝色；绿色负片则被染成红色+紫色=粉色；紫色负片则被染成红色+绿色=黄色。

再回到我们的花盆。如前所述，红色屏幕对应的正片在花盆所在的位置是完全透明的。但在这个透明区域背后，还有粉色和黄色的正片。

白光（=紫色+绿色+红色）穿过粉色正片（=紫色+红色）后，其绿色光线会被完全吸收。而紫色和红色光线则继续前进，遇到黄色正片（=绿色+红色）后，紫色光线被绿色吸收，只有红色光线能够顺利通过。

如果花盆是白色的，那么三个正片上都会出现未被三种染料影响的透明区域，而白光也不会受到阻碍。颜色的渐变与混合则是由于其中两个滤色屏受到了物体颜色的影响而产生的。因此，如果物体是深红色的，那么紫色和红色滤色屏对应的负片都会受到其反射光的影响，而绿色滤色屏对应的负片则不会受到影响。这样一来，粉红色的正片就会呈现粉红色，黄色正片则保持透明，蓝色正片同样保持透明。透过这些彩色油墨层的白光中的绿色成分会被粉红色吸收，最终剩下红色与紫色的组合，即深红色。

彩色印刷的原理与桑格-谢泼德幻灯片制作工艺非常相似。首先通过紫色、绿色和红色滤色屏拍摄出三个模板，然后像处理普通半色调黑白模板一样用酸将其腐蚀掉。接着在这三个模板上涂上与它们所对应的滤色屏颜色互补的油墨，这一步骤与桑格-谢泼德工艺中对正片的染色过程类似。最后，将这些油墨层依次印在纸上，那些未被腐蚀的部分（相当于谢泼德正片中未溶解的明胶部分）只会吸收油墨。当白光透过这些彩色油墨层时，其颜色变化方式与透过彩色玻璃时的情况相同，从而能够得到大致正确的颜色渐变效果。

照明。
通过人工方式制造火光，可被视为人类历史上最伟大的发明。在人类首次能够从周围物质中获取热能之前，先祖们的生活状况必定极为恶劣。他们只能以生食为食；各种金属与其他物质混杂在一起，使他们难以将其分离；冬天的严寒则迫使他们躲进阴暗的洞穴中，那里终年黑暗无比。

火的产生自然也带来了光亮，而光亮的发展重要性仅次于更先进的取暖技术。我们早已习惯了蜡烛、灯具、煤气灯以及电灯，因此很难想象如果这些光源突然消失，我们的生活将会受到多大的影响。有时，由于洪水、爆炸或其他意外事件导致煤气或电力供应暂时中断，一个城镇可能会陷入一片黑暗之中，但这种情况通常只会持续短暂时间，而可以通过使用石蜡灯或普通的蜡烛来缓解这种困境。

最早的照明方法就是简单地将一堆灌木或木柴点燃。这样产生的光线十分不稳定且微弱，但或许足以满足穴居人的需求。随着文明的进步，人们越来越需要更为稳定的光源，于是人们开始使用植物油，将其放入各种设计的灯具中燃烧。在数千年前建造的古埃及和伊特鲁里亚墓葬中就发现了这类灯具。它们与当今使用的灯具并无本质区别，都是带有导油通道的容器，用于支撑灯芯。但由于获取油的难度较大，直到15世纪，这类灯具在许多欧洲国家仍然几乎无人使用；那时，无论是普通民宅还是贵族宅邸，都是用固定在墙上的铁制支架上的火炬来照明的。

那种由芦苇制成、通过反复浸入熔化的脂肪中处理而成的照明工具，只能勉强驱散漫长冬夜的黑暗。后来出现了牛脂蜡烛以及更为科学制造的蜡烛，这类蜡烛至今仍颇受欢迎。我们的祖母们是如何在几支蜡烛的光亮下进行缝纫工作的，而那几支蜡烛在当时可算是了不起的照明工具——这至今仍是个谜。如今，如果灯光不够明亮，我们就会感到不满，甚至认为自己的视力会因此受损，尽管在150年前，这样的照明方式早已被视为奇迹。在需要照明的情况下，发明便应运而生。现代生活的趋势是将夜晚变成白昼：我们熬夜睡觉，也熬夜起床；这或许很愚蠢，但我们还是这么做。此外，我们还越来越多地使用地下室、地下隧道以及地铁等地方，这些地方在一天24小时内都无法接收到自然光。19世纪，照明技术取得了惊人的进步。早在1804年，著名科学家汉弗莱·戴维爵士就发现了电弧现象，这一发现后来被广泛应用。大约在同一时间，煤气也开始被生产出来并通过管道输送。但在电力用于照明变得足够便宜之前，宾夕法尼亚州发现的巨大石油储藏量让世界拥有了廉价的照明来源。早在13世纪，探险家马可·波罗就曾在里海边的巴库提到过一种天然石油：“那里有一处石油泉，其储量极为丰富，一次就能开采出上千船的石油。这种石油不适合用来烹饪，但可以用来燃烧；同时也可用来涂抹患有疥癣的骆驼。人们从很远的地方赶来取油，因为其他地方根本没有石油。”不过，美国的油田已经证明了他的说法是错误的——那些油田每天能产出数千桶石油，有时产量如此之大，以至于因缺乏买家而白白浪费掉。如今，在照明领域，电、煤气、石油和乙炔气相互竞争。前两种照明方式的优点在于可以像水一样随时开启；而石油则更为普遍可用。

1870年，格拉姆发明了发电机，这标志着照明历史上的一个新纪元的开始。借助这种装置，可以以远低于以往方法的成本产生足够强的电流，从而持续在碳棒之间形成电弧。1876年，保罗·雅布洛赫科夫设计了“电蜡烛”——由两根平行的碳棒组成，两者之间有绝缘介质隔开，而这种绝缘介质会在热量作用下与碳棒一同逐渐损耗。这类“蜡烛”需要使用快速交变电流，因为正极的损耗速度是负极的两倍。在1878年的巴黎展览会上，参观者们对一些主要街道和剧院中采用的这种新型照明方式赞叹不已。

如今我们在街道、工厂和火车站里看到的弧光灯，其实也是基于雅布洛赫科夫原理发展而来的产物。虽然仍然使用碳棒，但这两根碳棒是相互对齐的，其两端之间的距离则通过巧妙的机械装置保持恒定。所有类型的弧光灯都有一个缺点，那就是它们必须具备极高的功率；如果只有弧光灯可用的话，电灯的运用范围将会受到极大限制。所幸，多亏了爱迪生的天才设计，我们有了利用少量电流来产生柔和光线的办法。这种被称为白炽灯的照明方式已经为我们所熟知，因此我们有必要了解它的前身。

在弧光灯中，电路在需要发光的位置处断开。而在白炽灯中，电流的流动仅会因存在不良导电体而受到阻碍，而且这种导电体还必须是不可燃的。就像水在管道直径变小时流速会降低，需要更大的压力才能让相同量的水持续流过管道一样，电流也会因为导电体的尺寸减小或性质改变而受到限制。1878年，爱迪生使用了一种非常细的铂丝作为电流限制装置，由于其熔点高达3450华氏度，因此能够在其中产生极强的热量。这根铂丝被置于玻璃灯泡中，而在密封之前，灯泡内的空气已通过汞泵几乎被完全抽出。不过人们发现，即便是铂金也无法始终承受强电流带来的高温作用；于是爱迪生开始寻找更不易燃的材料。泰恩河畔纽卡斯尔的J.W.斯旺先生此前已经尝试过用浸过硫酸的棉线来制作碳丝。

爱迪生与斯旺携手打造出了如今广为人知的“爱迪生灯”。这种灯的灯丝是由竹纤维制成的，通过在灯泡内将空气压力降至百万分之一的大气压，并通以电流，使竹纤维碳化而成。这些竹丝具有极高的弹性，能够承受几乎任何程度的热量。

发光灯有各种尺寸——从小到足以放在领针上的微型灯，到功率达1000烛光的强力灯都有。由于无需依赖大气中的空气，因此它们在那些使用其他照明方式会存在危险或根本无法照明的地方极为适用，比如煤矿以及潜水作业时的水下环境。在需要快速开关灯光的剧院里，这类灯也带来了极大的便利。此外，它们还被用于配合微型摄像机，用来探索人体内部的各个部位。在图书馆中，它们可以照亮空间而不损坏书籍；在客厅里，则不会像石油或燃气燃烧器那样污染空气或弄黑天花板。总而言之，“爱迪生灯”的优点数不胜数。

当然，驱动这些灯运行的电力成本低廉，也是其经济实用性的重要前提。即便在英格兰的一些小村庄里，房屋也依靠电力照明，而这些地方通常都靠近水力发电源。挪威和瑞士等多山地区，由于有湍急的河流和高大的瀑布，特别适合采用电灯照明——其成本主要体现在发电装置及动力系统上。

世界上最重大的工程项目之一，就是与电能生产相关的那些工程。印第安人将尼亚加拉瀑布称为“水的雷声”，而人们则利用它来产生电能，这些电能可随时转化为动力、热能或光能。来自近10万平方英里湖泊的溢出水流都会流经这些瀑布，而这些湖泊又覆盖了更广阔的区域。每秒钟就有超过1万立方码的水从瀑布上倾泻而下，落差超过200英尺，所蕴含的能量相当于八百到九百万马力！1886年，有一家公司决定充分利用这一巨大的能量。他们在美洲那侧购买了土地，挖掘了一条长6700码的隧道，隧道起点位于瀑布上方1.5英里处，终点则在瀑布下方。从河里引来的水会通过多个通道涌入隧道中。

每个轮槽的底部都装有水轮机，这些水轮机能够产生5000马力的动力。所有水轮机共同产生的动力据说可达100,000马力；而更令人惊叹的是，同一家公司还获得了在加拿大境内建造发电设施的许可，这样就能使总发电量再增加一倍甚至三倍。由于电能的生成成本如此之低，该公司能够以远低于当地市场价格的水平供应电力——在那里，1便士就能买到在这里需要9便士到1先令才能买到的东西。在这种条件下，电灯根本无需担心会有竞争对手。但在条件较差的地区，煤气和石油依然占据着优势地位。无论是煤炭还是石油气，它们在产生光亮的同时也会释放出大量热量。其中所含的大量氢气在纯净状态下燃烧时会产生几乎看不见的火焰，但其温度却高于其他任何已知气体。火焰中的碳颗粒也会被氢气加热至发白，不过其数量不足以将大部分热量转化为光能。德国人奥尔·冯·韦尔斯巴赫想到了一个办法：在火焰周围放置一层由浸过某种稀土元素（如镧、钇、锆）溶液的棉布构成的环形“罩子”，以此来截留热量，使其在罩子中发出明亮的白光。使用相同量的气体，韦尔斯巴赫式燃烧器发出的光亮是普通燃烧器的7倍甚至更多。而且这种光线的质量也更好，因为其中含有更多的蓝光成分。这种“罩子”不仅可以用于普通的燃气喷射系统，最近还有两种新的照明方式出现，这两种方式的照明源都是通过加压来工作的。威廉·萨格先生发明的高压白炽气体装置，能够以比常规高压更高的压力向燃烧器供气。这样一来，从燃烧器喷嘴喷出的气体会被粉碎，同时由于其可燃性增强，其加热效果也会大幅提升。

周围的灯罩会发出极为明亮且白色的光，其穿透力极强。气体通过由气泵驱动的液压装置被强制输送到与灯具相连的管道中，这些气泵能够以12英寸的压力交替地吸入和排出气体（这一压力足以维持12英寸高的水柱）。在如此高的压力下，气体会被送入一个容积远大于气泵容积的圆筒中。这个圆筒可以缓冲活塞在运动方向改变时产生的冲击力。圆筒顶部装有一个调压器，它由一个坚固的皮革制气囊构成，其行程约为3英寸，该气囊可驱动杠杆来打开或关闭用于向活塞供水的阀门；当压力超过10或12英寸时，调压器会根据具体情况减少水流。调压器中的气囊会随着圆筒内气体的压力而上升或下降，而气体则是通过圆筒上的小开口进入调压器的，这样就不会导致气囊出现剧烈的压力变化。通过这种方式，就能保持几乎恒定的压力。从圆筒的出口处，气体会流向另一个调压器，该调压器足以满足设备所需的所有灯具的照明需求，并且无论有多少盏灯处于工作状态，都能保持稳定的压力。对于规模较大的照明系统，则会使用蒸汽作为动力源。每台燃烧器的发光功率为300烛光度。一台双缸蒸汽机带动两台泵，可为300台这样的燃烧器供气，从而实现总共90,000烛光的照明效果。与低压白炽灯相比，高压照明系统的成本要低得多，同样的照明效果只需要一半的成本。它被广泛用于工厂和火车站。在塔桥、布莱克弗赖尔桥、尤斯顿车站以及大中央铁路的终点站圣约翰伍德，都可以看到这种照明系统。在大型空间和建筑物的照明方面，与电弧灯最有力的竞争对手或许就是基特森油灯，这种灯如今在美国和我国也被广泛使用。这种灯通常被安装在类似普通煤气灯杆的铁杆顶端。灯杆底部有一个腔室，里面有一个钢制储油罐，能够储存5到40加仑的石油。在……之上

这种油处于一个密闭空间中，空气以每平方英寸50磅的压力被压入该空间，从而形成一种弹性缓冲层，将油压向燃烧器。油通过一根细得几乎与白炽灯丝相当的管道向上流动，最终到达燃烧器上方的两根交叉管道。上方那根管道起到过滤作用，可阻挡任何进入油中的杂质；下方那根管道的直径约为铅笔大小，长度为8英寸，它位于加热装置的正上方，加热装置产生的热量会使管道中的少量油蒸发。随后，油气会通过一个比针尖还小的孔进入一个开放的混合管，在那里会有足够的空气被引入以维持燃烧。混合气随后会流向加热装置内部，在那里发生燃烧。

最近，人们为这个系统添加了一种巧妙的装置，以便于点燃灯具。在灯柱的底部，放置着一个密封的小容器，里面装有石油醚，该容器通过极细的铜管与蒸发管下方的燃烧器相连。当需要点燃灯具时，只需挤压一个小橡胶球，就能将一定量的石油醚蒸汽送入燃烧器，而由灯柱中的小型蓄电池提供的电流会使铂丝发热，从而点燃这些蒸汽。燃烧器会迅速加热蒸发管，不久之后油气就会进入加热装置内部，并在那里被燃烧器点燃。

这一系统的效率极高——每小时仅需约半品脱的石油即可产生1000烛光强度的光亮！虽然比较往往令人反感，但在很多情况下却能提供有用的参考信息。V. B. Lewes教授对各种照明方式的实验结果进行了如下统计：

每小时1000烛光的成本（英镑）：
电灯：1.2英镑
弧光灯：0.375英镑
煤气灯：
平焰型：1.6英镑
白炽灯：0.225英镑
高压白炽灯：0.175英镑
油灯

油灯（每加仑8便士）：0 7-1/4
白炽灯：0 2-1/4
基特森灯：0 1

因此，目前在英国，石油灯是最佳照明选择。我们之前详细介绍过的那种照明系统也被用于灯塔中，因为它能发出具有极强穿透力雾气的光线。据说这种光线与普通阳光最为相似，因此非常适合在夜间拍照使用。该装置的便携性使其深受承包商的青睐；而且由于其安装无需破坏街道，这也让它受到了那些生活在大城市中的民众的欢迎。另一种非常强大的光源则是通过燃烧钙碳化物浸入水中后产生的气体来实现的。这种气体被称为乙炔，目前被广泛用于自行车灯和汽车灯中，它们发出的光线有时会让人感到刺眼。在德国，这种气体被大量用于乡村街道的照明；而在我国，它也逐渐被用作乡村住宅的照明工具，因为其制造简单——只需使用容量为几立方码的小型气罐——且使用成本较低。尽管我们的照明设备已经相当完善，但学者们仍在不断追求理想的照明源。从太阳那里，通过以太空间传送到我们这里的还有光波、热波、磁波以及其他我们目前还只能勉强感知的波。这些波是混合在一起的，我们无法将它们完全分离。而当我们试图模仿太阳作为热源或光源的作用时，也会遇到同样的难题。用来烹饪食物的火会释放出大量无用的光波；而用来照亮房间的油灯则会释放出大量无用且往往令人不适的热量。理想的照明源和理想的加热剂，应当是那些含有大量所需波段的物质。不幸的是，即便使用最先进的工艺，发光过程仍然会伴随大量能量的浪费。以普通的白炽灯为例，输入的电能量中只有5%到6%能转化为光能，其余的能量则用于克服电阻。

灯丝的发热会搅动灯泡中的少量空气分子。此外，产生电流本身所消耗的能量，其实只是用于产生该电流的总能量的一小部分。洛奇教授对此有如下精辟的论述：

“看看驱动一组发电机的蒸汽机所配备的炉子与锅炉，估算一下其中消耗的能量；然后再看看这些发电机所激发的灯丝，估算一下它们发出的光中真正能被眼睛感知的部分有多少。这就好比一支单簧管与整个管弦乐队的关系一样。

‘可以说，如果一个男孩能够合理地运用自己的力量，他所产生的光亮程度完全可以媲美所有这些复杂机械装置以及大量材料消耗所带来的光亮。’”[6]

[6] 奥利弗·洛奇教授，1889年6月3日在阿什莫林学会的演讲中所述。

自然界中最完美的光源，或许是萤火虫所发出的光——那种属于磷光或“冷光”的光源，由于不存在除特定频率波段之外的其他波，因此无需燃烧即可发光。人类面临的任务，就是模仿萤火虫，从而产生单一频率的光波。

在著名电气工程师尼古拉·特斯拉的实验室里，人们已经接近这一目标。他利用自己发明的特殊振荡器，使以太粒子处于极强烈的振动状态，从而使它们发出光来。换言之，他创造了速度极快的光频振动，而且不会产生显著的热量。

通过连接在实验室周围的电缆传输的以太波，无需任何接触即可点亮安装在强力线圈上的白炽灯；或者，将装有高度稀薄气体的灯泡或管子置于两端墙上的两个大电极之间。一旦这些灯泡处于从电极间传递的电流路径上，它们就会开始发光，虽然光线较弱，但足以通过长时间曝光来拍摄照片。特斯拉还发明了一种他称之为“卫生灯”的光源，他认为这种光具有阳光那样的杀菌作用。这类灯是几英尺长的玻璃管。

玻璃管被弯成螺旋状或其他复杂的形状，然后在密封前充入某种气体。玻璃管的两端涂有金属层，并配有钩子，用于将灯具与电流连接起来。在电流的作用下，这种气体会发出光亮，但并非真正的白炽发光，因为产生的热量非常少，因此使用起来更为节能。据说这类灯具的制造成本较低，但目前还尚未投放市场。不久的将来我们可能会听到更多关于它的消息，而其发展态势很可能仍会与照明技术类似。在结束本章之前，不妨简单谈谈新的加热方式。由于易于使用且能保持恒定的温度，燃气灶越来越受欢迎。不过，最先进的加热装置无疑还是电加热装置。各种器具上都装有极薄的加热带——这些加热带是由黄金、铂金等贵金属沉积在极薄的云母片上制成的——强大的电流从电源流入这些加热带，通过其电阻作用，电流的电能转化为热能，这些热能要么散发到空气中，要么被用于烹饪等用途。在房屋的各个角落，电流不仅可以用于照明，还可以发挥其他作用：它可以通过特殊的散热器为走廊供暖，从而取代笨重的煤炉和“闷热”的燃气灶；在厨房里，它可以用来煮汤、炖菜、煎炸，以及为熨斗和烤箱加热；在早餐室里，它可以烧开水，同时保持餐具、茶壶和咖啡壶的温度；在浴室里，它可以加热水温；在吸烟室里，它可以替代火柴；在卧室里，它可以让足暖器通电工作；最后，更是不可思议的是，它甚至可以让人工制造的保暖被褥为体弱多病者的冰冷四肢提供温暖！电加热的最大优点就是没有燃烧过程中产生的气味和烟雾。不过，在电流成本能够降到目前水平以下之前，电加热主要还是会被用于富人家庭或酒店等大型场所，在这些地方，电加热可以大规模应用，从而实现相对经济的供暖效果。

完

由Ballantyne, Hanson & Co.印刷，爱丁堡与伦敦出版。

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该书以非专业语言生动描述了尼罗河大坝、巴拿马运河、塔桥、布鲁克林大桥、西伯利亚大铁路、尼亚加拉瀑布发电厂、百慕大浮桥等建筑或工程。
“这些描述在清晰度与趣味性方面都堪称一流。”——《曼彻斯特信使报》
“各个年龄层的人都会对这本书感兴趣；孩子们则会为之着迷。”——《旁观者报》

“如果有个喜欢工程学且会说英语的男孩，那这本书正适合他。”——《书人》杂志评。
含24幅插图，书边为金色装饰，售价5先令。

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含25幅插图，8开本，精装，书边为金色装饰，售价5先令。

与本书配套的还有：《浪漫小说系列》

《Extra Crown》8开本，配有大量插图，每本5先令。

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《动物世界的传奇》
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作者：阿格尼斯·吉伯恩
《深海的传奇》

出版商：SEELEY & Co., LIMITED

*** 古腾堡电子书项目《现代发明的传奇》结束 ***

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志愿者以及为志愿者提供所需支持的财政援助对于实现古腾堡计划的目标至关重要，也只有这样，古腾堡计划的作品集才能一直免费供后人使用。2001年，古腾堡文学档案基金会成立，旨在为古腾堡计划及未来世代创造一个安全且可持续的发展环境。如需了解更多关于古腾堡文学档案基金会的信息，以及您的贡献和捐助如何发挥作用，请参阅第3节和第4节，以及www.gutenberg.org上的基金会相关页面。

第3节：关于古腾堡文学档案基金会的信息

古腾堡文学档案基金会是一家非营利性501(c)(3)教育机构，根据密西西比州法律设立，并获得了美国国税局的免税资格。该基金会的联邦税号为64-6221541。根据美国联邦法律及您所在州的法律规定，向古腾堡文学档案基金会捐款可在一定范围内享受税收减免。

该基金会的办公地址为：美国新泽西州蒙特克莱尔市沃丘恩广场41号516室，邮编07042，电话：+1 (862) 621-9288。可通过电子邮件联系他们。

相关链接及最新的联系方式可在该基金会的网站以及www.gutenberg.org/contact上的官方页面上找到。

第4节：关于为该项目捐款的说明
古腾堡文学档案基金会

古腾堡计划™的运作离不开公众的广泛支持与捐款。只有通过这些支持，才能实现其目标——增加可自由分发、且以机器可读格式存在的公共领域作品及授权作品的数量，让包括老旧设备在内的各种设备都能读取这些作品。许多小额捐款（1美元至5,000美元不等）对于维持该机构在IRS处的免税地位尤为重要。

该基金会致力于遵守美国50个州关于慈善机构及慈善捐款的法律法规。不过，各州的合规要求并不统一，要满足这些要求需要投入大量精力、处理大量文件并支付诸多费用。在没有得到相关合规确认的地区，我们不会寻求捐款。如需捐款或了解特定州的合规状况，请访问www.gutenberg.org/donate。

虽然对于那些尚未满足捐款要求的州，我们不会也不去寻求捐款，但我们知道并没有规定禁止接受来自这些州的自愿捐款。

我们欢迎国际上的捐款，但对于来自美国境外的捐款，我们无法就其税务处理问题给出任何说明。仅美国的法律要求就已让我们的少量员工应接不暇。

请查看古腾堡计划的网页，了解当前的捐款方式与地址。除了现金捐款外，还可以通过支票、在线支付或信用卡等方式捐款。如需捐款，请访问：www.gutenberg.org/donate。

第5节：关于古腾堡计划的基本信息
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