第3章 威廉·汤姆孙

1892年，英国女王伊丽莎白把“开尔文勋爵”的封号授予一位著名的科学家，以表彰他在科学和技术领域为人类做出的杰出贡献。然而，令人惊奇的是，在崇高的荣誉面前，这位科学家竟然用“失败”二字总结他一生在科学进步方面的奋斗。他是谁呢？他就是成功铺设第一条大西洋海底电缆的英国杰出的科技发明家威廉·汤姆孙。

威廉·汤姆孙于1824年5月26日出生于英国的贝尔法斯特城。

铺设大西洋海底电缆是一项世人瞩目的工程，而且耗资巨大。不料，在建造电缆的第一步就出了差错。负责这项工程的是华特霍斯，他在公司有较好的人事关系，资格又老。当时，汤姆孙只是一个年龄最小的董事，无职无权。1857年，工程一开始，汤姆孙和总工程师就发现了问题。原来，按照设计要求，大西洋海底电缆要由1200段电缆焊接而成，每一段是3.22公里长。华特霍斯一手制订的电缆说明书上的电缆直径比理论要求的要小得多，更糟糕的是，公司筹委会在正式开工之前就把说明书给了承办商，而且已经开始制造，要取消合同已来不及了。汤姆孙为了补救，回到他的实验室，带领学生把当时所有的铜线都进行了测试，发现各种铜线的电阻率相差很大，不同电阻率的铜线焊接在一起，肯定会使总电缆的参数发生偏差。通过实验，汤姆孙解决了多条铜线间电阻率一致化问题，并总结出一套实用的电阻率测定方法，对电缆用铜线的规格提出了新的要求和标准。

汤姆孙的研究成果，遭到华特霍斯和电缆制造商的抵制。汤姆孙在董事会上用大量的实验事实证明自己的理论，赢得了董事会的支持，迫使厂商按新的技术标准签订了合同。

1857年，造好的电缆被装上英、美两国政府拨出的两艘巨轮，开始了第一次的沉放。电气工程师华特霍斯因故不能随船，受董事会委托，汤姆孙代理他随船指挥。当沉放船行至611.16公里时，电缆意外断裂，加上传递的弱信号，一般的电报机难以收到，第一条电缆的第一次沉放失败了。

通过事后分析，汤姆孙发现，只需加强电缆的外层机械强度，就能避免断裂。但是，如何放大弱信号，却成了一个难题。

1858年年初，在一个阳光明媚的日子里，汤姆孙和德国物理学家亥姆霍兹一起到海湾游玩。汤姆孙一想起信号放大问题，就走了神，丢下朋友，一个人躲到船舱下面算了起来。亥姆霍兹就跟他开了个小玩笑。顺手从衣袋中取出眼镜，把太阳光反射到汤姆孙脸上。汤姆孙忽觉一个刺眼的亮点在眼前晃动，抬头看到朋友手中的眼镜，灵机一动，狂喜地大喊起来：“有啦！有啦！我的亥姆霍兹。”喊着就跑回了实验室。

原来，镜片的作用启发了汤姆孙，他终于找到了放大信号的方法。他通过反复实验，最后在电报机的线圈中，小心地挂上一面小镜子，镜背面粘一个小磁针，以此来放大弱信号。他经过周密地设计，终于制成了镜式电流计电报机。这种电报机灵敏度要比华特霍斯的电报机高十多倍，从而解决了海底电缆通信的关键性技术问题。这种实用的终端设备，在以后大西洋海底长途电缆通信中被广泛采用。

技术问题解决之后，1858年开始了第一条电缆的第二次沉放。因资深的华特霍斯拒绝出海，年轻的汤姆孙勇敢地承担起电气工程师的责任，再次随船出海。

1858年春夏之交，沉放船“亚加墨娜号”由北美的纽芬兰岛出发，由西向东铺设电缆。不料，海上遇到持续一周的大风大浪。甲板被电缆钻出了洞，实验室进了水，给沉放工作带来了很大困难。汤姆孙和大家一起，不顾危险，劈浪前行。经过一个多月海上搏斗，“亚加墨娜号”于8月3日安全驶至爱尔兰。8月5日下午3点55分，由汤姆孙拍出的第一份越洋电报，在5分钟后由北美洲一端收到。人类第一次征服了大西洋的阻隔，用电缆把两块大陆接在一起。建立奇功的汤姆孙此时激动得发了狂。但一个月后，出乎意料的事情又发生了。电缆在通了723次电报之后，由于海水腐蚀而断裂，甚至漏电，两岸电报往来被迫中断。

大西洋海底电缆两次沉放都遭失败，耗费数十万英镑而不见效益。许多人都想打退堂鼓，而汤姆孙却坚持认为，第一条电缆虽寿命不长，至少通了一个月，但它证明长途海底通信是完全可能的。在汤姆孙和总经理的坚持下，在政府的大力支持下，1865年年初，第二条新电缆制造出来并进行沉放。这时的汤姆孙，因滑冰骨折已成了跛子。可是，他克服一切不便，一定要亲自出海，领导这次沉放。一艘22000多吨的巨轮“大东号”载着人们的希望出发了。经受两次打击的汤姆孙多么盼望这次能够成功啊。可是船行不到一半，电缆意外折断，沉入深渊，汤姆孙痛心极了。返回时，这位工程师脸上挂着泪花。面对异常平静的大海，他在心中呐喊：“我相信大西洋阻挡不住人类的进步！”是的，大西洋阻挡不住人类前进的脚步。1866年，第三条电缆建成。当年4月，“大东号”再次启程。汤姆孙第四次上船，担任工程师，主持沉放。6月，电缆在爱尔兰着陆，沉放非常成功，电报通信也非常顺利。汤姆孙为巨大的成功所鼓舞，几个月后再次出航，经过一个多月搜索，打捞到沉入海底的断缆，并接上新缆，一直通到了纽芬兰。经过10年艰苦卓绝的工作，大西洋底拥有了两条电缆。这次成功，开创了人类有线通信的新时代。它不仅证实了远距离海底电缆通信的可行性，而且为这一事业的发展奠定了理论基础，提供了丰富的实践经验。一百多年后的今天，地球上各大陆板块之间，大陆和主要岛屿之间，都铺设了海底电缆。

铺设大西洋海底屯缆的工程，为人类通信事业做出了巨大贡献，也对汤姆孙的科学活动产生了很大影响。它把汤姆孙从理论科学引向了工程技术科学。人们说，汤姆孙做了50多年教授，其实是以教授的名义当了50多年的工程师。在应用工程上，到处都留有他的足迹。几次沉放电缆的海上航行，更使他的后半生紧紧地与大海联结在一起。电缆铺设成功之后，他继续为海底通信研究新装置，包括海底电报自动记录器和圈转电流计等。

汤姆孙一生取得过70种产品的发明专利，这些专利权使他成了富翁。他把这些钱大量地用在新的研究方面。1870年，他娇弱的妻子在与他共同生活18年后因病离开了人世。强忍悲痛的汤姆孙，买了艘100多吨的游艇，把全部精力都投入到航海研究之中。他把游艇当做试验船，经过反复研究，发明了几种不受铁壳船体干扰的轻便改良罗盘。此外，他还发明了海水测深仪，研究过潮汐理论。

汤姆孙这位近代物理学的奠基人之一，大西洋第一条海底电缆的创建者，一生发表论文600多篇。1851年被选为皇家学会会员，两次获皇家学会勋章。从1892年起，任皇家学会会长，一直到他去世。他建立了英国第一座现代物理实验室。至今格拉斯哥大学还设有“开尔文奖”，用来奖励世界范围内在数学、天文学、物理学等方面有突出成绩的学生。

1896年，来自世界各地的科学家云集格拉斯哥大学，隆重纪念汤姆孙荣任该校教授50周年。大家一致用真诚的语言赞美他的功绩。确实，要想逐一列举汤姆孙在科学领域的成就和获得的社会荣誉是很难的。但在纪念仪式上，这位72岁的勋爵在答词中却说：“有两个字最能代表我50年内在科学进步上的奋斗，就是‘失败’两字。50年以前；我最初任教职的时候，对于电力和磁力或电气、质量、化学亲和力间的关系等，知道得并不十分多。失败当然会产生忧虑的，可是对于从事科学的人，天赋的才能常会带来一种特别的兴致，借此使他不致十分失望，也许反会使他的日常生活格外快乐。”三年后，汤姆孙辞去了格拉斯哥大学的教授职务。1899年新学年开始时，注册室走进来一位76岁的老人，郑重其事地在报名表上填写下：“开尔文勋爵，研究生。”他不再走上讲台去教课，从现在起，他只是学了。

1907年10月17日，汤姆孙与世长辞，享年83岁。他被葬于威斯敏斯特大教堂，受到人们永久的尊敬和纪念。