亚历山大·格雷厄姆·贝尔

引言

亚历山大·格雷厄姆·贝尔是人类文明史上最具影响力的发明家之一。1847年3月3日,他出生于苏格兰爱丁堡,日后他将重塑人类交流的根本形态,以前人难以想象的方式压缩了人与人、国与国之间的距离。1876年3月7日,贝尔获得了美国第174,465号专利,即电话的发明,而这仅仅是他那充满科学抱负与不息求知欲的一生中的一个篇章。然而,正是这项发明,正是通过电线传送人声这一独特突破,奠定了他在历史上的地位,使他几乎与那个时代所有其他科学家区别开来。

贝尔并不仅仅是狭义上那种埋头于工作间的发明家。他是一位教师,一位声音的哲学家,一位为听障人士发声的倡导者,一位航空学的研习者,一位博物学家,而他终生对语音科学的痴迷完全得益于他那非凡的家族。他的父亲和祖父都是演说术专家,是口语语言及其机制的大师,而他母亲近乎失聪的状况,使年幼的亚历山大对于失去听觉的生活有了深刻而切身的理解。这些境遇塑造了他的科学想象力,其方式是单凭实验室训练永远无法达成的。

贝尔的故事也是一个身处两个世界、兼具两重身份之人的故事。他生于苏格兰,移居加拿大,却因职业命运而成为美国人。他在马萨诸塞州波士顿市发明了电话,在那里为之申请专利,并目睹它先是改变了美国人的生活,继而改变了整个工业化世界的生活。然而在他心中,他对加拿大始终怀有深厚的依恋,数十年间,他每年夏天都会回到新斯科舍省的布雷顿角岛,在布拉多尔湖畔开展实验,并修建了他命名为“贝恩布雷赫”的宏大庄园,这个盖尔语词意为“美丽的山”。1922年8月,他在那里去世,广受爱戴与赞誉,在短短一生之中见证了由他的发明所引发的世界巨变。

本文考察亚历山大·格雷厄姆·贝尔一生及其事业的完整轨迹:从他在一个痴迷于人类言语机制的家庭中度过的苏格兰童年,到他在波士顿担任聋人教师的岁月,到那段最终促成历史上第一通电话的非凡实验月份,到随之而来的法律争讼与商业事业,再到占据他漫长而丰产人生的后期数十年的发明与倡导活动。这是一个人的故事,他比同时代几乎任何人都更专注地倾听,并且因此而赋予整个世界一种全新的言说方式。

爱丁堡的早年生活

十九世纪中叶的爱丁堡是一座极富思想活力的城市,这座城市由苏格兰启蒙运动所塑造——该运动曾孕育出大卫·休谟、亚当·斯密和詹姆斯·瓦特——并且依然被那种信念所激励:严谨的观察与理性的探究是人类进步的关键。正是在这样的世界里,亚历山大·贝尔出生了,他是亚历山大·梅尔维尔·贝尔与伊丽莎·格雷斯·西蒙兹·贝尔的次子,出生地是爱丁堡新城区南夏洛特街16号的一座房屋。

年幼的亚历山大所降生的这个家庭,最根本的特征莫过于语言与言语。他的祖父亚历山大·贝尔曾在伦敦确立了自己作为备受推崇的演说术教师的地位,演说术即正确而有效的口头表达的艺术与科学。他的父亲亚历山大·梅尔维尔·贝尔继承了这一衣钵,成长为他那一代人中最精深的语音学家之一,他用数十年时间研究喉咙、舌头、上颚和嘴唇在组合产生构成人类言语的极其多样的声音时,其精确的解剖学运动。这份家族遗产不仅仅是学术性的。在贝尔家中,言语被观察、分析、演示和颂扬,其方式会被那个时代的大多数家庭视为古怪到近乎离奇。

年幼的亚历山大是三兄弟中的老二。他的哥哥梅尔维尔·詹姆斯·贝尔生于1845年,弟弟爱德华·查尔斯·贝尔于1848年出生。两位兄弟都在年轻时被肺结核夺去生命,这一悲剧将深刻改变亚历山大的人生轨迹,并最终促使全家横渡大西洋去寻求更有益健康的空气。但在爱丁堡童年的早期岁月里,贝尔家的三个男孩成长于一个洋溢着智识活力的家庭,在那里,嗓音是日常生活的核心工具。

在十岁或十一岁时,亚历山大为自己加上了“格雷厄姆”这个中间名,以纪念亚历山大·格雷厄姆,此人是家中友人,也是他父亲以前的学生,深受这个男孩的敬仰。这一增补并非仅仅是社交上的形式,而是一种情感与身份的表达,并且成为永久性的。从那时起,朋友与家人称他为“阿莱克”,而当他的世界变得更广阔之后,整个世界称他为亚历山大·格雷厄姆·贝尔。

按他自己的说法,他在爱丁堡的正规学校教育短暂且并不特别出众。他从大约十岁起就读于爱丁堡最受尊敬的教育机构之一皇家中学,不过他并未在那里完成学业,约十五岁时离校,未曾毕业。他觉得那里的课程过于刻板和狭窄,无法充分回应他自幼便燃烧着的好奇心与广泛兴趣。他着迷于自然科学,着迷于生物体的机制,着迷于声音、空气与振动的物理学,但学校对待这些学科的方式并不能令他满意。

真正令他满意的是与父亲并肩工作,观看并参与梅尔维尔·贝尔为研究人类言语而进行的实验和演示。少年时期的亚历山大便展现出模仿方面的早慧天赋,以及对声学现象的敏锐感知力。他能以不可思议的精准度复现各种声音和口音,并且自幼养成了这样的习惯:不仅倾听人们所说的内容,还关注他们说话方式的物理机制——嘴唇如何塑造元音,舌头如何为辅音定位,以及使每个人嗓音彼此不同的气流与停顿。

贝尔本人在晚年讲述的一则童年故事,既说明了他的个性,也反映了他家中的智识氛围。在与父亲参观一家面粉厂、观察麦壳如何与麦粒分离时,磨坊主给年幼的亚历山大派了个活儿,让他用手剥去小麦的外壳。这男孩觉得这个过程枯燥而低效,经过一番思索后,发明了一个使用鬃刷的小装置,能够更快地给小麦脱壳。当时他大概十二三岁,但这段经历揭示了那种将伴随他一生的、注重实践、善于解决问题的想象力——一种始终对“把事情做得比以往更好”的可能性保持警觉的想象力。

爱丁堡这座城市本身对贝尔的塑造,也超出了他的家庭和短暂的求学岁月。在这座城市里,科学与艺术被视为互补而非竞争的追求;一个对人类喉部机制感兴趣的人同时深深投入诗歌与音乐,是再自然不过的事。贝尔终生弹奏钢琴,且技艺颇为精湛;对他而言,音乐不只是一种乐趣,更是一种科学现象,是一个让振动、共鸣与音调数学变得可闻而优美的领域。音乐与声学之间的这种联系,在他最重要的实验工作的那些年里,始终是他科学想象力的核心。

家族与“可视语音”的教育

亚历山大·梅尔维尔·贝尔最为人铭记的智识成就,同时也是对他儿子最具直接塑造作用的成就,是创立了他称之为“可视语音”的体系。梅尔维尔·贝尔花费数年研究人类发声器官产生声音的方式,逐步发展出一套符号记号系统,试图为任何人类语言中的任何声音,标示出发出该声音所需的口、舌、唇的精确位置与运动。到1864年,他已将这一体系整理成一张连贯的图表,并于1867年出版了题为《可视语音:通用字母学的科学》的著作。

“可视语音”对聋人教育的意义,凡接触到它的人都能立即察觉。由于该体系表示的是发声的物理机制而非声音本身,因此一个从未听过口语词的人,原则上可以学会阅读“可视语音”符号,并再现相应的口部位置与运动,从而发出可辨识的言语。聋生在受过训练的教师指导下,可以把“可视语音”当作指南,通过模仿形态而非模仿声音来发声,在从未听过某些词被说出的情况下将它们念出来。

亚历山大·格雷厄姆·贝尔自幼便深深沉浸于父亲的“可视语音”体系之中。他不仅彻底掌握了这套体系,还成为其最有效的实际演示者之一。他父亲经常公开演示这一体系:亚历山大离开房间,梅尔维尔·贝尔则向听众征集各种语言的词或短语,用“可视语音”记号写下来,然后把亚历山大叫回来朗读这些记号,发出他从未学过的声音。这些演示无一例外地令观众惊叹,他们觉得一个年轻人能够通过阅读看似由解剖位置构成的字母表,来清晰地说出陌生语言的短语,这几乎是奇迹。

这种对“可视语音”的实践性沉浸,使贝尔对语音学——即言语声音的科学——有了异常精深的理解,这在他那一代研究者中几乎无人能及。他所理解的不只是声音如何产生的抽象理论,还有发声的具体肌肉机制:舌位的细微差别如何将一个元音变成另一个,声带的张力如何决定音高。这种具身化的、解剖学式的言语理解,后来在他关于声音电传输的实验工作中被证明具有直接的相关性。

在青年时期,贝尔还曾在伦敦与祖父——最初的那位亚历山大·贝尔——共度一段时光,其祖父作为演说术专家和正音教师已建立起卓越的声誉。贝尔与祖父相处的这段时期,以不同于爱丁堡成长经历的方式塑造了他:祖父让他接触到戏剧、公众演讲以及修辞与表演的实用艺术的世界,使他体会到清晰有效的言语在公共生活中的重要性,这与他在家中逐渐形成的更偏科学的理解相辅相成。

贝尔约十六岁时,在苏格兰北部埃尔金的一所男校韦斯顿学园谋得音乐与演说术助教兼学生的职位。他以授课换取食宿和一些报酬,同时继续自己的学业。站在满是年轻学生的教室前讲解言语机制的经历,印证并磨砺了他的教学天赋——他能把复杂的观念拆解为可理解的部分,并清晰而热忱地传达出来。他发现,教学是自己天生擅长并真心喜爱的事。

随后他进入爱丁堡大学,在那里攻读解剖学与生理学,同时继续保持对声学和言语科学的兴趣。他还曾在伦敦大学学院学习,师从著名语音学家亚历山大·约翰·埃利斯,后者向他介绍了德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹的工作。亥姆霍兹曾证明可以用音叉和共鸣器以电的方式合成元音,贝尔对这项工作深感振奋,尽管他最初误解了其中一些技术细节——而矛盾的是,这些误解后来被证明对他的实验颇有助益。他错误地认为亥姆霍兹曾以电的方式传送了真实的元音,而非在一个固定装置中合成它们,这一误解在他心中播下了一个念头:以电传送言语是一个可以实现的目标。

抵达北美

贝尔一家移民北美的决定源于悲剧。1867年,最小的儿子爱德华·查尔斯·贝尔死于肺结核,年仅十九岁。三年后的1870年,长子梅尔维尔·詹姆斯·贝尔也死于肺结核。三年之间两个儿子因同一种疾病相继离世,使梅尔维尔与伊丽莎·贝尔悲痛欲绝,并为仅存的儿子亚历山大的健康而惊恐不已,因为他自己也出现了令人担心感染同一疾病的症状。

梅尔维尔·贝尔曾收到前往北美讲学的邀请,并短暂到访过该大陆。他确信那里的气候——尤其是加拿大乡间的气候——比英国潮湿的空气更有益健康,或许能挽救亚历山大的性命。1870年夏天,一家人渡海而去,定居在安大略省布兰特福德,这是多伦多西南大河畔的一个小镇,他们在镇上方河畔崖地一处名为图特拉高地的地方安顿下来,住进了他们称作“梅尔维尔宅”的房子。

事实证明这次迁居大有裨益。加拿大的气候、更为宁静的生活节奏、户外的空气,也许还有仅仅是远离了与英国相关的压力和悲痛,都促成了亚历山大的康复。不到一年,他的健康状况大为好转,并开始重建自己的科学信心。布兰特福德成为他家庭数年的基地,并在他一生中始终意义重大。他后来谈起布兰特福德时称之为自己的家,而即便在他依法成为美国人很久之后,加拿大仍将他作为加拿大发明家来颂扬。

在布兰特福德,贝尔有时间思考,并发展出一些最终引向电话的想法。他在梅尔维尔宅的一间小书房里长时间地工作,试验各种声学装置,并反复推敲声音传输的原理。他制作简单的仪器来研究人耳的工作方式。他广泛阅读声学、物理学和电学理论的著作。而且他开始完善自己关于以电传送声音之可能性的思考——这个念头自从他接触亥姆霍兹的工作以来便一直在他心中酝酿。

1871年,梅尔维尔·贝尔受邀在马萨诸塞州波士顿向聋人教师演示他的“可视语音”体系,但他已有其他约定在身,便派儿子亚历山大代为前往。这项任务的委派,后来被证明是技术史上最具深远影响的决定之一。在波士顿,亚历山大·格雷厄姆·贝尔不仅为父亲的体系找到了听众,还找到了一座城市、一种教育环境和一个支持者群体,它们将滋养并最终成就他最伟大的发明。

在波士顿教授聋人

十九世纪七十年代初的波士顿是美国教育改革力量的中心,尤其是在聋人教育领域。克拉克聋人学校于1867年在马萨诸塞州北安普顿设立,由加德纳·格林·哈伯德等人领导,他们满怀热忱地相信:聋童能够而且应该被教会说话,而不是仅仅依赖手语。这种口语主义理念——即认为聋人应当通过发展口语能力融入听人世界,而非通过一种独立的手势语言与之隔离——在聋人群体内部极具争议,但在波士顿及其周边地区拥有强有力的拥护者。

1871年4月,贝尔来到由萨拉·富勒主持的波士顿聋哑学校演示“可视语音”时,立刻被认定为一位天赋异禀的教师。他讲解发声机制、把发声器官的复杂运动拆解为可学习的组成部分,并引导聋生发出可辨识言语的能力,令人惊叹。1872年,他又到北安普顿的克拉克学校演示“可视语音”,再次受到热烈欢迎。

1872年秋,贝尔在波士顿永久定居下来,开办了自己的发声生理学与演说术私立学校。他还接受了波士顿大学演讲学院发声生理学与演说术教授的职位。这一任命赋予他学术地位、薪水以及使用大学资源的机会,而他的私立学校则让他与聋生直接接触,而聋生的教育正是他许多科学工作背后的驱动目的。

贝尔教授聋生的方法,由他对“可视语音”的深入理解,以及他对失聪者深切的同理心所塑造。他耐心、富于想象力,对学生的真挚投入超出了职业义务。他的许多学生及其家人成为他的朋友和支持者。在寻求贝尔教学服务的家庭中,就有克拉克学校创办人之一加德纳·格林·哈伯德一家,他的女儿梅布尔在五岁时因猩红热失去听力。而贝尔实验工作的资助者之一是托马斯·桑德斯,他失聪的儿子乔治是贝尔的私人学生。

贝尔、哈伯德与桑德斯之间形成的安排既是私人的,也是专业的。他们组成了所谓的“贝尔专利协会”,这是一项非正式协议,据此哈伯德和桑德斯为贝尔的实验工作提供资金,以换取由此产生的任何专利的份额。贝尔则继续教书,同时把业余时间和晚上投入实验。对于贝尔这样科学气质上缺乏耐性的人来说,这一安排有时令人沮丧,但它最终提供了使电话成为可能的物质支持。

贝尔在波士顿与聋生的工作,强化并深化了他关于声音及其传输的思考。教聋生说话意味着教他们感受振动,把声音理解为一种既可通过听觉也可通过触觉感知的物理现象,认识到言语不是一种神奇的能力,而是一种可以学习和练习的机械过程。这种把言语视为一种物理的、机械的、原则上可以被机器表示和再现的过程的理解,正是电话赖以建立的概念基础。

发明电话的竞赛

发明的历史很少像我们讲述它的故事那样简单。以电传送人声的想法并非贝尔独有。十九世纪七十年代初,欧洲和美洲的若干研究者都在同一概念领域工作,探索声音的电学性质以及利用电流远距离传送言语信号的可能性。从最终决定性的专利竞赛角度看,其中最重要的一位是伊莱沙·格雷,这位出生于俄亥俄的发明家兼电气工程师,后来成为贝尔在电话发明优先权上最严峻的对手。

贝尔自己通向电话之路,经由他在所谓“谐波电报”上的工作。这种装置通过为每条消息分配不同的音高,使多条电报消息能够同时在一根导线上传送。其原理基于这样的想法:以特定频率振动的音叉会在电路中感应出以同一频率振荡的电流,而导线另一端调谐到该频率的接收器将选择性地响应该信号,同时忽略其他频率的信号。如果这能够可靠地实现,现有电报线路的容量将成倍增长,这在商业上极具吸引力。

正是在波士顿实验室研究这种谐波电报时,在托马斯·奥古斯塔斯·沃森不可或缺的协助下,贝尔实现了通向电话的概念飞跃。沃森是一位技艺娴熟的机械师,1874年贝尔初次遇见他时,他正在一家电气仪器作坊工作。他为这一合作带来了电气与机械制造方面的实践知识,与贝尔的理论和声学专长完美互补,两人发展出一种高效而富有成果的工作关系,将发明的想象力与精湛的工艺结合在一起。

贝尔在后来讲述电话诞生经过时所描述的那一灵光乍现,源自他多年与聋生以及“可视语音”打交道所积累的理解:人类言语由许多不同频率同时振动所构成的复杂模式组成,而不只是单一频率。一个乐音相对简单,是一个主导频率加上泛音;但言语是一种不断变化的频率混合体,每秒钟要重塑自身许多次。谐波电报通过把不同频率分配给不同信号来工作,这给了贝尔关键的洞见:如果不是以分离的频率发送离散信号,而是能够在电路中感应出一种连续变化的电流,使之模仿人声复杂的振动模式,并且这种电流在接收端能被重新转换为声音振动,那么人声本身就可以被传送。

贝尔在1875年3月写给父亲的一封信中阐述了这一构想,描述了他所谓的“波动电流”,即一种连续变化的电流,它将映照言语中声波连续变化的模式。这是电话的概念核心,它不同于格雷等人同样在追求的谐波电报路径。

证明这一原理可行的实验突破发生在1875年6月2日。贝尔和沃森正在波士顿埃克塞特广场的实验室里测试谐波电报的设备,这时沃森发射器上的一根簧片卡住了。当沃森拨动卡住的簧片以使其松脱时,在另一个房间守着接收器倾听的贝尔,听到的不仅是预期中的定调音,还有他辨认出的被拨动簧片的泛音和复杂声学特征——一种比谐波电报设计传送的简单音调更丰富、更复杂的声音。波动电流携带了某种更接近声音自然复杂性的东西,而贝尔立刻明白了他所听到的意义。他冲进沃森工作的房间,激动地描述自己探测到的现象,意识到这次偶然事件证实了他数月来一直在理论化的一条原理。

1875年6月这次突破之后的数月,充满了狂热的