中外科学家发明家丛书:西门子-第3章
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作过程。在一位灵巧的钟表匠莱昂哈特的协助下，他制造了一台样机，并取
得了令人满意的印刷效果，印刷速度大大提高。
这时，威廉寄来一封信，将他在英国的一些见闻和发现告诉西门子。这
本是他们兄弟间常有的事，但信中讲到的一台名叫斯特林热气机的机器，引
起了西门子的极大兴趣。这台机器不是用蒸汽而是用加热的空气作为动力，
并且它能把工作时没有耗尽的热量储存起来下次工作时再使用。当时，科学
家们还未得出所有的自然力都具有一种因果联系的结论，也就是说还没有发
现和公布能量守恒与转化定律，因此，西门子认为斯特林热气机的工作原理
属于未知的广阔领域，并感觉到它有可能成为改革整个机械工程技术的基
础。为此，西门子进行了深入的理论研究，写了一篇题为 《关于热空气作为
动力的应用》的论文，发表在1845年的一份科学杂志上。这是西门子发表的
第一篇科学论著，他在文中阐述了这种空气发动机的原理，并且提供了一张
他认为可行的设计草图。需要特别指出的是，西门子的理论已经完全建立在
能量守恒定律的基础上，对机器中的热循环和热当量原理也作了清楚的相应
的说明，而这些定律和原理是科学家们后来才揭示出来的。
在柏林，西门子和他过去的老师保持着密切的联系，并经常参加物理学
家们的社交活动，由此结交了一批科学家朋友，他也因一系列有价值的发明
和理论研究而得到了应有的尊重。1845年，西门子和一批青年物理学家一
起，发起成立了物理家协会。这个协会汇集了当时德国的许多优秀的青年自
然科学家，这些人后来几乎都成为卓有成就的科学巨匠，如杜布瓦·雷蒙、
赫尔姆霍茨、克劳修斯、布吕克等，他们都在自己的研究领域内取得了辉煌
的成就。协会经常举行学术演讲，交流学术成果，逐步成为一个影响巨大的
学术团体。著名的能量守恒和转化定律就是赫尔姆霍茨首先在物理家协会的
演讲中发表的。
前面已经说过，在当时的普鲁士，自然科学与工程技术科学之间存在着
一条不可逾越的鸿沟，但西门子却成功地活动于工程技术和科学研究两个领
域中；在他的科学实践中，这条鸿沟似乎已不存在了。
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五、军人与发明家 （三）
在柏林，西门子对电气试验的兴趣逐渐增加，并最终取得了辉煌的成就。
这种兴趣最初缘于他对精确测量弹头速度的研究。
当时，普鲁士炮兵测试委员会委托钟表机械师莱昂哈特制造了一只特殊
的钟，用以测量弹头的速度。这只钟的指针和内部机构如果用电磁联结起来，
指针就会以极大的速度旋转，炮兵测试委员会希望能通过指针的结合与分离
来测得弹头的速度。但是在实际测试时却遇到了种种困难，即使作了多方努
力和改进，仍然无法确定弹头的速度。西门子对这一问题进行了长时间的研
究，想到了用电火花来测量的新方法。他把自己的想法写成了一篇题为《关
于应用电火花测量速度》的论文，发表在《波根多夫年鉴》上。文章指出，
在一个匀速旋转的抛光钢质圆筒边，放置一个与之距离适当的通电的尖针，
弹头通过时会引发尖针放出电火花，从而在圆筒上留下清楚的标志；根据相
互间的距离和电火花产生的标志以及已知的钢筒旋转速度便可以计算出弹头
的飞行速度。西门子的方法确实解决了这个问题，并且在以后的很长一段时
间内，电火花测速法都被用来测量快速运动物体的速度。
西门子还参与了莱昂哈特改进有线电报装置的工作，这使他对电气试验
的兴趣到达了顶点。有线电报是19世纪30年代出现的具有划时代意义的通
讯工具，人类从此逐渐摆脱了对驿车、信使或信鸽传递信息的古老方式的依
赖，开始通过架设的电报线进行异地间的瞬间联络，这是第二次技术革命的
重要成果之一。但在电报机刚出现时，还是一个急待改进的产品。当时德国
有一种威斯顿指针式发报机，普鲁士军队总参谋部想把它用于军事联络，但
在试验时电报机却没能表现出应有的作用，甚至在室内试验都没能取得成
功。于是，莱昂哈特受普鲁士电信委员会的委托来解决这一问题，西门子也
参加了这项工作。
1846年，西门子见到威斯顿发报机，在观察试验过程时，他很快便找到
了失败的原因。威斯顿发报机是一种手动机器，其工作原理是：用手匀速地
转动一个曲柄，产生持久的达到足够强度的电流脉冲，从而推动电报接收机
指针机构的不断运动。但是由于人手很难保持长久的匀速运动，因此也就很
难产生持久的高强度电流脉冲，再加上电缆的绝缘性能不好，会使电流损失，
因而达不到足够的强度，因此失败也就在所难免了。莱昂哈特发挥他钟表机
械师的特长，设计了一种类似钟表的结构，使其能够按照完全规则的时间间
隔产生出电流脉冲，这就解决了人手不能保持匀速的问题，因此是一大改进。
但是作为工程技术学家的西门子清楚，莱昂哈特的改进只是在机械运动方
面，但电流在导线中损失时产生的不利影响并没有得到消除，这或许是钟表
机械师所无能为力的。西门子想出了一个解决上述问题的在当时来说最可靠
的办法，即将指针式电报机制成自动的机件，使电流自动地切断与产生。他
认为，如果将两个或更多的这种电气设备联结在一个循环电路中，那么只有
在所有联结起来的电气设备都完成工作而且因此电流切断时，才会出现新的
电流脉冲。这就是西门子所发明的电流自动断续技术，这一技术至今仍被广
泛利用，如自动闹钟、自动门铃及频闪彩灯、霓虹灯等都是采用这一技术制
造的。
依靠电流自动断续技术，西门子在威斯顿指针电报机的基础上设计了一
种新的可控断续手动发报机，并把生产样机的工作托付给了一位名叫哈尔斯
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克的青年机械师。哈尔斯克是西门子在物理学会中结识的一位朋友，他当时
在柏林经营一家小机器工厂。他既具有出众的组织才能，同时在工程技术方
面也颇具造诣，但最初见到西门子的设计时，他却没能马上明白其中的奥妙，
甚至怀疑这一机器能否运转。为了鼓起他的信心，西门子用烟盒、锡片、若
干铁块及一些铜线制造了几架能自动操作的电报机，结果它们的运转和停止
都十分可靠。这一试验让哈尔斯克极为振奋，既然用简陋材料生产的设备性
能都很好，那通过精密手段生产的机器更会不同凡响，因此他以极大的热忱
生产了最初的几部电报机。当时在德国，研究电报机的科技人员很多，电报
机的质量也良莠不齐、各有特色。在一次竞赛会上，西门子设计的这种可控
断续手动发报机被公认为在普鲁士将来的国家电报网中最适用。
对电报机改进与研制的初步成功，使西门子坚定了继续研究下去的决
心。作为一个眼光敏锐的科技工作者，他清楚地认识到了电报机的重要意义
及发展前景，因此，决定把电报事业作为毕生的职业。西门子坚信，这一选
择不仅可以使他的事业走向成功，而且可以通过它获得金钱以便履行对弟弟
妹妹的抚养义务。
西门子开始为自己的选择而专心致志地工作。他写了一篇研究当时电报
发展状况及预期的改良的论文，寄给了军队总参谋部下属的光学电报机构的
首长，结果受到了高度重视。他被调到了总参谋部下属的电信委员会工作，
全力从事电气电报的研制工作。不久，他便以卓有成效的工作实绩成为该委
员会的主导人物。
当时的电报还处在有线阶段，接发报双方的电报机通过架设的电线相连
接。因此，当时的人们都认为，架设在电线杆上的可以轻易触及的电报线的
安全性是需要解决的头等问题，因为它很容易被人破坏。解决的最好办法是
将电报线安装在地下；但当时的电线都是裸线，没有绝缘包装，不能直接与
地接触，所以生产绝缘电线成了众多科学家研究的课题。当时，欧美的许多
科学家都从不同的角度进行研制和实验，最著名的要数雅可比在俄国用树
脂、玻璃管和橡胶作为绝缘材料生产的电线，但效果都不是太好，尤其是不
能持久。因此，寻找一种充分耐久的绝缘材料成了科学家们梦寐以求的事。
真是天助人愿。1846年下半年，威廉从伦敦给西门子寄来一种在英国市
场上新出的被称为马来树胶的东西，威廉认为这种东西很罕见，特地寄给长
兄“开开眼界”。马来树胶在加热时可以随意变形，变冷以后，可以充当良
好的绝缘材料。西门子被它的这一特性激发出了灵感。他用加热的树胶把铜
线包裹起来，等树胶冷却以后，他发现它有良好的绝缘性能，且铜线仍可弯
曲。西门子欣喜异常，马上建议电信委员会做大规模的绝缘电线的试验。
最初的试验并不理想。电信委员会生产的绝缘导线是用滚筒将马来树胶
碾压在铜线上，但试验结果显示，用这种方法生产的导线的接缝过一段时间
就会开裂。于是，西门子设计了一种螺旋压铸机，把铜线穿过加热的马来树
胶，施以高压，这样包裹在铜线上的马来树胶便没有接缝了。哈尔斯克按照
西门子的设计制作了一台螺旋压铸机的样机，由这台机器生产的绝缘导线不
仅有良好的绝缘性能，而且它的绝缘性能长期不变。1847年夏天，电信委员
会用螺旋压铸机生产的导线铺设了一条较长的地下电报线进行试验，取得了
令人满意的效果。就这样，困扰人们的地下线路的绝缘问题便被西门子顺利
解决了，这是人类电气通讯史上的一次革命。事实上，这种绝缘导线不仅可
以用作陆地上的地下线路，而且可以作为海底电缆使用。普鲁士电信委员会
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作出决定，计划把西门子研制发明的电报机和绝缘电线作为普鲁士最初建造
的电报网络的技术基础。
在电报事业上的一系列重大贡献，使西门子名声鹊起。普鲁士王室把他
接去为王室成员作了一次关于电报的讲演，皇帝、皇后及王储等都亲自聆听。
这表明，柏林的上层社会已对西门子的工作和电报的前景表现出了极大的兴
趣。在演讲中，西门子提出，电报的作用不应当只局限于军队和军事上，如
果让民众也使用电报，那么电报在未来将有更重要的意义。
发展民用电报事业的构想，引起了上层社会的赞赏，但在军队中遭到抵
制。西门子认定这是一个大有前途的事业，为了在这前景广阔的事业中捷足
先登，他决定建立自己的公司。于是，他劝哈尔斯克将原来从事的业务转交
别人，两人建立一个新的企业，生产电报设备，他在退役后也加入该企业工
作。哈尔斯克对西门子的建议完全赞同。接下来的事情便是借资金、租厂房，
在不声不响中，西门子—哈尔斯克公司于1847年10月12日开张营业了。最
初，该公司只有3名工人，生产西门子设计的已获普鲁士专利的电报机及信
号装置和医用电感应器等。
西门子一方面关心着西门子—哈尔斯克公司的技术进步，一方面积极推
动电信委员会事业的发展。他发明的电报机和绝缘电线在实际应用中受到了
高度赞扬。在他的提议下，电信委员会准备铺设更多更长的电报线。
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六、军人与发明家 （四）
在西门子专心致志地研究电报机械及器材的时候，欧洲大陆上正酝酿着
一场轰轰烈烈的政治运动。
1848年，法国爆发了“二月革命”，推翻了奥尔良王朝，建立了共和国。
法国的革命风暴很快蔓延到德国，在柏林等地也出现了政治运动。普鲁士的
政治运动以国王的让步而平息下来，但柏林的整个政府机构却陷入了短时的
瘫痪。西门子因电信委员会停止了工作也进入了无所事事的状态。
与此同时，丹麦统治下的德意志公国石勒苏益格—荷尔斯太因地区的德
国人发动了反对丹麦统治的起义，并取得了成功。为了重新占领这一地区，
丹麦准备派遣海军炮轰起义中心城市基尔港。尖锐的民族矛盾使德意志人民
团结了起来，决心共同抵御外族的入侵。这时，西门子的姐姐玛蒂尔德正和
姐夫一起住在基尔市，西门子认为自己更有责任为保卫基尔而战。
作为工程技术学家和发明家的西门子自然不会只想着拼死保卫基尔，他
已为遏制敌人想出了一种新式武器——水雷。他认为，利用马来树胶制成的
绝缘导线，可以在岸上用电流在准确的时刻起爆水雷，从而摧毁敌舰，保卫
海港。他把自己的设计方案转交给基尔的临时政府，结果很快便被采纳。当
普鲁士对丹麦宣战后，西门子作为普鲁士军人第一个来到了基尔。他指挥当
地人用涂了沥青的密封酒桶装满炸药，然后安装上起爆装置，用锚将其固定
在通往港口的水道上，悬浮在水面下20英尺深的海水中。起爆线则控制在岸
上的两处隐蔽的地方。为了占领有利地形，西门子又组织民团和农民义勇军
攻占了丹麦人把守的一处要塞，并将一个用酒桶改装的水雷当作地雷埋在要
塞门口，以防敌军登陆进攻。
但是，基尔保卫战并未打起来。要塞门口的地雷被偶然引爆，其威力之
大几乎将整个要塞的建筑全部摧毁。丹麦人一看德国人的武器如此厉害，便
没敢发动进攻。最后，两国以谈判的形式解决了这一争端。西门子发明的水
雷只起了一种威慑作用，但在以后的海战中，水雷却成为常用的武器。
西门子因保卫基尔有功曾受到嘉奖，并曾被委任为要塞司令。但这项工
作显然不是他的兴趣所在，不久，他又返回了柏林，出任商业部下属的普鲁
士国家电报局技术主任，继续研究电报技术。
西门子面临的第一项重要任务，就是铺设从柏林到法兰克福的电报线
路。这条线路本来是西门子向过去的电信委员会提出的，但由于革命风暴及
战争的影响没有付诸实践，现在由于德国国民议会要在法兰克福召开，因此
这条线路就显得非常急迫了。这条线路完全采用地下铺设，并且是一条不仅
在德国、而且在当时的欧洲都是最长的线路，因此铺设过程中的困难是可想
而知的。但西门子以罕见的才能解决了许多难题，如寻找和排除漏电、电报
机与电线电阻不同，大气层中的电干扰、导线中的静电充�
