Úvod
Alexander Graham Bell, který patří k nejslavnějším vynálezcům v dějinách vědy, je navždy spojován s telefonem. Věděli jste však, že telefon nebyl ani jeho první, ani poslední inovací?
Jeho fotofon a grafofon byly stejně významné pro vývoj komunikačních technologií pro přenos hlasu. Ale kdo vlastně byl Alexander Graham Bell? Jak se rozvíjely jeho schopnosti a vášeň pro vynálezy?
Říkejte mi Alexander Graham Bell
6. března 1847 přinesly noviny Scotsman obyvatelům Edinburghu zprávu o narození Alexandra Bella, syna Elizy a Alexandra Melvilla Bellových. Shodou okolností noviny také oznamovaly blížící se příchod telegrafní linky, která měla urychlit komunikaci mezi Londýnem a Edinburghem. Alexander Bell, který pocházel z dlouhé linie Alexandrů (na toto jméno reagoval jeho otec i dědeček), byl známý jako „Aleck“. Když bylo Aleckovi Bellovi deset let, přišel do jeho domácnosti mladý podnájemník jménem Alexander Graham. Tento mladík byl žákem Alexandra Melvilla a vzbudil Aleckův respekt a obdiv. Zarmoucen tím, že oba jeho bratři měli dvě křestní jména, zatímco on měl jen jedno, a uctívaje mladého podnájemníka své domácnosti, požádal Aleck o nové jméno k jeho jedenáctým narozeninám. Jeho otec této žádosti vyhověl a 6. března 1858 pozvedl sklenku, aby oslavenci připil, a nově ho pokřtil Alexander Graham Bell.
Povolání do služby
V roce 1858 koupili Alexander Melville (zvaný Melville) a Eliza Bellová příjemně rustikální dvoupatrový štukový dům v Trinity, který se nacházel v okolí Edinburghu. K jejich sousedům v Trinity patřila čilá rodina Herdmanových, která provozovala nedaleký mlýn na mouku. Z tohoto i dalších období Aleckova života se dochovala řada fotografií, a to díky Melvillově nakažlivé fascinaci fotografováním. Fotografie a popisy ukazují, že Aleck byl v raném mládí vysoký, tmavý a pohledný, s příznačným zvykem přehazovat si dlouhé kadeře dozadu přes ramena.
Výrazný mladík byl poprvé vybídnut k vynalézání ve svých jedenácti nebo dvanácti letech, kdy hlučné chování Bena Herdmana a Bena Herdmana přimělo Benova otce, aby se chlapců podrážděně zeptal: „Proč neděláte něco užitečného?“ „Ne,“ odpověděli mu. Aleck byl tímto nápadem zaujat a zeptal se Johna Herdmana, jak by mohl být užitečný. Ten mu odpověděl, že potřebuje pomoci s oddělováním pšeničných slupek. Na to Aleck zkombinoval stroj podobný větrnému mlýnu, který se skládal z rotačních lopatek, s kartáčem na hřebíky a vytvořil tak stroj na loupání, který byl uveden do provozu a po řadu let soustavně používán. O mnoho let později napsal Alexander Graham Bell o svém mládí v moučném mlýně: „
Vše v rodině
Dědeček Alexandra Grahama, Alexander Bell*, měl zálibu ve hře. Nikdy se sice neprosadil jako slavný herec, ale malé role, které si zajistil v edinburských divadlech, ho naučily ovládat dýchání a promítat hlas. Díky svému působivému vystupování na jevišti a zvučnému hlasu se rozhodl začít pracovat jako učitel řečnictví. Rozpad manželství s Elizabeth Bellovou přivedl Alexandra Bella se dvěma syny do Londýna. Melville a David šli v otcových stopách, pomáhali mu v jeho pokusech o výuku řečnictví a sami se mu věnovali. Studium řečnictví přivedlo Melvilla zpět do Edinburghu, kde se seznámil s Elizou Gray Symondsovou. Elizina hluchota vzbudila jeho sympatie a její veselé chování si brzy získalo jeho obdiv. Eliza byla malířkou miniatur a zdatnou klavíristkou a necelý rok po seznámení se s Melvillem vzali.
Eliza učila své tři syny, Melvilla („Melly“), Alexandra Grahama („Aleck“) a Edwarda („Ted“), konvenčním předmětům – čtení a počítání, stejně jako kreslení, malování a hře na klavír. Chlapci s ní komunikovali pomocí anglické dvouruční znakové řeči a mluvili do její neohrabané trubky. Aleck jako jediný vymyslel metodu, jak s matkou úspěšně komunikovat: naklonil se těsně k jejímu čelu a mluvil tichým, dobře modulovaným hlasem. Po celý život Aleck a Melly často spolupracovali na vědeckých vynálezech. Ted se bohužel vědeckých experimentů svých bratrů neúčastnil; v osmnácti letech zemřel na tuberkulózu.
*Zajímavost: V roce 1847 napsal Alexander Bell divadelní hru s názvem Nevěsta, v níž oslavoval hodnotu dobrých mravů. Hra prošla rukama jeho syna Davida a dostala se k Davidovu synovi Chichesterovi a nakonec k Chichesterovu nejbližšímu příteli Georgi Bernardu Shawovi. Bellova hra byla inspirací pro Shawův úspěšný Pygmalion, který později Rogers a Hammerstein adaptovali do oblíbeného muzikálu My Fair Lady. V předmluvě k Shawově hře jsou Bellově rodině připisovány zásluhy a dějištěm laboratoře profesora Higginse je právě ulice, kde Alexander Bell působil jako instruktor řečnictví.
Mluvící stroj
Pod vlivem svého otce se Aleck začal zabývat řečnickým uměním. Zatímco on a jeho bratr dokončovali svá studia, vyzval je otec, aby vyvinuli vlastní vylepšenou verzi mluvícího stroje. Nejstarší verze mluvícího stroje pochází z osmnáctého století a ve dvacátých letech 19. století vytvořil Charles Wheatstone jeho modernější verzi. Alexandru Grahamovi a jeho bratru Mellymu pomohly při plnění otcovy výzvy znalosti o lidském řečovém vzoru, hlasivkách a bránici a chlapci se pomocí učebnic učili o anatomii a řeči. Nakonec skutečně přišli s funkčním řečovým strojem a cestou získali neocenitelné znalosti o řečových orgánech a fyziologii lidského hlasu. Tyto znalosti pomohly Alexandrovi při pozdějším vývoji telefonu.
Ignorance is Bliss
Hermann von Helmholtz, jehož vynálezy přispěly k vědecké renesanci 19. století, vyvinul stroj, který generoval samohlásky. Alexander Graham Bell zkoumal tento přístroj, který ke generování zvuků využíval regulaci vibrací ladičky. Bell sice věděl hodně o samohláskách, ale o elektřině nevěděl téměř nic. Tento nedostatek znalostí způsobil, že se mylně domníval, že Helmholtzův přístroj samohlásky skutečně přenáší, zatímco ve skutečnosti je pouze vytvářel. Jakkoli byla tato vzrušující myšlenka mylná, přiměla Bella k teoretické úvaze, že pokud lze samohlásky přenášet po elektrických drátech, lze přenášet i souhlásky a zvuky obecně. Bellův zájem o rozvoj tohoto vynálezu nakonec přispěl k jeho odhodlání zkonstruovat telefon.
Best of Philly
Před zdokonalením telefonu Alexander Graham Bell vynalezl a předvedl harmonický telegraf na výstavě Centennial Exposition v roce 1876, která se konala ve Fairmount Parku ve Filadelfii. Této výstavy se zúčastnil Dom Pedro II, tehdejší brazilský císař. Na této výstavě představil svůj vynález také Bellův hlavní rival Elisha Gray. Bellův přístroj byl posledním, který si císař a další významní porotci prohlédli. Bell připravil svůj vynález ve východní galerii a zaujal pozici na jednom konci místnosti, zatímco císař se skláněl nad přijímačem umístěným na opačném konci. Bell zazpíval do přijímače a pak začal recitovat známý Hamletův monolog „Být, či nebýt“. „Aye, there’s the rub,“ řekl do jednoho sluchátka, zatímco Císař vzrušeně opakoval Shakespearovy verše, které slyšel na druhé straně místnosti.
A Labor of Love
Otec Alexandra Grahama, Melville Bell, vytvořil fonetický systém nazvaný Visible Speech, čímž dosáhl uspořádání, které redukovalo každý zvuk na vizuální reprezentaci. Pro znázornění jazyka použil tvar podkovy a s tímto obrazem manipuloval tak, aby znázorňoval různé pohyby úst, a tím i různé zvuky. Alexander Graham odcestoval do Bostonu, aby propagoval otcův systém Visible Speech, kde se setkal s Gardinerem Greenem Hubbardem. Jedna z Hubbardových dcer, Mabel, ztratila po těžkém záchvatu spály sluch, ale s pomocí vychovatelky a guvernantky Mary Trueové se její řeč rozvinula. Mary Trueová a Alexander Graham Bell se seznámili v kruhu bostonských elokventů a v šestnácti letech Mary Trueová představila svou mladou žačku Alexandru Grahamovi.
Dopisy Mabel matce odhalují rodící se vztah mezi ní a „panem Bellem“. Mabel uvádí, že jí Alexander řekl, že má přirozeně sladký hlas, a že chodila pěšky v prudkém dešti, aby se k němu dostala na hodiny: „Nechtěla jsem přijít o lekci, když každá stojí tolik peněz.“ Když se v roce 1873 seznámili, bylo Mabel pouhých 15 let a v roce 1877 se vzali. Svatba byla skromnou rodinnou záležitostí a konala se za teplého červencového večera v Hubbardově sídle. Pár si řekl „ano“ právě v místnosti, kde se Alexander Graham poprvé seznámil s Mabel. V červenci 1877 byla také založena Bellova telefonní společnost, která vznikla jako dobrovolnické sdružení bez právní subjektivity. Navzdory svým podnikatelským záměrům a vědeckým objevům si Bell našel čas na další práci s neslyšícími. Zejména navázal kontakt s Annie Sullivanovou a byl jedním z učitelů, kteří pracovali s Helen Kellerovou. V roce 1918 Helen Bellovi napsala: „Vždy jsi projevoval otcovskou radost z mých úspěchů a otcovskou něhu, když se nedařilo.“
Keeping to Himself
Dokumenty odhalují písemnou diskusi mezi tajemníkem Franklinova institutu a Alexandrem Grahamem Bellem, v níž tajemník žádá o název poznámky, kterou Bell pronese po obdržení své medaile Elliota Cressona. Bell v odpovědi poněkud kousavým tónem žádá, zda by se od takových poznámek mohlo upustit v zájmu toho, aby si mohl užívat. Ačkoli je Bell pohledný muž, který se nebojí očí veřejnosti, byl vždy samotářským tvorem a s přibývajícím věkem se jím stával stále více. Při práci na vynálezech ho práce zcela pohltila a byl také skutečnou noční sovou. Jeho myšlenky byly nejjasnější v časných ranních hodinách a často se vydával na osamělé noční toulky. Měl také ve zvyku hrát na klavír dlouho do noci, i když tato jeho zvláštnost ostatní členy domácnosti rušila.
Chirurgická ocel
Dne 2. července 1881 byl prezident James A. Garfield při procházce washingtonským nádražím střelen do zad. Bývalému generálovi z občanské války bylo tehdy devětačtyřicet let, byl ve výborné fyzické kondici a zranění způsobené kulkou skutečně utrpěl. K prezidentovu lůžku byl přivolán Alexander Graham Bell, známý svými experimenty s detektory kovů, které prováděl v Anglii. Kovová sonda, na jejímž zdokonalení s týmem asistentů horečně pracoval, však nebyla úspěšná při hledání kulky zaseknuté v prezidentových zádech a Garfield zemřel několik týdnů po útoku na infekci. Bell, rozrušený prezidentovou předčasnou smrtí, neúnavně pracoval na vytvoření účinné chirurgické sondy a v říjnu 1881 přišel s úspěšným modelem. Svůj vynález pojmenoval telefonní sonda a univerzita v Heidelbergu udělila Bellovi za jeho přínos chirurgii čestný doktorát medicíny. Telefonní sonda byla později připsána Dr. Johnu H. Girdnerovi, který byl přítomen Bellově první demonstraci sondy a později publikoval článek, v němž si připsal veškeré zásluhy za tento vynález.
Snadnější dýchání
Možná nejslavnějším Bellovým vynálezem po skončení telefonování byl takzvaný vakuový plášť. Tento takzvaný vakuový plášť se stal všeobecně známým jako železné plíce, zařízení, které prodloužilo život obětem dětské obrny během epidemie obrny, která řádila na konci 40. let 20. století. Aleck začal na tomto přístroji pracovat po smrti svého syna Edwarda; chlapec zemřel v kojeneckém věku kvůli dýchacím potížím. Železné plíce byly vzduchotěsné železné válce, které těsně obepínaly trup. Jakmile byl pacient do válce připoután, sací čerpadlo vhánělo vzduch dovnitř a ven ze „železných plic“, čímž stimulovalo pacientovy vlastní plíce k činnosti.
Dobré vibrace
7. března 1876 vydal Patentový úřad Spojených států amerických Alexandru Grahamu Bellovi patent č. 174 465. Tento patent s názvem „Vylepšení telegrafie“ začal být označován za nejcennější patent, který byl kdy vydán. V roce 1912 ocenil Franklinův institut Bellův úspěch při dosažení elektrického přenosu artikulované řeči medailí Elliota Cressona.
Bellův telefon dokázal elektricky přenášet artikulovanou řeč díky spolupráci tří hlavních částí: vlnového proudu, elektromagnetu a armatury. Ve svém patentu Bell vysvětluje, že elektrické vlnění vzniká „postupnými změnami intenzity přesně analogickými ke změnám hustoty vzduchu vyvolaným jednoduchými kyvadlovými vibracemi.“
Bell vysvětluje způsob, jakým jsou magnety schopny vytvářet vlnový proud, a popisuje interakci mezi permanentním magnetem a elektromagnetem. Permanentní magnet je kus magnetického materiálu, který si zachovává svůj magnetismus i po vyjmutí z magnetického pole, zatímco elektromagnet je definován jako magnet sestávající v podstatě z cívky izolovaného drátu ovinutého kolem měkkého železného jádra, které se zmagnetuje pouze tehdy, když drátem protéká proud. Když se permanentní magnet přiblíží k pólu elektromagnetu, indukuje permanentní magnet v cívkách elektromagnetu elektrický proud. Když se permanentní magnet vzdaluje, způsobí tato činnost, že se ve vodiči objeví nový proud opačné polarity. Pokud přimějete tento permanentní magnet, aby vibroval před elektromagnetem, indukuje v cívkách elektromagnetu zvlněný elektrický proud. To, jak rychle se tyto vlnovky opakují, odpovídá rychlosti kmitání magnetu. Jejich polarita odpovídá směru pohybu permanentního magnetu a jejich intenzita odpovídá amplitudě vibrací magnetu.
Vlnění je způsobeno vibracemi nebo pohybem těles schopných vyvolat působení. V případě telefonu je hlas schopným tělesem, které vyvolává vlnění. Bell znázorňuje telefonní obvod na výkresu přiloženém k jeho patentu, který ukazuje obvod, kde je jedna armatura napříč od druhé. Každá armatura je na jednom konci volně připojena k elektromagnetu a na druhém ke středu napnuté membrány. Ke sbíhání zvukových vibrací na membráně se používá kužel. Když je do kuželu vyslán zvuk, tento pohyb uvede membránu do vibrací a vibrace membrány zase způsobí, že se na pohybu podílí armatura. Pohyb kotvy pak vytváří elektrické vlnění v obvodu. Při grafickém znázornění mají tyto vibrace podobnou podobu jako počáteční vibrace způsobené zvukem, který byl vydán do kuželu. Z kuželu připojeného k opačnému konci obvodu tak vychází zvuk podobný zvuku vydávanému do kužele.
Foto- a grafofon
Fotofon
V roce 1880 udělila francouzská vláda Alexandru Grahamovi Voltovu cenu ve výši 50 000 franků (v tehdejší hodnotě zhruba 10 000 USD) jako uznání za jeho vynález telefonu. Bell tyto peníze dobře využil a založil ve Washingtonu Voltovu laboratoř. Na tomto pracovišti vznikly dva významné vynálezy: fotofon a grafomotor. Fotofon umožňoval přenos zvuku světelným paprskem, což byl předchůdce dnešní optiky, a Bell toto zařízení považoval za svůj nejdůležitější vynález. Pomocí fotofonu přenesl 3. června 1880 první bezdrátovou telefonní zprávu.
Bellův fotofon využíval vlastnosti krystalu selenu, díky níž byla jeho elektrická vodivost závislá na intenzitě jeho osvětlení. Vysílací světelný paprsek byl vytvořen ze slunečního světla soustavou zrcadla, čočky a článku pro odstranění tepelného záření. Světelné paprsky svítily na zrcadlo citlivé na pohyb, které zachycovalo a reagovalo na zvukové vibrace. Pohyb zrcadla vytvářel zkreslení světelného paprsku, který odrážel směrem k parabolickému zrcadlu, a toto zrcadlo zaměřovalo zkreslené světlo na selenový detektor ve svém středu. Detektor reagoval vytvořením odpovídajícího přerušovaného elektrického signálu. Tyto signály byly vysílány do magnetu telefonu a ve sluchátku byly zpětně převedeny na zvuk obvyklým způsobem prostřednictvím elektromagnetu spojeného s membránou.
Dosah Bellova fotofonu nikdy nepřesáhl několik set metrů a zařízení také nedokázalo ochránit přenosy před vnějšími rušivými vlivy, například mraky. Tyto vnější interference narušovaly přenos tím, že blokovaly světelné paprsky nezbytné pro přenos. Principy fotofonu využil Guglielmo Marconi, když úspěšně vyvinul bezdrátovou telegrafii.
Grafofon
Grafofon, původně známý jako fonograf, byl vyvinut v zájmu záznamu a reprodukce zvuku. To se poprvé podařilo Thomasi Edisonovi v roce 1877 a v roce 1879 začali Alexander Graham Bell a jeho učeň Charles Sumner Tainter Edisonův vynález vylepšovat. Bell se o fonograf poprvé zajímal jako o potenciální pomůcku pro výuku neslyšících. Zjistil však, že cínové desky, které Edison používal k záznamu a reprodukci zvuku, se po několika použitích zhoršily. Bell a Tainter se rozhodli prozkoumat, proč tomu tak je, a tento problém zlepšit.
Princip fonografu i grafofonu spočíval v záznamu vibrací řeči na disk. Charles Tainter použil pro záznamový disk lehčí látku než Edison a zjistil, že voskový záznam vyříznutý stylusem ve tvaru dláta dokáže reprodukovat vysokofrekvenční zvuky lépe než Edisonův záznam z alobalu. Tainter řezal vosk příčně, čímž vytvářel klikatý vzor, který ovládal vibrace jehly používané k přehrávání desky. To se ukázalo jako vhodnější než pohyb Edisonovy jehly nahoru a dolů. Nakonec se Tainterovi a Bellovi nepodařilo vyrobit plně funkční grafofon a Tainter došel k závěru, že jejich pokusy o boční řezání selhaly, protože klikaté drážky byly příliš velké a jejich snímač příliš těžký na energii zvukových vln.
Tainter a Bell byli v časové tísni, aby grafofon vylepšili a podali patenty, aby si tato vylepšení připsali dříve, než to stihne Thomas Edison. Jejich práce byla bohužel přerušena v roce 1881, kdy byl zastřelen prezident Garfield a oni spolu s dalšími vědci pracovali na vývoji přístroje, který by lokalizoval a vyrazil kulku. Aby se Edison o jejich práci nedozvěděl a aby si zajistili práva na patent v případě, že by někdo informace vyzradil, zabalili Tainter a Bell veškerou svou práci na grafofonu do plechové krabice, krabičku opatřili datem a pečetí a uložili ji do trezoru ve Smithsonově institutu. Toto úsilí bylo poněkud marné, protože úspěchu v laterálním řezání nakonec dosáhl v roce 1887 Emile Berliner.
Záležitost principu
Telefon měl několik vynálezců, z nichž všichni navazovali na inovace svých předchůdců. Bellův patent č. 174 465 mu jednak připisoval vynález telefonu, jednak vyvolal polemiku, která stále provokuje historiky, vědce a badatele. Tento spor se soustřeďuje na skutečnost, že ve stejný den, kdy Bell podal přihlášku patentu, podal Elisha Gray výhradu k podobnému vynálezu. Caveat se dnes již nepoužívá, ale v té době se jednalo o předběžný dokument, který by byl podán k popisu vynálezu, který by byl nakonec předmětem formální patentové přihlášky.
Klíčová podobnost mezi Bellovým a Grayovým patentem spočívá v tom, že každý z nich popisuje „princip proměnného odporu“ a podrobně popisuje vysílač s kapalným kontaktem. Bell takový kapalinový vysílač použil k demonstraci svého vynálezu na výstavě ve Filadelfii v roce 1876, která se konala na počest stého výročí založení Ameriky. Vysílač i „princip proměnlivého odporu“ popisuje také ve svém patentu. Tento vysílač se skládá z membrány, jehly a malé nádobky s vodou. Kelímek s vodou je schopen vést elektřinu po přidání trochy kyseliny. Na membránu se promítá řeč, která způsobuje vibrace membrány. Připojená jehla tak vibruje v souladu s řečí. Vibrace způsobují, že se jehla ponořuje a vyndává z řezu vody, čímž se mění odpor obvodu baterie. Toto kolísání vytváří zvlněný proud nezbytný pro elektrický přenos artikulované řeči.
Zajímá vás více informací o Alexandru Grahamu Bellovi? Zjistěte více o jeho Cressonově ceně
Nejzávažnější obvinění proti Bellovi bylo vzneseno poté, co jeho patentový úředník přiznal, že Bellovi ukázal výhradu předloženou Elishou Grayem. Tato výhrada popisovala „princip proměnného odporu“, který Bell ještě sám nevyvinul. Důkazy naznačují, že Bell byl schopen začlenit Grayův princip do své vlastní patentové přihlášky ještě před jejím podáním: tvrzení o proměnlivém odporu je zapsáno na okraji Bellovy původní patentové přihlášky. Ačkoli soudy Bellovy nároky potvrdily a označily ho za právoplatného vynálezce telefonu, důkazy zůstávají a spor žije dál.
Elektromagnetický přijímač popsaný Bellem v patentu č. 174 465 je v podstatě stejný jako dnes používané telefonní přijímače a tato vlastnost je v jeho patentu jedinečná. Bell byl obviněn z krádeže Grayova „principu proměnného odporu“, principu, který měl zásadní význam pro vývoj pozdějších elektrických vysílačů řeči. Ačkoli se kapalina v současných přijímačích nepoužívá, „princip proměnného odporu“ hrál (a stále hraje) klíčovou roli v úspěchu telefonu.
Poděkování
Franklinův institut udělil Alexandru Grahamu Bellovi v roce 1912 medaili Elliotta Cressona v oblasti techniky za „elektrický přenos artikulované řeči“. Kliknutím na náhledy níže získáte přístup k závěrečné zprávě Výboru pro vědu a umění.
Dotační program cen Franklinova institutu začal darem 1 000 dolarů od filadelfského filantropa Elliotta Cressona na založení Cressonovy medaile v roce 1848. Přečtěte si více o Elliottu Cressonovi(soubor PDF, 3,2M) z knihy „The Franklin Institute Donors of the Medals and Their Histories.“
Credits
Projekt Alexander Graham Bell je realizován díky podpoře The Barra Foundation a Unisys.
Tato webová stránka je dílem interního speciálního projektového týmu Franklinova institutu, který pracuje pod vedením Carol Parssinenové, senior viceprezidentky Centra pro inovace ve vědeckém vzdělávání, a Bo Hammera, viceprezidenta Franklinova centra.
Členy speciálního projektového týmu z oddělení vzdělávacích technologií jsou:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis, Natasha Fedder a Jay Treat.
Speciálními členy projektového týmu z oddělení kurátorství jsou:
John Alviti a Andre Pollack.
Členy poradního sboru projektu jsou:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger a Susan Yoon.