文學城裏的非文學博客
醫學史為主，健康科普為輔，偶爾發些議論
1941年，二戰硝煙彌漫，美國陸軍還行，海軍建設卻很是落後，曾經出過發射15枚魚雷都打不沉日本一艘油船的糗事。美國人聽到東方大師說“高手在民間”，就跟大師學習，向美國百姓發出呼籲，請大家為提高海軍軍事技術貢獻力量。其中一個課題就是如何能讓魚雷轉彎。
魚雷轉彎有啥好處？
您要是看過電影《新龍門客棧》，可能就比較容易理解這個魚雷轉彎的戰略意義。《新龍門客棧》裏麵有位大內高手，射出的箭能夠轉彎，繞過牆角追殺逃犯，殺傷力威不可當。而1941年美國的魚雷卻隻會走直線，跟老苦這樣的土鱉射出的箭是同一個級別的技術含量。軍方含淚冥想，說如果能用無線信號控製魚雷轉彎，那就是指哪打哪，威力直逼東廠錦衣衛。
說起來讓魚雷轉彎比讓箭轉彎要容易得多。以當時的機械和無線電技術，給魚雷裝個舵，然後用無線電控製魚雷轉彎，這本身其實不難做到。真正的難點是怎麽防止敵方幹擾。
什麽叫幹擾？我們先看看無線電幹擾是怎麽回事。
現在的電子傳媒是電視一統天下了。80年代以前廣播還是主導媒體。那時候廣播的幹擾和抗幹擾是個重要研究課題。廣播這東西是要走一個固定頻率來播放的。每個廣播節目都必須固定在一個頻率上播放。比如10千赫是中央台，20千赫是西藏 台。各自有專用頻道。收聽廣播節目是用半導體收 音機。打開收音機，擰一個叫做“調諧”的小旋鈕，擰到不同的“頻率”上，就能聽到不同電台的廣播。因為這種節目必須走專用頻道的特點，就有了無線電幹擾這種技術。比如要是有個電台是用95千赫這 個頻率來播放節目，然後您特別不喜歡這個節目。趕巧您手裏有個電台發射站，那您就可以用您的電台幹擾那個節目。怎麽幹擾？您就用95千赫這個頻率播放大音量的信號，不是新聞不是歌曲，就是播放持續不斷的奇怪雜音。不為別的，就是要用這種雜音把對方節目內容跟淹沒了。他把他的收音機調到95千赫想收聽敵台，聽到的卻隻是您發送的刺耳雜音。這樣他的 節目就成功的被破壞了。這就叫做無線電幹擾技術。毛爺時代，幹擾境外電台廣播是我朝廣播電台的一個重要工作內容。
明白了無線電幹擾的道理，您就知道當年美軍為什麽覺得無線電控製魚雷不好辦了。
因為敵人也懂電子，所以人家能用這種電子幹擾技術幹擾你。不拘你用什麽頻道去控製魚雷，95千赫也好59兆赫也好，對方隻要一個簡單的信號監測設備就能立刻測出你的控製信號是什麽頻道，然後人家就可以跟毛爺的喉舌電台學，用同樣的頻道播放大功率噪音。他的大嗓門雜音跟你的控製信號走的是同一個頻道，結果控製信號全被掩蓋了，魚雷根本無法接收。
這個問題很不好解決。當時各路軍用民用電子專家奮力研究數月，苦無良策。直到1942年8月，才有人提出了一個解決方案。該方案經專利局鑒定，證實確實是解決這個問題的有效方案，於是被授予了專利。
發明控製技術並且得到專利，這本來算不得什麽新鮮事，值不得寫一篇文章的。但是這回這個專利有點新鮮，因為做出這個發明的人，不是教授，不是工程師，而是一個電影演員，還是個女演員。
這個演員名叫海蒂-拉瑪（Hedy Lamarr），奧地利人。要是單看長相您大概不會認為這人能有發明電子控製專利的本事，因為她長得太漂亮。參見照片。
這人有多漂亮呢？當時她的演藝圈的同僚們有兩種評價。一個是說她是全歐洲最漂亮的女人。另一個是說她是全地球最漂亮的女人。我不知道哪個說法更準確。要不您自己挑一個吧。
海蒂臉蛋兒漂亮，可惜演技不是特別出色。她在演藝圈打拚了二十八年，一直沒能拍出啥留名的作品。不過在當時她的知名度還是很高的，除了因為臉蛋是全歐洲抑或是全地球最漂亮之外，她出道第一部片裏就正麵全裸，還很生動的給高潮表情來了一段大特寫。這個創舉震翻了不少鄉親們。要知道那時候是1933年，即便是在腐朽沒落的資本主義世界，風氣也還是相當保守的。
海蒂一生六次結婚。不過咱這不是寫傳記所以咱不去列舉她的六位夫君。但是她的第一任丈夫曼德爾卻必須說一下。因為此人對海蒂後來的那個專利發明有至關重要的作用。
曼德爾是個軍火商，家裏每天來的客人不是買家就是業務夥伴，所以談話離不開武器。海蒂演技平平對她的臉蛋是一種辜負。但是海蒂除了臉蛋漂亮還有一個天賦，就是對機械和數學有一種天生的感受力，而且海蒂很明智的一直在努力利用這個天賦。所以雖然她16歲就輟學進入演藝界當場記，沒受過任何正式工程學訓練，卻在聽曼德爾跟別人談論軍火細節的時候吸收了大量軍械知識。知道這個，她後來的靈光乍現就不是這麽神秘了。
曼德爾是個成功商人，但是不喜歡海蒂拍電影。他花大價錢把海蒂拍的那部裸體片的膠片盡力從市麵清除，然後不讓海蒂繼續拍戲。海蒂作為演技一般但是大腦好使的女子，不願意受這種約束，於是幾年之後設計逃亡。一個版本的故事是說她去參加一次晚宴的時候，成功編造出一套理由，讓曼德爾同意她把所有貴重首飾全套披掛上陣，丁零當啷金光閃耀的去吃飯，飯沒吃完她找個機會消失在夜幕中。先是逃到巴黎再到倫敦，後來在朋友引薦下跑到電影帝國的巔峰之都好萊塢，從此定居美國。
美軍向民間高手發出訴求之後，海蒂雖然祖籍奧地利，但如同所有追尋美國夢的人一樣，對美國有發自內心的熱愛。憑著自己在曼德爾時期學來的軍械知識，她開始琢磨怎麽能讓魚雷轉彎這種錦衣衛秘技級別的尖端技術。
起先她跟那些軍方的和民間的工程師一樣，試圖用物理學和電氣學的各種定律（以她在第一任丈夫家裏學到的知識所能及）來想辦法，於是也就跟那些工程師一樣找不著辦法。
作為演藝圈人，海蒂時不常參加聚會結交朋友。在一個宴會上，有個叫安塞爾的人引起了海蒂的注意。這人雖然本行是音樂家，但是興趣十分廣泛，涉獵諸多雜學，比如女性內分泌學。他以這方麵的心得出過幾本書，教導男人如何用腺體激素對外形的影響來科學的判斷一個女孩是不是容易上手。這種用高科技術語包裝的奇門異術總是能有廣大聽眾的。海蒂作為形象勝於演技的演員，自然知道保持自己的形體優勢十分要緊。聰明的海蒂聽說安塞爾對女性內分泌有研究，就立刻聯想到，說不定他對於如何提升女性胸部尺寸也有研究。於是海蒂虛心請教。安塞爾以民間科學家的爽快立刻給出了建議，說可以考慮服用性激素腺體的提取物。談話進行得很愉快，而且席間海蒂意外發現安塞爾跟自己住在同一條街，屬於鄰居。這是件好事。以後可以多學習內分泌美容技術。於是第二天海蒂就到安塞爾家拜訪，兩人繼續暢談。接下來有點讓人驚奇的是，話題不知怎麽的就從內分泌轉向了魚雷控製，而且是海蒂而不是安塞爾改變的話題。推想起來，有可能是因為閑聊之中安塞爾透露了自己的另一個研究領域，就是用電子技術控製好幾台鋼琴同步演奏。海蒂連日苦思那個無數專家強攻不破的魚雷問題，聽到安塞爾說到同步控製技術，腦子裏忽然就隱隱有一團模糊亮光在某個角落閃爍。海蒂一時不能捕捉住這團亮光，就讓安塞爾詳細介紹他的鋼琴同步控製是怎麽做到的。
等到聽明白了安塞爾的鋼琴控製原理，海蒂一拍大腿說“有主意了！咱可以用很多個頻道同時發送信號！”
為什麽安塞爾的鋼琴控製技術能讓海蒂茅塞頓開，要說清楚，差不多可以寫一本書。咱盡量簡短的說明一下吧。
我們先看一個叫做鋼琴卷軸的東西。這東西是這個模樣的：
這東西幹嘛用的？
播放音樂用的。
咱現在要聽音樂，在家可以用電腦，在路上可以用手機或是MP3播放器。隻要有MP3文件就可以播放。
早幾年沒有電腦手機的時候，聽音樂用收音機和磁帶機。
再早幾年，用的是電唱機，膠木唱片那種。民國時候叫做留聲機。30年代的海報裏，要表現一個家庭生活奢華，就是在他家的客廳裏畫一個留聲機。
那留聲機之前呢？有什麽東西可以播放音樂嗎？
有。就是自動鋼琴。
我們習慣看到的鋼琴演奏是一個西裝革履的鋼琴家坐到鋼琴前麵，全身顫抖手指頭飛舞，鋼琴在他的指頭敲擊下就開始發出悅耳鳴響。
留聲機出現之前，歐洲有一種鋼琴，不需要人去敲。這種鋼琴是可以自己彈奏的。
鋼琴怎麽可能自己演奏？
其實不是真的“自己演奏”，而是靠一套設計好的控製信號來驅動鋼琴鍵錘敲擊琴弦發音。而這些控製信號就是寫在這個鋼琴卷軸上，就是卷軸上麵的那些小洞。隻要把卷軸插進鋼琴裏麵的一個機關裏，機關轉動，當那些洞孔對準了機關裏麵的感受器的時候，就會推動一個杠杆，讓對應的琴鍵敲擊琴弦，於是鋼琴就發音了。下麵這個圖是這種控製裝置的原理圖。您看這圖就知道這機製有一定的複雜度，不是幾句話能說明白其中原理的，所以細節咱就不說了。知道個意思就行。
這個鋼琴卷軸技術不是安塞爾發明的。這個技術早在19世紀中葉就已經在歐洲廣泛使用。但是那時一個卷軸隻能控製一台鋼琴。安塞爾的獨特之處是，他發明了一套裝置，能讓一個卷軸同時控製十幾台鋼琴，讓這十幾台鋼琴同步發音。讓海蒂得到啟發的，嚴格來說不是安塞爾的多管道同步技術，而是鋼琴卷軸本身的工作原理。海蒂是在聽安塞爾講解這個卷軸控製原理的時候冒出那個思想火花的。
海蒂一邊聽安塞爾講解鋼琴卷軸的原理，一邊拿著一卷鋼琴卷軸在手裏把玩。玩著玩著，她注意到了一個有趣之處。
這種鋼琴卷軸，不是一根窄窄的紙帶，而是很寬，足足有88列洞孔，每一列洞孔對應一個琴鍵，就像下麵這個圖示意的這樣：左邊是琴鍵，為了節省紙麵空間咱把它立起來擺放。右邊是展開了的鋼琴卷軸。卷軸上的每一行洞孔都對應著一個琴鍵。有些行是空白的，說明它對應的那個琴鍵在整個曲子裏一直閑著不發音。有黑點的地方就說明到了那個點上，它對應的琴鍵就會發出“當”的一聲。有些黑點連成了一條黑線，那是因為這段時間裏它對應的琴鍵要連續敲擊。
如果這個卷軸很窄，隻有一列洞孔，那麽它隻能控製一個琴鍵，比如C鍵，那麽這樣的卷軸就隻能讓鋼琴永遠隻發出一個C音。這是成不了音樂的。
但是因為卷軸上總共有88列這種洞孔，每一列對應一個琴鍵，每一列的洞口處於不同的位置，分別在不同的時間激發它所對應的那個琴鍵來發音。鋼琴就彈奏出一段完整的音樂了。比如“兩隻老虎”這個曲子的第一句，用簡譜表示是 | 1 2 3 1 |，就是說第一拍是 1 （“多”），第二拍是 2 （“來”），第三拍是 3 （“米”），第四拍又是 1。 總共需要 1，2，3 （C, D, E ）三個鍵參與，在四拍裏完成。
要用卷軸來控製鋼琴發出這四個音，應該怎麽控製？我們看下麵這個圖。
圖的左邊是鋼琴鍵的示意圖，C鍵代表 “1” （“多”）。
圖的右邊是一截簡化了的鋼琴卷軸紙帶（隻畫出6道，實際有88道）的開始一段。紙帶下麵有時間刻度。
紙帶最下麵一列，有兩個圓洞的那列，對應的是C鍵（“1”音）。這一列的第一秒和第四秒有洞孔，所以紙帶走動起來的時候，會在第一拍和第四拍控製C鍵發音，用簡譜表示就是：
| 1 0 0 1 |
第二列是在第二秒的位置有洞孔，所以它控製D鍵在第二拍發出 ”2“ 音，用簡譜表示：
| 0 2 0 0 |
卷軸的第三列在第三秒有洞孔，您現在可以自己猜到了，它控製E鍵在第三拍發出 ”3“ 音，就是：
| 0 0 3 0 |
第四秒的時候D鍵和E鍵不發音，而是C鍵又發出一個 ”1“，就是上麵說的第一行的第二個洞孔控製的發音。
四秒鍾走過去，這三列紙帶洞孔通力合作，控製著鋼琴發出 | 1 2 3 1| 這樣一個小節的樂句。
海蒂從這種卷軸的工作原理裏，看到了這麽一個特性：卷軸要產生的音樂，本來是一首完整的曲子，但是這個設計卷軸洞孔分布的人，要把這曲子分解成88個“分曲”，每個“分曲”隻負責一個音，比如第一行分曲隻負責“1”。啥時候有“1”音它就控製鋼琴敲一下C琴鍵。其他時候就歇著。第二行分曲隻負責“2”音，輪到它發音的時候它就指揮D琴鍵“當”一下，其他時候歇著。以此類推。88洞孔分別控製88個琴鍵。這些貌似各自行動的琴鍵，因為卷軸洞孔位置的精確設計，最後合並產生的綜合效果就是那個完整的樂曲。
弄明白了這個原理，海蒂腦子一激靈，冒出一個絕妙想法：我們可以用類似鋼琴卷軸的原理，把控製魚雷的無線電信號拆散開來，用很多個頻道來分別發送這些拆散了的信號“碎片”。
我們用下麵這個圖來解釋一下這個構思。
圖上方的一條綠框表示的是原始的控製信號（簡明起見，我們假設當時是用類似莫爾斯電碼那樣的信號來控製魚雷），下方的五條綠框則是示意把這組信號拆分成五個片段，分別用五個不同的頻道來發射。每個綠色長條表示一個頻道，每個頻道隻傳送一到兩個信號碎片。
魚雷上麵的接收器同時接受這五個頻道的信號。雖然各個頻道傳過來的都隻是整個信號裏的一部分碎片，但是隻要把五組碎片重新組裝起來，就可以知道原始信號是啥樣的了。
魚雷怎麽知道要按什麽順序來重新組裝？
簡單。就用鋼琴卷軸的原理。設計好一個卷軸的洞孔序列之後，用這個序列來控製原始信號的拆分，然後魚雷裏麵的判讀裝置也安裝一個同樣的卷軸，魚雷收到那些拆散的信號之後，因為它手裏有這個卷軸，事情就很簡單了，就按照卷軸洞孔指定的拆分序列，做一個逆向操作給組裝回去就可以了。隻要發射一方和接受一方都有一份同樣的卷軸，這個拆分的信號就保證能還原。
對於接受的魚雷來說，這種重新組裝毫不費力。但是對於試圖監測攔截我方控製信號的敵軍來說，想要幹擾我方的控製信號就很難了。因為現在沒有哪一個頻道會出現那種連續不斷的控製信號。這種連續信號特征明顯，很容易被發現是控製信號。拆分之後的信號，每個頻道隻有稀稀拉拉的一點信號殘片，所以監聽的人幾乎不可能判斷出哪個頻道是在傳送控製信號。這就無法實施幹擾了。何況，海蒂和安塞爾發明的那個信號拆分裝置，可不是像上圖那樣隻拆分成5個不同頻道。他們是按照鋼琴卷軸的原始做法，一家夥給拆解成了88個不同的頻道。敵方就算真能監測出是哪88個頻道，要是想同時幹擾這88個不同的頻道，那基本上就是把所有能用的電子通訊頻道都給幹擾了，那他們自己也別想進行正常的電子通訊了。這個是不現實的。
這種把本來是在一個頻道傳送的信號拆解成一組碎片，分別用不同頻道來分散發送的辦法，有點像兒童們玩的跳格子遊戲，目的是前方終點線，但中間走的路卻是要在各個通道之間跳來跳去。所以海蒂想出來的這種把原始信號拆分開來，以多個頻道分散發送的技術，後來就叫做“跳頻”技術，就是在多個傳輸頻道裏跳來跳去讓敵人無法追蹤的意思。
這個主意確實精彩，幾乎像是個天外飛來的奇思妙想。海蒂和安塞爾把這個構想送到專利局之後，專利局的人立刻看到了其中的技術潛力。不過海蒂和安塞爾都不是科班工程師，這個設計在概念上很不錯，但他們搗鼓出來的具體實現方法就比較粗糙。專利局的人很熱心，給他們推薦了一位大學裏的電子學教授，指導他們如何具體落實這種設計。最後他們的設計真的在1942年8月11日拿到了專利，美國專利號 2,292,387 。
海蒂很興奮，立即向美國海軍提交了自己的專利。不過，“由於種種原因”，海軍並沒有采用她和安塞爾發明的這個技術。
一般傳記文章提到海軍的拒絕行為的時候，都微微帶有責備海軍有眼無珠的口氣。其實這事恐怕不能說海軍上層都是白癡，白白浪費這麽精妙的技術。客觀的說，用卷軸來控製尖端武器設備，並不是很可靠的辦法。魚雷發射之後的控製時間是以秒計算的。如果魚雷還需要不斷轉動卷軸來破譯收到的信號碎片，恐怕速度有點跟不上。海軍真正用到跳頻技術是到了60年代，那時候電子技術進一步發展，信號拆分和重組的控製不再需要依靠轉動的卷軸，而是可以用電路板的信號控製來完成，這就保證了速度和精確度。不過那時候海蒂的專利已經過期失效。而且因為軍方當時沒有采用這個技術，這項專利就被塵封遺忘了。60年代美國軍方使用的跳頻技術，實際上是後人“重新發明”的類似技術。
雖然專利沒被海軍采用，海蒂還是對自己這個發明感到很自豪。她向美國國家技術發明委員會提出申請，希望成為會員。不過委員會權衡了海蒂的實力分配比例之後，認為海蒂作為地球第一美人的聲望比她作為跳頻專利擁有人的聲望要高，同時也注意到美女演員對於老百姓的號召力遠遠高於電子技術發明人的號召力，因此委員會對海蒂提出建議，認為如果海蒂利用她的明星身份為國家推銷戰爭債券，應該可以為打擊希特勒做出更大的貢獻。海蒂認為委員會的同誌們說的確實也有道理，於是接受建議，返回好萊塢，開始巡回推銷戰爭債卷。她使用的促銷技術之一是，每購買五萬美元的債券就可以得到一個海蒂本人發送一個帶響的飛吻。此促銷技術成績斐然，海蒂順利推銷出七百萬美元的債券，海蒂容顏之靚麗，魅力之洶湧，看來是無可置疑的。而國家技術發明委員會的建議，也應該說是慧眼識珠料事精準。
記述海蒂這項發明的文章，有不少是展現了稍微有點過度的愛意，把海蒂列為現代手機通訊技術之母。其實這個提法有點文藝了。跳頻技術確實在現代手機通訊中很重要，比如CDMA技術就用到跟跳頻類似的擴頻技術。但CDMA畢竟跟調頻還是不同的技術，何況CDMA的研發並沒有倚賴海蒂的思路，而是在不知道海蒂專利的情況下獨立研發出來，直到要申請專利的時候查詢既往資料，才發現海蒂的這個專利。不過這時候年代久遠，海蒂的專利已經過期。另外，海蒂也不是最早提出跳頻構想的人。跳頻技術的概念，最早在1908年就有人（Jonathan Zenneck）提出過，這比海蒂的設計要早34年。第一次世界大戰期間德軍曾小範圍使用過跳頻技術來防止英軍竊聽。民間方麵，1930年荷蘭的 Willem Broertjes 得到過一項跳頻的專利，專利號1,869,659。
盡管如此，海蒂的這個發明確實還是值得擊節讚歎。首先，這個技術確實是現代電子通訊裏一個極為重要的技術，跳頻技術不僅僅是可以防幹擾防竊聽，還有其他諸多優勢，比如減少傳輸衰落，提升傳輸頻道利用率和通訊質量等等。其次，不管技術本身的實用價值是不是這麽偉大，這個打破常規的革命性思維方式本身就有足夠的含金量。人類文明發展過程中一些重要的轉折點，有時候就是因為這種靈機一動的智力火花給激發的。雖然海蒂不是這項技術的唯一發明者，可是別忘了海蒂可不是科班出身的工程師。就憑在丈夫的客廳裏旁聽一些專業討論學到的知識，加上一個音樂家的鋼琴控製技術的啟發，她能以一個中學教育背景，基本獨立構思出這麽奇妙的電子設計，這樣的創意，不服不行。
因為跳頻技術廣泛投入使用的時候海蒂的專利早已過期，海蒂沒能像一些專利發明人那樣，發明一個專利之後下半輩子就坐在家裏數錢了。海蒂從來沒有直接從她的專利裏獲得什麽經濟利益。倒是1997年，海蒂的專利已經過期三十多年之後，國際電子前哨基金會（Electronic Frontier Foundation）給海蒂頒發了一個特殊獎項，感謝她當年做出的這項發明。1998年，加拿大一個叫 Wi-LAN 的公司向海蒂購買了這項專利49%的專利權，購買金額未對外界透露。因為這個專利其實已經過期，Wi-LAN 的這個購買應該說更多的是為了對海蒂表示敬意吧。
海蒂晚年一直住在美國弗羅裏達的一個公寓裏，靠演員養老金度日。2000年，海蒂86歲的時候去世。按照她的遺囑，她兒子把她的骨灰帶回她的祖國奧地利，撒在了維也納的森林裏。
