ケーブルがヨーロッパとアメリカを結び、それ以来人類のコミュニケーションの歴史は変わった

今日では、モバイル通信とインターネットのない世界を想像することはできません。歴史を振り返ると、これは何世代にもわたる科学者、技術者、起業家たちの共同の努力の結果です。多くの科学者が歴史に名を残してきましたが、産業の構築は「冒険的な事業の運営者または主催者」と切り離せないものであり、これが起業家の本来の意味です。この記事では、主に大西洋横断通信の構築の伝説的な物語（無線通信については次の記事で紹介します）を語り、科学者と起業家の色あせることのない精神に敬意を表します。

著者：楊偉鋒（ラジオ管理専門家）、王鋒（河北科技師範大学准教授）

素晴らしいアイデアはおとぎ話のようなものだ

1760年代以降、イギリスで始まった産業革命は、科学技術の発展と富の蓄積を大きく促進しました。電磁気学の発達と有線電信技術の応用により、19 世紀半ばまでに有線電信回線がヨーロッパ、アジア、北米に広がり、通信コストが大幅に削減されました。ヨーロッパから北アメリカ大陸へ向かう商船は、大西洋の東海岸と西海岸の間を頻繁に行き来していました。当時は片道の航海にまだ10日ほどかかっていました。双方の間でタイムリーなコミュニケーションが非常に必要であり、大西洋横断通信事業には大きなビジネスチャンスがありました。

1854年1月、フレデリック・ニュートン・ギズボーンは、ニューファンドランドからアメリカ合衆国へ電信ケーブルを敷設中に資金不足で会社が倒産したため、支援を求めてニューヨークへ向かいました。彼はアメリカの若き大富豪サイラス・ウェスト・フィールドに近づき、ニューファンドランド島のセントジョンズとアメリカのニューヨークの間に電信線を敷設するための資金集めを提案した。しかし、より広い視野を持つフィールド氏は、1日の通信時間を短縮するためだけにこのプロジェクトに投資するのは費用対効果が低いと考えています。アイルランドからニューファンドランドまでケーブルが敷設されれば、通信時間は数日短縮されるだけでなく、このケーブルはヨーロッパと北米を結ぶことになり、このプロジェクトは非常に重要なものとなるでしょう。こうして大西洋横断電信通信のアイデアが提案されました。

フィールドは製紙業界で財を成したが、電信業界ではまったくの素人だった。幸運なことに、彼は当初、このプロジェクトに関係する科学技術についてほとんど何も知りませんでした。実際、彼がこの素晴らしいアイデアを諦めなかったのは、まさにそのことを理解していなかったからであり、他の人々の目には、これは単なる空想であり、不可能な課題だったのです。

この前例のない国際協力プロジェクトは、多くの政治、経済、軍事、外交などの要素を伴うだけでなく、多くの科学的、技術的、プロセス的、物質的な課題にも直面しています。当時、地上の電信産業はすでに注目を集め始めており、ヨーロッパと米国ではいくつかの短い海底ケーブルが敷設されていました。 [注記: 1851 年、ジョン・ワトキンス・ブレットはイギリス海峡を横断する初の海底ケーブルを敷設し、イギリスとヨーロッパ大陸を結びました。】現在運用中の最長の海底ケーブルは長さわずか177キロメートルで、深さは550メートルを超えません。大西洋に敷設されたケーブルは、長さ3,200キロメートル以上、深さ最大4,750メートルに及ぶ。大西洋横断ケーブルの距離が長いため、特に伝送理論とケーブル設計が議論の的となっていたため、通信にはいくつかの特有の課題が生じました。その難しさは、1957 年にソ連が最初の人工衛星を打ち上げたのを見て、月を探査するチームを組織しようとした人のようなものです。

幸運な人は貴重なサポートを受けられる

モールス信号の発明者であり、米国における陸上電信線建設の先駆者であるサミュエル・モールスは、1843 年にはすでに大西洋を横断する電信線を構想していました。フィールドが意見を求めたところ、モールスは熱心にそのアイデアを支持しました。モールスは電信業界ではすでによく知られていましたが、実際には訓練を受けた画家であり、電気に関する確固とした理論的知識を持っていませんでした。フィールドはまた、アメリカの海洋学者で海軍士官のマシュー・フォンテーン・モーリーに助言を求める手紙を書いた。モーリーは、ニューファンドランドとアイルランドの間の海底台地の地形が海底ケーブルの敷設に非常に適していると考えており、正確な海洋地図データを提供した。これはフィールドにとって大きな後押しになります!

1854年、勝利を決意したフィールドは、他の4人の裕福な人々を説得し、起業家、投資家、技術者で構成されるいわゆる「ケーブル内閣」に参加させた。 5人は、この偉大な目的のために投資するために150万ドルを集めることを決めました。これは当時としては驚異的な金額でしたが（その年の連邦政府の支出総額は5,800万ドル強でした）、後になって、それは十分ではないことが判明しました。彼らはギズボーンからニューファンドランド電信会社を買収し、5万ドルの負債を引き受け、ニューヨーク・ニューファンドランド・ロンドン電信会社を設立した。ニューファンドランド議会は、このプロジェクトがニューファンドランドの経済発展を促進することを期待し、ニューファンドランド島で電信回線を運営する50年間のフランチャイズを同社に付与する特許をすぐに発行しました。 1855年、これらの投資家はアメリカン・テレグラフ・カンパニーを設立し、統合するために他の企業を買収し始めました。 1856年10月、フィールドはロンドンにアトランティック・テレグラフ・カンパニー（ATC）を設立した。 1857年、英国での資金調達とアメリカおよび英国政府からの支援を得て、同社は初の大西洋横断電信ケーブルの敷設を開始しました。

1895 年 5 月、有名なアメリカ人の肖像画家ダニエル・ハンティントンは、ニューヨーク州商工会議所のために「大西洋ケーブルの計画者たち」(右から 2 番目がサイラス・W・フィールド) を描きました。キャンバスのサイズは 87 インチ x 108 1/4 インチです。画像出典: ニューヨーク州立博物館コレクション。

失敗は成功の母である

フィールド氏の強い決意と強力な実行力が彼の成功の核心要素であったが、プロジェクトを性急に開始したことがプロジェクト全体における最大の失敗となった。当時、電気技術者と理論専門家の間では、この前例のないプロジェクトに関して意見が異なり、合意に達することができませんでした。建設は実現可能性テストに合格した後に行われるはずだったが、同社の取締役は主に時間とスピードに基づいて決定を下した。

海水は導電性があるため、電信ケーブルを海水に浸すと静電容量が約20倍に増加し、信号の伝送速度が大幅に低下して通信遅延が発生します。モールス、英国の物理学者マイケル・ファラデー、そして同社の初代主任電気技師エドワード・ホワイトハウスが率いるグループは、信号の遅延を抑えるために海底ケーブルの電線はできるだけ細くすべきだと信じていた。ケーブルが太いほど、充電に必要な電力も多くなります。これは水道管に似ており、水を反対側から流す前に満たさなければなりません。

別のデザインスクールはウィリアム・トムソンが代表を務めました。彼は瞬間電流を研究することで、信号遅延がケーブルの長さの二乗に反比例するという「二乗法則」を導き出しました。トムソンは、抵抗を減らすために、最も純粋な銅で作られた大径のケーブルコアを使用することを推奨しています。彼の見解は主任技師のチャールズ・ブライトの承認を得た。しかし、このケーブル設計は、モールス＝ファラデーの提案よりもはるかに重く（金属芯線とガッタパーチャ絶縁材の重量は 1 海里あたり 392 ポンド）、高価であったため、アトランティック・テレグラフ社はこれを採用しませんでした。最終的なケーブルの銅芯の重量は 1 海里あたりわずか 107 ポンドで、トムソン・アンド・ブライトが要求した 392 ポンドよりはるかに軽量でした。トムソン氏がケーブルの部分的なテストを実施した後、彼はさらに衝撃を受けた。ケーブルのコアに使用されている銅の純度は十分ではなく、導電性は非常に不均一で、一部の部分は他の部分の2倍の導電性を持っていたのだ。

1902年のウィリアム・トムソン写真提供: Photos.com/Thinkstock

完成したケーブルの直径は、人間の人差し指ほどの太さしかありません。ケーブルの芯線は 7 本の銅線で構成されており、銅芯線は 3 層のガッタパーチャで巻かれています。ゴム層の外側には、アスファルト、タール、亜麻仁油、ワックスオイルの混合物に浸したリネンが巻かれ、18本の鋼線ストランド（ストランドあたり7本の鉄線）のシースがしっかりと螺旋状に巻かれています。このケーブルは数千ニュートンの引張力に耐えることができます。トムソンはケーブルの応力問題について徹底的な研究を行い、海底ケーブルの応力理論を確立し、雑誌「エンジニア」に関連論文を発表しました。

最初の大西洋横断ケーブルの開通を祝うため、残っていたケーブルを細かく切り分けて、さまざまな記念品を作りました。画像提供: 労働産業部/国立アメリカ歴史博物館/スミソニアン協会。

1857年、イギリスで資金援助を受け、アメリカとイギリスの政府から支援を受けたアトランティック・テレグラフ社は、初の大西洋横断電信ケーブルの敷設を開始しました。ケーブルの両端であるアイルランドとニューファンドランド島は約3,200キロメートル離れており、これはヨーロッパとアメリカで最も短い距離である。当時、2,500トンの海底ケーブルを大西洋の風と波の中で長距離輸送できる船は世界中に存在せず、2隻の船を雇ってそれぞれケーブルの一部を運び、特定の場所でそれらを結合する必要がありました（アイルランドからニューファンドランドまでケーブルを敷設する最初の計画が失敗した後、2隻の船は海の中心で出会い、ケーブルを結合してから反対方向に敷設するように変更されました）。イギリス海軍のアガメムノン号とアメリカ海軍のナイアガラ号が、敷設任務のためにケーブルの半分ずつを運びました。残念なことに、船による輸送中にケーブルが破損し、紛失したため、プロジェクトは2度失敗しました。 1858年8月4日、3度目の試みはついに成功しました。

1858 年 8 月 16 日、ヴィクトリア女王はモールス信号を使って米国大統領ジェームズ・ブキャナンにメッセージを送りました。98 語のメッセージを送るのに 16 時間半かかり、速度は遅かったものの、この成功にニューヨーク市民は街中で祝福しました。しかし、ケーブル上の信号は徐々に弱くなり、最終的には完全に停止し、3週間後にはまったく利用できなくなりました。その結果、フィールドは一夜にして「英雄」から「詐欺師」に転落し、破産寸前になった。

障害原因を徹底的に調査する<br /> この大プロジェクトの失敗の原因を調査するために、英国経済委員会とアトランティック・テレグラフ社はそれぞれ4名のメンバーを任命し、「調査委員会」を結成した。その中には、1837 年にはすでにイギリスで電信技術の特許を取得していた電気の専門家、チャールズ・ホイートストンとウィリアム・クックも含まれていました。この有名で膨大な報告書では失敗の理由が詳細に分析されており、そこから得られた教訓は海底電信技術、さらには電子工学技術の飛躍的な進歩につながりました。

報告書は、重要な理由の一つとして、電流や抵抗などの基本的な量を測定するための統一された単位が存在せず、これらの用語さえ標準化されていないことが指摘している。 1861 年、英国科学振興協会は、トムソン、ブライトらの提案に基づいて、電気単位の統一規格を策定するために英国協会電気規格委員会を設立しました。何年も後の 1893 年にシカゴで開催された国際電気会議で、トムソンは電気の基本単位としてボルト、アンペア、ファラッド、オームの使用を提案しました。これらの国際規格は正式に採用され、現在でも使用されています。

1900 年代に英国の WJ George 社が製造したミラーガルバノメーター。画像出典：清華大学科学博物館所蔵。

もう 1 つの教訓は、ケーブルを敷設する前にケーブル全体をテストして、ケーブルの導電性と全体的な絶縁性をチェックする必要があるということです。調査報告書は、1857年に会社がケーブルの製造と敷設を急ぎすぎたと結論付けており、これは主にフィールドのせいだった。彼の衝動性と意欲は彼の強みだが、起業家としては弱点でもある。

ホワイトハウスの頑固さも失敗の直接的な原因の一つだった。彼はトムソンの繊細で柔軟なミラーガルバノメーターを解体し、自ら発明して特許を申請したリレーを設置しました。彼はまた、鏡付き検流計で測定できるほどの低電圧しか発生しない電池ではなく、数千ボルトを発生できる巨大な誘導コイルの使用を主張した。「調査委員会」は、3,200キロの海底ケーブルの巨大なインピーダンスが深刻な信号減衰と遅延を引き起こし、ホワイトハウスがケーブルの許容範囲を超えて電圧を上げたことによりケーブルが焼損したとみている。ホワイトハウスは公聴会で激しく自己弁護し、フィールドが実験を行う時間を与えなかったとも証言した。

世間の疑念、非難、中傷に直面しても、フィールド氏は負けなかった。 1865年に彼は再び資金を集め、理想のために戦い続けた。この頃、有線電信の研究はより成熟していました。例えば、トムソンが発明したミラーガルバノメータは、電線上の小さなレンズをわずかに回転させること（光増幅）によって 1000 倍減衰した信号を読み取ることができ、従来の海底ケーブルで発生していた深刻な信号減衰の問題を解決しました。同社はトムソン氏らの意見を踏まえ、ケーブルコアのインピーダンスを下げるため、ケーブルをより太いものに交換した。さらに、当時世界最大の船であったグレート・イースタン号はすでに建造されており、運航されていない状態だった。新しい電信技術、ケーブル技術、そして排水量22,000トンのこの巨大な船のおかげで、以前は非常に困難だったことがはるかに簡単になりました。 7月23日、グレート・イースタン号は出航し、フィールドの新たな試みを開始したが、北アメリカから2日離れたところでケーブルが突然切れ、この4回目の試みもまた失敗した。

1858 年、1865 年、1866 年の大西洋ケーブル製造業者のサンプルボックス。ケーブルは徐々に太くなっています。丨写真提供: 2009 年 4 月、ロンドンのサイエンスミュージアムで撮影。(
(https://atlantic-cable.com/) より

成功の幸せがついにやってくる

1866 年 7 月 27 日、ついに幸運が訪れ、グレートイースタン号はアイルランドのヴァレンティアからニューファンドランドのハーツコンテントまでの船の建造を無事完了しました。新しいケーブルは性能が向上し、大西洋を越えたほぼ即時の通信が可能になりました。その後、失われたケーブルが回収され、再敷設されたため、大西洋ケーブルは二重線となり、伝送速度は 1858 年より 50 倍速くなりました。大西洋海底ケーブル敷設への貢献により、英国政府は 1866 年にトムソンにナイトの称号を与えました。1892 年には、ケーブル工学と電信技術に対する彼の卓越した業績と科学的貢献を称え、ヴィクトリア女王が彼に初代ケルビン男爵、またはケルビン卿の称号を自ら授けました。

1867年、フィールドは大西洋横断ケーブル敷設への貢献により、米国議会から金メダルを授与され、パリ万国博覧会では特別賞を受賞した。

「古い世界と新しい世界は共通の世界としてつながっています...地球は一つの心臓で鼓動しているようです。」オーストリアの作家シュテファン・ツヴァイクは著書『星が輝くとき』の中で、大西洋横断ケーブルの敷設を人類文明の進歩に影響を与えた14の瞬間のうちの1つとみなし、起業家フィールズの不屈の意志を高く評価した。

1858 年、大西洋電信ケーブルの信号伝送速度は 1 時間あたり数ワードでしたが、1866 年には 1 分あたり 6 ～ 8 ワードに達しました。 19 世紀末までに、英国、フランス、ドイツ、米国はケーブルを接続して電信通信ネットワークを形成し、世界を「より小さな」場所にしました。

1901 年のイースタンテレグラフカンパニーシステムの地図。(ABC 電信コード第 5 版)

人々のコミュニケーションへの欲求は無限です。通信技術の向上に伴い、伝送速度が速く、容量が大きい光ファイバーが登場し、徐々にケーブルに取って代わってきました。通信の歴史において重要な技術開発として無線通信があり、これも科学者と起業家による大きな貢献です。次の記事でそれについてお話します。

主な参考文献

[1] ジョン・スティール・ゴードン海を渡る糸：大西洋横断ケーブルの英雄的な物語 [M]。ニューヨーク：ハーパー・ペレニアル、2003年：46、53、102-110、180-192。

[2] 大西洋ケーブルと海底通信の歴史（1850年の最初の海底ケーブルから世界的な光ファイバーネットワークまで）参照：

https://atlantic-cable.com/

[3] 最初の大西洋横断電信ケーブルは大胆かつ美しい失敗だった。参照:

https://spectrum.ieee.org/the-first-transatlantic-telegraph-cable-was-a-bold-Beautiful-failure

[4] IECの歴史上の人物。見る：
https://www.iec.ch/history

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部