电子通信
电是一种好东西：它能沿着电线几乎即时地传送，能在远离操作开关的地方造成引人注目的效果——比如点亮另一间屋子里的灯泡。但是为了在建筑、城市甚至大陆之间通信，你不可能简单地延长一下为灯泡供电的电路，互相用灯光传送消息了事。耗费能量的电阻是你的敌人，不可能有足够的电压在足够的距离外点亮灯泡。然而，借助一台我们在“为民供能”一章介绍过的良好电磁体，哪怕仅有微弱的电流，也能产生强度相当可观的磁场。在末端放置一根轻巧的平衡金属杆，你就可以拿它做一个极为灵敏的开关，只要电磁体通电，它就会被拉近发出蜂鸣。继电器控制的蜂鸣器放置在长途电报线路的两端，能使远处的操作员听到另一人传输电流时形成的声音。
将每个字母用持续时间或短或长的电流——点和线——的组合来代表，消息就可以每次一个字母地传送。你首先要做的无非是和电报线另一端的人商量好，你要如何表示字母表中的每一个字母，然后你就可以往这条线路上发送后末日时代你的第一封电子邮件了。你到底如何编制代码其实并不重要，但是如果对于如何确保代码系统迅捷而可靠有一定的远见，你大概还是会发明出来某种类似于莫尔斯电码的东西。在这套系统中，英语字母表里最常用的字母都用最简单的形式来代表：E是一个点，T是一个横，A是一个点加一个横，I是两个点。
间距均匀的中继站可以放大下一段线路上的电流，从而让全球范围内的电报通信成为可能。然而，跨过大陆、穿过洋底的电缆铺设和维护起来都比较困难。那么有没有更好的方法？你是否可以在利用电力通信的同时，又无须采用让人伤脑筋的电线来传输电流？
让我们更加深入地探讨一下电与磁之间这种相对相生的关系吧。如果变化的电场可以产生磁场，而变化的磁场又可以产生电场，那么你应该能够创造一束两相支撑的能量涟漪。事实上，哪怕是在没有物质存在的绝对真空中，电磁波仍然能够携带着这种扰动进行传播（与声波或者水波不同）：电和磁联合起来，如鬼魅一般游历宇宙。
从我的窗口涌进来的金色阳光，本身无非是交织的电场与磁场。从X光机、紫外线日晒机、红外线夜视照相机和微波炉，到雷达、无线电和电视广播以及——现代生活的终极表现——我的笔记本正在连接的这个免费无线网络热点，全都是不同形式的光。电场和磁场以不同振动频率相互勾连，形成了很长的一条电磁波谱，从危险的高能伽马射线到长波无线电，不过它们全都以光速传播。
然而，我们感兴趣的是无线电波。它们不仅比较容易制造和接收，而且可以携带并隔着遥远的距离传播信息。作为一种远距离通信手段，这种无线电发送和接收技术正是你需要复原的。
让我们先从建造无线电接收器这一略微简单的任务说起。从树上垂下一根长电线，下端剥掉绝缘层埋入地下以接地。这就是你的天线，任何经过的无线电波中迅速振荡的电磁场，都会驱动金属中的电子上下运动：这是一种感生交流电。但是要想用耳机听到声音，你需要用某种方法仅仅保留波的反向或者正向部分，丢掉另一部分。
任何仅允许电流朝一个方向流动而挡住另一个方向的材料都可以做到这一点。它们会把交流电“整流”成一系列直流电脉冲。幸运的是，很多晶体都具有这种非常有用的性质。因其黄澄澄的外表而被称为“愚人金”的硫化亚铁，便能很好地满足这种需求，而且很容易寻找。另一种矿物，方铅矿（硫化铅）也常被用到矿石收音机当中。方铅矿是主要的铅矿石，在全世界都有大储量的分布，历史上曾被开采并用来制造管道、教堂屋顶、火枪子弹和可充电的铅酸电池。
把晶体放在一个金属容器中，连接到你的天线-耳机电路里，再连接一根名叫触须的细线。整流就发生在晶体和触点之间的连接处，但是其效果捉摸不定，需要付出一定的耐心才能通过试错找到合适的位置。不过，即便没有人类的广播，这个原始的设备也能让你捕捉到天然的无线电信号，比如雷暴。事实上，一种原始的无线电发射机——火花隙振荡器——的工作原理就是产生一系列非常迅急的人工闪电。
火花隙振荡器是在一个高压电路中留下一个小缝隙，使当中可以不断地产生电火花。每一次火花都在天线中释放一股电子，并发射出一个短暂的无线电波脉冲。如果发射电路每秒钟产生几千次电火花，急促地发射出一系列无线电脉冲，接收机的耳机里就能听到一种蜂鸣。在为火花隙供电的变压器的低压侧加入一个开关，控制电路何时通电并释放无线电波，然后用点和线来为你的消息编码。
理想情况下，你会希望能够通过无线电波传送声音，使两个无线电操作员可以交谈，或者向大批听众广播新闻。莫尔斯电码只需要粗放地将无线电波彻底打开或者关闭，但是传送声音需要对电波进行更加精确的操控，这种操控叫作载波调制。最简单的体制叫作调幅（AM），载波的强度更加平滑地在这两个极端之间变化：声波的柔和外形被印在疯狂涨落的无线电波的顶部。幸好须状晶体检波器也能在接收端很好地“解调”信号。晶体连接点的单行道行为，与电容器的平滑作用共同去除了高频载波，只留下广播员的声音或者音乐。
除非在你附近只有一个高功率发射机，你用这个最基本的无线电接收机听到的信号将是很多电台令人困惑的混响：天线捕捉到不同频率的载波信号，把它们全都送到你的耳机里。在电子机器上增加几个零件，你就能调谐这些收音机了。调谐使无线电发射机把广播能量集中到一个很窄的频率范围内，从而提高了效率，而调谐过的接收机，可以从一片混乱嘈杂的无线电谱系中，仅仅采集你感兴趣的传输频率。
我们讲到过，无线电波从根本上来讲就是一种振动，构成它的磁场和电场以特定的节拍或者频率交替，就像是钟摆的摆动一样。所以要想调谐无线电发射机或接收机，你需要加入一个电流的振荡有着特定节律而其他接近的频率会被抗拒的电路。你需要驾驭共振的力量。
不妨这样理解一下。就像任何一个摆一样，一个荡秋千的孩子会以特定频率来回摆动。如果你总在正确的时机轻推一下，孩子就会越荡越高。但是如果推动的节拍不同于摆动频率，你就得不到这样的效果。
将电容器和感应器简洁优雅地组合起来，就能建造一个以固定节律振动的基本振荡电路。电容器由以绝缘层隔开的两个相对的金属盘构成。任何施加在电容器上的电压，都会在一个金属盘上聚集电子，直到它带了足够的负电荷，开始抗拒进一步的充电。电容器是一个电荷的储存器，能够以突发电流的方式释放，就像照相机的闪光灯一样。感应器线圈本质上是一个电磁体，但是它能做到的事情远远不止吸引金属物体。电阻会阻挡电流的流动，而感应则会阻止电流的任何变化。所有电容器和感应器都是电能的可补充储存器：电容器是以相对的金属盘之间的电场的形式，而感应器是以线圈周围磁场的形式。用线路将二者对面相接，一个简单的环路就神奇地出现了。
当满载着电子的电容器释放其存储的电荷时，就会在线路中推动一个电流，并通过感应器产生一个磁场，直到电容器的金属盘电势相等。
这时感应器周围的磁场开始崩溃，但是衰退的磁力线穿过线圈，会在线路中引发一个电流（发电机效应），往电容器的另一个金属盘输送电子——令人惊奇的是，崩溃中的磁场可以暂时维持当初创造了它的电流。
等到感应器磁场完全消失，电容器的另一个金属盘已经被完全充电，开始推动一个相反方向的电流流过线圈。
能量就这样不停地在电场和磁场之间交互转换，在电容器和感应器之间来回流动，就像是每秒摆动几千次的钟摆——以无线电的频率。
这就是简单到令人心旷神怡的振荡电路，其美妙之处是，它只会以自己的固有频率振荡，而会抗拒其他频率。通过改变两个构件之一的性质，你可以改变这个电路的振荡频率，从而实现对发射机或者接收机的调谐。电容器更容易调节一点：旋转D形金属盘，改变二者相对部分的面积，也就改变了电容器能够储存的电量。老式收音机的调台旋钮连接的往往就是振荡电路的可变电容器。现代发射机和接收机的调谐精度非常高，无线电频谱被细分得有如熟食店柜台上的火腿，被无数应用所共享：商业电台和电视台、GPS信号、应急服务通信、空中交通管制、蜂窝电话、短距离Wi-Fi和蓝牙、无线电遥控玩具等等。事实上，现在火花隙振荡器是非法的，因为它们太不精准，泄出的无线电辐射会污染一大段频谱，本质上相当于屏蔽了与之相邻的无线电波段。
音频广播的其他关键元素，显然是麦克风和耳机或者扬声器，前者把声波转化为发射机电路中的电压变化，后者把收到的电信号还原为声音。实际上，麦克风和耳机基本上是同一种东西。它们都含有一个可以自由振动的膜片，功能要么是制造声波，要么是对声波做出反应。膜片与一个线圈相连，线圈则会随着磁场移动，所以两者都是作为发动机和发生器在驾驭同样可逆的电磁效应。
利用压电晶体可以制造一种更加灵敏的版本，压电晶体具有形变时会产生电压的奇特性质。要想听到触须无线电检波器似有似无的输出，就要用到灵敏的晶体耳机。酒石酸钾钠（又叫“罗谢尔盐”，这个名称来自最早制造出这种化合物的那位17世纪药剂师家乡的名字）能够很好地实现这个功能。在葡萄酒发酵桶里，将热碳酸钾溶液和酒石酸氢钾（也就是广为人知的酒石）混合起来，就可以产生这种盐的晶体。
我们有把握说，重启中的文明从绝对的基础做起，会很快重新掌握无线电通信技术，哪怕他们还不能推导出复杂的电磁方程或者有能力制造精密的电子元件。在近代史上人们已经做过这样的事情了。
在第二次世界大战期间，双方前线战壕里的士兵和战俘营里的战俘，都曾经制作临时的无线电接收机收听音乐或者战况新闻。这些别具一格的创造物揭示出，很多种回收来的材料都可以用来临时拼凑成可用的收音机。用作天线的电线被挂在树上，或者伪装成晾衣绳，有时候甚至带刺的铁丝网栅栏也可以担此大任。把电线连接到战俘营牢房冰冷的水管上，就可以提供良好的接地。感应器是通过在硬纸板厕纸卷上缠绕线圈做成，回收而来的裸线用烛蜡绝缘，或者像在日本战俘营里一样，涂上一层棕榈油和面粉。调谐电路的电容器使用锡箔或者烟盒包装的衬里拼凑，将报纸隔在中间用于绝缘。然后再把这个宽大而平坦的设备卷成瑞士蛋糕卷的形状，使其更加紧凑。
耳机比较难拼凑，所以经常从坏掉的车辆上回收而来。较为粗糙的替代品可以这样制造：在一根铁钉周围缠上电线，末端粘住一枚磁铁，在线圈上轻轻放置一个锡罐的盖，让它随着接收到的信号轻微振动。
不过，其中最有创造力的临时创造，或许要数至关重要的整流器，它是用来从载波中解调出音频信号的。黄铁矿和方铅矿之类的矿物晶体，都不可能在战场上得到，但是人们发现生锈的剃刀刀片或遭受腐蚀的铜币也能派上用场。把刀片和一枚向上弯曲的安全别针一起固定在一块木头上。把铅笔中间的石墨芯削尖，紧密地连接到安全别针的针尖上（往往用剩余的线缠紧），别针针体的弹性足以起到触须的作用，使铅笔芯在金属氧化物表面上能实现精细调整，直到找到一个有效的整流连接。
矿石收音机（以及铁锈-铅笔检波器）简单而美妙，且不需要接入电源，因为它们从接收到的无线电波本身就能得到运行所需的动力。但是触须整流器并不可靠，而且晶体收音设备仅能输出功率极小的声音。对此的解决方案，同时也是实现一系列其他先进应用所需的入门技术，是制造一根真空管，而这种设备与现代文明的另一项特征密切相关——灯泡。
和灯泡一样，真空管也是在玻璃泡中放置了一根炽热的金属丝，但重要的是，真空管的金属丝周围还围着一圈金属板，而且玻璃泡内部的空气被抽到了压力很低的程度。当金属丝被加热到白热程度，电子会从金属中蒸发出来，在丝周围形成电荷云。这叫作热电子发射，是X光机、荧光灯、老式电视机和计算机显示器的原理之一。如果金属板比金属丝带有更多的正电荷，这些自由电子就会被其吸引，形成一个电流。但是这种电流永远不会反向流动，因为金属板不会被加热到释放电子的程度，因此这样的“二极管”（有两个金属触点或者电极）就像阀门一样，只允许一个方向上的电流通过。尽管物理原理大不相同，热电子管却有着与晶体检波器完全一样的功能，可以直接用作无线电接收机的整流器。不过，对二极管的一项简单修饰才是真正的创新，因为它实现了一项全新的功能。
如果你在一枚标准真空二极管的热丝和金属盘之间插入一根螺旋线或者网格，你便做成了一件不同寻常的东西。这个由三部分构成的器件叫作三极管，通过调整施加在网格上的电压，你就能影响管中流过的电流。在控制栅格上施加微弱的负电压，会开始阻挡从金属丝蒸发出来并涌向金属板的电子，进一步提升负偏压，电流就会更受限制——这就像捏住吸管控制多少液体可以从中流过。关键是，利用三极管，你做到了使用一个电压控制另一个电压。不过，这种设置的天才应用是，控制栅格上较低电压的细微变化在输出电压中引起较大变化。也就是说，你可以放大输入信号。
这种功能是晶体无法实现的，可以用来放大接收到的微弱信号来驱动扬声器，让整个房间充满声响。它还能让你生成纯频电子振荡，这种振荡十分适于作为窄频带载波，便利地将声波调制到载波上。这些都是主流无线电通信手段用到的重要应用，但是就像有用的真空管也可以用作控制电子通路的开关，而且其速度远远高于机械操纵杆，把这样的真空管连接成一张巨大的网络，让这些开关相互控制，你就可以运行数学计算甚至建造具备完整编程功能的电子计算机了。[3]
- 中国人发明造纸术比纸在欧洲普及早了足足一千年，而且也使用木刻版印刷，那么为什么中国人从来没有发展出古腾堡那种活版印刷机？这大概要归因于欧洲与东方文字特点上的一项根本差别。西方的文字是由数量不多的一套字母排成各种组合，拼出不同单词的读音，而中文书面语是由海量复杂汉字构成的，每一个汉字都代表一个特定的对象或者概念。西方字母简单的排列方式适合于活版印刷。
- 如果你预计在将来还会再次印刷同一段文本，比如某部重要专著的后续列印，你可以通过保存页面布局来省却用几千个单独字母再次排版的麻烦。字模本身太宝贵，不能一直留在框架中，但是你可以把整个版面按压到灰泥中，用它作为模具铸造出整个页面的金属模板。这就是英文“陈规旧习”（stereotype）一词的最初意思。金属模板的别称是cliché（现在的意义是“陈词滥调”），这个词显然是通过模仿铸造时发出的声音造出来的——因此使用一次cliché就是把一段文本重印一版。
- 现代电子学已经淘汰了高耗能的真空管，现在利用的是半导体材料的性质：热离子管整流器被固态二极管取代，三极管的电压控制功能由硅晶体管来实现。我口袋里那部堪称小型化技术典范的智能手机，含有几万亿个晶体管，每一个的功能都与一枚发着暖暖光辉的真空管完全一致。
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