Кіріспе
Британдық ғалым және өнертапқыш сэр Чарльз Уиттстон (6 ақпан 1802 – 19 қазан 1875), Виктория дәуіріндегі көптеген ғылыми жетістіктерді жасаған ағылшын ғалымы және өнертапқыш. Оның өнертапқыштарының ішінде ағылшын концертинасы, стереоскоп (үш өлшемді суреттерді көрсетуге арналған құрылғы) және Playfair шифры (шифрлеу әдісі) бар. Дегенмен, Уиттстон ең әйгілісі – белгісіз электр кедергісін өлшеуге қолданылатын Уиттстон көпірін дамытуға қосқан үлесі (бұл көпірді алғаш Самуэль Хантер Кристи ойлап тапқан) және телеграфияны дамытудағы маңызды тұлға ретінде танылады.
Sir Charles Wheatstone ('/w//iː//t//s//t//ə//n/; 6 February 1802 – 19 October 1875), was an English scientist and inventor of many scientific breakthroughs of the Victorian era, including the English concertina, the stereoscope (a device for displaying three dimensional images), and the Playfair cipher (an encryption technique). However, Wheatstone is best known for his contributions in the development of the Wheatstone bridge, originally invented by Samuel Hunter Christie, which is used to measure an unknown electrical resistance, and as a major figure in the development of telegraphy.
Өмір
Чарльз Уитстоун Глостерширдің Барнвуд қаласында дүниеге келді. Оның әкесі, У. Уитстоун, қалада музыка сатушы болған, төрт жылдан кейін 128 Палл Моллға көшіп, флейта сабақтарын берген. Чарльз, отбасыдағы екінші ұл, Глостер маңындағы ауылдық мектепке, содан кейін Лондонның бірнеше оқу орындаларына оқуға түсты. Олардың бірі Кеннингтонде орналасқан, және оның оқудағы үлкен жетістіктері Mrs. Castlemaine-ді таң қалдырды. Басқасынан қашып кеткен, бірақ өзінің практикалық телеграфының театрынан алыс емес, Виндзорда ұсталды. Бала кезінде ол өте ұялшақ және сезімтал болды, көбінесе мансардаға шегініп, тек өз ойларымен болатын. Он төрт жасқа келгенде, ол өзінің тағы бір ағасы және атымен аталған, музыкалық аспаптар жасаушы және сатушыға, 436 Strand, Лондонға шәкірт болып түсті. Бірақ ол қолөнерге немесе бизнеске қызығушылық танытпады, кітап оқуды артық жақсы көрді. Әкесі оны осыған ынталандырды және ақыры оны ағасының қамқорлығынан алып тастады. Он бес жасында Уитстоун француз поэзиясын аударды және екі ән жазды, олардың бірін ағасына берді, ол оны жүйелі түрде інісінің туындысы екенін білмей жариялады. Оның лира туралы шумақтары Бартолоцци жасаған гравюраның ұранына айналды. Ол Палл Молл маңындағы ескі кітап дүкеніне жиі баратын, ол сол кезде қираған және жолдары топырақты болған. Оның қалта ақшасының көп бөлігі оның қызықтырған кітаптарын сатып алуға жұмсалды, мағынасы ертегілер, тарих немесе ғылым болсын. Бір күні кітап сатушының таңғалысы, ол Вольтаның электр жаңалықтары туралы кітапты қатты қалады, бірақ бағасы жетпегендіктен, ол ақшасын жинап, кітапты сатып алды. Ол француз тілінде жазылған, сондықтан ол сөздік сатып алғанға дейін қайтадан жинауға мәжбүр болды. Содан кейін ол кітапты оқып, үлкен ағасы Уильямның көмегімен, әкесінің үйінің артындағы жуынатын бөлмеде үйде жасалған батареямен сипатталған тәжірибелерді қайталай бастады. Батареяны құрастыру кезінде жас философтарға қажетті мыс пластиналарды сатып алуға ақша жетпеді. Олардың қолында тек бірнеше мыс тиын қалды. Осы зерттеулердің жетекшісі болған Чарльздың ойына керемет ой келді: "Біз тиындардың өзін пайдалануымыз керек", - деді ол, және батарея көп ұзамай толыққанды болды. 1847 жылдың 12 ақпанында, Крайстчерч, Мэрилебон қаласында Уитстоун Эмма Уэстке үйленді. Ол Таунтон қаласындағы саудагердің қызы болды және әдемі келбетке ие болды. Ол 1866 жылы қайтыс болды, өзінің күтіміне бес кішкентай баласымен отбасын қалдырды. Оның отбасылық өмірі тыныш және оқиғасыз болды. Көпшілік алдында тыныш және ұялшақ болса да, Уитстоун жеке өмірінде, сүйікті тақырыптары туралы сөйлескенде ашық және сөзді болды, ал оның кішкентай, бірақ белсенді денесі, қарапайым, бірақ ақылды сыртқы келбеті, жандануға толы болды. Сэр Генри Тейлор бірде Уитстоунның Оксфордтағы кешкі кеште Лорд Палмерстонға өзінің телеграфының мүмкіндіктері туралы құлшыныспен айтқанын байқағанын айтады. "Олай демейсіз!" - деп таң қалды мемлекеттік қайраткер. "Мен сізді Лорд-канцлермен сөйлесуге мәжбүр етемін". Осылай деп, ол электриктерді Лорд Вестбериге бекітіп, қашуға көмектесті. Бұл әңгіменің естелігі Палмерстонды парламентте министрден Үндістанда соғыс басталды ма деп сұрағанда, ол: "Біраз күте тұрыңыз, мен генерал-губернаторға телеграф жіберіп, сізге хабарлаймын" деп жауап беретін уақыт келгенін еске түсірген болуы мүмкін. Уитстоун 1868 жылы автоматты телеграфты аяқтағаннан кейін рыцарь атағына ие болды. Ол бұрын "Құрмет легионы" орденінің кавалері болған. Оның ғылыми беделін көрсететін отыз төрт марапаттары мен отандық және шетелдік қоғамдардың дипломдары болды. 1836 жылдан бастап ол Корольдік қоғамның мүшесі болды, ал 1859 жылы ол Швеция Корольдік ғылым академиясының шетелдік мүшесі, ал 1873 жылы Франция ғылым академиясының шетелдік мүшесі болып сайланды. Сол жылы ол Францияның Ұлттық өнеркәсіпті қолдау қоғамының Ампер медалімен марапатталды. 1875 жылы ол Азаматтық инженерлер институтының құрметті мүшесі болды. Ол Оксфорд университетінің D. C. L. және Кембридж университетінің LL. D. дәрежесіне ие болды. 1875 жылдың күзінде Парижге сапар барысында, су асты кабельдері үшін қабылдағыш құралын жетілдірумен айналысып жатқанда, ол суық тиіп, өкпесі қабынуымен ауырды, осы аурудан 19 қазан күні Парижде 73 жасында қайтыс болды. Париждегі Англикан шіркеуінде академияның делегациясы қатысқан еске алу рәсімі өтті. Оның денесі Лондонның Парк Крессенттегі үйіне (қазіргі кезде көк тақтамен белгіленген) әкелініп, Кенсал Грин зиратына жерленді.
Музыкалық аспаптар және акустика
1821 жылдың қыркүйегінде Уитстоун «Қолымдалған лираны» немесе «Акукриптофонды» Палл-Моллдегі музыка дүкенінде және Аделаида галереясында көрсету арқылы өзін көпшілік назарына түсірді. Ол шыңнан ілгекпен ілінген лирадан тұрады және фортепиано, арфа және дульцимердің үнін шығарады. Шын мәнінде, бұл жай ғана дыбыс қорабы, ал ілгек – музыканы жеткізетін болат таған, ол көзден тыс және құлақтан шығарған аспаптарда ойнатылған. Осы кезеңде Уитстоун дыбыс және оның таралуына қатысты көптеген тәжірибелер жүргізді. Оның кейбір нәтижелері Томсонның 1823 жылғы «Философия жылнамасында» сақталған. Ол дыбыстың атмосфераның толқындары немесе тербелістері арқылы таралатынын, ал жарықтың сол кезде жарық эфирінің толқындары арқылы таралатынына сенгенін мойындады. Су, шыны, металл немесе дыбысты ағаш сияқты қатты денелер модуляцияларды жоғары жылдамдықпен жеткізеді, және ол дыбыс сигналдарын, музыканы немесе сөйлеуді осы жолмен ұзақ қашықтыққа жеткізу жоспарын ойлап тапты. Ол дыбыстың қатты тағандар арқылы өтетінін есептеп, осылайша Лондоннан Эдинбургке телеграф жіберуді ұсынды. Ол тіпті өзінің құрылғысын «телефон» деп атады. (Роберт Гук өзінің 1667 жылы жарық көрген «Микрография» еңбегінде: «Мен оқырманды мынаған сендіре аламын: мен созылған сымның көмегімен дыбысты өте алыс қашықтыққа бір сәтте немесе жарық сияқты жылдамдықпен тарата алдым». Сымның түзу болуы да қажет емес, оны бұрыштарға иілуге болады. Бұл қасиет механикалық немесе «сүйіктілердің телефонының» негізі, ол көп ғасырлар бұрын қытайларға белгілі болған. Гук сондай-ақ есту қабілетімізді арттырудың жолын табу мүмкіндігін қарастырды.) 1821 жылдың 1 қыркүйегіндегі «Өнерлер қоймасында» жазылған мақалада «Қолымдалған лира» туралы айтылып, операның Король театрында қойылып, Ханновер сквері бөлмелерінде немесе тіпті Кеннингтондағы Хорнс тавернасында тамашалануы мүмкін екені көрінеді. Тербелістер газ құбырлары сияқты жер асты өткізгіштер арқылы өтеді. Егер музыка осылай таратыла алса, «онда сөйлеу сөздері де осылай таралуы мүмкін». Заңгерлердің шешендігі, Парламенттегі пікірталас келесі күні ғана оқылатын болмайды… Бірақ біз осы қызықты тақырыпты іздеуде жоғалып кетеміз. Дыбыстарды алысқа жеткізуден басқа, Уитстоун әлсіз дыбыстарды күшейтуге арналған қарапайым құрал ойлап тапты, оған ол «Микрофон» деген ат берді. Ол екі жұқа таяқшадан тұрады, олар механикалық тербелістерді екі құлаққа жеткізеді, және профессор Хьюздің электр микрофонынан мүлдем өзгеше. 1823 жылы оның әкесінің ағасы, музыкалық аспаптар жасаушы қайтыс болды, ал Уитстоун ағасы Уильяммен бірге бизнесті басқарды. Чарльз коммерциялық іс-әрекетті ұнатпады, бірақ оның тапқырлығы қолданыстағы аспаптарды жақсартуға және философиялық ойыншықтар жасауға мүмкіндік берді. Ол сондай-ақ өз аспаптарын ойлап тапты. Олардың ең танымалдарының бірі – Уитстонның концертинасы. Бұл аспап 64 пернелі, қарапайым түсті пернелер үшін логикалық түрде орналастырылған. Ағылшын концертинасы оның өмірінде кең танымал болды, бірақ оның танымалдығы 20-ғасырдың басына дейін ең жоғары деңгейге жетпеді. 1827 жылы Уитстоун өзінің «калейдофонын» ұсынды, бұл дыбыс беретін дененің тербелісін көзге көрінетіндей ететін құрылғы. Ол металл таяқшадан тұрады, оның ұшында күміс жалатылған шар бар, ол жарықтың «нүктесін» шағылыстырады. Таяқ тербелгенде, бұл нүкте ауада күрделі фигураларды суреттейді, қараңғыда айналып жүрген ұшқын сияқты. Оның фотометрін осы құрылғы ұсынған болуы мүмкін. Ол екі жарықтың күміс жалатылған шардың шағылысының салыстырмалы жарықтығы арқылы салыстыруға мүмкіндік береді, бұл тар эллипстің пішінін береді, осылайша нүктелерді параллель сызықтарға келтіруге болады. 1828 жылы Уитстоун неміс үрмелі аспабын, «Mundharmonika» деп аталатын аспапты жетілдіріп, симфонияны (немесе симфонияны) жасады. Бұл аспап ауыздан соққан еркін қамыс аспабы, түймелі пернелердің логикалық орналасуы бар, 1829 жылдың 19 желтоқсанында патенттелген, ағылшын концертинасына ұқсас. Оның тағы бір өнертабысы – 1851 жылғы Ұлы көрменің жүлдесін алған портативті гармония. Ол сондай-ақ Де Кемпеленнің сөйлеу аппаратын жетілдірді және сэр Дэвид Брюстердің пікірін қолдады, осы ғасырдың соңына дейін ән айту және сөйлеу аппараты ғылымның жеңістерінің қатарына кіреді. 1834 жылы атақ-даңққа ие болған Уитстоун Лондон Корольдік колледжінің эксперименталды физика кафедрасына тағайындалды. Оның дыбыс туралы алғашқы лекциялары көпшілік алдында сөйлеуден жиренуіне байланысты толық сәтсіздікке ұшырады. Ол трибунада сөйлеуге қабілетсіз болды, кейде тыңдаушыларға арқасын бұрып, қабырғадағы схемаларға сыбырлап айтатын. Ол зертханада өзін жайлы сезінді және одан әрі өз міндеттерін көбінесе демонстрациямен шектеді.
Электр қуатының жылдамдығы
Ол 1834 жылы жасаған үлкен эксперимент арқылы танымал болды – сымдағы электрдің жылдамдығын өлшеу. Ол сымды ортасынан кесіп, ұшқын секіріп өте алатын саңылау жасады және оның екі ұшын электрмен толтырылған Лейден банкасының полюстеріне қосты. Осылайша сымның екі шетінде және ортасында үш ұшқын пайда болды. Ол сағат механизміне кішкентай айнаны орнатты, ол жоғары жылдамдықпен айналып, үш ұшқынның шағылысын бақылады. Сымның ұштары сондай етіп орналастырылды, егер ұшқын бірден пайда болса, олардың шағылысы бір түзу сызықта көрінетін еді, бірақ ортаңғы ұшқын қалғандарынан кейін пайда болды, себебі ол бір сәт кешікті. Электрдің сымның ұштарынан ортасына жетуіне белгілі бір уақыт кетті. Бұл уақыт кідіріс мөлшерін өлшеу және оны айнаның белгілі жылдамдығымен салыстыру арқылы анықталды. Уақытты анықтағаннан кейін, ол оны сымның жарты ұзындығымен салыстырып, электрдің жылдамдығын есептеді. Оның нәтижелері секундына 288 000 миль жылдамдық көрсетті, яғни қазіргі таңда біз білетін жарық жылдамдығынан жоғары, бірақ бұл қызықты жуықтау болды. Кейбір ғалымдар электрдің "жылдамдығының" өткізгіштің және оның айналасындағы ортаның қасиеттеріне байланысты екенін түсінген. Франсис Рональдс 1816 жылы жерге көмілген электр телеграф кабельінде (бірақ әуе желісінде емес) сигналдың кешігуін байқады және оның себебін индукция деп түсіндірді. Уитстоун жас кезінде осы эксперименттерге куә болды, бұл оның телеграф саласындағы зерттеулеріне серпіліс берді. Он жылдар өткен соң, телеграф коммерциялық жолға қойылғаннан кейін, Майкл Фарадей су астындағы сымдағы электр өрісінің жылдамдығын, оның үстіне изолятормен қапталған және сумен қоршалған, 0,8 немесе тіпті одан да аз екенін сипаттады. Уитстоунның айналмалы айна құрылғысын кейін Леон Фуко және Гипполит Физо ауадағы және судағы жарық жылдамдықтарын салыстыру үшін, содан кейін жарық жылдамдығын өлшеу үшін пайдаланды.
Спектроскопия
Уитстоун және басқалар да спектрлік эмиссия сызықтарын ашу және оларды пайдалану арқылы алғашқы спектроскопияға үлес қосты. Джон Манро 1891 жылы жазғандай: "1835 жылы Британ қауымдастығының Дублиндегі мәжілісінде Уитстоун металдарды электр ұшқынымен буландырғанда, олардың жарығы призма арқылы қарастырылғанда, оларға тән белгілі бір сәулелерді көрсететінін көрсетті. Осылайша, ұшқынның жарығын талдау арқылы ұшқын түйіскен жердегі металдардың қандай екенін анықтауға болады. Бұл ұсыныс спектрлік талдауда үлкен қызмет етті, ал Роберт Бунсен, Густав Роберт Кирхгофф және басқалар қолданғанда, рубидий және таллий сияқты бірнеше жаңа элементтердің ашылуына, сондай-ақ аспан денелері туралы біліміміздің кеңеюіне әкелді."
Телеграф
Уитстоун тағандардың механикалық тербелісі арқылы хабар тарату идеясынан бас тартып, электр телеграфын пайдалануға көшті. 1835 жылы ол барон Шиллингтің жүйесі туралы лекция оқыды және электр телеграфтың әлемге үлкен пайда әкеле алатынын, қажетті құралдардың бұрыннан белгілі екенін мәлімдеді. Ол өзінің жоспарын сынақтан өткізді, Теміз өзені арқылы тәжірибелік желі салуды ғана емес, сонымен қатар Лондон мен Бирмингем теміржолында оны орнатуды ұсынды. Бірақ бұл жоспарлар іске аспай тұрып, 1837 жылдың 27 ақпанында Уильям Кук Кондуйт көшесіндегі оның үйіне келді, бұл оның болашағына маңызды ықпал етті.
Cooke at his house in Conduit Street on 27 February 1837, which had an important influence on his future.
Кукпен ынтымақтастық
Кук Мадрас армиясының офицері болды, ол үйде демалыста болғандықтан, Гейдельберг университетінде анатомия бойынша бірнеше лекцияларға қатысты. 1836 жылдың 6 наурызында ол профессор Георг Мункенің телеграфпен демонстрациясын көрді және оның маңыздылығына настолько әсерленді ki, медициналық зерттеулерін тастап, барлық күшін телеграфты енгізу жұмысына арнады. Ол көп ұзамай Лондонға оралды және 1837 жылдың қаңтар айында үш инелі телеграфты көрсетті. Өзінің ғылыми білімінің жеткіліксіз екенін сезіне отырып, ол Майкл Фарадей мен Питер Рогетке (сол кезде Корольдік қоғамның хатшысы) кеңес сұрады: Рогет оны Уитстоунға жіберді. Екінші кездесуде Кук Уитстоунға жұмыс істейтін телеграфты жасау ниеті туралы айтты және өзінің әдісін түсіндірді. Уитстоун өзінің айтуынша, Кукке бұл әдіс жұмыс істемейтінін айтты және өзінің тәжірибелік телеграфымен бөлісті. Соңында Кук олар серіктес болуын ұсынды, бірақ Уитстоун бастапқыда келісуге құлықсыз болды. Ол белгілі ғалым еді және оның нәтижелерін жариялауды жоспарлаған, бірақ олардан пайда табуды көздемеген. Кук болса, оның жалғыз мақсаты – осы жобадан байлық табу екенін мәлімдеді. Мамыр айында олар күштерін біріктіруге келісті, Уитстоун ғылыми, ал Кук әкімшілік қабілеттерін ұсынды. Серіктестік шарты 1837 жылдың 19 қарашасында жасалды. Олардың өнертабыстарына, соның ішінде Уитстоунның бес инелі телеграфына және реле арқылы жұмыс істейтін дабылға бірлескен патент алынды, онда ток инеді сынапқа малып, жергілікті тізбекті аяқтап, сағат механизмін босататын еді. Бес инелі телеграф, негізінен, тіпті толығымен Уитстоунға байланысты, Шиллингтің телеграфына ұқсас және Ампердің принципіне негізделген – яғни ток батарея тізбегін қосу және ажырату кілті арқылы желіге жіберілді, ал екінші жағында ол магниттік инеге айналған сым орамасы арқылы өтті. Кілт арқылы батареяның бір немесе екінші полюсі желіге қосылғанда, ток инеді бір немесе екінші жаққа бұратын еді. Бес түрлі инемен жұмыс істейтін бес жеке тізбек болды. Инелер алмаз тәрізді циферблаттың ортасында қатарлап орналасқан және алфавит әріптері осылай етіп орналастырылған, ток екі инені оған қарай бұрып, әріпті нақты көрсететін еді.
Алғашқы қондырғылар
1837 жылдың 25 шілдесінде Лондон және Солтүстік-Батыс темір жолының Эустон терминалы мен Камден Таун станциясы арасында алтыншы қайтару сымы бар тәжірибелік желі іске қосылды. Нақты қашықтық бір жарым миль (2,4 км) ғана болды, бірақ тізбектің ұзындығын арттыру үшін қосалқы сымдар енгізілді. Тәжірибе кешке қарай өтті. Кук Камден Таунда жауапты болды, ал Роберт Стивенсон және басқа да джентльмендер бақылады; ал Уитстоун Эустонның билет кассасы жанындағы шағын, қараңғы бөлмеде, майлы шамның жарығымен жабдықталған аспабына отырды. Уитстоун алғашқы хабарламаны жіберді, Кук оған жауап берді: «Мен бұрын ешқашан мұндай қозғырлы сезімді бастан өткермедім, – деді Уитстоун, – өйткені, тыныш бөлмеде жалғыз отырғанда, инелердің сырғанын естіп, сөздерді жазып шығарғанда, мен өнертабыстың ұлылығын сезіндім, оның практикалық және даусыз екені жарияланды». Бірақ бұл тәжірибеге қарамастан, темір жол директорлары «жаңа өнертабысқа» салқын қарайды және оны алып тастауды сұрады. Дегенмен, 1839 жылдың шілдесінде Ұлы Батыс темір жолы оны қолдады және Паддингтон станциясынан Батыс Дрейтон станциясына дейін 13 миль (21 км) қашықтықта желі салды. Бастапқыда сымның бір бөлігі жерге төселді, бірақ кейін барлығы тік бағаналарға орнатылды. 1841 жылы олардың тізбегі Слауға дейін созылды және Пэддингтонда ғылымның кереметі ретінде көрсетілді, ол минутына 280 000 миль (7 500 км/с) жылдамдықпен 50 сигналды жіберуге қабілетті еді. Кіру билетінің бағасы шиллинг болды (£0,05), ал 1844 жылы бір қызығушылық танытқан бақылаушы келесіні жазды: «Бұл Ұлы Батыс терминалынан Слауға дейін, яғни он сегіз шақырымға дейін тамаша – сымдар кейбір жерлерде құбырларда жер астында, ал басқаларында жоғарыда, ауада орналасқан, соңғысы ең жақсы жоспар екенін айтады. Ауа райы сымдарға әсер ете ме деп сұрадық, бірақ ол жоқ деді; күшті дауыл қоңырауды қақтыруы мүмкін, бірақ одан артығы емес. Бізді кішкентай бөлмеге кіргізді (біз – Драммонд ханым, Филипс ханым, Гарри Кодрингтон және мен, содан кейін Милмандар мен Мистер Рич) онда түрлі телеграфтарды қамтитын бірнеше ағаш жәшіктер болды. Бір түрінде әрбір сөз әріптемемен жазылды, және әрбір әріп кезекпен белгілі бір орынға қойылғанда, машина электр тогының желі бойымен жүгіруіне себеп болды, ол Слауда әріпті көрсетті, оның қандай машиналар арқылы жасалғанын ол түсіндіре алмады. Әр сөзден кейін Слаудан «Мен түсіндім» деген сигнал келді, сөздің соңынан бір секундтан да аз уақыт ішінде. Екіншісі келген хабарламаларды басып шығарады, сондықтан егер ешкім қоңырауға назар аудармаса, хабарлама жоғалмайды. Бұл электр тогының кішкентай балғамен әріпке соғуы арқылы жүзеге асырылады, көтерілген әріп бірнеше жазу қағазына соғады (жаңа өнертабыс, қысылғанда өшірілмейтін қара із қалдыратын қара қағаз), осылайша басылымның астындағы ақ қағазға із қалдырылады. Бұл барлығынан ең тапқыр және, әрине, мырза Уитстоунның сүйіктісі, ол түсіндіруде өте жақсы еді, бірақ ол біздің қаншалықты аз білетінімізді сезіне алмайды, сондықтан жақсы түсінеді, ал мұндай білімсіз адамдар үшін өте жылдам, оның барлық нәрсесін ұстап алуға тырысады. Миссис Драммонд маған ол ойлау жылдамдығы мен өнертабыс қабілетімен керемет екенін айтты; ол көптеген нәрселерді ойлап табады, ол өз идеяларының жартысын орындауға жеткізе алмайды, бірақ оларды басқалар жинап, пайдалансын деп қалдырады, олар олардың қадірін алады».
"It is perfect from the terminus of the Great Western as far as Slough – that is, eighteen miles; the wires being in some places underground in tubes, and in others high up in the air, which last, he says, is by far the best plan. We asked if the weather did not affect the wires, but he said not; a violent thunderstorm might ring a bell, but no more. We were taken into a small room (we being Mrs Drummond, Miss Philips, Harry Codrington and myself – and afterwards the Milmans and Mr Rich) where were several wooden cases containing different sorts of telegraphs. In one sort every word was spelt, and as each letter was placed in turn in a particular position, the machinery caused the electric fluid to run down the line, where it made the letter show itself at Slough, by what machinery he could not undertake to explain. After each word came a sign from Slough, signifying "I understand", coming certainly in less than one second from the end of the word Another prints the messages it brings, so that if no one attended to the bell, the message would not be lost. This is effected by the electrical fluid causing a little hammer to strike the letter which presents itself, the letter which is raised hits some manifold writing paper (a new invention, black paper which, if pressed, leaves an indelible black mark), by which means the impression is left on white paper beneath. This was the most ingenious of all, and apparently Mr. Wheatstone's favourite; he was very good natured in explaining but understands it so well himself that he cannot feel how little we know about it, and goes too fast for such ignorant folk to follow him in everything. Mrs Drummond told me he is wonderful for the rapidity with which he thinks and his power of invention; he invents so many things that he cannot put half his ideas into execution, but leaves them to be picked up and used by others, who get the credit of them."
Қоғамның назары мен табысы
1845 жылы телекоммуникациялық технологияның нәтижесінде тұтқындалған алғашқы адам – Джон Теуэллдің ұсталғаннан кейін жұртшылық жаңа өнертабысқа ынталы болды. Сол жылы Уитстоун аппараттың екі жетілдірілген түрін ұсынды: "бір инелі" және "екі инелі" құралдар. Оларда сигналдар инелердің тізбектей қимылы арқылы берілді. Олардың ішінде тек бір сымды қажет ететін бір инелі құрал қазірге дейін қолданылып келеді. Телеграфтың дамуын екі дерек көрсетеді. 1855 жылы Санкт-Петербургте император Николайдың түстен кейін сағат бірде қайтыс болғаны туралы хабар Лордтар палатасында бірнеше сағаттан кейін жарияланды. 1890 жылғы "Окс" жарысының нәтижесі жылқылар жеңіс сызығын өткеннен кейін он бес секундтан соң Нью-Йоркте алынды.
Кукпен айырмашылықтар
1841 жылы Кук пен Уитстоун арасында телеграфты кім ойлап тапқандығына байланысты дау туды. Бұл мәселе атақты инженер Марк Изамбард Брунель Кук атынан, ал Даниелл аккумуляторын ойлап тапқан Кингс колледжінің профессоры Даниелл Уитстоун атынан төрелік ету үшін жіберілді. Олар Кукке телеграфты ұлттық маңызы бар пайдалы жоба ретінде енгізгендігі үшін, ал Уитстоунға зерттеулері арқылы оны қабылдауға жұртшылықты дайындағандығы үшін құрмет берді. Олар: «Осы маңызды өнертабыстың соңғы бес жылдағы қарқынды дамуына өзара көмектесуге қабілетті екі джентльменнің біріккен еңбегін жатқызуымыз керек» деген қорытындыға келді. Бұл шешім қаншалықты тұманды болса да, инелі телеграфты бірлескен өнім деп жариялайды. Егер оны негізінен Уитстоун ойлап тапса, оны негізінен Кук енгізді. Олардың жобадағы үлесін автор мен баспагердің үлесімен салыстыруға болады, бірақ Кук өзінің өнертабыстың нақты жұмысына қатысқандығын ескерсек, бұл салыстыру толық емес.
Телеграфтар бойынша қосымша жұмыстар
1836-1837 жылдары Уитстоун су асты телеграфтары туралы көп ойланды, ал 1840 жылы ол Парламенттің теміржол комитетінің алдында Доверден Кале қаласына жоспарланған желінің мүмкіндігі туралы куәлік берді. Ол тіпті кабельді жасау және төсеуге арналған машинаны да жобалаған. 1844 жылдың күзінде Дж.Д. Льюэллиннің көмегімен ол Суонси шығанағына оқшауланған сымды суға батырып, одан Мэмблс маяғына сигнал жіберді. Келесі жылы ол Англия арнасы арқылы өтетін сымды қаптау үшін гуттаперчаны пайдалануды ұсынды. 1840 жылы Уитстоун әліпбилік телеграфты немесе «Уитстоун А В С құралын» патенттеді, ол бір қадамнан кейін бір қадам қозғалып, хабардың әріптерін циферблатта көрсетті. Осы принципті 1841 жылы патенттелген телеграф машинасына да қолданды. Бұл телеграмманы баспаға түсіретін алғашқы құрал болды. Ол екі тізбекпен жұмыс істеді, ал түрін айналдырғанда токпен іске қосылған соққы қағазға қажетті әріпті басып шығарды. Телеграфты енгізу осы деңгейге жеткендіктен, 1845 жылдың 2 қыркүйегінде Электр телеграф компаниясы тіркелді, ал Уитстоун Кукпен жасасқан шарты бойынша олардың бірлескен өнертабыстарын пайдалану үшін 33 000 фунт стерлинг алды. 1859 жылы Уитстоун Сауда кеңесі тарапынан Атлантика кабельдері мәселесі бойынша баяндама жасауға тағайындалды, ал 1864 жылы ол Атлантика телеграф компаниясына 1865 және 1866 жылдардағы сәтті желілерді салу туралы кеңес берген сарапшылардың бірі болды. 1870 жылы Ұлыбританиядағы әртүрлі компаниялармен жұмыс істеген электр телеграф желілері Пошта кеңсесіне берілді және үкімет бақылауына алынды. Уитстоун автоматты хабар таратушыны ойлап тапты, онда хабардың сигналдары алдымен қағаз жолағына (перфорацияланған лентаға) тесіледі, содан кейін жіберу кілті арқылы өтеді және сигнал тогын басқарады. Хабарды қолмен жіберудің орнына механизмді пайдалану арқылы ол минутына 100 сөзді, яғни қалыпты жылдамдықтан бес есе жылдамдықпен жібере алды. Пошта телеграф қызметінде бұл құрал баспасөз хабарларын жіберу үшін қолданылады және ол жақында жақсартылды, сондықтан хабарлар қазір Лондоннан Бристольге минутына 600 сөз жылдамдығымен, ал Лондон мен Абердин арасында минутына 400 сөз жылдамдығымен жіберіледі. 1886 жылдың 8 сәуір күні Гладстон Ирландиядағы өзін-өзі басқару туралы заң жобасын ұсынғанда, Сент-Мартин-ле-Грандтағы орталық стансадан 100 Уитстоун таратушысы арқылы 1 500 000 сөзден астам сөз жіберілді. Кілтті іске қосатын қағаз жолағымен хабар жіберу жоспары 1846 жылы Александр Бэйнмен патенттелген; бірақ Уитстоун, тәжірибелі механик және зерттеуші Август Строның көмегімен, бұл идеяны алғашқы рет сәтті іске асырды. Бұл жүйе көбінесе Уитстоун перфораторы деп аталады және ол қор биржасының лентасының алдағысы болып табылады.
Оптика
Стереопсисті алғаш рет 1838 жылы Уитстон сипаттады. 1840 жылы ол бинокулярлық көруді түсіндіргені үшін Корольдік қоғамның Корольдік медалімен марапатталды, бұл зерттеулер оны стереоскопиялық суреттер жасауға және стереоскоп құрастыруға жетеледі. Ол біздің нысанға қатысты екі түрлі көзқарас бойынша алынған екі бөлек суреттің санада бірігуі арқылы қаттылық сезімін қабылдайтынымызды көрсетті. Стереоскопта бір нысанның екі түрлі нүктеден түсірілген екі суреті біріктіріліп, нысан көлемді болып көрінеді. Сэр Дэвид Брюстер стереоскопты айналардан құтылып, оны линзалармен қазіргі түріне жеткізді. Псевдоскоп (Уитстон грек тілінен ψευδίς σκοπειν сөзін пайдаланып бұл атауды берді) 1852 жылы енгізілді, ол стереоскопқа керісінше әрекет етеді, себебі ол қатты нысанды ойыс, ал жақын нысанды алыс көрсетеді; сондықтан бюст маска сияқты, ал терезеден сыртта өсетін ағаш бөлме ішінде өсіп тұрғандай көрінеді. Оның мақсаты – стереоскопиялық көру теориясын тексеру және қазіргі кезде эксперименталды психология деп аталатын сала бойынша зерттеулер жүргізу еді.
Өлшеу уақыты
1840 жылы Уитстоун өзінің хроноскопын ұсынды, ол уақыттың шағын аралықтарын өлшеуге арналған еді, және оны оқтың жылдамдығын немесе жұлдыздың қозғалысын анықтау үшін пайдаланды. Бұл құралда электр тогы электромагнитті іске қосып, оқиғаның болған сәтін қозғалатын қағазға қарындашпен тіркеді. Ол секундының 1/7300 бөлігін (137 микросекунд) және бір дененің 25 мм биіктіктен құлау уақытын ажырата алды. 1840 жылдың 26 қарашасында ол Корольдік қоғамның кітапханасында электромагниттік сағатын көрсетті және стандартты сағаттан жергілікті уақыт өлшегіштерге дұрыс уақытты тарату жоспарын ұсынды. Бұл схемалар стандартты сағаттың тетігімен іске қосылатын кілт немесе контакті жасаушы арқылы электрлендірілуі керек еді, ал олардың тілдері электромагнетизм арқылы түзетілуі керек. Келесі қаңтарда Александр Бейн электромагниттік сағатқа патент алды, содан кейін ол Уитстоунды өзінің идеяларын ұрлаған деп айыптады. Бейн 1840 жылдың тамызынан желтоқсанына дейін Уитстоунның механик ретінде жұмыс істеген және ол осы кезеңде Уитстоунға электр сағаты туралы идеяны жеткізгенін мәлімдеді, бірақ Уитстоун мамыр айында осы бағытта тәжірибе жасағанын айтты. Бейн сондай-ақ Уитстоунды электромагниттік телеграф идеясын ұрлаған деп айыптады, бірақ Уитстоун бұл құрал өзінің электромагниттік телеграфының өзгертілген түрі екенін көрсетті. 1840 жылы Александр Бейн "Механика" журналының редакторына қаржылық қиындықтары туралы айтты. Редактор оны сэр Чарльз Уитстоунмен таныстырды. Бейн өзінің үлгілерін Уитстоунға көрсетті, ол пікірін сұрағанда: "Ой, мен мұндай нәрселерді одан әрі дамытуға тырыспау керек! Оларда болашақ жоқ," деді. Үш айдан кейін Уитстоун Корольдік қоғамға электр сағатын көрсетті, оның өзінің өнертабысы екенін мәлімдеді. Алайда, Бейн оған бұрыннан патентке өтініш берген еді. Уитстоун Бейннің патенттерін тоқтатуға тырысты, бірақ сәтті болмады. Уитстоун Электр телеграф компаниясын құру үшін Парламент актісін ұйымдастырған кезде, Лордтар палатасы Бейнді куәлік беру үшін шақырды және ақырында компанияны Бейнге 10 000 фунт стерлинг төлеуге және оны менеджер ретінде жұмысқа алуға мәжбүр етті, бұл Уитстоунның отставкаға кетуіне себеп болды.
Полярлық сағат
Уитстоунның ең тапқыр құрылғыларының бірі – 1848 жылы Британ қауымдастығының мәжілісінде таныстырылған «Полярлық сағат» болды. Бұл құрылғы сэр Дэвид Брюстердің аспан жарығының күндік орнына 90 градус бұрышпен поляризацияланатынын ашқан фактісіне негізделген. Осыдан келіп, поляризация жазықтығын анықтап, солтүстікке қатысты оның азимутын өлшеу арқылы, күннің орнын, тіпті ол горизонттың астында болса да, анықтауға және нақты күн уақытын білуге болады. Сағат көзқарастыру құралынан, көзқарастыру үшін Николь (екі суретті) призмасынан және нысандық линза ретінде селениттен жасалған жұқа пластинадан тұрады. Түтік Солтүстік полюске, яғни Жер осіне параллель бағытталғанда, призма түс жоқ болғанша айналдырылады, ал призмамен бірге қозғалатын градуировкаланған шкала бойынша индекс көрсеткен бұрылу мөлшері күндік сағатты көрсетеді. Бұл құрылғы сағаттардың дұрыс жұмыс істейтін елдерде көп пайдалы емес; бірақ ол 1875–1876 жылдардағы капитан Нарес басқарған Солтүстік полюске жасалған экспедицияның жабдықтарының бір бөлігі болды.
Уиттстон көпірі
1843 жылы Уитстон Корольдік қоғамға маңызды мақала ұсынды, оның тақырыбы «Вольттік тізбектің тұрақтыларын анықтау үшін бірнеше жаңа процестер туралы есеп» болды. Онда өткізгіштің электр кедергісін өлшеуге арналған белгілі тепе-теңдік сипатталды, ол әлі күнге дейін Уитстон көпірі немесе тепе-теңдік деп аталады, бірақ оны алғаш рет Корольдік әскери академиясының қызметкері Самуэль Хантер Кристи 1833 жылы «Философиялық еңбектерде» жариялаған. Бұл әдіс Уитстон оны назарға алғанға дейін көңілсіз қалды. Оның мақаласында Ом заңы бойынша ток пен кедергіні есептеуге арналған қарапайым және практикалық формулалар көптеп келтірілген. Ол кедергінің бірлігін, атап айтқанда, жүз грамм (6,5 г) салмағы бар мыс сымының бір футын енгізді және оны сымның ұзындығын кедергі арқылы өлшеуге қалай қолдануға болатынын көрсетті. Ол өзінің мақаласы үшін Қоғамнан медальмен марапатталды. Сол жылы ол термометрдің немесе барометрдің көрсеткіштерін сынап арқылы жасалған электрлік байланыс арқылы алыстан тіркеуге мүмкіндік беретін құрылғыны ойлап тапты. Сондай-ақ, Кук пен Уитстон сол жылдың мамыр айында қоңыраудың дыбысымен сигнал берілетін дыбыстық телеграфты патенттеді.
Криптография
Уитстоунның таңғажайып тапқырлығы шифрларды ойлап табуда да көрінді. Ол сол кездегі ерекше Playfair шифрын жасады, ол оның досы Лорд Плейфейрдің есімімен аталды. Оны бірнеше елдің әскерлері, кем дегенде, Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейін қолданды, ал Екінші дүниежүзілік соғыста британдық барлау қызметтері пайдаланды. Бастапқыда криптоанализға қарсы тұрды, бірақ кейін оны бұзу әдістері әзірленді. Ол сонымен қатар Британ мұражайындағы шифрлы қолжазбаларды түсіндіруге қатысты. Ол хабарды шифрға айналдыратын және оны тек сәйкес келетін, шифрды түсіндіруге реттелген машинаға енгізу арқылы ғана түсіндірілетін шифрлау құралын немесе машинасын ойлап тапты. Математикаға құмар Уитстон 1854 жылы математикалық дәлел жариялады (Куб (алгебра) қараңыз).
Электр генераторлары
1840 жылы Уитстон үздіксіз ток тудыратын магниттік электр машинасымен шықты. 1867 жылғы 4 ақпанда ол Корольдік қоғамға баяндама жасап, динамоэлектр машинасының реакция принципін жариялады; бірақ мырза С. В. Сименс одан он күн бұрын осыған ұқсас жаңалықты жеткізген еді, және екі баяндама да бір күні оқылды. Кейіннен Вернер фон Сименс, Самуэль Альфред Варли және Уитстон бірнеше айдың ішінде дерлік бірдей принципке тәуелсіз түрде келгені анықталды. Варли оны 1866 жылғы 24 желтоқсанда патенттеді; Сименс оған 1867 жылғы 17 қаңтарда назар салды; ал Уитстон оны аталған күні Корольдік қоғамда іс жүзінде көрсетті.
Өнертабысқа қатысты даулар
Уиттстоун өмір бойы басқа ғалымдармен әртүрлі технологиялардағы рөліне байланысты көптеген дауларға қатысты және кейде өзіне тиесіліден артық есімді алғандай көрінді. Жоғарыда аталған Уильям Фотэргил Кук, Александр Бэйн және Дэвид Брюстер сияқты, олардың қатарында Кью обсерваториясындағы Фрэнсис Рональдс та болды. Көптеген адамдар Уиттстоунды 1840 жылдары обсерваторияда Рональдс ойлап тапқан және жетілдірген атмосфералық электрді бақылайтын құралды жасады деп жаңылысты, сондай-ақ ол жерде алғашқы автоматты метеорологиялық құралдарды орнатты деп есептеді (мысалы, Ховарт, 158-бетті қараңыз).
Жеке өмір
Уиттстон 1847 жылдың 12 ақпанында Мэрилебондағы Крайст-Черч шіркеуінде Джон Хук-Уэсттің қайтыс болған қызы, бойжеткен Эмма Уэстке үйленді. Неке рұқсаттама арқылы тіркелді.