为少儿杂志写的科普：
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一、 十九世纪“电缆侠”的故事
“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。欲寄彩笺兼尺素。山长水阔知何处。”
这是宋代词人晏殊的著名词句。对于古代人来说，山长水阔，让远隔的人们思念绵绵、望空兴叹。其实，陆地上的相隔，再远也是可以到达的。在晏殊那个年代（公元十世纪），真正让人一筹莫展的是远隔重洋。
即使是蒸汽船发明之后，在十九世纪中叶，欧洲和美洲之间的邮轮仍然需要十天以上的航程。彼时，有线电报刚刚发明。工程师布雷特（John Watkins Brett）异想天开，想在海底铺设电缆，这样一来，隔着大海的人就可以通过电报“报平安”了。但是，海底铺设电缆有很多技术挑战：导电线怎么在海水里绝缘并且不被腐蚀？电缆需要怎样的柔韧性和强度才能铺设？电报信号到底可以传输多远？怎么知道海底的状况适合铺设电缆？
好在这些问题逐渐被一个个攻破。19世纪古塔胶被发现了，绝缘的古塔胶包裹的金属电线可以布设在海底，电流在其中畅行无阻，而不会被海水腐蚀。当时的深海探测技术也发展到了一定水平，可以对海洋的地貌有了初步的了解。
哥莱亚斯号船在铺设英吉利海峡电缆
1850年，由他主导在英吉利海峡铺设了第一条海底电缆，电缆全长20英里左右，连接起了英国和法国的电报。但是，没过多久，一位渔民误以为网到了大鱼而把电缆从海底拽了上来——之后一百多年时间里，架设维护海底电缆的一个挑战就是，别让渔民当作大鱼，也别让鲨鱼当作带鱼。1851年，布雷特进行了第二次铺设，终于成功，英国和欧洲大陆通过电报紧密地连接在了一起。
成功的喜悦让人更发奇想，海底电缆能不能穿过大西洋把北美与欧洲连接起来呢？这个奇想，就连电报的发明者莫尔斯本人也惊呆了，认为是不切实际的冒险。
但是，傻大胆的风险投资人来了，他就是美国实业家塞勒斯·韦斯特·菲尔德（Cyrus West Field）。菲尔德不懂电缆啊、海洋测量啊、导电啊、电报啊等专业技术，但是，年轻，有钱，大胆，充满冒险精神， 这样的人，无论在哪一个时代都是不会默默无闻的。他全身心地去追求跨大西洋海底电缆这个人生目标。
他口才出众，短短几天就在英国募集到了35万英镑的投资。大家对未来充满了难以置信的热情和信心，坚信技术的发展会让自己的投资得到回报。越洋电缆，就是十九世纪的航天火箭Space X，菲尔德就是十九世纪的“钢铁侠”马斯克。
从技术上说，跨大西洋电缆和跨英吉利海峡电缆完全是天壤之别。铺设英吉利海峡电缆，20英里，风平浪静的话一天就能搞定。而跨越大西洋，当时的轮船要十天以上。不算铺设机械，单是跨洋电缆的重量，就远远超过当时任何一艘船舶的载重。
“电缆侠”影响力和说服力是一级棒的。英国政府为菲尔德提供了皇家海军最大的战舰之一“阿伽门农”号，而美国政府提供了排水量五千吨的战舰“尼亚加拉”号。这两艘当时最大吨位等级的舰船经过特殊改装，才能“你一半我一半”，各自装下跨洋电缆的一半。
跨大西洋电报电缆路线图
铺设跨大西洋电报电缆的尼亚加拉舰船
跨大西洋电报电缆
1857年8月5日，菲尔德的铺设船队从爱尔兰起航，包括莫尔斯在内的业界专家都在船上，实时监测铺设情况。“尼亚加拉”号一边小心翼翼地缓缓向前行驶，一边像蜘蛛吐线一样，在后面用绞盘留下那根越洋电缆。电缆的一头固定在爱尔兰，船上的专家时刻与陆地保持联系，以确保电缆没有断裂。
8月11日晚上，在成功铺设355海里后，事故发生了。绞盘发生故障，已经铺设的电缆像断线的风筝“嗖”地全掉进了海里。由于当时还没有合适的潜水打捞技术，只能望洋兴叹。第一次尝试宣告失败，菲尔德损失了355海里的电缆外加十万英镑的投资——因为轱辘故障，打了水漂。
由于大西洋的气候原因，第二次尝试只能等到次年夏天风平浪静的时候。1858年6月10日，菲尔德的船队第二次出发。这一次，两艘船按计划先航行到大西洋中央碰面，将两条电缆对接起来，然后挥手告别，分别向欧洲和北美两个方向铺设。但是，在到达预定接头地点之前，船队不幸遇上了暴风雨。经过这次风暴的颠簸，大量的电缆被翻滚碰撞，“内伤外伤”都很严重。铺设了200多海里后，电缆两端就再也不能互通信号了。这200多海里的电缆变成了废铜废铁废古塔，第二次尝试又宣告失败——因为风暴，打了水漂。
这次失败动摇了绝大多数投资商的信心，很多人不想干了，要求菲尔德变卖剩下的电缆，弥补他们的损失。当时的媒体也一片哗然，到处都是质疑的声音。但菲尔德不为所动，一定要再试一次。“电缆侠”的意志，比电缆强了很多倍。
1858年7月17日，船队静悄悄地起航，这一次，没有媒体报道，也没有“大V”名流到场。菲尔德和他的远大目标已经被全世界遗忘。7月28日，“阿伽门农”和“尼亚加拉”在大西洋中部再次成功接头，然后“尼亚加拉”驶向美国，“阿伽门农”驶向英国，大家打出旗语互相道别，“千里姻缘一线牵”，连接他们的只有这一根小小的电缆。8月5日，“尼亚加拉”到达纽芬兰海岸，“阿伽门农”也在同一天到达爱尔兰海岸。
人类史上一项伟大的事业，就这样静悄悄地完成了。
在经过十天多的测试之后，1858年8月16日，维多利亚女王发给美国总统布坎南的贺电，通过海底电缆传到北美。布坎南向英国女王回电，同时，礼炮鸣放100响，庆祝人类这一伟大的历史时刻。
当时，女王发来的电报，99个词，509个字母，花了多少时间？17小时40分钟！平均每个字母需要2分零5秒传输。太慢了吗？简直是太快了！因为当时邮寄一封信从英国到美国，至少要十天以上啊。从十天到17小时40分钟，这是神速啊！电报的速度，到了二十世纪，才提速到每分钟120个字母。
不过，大西洋海底电缆电报的收费也是很惊人的：每个词5美元，相当于今天的75美元！当年女王的电报，如果要收费的话，差不多7500美金！一般的老百姓还真的消费不起啊。
但是，命运是残酷的，几天之后，因为电报信号减弱，首席工程师Wildman Whitehouse 博士决定升高电压。坑人的是，这位博士是医药博士，他的电知识并不是体育老师教的，而是自学的。最后，上千伏的电压把电缆的绝缘层击穿了，北美再也接收不到欧洲传来的电报信号——医药博士真是把“电缆侠”害惨了，这一次因为“跨行业专家”瞎指挥打了水漂，媒体甚至指责“电缆侠”是骗子。
“电缆侠”是不会轻易被击倒的。1865年，菲尔德再次出现在伦敦，带着新筹集的60万英镑，重新启动他的越洋电缆项目。此时，对于有线电报的研究已经非常成熟，世界第一巨轮“东方伟人”（Great Eastern）号也已经建成，并且恰好闲置。拥有了新的电报技术和这艘排水量两万两千吨的巨轮，让铺设任务变得简单了许多。
7月23日，“东方伟人”号出航，菲尔德开始了又一次尝试。在离北美还有两天航程的时候，电缆突然断裂，第四次尝试再次失败——这电缆咋这么“脆弱”呢？根据墨菲定律：凡是可能出错的事必定会出错，“天气”、“绞盘”、“电缆”、“人的失误”，所有可能发生的错误都发生了一遍。
1866年7月13日，“东方伟人”号再次出发，海底捞针似地找到了上次断裂的那条电缆，修复连接后，继续铺设。终于，两条电缆把欧洲和北美紧密地联系在一起。
十年多的时间，四次惨痛的失败，数十万英镑打了水漂，很多队友退缩，还有人追债，但是，菲尔德依然坚持信念，永不言弃。他缔造的第一条越洋电缆，将欧美大陆的脉搏连接到了一起。
二、 任督二脉大开的海底光缆
海底电报电缆使用了近百年之后，海底电话电缆的铺设才开始起步。原因在于，话音信号在电缆上衰减很快，如果要达到实用，海底电缆需要每隔20英里就加上一个信号放大器。直到1950年代，海底电话电缆才在技术上和经济上达到了可行。
1956年，第一条穿越大西洋的海底电话电缆TAT-1铺设成功并进入实用。这是两条单向传输的电缆，每条电缆有36路电话通道。
而如今，在海底连接几个大陆的是光缆。光缆的速度，与150年前的电报电缆相比，简直是一个在天一个在地。连接中国和美国的中美直达海底光缆 (Trans-Pacific Express，即TPE)，是世界首条海底高速（跨太平洋）直达光纤电缆，全长1.7万公里，采用8对纤芯，64*10Gbps（Giga bit per second, 每秒10亿比特）光纤技术，光纤容量为5.12Tbps（Tera Bit per Second，每秒万亿比特），其中大陆地区的登陆站为上海和青岛。5.12Tbps是什么概念？假设《小多杂志》一期的文件大小是20MB(Mega Byte, 百万字节)，40期的总量是800 MB。1字节=8比特，
800x8x 108/5.12x1012
=0.125 秒
只需要0.125 秒就可以把40期小多杂志从中国发送到美国。
如果时光回转，我们想通过第一条大西洋电报电缆传送这40期《小多杂志》，需要多少时间？ 假设每一期杂志20万字，为了简化估算，我们假设每个中文字和3个英文字母相当（一个汉字编码的信息量要超过一个英文字母），每个英文字母需要2分钟传送，那么，
200000x40x3x2 =48000000 分钟= 91年
需要91年才能传输完毕啊！当然，实际上不需要91年，因为这91年里电报的速度也在提升。
从电报电缆到光缆，如果把这连接大陆脉搏的海底通道比做人身上的任督二脉，那么，它们在一个半世纪里，拓宽了几百亿倍！
第一条大西洋海底电话电缆TAT-1
海底光缆
我们来仔细看看这个容量惊人的海底光缆是什么模样的？
海底光缆的核心是一束像玻璃丝一样透明的东西，叫做光纤束。从激光二极管发出来的光信号，因为波导效应会在这个玻璃管道里传播，而不会发散出去。我们只要把《小多杂志》编码成一串“000111”的数字码，加载到光信号里，就可以利用光纤进行通信了。
光缆的基本结构通常为：聚乙烯层、聚酯树酯或沥青层、钢绞线层、铝制防水层、聚碳酸酯层、铜管或铝管、石蜡，烷烃层、光纤束等。这八、九层外壳的材料，是为了防止腐蚀、增大强度。
海底光缆铺设就是把光缆放在光缆敷设船上，然后，船慢慢开动的同时把光缆平铺沉入海底。
具体来说，光缆铺设主要包括“清路”“敷设“和“冲埋”三个阶段。先由无人挖掘机在海底挖路，它有点像耕田时使用的犁，底部有几排喷水孔，向海底喷射出高压水柱，将海底泥沙冲开，形成光缆沟。光缆沟形成之后，就是“敷设”了。最后，再用高压水泵冲起泥沙，埋好光缆。
海底光缆常常会出现故障，有时候是来自船舶、鲨鱼等不经意间的破坏，有时候是敌军的蓄意破坏，更多的时候是地震所引起的问题。
一般海底光缆故障处理会经过几个步骤。首先，使用仪器来定位大致的故障位置。之后，通过潜水机器人找到受损海底光缆的精确定位，切断故障位置，并将剩余两端拖回修理船进行修复。接下来，用备用海底光缆连接受损光缆的两个断点，经测试后再放回海底。
海底电缆的费用大概是每公里几万美金，使用期为25年。谷歌2016年敷设连接日本和美国的海底光缆Faster，长9000公里，带宽高达60Tbps，造价3亿美金。
光缆铺设船和挖掘犁
目前全球的海底光缆
三、结语
如果说发射卫星是“九天揽月”，那么，铺设海底电缆就是“五洋捉鳖”了。互联网中，各个大洲之间的数据传输，99%是通过海底电缆，只有1%是通过天上的卫星，这是因为海底电缆“五洋捉鳖”的性价比更高。当我们在互联网上冲浪的时候，那些感人的文字、亲切的语音和熟悉的图像，化成一个个比特，以接近光的速度，流过海底的光缆，穿越太平洋、大西洋、印度洋。虽然你听不到比特传输的声音，但是，它们在海底光缆里飞舞。正是因为有了海底光缆，我们才真正做到了“海外存知己，天涯若比邻”。《大鱼海棠》的几句歌词或许可以这样来唱：“海浪无声将夜幕深深淹没，漫过天空尽头的角落，《小多》在海底的光缆里游过，传给你共舞的脉搏”。
