原始的复印设备
复印是文明传播的引擎:文化是行为的复制。人类发明的最古老的复制方式是语言,利用它,别人的想法变成了自己的想法。复制的第二种伟大工具是文字,当我们的祖先把符号刻在洞穴的石壁上时,由语言创造的人与人之间的关系网络被大大拓展了。文字让复制不仅仅局限于一个小的生活圈子,文字让思想成为永恒,让文明得以传播和发展。而约翰尼斯·古腾堡在15世纪中叶发明了活版印刷术,人类找到了不用抄写就能复制一整本书的方法。但古腾堡并不能把一份文件放进自己的机器中,马上就得到一份摹写的副本。
第一台真正意义上的复印机出现在1780年,由詹姆斯·瓦特设计制造,当然,人们熟悉这个名字因为他还是现代蒸汽机的发明者。今天,已经很少有人知道瓦特发明的复印机是什么模样,但在许多古董店里它依然很受欢迎。使用者把刚刚用特殊墨水写就的文件放到潮湿的复写纸上,然后挤压,让墨水渗透进复写纸中。这种复写纸是半透明的,整个复印过程完毕后,可以把复写纸翻过来,从另一面看拓下来的文字。
这种复印机在将近一个半世纪的时间里都是办公室的必备设备,但到19世纪晚期,它被另外两项发明取代了,那就是打字机和复写纸。在早期的复印设备中,还有1950年出现的热敏复印机。它的工作原理是用红外线透过原始文件,光线投射在一张表面涂有感光化学物质的纸上显示出字迹。
在此之后还出现了一系列类似的具有复制文件功能的机器,它们受到了全世界秘书们的热烈欢迎,但它们本身都有功能性的缺陷,那就是复制文件时必须使用昂贵的经过复杂化学处理的特殊纸张。经它们复制出的文件不甚清晰,味道难闻,持久性很差,而且纸张都会慢慢卷起来。
飞快地复制文件
今天,这些办公器材早已停产,被一家照相器材公司的发明所代替。1906年,这个公司创立之初时,取名为卤素公司,而现在,它以施乐复印机公司的名字为人们所熟悉。1959年,该公司生产出914型复印机,与同时期的竞争对手不同,这种复印机可以长时间地复制出清晰的文件——而且是在普通的纸张上,这是一次伟大的技术革新。
几乎在一夜之间,人们就可以用以前无法想象的速度复制文件,而且随着复印机技术的改进,速度还在不断提高。在今天的办公室里,人们手中的文件大部分是静电式复印机复制出来的,有些是施乐公司生产的,还有它的竞争对手们生产出来的。另外,激光打印机也采用了类似的工作原理,它是上世纪70年代一位施乐公司的研究人员发明的。每年,全世界大概要复印和激光打印大约3万亿份文件,平均每人500页。
施乐复印机使用了静电复印技术,这项技术的出现甚至出乎当时物理学家和化学家的预料,许多学者在参观了施乐复印机的生产车间后还在怀疑这项技术的理论可行性。更加让人无法想象的是,静电复印技术竟然是一个人的构思——切斯特·卡尔松——一位害羞、说话和声细语的律师。
1937年,卡尔松独自完成了静电式复印机的设计,他怀揣图纸到美国20多家大公司寻求合作生产,这些公司包括IBM、通用电器、柯达公司和美国无线电公司,但没有一家愿意生产他的产品,这些老牌办公设备生产商就这样错过了复印机这个被美国《财富》杂志评价为“美国市场上最成功的产品”。
静电复印机的发明者——卡尔松
1906年,卡尔松出生在西雅图。他的父母都是瑞典移民,二人没有任何固定收入并且疾病缠身。
卡尔松升入高中时已经成为家里的顶梁柱。他的理科成绩非常好,并且开始懂得如何利用自己的天分。在认识到发财的最好机会是发明一些值钱的东西之前,他曾经考虑过寻找金矿或写书。
15岁起,卡尔松开始记录下每个发明的创意,并把它们记录在一个随身的日记本中,这个习惯陪伴他一生。他在日记中画下旋转广告牌的设计草图,清洁皮鞋的机器,还有恶作剧时使用的大头针。他对印刷和绘画非常着迷,在童年时代,他最喜欢的玩具是一个玩具打字机。后来,他还曾在印刷厂打工,也曾经参与过杂志的出版印刷工作。在当时的技术水平下,印刷行业需要大量的人力物力投入,于是他开始思考更简便的方法,他想到了复印。
在家附近的一所大学中,他学习了三年,然后转学到了加州工学院,在那里,他主攻物理学,业余时间还要帮人修剪草坪和磨水泥,以此养活自己和父亲。1930年毕业后,他受雇于纽约的贝尔实验室,成为一位研究工程师。一年后,他进入公司的专利部门,期盼着在这里学习到的技能会帮助自己也成为一位发明家。
在20世纪30年代,卡尔松共记录下超过400种新发明,其中包括表面有凹槽、可以让雨水顺着隐藏的管道流下的雨衣;刷毛可替换的牙刷;用玻璃纸制作的透明牙膏管;顶端有筛子状小孔的香烟盒等。
现代复印机的雏形
1936年,卡尔松进入纽约法律夜校继续深造。他的大部分学习时间在纽约公共图书馆里度过,在那里,他抄写那些买不起的法律书籍,经常书写到手抽筋为止。这样的经历让他更加仔细地思考如何设计出一种设备,与复写纸不同,可以直接复制已经存在的文字资料。
他非常清楚,如果常规的摄影技术可以应用在日常的文件复制中,那些大公司肯定早就开发出这样的办公设备了。所以他故意避开传统照相技术,在实验室中寻找一切可以应用的其他技术。很快,他就把精力倾注到光电学和光电导性方面。
光电现象非常复杂,爱因斯坦在1905年成功地解释了它,并因此获得1921年的诺贝尔奖。光敏材料可以根据照射在它上面的光线强度改变内部的电流强度。经过详细分析,卡尔松认为如果可以找到一种材料,在光线照射下是导体、而没有光线照射时是绝缘体,那就可以以此为基础制造出复印机。
他的设计是在金属材料表面涂一层这种材料,金属材料接地,在黑暗中,整个表面就带有静电。然后把需要复印的纸张放在带有电荷的表面并用强光照射,在被光线照射到的地方(纸张上没有字迹的部分),电荷会流失,在有字迹的地方,电荷留了下来。然后,让颜料颗粒带有相反的电荷,它们会附着在光敏材料表面,并形成原始文件的图象,最后的步骤就是把这些颜料转印在白纸上,一份副本就制作完成了。
这种构思是静电复印技术的基础,1937年10月18日,卡尔松为他的设计申请了专利,并开始进行生产实验。他在查阅了许多资料后,发现硫磺具有他需要的光敏特性,他从化学品商店买来一些硫磺,并开始尝试把硫磺加热到液态。他在自家的厨房里进行实验,在将近一年的时间里,他的实验都以让厨房充满带臭鸡蛋气味的浓烟告终,每每让妻子大发雷霆。
1938年他租了一个实验室,并雇了一位助手——刚刚从澳大利亚移民来美国的物理学者科尔涅伊。他们简陋的实验室只是一间会客厅后的小屋,原来是看门人的储藏间。很快,科尔涅伊就成功地在一张名片大小的锌盘上覆盖上一层熔化的硫磺薄膜。不久之后,他们开始了进一步的实验,他们在一张显微镜的玻片上写下文字,关闭了电灯,然后用手绢摩擦覆盖了硫磺涂层的金属盘,让它带上静电。卡尔松在一旁观察,科尔涅伊把玻片有字的一面向下贴在金属盘上,然后打开一盏泛光灯。几秒钟后他关灯拿开玻片,把颜料粉末喷到上面。字迹渐渐清晰起来,卡尔松把一张蜡纸平铺在图案上,颜料就粘在蜡纸表面。这就是世界上第一份静电复印文件,至今仍保存在美国史密森博物馆中。
914型施乐复印机
科尔涅伊对复印机热情不大,不久之后,他就在一家电子公司找到了工作。在之后的6年中,卡尔松一个人反复游说各家公司继续研究和生产。1944年,他来到博泰尔研究所,这是美国一个私人的非赢利性机构,经常资助各种科学研究。博泰尔研究所的学者们非常欣赏他的设计,因为那是他们第一次看到不需要化学反应、完全在干燥环境中进行的复印方法。他们同意投资继续研究,但只投入了3000美元的研究经费。
1945年,卤素公司长久以来一直在寻找业务突破点,以期打破竞争对手柯达公司对照相服务行业的垄断。董事长威尔森对卡尔松的发明非常感兴趣,经过漫长的谈判,1947年,卤素公司同意支付博泰尔研究所每年1万美元的研究经费,制造出根据卡尔松的想法设计的复印机,并且卤素公司有权续约。这笔资金的四分之一到了卡尔松手中,这是十年来他利用自己的发明赚到的第一笔钱。
成功并未马上到来。1949年,在博泰尔研究所的帮助下,卤素公司生产出第一台复印机——A型复印机。但这个机器操作复杂,要复印出一张文件,至少需要进行十几个步骤的操作。生产出真正实用的复印机又花费了十年的时间,以及数百万美元的投入。
1948年,卡尔松成为卤素公司的顾问,公司提供给他一个实验室和一位助手,他也创造了许多新发明,获得了36项专利。
卤素公司开始为生产自动化静电复印机进行最后的努力,这就是914型复印机。主要的理论工作已经由一些年轻的物理学者在简陋的研究室中完成。他们在研究过程中碰到各种领域中的难题,并一一解决,例如石墨颜料颗粒的制造,在选择用何种材料清洁感光元件时,他们先后实验了海狸和浣熊等动物的毛皮,最终决定使用新西兰兔子的毛。
1959年冬季,卤素公司租了一个条件恶劣的大仓库,在这里组装了几台914型复印机,并希望继续改进,消除仍然存在的若干缺陷。使用何种调色剂也是一个难题,在复印过程中要求调色剂具有若干特性,既要迅速并完全地融化,又不能污染感光器,理想中的调色剂应该像冰一样,在0℃以下保持固态,温度一旦超过0℃就立刻变成液态,而当时已知的常用调色剂是各种树脂,它们的特性与巧克力类似,温度升高时慢慢变软再融化,这不符合要求。
这个问题在最后关头才由卤素公司的一位化学专家解决。1960年,第一批914型复印机出厂,它重达300公斤,第一个购买这种办公设备的一个生产金属纽扣的企业。
技术创造了需求
最开始,卡尔松曾担心没有公司需要在一天之内复制100份以上的文件,这是静电复印的成本低于其他方法的底限。而在914型复印机的开发过程中,工程师们的设计参数是每天复印500页文件,或者一个月1万份。但当第一台复印机投入使用后,它的使用频率大大超过了设计者的预期。因为它使用起来如此简单便捷,既不需要特殊的纸张,也不需要任何化学药剂,操作者需要做的只是放入文件然后按一下开关,一份副本就打印出来;复印文件的质量也超过以往,它们不会散发怪味,不会自己卷起来,也不会很快老化发黄。或许人们都有尝试新鲜事物的热情,购买914型复印机的公司在最开始平均每天都要复印2000到3000份文件。
很多技术变革在突然降临前通常都不被人理解。上世纪70年代,当磁带式录像机发明出来时,美国电影协会花费数百万美元,向议会宣传说录像带会毁灭好莱坞的电影产业。但后来的日子里,录像机和录像带每年为好莱坞带来几十亿美元的利润。静电复印机在诞生之初也有同样的遭遇,办公人员从来没有想到有这么多文件需要复制。技术本身创造了需求,发明创造了必要性。
在卡尔松提出静电式复印技术后的70多年中,没有人想到过更好的方法。1955年,914型复印机上市前,世界上一年要复制2千万份文件;1964年,世界每年要复印95亿份文件;1984年,5500亿份;1985年,7千亿份;到现在,每年数万亿份。
现在最先进的复印机产品之一,施乐“爱将”生产型彩色商业打印机于2001年研制成功。他采用数字化印刷系统,但仍然基于静电式复印技术。1小时内,它可以复印出6000张A4尺寸的照片质量全彩色文件。在这台复印机中,有四种颜色的墨盒,包括蓝色、红色、黄色和黑色,它的工作原理简单来讲就是:“先记录一种颜色,复制到副本中,再识别其他颜色,并一一叠加复制到副本上。”这就是1939年4月4日,卡尔松获得另外一项专利权中的叙述。
简朴的亿万富翁
从1947年开始,卡尔松开始收取静电复印技术的版税。最开始版税并不多,1954年,他盖起一座有三个卧室的简朴住宅,在后来的岁月中他一直住在那里。在他的有生之年,他共收入超过两亿美元。
静电复印技术让卡尔松成为亿万富翁。他的财富大概相当于从1965年开始,人类每复印一页文件,就要付给他1/16美分。但他依然过着简朴的日子,他从来没有购买过第二套住房或第二辆车,在欧洲旅游时,妻子因他购买三等廉价火车票而和他大吵了一架。偶然同他结识的人绝对不会想到他是个富翁。他的第二任妻子说道:“他的财富对他来说就像是一个经常会遗忘的数字一般。”
在生命的最后十年里,卡尔松致力于慈善事业。大多数时候他都是匿名捐献,当他出资修建一栋大厦时,他从来不同意公布自己是投资者,也不允许在大厦的某个角落刻上自己的名字。他为加州工学院建造起一个物理研究中心,但却以其他学者的名字命名。他为各种维护世界和平的组织提供了大量活动经费,他为美国黑人基金会捐赠了数百万美元,直到今天,通过生前建立起的基金会,他的慈善事业还在继续。
1968年,卡尔松死于心脏病突发,他的好朋友——联合国秘书长吴丹亲自为他写下悼词。