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世界科技全景百卷书: 无线电通讯
莫尔斯的发明 莫尔斯出生于美国一个牧师的家庭，青年时研究过绘画和雕刻，担任过许多艺术团体的负责职务。他曾离开美国到英国去求师。欧洲秀丽的风光和各种各样的古迹使他眼界大开，归国后，画技有很大进步，很快成为一个享有世界声誉的画家。他之所以改行从事电信的研究。完全是出于一个偶然的机会。 那是1832年的秋天，一艘名叫“萨丽”号的轮船，满载旅客和邮件，正在浩瀚的大西洋上破浪而行。这艘邮客轮是从法国定期开往美国纽约去的。 一天傍晚，吃过晚饭，许多旅客都围坐在餐厅中聊天。这时，只见一位青年从提兜里拿出一块马蹄形的铁块，展示在餐桌上，铁块上缠绕着许多密密的绝缘铜丝。大家望着这件奇异的东西，有些莫明其妙。 “这叫电磁铁。”这个青年一边说，一边联结上电池，给铜丝通电。 奇怪的事发生了：铁块竟会立即产生一股神奇的力量，把附近的铁钉、铁片一下子吸了过去；可是当电路一断，咦！那些铁钉、铁片又立即纷纷掉了下来，那股神奇的力量也瞬间消失了。 这位青年叫查尔斯·杰克逊，是美国波士顿城的医生，对电学研究有着浓厚的兴趣。由于1831年英国物理学家法拉第刚发现电磁感应，因此人们对一切电磁现象都感到新奇。热心普及科学知识的杰克逊，在船上滔滔不绝地向旅伴们有声有色地介绍着电磁铁的功能。 什么是电磁铁？电磁铁有什么用处？这在今天已是很普通的常识了。可是在当时却是很新鲜的事哩！电磁铁是根据奥斯特发现的电可以生磁的原理制成的，在螺线管里插入一根软铁棒（又叫铁芯），就构成了最简单的电磁铁。螺线管通电后会具有磁性，铁在磁场中又能被磁化，因而就产生了吸引力。常用的电磁铁大都做成马蹄形（即U形），目的是让它的两个磁极可以同时吸引物体，增强引力。它的磁性有无可以由通断电来控制，磁性强弱可以由电流的强弱来控制，它的南北极可以由通电方向的变换来控制，因此使用起来非常方便，在生产、生活和科技上具有广泛的用途，在电报通讯装置中也是必不可少的重要元件。 虽然当时电磁铁的应用刚刚引起人们的重视，杰克逊讲述的也是些简单的知识，但同行的旅伴们还是被深深地吸引住了。 “那么，电流通过导线的速度是多少呢？”这时一位皮肤黝黑的中年男子，注视着桌上的马蹄铁，很有兴味地向医生发问。 杰克逊回答道：“它的速度极快，无论电线有多长，它都可以瞬息通过。最初当富兰克林进行试验时，在电线的一端刚通上电，隔河电线的另一端就同时出现了火花。” “先生们！”杰克逊望着睁大了眼睛的听众，提高了嗓音，很兴奋地说： “请记住，人类快要启用一种巨大的力量啦！电磁铁的魔术般的功能和电流的神速，将会使科学创造出电的奇迹，我们的生活也将随之改观。” 那位发问的中年男子不是别人，就是绘画艺术教授莫尔斯，那年他正41岁，到欧洲旅行写生后返回美国，没想到杰克逊医生的一席话竟成为他一生中的转折点。从此，他告别了艺术，投身于尚处在幼年时代的电学领域。他在写生簿上端端正正地写下了“电报”两个字，立志要完成用电流传递信息的伟大使命。 当时，电磁学在世界上是很引人注意的新事物，可是许多富有经验的电磁学专家做过千百次试验，并未能在电通信方面取得多少进展，而莫尔斯对电磁学的知识可以说是一窍不通，况且年过四十，居然“半路出家”，要攀登别人未曾征服过的高峰，这是一场多么艰巨的攻坚战啊！ 莫尔斯以坚强的毅力和勇于献身的精神，开始了他的伟大事业。经过半年的刻苦学习，他初步掌握了电磁理论。他把自己的小画室改成实验室，购置了各种电工器材和工具，一次又一次地进行实验，充满他的家庭的已不再是画笔和标本，而是线圈、磁石和导线，他的写生本上也不再是人物像和风景画，而是数不尽的各种方案、草图和科学笔记，他把整个心思和全部时间都凝聚到设计电报机上了。 然而，冬尽春来，夏去秋至，三年过去了，失败自然是一个接一个，他的积蓄也几乎花光了，生活处于极端困苦之中。在给朋友的信中，他经常这样说：“我被生计压得喘不过气了。我的长袜一双双都破烂不堪，我的帽子陈旧过时了。”为了解决生计问题，1836年，他不得不重操旧业，担任了纽约大学艺术及设计教授。当他重握画笔时，不禁感慨万千。他奋笔画了一幅一幅信鸽在滔滔大海上与风浪搏击的油画，借以抒发自己的感情。是的，他始终没有忘记自己崇高的使命。他一面教学，一面继续进行试验，几乎把挣得的每一分钱，都用到了改进发明上。 莫尔斯在反复的实验中发现了这样一个现象：电流能在很长的电线中迅速地通过，在两个带电导体间如果仅有一个极小的间隙时会立即迸出明亮的火花。莫尔斯从这里获得启示，经过反复酝酿，他在科学手记上写下了这样一段话： 电流是神速的，倘若它能不停顿地走十英里，我就能让它走遍全世界。电流只需截止片刻，就会出现火花，火花就是一种符号；没有火花是另一种符号，没有火花的时间长又是三种符号。这里有三种符号可以组合起来，代表数字或字母。它们可以构成全部字母，文字就能够这样通过导线传送了。其结果，在远处能记录消息的崭新工具就能实现了！ 这个构思，确实是电报电码发明史上的一次重大突破。莫尔斯设想用点、划同空白的组合表示字母，这样两地间只需传递两种信号，就可实现任何消息的通信。这种简便而又可靠的方法，把电报的设计和装置大大改进了。莫尔斯还规定了特定的点、划组合，用以表示各个字母的数字，这就是电信史上最早的编码——莫尔斯电码。 这种莫尔斯电码，直到现在还继续使用。今天，不管电报传送什么内容，不管是哪个国家的文字，也不管是明码还是密码，组成电报的最基本的结构仍然还是长短不同的两个信号：短的是点 （·），通常叫“嘀”，长的是划 （—），通常叫“嗒”，一划的长度等于三点。如字母A的电码是“·—”，B的电码是“—···”，数字1为“·—-”，2为“··—-”等等。在中文电报中，用四个阿拉伯数字编成一组表示一个汉字，如用0022代表 “中”，0948代表“国”字等等。 有了这套电码，如何用来实现通信呢？这就必须设计制作一种能传送电码的装置。为此，莫尔斯投入了更紧张的工作。 这台机器是啥模样？是方是长，是圆是扁，谁也没有见过啊！为了制造机器得买器材，得有试验地方，这些都要花钱。他的试制经费全靠美术教学所得的收入是十分有限的，经济显得十分拮据。于是，他变卖掉了家具和财产，有时穷得连喝咖啡、买面包的钱都没有，只好靠友人的接济，可他坚持夜以继日地工作着，有些友人忍不住劝他别搞电了，他笑笑，继续试验着。 苍天不负有心人，在莫尔斯坚持不懈的努力和友人热情的帮助下，他终于获得了成功。1937～1938年间，他研制成了一台能够在短距离内传送电码的通信机，他把这台机器命名为“电报机”，这年，莫尔斯已经46岁了。 莫尔斯发明的电报机尽管非常简陋而笨重，单是电磁铁差不多就有 50公斤，用作绕阻的导线跟莫尔斯用作架空线的导线一样粗。别看它样子不好，但却是人类电报通信的雏形，其基本原理与现在的人工电报是完全一致的。我们都知道，人工电报是一种比较简单的电报通信方式，只要有一套收发报机、一副电键、一副耳机，就可以进行两地间的通报。目前在一些农村和边远地区，这种电报仍在使用。 莫尔斯电报机包括发报机、收报机和连通两者的导线。发报机的主要装置是一个简单的电键和作为电源用的一组电池，收报机的主要装置是一个由电磁铁操纵的符号记录器。当发报人将电键按下时，电路接通，电流迅即流经收报机中缠绕在电磁铁上的导线，这时电磁铁的铁芯就被被磁化，于是便吸引顶部铁制印字杠杆的一端使之向下，同时也就使杠杆另一端的子轮向上，压紧电报纸条，留下墨痕。这个小轮的边缘非常之薄，并且不断地在墨、油缸内匀速旋转。绕在滚轴上的纸条也由机械操纵着，从卷着空白纸条的轮盘不断地卷到另一个轮子上。当松开电键时，电路中断，收报机中的电磁铁失去磁性，由于印字杠杆另一端弹簧的作用，便使小轮离开了纸条，纸上印下的墨痕线条也就中断了。如果电键按下的时间短，纸条上就会留下一个短痕——点的符号 （·）；如果按下的时间长三倍时，便留下一个长痕——划的符号（—）；在停按电键时，便会得到点和划间的间隔，按照规定把传输的点划符号组合起来，就能表达一定的文字意义，从而完成电报通信任务。 莫尔斯发明了电报机当然十分开心，可是这台机器传送的距离仅有几十米，因此他马不停蹄地继续投入了试验。 改进电报装置，需要大笔经费，而他的钱早已用光了。他只好抱着电报机去找企业家赞助，然而不仅无人相助还招来了一连串冷嘲热讽。莫尔斯毫不气馁，东求西借，省吃俭用，甚至忍痛变卖了珍藏多年的名画，把仅能维持生活的钱也全都用到试验上。 在他最艰难的日子里，有一位名叫盖尔的青年技师专程从外地赶来，自愿做他的助手，同他一道坚持搞下去。他们将电报机的电池组数加多，增加环绕电磁铁的线匝，不断地延长通信距离，最后终于使电报机达到了实用水平。 莫尔斯又带着改进了的电报机离开纽约前往华盛顿，向国会提出申请，要求拨款3万美元，供他在华盛顿和巴尔的摩城之间架设一条长40英里的试验性的电报线路。但当时美国国会对莫尔斯的申请经过一场辩论后，议案未能通过。他只好带着失望的心情离开华盛顿，这时他的口袋里只剩下几角钱了。 莫尔斯在困苦中煎熬着，仍然只得卖画糊口，但他坚信，凡造福人类的东西必将受到历史的尊重，人类总有一天会理解自己的发明家的价值。后来在舆论的压力下他请求的试验资金终于在1842年被国会通过了。这位年过半百历尽艰辛的发明家心情万分激动，他从学生那儿借了50美元，买了一套新衣服，兴冲冲地赶到华盛顿去了。接着他与盖尔一起用了不到两年时间，完成了世界上第一条实用的电报线路。 1844年5月24日，这是一个多么值得纪念的日子！在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，莫尔斯向应邀前来的科学家、政府人士介绍了实验原理后，便接通了机器，亲手向40英里外的巴尔的摩城发出一连串的点、划符号——即至今还在使用的莫尔斯电码；等候在巴尔的摩城的盖尔立即将收录的电码译成电文：“上帝创造了何等奇迹！”这是人类有史以来拍发的第一份正式长途电报！刹那间，围观的群众便一下子如海涛般欢呼起来。 试验成功了！莫尔斯的发明揭开了人类通信史上崭新的一页，把许多科学家为之奋斗不息的用电通信的理想变成了现实。它对社会进步所起的作用是无法估量的。为了感谢这位伟大的科学家对人类所做出的重大贡献，1858年，欧洲许多国家联合给予莫尔斯一笔40万法郎的奖金。在他的垂暮之年，纽约市人民还在市中央公园为他塑了雕像，给他以崇高的荣誉。 莫尔斯发明了电码和电报机，使电报成了电波用于通信上的最早的一个发明。莫尔斯不是物理学家和自然科学家，他只是一个普通的画家。但由于莫尔斯看清了形势，迷上了电，爱上了科学发明创造，最重要的还是他生活的时代有不少人已在电波通信方面作了许多探索，并有了可喜的进展，从而使他有可能在借鉴和继承他人成就的基础上发明了电报。 1753年在《苏格兰人》杂志上就出现了一篇题为《采用静电的电信机》的文章。文章中设计了由一条金属线代表一个字母，借电来完成通信的建议。这或许是人类第一个把电用于通信的设想。因而它一出现就引起了人们的广泛兴趣，好多人都投入了试验。也是在这一年，法国有人在4千米距离内，接通了电线通电，并发现电的速度极为惊人。 但是通电与通信毕竟是两码事。人们继续研究着。有一个叫摩尔逊的学者，他用26根导线分别代表26个字母，然后让所需要的导线通电，通电导线末端吸引相应的字母纸片，由此拼成词语，表达人们的想法。遗憾的是当时还没有电池，他靠静电感应不仅通信范围局限，效果不理想，使用也不方便。 到了1822年，用电通信有了突破件进展。俄国的许林格让导线通电后使磁针左右反复跳动，然后根据不同方向跳动次数来表示相应字母和符号，从而组成词句。英国人威斯顿又改进了许林格的发明，把这种磁针式通信机用在英国的铁路线上。 正因为有了上述一系列的用电来通信的尝试和发明，莫尔斯才可能取得发明电报机，取得用电通信的成功。因此，电报机和电报的发明，有点像长跑中的接力赛跑，正由于世世代代有心人的相互接力传送才有可能跑完这壮丽的全程！ 当然莫尔斯的功绩是不可磨灭的，莫尔斯电码和莫尔斯电报机都可以讲是人类历史上的伟大发明。 通讯电缆 电报问世后，人们都为有了这一方便而灵敏的通信工具而欢欣鼓舞。 起初的电报线是架设在空中的裸体金属导线。日子一长，问题来了：裸体导线不能铺得太长，因为太长了电阻增大，电力不够，无法保证电报质量。裸体导线容易招来雷电。电报线被雷电击断，收、发报机受损，工作人员和顾客遭雷击的事，时有所闻。 科学家们动脑筋寻找着理想的传递电报的方法。 人们首先想到了铁路路轨。这长长的铁路轨无疑是很好的传导媒体。可是经过多次试验后，科学家们发现，路轨无法代替电报线。因为铁轨电阻太大，最主要的问题是电流在铁轨上流过时，一接触地面，电流就散失完了，用铁路路轨作导线的设想很快告吹了。 人们又想到了用玻璃管装导线，由玻璃来起绝缘作用。这无疑是一个好办法。因为这样一来不仅不会漏电，也不怕潮湿和雷击了。可是几次试验下来，人们发现这一个办法还是不行。因为软玻璃管还未诞生，塑料、尼龙等软性物也没有出现，而当时只有硬玻璃。又脆又硬的玻璃管在短的线路上还可勉强奏合，线路一长，就不行了。 怎样防止导线漏电，怎样避免导线遭雷击，怎样架设又长又重的电线……一连串具体的现实问题困扰着科学家和工程技术人员。 19世纪40年代，德国人西门子和哈尔斯克从不断的试验中看到要解决电报线问题，关键还在于要有大量价格便宜的绝缘导线。 要制造绝缘导线就要有绝缘材料，到哪里去找绝缘材料呢？各国科学家都在努力。西门子和哈尔斯克经过反复试验，直到1849年初，从好多物品中终于找到了一种叫古塔波的胶作为绝缘材料。古塔波胶柔软有韧性，不会腐烂，不易折断，最重要的是它有良好的绝缘性能。 有了绝缘材料，可是如果用手工缠绕太麻烦了。他们动脑筋又设计了一种机器，把电线裹在古塔波胶中，从而大大提高了工作效率。 他们把裹在古塔波胶中的导线埋在地下，既可防止断裂又可起到到保护作用。1849年4月1日，第一条地下电报电缆线在凡尔纳、西门子领导下诞生了。它始于柏林，经哈雷、埃尔富特、卡塞尔和吉森，到达法兰克福，以后又从那里向各地伸展出去。 世界上第一条通信电缆诞生了，这对电报事业的发展起到了很大的推动作用，但是接下来的艰巨任务又接踵而至，电报电缆如何跨海过洋沟通洲与洲之间的联系呢？ 1850年夏天，法国渔民在英吉利海峡捕鱼时，意外地捞到了一条又粗又长的怪东西。围着看的渔民说：“这家伙从没见过，准是怪物！”“大概是海蛇的内脏！”人们都同意了这个判断。 没有多久，一个勇敢的渔民，大胆地用斧子和钳子剖开了这条海蛇内脏。 “哟，这家伙不是生物！”当他剥掉了黑洞洞的外衣后，大家才发现里面竟是闪着金属光芒的铜线。几个见识较广的渔民不约而同的说：“这是海底电缆啊！” 原来这是第一条较长的海底电缆，它几天前刚由“哥利亚”号轮船从英国多佛敷设到法国加来，接通没多久便被渔民弄断了。高兴了几天的隔海电报通信也就成了哑巴。一直到1851年，在采用了较好的保护后电缆才铺设成功，通信也恢复了。 电报通信在欧美传播开后，英美法等国的国内电报通信发展十分快。但是，电报的通信需要导线，虽然法国英国之间是通了，可是地中海和黑海沿岸的国家之间，欧洲与美洲国家之间，由于隔着重洋，仍不能进行电报通信。美国记者在伦敦采访到的消息，要在二周后通过邮船才能送到。新闻成了旧闻。征服大海，跨过大洋，已成了人们急切的呼声。在科学家努力下，1854年地中海和黑海的海底电缆铺设成功了，地中海和黑海各国建立了电报联系。可是大西洋依然把欧洲和美洲隔在两岸。 要敷设一条跨越大西洋的海底通信电缆，谈何容易啊！首先是资金问题，因为要敷设一条通往美国的电缆，是一项需要几百万投资的工程，这几百万块钱是否会永远沉没在大海里，谁也没有把握。当然最大的困难还是科学技术水平上的问题。不仅器材质量要经受严格考验。当时有人甚至还提出数学上的证据说明敷设横跨大西洋的电缆是不可能的。 尽管如此，1857年还是有两艘电缆敷设船二尼亚加拉”号和“阿加门农”号出航，出资建造的是美国百万富翁赛勒斯·韦斯特·菲尔德，以及他的兄弟和四位公司经纪人。当时许多人嘲笑他们，警告他们。经过一番努力敷设船行动了，但是看来提出警告的人是有一定道理的，试验失败了，并且报废了一大段电缆。但他们没有泄气。 次年，英国物理学家威廉·汤姆生参加了敷设工作。两艘船两次出航。这次他们对铺线作了改进，从线路中央开始敷设，每条船装一条电缆，以相反方向行驶。但是由于线路实在太长，海底落差也大，再加上各种海流的影响，敷设的难度比预料的大得多了。但是在汤姆生和全体船员及工程技术人员努力下电缆终于敷设成功了。大西洋两岸的电报机终于用电缆接通了。两岸互相拍发了热情洋溢的贺电，接着又发了336封电报。 谁知海底通信电缆只使用了一个月，就出现了严重的故障，信号变得模糊不清。又过了半个月，电缆完全损坏了。由于在建造过程中，电缆公司的耗资达数十万英磅，但未能取得商业上的利益，不少股东打起了退堂鼓。他们牢骚满腹地说：“把钱扔到大西洋中，只有傻瓜才会再干！”大西洋电报公司的股票一夜之间也一落千丈，投机商人趁机以异常低廉的价格抢购了所有的股票。在电缆刚建立时曾经身价百倍，几天前还被新闻界誉为“民族英雄”的赛勒斯·韦斯特·菲尔德霎时变成了“本世纪最大的骗子手！”汤姆生当然也遭到冷嘲热讽。 汤姆生埋头试验，寻找着失败的原因。 根据反复分析，他发现第一条大西洋海底电缆碰到的一个关键问题是：电缆终端的电信号太弱，用现有的电报终端是无法接收的。为了研制出高灵敏度的电报机，这一年的冬天，汤姆生和他的助手几乎都泡在格拉斯哥实验室里，试验各种方案，但都失败了。 第二年初，一个春光温煦的日子，对弱信号放大问题一筹莫展的汤姆生，为了轻松一下头脑，特意邀请了赫尔姆霍茨（1821～1894年）等五六位好朋友，到海滨去玩。比汤姆生年长3岁的赫尔姆霍茨，是德国有名的物理学家。但他却十分推崇汤姆生，曾经谦虚地说：“当我站在他身旁时，常觉得自己像一只木鸡。” 来到海滨，汤姆生租了一条游艇，大家争先恐后地上了船。正要启锚时，一位朋友发觉汤姆生“失踪”了。 “威廉，你在哪里？”朋友们呼喊开了。喊了一阵，还是不见汤姆生的影子。大家只好坐下来聊天，等候他。 赫尔姆霍茨很着急地在甲板上来回踱步，四处搜寻。突然，他发现汤姆生钻在船舱下面。正低着头在随身携带的小本本上画着什么。有点生气的赫尔姆霍茨，真想凑到汤姆生的耳朵边大喝一声，再揍他一拳，但是他没有这样去惊动朋友。只见他从衣服口袋里掏出镜子，对着太阳，把阳光反射到汤姆生的脸上，不时地晃动。 汤姆生由于眼睛受到强光的刺激，中断了设计新电报机的思路，抬头看了一眼站在甲板上哈哈大笑的赫尔姆霍茨。汤姆生在领悟到自己得罪了朋友，正想赔不是的时候，突然呆住了。他两眼直愣愣地看着赫尔姆霍茨手中的镜子，兴冲冲地高喊：“有啦，有啦！我的赫尔姆霍茨！”说完，他扔下朋友，大步流星地跑回了实验室。 朋友们感到大惑不解，游兴也随之烟消云散。他们跟着到实验室。 “赫尔姆霍茨今天可帮了我的大忙了！”汤母生十分高兴地对追赶而来的朋友们说。 “威廉，你说什么呀？”赫尔姆霍茨愣住了，惊奇地问道。 “这些天，我一直在为弱电信号放大的问题发愁，”汤姆生喜形于色的回答说，“是你使我找到解决难题的办法。”接着他拿出一面镜子，对着阳光微微地晃动，镜子只转动一丁点儿，远处的亮斑却移过了很大的一段距离。 “这不就是一种放大吗！” 过了不久，汤姆生根据这个原理，移动某点位置上的电信号，使其在传导到一定距离处时，得到相应扩大，从而发明了镜式电流计电报机，并获得了专利。 这是一种灵敏度很高的电报机。它的发明和使用，使长途电缆通信最终有可能得到实现。汤姆生增加了取胜的信心。 汤姆生做了大量的试验取得了充分的数据，在总经理的支持下，汤姆生的敷设大西洋海底通信电缆建议被采纳了。 经过7年准备，1865年，第二条电缆要敷设了。汤姆生异常兴奋，虽然他5年前因滑冰不慎左腿骨折，成了跛子，但仍然参加远航，亲自指挥施工。6月的一天，“伟大的东方人”号巨轮装载电缆，徐徐开动，开头电缆沉放顺利，施工人员满怀着胜利的希望。但是，当船航行到大西洋中部时，发生了意想不到的事故：电缆突然折断，坠入近4000米深的海底。沉放失败了。当汤姆生和参加施工的人员怀着沉重的心情被迫返航时，一个个眼含泪花，心如刀绞。 看到惨重的损失，有人表示惋惜，也有人幸灾乐祸，各种风言风语，不断刮进汤姆生的耳朵。他吃饭不香，睡觉不甜，经常拄着拐杖来到海边，凝望着白浪滔天的大海，陷入回忆和沉思。 “教授，您在想什么？”一个夕阳刚落山的傍晚，来到海边散步的总经理亲切地问汤姆生。 “海底电缆！”汤姆生依然凝视着被霞光染成红色的大海，深沉地回答说。 “是呀，我们已经付出了几十万英磅和九年时间的代价！”总经理感慨万分的说。 “总经理先生，”汤姆生回过头，情绪激动地说，“只要再造出一条电缆，我保险能够成功！” “再造一条就能成功，您有把握？”总经理急切的追问。“有！”汤姆生斩钉截铁地回答说，“我相信大西洋阻挡不住人类的进步！” 总经理看着倔强、自信的汤姆生教授，微笑着点点头，并再一次鼓起了建造海底电缆的勇气。 回到公司，总经理作出决定：立即着手建造第三条电缆再次远航。这是汤姆生主持的第四次沉放。这一次沉放，吸取了前三次的经验教训，自始至终进展顺利。经过通报试验，效果非常令人满意。大西洋终于被征服了！ 汤姆生晚年时说过：“有两个字最能代表我50年内在科学进步上的奋斗，这就是 ‘失败’”。汤姆生勤奋实践，开辟永久性的大西洋海底通信的伟大业绩，正是在吃尽失败的苦头以后取得的。 电磁波的发现 无线电报、雷达等都是用电磁波来传递信息的通讯工具。那么，电磁波是怎样被发现，又是谁最早发现的呢？ 电磁波的发现，是几代科学家、发明家共同努力的结果。故事还得从法拉第说起—— 法拉第，一个伦敦铁匠的儿子，小学没毕业就被父亲送到小书店和装订作坊当童工。虽然失去了在学校学习的条件，可是，法拉第没有停止过读书。他白天干活，晚上就在小书店翻阅大量的科学书籍，渐渐地，他完全被科学的大千世界迷住了。 有一次，听说著名化学家戴维要举行科学讲演会，法拉第想尽办法弄到一张听讲券。听讲中，他全神贯注地边听边记着笔记，还把台上做的试验画下来，以便回去照着做。 此后，法拉第每次都去听戴维的讲座，而且都认真地做好记录。法拉第还把笔记装订成册，作为拜师的见面礼寄给了戴维。法拉第的勤奋好学使戴维大受感动，答应把他收在身边做助手。 真是如鱼得水，法拉第在科学的海洋里尽情地遨游。 1819年，丹麦科学家奥斯特发现了一个有趣现象——通电导线能引起旁边的磁针转动。消息传来，法拉第凭着直觉立刻想到：既然电流能产生磁，那么磁能不能产生电流呢？他随即在笔记本中记下了这一科学闪念：“把磁转化为电。” 之后，法拉第为了实现这一目标，做了许许多多次实验，结果都失败了。 1831年IO月17日，法拉第照例很早就进入实验室，一直干到太阳落西还是理不出头绪。他又累又急，倒在身旁的椅子上，顺手就将长条磁铁往线圈里一扔。就在这一刹那，法拉第好像看见了电流计的指针向左偏了一下，会不会是多年来一直思考这个问题产生了错觉？法拉第忘记了疲劳，立即站起身来想抽出磁铁重做一次，验证一下，就在他抽出长磁条时，电流计指针又向右偏转了。啊，奇迹出现了！磁产生电流了。 法拉第高兴得手舞足蹈起来。这时，妻子塞勒送晚餐进来，正好迎面撞上法拉第，塞勒手中的牛奶、面包、牛排，“呼啦”全部掉在地上。妻子真的生气了：“你这个疯子，不想吃了。” “不吃了，今天磁变电了，有电就够了。”法拉第即兴唱起自编的“了了”歌，竟像一个顽童。 有人曾经问过法拉第：“您发现的电磁感应到底有什么用处呢？”法拉第已经朦胧地意识到：人类将会很快地开拓出一个崭新的电气化和电子技术的时代。他风趣地回答：“刚生下来的婴儿，您说他有什么用处呢？” 就在法拉第发现电磁感应的当年，在英国爱丁堡附近，诞生了一位去接法拉第手中“接力棒”的伟大人物——麦克斯韦。 麦克斯韦从小喜爱科学，又刻苦钻研，富有创新精神，不到10岁就随父亲去听科学讲座，在他15岁时，就写了一篇数学论文，发表在爱丁堡皇家学会学报上，显露出数学天赋。 还在剑桥大学读书时，麦克斯韦就十分敬佩法拉第，并认准了电磁学这个主攻方向。1860年，麦克斯韦到伦敦皇家学院任教。一个秋高气爽的晴天，他特意拜见了法拉第。年刚29岁的麦克斯韦和他所尊敬的年近七旬的科学大师紧紧拥抱，法拉第连声说：“这下好了，有了你，‘电磁学’这个婴儿就要长成巨人了。” 麦克斯韦的数学分析技巧和法拉第的物理直觉能力两者开始会合了。经过5年的潜心研究，麦克斯韦发表了一组描述电磁场运动规律的方程，他证明了：变化的磁场可以产生电场，变化的电场又可以产生磁场，预言了电磁波的存在。 电磁波，终于被麦克斯韦慧眼识破了。 麦克斯韦预言电磁波的存在，但是他的电磁理论当时只有少数几个犹豫不决的支持者，多数知名物理学家并不赞同。德国的亥姆霍兹经过很多年后才接受，而英国的威廉·汤姆逊至死都不承认。 这种难堪的境地也真够麦克斯韦受的！ 但是，科学之路并不会因为暂时出现的阴云而断掉，赫兹，这位德国年轻的科学家接过了科学的接力棒，在电磁波理论上继续研究起来。 赫兹曾受学于亥姆霍兹，并当过他的助教。1884年他对麦克斯韦理论作了某种发展。1886年他又开始进行直接证明电磁波存在的实验研究，要知道，麦克斯韦生前担心这种证明会是永远无法实现的。 促使赫兹去验证麦克斯韦预言的正确性是一次偶然的发现引起的。 这天，他在做一次放电试验，忽然发现在附近的线圈上迸发出小火花。他又重复了几次，均是如此。他马上想到，这是电谐振的结果，这种现象就像人们在声学试验中所观察到的情况一样，当两个同样的音叉并排放着的时候，只要其中一个音叉受到振动，两个音叉就同时发出声音。“对，这是谐振，是由麦克斯韦所预言的波引起的。” 赫兹马上开始进行系统的试验。 两年后，赫兹在实验室里，用简单的设备做了一个出名的实验：他将两个用空气隙隔开的金属小球接上高压交流电，使电荷交替地涌入两个小球，每当两个小球电势差最大时，就有电火花跳过空气隙。赫兹用一根导线弯成环形，线的两端之间有一个空气隙，做成了一个能探测电磁波的检波线圈。当火花发生器通电后，检波器的空气隙里果然出现了小小的火花。可见火花发生器的电流能产生辐射，它的能量能跨越空间，从发生器送到接收器。 两年的不懈努力，赫兹终于在1888年发现了电磁波，那就是在一个电路发生振荡放电时，附近的一个没有电源的电路也出现了电火花。他又进一步研究，观察到了电磁波也像普通光波一样，具有反射、折射、衍射等性质。这样，麦克斯韦于24年前所作的预言完全得到了证实。 7年以后，马可尼和波波夫利用赫兹的电磁实验，分别发明了无线电报，开创了通信技术的新纪元。 后来爱因斯坦对法拉第、麦克斯韦、赫兹作了如下评述： 法拉第和麦克斯韦的思想，是物理学自牛顿以来的一次最深刻和富有成效的变革；……麦克斯韦的天才迫使他的同行们在概念上要作多么勇敢的跃进。只是等到赫兹以实验证明了麦克斯韦电磁波的存在以后，对新理论的抵抗才被打垮。 |
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