是誰點燃了文明的電火花?

                        2022-01-06 13:56:36 來源: 科技日報 作者: 劉艷

                        科技日報記者 劉艷

                        1月6日,在科技日報社、世界5G大會、未來移動通信論壇聯合推出的我國首檔通信領域科普節目《通個信》首期中,中國科學院物理研究所研究員曹則賢串燒了一段有趣的歷史故事。

                        無論是眼神等肢體語言的近距離溝通,還是聲音、官方驛站等遠距離的交流,亦或煙火、燈光、旗語等指向更具體的信息傳遞,從遠古時代開始,通訊就是人類主要的生產生活手段,有些方式直到現在還在沿用,比如旗語。

                        曹則賢說:“不要以為今天的通訊方式有多聰明,在利用電磁波之前,人類已經發展出了一整套相當有效且巧妙的通訊方式,從通訊模式、編碼、載體的運用,到如何保密等要素,該有的都有了?!?/span>

                        盡管如此,電磁波的誕生,才是點燃人類文明的那束電火花,通信技術服務人類與社會由此起步。

                        在這個歷史進程中,電和磁這兩種現象是怎樣被發現的?

                        靜電的發現源自于古希臘的貴婦人穿著綢緞衣服在家吸貓。

                        1600年前后,一個叫威廉·吉爾伯特的人創造了電(electricus)這個詞。

                        正如伏特是電動勢的測量單位一樣,磁動勢的測量單位是吉爾伯特,從中可以看到,吉爾伯特非凡人,他的偉大磁學研究“德馬格內特”,首次合理解釋了指南針指向南北的神秘能力,揭示了地球本身就是一個大磁場。

                        磁的發現則應該歸功于今天敘利亞一帶的一個放羊娃,當他拄著底端包鐵皮的棍子滿山攆羊時,發現這根棍戳到有些石頭啥事沒有,戳到有些石頭拔起來卻費勁。

                        1831年,邁克爾·法拉第驗證了“電磁感應現象”后,人們認識到電和磁是一家,電能產生磁,磁也能產生電。

                        曹則賢說:“也就是說,不靠電池,讓水流推著一個線圈在磁場里轉,或者拴個毛驢在那兒轉圈,就能持續產生電?!?/span>

                        那一年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋帶著歷史使命出生了。他所建立的電磁場理論,將電學、磁學、光學統一起來。造福于人類的無線電技術,就是以電磁場理論為基礎發展起來的。

                        抱著給法拉第的理論“提供數學方法基礎”的初衷,麥克斯韋列出了表達電磁基本定律的四元方程組,準確描繪出電磁場的特性及其相互作用的關系,把混亂紛紜的現象歸納為統一完整的學說。此后,英國科學家泰特將并不簡單的麥克斯韋方程組簡化,成了我們在教科書上見到的樣子。

                        1865年,麥克斯韋預言了電磁波的存在,推導出電磁波的傳播速度等于光速,并得出結論:光是電磁波的一種形式,揭示了光現象和電磁現象之間的聯系。

                        1887年,大神級天才海因里?!數婪颉ず掌澴隽诉@樣一個實驗——一條金屬絲連起兩端的鋅金屬小球,按下開關,金屬球啪啪打火,遠處,同樣的裝置也隔空打火。

                        “兩組裝置之間跑的是麥克斯韋方程組推導出的電磁波?!辈軇t賢說,“這個簡單的電路,就是我們近代物理的出發點,是影響我們人類的偉大裝置?!?/span>

                        1888年,赫茲公布了實驗驗證電磁波存在。由法拉第開創、麥克斯韋總結的電磁理論,至此取得決定性的勝利。

                        赫茲沒有想到他的這一成果將開創無線電電子技術的新紀元,如曹則賢所言,“科學的發現將產生怎樣的重大成果,許多時候就差一個窗戶紙,得有人把它捅破?!?/span>

                        實驗成功后,赫茲的助手曾問他:“您這個實驗好像影響很大,它有什么意義?還有什么用?”

                        赫茲說:“可能真沒什么用。證明麥克斯韋很偉大就是這個實驗的意義?!?/span>

                        而在阿爾卑斯山旅游的小男孩伽利爾摩·馬可尼聽到這個實驗結果的消息時,心里咯噔了一下,那年才十四、五歲的馬可尼意識到這個實驗的落地價值,電磁波可以傳遞信息,產生電火花的開關就是電報機的雛形。

                        幾年后,馬可尼證明了這些不可見光波可以用于無線電通訊,無線電隨之問世。

                        曹則賢說:“今天高水平通信技術帶給人類的福祉,有賴于物理學、數學等基礎科學的步步推動?!?/span>

                        責任編輯: 冷媚
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