科學的發展
一、無線電通訊
話說一個深秋的季節,雲在空中悠閑地散著步,風在樹梢上自在地哼著歌,一切都是那樣地寧靜祥和。
古雷姆夫人一邊打著毛衣,一邊默數著還有多少天,這件毛衣就能穿在兒子身上了。
突然,門鈴聲不要命似地響了起來。
她趕緊把毛衣丟在椅子裏,跌跌撞撞地跑去開門,她打開門一看,門外什麼人也沒有,隻有深秋的風仍在樹上逗引著樹葉。
難道是聽錯了,或者是幻覺?她重新關上門,又回到了椅子上,打起了毛衣。
過了大約五分鍾左右,門鈴聲又急促地響起來,古霍姆夫人凝神聽了聽,沒錯,確實是門鈴在響。
她再次放下毛衣,過去打開了門,然而,門外依舊空無一人,真是活見鬼了,她又衝出房門,並跑到門外的大馬路上,四周連個人影也沒有,這到底是怎麼回事呢?
她滿腹狐疑地又回到了門跟前,可是當她猛一抬頭,便被驚呆了。
門鈴再一次大聲響了起來,她惶恐不安地伸出手,想去按按鈕,鈴聲都一廂情願地響個不停。
她趕緊大聲喊兒子快下樓來,看看門鈴哪個地方出了毛病。
這個時候,從樓上跑下來一個精明幹練的小夥子,隻見他大約身高1米70左右,年齡在20歲上下,穿著一身早已洗得發白了的工作服,手裏拿著一個帶按鈕的木盒子,一雙深邃的眼睛如秋夜的星星,熠熠生光。
這位小夥子,就是古雷姆夫人的愛子馬可尼,聽了媽媽的一番講述,馬可尼哈哈地大笑了起來,一時間,把個古雷姆夫人弄得摸不著頭腦。
這位被後人譽為“無線電通訊之父”的小夥子,正在做無線電信號傳送的實驗工作。原來他把自家的門鈴設計成了信號接收裝置,而他手裏麵所拿著的那個木盒子就是信號發送裝置。
馬可尼把自己慈愛的媽媽請到了樓上,這既是他的臥室,又是他的實驗室,堆放著許多東西的一張長條桌子,就是他的工作台,上麵非常顯眼地擺著一台收發報裝置。
馬可尼一按手中的按鈕,很快地,就能聽到從樓下傳來的急促的門鈴聲。古雷姆夫人好奇地仔細瞅了瞅,樓上、樓下沒有任何的電線連接,這著實使她感到驚歎不已。
古雷姆夫人這才長長地鬆了一口氣,懸在心頭的一塊石頭,此時才落了地,她又重新回到樓下,打起了毛衣,不知道從遠處的什麼地方,傳來一陣又一陣渺茫的鋼琴曲。
這就是馬可尼在他風華正茂之年,第一次成功地實現了無線電信號傳送。
1874年4月25日,這是一個春光融融的日子,馬可尼就是在這樣的季節,出生於意大利的帕多瓦城,後來,又考入名聞遐邇的帕多瓦大學學習物理。
早在馬可尼還沒有出世之前,許多的科學家就在思考這樣的問題,能不能利用磁場獲得電流。
英國的物理學家法拉第,經過十年堅持不懈的努力,終於在1831年發現了這個現象。法拉第的發現進一步揭示了電現象和磁現象之間的聯係,不但有重要的科學意義,而且有很大的實用價值,使電能的大規模生產和利用成為可能。
法拉第在磁場中懸掛一根直導體,把導體的兩端分別連接在電流表的兩個接線柱上,組成一個閉合電路。
當導體不動彈的時候,電流表的指針就不會發生偏轉,這就表明導體中沒有電流。而如果讓導體在磁場中向前或向後運動切割磁力線,電流表的指針就發生了偏轉,從而表明導體中有了電流。
如果再讓導體在磁場中向下或向上運動,不切割磁力線,就可以看到電流表的指針不動,表明導體中沒有電流。
由此可見,閉合電路的一部分導體在磁場裏做切割磁力線的運動時,導體中就會產生電流,這種現象叫做電磁感應,所產生的電流叫做感生電流。
法拉第的這一個成功的實驗,在電學史上開創了一個新紀元,他的電磁感應的發現,為後來工業的大發展奠定了基礎。差不多一切重要的電力機器,都是根據感應電流的原理製成的。
法拉第不光發現了電磁感應現象,還提出了電場和磁場的概念,發現了電解定律等。他的許多成就都是很重要、帶有根本性的。
法拉第出生於一個貧寒的鐵匠家庭。困苦不堪的生活,使他沒有能夠讀多少書,13歲就開始當報童、當學徒。
然而,他熱愛科學,立誌獻身於科學事業,在做圖書裝訂工作期間,他就廣聞博覽,閱讀了大量的科學書籍,並且在自己的臥室裏搞了一個小實驗。
後來,他抓住機會,到英國皇家學院擔任實驗室助理,由於勤奮好學,不恥下問,很快就能夠獨立做實驗。
他是一位卓越不凡的實驗物理學家,他的許多重要發現都是通過實驗而獲得的;他同時又是一個偉大刻苦的科學思想家,他總是力圖搞清楚物理現象的本質,由於敏於思索,他具有深刻洞察力,電場和磁場的提出可以看作是他作為科學思想家的重大成就。
法拉第對人類社會作出了巨大貢獻,人們給予他崇高的地位和榮譽,但他並不看重這些,他不止一次地拒絕了製造商們的高價聘請,專心致力於科學研究。
他出身貧困,一生含辛茹苦,事業有成以後,仍然對貧苦百姓充滿了無限熱愛。他在英國皇家學會裏,還專門發起青少年普及科學知識的講座,自己主講了19年。
法拉第高尚的道德品質,也同在科學上的成就一樣,受到人們的稱頌。
後來,英國蘇格蘭的物理學家麥克斯韋先生(1831~1879),在法拉第的基礎上,建立了電磁理論,把電、磁和光的理論統一在一個體係中,並大膽預言了電磁波的存在。
麥克斯韋把法拉第的想法寫成數學公式。他指出法拉第電介極化的改變即相當於電流。既然電流產生磁場,磁力與電流正交,而且磁場的改變又產生電動力,顯然磁力與電力有相互的關係。
因此,當電介極化的改變在絕緣介質中四麵傳播時,它必作為電磁波而行進,電力與磁力就會在前進的波陣麵上相互正交。
麥克斯韋斷定,光是電磁現象,有了一種以太就可以傳播光波和電磁波,沒有必要再臆造好幾種以太了。原來光波與電磁波、波長雖然不一樣,但是同類的。
但是我們怎樣對待人們花費了那麼多心血來研究的彈性固體呢?我們究竟應該把電磁波看作是“準固體”裏的機械波呢,還是應該按意義還不明白的電與磁來解釋光呢?
麥克斯韋的發現,第一次向世人提出了這個難題。可是,他卻加強了人們對於傳光以太存在的信心。很明顯,以太既能傳光,也能執行電的作用。
麥克斯韋要求科學家們注意絕緣的介質。以為這是帶電係統中最重要的部分。很明顯,電流的能量是在介質中通過的,而電流自己不過是這種能量耗散為熱的路線,這條路線的主要功用是沿著有可能耗散的路途前進。
在相當迅速變化的交流電中,比如在感應圈電花的電流或閃電電花的電流中,能量剛進入導體,電流方向也就改變了。
因此,隻有導線或避雷針的表皮可以有效地帶電,電阻也就比在穩恒電流的情況下要高得多。
麥克斯韋的研究成果,在英國立即產生了廣泛的轟動效應,但是在大陸上,卻沒有受到應有的注意。
在馬可尼學生時代,即1887年,德國物理學家赫茲才用感應圈上的電花所發生的振蕩電流,在空間產生並檢驗到電波,並且運用實驗方法,證明電波具有許多與光波相同的性質。
赫茲覺得,如果真的有以太,它裏麵就會擠滿了“無線電波”,而這些波絕對不是在空氣裏傳播的。
赫茲還用自己設計出來的實驗裝置和實驗過程,證明了電磁波的存在,同時還向人類表明電是可以無線傳播的。
盡管在赫茲精心設計的實驗裝置中,電的發射源和接收源之間的距離很小,但它卻給世人敲響了啟示的警鍾,這就是,用電進行無線通訊是完全可能,而又切實可行的。
很顯然,進行長途無線通訊的關鍵之所在,就是盡可能地擴大赫茲實驗裝置中電的發射源和接收源之間的距離。
幾乎每一個物理學家都考慮到了這一點,而且努力地嚐試著各種各樣的方法,進行擴大電波傳播距離的研究。
沒過多長時間,就傳來捷報。法國一位物理學家捷足先登,研製成功一種金屬屑玻璃管電波接收器,在140米以外的地方,探測了電磁波,這無疑給更多的科學家們注入一針強興奮劑。
這位叫做法冉利的科學家的實驗,引起了英國物理學家的濃厚興趣。他認真地研究了法冉利裝置的長處和短處,然後揚長避短,對這一裝置進行重新設計和改進,從而成功地在800米外,接收到了用莫爾斯電碼發送來的信號。
人類的認識又一次實現了一個大的飛躍,這對年青的馬可尼來說,無疑既是挑戰又是一個機會。
1894年,元旦的鍾聲剛剛敲過,人們還沉浸在喜慶的氣氛之中,忽然噩耗傳來,剛剛年屆37歲的赫茲不幸英年早逝,使世界科學界又消失了一顆璀璨的巨星。
這時,20歲的馬可尼正在同老師、同學一起度假,聽到他所崇拜的偶像溘然長逝,怎麼也抑止不住內心世界的巨大悲痛。
尤其當他目睹自己的導師、帕多瓦大學教授裏奇悼念赫茲的祭文時,更是潸然淚下。
裏奇教授對赫茲實驗有助於未來的無線電報的研究,寄予殷殷厚望,他把醉心於實驗研究的馬可尼拉到自己的身邊,意味深長地說,如果人類能夠充分利用電磁波的話,那麼,電報就會飛越太空,穿洋過海,天涯海角也會變成咫尺之間,好好幹吧,小夥子,相信總有一天,不用任何導線的無線電通訊就會成為光輝的現實的。
老師的這一番諄諄教誨,在馬可尼的心湖中,激起了一圈又一圈的漣漪。他從此,就把自己全部的智慧和生命,無私地奉獻給了人類的無線電通訊事業,並以自己的巨大成功,讓當時的科學界,響起了一排又一排驚天動地的旱天雷。
假期還遠遠沒有結束,馬可尼就懷揣夢想,回到了自己的家裏,然後,便一頭紮進自己的小實驗室,把自己反鎖在屋裏,專心致誌地投入到研究無線電這一項偉大事業中去了,有時候忙得飯也不吃,覺也不睡。
不知道遭遇了多少次的慘敗,馬可尼仍舊沒有停止他執著的追求。母親深深地為兒子的這種精神所打動,可是,一點忙也幫不上,隻是默默地替孩子做好後勤工作。父親看兒子為事業,連命都搭上了,便規勸兒子,別把身體弄垮了,見勸沒有用,他生氣了,罵兒子是不切實際的空想家。
馬可尼明白,必須站在前人的肩膀上,事業才有可能成功。他大量研讀了法拉第、麥克斯韋、赫茲等先人的電學著作,並不惜一切代價,找來了諸如多路火花放電器、感應線圈、莫爾斯電報鍵和金屬屑檢波器等所能找到的實驗設備和儀器。
馬可尼為了無線電事業,真可謂嘔心瀝血,鞠躬盡瘁。一份耕耘一分收獲,他終於成功地實行了無線電室內傳送信號,使自家的門鈴清脆的聲音劃破了他漫漫求索的無數個日日夜夜,這是成功的第一步。
馬可尼沒有驕傲自滿,繼續不懈地努力著。到了這一年的秋天,當大地呈現出收獲的喜人景象時,馬可尼在實驗室和一座小山,大約2.7公裏的距離之間,再次成功地進行了通信實驗,這一激動人心的成果使馬可尼欣喜若狂。
然而,他的父親見兒子早已形消骨立,瘦得不成人樣子,同時,他也希望兒子能夠經營他所經營的農莊,當一個腰纏萬貫的農場主,所以,他一直反對兒子天天在家裏鼓搗這些亂七八糟的玩藝兒,當馬可尼向他借錢做實驗的經費的時候,這位愚頑不化的老人家竟然一口回絕了。
馬可尼好傷心。萬般無奈之下,他寫了一封言辭懇切的信給當時的意大利郵政部長,彙報了自己的實驗狀況,並希望政府能夠提供適當的資助。
當時的意大利政府實在是鼠目寸光,他們根本就不相信,這個毛頭小夥子能搞出什麼無線電來,而且還膽敢伸手要錢,真是不可思議,他們把馬可尼的信給燒成了灰。
而這一切,都無法改變馬可尼的信念,他這回真的是“咬定青山不放鬆”了,不把無線電這樣涉及萬代的事業搞出來了,他是絕對不會罷休的,最後,在理解他的母親的幫助下,他又隻身一人,到英國去找舅舅幫忙去了。
不管怎麼說,馬可尼還算是十分幸運的,在舅舅的引薦和關照下,他得到了英國郵政部門普利撲斯總工程師的支持和幫助,在1896年,他的無線電發明取得了英王國的專利權。
馬可尼更是如虎添翼,實驗工作進行得更加順利。
1897年,馬可尼在英國南威爾士,越過布裏斯托爾海峽,在索美塞得丘陵高地之間,大約15公裏的距離以內,再度成功地進行了通導實驗表演。
普利撲斯有一句十分俏皮的話,是讚揚馬可尼的,這就是:“人人都認識雞蛋,隻有馬可尼把雞蛋立了起來。”這時,為了他心愛的無線電事業,馬可尼真成了“亡命之徒”,他離最後更大的成功隻有一步之遙了。
1897年5月間,馬可尼的無線電通訊又成功地實現了從海岸到船隻等活動目標之間的通訊實用化,為無線電從實驗室走向社會,作出了非常有意義的嚐試。
在歐洲,馬可尼很快成了婦孺皆知的焦點人物,曾無情拒絕過他的意大利政府,這時也盛情邀請他回國效力。馬可尼以一個大科學家的坦蕩胸懷,不計前嫌,幫助意大利政府,建立了一座陸上電報通訊電台。
1898年,馬可尼無線電裝置正式投入商業性使用,並開始被用於報道體育賽事、金融信息等與人類活動有關的情況。
1899年,馬可尼的無線電信號第一次跨越了100公裏的長距離,但是,馬可尼並沒有因此而固步自封,他心裏有一個更加強烈的願望,這就是,打破一切地域、國家和民族的界限,從而使人類極為方便地交流信息,建立超越時空的血肉聯係。
然而,令人百思不得其解的是,當馬可尼提出讓電波從歐洲飛越浩瀚無垠的大西洋到達美國的誓言時,卻遭到了各種各樣的阻力,大家不約而同地說,這是不可能的事情。
甚至有人從物理學的角度提出了反對意見,他們認為,光是直線傳播的,不可能繞過地球表麵的曲麵,拐個大彎到達美洲。
如果想要實現橫跨大西洋,必須有一麵和它麵積差不多相等的反射鏡,如果沒有它,電波將像光線一樣離開地球,並逃逸得無影無蹤。
還有一些數學家也企圖從理論上加以證明,並信口雌黃說,無線電波的長距離傳送,是根本不可能的。
這些來自四麵八方,善意或惡意的反對意見,都沒有能夠動搖馬可尼的執著的決心,因為他深深懂得,科學的靈魂就是探索未知世界,科學的生命就是不斷實驗,隻有實驗的失敗才是真理的判官。
馬可尼繼續向他所認定的目標,發起猛烈的衝刺。
又經過了六百多個日出日落,通過大量的潛心研究和對實驗裝置的不斷改進,馬可尼逐步提高了自己研究的無線電收發裝置的靈敏度。
同時,這一套收發裝置的發射機波長調諧裝置研製成功,它的抗幹擾性能逐漸增強,無線高度也有很大的提高。
當20世紀像一隻報春的燕子悄然飛臨人間,在英屬牙買加的康沃爾,一座高達52米的電波發射塔,經過馬可尼等人的艱苦努力,終於竣工。
隨即,馬可尼又心急如火地趕往加拿大的紐芬蘭,定做了幾隻巨大的風箏,把接收天線升到了122米的空中。
現在,萬事俱備,隻欠東風了。