精品實體頻道 2022-01-18 07:11
電磁波的誕生，是點燃人類文明的那束電火花，通信技術服務人類社會由此起步。
科技日報社、世界5G大會、未來移動通信論壇奉上的大陸首檔通信領域科普節目《通個信》首期，中國科學院實體研究所研究員曹則賢串燒了一段有趣的曆史故事。
無論是眼神等肢體語言的近距離溝通，還是聲音、官方驿站等遠距離的交流，亦或煙火、旗語等指向更具體的資訊傳遞，從遠古時代開始，通訊就是人類主要的生産生活手段，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。”
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。
在這個曆史程序中，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着綢緞衣服在家吸貓。
1600年前後，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機關一樣，磁動勢的測量機關是吉爾伯特，從中可以看到，吉爾伯特非凡人，他的偉大磁學研究“德馬格内特”，首次合了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叙利亞一帶的一個放羊娃，當他拄着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”後，人們認識到電和磁是一家，電能産生磁，磁也能産生電。
曹則賢說：“也就是說，不靠電池，讓水流推着一個線圈在磁場裡轉，或者拴個毛驢在那兒轉圈，就能持續産生電。”
那一年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋帶着曆史使命出生了，他所建立的電磁場理論，将電學、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。
抱着給法拉第的理論“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，準确描繪出電磁場的特性及其互相作用的關系，把混亂紛纭的現象歸納為統一完整的學說。此後，英國科學家泰特将并不簡單的麥克斯韋方程組簡化，就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，大神級天才海因裡希·魯道夫·赫茲做了這樣一個實驗，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。”曹則賢說，“這個簡單的電路，就是我們近代實體的出發點，是影響我們人類的偉大裝置。”
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将開創無線電電子技術的新紀元，如曹則賢所言，“科學的發現将産生怎樣的重大成果，許多時候就差一個窗戶紙，得有人把它捅破。”
實驗成功後，赫茲的助手曾問他：“您這個實驗好像影響很大，它有什麼意義？還有什麼用？”
赫茲說：“可能真沒什麼用。證明麥克斯韋很偉大就是這個實驗的意義。”
而在阿爾卑斯山旅遊的小男孩伽利爾摩·馬可尼聽到這個實驗結果的消息時，心裡咯噔了一下，那年才十四、五歲的馬可尼意識到這個實驗的落地價值，電磁波可以傳遞資訊，産生電火花的開關，就是電報機的雛形。
幾年後，馬可尼證明了這些不可見光波可以用于無線電通訊，無線電随之問世。
曹則賢說：“今天高水準通信技術帶給人類的福祉，有賴于實體學、數學等基礎科學的步步推動。”
來源：科技日報