无线电是怎么被发现的?

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19世纪中叶,还是一个“通讯基本靠吼”的时代。麦克斯韦通过的他的方程组预言了电磁波的存在,认为电磁波传播速度就是光速,或者说光也是一种电磁波。麦克斯韦的理论预言最终被赫兹的实验所证实,电磁波的传播并不依赖于介质,或者说它在真空中也是可以传播的,这让人们对电磁波的应用充满期待。1894年,意大利的年青人伽利尔摩·马可尼(当时20岁)注意到了赫兹的实验,他认为电磁波可能具有更远的传播距离。1895年,马可尼制作了一个可以发射无线电波的机器,紧接着申请了发明专利并注册了公司。1899年,马可尼用他的仪器证明了电磁波确实可以远距离传输——在英吉利海峡的彼岸接收到了他发射的电磁波信号!1901年,马可尼再次将无线电信息成功地穿越大西洋(从英国到加拿大),1910年从爱尔兰传到了阿根廷!


如今,我们知道无线电波实际上是电磁波家族的波长最长的一段,它具有毫米以上的波长和300GHz以上的频率,无线电之所以能够远距离传输,是因为我们的地球上空大气层中存在一个电离层,发射到天空的电磁波会被电离层反射,从而被很远的接收站收到。无线电波也可以直接在地面附近传播,通过基站被进一步将信号放大并传到下一个基站,不断接力下去而传播很远的距离。

1909年,马可尼因无线电的发明和应用与布劳恩一起获得了诺贝尔物理学奖。同年,无线电的重要作用在一次海难中得到了充分的体现。当时,共和国号汽船由于碰撞遭到毁坏而沉入海底,幸亏及时发送求救电报,除了六人以外大部分船员幸免于难。而1912年泰坦尼克号沉没酿成数千人死亡的悲剧原因之一,是离得最近的加利福尼亚号上电报员关闭了电报机而未能及时收到求救电报!


飞贼克斯和康德马特

首先是法拉第在1831年发现了电磁感应现象,并且同年发明了人类第一台发电机。

有了法拉第以实验为基础的理论之后,介于牛顿和爱因斯坦之间最伟大的科学家之一,麦克斯韦,通过数学总结了之前的理论,并且在1865年推导预言了电磁波的存在。

麦克斯韦也是大仙儿,现在的电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面都绕不开这位奠基人。

在1888年,赫兹首次在实验室里验证了麦克斯韦的预言。测得电磁波传播速度等于光速。后来又告诉大家光也是电磁波,这些本质都一样。

至此大家知道了无线电,光,其实都是电磁波,这些电磁波的最根本属性频率就以赫兹命名。

在1893年,尼古拉·特斯拉首次公开展示了无线电通信。这就是人类第一次使用无线电进行通信。

当然,其中还有很多大佬这里没有提到。借助他们的成果,人类开始长距离传播信息。从最早开关断断续续的传播莫斯码,到传播声音图像,再到后来的数字化。地球各处从遥不可及,到了现在的即时通信,千里眼顺风耳从神话变成了现实。甚至我们开始探索更遥远的地方……



蛋科夫斯基

无线电是发明的不是发现的,发现的是电磁波。

以前人们认为像引力、电磁力这类不需要相互接触和介质传播的力是一种“超距作用”,一些科学家不相信这种说法,他们认为引力和电磁力是通过一种充满空间的介质“以太”传播的,法拉第认为电磁力不是“超距”作用,他认为电荷周围有一种“电紧张状态”,提出了电场线的思想。


法拉第的思想有麦克斯韦发扬光大,他用四个方程概括了所有电磁规律,建立了规范场论的雏形,预言了电磁波的存在,并且计算出电磁波的波速正好等于光速,大胆预言光也是一种电磁波,后来赫兹用实验验证了电磁波的存在。

无线电是一种用电磁波通讯的技术,发明人是马可尼。

马可尼

电磁波的速度极快,几乎不受时间和空间的阻隔,人们自然想到用它来进行通讯。1895年,马可尼在他父亲的庄园开始了他的实验室实验。在这里他成功地把无线电信号发送到了1.5英里(2.4km)的距离,成了世界上第一台实用的无线电报系统的发明者。

由于地球是一个球体,在地球另一端的人将接收不到地球一段发出的电磁波,怎么办呢?不要紧,因为地球大气层有一层 叫“电离层”的大气,它能反射电磁波,于是在地球上不同地方都能接收到电磁波,这就是远距离无线电通讯的原理。

电离层


费曼学习法

这个很难说明,因为现象早就有人发现,而实际上被认为具有可行性的人是古列尔莫马可尼,也是他发明了第一个有意义的无线电接收器。

早在19世纪40年代或1850年代就已经在有线电报系统中发现串扰时就已经知道了。一些大学的“无线电”台使用这个系统,因为信号可以在普通的无线电接收机被接收,但只能在几百米的非常短的范围内接收。

1879年,David E. Hughes(休斯)教授发现了所谓的无线信号的传输。他在未来几年向包括William Preece和William Crookes在内的许多人展示了它,但效果被认为是一种物理现象。

可惜休斯是一位音乐家而不是物理学家,所以它接受了当时的物理学家的意见。

Heinrich Hertz(海因里希·鲁道夫·赫兹,著名物理学家)在一系列的实验中证明了,一种火花所产生的无线电波是存在的,可以产生反映和集中的效果。

在1893年的美国,特斯拉演示了在两块连接在交流电源上的金属板之间,放置低压气体管并产生照明,具体地实现出了无线电的物理现象。

然而无线电被真正利用的是由于他,Guglielmo Marconi(伽利尔摩·马可尼,一名意大利的工程师,真正发明无线电通报的人)

1895年,他在意大利发送并接收到他的第一个无线电信号。到1899年,他在英吉利海峡闪过第一个无线信号,两年后收到了从英格兰到纽芬兰的电报“S”。这是1902年第一次成功的跨大西洋无线电报。

特斯拉花费了大量的时间改善信号传输,但很少接收。如果你看看他的专利,你会发现几乎没有提到接收器,但马可尼意识到,一个更敏感的接收器是一个更好的方法,而不仅仅是提高发射器功率。


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