要真正理解一件事物,我们必须追溯其起源。通过电磁波进行通信也是如此——回顾这段历史,我们能加深对如今无处不在的无线通信的理解。
赫兹最先证明了电磁波可以穿过空气传播,但他本人并不认为这一发现有任何实用价值。是马可尼抓住了这一被忽视的物理现象,从零开始,一步一步将无线电通信变为现实。
一、起点:研读赫兹实验,一个想法逐渐成形
马可尼是一个二十出头的年轻意大利人,当他读到赫兹的火花隙实验时:放电的瞬间会产生电磁波,这种波可以通过接收回路在远处被探测到。
(原文此处包含一张图片。)
当时,有线电报已经成熟,但其主要缺点显而易见:必须架设电线,无法跨越山海铺设,而且线路容易断裂。
马可尼形成了一个大胆的假设:既然电磁波可以无需电线传播,为什么不将有线电报的摩尔斯电码加载到电磁波上,摒弃铜线,通过空气发送电报信号呢?
对当时的许多科学家来说,这个想法似乎不切实际。许多学者认为,由于电磁波沿直线传播而地球是弯曲的,远距离通信根本不可能。
二、家中的初步实验(1895年)
马可尼在他家族庄园的阁楼里架设了他的装置:
起初,通信距离只有几十米。马可尼不断实验和改进:
- 他在发射机和接收机上都加装了金属天线,并将它们架得更高;
- 他将发射机的一端接地,利用大地作为回路;
- 他调整了金属粉末检波器的结构,以提高接收灵敏度。
很快,距离增加到了2.7公里,信号甚至可以越过山丘被接收到。马可尼成功证明了电磁波可以携带信号绕过障碍物。
三、寻求支持,移居英国
马可尼向意大利政府提交了他的方案,但几乎没有受到关注。1896年,他带着实验设备前往英国,并申请了无线电专利。
当时的英国海上贸易繁荣,但海上的船只没有有线通信——遇险的船只无法呼救——因此无线技术亟需发展。马可尼的专利顺利获批。
在英国的一次公开演示中,他成功实现了数公里的通信,赢得了投资,并创立了一家无线电报公司。他不断改进自己的设备,通信距离持续增加。
1899年,马可尼实现了跨越英吉利海峡的通信,将信号从法国传输到英国,跨越45公里的海面。至此,无线电报已具有真正的实用价值,船只开始安装马可尼无线电设备。
四、里程碑:跨大西洋无线电报(1901年)
当时,普遍观点认为电磁波沿直线传播,而地球是球形的,因此电磁波在传播几百公里后就会飞向太空——这使得跨大西洋传输不可能实现。
马可尼坚持尝试。他在加拿大纽芬兰竖立了接收天线,并在英国康沃尔建造了大功率发射站。
1901年12月12日,他成功接收到了跨越大西洋发送的莫尔斯信号:字母S(···)。
人类历史上第一次实现了无需一根导线的跨洋无线通信。
直到后来,人们才明白电磁波会被大气层中的电离层反射,并沿着地球的曲率传播。马可尼在甚至不知道电离层原理的情况下完成了这项伟大的实验。
五、后来的应用与争议
马可尼的无线电迅速传播,大量远洋船只安装了无线电台。著名的泰坦尼克号依靠马可尼无线电发送求救信号,从而帮助挽救了生命。
简单说明一下:大约在同一时期,俄罗斯的亚历山大·波波夫也在独立研究无线电,关于谁应获得发明权存在争议。但正是马可尼首先实现了远距离工程部署和商业推广。
总结
马可尼的核心贡献不是发现电磁波,而是将有线电报成熟的编码逻辑嫁接到电磁波上——不断优化天线、接地和金属屑检波器系统,使实验室现象转变为可在远距离商业使用的通信工具。