书城科普读物科学我知道——Why通讯
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第12章 电磁波是谁发现的?

无线电报、雷达等都是用电磁波来传递信息的通讯工具。那么,电磁波是怎样被发现,又是谁最早发现的呢?

电磁波的发现,是几代科学家、发明家共同努力的结果。电磁波的发现最早是从法拉第开始的。

法拉第,1791年9月22日出生在萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。小学没毕业就被父亲送到小书店和装订作坊当童工。虽然失去了在学校学习的条件,可是,法拉第没有停止过读书。他白天干活,晚上就在小书店翻阅大量的科学书籍,渐渐地,他完全沉迷在科学的奥秘中了。

有一次,法拉第想尽办法弄到一张著名化学家戴维举行的科学讲演会听讲券。在听讲中,他把台上做的试验画下来,回去以后照着做。

此后,法拉第每次都去听戴维的讲座,而且都认真地做好记录。法拉第还把笔记装订成册寄给了戴维。法拉第的勤奋好学使戴维大受感动,答应把他收在身边做助手。

1819年,丹麦科学家奥斯特发现了一个有趣现象——通电导线能引起旁边的磁针转动。消息传来,法拉第凭着直觉立刻想到:既然电流能产生磁,那么磁能不能产生电流呢?他随即在笔记本中记下了这一科学闪念:“把磁转化为电。”自此之后,法拉第为了实现这一目标,做了许许多多次实验,结果都失败了。

1831年10月17日,法拉第照例很早就进入实验室,一直干到太阳落西还是理不出头绪。他又累又急,倒在身旁的椅子上,顺手就将长条磁铁往线圈里一扔。就在这一刹那,法拉第好像看见了电流计的指针向左偏了一下,会不会是多年来一直思考这个问题产生了错觉?法拉第忘记了疲劳,立即站起身来想抽出磁铁重做一次,验证一下,就在他抽出长磁条时,电流计指针又向右偏转了。奇迹出现了,磁产生了电流。

有人曾经问过法拉第:“您发现的电磁感应到底有什么用处呢?”法拉第已经朦胧地意识到:人类将会很快地开拓出一个崭新的电气化和电子技术的时代。他风趣地回答:“刚生下来的婴儿,您说他有什么用处呢?”

就在法拉第发现电磁感应的当年,在英国爱丁堡附近,诞生了一位继承法拉第事业的伟大人物——麦克斯韦。

麦克斯韦于1831年11月13日出生在苏格兰的爱丁堡,自幼聪颖,父亲是个知识渊博的律师,使麦克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习,15岁时,就写了一篇数学论文,发表在爱丁堡皇家学会学报上,显露出数学天赋。

还在剑桥大学读书时,麦克斯韦就十分敬佩法拉第,并认准了电磁学这个主攻方向。1860年,麦克斯韦到伦敦皇家学院任教。一个秋高气爽的晴天,他特意拜见了法拉第。29岁的麦克斯韦和他所尊敬的年近七旬的科学大师紧紧拥抱,法拉第连声说:“这下好了,有了你,‘电磁学’这个婴儿就要长成巨人了。”

麦克斯韦的数学分析技巧和法拉第的物理直觉能力两者开始会合了。经过5年的潜心研究,麦克斯韦发表了一组描述电磁场运动规律的方程,他证明了:变化的磁场可以产生电场,变化的电场又可以产生磁场,电磁波是存在的。

电磁波,终于被麦克斯韦慧眼识破了。麦克斯韦预言电磁波的存在,但是他的电磁理论当时只有少数几个犹豫不决的支持者,多数知名物理学家并不赞同。德国的亥姆霍兹经过很多年后才接受,而英国的威廉·汤姆逊至死都不承认。

但是,科学之路并不会因为暂时出现的阴云而断掉。赫兹,这位德国年轻的科学家接过了科学的接力棒,在电磁波理论上继续研究起来。

赫兹的实验证明了电磁波的存在吗?

赫兹曾受学于亥姆霍兹,并当过他的助教。1884年他对麦克斯韦理论作了某种发展。1886年他又开始进行直接证明电磁波存在的实验研究,要知道,麦克斯韦生前担心这种证明会是永远无法实现的。

促使赫兹去验证麦克斯韦预言的正确性是一次偶然的发现引起的。这天,他在做一次放电试验,忽然发现在附近的线圈上迸发出小火花。他又重复了几次,均是如此。他马上想到,这是电谐振的结果,这种现象就像人们在声学试验中所观察到的情况一样,当两个同样的音叉并排放着的时候,只要其中一个音叉受到振动,两个音叉就同时发出声音。“对,这是谐振,是由麦克斯韦所预言的波引起的。”

赫兹马上开始进行系统的试验。两年后,赫兹成功地进行了一次实验,证明了电磁波的存在。

赫兹的实验,这个装置中,在感应圈C的两个电极上各接一根30厘米长的铜棒A、B,每根铜棒一头接一个黄铜小球,另一头接边长为40厘米的正方形黄铜板,让两个黄铜小球相对着,组成发生器,当通电时,发生器的铜球间产生高频振荡火花。另外,他用一段导线弯成环状,两端各接一个铜球作为检波器。检波器距离电磁波发生器10米。发生器的两个铜球间产生电火花时,在检波器的两个铜球间隙也看到了电火花。赫兹用这样简单的仪器成功地证明了电磁波的存在。

他又进一步研究,观察到了电磁波也像普通光波一样,具有反射、折射、衍射等性质。这样,麦克斯韦于24年前所作的预言完全得到了证实。

7年以后,马可尼和波波夫利用赫兹的电磁实验,分别发明了无线电报,开创了通信技术的新纪元。

后来爱因斯坦对法拉第、麦克斯韦、赫兹作了如下评述:法拉第和麦克斯韦的思想,是物理学自牛顿以来的一次最深刻和富有成效的变革……麦克斯韦的天才迫使他的同行们在概念上要作多么勇敢的跃进。只是等到赫兹以实验证明了麦克斯韦电磁波的存在以后,对新理论的抵抗才被打垮。

由于无线电波的辐射,牛犊眼睛中出现微小气泡,如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及ν射线。