电磁波发现背后的故事——两位天才科学家的火

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麦克斯韦创立电磁理论之后,1888年,在柏林有一位叫赫兹(1857~1894)的青年实验物理学家完成了这项工作。当时许多人虽叹服麦确斯韦对电磁波的完美描述,可就是找不到它。26岁的赫兹却别有绝招。他将两个金属小球调到一定的位置,中间隔一小段空隙,然后给它们通电。这时两个本来不相连的小球间却发出吱吱的响声,并有蓝色的电火花一闪一闪地跳过。不用说小球间产生了电场,那么按照麦克斯韦的方程,电场再激发磁场,磁场再激发电场,连续扩散开去,便有电磁波传递。到底有没有呢?最好有个装置能够接收它。他在离金属球4米远的地方放了一个有缺口的铜环,如果电磁波能够飞到那里,那么铜环的缺口间也应有电火花跳过,他将这些都布置好后,这边一按电键,果然那圆环缺口上蓝光闪闪,这说明发射球和接收环之间有电磁波在动动了。既然有波,就也该有波长、频率和速度。于是他又想亲自量量它的波长。其实这也很简单,他将那铜环接收器向圆球发射器靠近,火花时亮时无,最亮便是波峰或波谷,不亮时便是零值,于是他便求出了波长,接着又算出了速度每秒30万千米,正好相等于光速,也有如光一样的反射、折射性。麦克斯韦的理论彻底得到了证实,从法拉第到麦克斯韦再到赫兹,两位实验物理学家与一位理论物理学家巧妙的配合终于完成了这个伟大的发现。



这赫兹何以有这样的成就?原因可以有许许多多,但追溯到他的学生时代,有两条却极为重要。一是他从小养成了亲自动手的好习惯,对技术和技能的学习十分爱好。他在课余时间拜了一位木工为师,锯、刨、斧、凿已使得极为纯熟,他还学了一门车工技术,后来赫兹的车工师傅听说他成了大学教授还对他母亲惋惜地说:“唉,真可惜!他本是一个难得的车工啊!”俗话说心灵手巧,大凡只有手脚并用毫不偷懒才能聪明。第二,赫兹小时候学习兴趣相当广泛,他学了英语、法语、意大利语,特别是在阿拉伯语方面表现了惊人的才能,以致教师向他的父亲郑重地建议他去选学东方学。他爱美术,素描画得很好,这又训练了他的形象思维。他爱数学,常参加数学比赛,这又训练了他的逻辑思维能力。他想当建筑师,曾专攻过建筑,后来又当过兵,这使他得到了吃苦耐劳、紧张有序的锻炼,他给父母写信说:“惰性从我的身上真正被取缔了。”读者中定有不少是渴望成才的青年,我这里就他的成才略叙几笔,或许对诸君能有一点启迪。


说这赫兹发现了电磁波就如当年牛顿发现了万有引力,戴维电解出钾、钠之时,都是才刚刚二十几岁的年纪,正宏图初展,前途无限。但在1893年他就开始患一种齿龈脓肿的病,虽不是大病但却很顽固,多次手术只能缓解痛苦不能去根,后来连情绪也甚觉忧郁伤感,他已自觉到将不久于人世。1893年12月4日夜,他秉烛展纸,强忍眼泪向二老双亲写了一封既是安慰又是预告的信:“假若我真发生了什么事情的话,你们不应当悲伤,但你们要感到几分自豪,并想到我属于那些生命虽然短促但仍算有充分成就的优秀人物。我不想遭遇,也没有选择这样的命运,但是既然这种命运降临到我的头上我也应感到满意。”这世界上实在是不公平,许多酒囊饭袋,活到百、八十,朽而不死;而赫兹这样有功于世的人在1894年1月,以37岁的轻轻年纪却猝然谢世。这在当时欧洲物理学界着实引起了好一阵悲哀。在他死去的第二天意大利帕多瓦大学门口贴出了这样一张讣告:


“波恩大学赫兹教授不幸于昨日去世,物理学界的一颗明星突然殒落,这是全欧洲的损失。赫兹教授对人类最伟大的贡献,就是他通过实验终于找到了电磁波,他虽然是个德国人,但是他告诉我们意大利人,告诉全世界人,每个人身边都有电磁波,都是可以互相传递接收的,他虽然去世了,但他指给我们的这种波却永远存在,永远陪伴我们。所以赫兹教授是属于全世界的,赫兹教授没有死,他永远活在我们中间……为了表达对这位世界伟人的尊敬悼念,兹定于明天上午在本校礼堂举行隆重的追悼会。”


在这张讣告下边,有的人瞥一眼便匆匆离去,有的人读后一声叹息,惟独有一个小伙子却像双脚被钉住一样,两眼瞪着讣告,嘴唇微张,半天不言不语,脸色哀伤又含沉思,心情悲痛却又激动。他在这里大约站了一个多小时,才勉强挪动双脚,可那鞋底上像是抹了一层漆似地迈一步三回头,迟迟不肯离去。你知道这青年是谁吗?他叫马可尼(1874~1973)出生在意大利帕多瓦城一个富有的家庭中,从小受过很好的家庭教育,养成了勤奋好学、爱动脑筋的习惯。大凡读书人可分为两类,一类是“书袋”,从小学到大学读过的书有一人多高,不管是什么书,只要是学校规定的便只管读来,一本一本地装到肚子里,并不消化,也不会创造,所以叫书袋。一类是“书锥”、“书钩”,这些人的眼睛就像锥子,读书时处处问个为什么,必须把那本书锥穿再勾出点什么才肯罢休,他们读过的书不一定多,但是思维越训练越敏捷,碰到问题一针见血,又能举一反三,因此也就不断有所创造发明。这马可尼正是这后一类人。今天见到一张讣告也要从中勾出一点学问,他想这位赫兹教授发现的电波既然德国有,意大利也有,为什么不可以利用这些无声无形的波传递信号,传递人们的意志,让死波变活?如果真能做到这一步赫兹的功绩不是更加与日月同久长了吗?我们纪念死者,就是要发扬他的成果,为活人多办点好事。他这样痴痴地想着,回到家里,就对父亲说:“我似乎有这样一种感觉,即这些电波会在不远的将来供给人类以全新的和强有力的通信手段。”


马可尼自从读了这张讣告之后,就立即到处收集资料,又在他父亲的别墅里架天线,埋地线,白天试,晚上调,而且居然改进了检波器制成了发射机和接收机。终于在住地与17千米外的山间,实现了第一次通信联系。他欣喜若狂,立即向意大利邮电部写信要求资助,愿将自己的发明贡献给祖国的通讯事业。不想,他这封信却石沉大海,马可尼一气之下转而向英国申请专利。


1896年,在伦敦港,一个青年手提着一只大箱子正要下船,海关检查人员见这人衣帽不整,神色不定,便一把拉住他,问他箱子里是什么?这青年正是马可尼,他初来伦敦不免慌张,结结巴巴地说这是一台发报机。当时哪有什么无线电发报机?海关人员更没听说过这个玩艺儿,把箱子翻来倒去,又将马可尼上下打量一通,这时旁边又一个海关人员说:“怕是一个炸弹吧。”那检查员闻听不禁大惊,忙双手举起箱子“扑通”一声扔到海里,返身推了马可尼一把:“去,去,去!还不赶快滚下船去!”


马克尼初出家门就受到如此受欺凌,他举目无亲,愿想来找专利局的,现在手中没有了东西,谁认得他这个叫化子?他只知邮电局是管通信的,便忍气吞声下船朝伦敦的邮电部大楼找去。


邮电部总工程师善利斯是一个十分和蔼可亲又颇爱才的老头。他一听说来访者就是马可尼,立即离开椅子将这个可怜的小伙子搂在怀里。原来他早从英国《电气杂志》上看到了马可尼的专利申请,并且一直在寻找此人,无奈没有地址,今天见到了本人,真是喜不自禁。这马可尼几天来的一肚子委屈,现在突遇知音,不觉扑扑簌簌地掉下泪来,又说那只宝贝箱子已沉在海里。善利斯大笑道:“孩子,有你在就有了一切。这座大楼里的设备都供你使用,还愁再造不出那只箱子?”马可尼闻听,真不敢相信自己的耳朵,又问了一遍才相信这是真的,不觉喜上梢,那两行泪珠也被这笑容挤得滚落地下,不知钻到哪里去了。



马可尼有了如此强大的后盾,便如鱼得水,如虎添翼,没有几天便制出了收发报设备,在邮电部大楼顶上与相距近3000米外的银行大楼实现了通讯联系。过了不几天又赶上当地一场传统的游艇比赛,出发点在港口,终点在15千米外的海面上。过去,比赛结果的消息总得等几个小时后才能送回,岸边一般的观众常常等得不耐烦,不等比赛结束就已散去,而那些对赛艇押了赌注的人又都一个个像热锅上的蚂蚁。今天为了试试这新的通信设备,也为了向人们宣传一下无线电报,邮电局将来好赚钱,善利斯一早就布置了两艘绿色的邮船,他在终点发报,马可尼在起点接收。当发令枪一响,码头上笛鸣鼓响,人声鼎沸,游艇划破碧绿的海面,拖着一股白浪,转个弯很快在人们视野里消失了。这时狂热的码头也暂时冷了下来,正当人们神经刚刚松弛了一会儿,马可尼突然举起双手边蹦带跳地喊道:“玛丽号,玛丽号第一!玛丽号赢了!”这时那些向这艘船押了赌注的人都半信半疑地看着这个意大利人,而那些押了其他船的人却恨得直咬牙,骂他造谣,一时起了纠纷。正哄闹间,海面上报信的快艇已经折回,证实是玛丽号夺魁。此时,人们方才相信那个“嘀嘀嗒嗒”的铁盒子真有千里眼和顺风耳的威力。狂欢的胜利者涌上那艘邮船,一起将马可尼抬了起来,那个铁盒子被你争我夺地看来看去,船小人多,马可尼担心别再把铁盒子又挤落到海里,忙喊着:“放下!放下!落水了。”“海边的人还怕落水么?”疯狂的人们还以为是他怕落水,索性把他抬起扔到水里。大家好一阵狂跳大笑,尽兴而散。


1898年无线电波跨越了英吉利海峡,并正式用于商业。1901年2月马可尼在英属牙买加的康沃尔建成了一座170英尺高的电波发射塔,然后他带领助手肯普和佩基来到利物浦港,准备乘船横渡大西洋到纽芬兰去接收康沃尔电台发出的信号。这时已是寒冬季节,朔风起,海浪翻,甲板上薄冰覆盖,人连站立都很困难,马可尼的父亲,还有他敬爱的老师都来送行,父亲劝儿子还是不要冒险:


“孩子,不是我拖你的后腿,电波能飞过45千米的英吉利海峡,可是绝不会飞过大西洋的,再强的电波也会在空气中慢慢消失。”


老师也帮着老人劝自己的学生,还是不要干这种异想天开的事,说:“你若想让电波飞过大西洋,就得先在大西洋上悬一面像欧洲那么大镜子,你要知道电波和光一样只能走直线,而地球表面是弧形的,除非高空有一面大镜子反射,电波才能射到大西洋彼岸去。这一点,就是赫兹教授生前也是这样认为的啊!”



马可尼说:“事情总是干出来的,过去谁能相信磁能变成电呢?法拉第一试,麦克斯韦再一总结,不就既有道理又成事实了吗?干成干不成,我今天就要亲自去试试,哪怕失败了也能为后人提供一点实验数据。”说罢他便登上“撒丁号”破浪远去了。


12月12日,马可尼带着两名助手来到纽芬兰面对大西洋的一座小山,在一座钟楼内安好收报机,又在山上放起一面特大的六边形风筝,上面带着电线,升到400米的高空,这是他想出来的升高天线的妙法。一切安置停当,他便将听筒贴在耳朵上静静地捕捉着那神秘的信号。窗户外,佩基操纵着风筝,万里蓝天没有一丝云彩;室内,肯普站在他旁边,瞪着一双大眼,紧紧地盯着桌子上的收报机。突然,耳朵里传来“嘀—嘀—嘀”三声,他觉得是自己心脏的跳动,再屏息细听,又是三声,他忙将耳机扣在肯普的耳朵上说:“快听,这是不是信号?”肯普双手按住耳机,有那么几秒,突然大声喊道:“三个短码,是他们发来的,我们胜利了!”



马可尼的电波一下子就飞出了3700千米,在大西洋的上空人类第一次建起了通信的桥梁。世界各国的报纸都用头条发了这条惊人的消息。1909年马可尼因此而获得了诺贝尔奖金。


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