電磁波發(fā)現(xiàn)背后的故事——兩位天才科學(xué)家的火

麥克斯韋創(chuàng)立電磁理論之后,1888年,在柏林有一位叫赫茲(1857~1894)的青年實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家完成了這項(xiàng)工作。當(dāng)時(shí)許多人雖嘆服麥確斯韋對(duì)電磁波的完美描述,可就是找不到它。26歲的赫茲卻別有絕招。他將兩個(gè)金屬小球調(diào)到一定的位置,中間隔一小段空隙,然后給它們通電。這時(shí)兩個(gè)本來(lái)不相連的小球間卻發(fā)出吱吱的響聲,并有藍(lán)色的電火花一閃一閃地跳過(guò)。不用說(shuō)小球間產(chǎn)生了電場(chǎng),那么按照麥克斯韋的方程,電場(chǎng)再激發(fā)磁場(chǎng),磁場(chǎng)再激發(fā)電場(chǎng),連續(xù)擴(kuò)散開(kāi)去,便有電磁波傳遞。到底有沒(méi)有呢?最好有個(gè)裝置能夠接收它。他在離金屬球4米遠(yuǎn)的地方放了一個(gè)有缺口的銅環(huán),如果電磁波能夠飛到那里,那么銅環(huán)的缺口間也應(yīng)有電火花跳過(guò),他將這些都布置好后,這邊一按電鍵,果然那圓環(huán)缺口上藍(lán)光閃閃,這說(shuō)明發(fā)射球和接收環(huán)之間有電磁波在動(dòng)動(dòng)了。既然有波,就也該有波長(zhǎng)、頻率和速度。于是他又想親自量量它的波長(zhǎng)。其實(shí)這也很簡(jiǎn)單,他將那銅環(huán)接收器向圓球發(fā)射器靠近,火花時(shí)亮?xí)r無(wú),最亮便是波峰或波谷,不亮?xí)r便是零值,于是他便求出了波長(zhǎng),接著又算出了速度每秒30萬(wàn)千米,正好相等于光速,也有如光一樣的反射、折射性。麥克斯韋的理論徹底得到了證實(shí),從法拉第到麥克斯韋再到赫茲,兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家與一位理論物理學(xué)家巧妙的配合終于完成了這個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)。

這赫茲何以有這樣的成就?原因可以有許許多多,但追溯到他的學(xué)生時(shí)代,有兩條卻極為重要。一是他從小養(yǎng)成了親自動(dòng)手的好習(xí)慣,對(duì)技術(shù)和技能的學(xué)習(xí)十分愛(ài)好。他在課余時(shí)間拜了一位木工為師,鋸、刨、斧、鑿已使得極為純熟,他還學(xué)了一門(mén)車(chē)工技術(shù),后來(lái)赫茲的車(chē)工師傅聽(tīng)說(shuō)他成了大學(xué)教授還對(duì)他母親惋惜地說(shuō):“唉,真可惜!他本是一個(gè)難得的車(chē)工啊!”俗話說(shuō)心靈手巧,大凡只有手腳并用毫不偷懶才能聰明。第二,赫茲小時(shí)候?qū)W習(xí)興趣相當(dāng)廣泛,他學(xué)了英語(yǔ)、法語(yǔ)、意大利語(yǔ),特別是在阿拉伯語(yǔ)方面表現(xiàn)了驚人的才能,以致教師向他的父親鄭重地建議他去選學(xué)東方學(xué)。他愛(ài)美術(shù),素描畫(huà)得很好,這又訓(xùn)練了他的形象思維。他愛(ài)數(shù)學(xué),常參加數(shù)學(xué)比賽,這又訓(xùn)練了他的邏輯思維能力。他想當(dāng)建筑師,曾專(zhuān)攻過(guò)建筑,后來(lái)又當(dāng)過(guò)兵,這使他得到了吃苦耐勞、緊張有序的鍛煉,他給父母寫(xiě)信說(shuō):“惰性從我的身上真正被取締了?！弊x者中定有不少是渴望成才的青年,我這里就他的成才略敘幾筆,或許對(duì)諸君能有一點(diǎn)啟迪。

說(shuō)這赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波就如當(dāng)年牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力,戴維電解出鉀、鈉之時(shí),都是才剛剛二十幾歲的年紀(jì),正宏圖初展,前途無(wú)限。但在1893年他就開(kāi)始患一種齒齦膿腫的病,雖不是大病但卻很頑固,多次手術(shù)只能緩解痛苦不能去根,后來(lái)連情緒也甚覺(jué)憂郁傷感,他已自覺(jué)到將不久于人世。1893年12月4日夜,他秉燭展紙,強(qiáng)忍眼淚向二老雙親寫(xiě)了一封既是安慰又是預(yù)告的信:“假若我真發(fā)生了什么事情的話,你們不應(yīng)當(dāng)悲傷,但你們要感到幾分自豪,并想到我屬于那些生命雖然短促但仍算有充分成就的優(yōu)秀人物。我不想遭遇,也沒(méi)有選擇這樣的命運(yùn),但是既然這種命運(yùn)降臨到我的頭上我也應(yīng)感到滿意?！边@世界上實(shí)在是不公平,許多酒囊飯袋,活到百、八十,朽而不死;而赫茲這樣有功于世的人在1894年1月,以37歲的輕輕年紀(jì)卻猝然謝世。這在當(dāng)時(shí)歐洲物理學(xué)界著實(shí)引起了好一陣悲哀。在他死去的第二天意大利帕多瓦大學(xué)門(mén)口貼出了這樣一張訃告:

“波恩大學(xué)赫茲教授不幸于昨日去世,物理學(xué)界的一顆明星突然殞落,這是全歐洲的損失。赫茲教授對(duì)人類(lèi)最偉大的貢獻(xiàn),就是他通過(guò)實(shí)驗(yàn)終于找到了電磁波,他雖然是個(gè)德國(guó)人,但是他告訴我們意大利人,告訴全世界人,每個(gè)人身邊都有電磁波,都是可以互相傳遞接收的,他雖然去世了,但他指給我們的這種波卻永遠(yuǎn)存在,永遠(yuǎn)陪伴我們。所以赫茲教授是屬于全世界的,赫茲教授沒(méi)有死,他永遠(yuǎn)活在我們中間……為了表達(dá)對(duì)這位世界偉人的尊敬悼念,茲定于明天上午在本校禮堂舉行隆重的追悼會(huì)?！?

在這張訃告下邊,有的人瞥一眼便匆匆離去,有的人讀后一聲嘆息,惟獨(dú)有一個(gè)小伙子卻像雙腳被釘住一樣,兩眼瞪著訃告,嘴唇微張,半天不言不語(yǔ),臉色哀傷又含沉思,心情悲痛卻又激動(dòng)。他在這里大約站了一個(gè)多小時(shí),才勉強(qiáng)挪動(dòng)雙腳,可那鞋底上像是抹了一層漆似地邁一步三回頭,遲遲不肯離去。你知道這青年是誰(shuí)嗎?他叫馬可尼(1874~1973)出生在意大利帕多瓦城一個(gè)富有的家庭中,從小受過(guò)很好的家庭教育,養(yǎng)成了勤奮好學(xué)、愛(ài)動(dòng)腦筋的習(xí)慣。大凡讀書(shū)人可分為兩類(lèi),一類(lèi)是“書(shū)袋”,從小學(xué)到大學(xué)讀過(guò)的書(shū)有一人多高,不管是什么書(shū),只要是學(xué)校規(guī)定的便只管讀來(lái),一本一本地裝到肚子里,并不消化,也不會(huì)創(chuàng)造,所以叫書(shū)袋。一類(lèi)是“書(shū)錐”、“書(shū)鉤”,這些人的眼睛就像錐子,讀書(shū)時(shí)處處問(wèn)個(gè)為什么,必須把那本書(shū)錐穿再勾出點(diǎn)什么才肯罷休,他們讀過(guò)的書(shū)不一定多,但是思維越訓(xùn)練越敏捷,碰到問(wèn)題一針見(jiàn)血,又能舉一反三,因此也就不斷有所創(chuàng)造發(fā)明。這馬可尼正是這后一類(lèi)人。今天見(jiàn)到一張訃告也要從中勾出一點(diǎn)學(xué)問(wèn),他想這位赫茲教授發(fā)現(xiàn)的電波既然德國(guó)有,意大利也有,為什么不可以利用這些無(wú)聲無(wú)形的波傳遞信號(hào),傳遞人們的意志,讓死波變活?如果真能做到這一步赫茲的功績(jī)不是更加與日月同久長(zhǎng)了嗎?我們紀(jì)念死者,就是要發(fā)揚(yáng)他的成果,為活人多辦點(diǎn)好事。他這樣癡癡地想著,回到家里,就對(duì)父親說(shuō):“我似乎有這樣一種感覺(jué),即這些電波會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)供給人類(lèi)以全新的和強(qiáng)有力的通信手段?！?

馬可尼自從讀了這張訃告之后,就立即到處收集資料,又在他父親的別墅里架天線,埋地線,白天試,晚上調(diào),而且居然改進(jìn)了檢波器制成了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。終于在住地與17千米外的山間,實(shí)現(xiàn)了第一次通信聯(lián)系。他欣喜若狂,立即向意大利郵電部寫(xiě)信要求資助,愿將自己的發(fā)明貢獻(xiàn)給祖國(guó)的通訊事業(yè)。不想,他這封信卻石沉大海,馬可尼一氣之下轉(zhuǎn)而向英國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利。

1896年,在倫敦港,一個(gè)青年手提著一只大箱子正要下船,海關(guān)檢查人員見(jiàn)這人衣帽不整,神色不定,便一把拉住他,問(wèn)他箱子里是什么?這青年正是馬可尼,他初來(lái)倫敦不免慌張,結(jié)結(jié)巴巴地說(shuō)這是一臺(tái)發(fā)報(bào)機(jī)。當(dāng)時(shí)哪有什么無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)?海關(guān)人員更沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)玩藝兒,把箱子翻來(lái)倒去,又將馬可尼上下打量一通,這時(shí)旁邊又一個(gè)海關(guān)人員說(shuō):“怕是一個(gè)炸彈吧?！蹦菣z查員聞聽(tīng)不禁大驚,忙雙手舉起箱子“撲通”一聲扔到海里,返身推了馬可尼一把:“去,去,去!還不趕快滾下船去!”

馬克尼初出家門(mén)就受到如此受欺凌,他舉目無(wú)親,愿想來(lái)找專(zhuān)利局的,現(xiàn)在手中沒(méi)有了東西,誰(shuí)認(rèn)得他這個(gè)叫化子?他只知郵電局是管通信的,便忍氣吞聲下船朝倫敦的郵電部大樓找去。

郵電部總工程師善利斯是一個(gè)十分和藹可親又頗愛(ài)才的老頭。他一聽(tīng)說(shuō)來(lái)訪者就是馬可尼,立即離開(kāi)椅子將這個(gè)可憐的小伙子摟在懷里。原來(lái)他早從英國(guó)《電氣雜志》上看到了馬可尼的專(zhuān)利申請(qǐng),并且一直在尋找此人,無(wú)奈沒(méi)有地址,今天見(jiàn)到了本人,真是喜不自禁。這馬可尼幾天來(lái)的一肚子委屈,現(xiàn)在突遇知音,不覺(jué)撲撲簌簌地掉下淚來(lái),又說(shuō)那只寶貝箱子已沉在海里。善利斯大笑道:“孩子,有你在就有了一切。這座大樓里的設(shè)備都供你使用,還愁再造不出那只箱子?”馬可尼聞聽(tīng),真不敢相信自己的耳朵,又問(wèn)了一遍才相信這是真的,不覺(jué)喜上梢,那兩行淚珠也被這笑容擠得滾落地下,不知鉆到哪里去了。

馬可尼有了如此強(qiáng)大的后盾,便如魚(yú)得水,如虎添翼,沒(méi)有幾天便制出了收發(fā)報(bào)設(shè)備,在郵電部大樓頂上與相距近3000米外的銀行大樓實(shí)現(xiàn)了通訊聯(lián)系。過(guò)了不幾天又趕上當(dāng)?shù)匾粓?chǎng)傳統(tǒng)的游艇比賽,出發(fā)點(diǎn)在港口,終點(diǎn)在15千米外的海面上。過(guò)去,比賽結(jié)果的消息總得等幾個(gè)小時(shí)后才能送回,岸邊一般的觀眾常常等得不耐煩,不等比賽結(jié)束就已散去,而那些對(duì)賽艇押了賭注的人又都一個(gè)個(gè)像熱鍋上的螞蟻。今天為了試試這新的通信設(shè)備,也為了向人們宣傳一下無(wú)線電報(bào),郵電局將來(lái)好賺錢(qián),善利斯一早就布置了兩艘綠色的郵船,他在終點(diǎn)發(fā)報(bào),馬可尼在起點(diǎn)接收。當(dāng)發(fā)令槍一響,碼頭上笛鳴鼓響,人聲鼎沸,游艇劃破碧綠的海面,拖著一股白浪,轉(zhuǎn)個(gè)彎很快在人們視野里消失了。這時(shí)狂熱的碼頭也暫時(shí)冷了下來(lái),正當(dāng)人們神經(jīng)剛剛松弛了一會(huì)兒,馬可尼突然舉起雙手邊蹦帶跳地喊道:“瑪麗號(hào),瑪麗號(hào)第一!瑪麗號(hào)贏了!”這時(shí)那些向這艘船押了賭注的人都半信半疑地看著這個(gè)意大利人,而那些押了其他船的人卻恨得直咬牙,罵他造謠,一時(shí)起了糾紛。正哄鬧間,海面上報(bào)信的快艇已經(jīng)折回,證實(shí)是瑪麗號(hào)奪魁。此時(shí),人們方才相信那個(gè)“嘀嘀嗒嗒”的鐵盒子真有千里眼和順風(fēng)耳的威力。狂歡的勝利者涌上那艘郵船,一起將馬可尼抬了起來(lái),那個(gè)鐵盒子被你爭(zhēng)我?jiàn)Z地看來(lái)看去,船小人多,馬可尼擔(dān)心別再把鐵盒子又?jǐn)D落到海里,忙喊著:“放下!放下!落水了?！薄昂＿叺娜诉€怕落水么?”瘋狂的人們還以為是他怕落水,索性把他抬起扔到水里。大家好一陣狂跳大笑,盡興而散。

1898年無(wú)線電波跨越了英吉利海峽,并正式用于商業(yè)。1901年2月馬可尼在英屬牙買(mǎi)加的康沃爾建成了一座170英尺高的電波發(fā)射塔,然后他帶領(lǐng)助手肯普和佩基來(lái)到利物浦港,準(zhǔn)備乘船橫渡大西洋到紐芬蘭去接收康沃爾電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)。這時(shí)已是寒冬季節(jié),朔風(fēng)起,海浪翻,甲板上薄冰覆蓋,人連站立都很困難,馬可尼的父親,還有他敬愛(ài)的老師都來(lái)送行,父親勸兒子還是不要冒險(xiǎn):

“孩子,不是我拖你的后腿,電波能飛過(guò)45千米的英吉利海峽,可是絕不會(huì)飛過(guò)大西洋的,再?gòu)?qiáng)的電波也會(huì)在空氣中慢慢消失?！?

老師也幫著老人勸自己的學(xué)生,還是不要干這種異想天開(kāi)的事,說(shuō):“你若想讓電波飛過(guò)大西洋,就得先在大西洋上懸一面像歐洲那么大鏡子,你要知道電波和光一樣只能走直線,而地球表面是弧形的,除非高空有一面大鏡子反射,電波才能射到大西洋彼岸去。這一點(diǎn),就是赫茲教授生前也是這樣認(rèn)為的啊!”

馬可尼說(shuō):“事情總是干出來(lái)的,過(guò)去誰(shuí)能相信磁能變成電呢?法拉第一試,麥克斯韋再一總結(jié),不就既有道理又成事實(shí)了嗎?干成干不成,我今天就要親自去試試,哪怕失敗了也能為后人提供一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！闭f(shuō)罷他便登上“撒丁號(hào)”破浪遠(yuǎn)去了。

12月12日,馬可尼帶著兩名助手來(lái)到紐芬蘭面對(duì)大西洋的一座小山,在一座鐘樓內(nèi)安好收?qǐng)?bào)機(jī),又在山上放起一面特大的六邊形風(fēng)箏,上面帶著電線,升到400米的高空,這是他想出來(lái)的升高天線的妙法。一切安置停當(dāng),他便將聽(tīng)筒貼在耳朵上靜靜地捕捉著那神秘的信號(hào)。窗戶外,佩基操縱著風(fēng)箏,萬(wàn)里藍(lán)天沒(méi)有一絲云彩;室內(nèi),肯普站在他旁邊,瞪著一雙大眼,緊緊地盯著桌子上的收?qǐng)?bào)機(jī)。突然,耳朵里傳來(lái)“嘀—嘀—嘀”三聲,他覺(jué)得是自己心臟的跳動(dòng),再屏息細(xì)聽(tīng),又是三聲,他忙將耳機(jī)扣在肯普的耳朵上說(shuō):“快聽(tīng),這是不是信號(hào)?”肯普雙手按住耳機(jī),有那么幾秒,突然大聲喊道:“三個(gè)短碼,是他們發(fā)來(lái)的,我們勝利了!”

馬可尼的電波一下子就飛出了3700千米,在大西洋的上空人類(lèi)第一次建起了通信的橋梁。世界各國(guó)的報(bào)紙都用頭條發(fā)了這條驚人的消息。1909年馬可尼因此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。

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