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)的青年實驗物理學(xué)家完成了這項工作。當(dāng)時許多人雖嘆服麥確斯韋對電磁波的完美描述,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。這時兩個本來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。不用說小球間產(chǎn)生了電場,那么按照麥克斯韋的方程,電場再激發(fā)磁場,磁場再激發(fā)電場,連續(xù)擴散開去,便有電磁波傳遞。到底有沒有呢?最好有個裝置能夠接收它。他在離金屬球4米遠(yuǎn)的地方放了一個有缺口的銅環(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,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,這說明發(fā)射球和接收環(huán)之間有電磁波在動動了。既然有波,就也該有波長、頻率和速度。于是他又想親自量量它的波長。其實這也很簡單,他將那銅環(huán)接收器向圓球發(fā)射器靠近,火花時亮?xí)r無,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,接著又算出了速度每秒30萬千米,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,從法拉第到麥克斯韋再到赫茲,兩位實驗物理學(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)生時代,有兩條卻極為重要。一是他從小養(yǎng)成了親自動手的好習(xí)慣,對技術(shù)和技能的學(xué)習(xí)十分愛好。他在課余時間拜了一位木工為師,鋸、刨、斧、鑿已使得極為純熟,他還學(xué)了一門車工技術(shù),后來赫茲的車工師傅聽說他成了大學(xué)教授還對他母親惋惜地說:“唉,真可惜!他本是一個難得的車工啊!”俗話說心靈手巧,大凡只有手腳并用毫不偷懶才能聰明。第二,赫茲小時候?qū)W習(xí)興趣相當(dāng)廣泛,他學(xué)了英語、法語、意大利語,特別是在阿拉伯語方面表現(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)。他愛美術(shù),素描畫得很好,這又訓(xùn)練了他的形象思維。他愛數(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,曾專攻過建筑,后來又當(dāng)過兵,這使他得到了吃苦耐勞、緊張有序的鍛煉,他給父母寫信說:“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,或許對諸君能有一點啟迪。

說這赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波就如當(dāng)年牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力,戴維電解出鉀、鈉之時,都是才剛剛二十幾歲的年紀(jì),正宏圖初展,前途無限。但在1893年他就開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,后來連情緒也甚覺憂郁傷感,他已自覺到將不久于人世。1893年12月4日夜,他秉燭展紙,強忍眼淚向二老雙親寫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,也沒有選擇這樣的命運,但是既然這種命運降臨到我的頭上我也應(yīng)感到滿意?！边@世界上實在是不公平,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)時歐洲物理學(xué)界著實引起了好一陣悲哀。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。赫茲教授對人類最偉大的貢獻,就是他通過實驗終于找到了電磁波,他雖然是個德國人,但是他告訴我們意大利人,告訴全世界人,每個人身邊都有電磁波,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,赫茲教授沒有死,他永遠(yuǎn)活在我們中間……為了表達對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。”

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,惟獨有一個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,臉色哀傷又含沉思,心情悲痛卻又激動。他在這里大約站了一個多小時,才勉強挪動雙腳,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。你知道這青年是誰嗎?他叫馬可尼(1874~1973)出生在意大利帕多瓦城一個富有的家庭中,從小受過很好的家庭教育,養(yǎng)成了勤奮好學(xué)、愛動腦筋的習(xí)慣。大凡讀書人可分為兩類,一類是“書袋”,從小學(xué)到大學(xué)讀過的書有一人多高,不管是什么書,只要是學(xué)校規(guī)定的便只管讀來,一本一本地裝到肚子里,并不消化,也不會創(chuàng)造,所以叫書袋。一類是“書錐”、“書鉤”,這些人的眼睛就像錐子,讀書時處處問個為什么,必須把那本書錐穿再勾出點什么才肯罷休,他們讀過的書不一定多,但是思維越訓(xùn)練越敏捷,碰到問題一針見血,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人。今天見到一張訃告也要從中勾出一點學(xué)問,他想這位赫茲教授發(fā)現(xiàn)的電波既然德國有,意大利也有,為什么不可以利用這些無聲無形的波傳遞信號,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不是更加與日月同久長了嗎?我們紀(jì)念死者,就是要發(fā)揚他的成果,為活人多辦點好事。他這樣癡癡地想著,回到家里,就對父親說:“我似乎有這樣一種感覺,即這些電波會在不遠(yuǎn)的將來供給人類以全新的和強有力的通信手段?！?

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),而且居然改進了檢波器制成了發(fā)射機和接收機。終于在住地與17千米外的山間,實現(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信要求資助,愿將自己的發(fā)明貢獻給祖國的通訊事業(yè)。不想,他這封信卻石沉大海,馬可尼一氣之下轉(zhuǎn)而向英國申請專利。

1896年,在倫敦港,一個青年手提著一只大箱子正要下船,海關(guān)檢查人員見這人衣帽不整,神色不定,便一把拉住他,問他箱子里是什么?這青年正是馬可尼,他初來倫敦不免慌張,結(jié)結(jié)巴巴地說這是一臺發(fā)報機。當(dāng)時哪有什么無線電發(fā)報機?海關(guān)人員更沒聽說過這個玩藝兒,把箱子翻來倒去,又將馬可尼上下打量一通,這時旁邊又一個海關(guān)人員說:“怕是一個炸彈吧?！蹦菣z查員聞聽不禁大驚,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!”

馬克尼初出家門就受到如此受欺凌,他舉目無親,愿想來找專利局的,現(xiàn)在手中沒有了東西,誰認(rèn)得他這個叫化子?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十分和藹可親又頗愛才的老頭。他一聽說來訪者就是馬可尼,立即離開椅子將這個可憐的小伙子摟在懷里。原來他早從英國《電氣雜志》上看到了馬可尼的專利申請,并且一直在尋找此人,無奈沒有地址,今天見到了本人,真是喜不自禁。這馬可尼幾天來的一肚子委屈,現(xiàn)在突遇知音,不覺撲撲簌簌地掉下淚來,又說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,真不敢相信自己的耳朵,又問了一遍才相信這是真的,不覺喜上梢,那兩行淚珠也被這笑容擠得滾落地下,不知鉆到哪里去了。

馬可尼有了如此強大的后盾,便如魚得水,如虎添翼,沒有幾天便制出了收發(fā)報設(shè)備,在郵電部大樓頂上與相距近3000米外的銀行大樓實現(xiàn)了通訊聯(lián)系。過了不幾天又趕上當(dāng)?shù)匾粓鰝鹘y(tǒng)的游艇比賽,出發(fā)點在港口,終點在15千米外的海面上。過去,比賽結(jié)果的消息總得等幾個小時后才能送回,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,而那些對賽艇押了賭注的人又都一個個像熱鍋上的螞蟻。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線電報,郵電局將來好賺錢,善利斯一早就布置了兩艘綠色的郵船,他在終點發(fā)報,馬可尼在起點接收。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)個彎很快在人們視野里消失了。這時狂熱的碼頭也暫時冷了下來,正當(dāng)人們神經(jīng)剛剛松弛了一會兒,馬可尼突然舉起雙手邊蹦帶跳地喊道:“瑪麗號,瑪麗號第一!瑪麗號贏了!”這時那些向這艘船押了賭注的人都半信半疑地看著這個意大利人,而那些押了其他船的人卻恨得直咬牙,罵他造謠,一時起了糾紛。正哄鬧間,海面上報信的快艇已經(jīng)折回,證實是瑪麗號奪魁。此時,人們方才相信那個“嘀嘀嗒嗒”的鐵盒子真有千里眼和順風(fēng)耳的威力?？駳g的勝利者涌上那艘郵船,一起將馬可尼抬了起來,那個鐵盒子被你爭我奪地看來看去,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發(fā)出的信號。這時已是寒冬季節(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,還有他敬愛的老師都來送行,父親勸兒子還是不要冒險:

“孩子,不是我拖你的后腿,電波能飛過45千米的英吉利海峽,可是絕不會飛過大西洋的,再強的電波也會在空氣中慢慢消失。”

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的事,說:“你若想讓電波飛過大西洋,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,就是赫茲教授生前也是這樣認(rèn)為的啊!”

馬可尼說:“事情總是干出來的,過去誰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實驗數(shù)據(jù)?！闭f罷他便登上“撒丁號”破浪遠(yuǎn)去了。

12月12日,馬可尼帶著兩名助手來到紐芬蘭面對大西洋的一座小山,在一座鐘樓內(nèi)安好收報機,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,這是他想出來的升高天線的妙法。一切安置停當(dāng),他便將聽筒貼在耳朵上靜靜地捕捉著那神秘的信號。窗戶外,佩基操縱著風(fēng)箏,萬里藍(lán)天沒有一絲云彩;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報機。突然,耳朵里傳來“嘀—嘀—嘀”三聲,他覺得是自己心臟的跳動,再屏息細(xì)聽,又是三聲,他忙將耳機扣在肯普的耳朵上說:“快聽,這是不是信號?”肯普雙手按住耳機,有那么幾秒,突然大聲喊道:“三個短碼,是他們發(fā)來的,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第一次建起了通信的橋梁。世界各國的報紙都用頭條發(fā)了這條驚人的消息。1909年馬可尼因此而獲得了諾貝爾獎金。

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