书城科普改变历史进程的发明(趣味科学馆丛书)
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第7章 信息领域的故事(4)

第一台投入商业使用的无线电1897年,马可尼成了欧洲的知名人物,意大利政府盛情邀请马可尼回国,不久他回国为意大利建立了一座陆上电报通讯电台。1898年,马可尼无线电装置正式投入商业性使用,成功地为《每日快报》报道了有关金斯汤帆船比赛的情况。

在19世纪的最后几天,马可尼的无线电信号第一次跨越了100千米的长距离。无线电传播的距离到底有多长,马可尼关心,电缆电报公司更关心。19世纪下半叶,全球性的电缆通信网络基本建成,无线电业务的迅速扩大必然对电缆电报公司造成威胁。当马可尼提出让电波从欧洲飞越大西洋到达美国的誓言时,却遭到来自四面八方的反对。

电缆电报公司的业务竞争就不必说了,来自科学界的善意规劝更有代表性。物理学家认为,光是直线传播的,不可能绕过地球表面的曲面,拐弯到达美洲。想要实现横跨大西洋,必须有一面和它面积差不多的反射镜。如果没有它,电波将像光线一样离开地球无影无踪。一些数学家也错误地从理论上证明,无线电波的长距离传送,是根本不可能的。诸如此类的反对意见,没有动摇马可尼的决心。

经过长达两年的对实验装置的改进,无线电收发装置灵敏度逐步提高,抗干扰性能增强了,发射机波长调谐装置研制成功了,天线高度日益提高了。1901年在英属牙买加的康沃尔,一座高达52米的电波发射塔竣工。随即,马可尼赶往加拿大的纽芬兰,用几只巨大的风筝把接收天线升到122米的高度,万事俱备了。

预定的发报时间到了。马可尼望着天空铅灰色的浮云,期待着,他仿佛看到电磁波从康沃尔出发,正向纽芬兰飞来,然而,接收机静静地停在那里。

调谐,匹配,去干扰……成功了。1901年12月12日,一组摩尔斯电码中的“三点短码”代表“S”字母,飞越了2000多千米,人类第一次实现了跨越大西洋的无线电通讯。望着译电员译好的电文,27岁的马可尼流出了喜悦的热泪。

美洲轰动了,欧洲轰动了,世界轰动了。从此,马可尼的无线电事业,在全世界范围内迅速扩展。不仅各国建立了陆上电台,成百艘行驶在各大洋的邮船,也纷纷采用马可尼无线电装置。

马可尼并没有制造一面和大西洋一样大的镜子,富兰克林的电波为什么到达了美洲呢?后来人们才知道,这面“镜子”自然界早就有了,它就是包裹着整个地球的大气电离层。它像镜子反射光线一样,把无线电波反射到了美洲大陆。

1933年10月一天晚上,在美国科学家欢迎诺贝尔奖金获得者马可尼的宴会上,马可尼即席表演环球无线电通讯,发出无线电SSS信号,经世界六大电台接转后再回到原地,电报绕地球一周,仅用了33秒钟!

1937年7月20日马可尼病逝。为了纪念他对人类的贡献,国际海上无线电协会代表50多个国家,一致通过把马可尼的诞生日命名为“世界海上无线电服务日”。知识点无线电无线电是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,是其中的一个有限频带,上限频率在300GHz(吉赫兹),下限频率较不统一,在各种射频规范书,常见的有3KHz~300GHz(ITU-国际电信联盟规定),9KHz~300GHz,10KHz~300GHz。无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过调节将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的。

可以移动的电话

世界上的第一部手机和它的发明者内森·斯塔布菲尔德近20年来,对中国大众影响最大的发明是什么呢?毫无疑问,它是手机。那么,手机是谁发明的呢?关于世界上第一部手机到底是谁发明的,科学界有一个小小的争议。第一种说法是内森·斯塔布菲尔德发明了手机。

世界上的第一部手机像垃圾箱盖一般大,而且信号只能覆盖800米左右。与现代手机当然有太大差别。现在的手机体积非常小,可以放进衣兜内,通过它几乎能与世界上的任何一个地方取得联系。但是,手机发明者内森·斯塔布菲尔德在申请无线电话专利100多年后,才被承认是手机之父。

这位瓜农将他所有闲暇时间和每一分钱都投入到这项发明中。他在美国肯塔基州默里的乡下住宅内制成了第一个电话装置,于1902年推出了他的发明。他在自己的果园里树起一根高365米的天线,利用磁场将语音从一部手机传输到另一部手机里。然而,这部电话内的线圈所需的电线总量比连接它们的线还长,不过这项发明的确具有可以移动的优点。

1902年元旦,这位自学成才的电学家在该镇的公共广场上示范了他的装置。给五个接收器播送了音乐和语音。后来他为马车和船只等移动交通工具设计了电话新版本,并与1908年申请了专利。不幸的是,在他的一生中,这项无线电话发明并没有实现商业化,因此1928年在他去世时,仍然一贫如洗。

不过现在的一本书已经将他尊称为现代手机之父,在他的发明周年纪念日,维珍移动网站用一个属于他的网页纪念他。维珍移动网的创始人理查德·布兰森爵士说:“内森是手机之父,他的发明是改变世界通信方式的方法之一,能为他的发明举行一百周年庆典,让我感到万分激动。”

新闻学教授鲍勃·劳克是2001年出版的《肯塔基州农民发明无线电话》一书的作者,他表示,斯塔布菲尔德是一位移动业界的先驱,但是他的发明并没给他带来足够的荣誉。他说:“完全确定是他发明世界上第一部移动电话非常困难,但是他确实第一个申请了专利。因此他很有可能发明了第一部移动手机,只是他的发明从没投入到商业应用。那时来看,这项发明非常不切实际,当时的人根本不知道以后手机的命运将会怎样。”

斯塔布菲尔德是个好人,他只想利用移动电话帮助当地的社团与各家取得联系,因为这些住户都间隔着一段距离。可叹的是,斯塔布菲尔德一部电话也没有卖出去。因为他太保密,他不在的情况下,他的家人不能离开农场,他也不愿意让访客踏入他的农场,因为他害怕他们可能会偷走他的发明。

他有六个孩子,他们一家一直一贫如洗,因为他将所有闲钱都花在这项电话试验上了。后来他妻子离开了他,在生命的最后十年,斯塔布菲尔德过着像流动隐士一样的生活。1928年他离开人世,埋葬在一个没有墓碑的墓穴里。

这个说法至今没有被社会认可。大家更为熟知的手机发明者是马丁·库帕。

1973年4月的一天,一名男子站在纽约街头,掏出一个约有两块砖头大的无线电话,并打了一通,引得过路人纷纷驻足侧目。这个人就是手机的发明者马丁·库帕。当时,库帕是美国著名的摩托罗拉公司的工程技术人员。

这世界上第一通移动电话是打给他在贝尔实验室工作的一位对手,对方当时也在研制移动电话,但尚未成功。库帕后来回忆道:“我打电话对他说:‘乔,我现在正在用一部便携式蜂窝电话跟你通话。’我听到听筒那头的‘咬牙切齿’——虽然他已经保持了相当的礼貌。”

到现在,手机已经诞生整整30多年了。这个当年科技人员之间的竞争产物现在已经遍地开花,给我们的现代生活带来了极大的便利。马丁·库帕马丁·库帕现在已经80多岁了,他在摩托罗拉工作了29年后,在硅谷创办了自己的通讯技术研究公司。目前,他是这个公司的董事长兼首席执行官。马丁·库帕当时的想法,就是想让媒体知道无线通讯——特别是小小的移动通讯手机——是非常有价值的。另外,他还希望能激起美国联邦通讯委员会的兴趣,在摩托罗拉同AT&;T(AT&;T也是美国的一家通信大公司)的竞争中,能支持前者。

其实,再往前追溯,我们会发现,手机这个概念,早在20世纪40年代就出现了。当时,是美国最大的通讯公司贝尔实验室开始试制的。1946年,贝尔实验室造出了第一部所谓的移动通讯电话。但是,由于体积太大,研究人员只能把它放在实验室的架子上,慢慢人们就淡忘了。

一直到了20世纪60年代末期,AT&;T和摩托罗拉这两个公司才开始对这种技术感兴趣起来。当时,AT&;T出租一种体积很大的移动无线电话,客户可以把这种电话安在大卡车上。AT&;T的设想是,将来能研制一种移动电话,功率是10瓦,就利用卡车上的无线电设备来加以沟通。库帕认为,这种电话太大太重,根本无法移动让人带着走。于是,摩托罗拉就向美国联邦通讯委员会提出申请,要求规定移动通讯设备的功率,只应该是1瓦,最大也不能超过3瓦。事实上,今天大多数手机的无线电功率,最大只有500毫瓦。

体积小巧而功能

强大的手机从1973年手机注册专利,一直到1985年,才诞生出第一台现代意义上的、真正可以移动的电话。它是将电源和天线放置在一个盒子中,重量达3千克,非常重而且不方便,使用者要像背包那样背着它行走,所以就被叫做“肩背电话”。

与现在形状接近的手机,诞生于1987年。与“肩背电话”相比,它显得轻巧得多,而且容易携带。尽管如此,其重量仍有大约750克,与今天仅重60克的手机相比,像一块大砖头。

从那以后,手机的发展越来越迅速。1991年时,手机的重量为250克左右;1996年秋,出现了体积为100立方厘米、重量100克的手机。此后又进一步小型化、轻型化,到1999年就轻到了60克以下。也就是说,一部手机比一枚鸡蛋重不了多少了。

除了质量和体积越来越小外,现代的手机已经越来越像一把多功能的瑞士军刀了。除了最基本的通话功能,新型的手机还可以用来收发邮件和短消息,可以上网、玩游戏、拍照,甚至可以看电影!这是最初的手机发明者所始料不及的。

在通讯技术方面,现代手机也有着明显的进步。当库帕打世界第一个移动电话时,他可以使用任意的电磁频段。事实上,第一代模拟手机就是靠频率的不同来区别不同用户的不同手机。第二代手机——GSM系统则是靠极其微小的时差来区分用户。到了今天,频率资源已明显不足,手机用户也呈几何级数迅速增长。于是,更新的、靠编码的不同来区别不同的手机的CDMA技术应运而生。应用这种技术的手机不但通话质量和保密性更好,还能减少辐射,可称得上是“绿色手机”。

电子计算机的诞生

1946年2月15日,在美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院举行了隆重仪式,庆祝世界上第一台电子计算机的诞生。在揭幕仪式之后,人们兴致世界上第一台计算机ENIAC勃勃地观看了第一台电子计算机的现场表演,它在1秒钟能做5000次加法运算,500次乘法运算,还计算了三角函数、平方和立方等。这台电子计算机的名字叫“电子数值积分计算机”,简称ENIAC。它的问世标志着现代科学技术进入了一个新时代——计算机时代。

计算机的研究从1822年就开始了,当时英国科学家巴贝齐创造出一台小型差分机,1834年他设计了分析机,其原理与现代计算机一致。以后又有很多人研究计算机。如图灵、诺依曼、维纳等都是现代计算机的先驱。

20世纪科学技术的迅猛发展,给计算工作带来了堆积如山的数据处理问题。特别是在第二次世界大战期间,由于军事上破译密码,研制各种自动武器、大炮、高能炸弹等,都迫切需要高速计算工具。事实上,当时已研制成功的几台大型机电式计算机都正运转于军事目的,直接为战争服务,然而这些计算机的运算速度,远远不能满足战争的需要。

1942年,第二次世界大战正处于白热化阶段,美国陆军军需部弹道研究所急切需要在短时间内计算出各种炮击和火箭兵器的弹道表。

宾夕法尼亚大学1943年,宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系和设在马里兰州的陆军阿伯丁弹道研究实验室(试炮场)共同执行一项任务:每天为陆军提供6张火力表。每张火力表都要计算几百条弹道,一个熟练的计算员用台式计算机计算一条飞行时间为60秒的弹道,要花20小时。即使用大型微分分析机也需要15分钟,这样每张火力表要计算两三个月。

面对这一紧迫而又繁重的任务,阿伯丁实验室从战争一开始就不断地对已有的微分机进行技术上的改进,以便提高它的运算速度。同时又专门雇用了200多名女计算员,日夜不停地进行人工辅助性计算,但仍不能完成任务。战争不允许这样的局面继续下去,向计算工具提出了强烈要求。