数理化通俗演义 作者:梁衡-第26章
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麦克斯韦说着翻开讲义,向两个忠实的学生笑了笑,对着空空的大教室,又像是对着世界,对着未来,继纸续认真地讲着他的理论。而他的预言也没有错,这时在和英国一海之隔的法国,已经给他准备了一个二十二岁的接班人。到底此人是谁,电磁波找见没有,且听下回分解。
第三十九回
忽辞世短命人发现电磁波,见讣告有志者发明无线电
——电磁波的发现和使用 上回说到物理学家麦克斯韦虽没有亲手做多少电磁实验,但他在临死前预言一定会有人通过实验发现电磁波。果然,在他死后的第九个年头,一八八八年,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任务。当时许多人虽叹服麦克斯韦对电磁波的完美描述,可就是找不见它。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,中间距一小段空隙,然后给他们通电。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,电场既激发磁场,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。他在离金属球四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,这边一接电键,果然那圆环缺口上蓝光闪闪,这帮助发射球和接收环之间有电磁波在运动了。既然有波,就也该有波长,频率和速度。于是他又亲自量量它的波长。其实也很简单,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三十万公里,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。
正是:
实践理论再实践,淘尽黄沙真金现。
磁场电场又磁场,事物本来总相连。
各位读者,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。一是位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出惊人的才能,以致教师向他的父亲郑重地建议他去学东方学。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,这使他得到另一种锻练,他给父母写信说:“惰性从一个人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。
却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。但到1893年就开端患一种齿龈脓肿的痛,虽不是大病但却很顽固,多次手术只能缓解痛苦而不能去根,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,强忍眼泪向两两双亲为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,也未选定这样的命运,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陨落,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,他虽然是个法国人,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,永远陪伴着我们。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和悼念,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,唯独有一个小伙子却像只脚被钉住一样,两眼瞪着讣告,嘴唇微张,半天不言不语,脸色里伤又含沉思,心情悲痛却又激动。他在这里大约站了一个多小时,才勉强挪动只脚,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。
各位读者,你道这青年是谁?他叫马可尼(1874-1937),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,养成了勤苦好学、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钩出点什么才肯罢休,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,因此也就不所有所创造发明。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法国有,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同日月久长了吗?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讯手段。”
马可尼自从读了这张讣告之后,就立即到处收集数据,又在他父亲的别墅里架天线,埋地线,自天试晚上调,而且居然改进了检波器制成了发射机和接收机。终于在住地与一点七公里外的山间,实现了第一次通讯联系。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,海关检测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,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。”那人闻听不禁大惊,忙双手举起箱子噗通一声扔到海里,返身推了马可尼一把:“去,去,去!还不快滚下船去!”
马可尼初出家门就受到如此欺凌,他举目无亲,原想来找专利局的,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讯的,便忍气吞声下得船来朝伦敦的邮电部大楼找去。
邮电部总工程师普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,立即退出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》上看到马可尼的专利申请,并且一直在查找此人,无奈没有地址,今天天使得见,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。普利斯大笑道:“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,又问了一遍方相信这是真的,不觉喜上眉梢,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,如鱼得水,如虎添翼,没有几天使制出了收发报设备,在邮电部大楼顶上与相距近三千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30里外的海面上。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,不等比赛退出就已散去,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讯设备,也为了向人们宣传一下无线电报,邮电局将来好赚钱,普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,马可尼突然举起双手连绷带跳地喊道:“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。正轰闹间,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“的的塔塔”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!要落水了。”
“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月马可尼在英属牙麦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普港,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去冒险:
“孩子,不是我拖你的后腿,电波能飞过四十五公里的英书利海峡,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的镜子,你要知道电波和光一样只能走直线,两地球表面是弧形的,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些实验数据。”说罢他便登上〃撒丁号〃破浪远去了。
12月12日,马可尼带若两名助手来到纽芬兰面对大西洋的一座小山上,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,升到四百米的高空,这是他想出来的升高天线的妙法。一切安置妥当,他便将听筒贴在耳朵上静静地捕捉若那神秘的信号。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,瞪若一只大眼,紧紧地盯着桌子上的收报机。突然,耳朵里传来“滴…滴…滴”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?”〃肯普只手按住耳机,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三千七百公里,在大西洋的上空,人类第一次建起了通讯的桥梁。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。
读者到此不禁要问,电磁波不是走直线的吗?怎么会绕过大西洋呢?难道空中真的有面大镜子吗?是的,真有一面大镜子,后来人们终于发现了这面大镜子,它就是整个地球大气层中的电离层,它可以不断地将地面发射的电波再反射到地面。不过当时马可尼并不知道这些,但是他勇于试验,凡事都要先试试再说,终于让他碰对了。
正是:
莫笑马氏去乱碰,机遇原在运动中。
未干就怕要失败,件件事情都难成。
第四十回
千年梦石头变金曾何见,一朝点破原子本性各同
——原子论的创立 各位读者,在本书第三十五回,我讲了一个化学家戴维的故事。可是这戴维身为化学家,手中却操的是物理学的武器,就像那林冲反倒借了李逵的斧子。戴维借了刚刚出现不久的电学这把利斧,在还是一片荒芜的化学世界,噼噼啪啪地一阵乱砍,终于拓出一条条小路,找见了钾,找见了钠,找见了钡、镁、钙、锶等元素。就在这挥斧拓荒的途中,他还收了一个徒弟法拉第。谁知这徒弟并不注意师傅每天砍什么树,却十分注意那把砍树的大斧。就这样他对电一路研究下去,居然又拓疆扩地闯入一个电磁王国,而且他也扯起帅旗招来了麦克斯韦、赫兹、马可尼几员大将,浩浩荡荡拉起一支电磁学大军。这支大军一路冲杀下来,横穿十九世纪,直勒马在二十世纪的大门,好不威风。
兵分几路,各表一支。我们暂先按下电学那路人马,回过头来还从化学说起。那戴维自从借得电学大斧后,许多复合物在电斧下都被分解出来,他一路砍得性起,后来连硫、磷、碳、氮这些毫无问题的元素也要砍上几斧,希望再砍出几个新元素来,其结果当然是失败了。这便又生出一个问题,什么物质还能分解开来?什么物质便不易再分?若要一直分下去,又会分成什么样子?而这又回到我们第一回里提的那个“世界是什么”的老问题上来了。
世界是什么?凡人睁开眼看到天地万物便不觉想寻根究底。三千年前中国古代学者认为世界大概是金、木、水、火、土这五种“元素”组成的。它们相互搭配,所以世界就现出千差万别。我们在第一回里提到的那个古希腊学者泰勒斯(前624