身手不凡的机器人:无处不在的新科技-交通通信领域的科技
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    自世界上第一辆自行车诞生到现在,不过短短两百余年,交通工具伴随着科技的发展产生了飞速的发展。身边驶过的汽车,轨道上飞驰的火车,甚至“飞行”的磁悬浮列车,无一不是科技发展的体现。从十九世纪“滴滴”的电报声到人们口袋中的移动电话,再到日益发展壮大的互联网,通信技术也取得了巨大的发展。无处不在的新科技,也体现在了各时代的交通通信之中。

    一、解放脚步——自行车的发明

    自行车又称“脚踏车”、“单车”。一种以双脚驱动的两轮交通工具。

    发明自行车的是德国人德莱斯。德莱斯原来是一个看林人,每天都要从一片林子走到另一片林子,多年走路的辛苦,激起了他发明交通工具的欲望。他想:如果人能坐在轮子上,那不就走得更快了吗?就这样,德莱斯开始设计和制造自行车。他用两个木轮、一个鞍座、一个安在前轮上起控制作用的车把,制成了一辆轮车。人坐在车上,用双脚蹬地驱动木轮运动。就这样,世界上的第一辆自行车问世了。

    自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的历史。德国人德莱斯发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没传动装置,人骑在上面,需用两脚蹬地驱车向前滚动。

    1801年,俄国人阿尔塔马诺夫设计出世界上第一辆用踏板踩动的自行车。

    1817年,德国人冯·德莱斯在自行车上安装了方向舵,使其能改变行驶方向。

    1839年,苏格兰人麦克米伦制造出木制车轮,装实心橡胶轮胎,前轮小、后轮大,坐垫较低,装有脚踏板入曲柄连杆装置,骑者可以双脚离开地面的自行车。同年,他又将木质自行车改为铁制自行车。

    1867年,英国人麦迪逊设计出第一辆装有钢丝辐条的自行车。

    1869年,在德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车,同时车上采用了滚珠轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。

    1886年,英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同,并增加了链条,使其车型与现代自行车基本相同。

    1887年,德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产。

    1888年,英国人邓洛普用橡胶制造出内胎,用皮革制造出外胎,以此作为自行车的充气轮胎。从此,基本奠定了现代自行车的雏形。

    我国的自行车是1887年从英国输入的。到1949年时,我国自行车产量是15万辆。而到了1978年,年产量已达到854万辆,一跃而居世界第一位,成为自行车的王国。

    自行车是我国广大城乡居民使用的交通工具。不仅可以用来代步而且还被用作运输工具和运动竞赛、健身锻炼的器械。自行车由于具有无能耗、无噪声、使用方便、结构简单和价格低廉等特点,无论是在发达的工业国家还是发展中国家,对自行车发展都不遗余力。特别是全球受到严重环境污染威胁的今天,自行车更是一种“绿色交通工具”。

    二、江河中的“行走”——蒸汽轮船的发明

    人类的探险精神使他们在很早时便向往能在江河中“行走”,为了实现这个愿望,那些能工巧匠们先后发明了独木舟、筏子、竹排、帆船等水上交通工具。18世纪后期,瓦特对蒸汽机进行了改良,从此一个能够利用新动力的时代到来了。发明家们抓住了这个机遇,掀起了船只史上新的革命。

    18世纪末,法国人乔弗莱·达万设计制造了一艘木制轮船——“皮罗斯卡菲”号。船长约42米,重达一百八十余吨,船上有一台蒸汽发动机,用活塞连接双棘轮机构,带动明轮转动而推动船只前行。1783年7月15日,就在“皮罗斯卡菲”号正式下水试航时,锅炉却发生了爆炸,“皮罗斯卡菲”号很快沉入了河底。

    美国著名的工程师富尔顿出生于1765年,年幼时,他便喜欢做一些美术和手工制品。1786年,学习绘画的富尔顿在英国结识了蒸汽机的改良者瓦特。受到瓦特的启发,富尔顿开始了自己利用蒸汽机改造船只的试验,1803年,富尔顿在法国制造了一台利用蒸汽机作动力的轮船,遗憾的是,船只的试验失败了。

    遇到挫折的富尔顿并没有停止步伐,不久,他又建造了一艘长45米的蒸汽轮船“克莱蒙特”号。1807年,“克莱蒙特”号从美国纽约出发,沿着哈德逊河进行试航。结果,这艘船仅用了32个小时,就完成了240千米的逆水航程。“克莱蒙特”号的成功具有重大的意义,它标志着人类在水上交通领域由帆船时代进入了轮船时代。

    1808年,富尔顿又造了两艘轮船——“海神之车”号和“典型”号。逆水逆风之下,轮船的时速达到9.7千米,各项性能也更加完善。1809年,富尔顿组建轮船公司,广泛吸纳资金,建造各种蒸汽轮船。

    轮船是指使用明轮做船只的推进装置的蒸汽机船。船只的发展经历了一个演变的过程,其中,它的推进装置同样逐渐变化。比如,短桨、长桨、橹、帆等。明轮一般装在船的两侧或船尾,形似车轮,在轮周上装若干桨叶,桨叶转动时向后击水,利用作用力与反作用的关系,推动船只前进。因为轮子的大部分在水面以上,所以称“明轮”。

    三、蒸汽机车的历程

    人们开始在轨道上用牵引货车的方式来运输物资,那是在16世纪。但此时期,牵引的任务是由人力或马匹来完成的。19世纪的斯蒂芬森,终于改变了这古老的动力——以蒸汽机车取而代之。

    早在13世纪,英国实验科学先驱罗吉尔-培根曾经天才地预言:“在将来,马车不用马拉,并会以难以置信的速度飞驰。”这个大胆而新颖的设想在500多年后被英国人斯蒂芬森实现了。

    斯蒂芬森最初是位烧火的工人,没有受过学校教育。在19岁时开始操作纽康门蒸汽机,工余时间参加夜校学习并坚持自学。在夜校,斯蒂芬森刻苦学习,探求蒸汽机的奥秘。这样,他不仅熟悉了各种机器的使用情况,而且掌握了理论知识。一天,一辆运煤车坏了,机械师们修理了好长时间还没修好,斯蒂芬森便毛遂自荐去帮他们修理。机械师们都瞧不起这个毛头小子,只因情况紧急,勉强同意让他试一试。斯蒂芬森从容不迫地找到出毛病的地方,很快修好了运煤车。这件事后,斯蒂芬森也由一个烧火工升为机械工程师。

    1813年,他观摩了布伦金索普研制的用来拉煤的“装有轮子的蒸汽锅炉”后,研制了布卢彻机车,并在此基础上继续研究提高机车功率的方法。1814年,斯蒂芬森的第一台蒸汽机车进行了试车,但遭到一些具有神学观念与守旧思想的人坚决反对。他们认为火车的隆隆声破坏了上帝给予世界的安宁,指责火车惊动了铁路两旁的生灵,他们还惊呼锅炉会爆炸,车厢会颠覆,乘客会因此遇难。有些人甚至乘马车与火车赛跑,以此取笑火车还没有马车跑得快。在这些阻力下,斯蒂芬森还是坚持试车。不过,这第一台蒸汽机车的确还很不完善。外形比较难看,行驶时颠簸剧烈,铁轨易遭破坏。据说试车时还曾把一位参加试车的议员和一位董事长给摔伤了。斯蒂芬森的第一台蒸汽机车只取得了局部的成功。

    自1814年第一台蒸汽机车试车之后,斯蒂芬森继续对蒸汽机车与铁路轨道进行了各种技术研究。1823年,开始在苏格兰北部的斯托克顿和达灵顿之间修建第一条商用铁路,加快进行新的蒸汽机车与车厢的制造工作。

    1825年9月27日,斯蒂芬森亲自驾驶自己设计制造的世界第一列客货两用的“旅行”号蒸汽机车,在新的铁路轨道上举行了隆重的试车仪式。试车时,“旅行”号挂有12节车厢,载有近100吨货物以及450名乘客。当机车启动后,即以每小时24千米的速度行驶。在试车行驶过程中,还有些人骑马与蒸汽机车赛跑,但他们的动机已不是嘲笑火车的笨拙,恰恰相反,他们嘲笑的是那些曾坚决反对过火车、不能接受新事物的人。

    四、现代人的脚步——汽车

    世界公认的汽车发明者是德国人卡尔·佛里特立奇。本茨。他在1879年首次试验成功一台二冲程试验性发动机;1885年研制出世界上第一辆马车式三轮汽车,该车装有卧置单缸二冲程汽油发动机,785CC容积,0.89匹马力,每小时行走15公里。该车前轮小,后轮大,发动机置于后桥上方,动力通过链和齿轮驱动后轮前进。该车已具备了现代汽车的一些基本特点,如电点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬挂、后轮驱动、前轮转向和掣动手把等。其齿轮齿条转向器是现代汽车转向器的鼻祖。

    当时,由于该车的性能还未完善,发动机工作时噪音很大,而且传递动力的链条质量不过关,常常发生断裂,因而在汽车经过的道路上,人们看见的经常是人推车而不是人坐车。在那个马车的时代,汽车受到人们的嘲笑,被斥之为无用的怪物。本茨夫人贝尔塔为了回击社会舆论的讥讽,于1888年8月的一天带领两个儿子驾驶着经过本茨反复改进的汽车从曼海姆出发,沿途经过维斯洛赫添油加水,直驶普福尔茨海姆,全程144公里。这次历史性的试验为汽车的发展作出了贡献。因此,本茨夫人被称为世界上第一位女汽车驾驶员。如今,这辆奔驰1号车陈列在德国汽车发源地斯图加特市的奔驰汽车博物馆中。

    1886年1月29日,本茨获得世界第一项汽车发明专利,这一天被大多数人称为现代汽车诞生日,本茨也被后人誉为“汽车之父”。1887年,卡尔·本茨将他的第一辆汽车卖给了法国人埃米尔·罗杰斯,这是世界上第一辆现代汽车的销售。同年,卡尔·本茨成立了世界上第一家汽车制造公司——奔驰汽车公司。本茨将毕生的精力都献给了汽车事业。

    而对于谁是汽车的发明者,法国人抱有不同的看法。法国人认为,早在德国人之前,法国的戴波梯维尔在1884年就发明了汽车并申请了专利,这确是事实。遗憾的是,他并没有继续研究汽车,而是把发动机用到了工业生产中,最终成为工业发动机制造商。但有一点是肯定的,法国在汽车发展史上作出的巨大贡献是不可磨灭的,因为法国人是汽车工业的先驱,是他们使汽车制造真正进入工业生产阶段。

    从19世纪末到20世纪初期,汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和革新上。到了20世纪前半期,汽车的基本构造已经全部发明出来后,汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进,并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计等概念,力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层的人的不同需求,使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象。

    汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车。

    五、机动车是活的摩托车

    摩托车是一种用汽油驱动,依靠手把操纵前轮转动方向的两轮或三轮车。轻便、灵活、行驶迅速的摩托车一经发明,很快就成为了应用广泛的交通工具。

    一今7000年以前,人类从一个地方到另一个地方的唯一方法就是走路。不久,人们开始驯养牲畜来驮运东西或帮助人走路。大约在公元前3500年,美索不达米亚的一位撒马利亚人绘制了一辆样子非常古怪的殡仪车,这标志着有轮子的运输工具出现了。之后,人们用不同的动力推动轮子,这种方式成为主要的交通方式。

    19世纪后期,随着汽油发动机的出现和充气轮胎的应用,德国人戴姆勒投入到汽油摩托车的研究之中。

    这时,世界公认的“汽车鼻祖”——德国人卡尔·本茨,正在研制用内燃机推动的机车,这两项发明几乎是并驾齐驱的。1885年春天,本茨开始试制一种四冲程汽油发动机的汽车。同年秋天,戴姆勒则在斯图加特附近的宅院里第一次骑上了他的摩托车。他们谁也不知道相隔97千米的对方在干什么,也不知道彼此的存在,两人却在为同一个目标奋斗着:研制一种新型的代步工具。

    作为工程师的戴姆勒从1872年就一直跟着内燃机的发明者奥托在科伦工作。那时,奥托正在研制燃气内燃机。戴姆勒这时却在想着用汽油蒸汽来代替煤气,用电子点火系统代替持续火焰点火,从而把奥托的固定发动机变成移动式的发动机。他为了实现自己的想法而离开了奥托,搬回到自己的工厂。

    戴姆勒最初研制的摩托车结构粗糙,轮子是用木头制造的,排气管安装在座位下面。但是,这些并没有阻止摩托车发明的进程。当戴姆勒把摩托车的各个部位组装起来的时候,除了速度慢和噪音大以外,似乎已经很完美了。戴姆勒认为对乡下的邮递员来说,他的摩托车可能是最有用的。

    摩托车在一开始还像个“丑小鸭”一样毫不起眼。当第一次世界大战爆发以后,交通工具的需求量便开始直线上升,由于摩托车的价格便宜,成为了汽车行业的一大劲敌,军警也开始广泛使用这种车来进行侦察。在第一次世界大战之后第二次世界大战爆发前的21年间,摩托车行业发展迅速,跨斗摩托车也在这时开始出现,四冲程双缸发动机也开始运用到了摩托车上。第二次世界大战之后,和平的阳光照耀着整个大地,人们开始尽情地享受生活,摩托车很快就被汽车所取代。但是,摩托车并没有因此而被抛进工业时代的垃圾堆中,高速旅行和体育竞赛开始将摩托车文化演绎得有声有色。

    就这样,从摩托车的发明到现在,仅仅100多年的时间内,摩托车以及关于摩托车所衍生出来的文化早已渗透到我们的生活当中。

    六、会“飞”的磁悬浮列车

    我们通常所见到的火车都是有轮子的,但也有一种会“飞”的火车,它不需要轮子就可以在轨道上行进,这就是磁悬浮列车。

    拉腾是德国下萨克森州的一个小镇。在70多年前,有一个生产肉罐头的商人住在这个小镇上,他有一个名叫海曼·肯佩尔的儿子。有一天,小小年纪的肯佩尔异想天开,想象着也许火车也会像天上的飞机一样,没有轮子就可以飞行在地面上。

    小肯佩尔长大以后,为了让自己的梦想能够变为现实,他努力钻研各种科学知识。几年后的一天,正在实验室里做实验的肯佩尔,从电磁铁的特性中获得了灵感。肯佩尔想,可以把许多的电磁铁装在火车上和地面的轨道上。这样一来,火车就会在它们的相互排斥的力量的下飘浮起来。如果再找到可以让浮起来的火车前进的方法,就可以不用轮子行驶了,而且这样的火车还可以获得非常快的行驶速度。

    想到就要做到,于是,肯佩尔开始在自己家的地窖里制造高速火车的模型。刚开始,他的实验经常失败,不是这儿出了问题,就是那儿遇到了麻烦。但是,肯佩尔并没有被困难吓倒,反而更认真地钻研起了。后来,在10万赫兹的电流的托举下,电磁力果真让火车模型悬浮了起来。肯佩尔不禁高兴的手舞足蹈起来。1934年,肯佩尔获得了磁悬浮列车的专利。

    1969年,第一台磁悬浮列车在德国研制成功。1994年,世界上第一条从柏林到汉堡的磁悬浮列车铁路正式开始修建,它的速度比高速列车快2/3,票价和高速列车是一样的。

    我国也开始在上海和杭州之间建造磁悬浮铁路,全长170千米,列车的速度能达到每小时500公里。建成后,乘客乘超高速磁悬浮列车,20分钟就可从上海到达杭州。磁悬浮列车的发展前景十分美好,当我们一步步地把理想变成现实的时候,磁悬浮列车就会真的走进我们的生活。

    七、“滴滴答答”的电报机

    电报是通信业务的一种,在19世纪初发明,是最早使用电进行通信的方法。电报大大加快了消息的流通,是工业社会的一项重要发明。早期的电报只能在陆地上进行通讯,后来使用了海底电缆,开展了越洋服务。到了20世纪初,开始使用无线电拍发电报,电报业务基本上已能抵达地球上大部分地区。电报主要是用做传递文字信息,使用电报技术用做传送图片称为传真。

    其实,数字通信不是什么新鲜事,早在遥远的古代,数字通信就出现了。那时,人们为了传递敌人入侵的警报,每隔一定距离设置一个烽火台,它可以说是世界上最早的数字通信装置了。按照事先的约定,烽火台点火是一种状态,意思是有敌人入侵;无火则是另一种状态,意思是平安无事。用现代语言来说,这就是利用光信号来传送“1”和“0”两种符号。其中“1”表示“点火”,“0”表示“无火”。实际上,这就是最原始、最简单的数字通信。

    人类通信的革命性变化是从把电作为信息载体后发生的。

    很早以前,人们就想用电来进行通信,因为与其他通信方式相比,电通信的最大优点是快捷。最初是在1753年,有人设想借助电感应来进行通信。那时,电池还没发明出来,对电的研究还停留在静电上。一位叫摩尔逊的人,曾经架设了26条电线,每一条电线代表一个英文字母。在某条电线通电的时候,另一端放置的小纸球就被静电所吸引,记下一个字母,由字母组成词句,就可以传递信息了。

    但是这种方法既原始又落后,需要的设备庞杂,并且静电感应传递不远,所以没能在实际中得到应用。以后,又有人在此基础上作了改进,如用单根导线代替26根导线,以木球代替纸球等等,但终究没能达到实用的目的。

    实用的电报机的发明有待于电学的进一步发展。1799年,伏打发明了金属电堆,人们可以很容易地得到恒稳电流,1820年,奥斯特发现了电流的磁效应。自此,人们把电与磁统一起来进行研究,电磁学的发展进入了崭新的阶段。

    1822年,俄国外交官希林受当时种种电学发明发现的启发,提出一种假想:磁针有电源通过时会产生偏转,电流的强弱能决定磁针偏转角度的大小,磁针偏转角度的变化可以传达种种信息。接着,他全身心地投入了电磁电报机的研究。后来,他研制出了人类历史上的第一台电磁式单针电报机,还发明了一套电报电码。为了使电报机能投入实际使用,希林建议政府设立电报试验线路。1837年,沙皇指定一个专门的委员会,按照希林的意见,在圣彼得堡和皇宫之间设立电报线路,可惜希林此时已经不在人世了。使希林电报机投入使用的是英国人库克和惠斯登。1836年3月,从印度退役的青年军官库克把一部希林电报机带回家乡。一到英国,他就着手改进这台机器。在工作中,他遇到了许多电学方面的难题,只好去请教大名鼎鼎的物理学家惠斯登教授。两人一见如故,成为莫逆之交,在后来的几十年里一直并肩战斗。1837年6月,两人研制出了比希林电报机先进得多的电报机,并申请了第一个电报专利。同年7月,他们作了五针式电报示范表演,信号传输距离约一英里。1839年1月1日,一种更先进的电报机在英国铁路公司的铁路线上投入使用。

    在1840年,莫尔斯为自己的电报发明申请了专利。

    莫尔斯电报是如何传递信息的呢?在拍发电报时,电键将电路接通或断开,信息是以“点”和“划”的电码形式来传递的。发一个“点”需要0.1秒,发一“划”需要0.3秒。在这种情况下,电信号的状态只有两种:按键时有电流,不按键时无电流。有电流时称为传号,用数字“1”表示;无电流时叫空号,用数字“0”表示。一个“点”就用“1、0”来表示,一个“划”就用“1、1、1、0”来表示。莫尔斯电报将要传送的字母或数字用不同排列顺序的点和划来表示,这就是莫尔斯电码,也是电信史上最早的编码。

    1844年5月24日,是世界电信史上光辉的一页。这一天,美国国会大厅里举行了一次隆重的电报机通信实验活动。莫尔斯接通电源,用颤抖的双手,操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机,向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹!”随着一连串的“滴滴答答”声的响起,电文通过电线很快就传到数十千米外的巴尔的摩,莫尔斯的助手接到了他传来的电文,并准确无误地把电文译了出来。莫尔斯的电报成功了!

    莫尔斯的电报一开始在美国,而后在英国和欧洲其他国家都引起了轰动。1844年5月24日成了国际公认的电报发明日。莫尔斯的电报因为使用了电报编码,具有简单、准确和经济实用的特点,比其他人发明的电报优越得多。很快,他的电报风靡全球。如今,莫尔斯电码已成为现代电报通信的基本传信方法。

    电报的发明,拉开了电信时代的序幕,开创了人类利用电来传递信息的历史。从此,信息传递的速度大大加快了。

    八、千里传音的电话

    当今社会,电话与人们的工作、生活息息相关。人们能够通过电话用真切的话语互相交谈,是因为电可以传递声音。提出这一奇想并将其付诸实践就是电话的发明者贝尔。

    贝尔的祖父和父亲都是出色的语音学家。受到父亲潜移默化的影响,贝尔从小就喜欢研究人类语言是怎样交流和传递的。小贝尔有个奇特的想法:聋人虽然听不见声音,但看得见东西,人的声音是一种声波,应该有办法在纸上描出这种声波曲线。一旦找到声波曲线的规律,聋人就能“看”出其他人在讲什么话了。

    一次在做描绘声波曲线的实验中,贝尔意外地发现,每当实验中电源开关被打开或关上的时候,一个实验用的电线线圈就会发出声音。这个细节引起了贝尔的注意,他又重复了几次,每次都会出现这个声音。贝尔认为让电流的变化和声波的变化一样,只要能传送出这种变化的电流,也就能够送出声音了。

    贝尔一边向电学家请教,一边努力学习电学知识。就在贝尔准备开始电话研究时,他偶然遇见了一位名叫沃特森的电气技师。沃特森认为贝尔的想法很有道理,因此他决定和贝尔合作,一起进行研究。

    1875年6月2日是有着特殊意义的一天。这一天,贝尔与沃特森按照惯例很早就开始工作了。他们先对机器装置做了检查,然后就来到各自的房间,沃特森与贝尔分别负责发出、接收讯号。贝尔在对电话的震动膜加以调整的同时,又仔细地对从电话中传出的声音进行辨别,十几个小时后,两人都累得一点劲也没有了。就在这时,贝尔突然听到一阵断断续续的声音,他立刻放下手中的东西,起身就向隔壁房间冲去。

    贝尔对机器的结构进行了分析,思考着声音是怎么发出来的。他认为膜片受到了沃特森的振动,下面磁铁的磁场就会发生变化,电流就会在磁铁上的线圈中产生。通过连接2台机器的导线,电流传送到了受话器一端的相同装置内的线圈,受话器中磁铁的磁场也发生了变化,膜片开始振动了。贝尔知道自己终于找到了一种可以把声音变成电流的机械装置。用电来传递声音的梦想就这样变成了现实。

    1876年2月4日,贝尔为这种可以传送声音的机器申请了专利,并把它叫做“音频电报”。1877年,贝尔电话公司经贝尔筹资正式成立,电话机的商业性生产从此开始了。

    1878年,英国在贝尔的协助下建设了电话线路。1879年,法国巴黎也实现了电话通话。到19世纪80年代初,电话交换台相继在欧洲以及美国的一些大城市建成。

    九、解放线路束缚——无线电技术

    关于谁是无线电的发明人至今还存在争议。

    在英国,人们把麦克斯韦奉为无线电的开创人,认为他最先指出电磁波的存在。

    在美国,有人认为德福雷斯特是无线电之父,因为他发明了三极管,而三极管是无线电通信器材的心脏。

    在西方科学家的眼中,意大利人马可尼是无线电通信的发明人,他因此获得了诺贝尔物理学奖。

    在德国,人们认为物理学家赫兹才是无线电的开创者,因为他最早证明了电磁波的存在。电磁波的振动频率的单位,就是以他的姓命名的。

    到底是谁发明了无线电通信呢?可以这么认为,无线电的发明是众多科学家共同研究的成果,也是历史发展的产物。

    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,下限频率较不统一。无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。

    麦克斯韦最早在他递交给英国皇家学会的论文《电磁场的动力理论》中阐明了电磁波传播的理论基础。他的这些工作完成于1861年至1865年之间。

    1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。

    1887年,德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。

    赫兹首先通过实验验证了麦克斯韦的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性,并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达,通常称为波动方程。

    1906年圣诞前夜,菲森登在美国马萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。菲森登广播了他自己用小提琴演奏《平安夜》和朗诵的《圣经》片段。位于英格兰的马可尼研究中心在1922年开播了世界上第一个定期播出的无线电广播娱乐节目。

    1894年,波波夫成功发明了当时世界上最先进的无线电接收机。波波夫对无线电通信的最主要贡献在于他发现了天线的作用,他的接收机所使用的导线是世界上的第一根天线。

    1895年5月,波波夫带着他发明的无线电接收机在圣彼得堡的俄罗斯物理学会会议上宣读论文并且进行演示,结果大获成功。

    1896年3月24日,波波夫又进行了一次正式的无线电传递莫尔斯电码的表演。波波夫把接收机安放在物理学会会议大厅内,然后把发射机安装在森林学院内,两地间隔约250米,当他的助手把信号发射出去后,波波夫这边的接收机立即清晰地接到信号,此时俄罗斯物理学会分会长把接收到的字母一个个地写在黑板上。最后,黑板上出现一行字母:“亨利希·赫兹”。这是世界上第一份无线电报,内容是纪念赫兹这位电磁波发现者。然而波波夫的发明在俄国却没有被采用。

    马可尼拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利,英国专利12039号。

    尼古拉·特斯拉于1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而,美国专利局于1904年将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物影响的结果。1909年,马可尼和布劳恩由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。

    1943年,在特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因,这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。

    19世纪末,马可尼在英格兰开办了世界上首家无线电工厂,雇佣了大约50人。1901年,马可尼在英国建立了一座高耸入云的发射塔,向大西洋彼岸发射信号获得了成功。1937年,马可尼逝世,意大利有近万人为他送葬。英国所有无线电报和无线电话以及广播电台停工两分钟向他致哀。

    无线电经历了从电子管到晶体管,再到集成电路:从短波到超短波,再到微波从模拟方式到数字方式从固定使用到移动使用等各个发展阶段,无线电技术已成为现代信息社会的重要支柱。

    十、口袋里的通讯器——移动电话的发明

    移动电话,也叫手机,是在座机电话基础上发展而来的无线通信设备。它除了能像有线电话一样正常通话,还增加了收发短信等服务项目。经过几十年的发展,移动电话技术取得了巨大的进步。今天的移动电话已不再只是单一的通话工具,而是集收音机、游戏机、数字照相机和录像机等功能于一身的智能机器。

    1973年4月3日,世界上第一部蜂窝移动电话在美国摩托罗拉公司揭开面纱,发明人是该公司的工程师马丁·库珀。当时库珀的发明理念是人们不想对着车、桌子或墙壁这些固定电话的地方说话,而是希望可以和对方自由的交谈。但当时能够移动的只有汽车电话,而它们的重量超过了13.5千克,售价高达数千美元,人们还必须给汽车打个洞来安装天线,使用起来并不方便。于是库珀便产生了发明一种无线的移动电话的想法。摩托罗拉公司的领导层对库珀十分支持。第一部移动电话的模型仅用了3天就设计出来了,实物制造仅用了40多天。当时库珀发明的手机,只有通话功能,通话时间仅35分钟,而且没有显示屏。这部电话因形似而被冠名为“鞋子电话”。库珀则被人们誉为“移动电话之父”。

    随着电信科技的快速发展,数字电话脱颖而出,数字电话语音清晰,功能也比传统电话多。1992年,瑞典的爱立信公司研制成功第一部数字式移动电话。和所有数字化产品一样,数字式移动电话要将声音转换成计算机可以处理的数字代码,这有很多好处,比如,数字式电话系统可以同时处理更多的信号,许多用户在同时使用信号时可以互不干扰,大大提高了通话质量。而且数字式电话系统具有更好的安全性能,可以方便地实现来电显示和建立语音信箱。许多电信专家确信,数字式移动电话将全部取代模拟移动电话。

    “蓝牙”技术是由移动通信公司与移动计算机公司联合开发的传输范围约为10米左右的短距离无线通信标准技术,用来设计在便携式计算机、移动电话以及其他的移动设备之间建立起一种小型、经济、短距离的无线链路。蓝牙的传输距离决定了它可以作为一种小型局域网的终端设备与其他室内或身上的无线设备交换数据。蓝牙耳机就是这样的一种设备,只需要把这种轻巧的设备戴在耳边,不需要靠近通讯设备(手机、电脑等)就可以自由地通话了。

    现在,用于第三代移动通信系统(3G)的手机也已经研制出来了,但是由于相关网络没有普及,并未得到广泛的应用。第三代手机的开始研制的目标之一是开发一种可以全球通用的无线通讯系统,但是实际最终的结果是出现了多种不同的制式,主要有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。这些新的制式都基于CDMA(码分多址)技术,在宽带利用和数据通信方面都有进一步发展。

    未来的手机将偏重于安全和数据通讯。一方面加强个人隐私的保护,另一方面加强数据业务的研发,更多的多媒体功能被引入进来。手机将会具有更加强劲的运算能力,成为个人的信息终端,而不是仅仅具有通话和文字消息的功能。

    十一、通信的光速时代——能信技术

    距今大约2000年前,我们的祖先发明了烽火台,利用火光信号传播信息。2000年后,由于在光源和光通信传输介质方面取得了重大突破,光通信这一传统通信方式又以崭新的姿态重返社会。

    1960年,美国人梅曼发明了红宝石激光器,使人类获得了性质与电磁波相同,且频率和相位都稳定的光——激光,但当时这种激光器还不能在室温条件下连续工作。

    由于激光频带宽、纯度高、不易扩散,具有很好的方向性,因而很快便在通信领域找到了用武之地。

    在光纤的传输介质方面,人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传播光。这种玻璃丝叫做光学纤维,简称光纤。光纤一般由两层组成,里面一层称为内芯,直径一般为几十微米或几微米;外面一层称为包层。为了使光纤在施工的过程中不易被拉断,通常把千百根光纤组合在一起进行增强处理,制成像电缆一样的光缆,这样既提高了光纤的强度,又使光纤系统的通信容量大大增加。光纤的突出优点,是它可以在同一条通路上进行双向传输,利用这一特性,用户可以通过交互信息系统与对方对话,这就是我们所说的光纤通信。

    光纤通信是运用光反射原理,把光的全反射限制在光纤内部,用光的信号取代传统通信方式中的电信号。但初期的光纤,光在其中传输时损耗很大。因此,要想用它来通信是不可能的。

    1966年7月,英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士和霍克哈姆就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文。论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因,大胆地预言,只要能设法降低玻璃纤维中的杂质,就有可能使光纤信号损耗降低到原来的五十分之一,从而有可能用于通信。这篇论文鼓舞了许多科学家为实现低损耗的光纤而努力。

    1970年,美国康宁玻璃公司的卡普隆博士等三人经过多次的试验,终于研制出传输损耗仅为每千米20分贝的光纤。这样低损耗的光纤,在当时是惊人的成就,使光纤通信有了实现的可能。

    1970年,美国的贝尔研究所研制出能在室温下连续工作的半导体激光器,这种激光器只有米粒大小。尽管最初的激光器的寿命很短,但这种激光器已被认为是可以作为光纤通信的光源。由于光纤和激光器的重大突破,使光纤通信有了实现的可能,因此,1970年被认为是值得纪念的光纤传输元年。

    突破了光纤和激光器两项技术难题,光纤通信从理想变成可能,各国电信科技人员,竞相进行研究和试验。光纤通信开始进入实用阶段。而且此后的发展极为迅速,其应用系统也已经多次更新换代。20世纪70年代的光纤通信系统主要应用光纤的短波波段进行传输;20世纪80年代以后逐渐改用长波波段;到20世纪90年代初,光纤的通信容量扩大了50倍。到了20世纪90年代后期,传输波波长更长,并且开始使用光纤放大器等新技术以增强信号、扩大传输容量。这时,光纤广泛地应用于市内电话以及长途通信干线中,成为通信线路的骨干。甚至美、日、英、法等8国已宣布,今后铺设长途通信干线不再使用电缆而改用光纤了。

    十二、互联网技术

    脑网络技术的发明是足以载人世界科技史上的伟大发明之一。网络就像是一条无形的“交通要道”,它能够使世界各地的民众在上面驰骋。同样,网络如同身体的血管,使难以胜数的信息和资源得以流通和汇聚。不可否认的是,网络不但曾经改变了我们的生活,而且将继续着改变着我们的未来。

    计算机网络是一种将分散的、能独立运行的很多计算机,用通信网相互连接起来,组成的资源共享和信息交流系统。计算机网络的主要功能有两点。第一,它可以实现软件资源等资源的共享;第二,它可以实现数据传送等信息通信。计算机网络有三个主要部分:多台主机、通信网和一系列协议。按计算机网络作用的距离远近,可分为广域网、城域网、局域网。

    在几千米范围内,将一个企业、一个单位、一个地区内的计算机联接成网,以便资源共享和进行信息交流,这种网络就是局域网。局域网通常是由一台计算机作为服务器,还有几台工作站以及一些其他设备组成的,每台设备上有网络卡,并通过通信线路连接起来。城区域网是覆盖一个大城市及郊区、或一个地区(几千米至上百千米)的高速共享计算机通信网络。

    广域网也称远程网,它的作用范围几十至几千千米。广域网也可以看成是把许多局域网、城域网连接成的网络,它可覆盖一个国家,实现国际网络互联。广域网常常借用传统的公共通信网(如电话网)来实现,所以传输率较低,通信控制较复杂。现在用光纤的公共通信网适合传输高速数字信号。

    因特网的英文名称是Intenet,它又称互联网、国际互联网。互联网是世界上最大的广域网,属于国际性计算机互联网络。互联网的“建设”来自于1969年的美国国防署计划,它们将4个大学的4台主要电脑连接起来,组成了网络。此后又有麻省理工学院等大学进入联网,一些公司也不断加入这个联网,这就形成了早期的互联网。

    调制解调器的俗称是“猫”,它是一种计算机硬件。调制解调器能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号,而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收,并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机问的通信,调制解调器有外置式、内置式和卡式等类型。

    IP是“网络互连协议”的英文缩写,它是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。网络互连协议规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。通过网络互连协议,各种计算机得以在因特网上实现互通。

    lP协议中的一个重要内容是,给因特网上的每台计算机和其他设备都规定了一个唯一的地址,叫做“IP地址”。由于有了这种唯一的地址,才保证了用户在“网络的海洋中”找出自己要寻找的计算机。因为IP地址用号码来表示,不容易记忆,所以因特网上的每一台主机又都有域名。一台计算机可以有多个域名,但一个域名只能指一台计算机。

    网络教学就是能够用声音、文字、图形、图像立体地表现信息。运用网络教学能使学生看到图文并茂、视听一体的交互式集成信息,可以在网络上阅读文字材料,也可以从网络上听取声音材料,激发学生产生学习兴趣,主动、及时地获取信息。

    当我们无法聚集到同一个地方进行会议时,视频会议就为我们提供一个会议平台。视频会议能互相看到对方,而且能够共享各类资料。比如通过视频通讯,人们可以在世界任何角落互相看到、听到,以及同时交换任何类型的文件或图像。

    电子邮件的英文名称是Email,它是一种极为快速、简便和经济的通信方法。与邮政信件相比,Email非常迅速,传递时间只需要几分钟,而且即写即发,省去了粘贴邮票和跑邮局的烦恼;与电话相比,Email也很经济。

    什么叫资源共享?比如,我们把一部好书发布在互联网上,全世界的人都能阅读到,这就是资源共享。互联网的好处就是我们大家可以用同一个资源,最大限度的节省成本,提高效率。有了网络,我们为了一个问题就没有必要去麻烦别人,只要你打开电脑,在因特网上搜索相关问题,你就会得到你想要知道的信息,非常方便。

    电子商务通常是指是在全球各地广泛的商业贸易活动中,在因特网开放的网络环境下,买卖双方在不见面的情况下,进行的各种商贸活动。比如,网上购物、商户之间的网上交易、在线电子支付。

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